MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2015 SAMUEL HEJZLAR

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Rozebíratelné spoje ve strojních konstrukcích Bakalářská práce Vedoucí práce: doc. Ing. Josef Filípek, CSc. Vypracoval: Samuel Hejzlar Brno 2015

Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Rozebíratelné spoje ve strojních konstrukcích vypracoval samostatně a použil jen prameny, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy Univerzity v Brně. V Brně dne: 20.4.2015.. podpis

ABSTRAKT Tato bakalářská práce je zaměřena na rozebíratelné spoje ve strojírenství. V první části bakalářské práce je stručné rozdělení těchto spojů. Ke každému druhu spojení pak napsáno, jaké jsou typy toho spoje, k čemu používá a jak je namáhán. V praktické části jsou detailně rozebrány některé spoje na hutnícím válci, vyvinutém a vyrobeném společností Ammann CZ, která sídlí a vyrábí tyto válce v Novém Městě nad Metují od roku 1953. Klíčová slova: spoje, šrouby, čepy, kolíky, pera, hutnící válec ABSTRACT Presented Bachelors thesis is focused on threaded joints in engineering. There is listed simple determination of theses joints in the first part of the thesis as well as the type determinations, sample of practical use and type of the load. In the second part, are specifically described some screw joints used on compaction rollers, produced and developed in Ammann CZ company, which is located in Nové Město nad Metují and produce these rollers since 1953. Key words: joints, bolts, pins, dowels, pens, compaction roller

OBSAH 1 ÚVOD... 7 2 CÍL PRÁCE... 8 3 SPOJE VE STROJÍRENSTVÍ... 9 4 ROZEBÍRATELNÉ SPOJE... 10 4.1 Šrouby a šroubové spoje... 10 4.1.1 Druhy šroubových spojů... 10 4.1.2 Způsoby zatížení šroubových spojů... 11 4.1.3 Závity... 11 4.1.3.1 Druhy závitů... 12 4.1.4 Šrouby... 12 4.1.4.1 Rozdělení podle tvaru hlavy... 12 4.1.4.2 Rozdělení podle tvaru dříku... 13 4.1.5 Matice... 14 4.1.5.1 Závitové vložky... 15 4.1.6 Podložky... 15 4.1.7 Zajištění šroubů a matic... 15 4.1.8 Materiál na výrobu šroubů... 16 4.2 Kolíky... 16 4.2.1 Rozdělení kolíků... 17 4.2.2 Materiál pro výrobu kolíků... 17 4.2.3 Pevnostní výpočet kolíků... 17 4.3 Čepy... 19 4.3.1 Rozdělení čepů... 19 4.3.2 Materiál pro výrobu čepů... 20

4.3.3 Zajištění polohy čepu v součástech... 20 4.3.4 Výpočet namáhání čepu... 21 4.4 Klíny... 22 4.4.1 Rozdělení klínů... 22 4.5 Pera... 23 4.5.1 Rozdělení per... 23 4.5.2 Materiál pro výrobu per... 24 4.6 Drážkové spoje... 25 4.6.1 Rozdělení drážkových spojů... 25 4.7 Svěrné spoje... 26 4.7.1 Druhy svěrného spojení... 26 5 Praktická část... 27 5.1 Historie Ammann Group... 27 5.2 Činnost firmy AMMANN Czech Republic a.s.... 27 5.2.1 Typy hutnících válců... 28 5.3 Rozebíratelný spoj na válci ASC 110... 30 5.3.1 Spojovací šrouby a jejich značení... 32 5.3.2 Montáž sestavy... 33 5.3.2.1 Zajištění šroubů... 36 5.3.3 Technické parametry šroubů... 37 5.3.4 Zkouška pevnosti v tahu... 37 5.3.5 Spolehlivost spoje... 38 6 Závěr... 40 ZDROJE... 41 SEZNAM OBRÁZKŮ... 43 SEZNAM TABULEK... 45

