Projekt "Podpora výuky v cizích jazycích na SPŠT" Hřídele a hřídelové čepy SPSN1 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR
Wellen und Wellenbolzen Charakteristik von Wellen und Wellenbolzen Wellenverteilung man nach der Funktion und Anwendung: 1.) Tragwellen Es sind Achsen der Rotation für Drehteile und übertragen keine Energie. Sie sind meistens fest zum Maschinenrahmen befestigt und Bestandteile werden an ihnen gedreht, z.b. Rollen oder Trommeln. Eine andere Möglichkeit ist s.g. Achse, hier wird die Welle mit befestigten Rädern gedreht und das Drehmoment wird nicht übertragen. 2.) Bewegungswellen Sie übertragen die Drehbewegung und das Drehmoment, und damit auch Energie. An ihnen sind Maschinenbestandteile (Zahnräder, Scheiben usw.) befestigt oder sie verbinden auch nachfolgende Mechanismen. Nach ihrer Funktion haben sie auch ihre Benennungen Verbindungs-, Treib-, Antrieb- und Vorlagewellen und Ritzel. Wellenbolzen: Sie sind Wellenteile, die in Lagern hingelegt sind. Tragwellen (Achsen) Tragwellen fixieren Drehachsen oder Pendelachsen der Teile von Mechanismen oder Maschinen. Tragwellenarten (Tragwellenachsen): 1.) Feste Wellen 2.) Drehwellen kleine feste Achsen nennt man Bolzen - kurze Wellen vertreten wir in einigen Fällen durch Bolzen Bolzen: Sie verbinden den festen Teil, z.b. Lagerständer, mit dem beweglichen Teil, z.b. dem Scharnier. Wenn es die Gefahr des Einfressens des Bolzens oder des Ständers bei der Bewegung besteht, benutzt man eine Lagerbüchse. Dann muss der Bolzen aber im Rahmen gesichert werden, damit es zur gegenseitigen Bewegung nur im Gebiet der Büchse kommt. Drehwellen: Die Drehwelle bildet zusammen mit Drehteilen (z.b. mit dem Schienenfahrzeugrädern oder mit der Waschmaschinentrommel)ein festes und stabiles Ganzes ohne Rücksicht auf die Lagerlage. Im Fall der Schienenkraftfahrzeugachse reichen (für beide Räder) zwei Lager, die in festen Buchsen gelagert sind. [1] Bild 1: Eisenbahnwagenachse - 2 -
Hřídele a hřídelové čepy Charakteristika hřídelí a hřídelových čepů Rozdělení hřídelí dle funkce a použití: 1.) Nosné hřídele jsou osami rotace pro otočné díly a nepřenášejí žádnou energii. Jsou většinou pevně uchyceny k rámu stroje a otáčí se na nich součásti, např. kladky nebo bubny. Další možností je tzv. náprava, zde se hřídel s uchycenými koly otáčí a nepřenáší kroutící moment. 2.) Hybné hřídele - přenášejí točivý pohyb a točivý moment a tím i energii. Jsou na nich upevněny strojní součásti (ozubená kola, řemenice atd.), nebo spojují navazující mechanismy. Podle své funkce mají i názvy- spojovací, hnací, hnaná, předlohová a pastorek. Hřídelové čepy: Jsou části hřídele uložené v ložiscích. Nosné hřídele (osy) Nosné hřídele fixují osy otáčení nebo kývání částí mechanismů nebo strojů. Druhy nosných hřídelů (os): 1.) Pevné 2.) Otočné krátké hřídele v některých případech nahrazujeme čepy Čepy ( viz. ST) Spojují pevný díl, např. stojan ložiska s pohyblivým dílem, např. kloubovým závěsem. Hrozí-li nebezpečí zadření čepu nebo závěsu při pohybu, používá se ložiskové pouzdro. Pak musí být čep v rámu zajištěn, aby ke vzájemnému pohybu docházelo jen v oblasti pouzdra. Otočené hřídele: Otočná hřídel tvoří s otočnými díly (např. s koly železničního vagonu nebo bubnem automatické pračky) pevný a stabilní celek bez ohledu na polohu ložisek. V případě nápravy železničního vagonu stačí (pro obě kola) dvě ložiska uložená v pevných pouzdrech. [1] Obrázek 1: Náprava železničního vagonubewegungswellen - 3 -
