Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2. 10 Základní části strojů Kapitola 27 Hybné hřídele Ing. Dušan Kabát 30. 9. 2013
Obsah ÚVOD... 3 1 HYBNÉ HŘÍDELE... 4 1.1 SKUPINY HYBNÝCH HŘÍDELÍ... 4 1.1.1 Normální hřídele... 4 1.1.2 Klikové hřídele... 4 1.1.3 Vačkové hřídele... 5 1.1.4 Drážkové hřídele... 5 1.1.5 Duté hřídele... 6 1.1.6 Pružné hřídele... 7 1.2 OTÁZKY KE KAPITOLE... 7 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 8 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 9 2
Úvod Výukový materiál se zabývá skupinami hybných hřídelí a jejich užitím. Za výkladem jsou k dané problematice zařazeny kontrolní otázky. Ucelený výukový materiál postihuje oblast základních částí strojů a strojních zařízení. Materiál je určen žákům zejména prvních ročníků strojírenských a se strojírenstvím souvisejících oborů ukončených závěrečnou zkouškou, kde je zapotřebí nabýt znalostí o stavbě strojů a jejich základních konstrukčních prvcích. Stejně tak je možné materiál využít u takovýchto oborů ukončených maturitní zkouškou. Lze ho využívat v předmětech zabývajících se základy strojírenství, jako jsou Strojnictví, Části strojů a mechanismy, Strojírenství nebo Stroje a zařízení, v oborech Mechanik opravář motorových vozidel (23-68- H/01), Autotronik (39-41-L/01), Autoelektrikář (26-57-H/01), Karosář (23-55-H/02), Strojník (23-65-H/01), Klempíř (23-55-H/01), Provozní technika (23-43-L/51) apod. 3
1 Hybné hřídele V literatuře se objevuje i termín pohybové. Ve strojních zařízeních je lze najít častěji než nosné. Jsou vždy uloženy vrámu stroje otočně (přes ložiska) a na nich jsou neotočně (perový spoj, drážky, materiálový spoj, apod.) uložena nejčastěji různá převodová kola (ozubená, řemenová, apod.) nebo spojky hřídelí. Jsou vždy namáhány kombinovaně na ohyb i krut. Podle tvaru a funkce lze pohybové hřídele rozdělit do několika skupin: 1.1 Skupiny hybných hřídelí 1.1.1 Normální hřídele Jsou to nejběžnější hřídele, které se vyskytují téměř ve všech složitějších zařízeních. Někdy se jim také říká přímé nebo odstupňované. Odstupňované proto, že jejich zatížení se po jejich délce mění, uprostřed je největší a proto se průřezy zmenšují směrem k okrajům hřídelí. O vzniklá osazení se pak mohou opírat strojní součásti, které se na hřídele ukládají, např. různá převodová kola. Všechny tyto součásti jsou pak na těchto hřídelích uloženy neotočně pomocí některého spoje pro spojování hřídele a náboje (perového, klínového nebo některého z nerozebíratelných spojů) Obrázek 1: Normální hřídel 1.1.2 Klikové hřídele Říká se jím také zalomené hřídele nebo jen kliky. Každé zalomení zpravidla znamená jeden klikový mechanismus, jehož jsou tyto hřídele součástí. Dalšími částmi mechanismu jsou ojnice, písty atd. Tyto mechanismy umí přenášet a zejména měnit druh pohybu. Přímočarý pohyb na rotační ve spalovacích motorech a naopak rotační na přímočarý v pracovních strojích jako jsou čerpadla, kompresory a další. 4