1 ÚVOD Ve strojírenském průmyslu představují spojovací součásti základní prvek. Spoj má za úkol spojení strojních součástí v jeden celek. Výsledný produkt, který získáme, nazýváme stroj či strojní zařízení. Spoje dělíme na rozebíratelné a nerozebíratelné. V této práci se zaměřím na spoje rozebíratelné, patří mezi ně spoje šroubové, kolíkové, klínové, čepy a pera. Rozebíratelné spoje hrají při konstruování strojů velikou roli. K trvalému spojení konstrukčních prvků lze použít naopak spoje nerozebíratelné, kam patří svařování, nýtování, lisování, lepení a pájení. Jejich hlavní výhodou je vyloučení spojovacích prvků, jejichž využití vyžaduje otvory, které zeslabují průřez a vyvolávají koncentraci napětí. Rovněž montáž těchto spojů je většinou levnější než spojů rozebíratelných. Průmyslová revoluce, která proběhla v minulém a předminulém století, úplně změnila chod dějin. V moderním světě je například automobilový a letecký průmysl pilířem ekonomiky západních zemí. U proudových letadel, jako je Boeing 747 se na sestavení stroje spotřebuje až 2,5 milionu spojovacích součástí. Na auta se jich nespotřebuje tolik, ale zase aut se vyrábí nepřeberné množství, například v USA vychází na každého člověka jeden automobil a to při počtu 320 milionu lidí, to jsou ohromná čísla. Výrobci všech těchto strojů a jejich subdodavatelé se neustále snaží inovovat spojovací součásti i způsoby jejich výroby a montáže s cílem snížit materiálové, výrobní, montážní i jiné náklady. Lidí na světě přibývá a každý si bude chtít ulehčit život pomocí strojů a všeho co nám technika nabízí. Spojování strojních součástí bylo, je a bude jedním z nejdůležitějších oborů techniky. Znalost těchto spojů a možnosti jejich využití bude i v budoucnu nepostradatelné pro každého pracovníka s technikou. [2] 7

2 CÍL PRÁCE Cílem první části bakalářské práce je popsat a přehledně rozdělit druhy rozebíratelných spojů. U každého spoje je napsáno k čemu se používá a jaké jsou jeho části. V druhé části bakalářské práce bych se rád zaměřil na využívání těchto spojů v praxi, konkrétně ve firmě Ammann sídlící v Novém Městě nad Metují a vyrábějící hutnící stroje. Podrobně se zaměřím na spoj mezi běhounem a zbytkem stroje. Na závěr jsou popsány nejčastější poruchy na hutnícím stroji a možnosti jejich odstranění. 8

3 SPOJE VE STROJÍRENSTVÍ Spoje strojních součástí jsou složeny ze spojovaných součástí a součástí spojovacích. Spoj dle montážního hlediska dělíme na rozebíratelný nebo nerozebíratelný. Rozebíratelné spojení je takové, které se může bez poškození, nebo deformace spojovaných součástek uvolnit a znovu spojit. Nerozebíratelné spojení naopak při uvolnění spoje vyžaduje poškození, nebo deformaci některé ze spojovacích součástek. Nerozebíratelného spojení se dosáhne trvalým přetvořením spojovací součásti (nýtu) nebo spojením bez přetvoření součásti, ale přidáním materiálu v tekutém nebo měkkém stavu (svařování, lepení, pájení). Opětovné spojení u těchto spojů není možné. Většina spojů je nepohyblivých, některé ale dovolují vzájemný pohyb spojených součástí (např. otáčivý pohyb). [1,5,6] Obr. 1 Rozdělení spojů [15] 9

4 ROZEBÍRATELNÉ SPOJE 4.1 Šrouby a šroubové spoje Šroubové spoje jsou nejčastěji používané rozebíratelné spoje dvou nebo více součástí. Vytvářejí lehce rozebíratelný, jednoduchý a spolehlivý spoj. Jsou tvořeny spojovanými součástmi s dírou pro šroub, šroubem, maticí a podložkou (nemusí být součástí spoje). Šroubem se rozumí součást se závitem na vnější válcové ploše, matice je součást s dírou se závitem. Tvar a rozměry spojovacích šroubů a matic jsou normalizovány. [7] 4.1.1 Druhy šroubových spojů Obr. 2 Druhy šroubových spojů [16] 10