Bewegungswellen Sie werden mit einem Motor, einer Kupplung, einem Zahnradtrieb, Kettentrieb oder Riementrieb angetrieben. Die Arten von Bewegungswellen nach der Funktion: 1.) Treibwellen [2] 2.) Angetriebene Wellen [2] 3.) Vorlagenwellen [2] 4.) Verbindungswellen 5.) Ritzel Bild 2: Wellen der Zweistufenelektrogetriebe Inanspruchnahme, Dimensionierung, Lagerung Inanspruchnahme: Bewegungswellen werden normalerweise durch Torsion oder Biegung beansprucht. Dimensionierung: der Wellendurchmesser muss so sein, damit die zulässige Spannung für das ausgewählte Material bei der Inanspruchnahme in der Torsion oder Biegung nicht übergestritten wird. Lagerung: die Bewegungswelle ist meistens in zwei Lagern, die die Radial- und Axialkräfte fassen, die auf die Welle wirken, weiter auf das Gehäuse (z.b. Steuergehäuse) [5]übertragen, gelagert. Lange schlanke Wellen, Kurbelwellen und Nockenwellen der Verbrennungsmotoren müssen in mehr als zwei Lagern gelagert werden, damit es nicht zur Durchbiegung und zum Zittern kommt. Die Durchmesserabstufung wird nach den Innendurchmessern der entsprechenden Einheiten (Kupplungen, Dichtungen, Lagern, Zahnrädern und nach der Folge der Montage (Aufsetzen auf die Welle) geregelt. In der Stelle der Sprunghaften Änderung des Durchmessers wird die Welle radgekerbt beansprucht, was ihre Standzeit kürzt. Diese nachteilige Erscheinung kann man durch Übergangrundung oder Einstichrundung beschränken. [3] - 4 -
Bild 3: Enabolzen der welle der Schneckenfärderanlage Hybné hřídele Jsou poháněny motorem, spojkou, ozubeným, řetězovým nebo řemenovým převodem. Druhy hnacích hřídelů podle funkce: 1.) Hnací [2] 2.) Hnané[2] 3.) Předlohové[2] 4.) Spojovací 5.) Pastorek Obrázek 2: Hřídele dvoustupňové elektropřevodovky Namáhá, dimenzování, uložení Namáhání: hybné hřídele bývají namáhány krutem i ohybem. Dimenzování: průměr hřídele musí být takový, aby nebyla překročena přípustná napětí pro zvolený materiál při namáhání v krutu i ohybu. Uložení: hybný hřídel je většinou uložen ve dvou ložiscích, která zachycují radiální a axiální síly působící na hřídel, dále na skříň (např. převodovky) [5]. Dlouhé štíhlé hřídele, klikové a vačkové hřídele spalovacích motorů musí být uloženy ve více než dvou ložiscích, aby nedocházelo k průhybu a k vibracím. Odstupňování průměru se řídí podle vnitřních průměrů odpovídajících jednotek (spojek, těsnění, ložisek a ozubených kol) a podle pořadí montáže (nasouvání na hřídel). V místě skokové změn průměru je hřídel vrubově namáhán, což snižuje jeho trvanlivost. Tento nepříznivý jev lze omezit zaoblením přechodů nebo zápichů. [viz ST] [3] Obrázek 3: Koncový čep hřídele šnekového dopravníku - 5 -
Konstruktionsgrundsätze von Wellen und Wellenbolzen Benutzte Materialien Die Materialwahl für Wellen ist vor allem durch die Belastungsweise und durch Forderungen auf die Warmbehandlung und Chemie- und Warmbehandlung beeinflusst. Zu weiteren Forderungen unter Einfluss von der Materialwahl gehören Kerbschlagzähigkeit und Ermüdungssicherheit. in der Tabelle sind die meist benutzten Materialien genannt: Anforderungen für die Welle Benutzte Materialien Beispiele der Nutzung 11 500, 11 600 Elektromotoren, Industriegetrieben - vorherrschende statische Belastung - vorherrschende dynamische Belastung Stähle für Veredelung und Oberflächenhärtung 12 060, 14 240, 16 240 - meist beanspruchte, Stähle für Veredelung - 16 440 hohe Sicherheit - Dauerfläche Stähle für Zementieren und Härtung - 14 220, 16 220 Kolbenmaschinen- und Bearbeitungsmaschinenwellen, Härtewellenbolzen, Härtewellenoberflächen für Presssitz-Verbindungen Flugzeugmotoren, Wellen der Großdimensionen Keil- und Nockenwellen Wellenformen, Normierung Wellen werden in der Regel als Formwellen, d.h. mit der Absatzreihe, hergestellt. Der Durchmesser wird zu Wellenbolzen angemessen mit der Senkung des Biegemomentes verkleinert. Der Durchmesser und die Länge des Wellenbolzens werden nach dem Lager gewählt. Es ist günstig, die Wellen der Großen Dimensionen