Obrázek 2: Kliková hřídel 1.1.3 Vačkové hřídele Jsou to hřídele opatřené tzv. vačkami. Vačky jsou nekruhové části, které mohou sloužit např. jako ovládací prvky pro další stojní části. Ve spalovacích motorech ovládají pohyby ventilů tím, že mění pohyb rotační hřídele na pohyb přímočarý u ventilů. Vačky jsou uloženy na hřídelích neotočně a zpravidla jsou s ní z jednoho kusu. Obrázek 3: Vačková hřídel 1.1.4 Drážkové hřídele Drážkové hřídele se dnes velmi často využívají pro spojení typu hřídel - převodové kolo. Jsou na svém povrchu opatřeny podélnými drážkami, což dává vzniknout výstupkům perům, které jsou s hřídelemi v jednom kuse. Výhodou je množství per po celém obvodu hřídele, což umožňuje přenést výrazně větší zatížení, než u klasických perových spojů. Dále je možný axiální posuv kol po drážkování, čehož se využívá např. pro přesouvání různých převodových kol do záběru a tím řazení rychlostních stupňů. Nevýhodou je nerozebíratelnost per, a tedy složitější a nákladnější opravy (mění se celá hřídel). 5
Obrázek 4: Drážková hřídel Pro drážkování hřídelí se využívá několik tvarů drážek. Rovnoboké drážkování je tvarově nejbližší klasickému perovému spoji, je výrobně jednodušší a používá se nejčastěji. Drážkování evolventní má boční křivku profilu drážky ve tvaru evolventy. Toto drážkování snese velká zatížení a používá se u pro přenos velkých krouticích momentů. Jemné drážkování se používá pro malé průměry hřídelí, kde nelze provést běžné drážkování. Mohou přenášet pouze malá zatížení. V praxi se často nazývá tisícihranem. Obrázek 5: Drážkování 1.1.5 Duté hřídele Je to skupina hřídelí, jež mají ve své podélné ose dutinu. Toho se využívá u hřídelí velkých rozměrů (průměr i několik metrů). Dutina uvnitř těchto hřídelí přináší několik výhod: - sníží se hmotnost a ušetří se materiál - ve výsledku se sníží celkové náklady - dutinou lze vést další prvky, např. ovládací hřídele turbín Obrázek 6: Dutá hřídel 6
1.1.6 Pružné hřídele Také se jim říká ohebné. Používají se tam, kde je zapotřebí, měnit za chodu polohu konců hřídele. Na pevné jádro se navíjí drát tak, že každá další vrstva se navine proti směru té předchozí. Navinutý drát připomíná šroubovitou pružinu, ale bez mezer mezi závity. Můžeme je najít např. u ručních brusek. Obrázek 7: Ohebná hřídel 1.2 Otázky ke kapitole 1. Co jsou to hřídele hybné a jak jsou namáhány? 2. Popište hřídele normální, uveďte jejich použití doplňte obrázkem. 3. Popište hřídele klikové, uveďte jejich použití doplňte obrázkem. 4. Popište hřídele drážkové, uveďte jejich použití doplňte obrázkem. 5. Jaké znáte drážkování hřídelí doplňte obrázky? 6. Popište hřídele vačkové, uveďte jejich použití doplňte obrázkem. 7. Popište hřídele duté, uveďte jejich použití doplňte obrázkem. 8. Popište hřídele pružné, uveďte jejich použití doplňte obrázkem. 7
2 Doporučená literatura 1. Leinveber, J., Řasa. J., Vávra. P. Strojnické tabulky. Praha: Scientia spol. s r. o., 2000. ISBN 80-7183-164. 2. Kříž, R., Stavba a provoz strojů I, Části strojů. Praha: SNTL, 1977. 5425. 3. Křiž, R., Strojní součásti I. Praha: SNTL, 1984. 5413. 4. Mičkal, Karel. Strojnictví- Časti strojů. Praha: Sobotáles, 1995. ISBN 80-85920-01-8. 8
3 Použitá literatura a zdroje 1. Mičkal, Karel. Strojnictví- Časti strojů. Praha: Sobotáles, 1995. ISBN 80-85920- 01-8. 2. Křiž, R., Strojní součásti I. Praha: SNTL, 1984. 5413. 3. Kříž, R., Stavba a provoz strojů I, Části strojů. Praha: SNTL, 1977. 5425 4. Rybářová, V. 2011. Strojní součásti a spoje. Dostupné z http://uloz.to/xa3mu1nf/strojni-soucasti-a-spoje-pdf. 9