4.1.2 Způsoby zatížení šroubových spojů Šroubové spoje rozdělujeme podle směru zátěžné síly, podle předpětí, které utažením spoje může vzniknout a podle podmínek při utahování šroubu. V praxi se nejčastěji se setkáváme se šrouby s předpětím, to vzniká při utahování spoje, kdy se v určité fázi začínají spojované části stlačovat a šroub se začíná prodlužovat. Směr zatížení šroubu a to jestli je s předpětím nebo bez něj, potřebujeme znát hlavně při navrhování spoje. Obr. 3 Rozdělení šroubových spojů podle způsobu zatížení [18] 4.1.3 Závity Nejdůležitější částí všech šroubů jsou závity. Základním prvkem šroubu je vnější neboli šroubový závit. Základním prvkem matice je vnitřní, neboli maticový závit. Závity jsou tvořeny šroubovými plochami. Průsečnicí pláště rotačního válce o průměru D se šroubovou plochou boku závitu je prostorová křivka, nazývaná šroubovicí. Šroubovici, jako křivku ležící na plášti rotačního válce, můžeme snadno rozvinout do roviny. V rozvinutém tvaru je délka šroubovice jednoho závitu přeponou v pravoúhlém trojúhelníku. Kratší odvěsna je stoupáním šroubovice, ta delší pak obvod kružnice o poloměru D. Stoupání šroubovice značíme Ph. Nejkratší vzdálenost dvou stejnolehlých bodů sousedních závitů je rozteč závitu P. Pro jednochodý závit se P=Ph, pro vícechodý závit s počtem závitů n platí Ph = n*p. Šroubovice může být pravá a levá. [3] 11

4.1.3.1 Druhy závitů V Evropě se používá u spojovacích šroubů závit metrický, v menší míře (při opravách importovaných strojů a při výrobě některých strojů pro export) se používá závit Whitworthův. Ke spojování trubek, se používají závity trubkové. Existují ještě další druhy spojovacích závitů, za zmínku stojí Edisonův závit, je to druh oblého závitu, který se pro svůj dobrý kontakt mezi spojovanými součástmi používá zejména v elektrotechnice. [2,3,5] Metrický závit má vrcholový úhel trojúhelníku α = 60, rozměry se udávají v mm, Je určen velkým průměrem závitu šroubu a matice (jsou stejné). Označení je podle velkého průměru, například M12, M24. Podle různého stoupání se rozlišují závity hrubé řady a jemné řady. Jemné metrické závity mají šrouby používané například v leteckém a automobilovém průmyslu, jemné mechanice, elektrotechnice, na hřídelích. Při jejich označení nestačí udávat velký průměr závitu, udává se i stoupání, například M12 1,5. Whiworthův závit má vrcholový úhel trojúhelníku α = 55, rozměry se udávají v palcích (1 = 25,4 mm), U těchto závitů je stoupání udáváno počtem závitů na 1 palec. Vyskytuje se na šroubech dovezených strojů, u nás se běžně na spojovací šrouby nepoužívá. Trubkový závit má vrcholový úhel trojúhelníku α = 55 a udává se v palcích. Profil má taktéž shodný s Whiworthovým závitem. Liší se od něho jemnějším stoupáním. [5] 4.1.4 Šrouby Šrouby se rozlišují obvykle buď podle tvaru jejich hlavy (např. šestihranná, čtyřhranná, válcová apod.), rozměru dříku nebo rozměru závitu. 4.1.4.1 Rozdělení podle tvaru hlavy Existuje mnoho různých a zvláštních tvarů šroubových hlav. Toto jsou ty nejzákladnější. Šrouby s šestihrannou hlavou se používají nejčastěji. Šestihranná hlava poskytuje klíči při utahování dobré vedení. 12