hohl herzustellen, und zwar aus dem Grund des Spannungsverlaufes in der Torsion τ K. Die Spannung wird in der Richtung zur Wellenmitte verkleinert, die größte Belastung wird von den Randfasern getragen. Die Fasern in der Mitte von Vollwellen haben Nullspannung in der Torsion. Bei den Formwellen ist es nötig, sich vor scharfen Kanten bei dem Absatz und Querlöchern hüten. Dies wird durch Kantenrundung oder Kantenbruch gelöst. Der Radius der Rundung wird gewählt: R 0,1.d. Bei dem Wellenentwurf ist es nötig, die Normierung ihrer nachfolgenden Teile, d.h. den Maßen der Wellenzylinderenden, Federnuten, Sicherungsringen, Einstiche und Zentrierlöcher, zu berücksichtigen. Alles is in den Maschinentabellen bekannt gemacht. [4] Bild 4: Ausstiegwelle der Getriebe - 6 -
Konstrukční zásady hřídelí a hřídelových čepů Používané materiály Volba materiálu pro hřídele je ovlivněna zejména způsobem zatížení a požadavky na tepelné a chemicko-tepelné zpracování. K dalším požadavkům s vlivem na volbu materiálu patří vrubová houževnatost a odolnost proti únavě. V tabulce jsou uvedeny nejčastěji používané materiály: Požadavky na hřídel Používané materiály Příklady použití 11 500, 11 600 Elektromotory, průmyslové převodovky - Převažující statické zatížení - Převažující dynamické zatížení - Nejvíce namáhané, vysoká bezpečnost Oceli pro zušlechťování a povrchové kalení 12 060, 14 240, 16 240 Oceli pro zušlechťování 16 440 - Trvalý povrch Oceli na cementování a kalení 14 220, 16 220 Hřídele pístových a obráběcích strojů, kalené hřídelové čepy, kalené povrchy hřídelí pro spoje nalisováním Letecké motory, hřídele velkých rozměrů Drážkové a vačkové hřídele Tvary hřídelí, normalizace Hřídele se zpravidla vyrábí jako tvarové, tj. s řadou osazení. Průměr se zmenšuje k hřídelovým čepům úměrně s poklesem ohybového momentu. Průměr a délka hřídelového čepu se volí podle ložiska. Hřídele velkých průměrů je vhodné vyrábět duté z důvodů průběhu napětí v krutu τ K. Napětí se směrem ke středu hřídele zmenšuje, největší zatížení nesou krajní vlákna. Vlákna ve středu plných hřídelů mají nulové napětí v krutu. U tvarových hřídelí je nutné se vyvarovat zejména ostrých hran u osazení a příčných děr. Řeší se zaoblením nebo sražením hran. Poloměr zaoblení se volí: R 0,1.d Při návrhu hřídele je nutné přihlédnout k normalizaci navazujících součástí, tj. rozměrům válcových konců hřídele, drážek pro pero a pojistných kroužků, zápichů a středících důlků. Vše je uvedeno ve ST. [4] Obrázek 4: Výstupní hřídel převodovky - 7 -
Maßtolerierung, die Oberflächenrauheit Für die Funktionswellenteile wird die folgende Toleranz gewählt: j6, m6, k6 Für Wellenwalzenenden j6, k6 Unter Rolllager e8, f 7 Unter Gleitlager mit der Wellenrotation g6 Unter Gleitlager mit Nichtrotationschiebenbewegung h8 Die Nutenbreite in der Welle für Passfeder und Austauschfeder Für Oberflächenrauheit sind folgende Werten empfohlen: R A = 0,2 0,4 R A = 0,8 1,6 R A = 3,2 R A = 6,3 Für Rolllager und Gleitlager Flächen für Wellenverbindung mit der Ladung mit Hilfe der Feder Stirnstützflache, Nutenseiten für Feder Nichtfunktionswellenflächen Bild 5: Wellen der atypischen Kegelgetriebe - 8 -
Tolerování rozměrů, drsnost povrchu Pro funkční části hřídele se volí tolerance: j6, m6, k6 Pro válcové konce hřídelí j6, k6 Pod valivá ložiska e8, f 7 Pod kluzná ložiska s rotací hřídele g6 Pod kluzná ložiska s posuvnými nerotačními pohyby h8 Šířka drážky v hřídeli pro těsné i výměnné pero Pro drsnosti povrchů jsou doporučené hodnoty: R A = 0,2 0,4 R A = 0,8 1,6 R A = 3,2 R A = 6,3 Pod kluzná i valivá ložiska Plochy pro spojení hřídele s nábojem pomocí pera Opěrné čelní plochy, boky drážek pro pera Nefunkční plochy hřídelí Obrázek 5: Hřídele atypické kuželové převodovky - 9 -