Šrouby s válcovou hlavou se používají tehdy, když jsou vzdálenosti mezi šrouby malé nebo když hlava šroubu nesmí vyčnívat ze součásti. Zpravidla jsou šrouby s válcovou hlavou tepelně zpracovány na vyšší pevnost. Šrouby s drážkou v hlavě se utahují šroubovákem. Jsou proto dodávány s relativně malými rozměry závitu a upínací síly dosažitelné pomocí šroubu s drážkou v hlavě jsou podstatně menší než u jiných typů hlavy. [4,5,8] 4.1.4.2 Rozdělení podle tvaru dříku Podobně jako u šroubových hlav, tak i u tvaru dříku je to hodně rozmanité. Záleží, k jakému účelu bude šroub sloužit. Zde je pár příkladů. Lícované šrouby se používají tehdy, když musí šroubový spoj zachycovat příčné síly nebo jestliže má být zajištěna vzájemná poloha součástí. Spoje lícovanými šrouby jsou drahé, protože dřík šroubu musí být broušený a díra vystružená Závrtné šrouby se používají místo šroubů s hlavou tehdy, jestliže se musí spoj často uvolňovat. Silným zašroubováním závrtného šroubu se zabrání jeho otáčení při utahování a uvolňování matice. Stavěcí šrouby se používají například pro zajištění polohy náboje na hřídeli. Jejich konce jsou často zakalené a podle způsobu zajištění polohy na hřídeli různě tvarované. Obr. 4 Lícovaný šroub s válcovou hlavou [17] 13

4.1.5 Matice Matice se vyrábějí v různých tvarech podle účelu, ke kterému se používají. Tahová síla působící v šroubu je hlavou šroubu a maticí přenášena na konstrukční části. První nosný závit matice je namáhán nejvíce, v následujících závitech matice pak namáhání stále klesá. Většina matic je normalizována. Obr. 5 Druhy matic [9] Obr. 6 Rozdělení sil na jednotlivé závity [9] 14

4.1.5.1 Závitové vložky U materiálů s malou pevností ve smyku, se vnitřní závity při velkém namáhání vytrhnou. Lze tomu zabránit použitím závitových vložek, zatížení jednotlivých závitů se díky vložkám rovnoměrněji rozloží. Závitové vložky se používají také tehdy, jestliže se musejí opravit součásti kvůli poškozenému vnitřnímu závitu. Závitové vložky s vnějším závitem samy vyřezávají nebo vytlačují závit v protikusu. Jiný typ závitových vložek je vyroben z drátu s kosočtvercovým průřezem. Takto se vložkují např. vysoce zatěžované závity v součástech ze slitin Al-Mg pro letectví a kosmonautiku. [9] Obr. 7 Závitové vložky [9] 4.1.6 Podložky Podložky ve šroubových spojích se vkládají nejčastěji pod matice. Mají za úkol zajistit matici nebo šroub proti uvolnění, zmenšit tlak matice nebo hlavy šroubu na dosedací plochu, zamezují odírání spojovaných součástí a vyrovnávají nerovnosti. Pokud chceme zvýšit jištění šroubu proti uvolnění, můžeme použít ozubených nebo pružných podložek. Většina podložek je normalizována a jsou popsány ve strojnických tabulkách.[8,9] 4.1.7 Zajištění šroubů a matic Proti uvolnění a případnému vypadnutí šroubu je třeba šrouby ve spoji zajistit, zvláště při proměnlivém zatížení. Zajištění šroubu může být: 15

Mechanické Třením Lepením Mechanické zajištění bývá nejčastěji provedeno závlačkou případně drátem provlečeným otvorem ve dříku nad maticí (nejlépe korunová matice) nebo otvorem provrtaným maticí součastně s dříkem. Dále můžeme použít pojistný podložky s nosem nebo jazýčkem. Šroub se také může na konci roznýtovat, tím se ale spoj stává nerozebíratelným. Zajištění třením se většinou provádí dvěma maticemi. Dále se využívají samo jistící matice, ty mají v horní části závitu vlisovaný polyamidový nebo silonový kroužek, ten zvětší tření v závitech. Tření vytváří také pružné podložky, které se utažením zdeformují a působí tak na dosedací plochy. Lepení závitů, je v poslední době poměrně rozšířený způsob zajištění. Mezi jeho největší výhody patří jednoduchost, rychlost a spolehlivost. Podle druhu použitého přípravku se spoj rozebírá. Při středních pevnostech nám stačí ruční nářadí. Vyšší pevnosti jsou prakticky nerozebíratelné. 4.1.8 Materiál na výrobu šroubů Materiál na výrobu šroubu závisí na účelu spoje, na druhu namáhání šroubu a na provedení šroubu. Pro spojovací šrouby jsou vhodnější oceli s vyšší mezí pružnosti. Možno volit konstrukční uhlíkové oceli 11 341 (podle EN = S195T) až 11 501 nebo ušlechtilé uhlíkové oceli 12 040 a 12 050. Pro zvláště namáhané šrouby, které jsou vystaveny vysokým provozním teplotám, se volí ušlechtilé slitinové oceli 13 240, 15 230, 16 521 apod. [5,8] 4.2 Kolíky Spojovací kolíky slouží k pevnému rozebíratelnému spojení dvou strojních součástí, k zajištění jejich přesné polohy, popřípadě k zachycení posouvající síly u součástí spojených šrouby, které procházejí volně spojovacími dírami. Jsou výhodné zejména díky ceně. Jejich výroba i montáž je ze všech spojů nejlevnější. Jejich další výhodou je i to že mají normalizovaný rozměr. Normalizované jsou kolíky válcové a kuželové. [1,4] 16

4.2.1 Rozdělení kolíků Válcové kolíky Kuželové kolíky Rýhované kolíky Pružné kolíky Obr. 8 Pružný kolík 4.2.2 Materiál pro výrobu kolíků Válcové a kuželové kolíky se nejčastěji vyrábí z oceli třídy 11 100 (11SMn30) a 11 600 (E335). Pokud se jedná o kolíky pružné, pak se zpracovává ocel třídy 11 700 (E360). Nejkvalitnější a nejdražší kalené kolíky se vyrábí z oceli 19 400. Kolíky i hřeby mohou být chráněny proti korozi povrchovou úpravou. [4] 4.2.3 Pevnostní výpočet kolíků Při navrhování kolíkových spojů se zpravidla postupuje tak, že se podle rozměrů spojovaných součástí zvolí rozměry kolíků a pak se provede kontrolní výpočet. Nevyhovují-li dovolená namáhání, navrhnou se nové rozměry. Kolíkové spoje se kontrolují na smykové napětí v kolíku a tlak p v oblině díry. [1,4] Obr. 9 Příčný kolík zatížený silou kolmo na osu 17

Kontrola na střih: = = 2. Kontrola na otlačení: =. 2 =. Obr. 10 Příčný kolík zatížený obvodovou silou Kontrola na střih: = = 4.. Kontrola na otlačení: = 6. F Zatěžující síla [N] M k Krouticí moment [N.mm] 18

Obr. 11 Podélný kolík zatížený obvodovou silou Kontrola na střih: = = 2.. Kontrola na otlačení: = = 2. 0,5. 4.3 Čepy Čepy slouží k rozebíratelnému kloubovému spojení součástí, mají větší průměr než kolíky. Protože umožňují spojeným součástem vzájemný pohyb, bývají ve spojích uloženy s vůlí. Čepy přenášejí zatížení tahem i tlakem. Přenášené síly působí kolmo na osu čepu. Mohou také nahrazovat krátké nosné hřídele, potom jsou namáhány ohybem. Z důvodu pohyblivosti spoje musí být čep dobře mazán, proto jsou v něm mazací kanálky, které končí u vnějšího otvoru závitem pro našroubování maznice na plastické mazivo. Máli čep větší průměr, může být zhotoven jako dutý a tím je odlehčen. Většina čepů je normalizována. [4,5] 4.3.1 Rozdělení čepů Čepy mohou být bez hlavy, nebo s hlavou válcovou či zápustnou kuželovou. Pro kloubové spoje, přenášející střídavé nebo nárazové zatížení, jsou často používány pružné čepy, které mají po jedné straně podélnou drážku. 19

Obr. 12 Čep s válcovou hlavou a drážkou pro pojistný kroužek 4.3.2 Materiál pro výrobu čepů Jako materiál pro výrobu čepů je dobrá ocel, která se dobře obrábí, takzvaná automatová ocel, nebo oceli 11 370, 11 420, 11 500 a 11 600. Velmi namáhané čepy se povrchově kalí a brousí, jsou z cementačních ocelí 12 020 (C16E) a 14 220 (17MnCr5). Pružné čepy se vyrábějí svinutím pérové oceli a na povrchu jsou kaleny a broušeny. [1,5] 4.3.3 Zajištění polohy čepu v součástech Čepy s hlavou se proti osovému posunutí zajišťují přímo na volném konci vhodnou pojistkou například závlačkou, pružnými pojistnými kroužky vnějšími, maticí nebo stavěcím kroužkem. Čepy bez hlavy se zajišťují na obou koncích závlačkami nebo pružnými pojistnými kroužky, nepřímo se zajišťují dvěma vnitřními pojistnými kroužky nebo stavěcím šroubem. Bez zajištění může být čep, který má svislou osu a není nebezpečí samovolného vypadnutí, nebo čep který je často vyjímán. Čep může být i zajištěn proti pootočení, zajištění může být provedeno například navařeným ocelovým hranolem.[5,8] Obr. 13 Zajištění hĺavy čepu proti pootočení 20

4.3.4 Výpočet namáhání čepu Obr. 14 Silové poměry na spoji Napětí v ohybu plného čepu: = = (2 + ). M o ohybový moment [N.mm] W o průřezový modul v ohybu [mm 3 ] dovolené napětí v ohybu [MPa] Smyková namáhání čepu: τ = F S = F. τ Kontrola spojovaných součástí na otlačení: =. = 2.. 21

4.4 Klíny Podélné klíny zajišťují ustavení polohy náboje na hřídeli. Spoje pomocí klínů jsou spoje předepjaté tvarové, kdy krouticí moment mezi hřídelí a nábojem se přenáší třením a tvarovým stykem. Protože při montáži vznikají nepřesnosti v souososti, zvětšující čelní a obvodové házení spojovaných součástí, nejsou spoje s klíny vhodné pro případy, kdy je požadována vysoká přesnost chodu nebo vysoká frekvence otáčení. Spoje s podélnými klíny se již používají jen zřídka, stále častěji jsou nahrazovány pery. Vznikají buď naražením klínu do drážky v náboji a hřídeli (drážkové a ploské klíny), nebo naražením náboje na klín vsazený do drážky v hřídeli (vsazené klíny). Rozměry a materiál klínů jsou normalizovány. [2,10] 4.4.1 Rozdělení klínů Spojovací klíny se dělí podle polohy osy klínu k ose spojovaných součástí na klíny podélné a příčné. Podélné klíny jsou provedeny s nosem nebo bez nosu. Nos slouží k demontáži klínového spoje. Příčné klíny se zarážejí kolmo k podélné ose spojovaných součástí a jsou buď s jednostranným úkosem, nebo oboustranným úkosem. [10,11] Druhy podélných klínů třecí ploské drážkové tangenciální Druhy příčných klínů jednostranný úkos oboustranný úkos Podélné spojovací klíny se používají pro přenos točivého momentu tam, kde nejsou vysoké požadavky na přenos a na obvodové házení spojované součásti. Jsou vhodné pro přenášení střídavého točivého momentu. 22

Ploské a drážkové klíny mají na horní ploše úkos 1:100, tentýž úkos mají i drážky v náboji. Zploštění a drážka v hřídeli jsou bez úkosu. Není-li klín z druhé strany přístupný, tak je na klínech nos k vyražení. Tangenciální klíny spojují hřídele větších průměrů s těžkými součástmi, popřípadě se používají tam, kde jde o přenášení velkých točivých momentů při střídavém nebo rázovém zatížení. Vždy se používají dva páry tangenciálních klínů, uspořádaných tak, aby jedna dvojice přenášela točivý moment v jednom smyslu a druhá dvojice ve smyslu opačném. Klíny jsou obvykle vzájemně přesazeny o 120. Stykové plochy klínů mají úkos 1:100 až 1:60, vnější boky klínů a drážky v náboji i v hřídeli jsou rovnoběžné bez úkosu. Tangenciální klíny zeslabují hřídel méně než drážkové a přenášejí téměř celý točivý moment bočními plochami. [4,9] Obr. 15 Třecí klín [13] 4.5 Pera Obr. 16 Drážkový klín s nosem na vyražení [13] Pera představují jeden z nejčastějších a nejekonomičtějších spojů hřídele s nábojem, který je vhodný pro přenos středních točivých momentů při převážně stejném smyslu otáčení. Krouticí moment se přenáší jen boky pera tvarovým stykem. Zhotovují se z tažených polotovarů obdélníkového průřezu. Drážky pro pera se frézují do hřídele a odrážejí do náboje. Tvar a rozměry per jsou normalizovány. [2] 4.5.1 Rozdělení per Podle tvaru a funkce rozlišujeme pera: Těsná 23

Volná a výměnná Úsečová Pera těsná se používají nejčastěji. Používají se tam, kde není možno nebo se nedoporučuje použít klín. Zejména u součástí uložených ve valivých ložiskách. Těsná pera se vsadí do drážky v hřídeli. Zabraňují sice otáčení součásti na hřídeli, dovolují však její posouvání ve směru osy hřídele, proto je třeba součásti, které jsou uloženy na hřídeli s vůlí a nejsou zajištěny přilehlými součástmi, zajistit proti osovému posuvu. Pokud jsou pera uložena na hřídeli s přesahem, není třeba, je již dále zajišťovat nepřenáší-li se velká osová síla. Pera volná a výměnná se používají pro spojení součástí, které se mají po hřídeli posouvat, nikoliv však otáčet. Pera úsečová se používají pro uložení neposuvných součástí s krátkým nábojem na hřídeli menšího průměru, přenášející malý točivý moment. Toto pero je uloženo hluboko v hřídeli, a proto přenáší bezpečněji kroutící moment než pero těsné, hřídel je však drážkou značně zeslaben. Spoj úsečovým perem není vhodný pro střídavé zatížení a rázy. Nejčastěji používané úsečové pero se nazývá Woodruffovo. [4,9,12] Obr. 17 Woodruffovo pero [12] 14 240. 4.5.2 Materiál pro výrobu per Pera se vyrábějí z oceli 11 600, pera pro silniční vozidla a speciální pera jsou z oceli 24

4.6 Drážkové spoje Slouží k přenosu krouticího momentu z hřídele na náboj. Jedná se o spojení tvarovým stykem, tzn. síly i momenty jsou přenášeny pomocí styčných ploch na hřídeli a náboji. Drážkové spoje nejsou zajištěné proti osovému posuvu náboje po hřídeli, proto se často používají pro přesuvné náboje. Používají se pro přenos velkých i rázových krouticích momentů. 4.6.1 Rozdělení drážkových spojů Podle tvaru drážek rozlišujeme: Drážkování rovnoboké Drážkování evolventní Drážkování jemné Drážkování rovnoboké se používá pro velké, rázové a střídavé krouticí momenty a u přesuvných nábojů. Drážkování evolventní je tvořeno drážkami s úhlem profilu 30. Používá se pro velké a rázové kroutící momenty a u přesuvných nábojů. Drážkování jemné má drážky s vrcholovým úhlem v rozmezí 47 až 63. Může mít až 78 drážek. Počet drážek se řídí normou a je závislý na průměru hřídele. Výhodou jemného drážkování je, že méně zeslabuje hřídel. Používá se pro velké krouticí momenty a je nevhodné pro přesuvné náboje. Obr. 18 Rovnoboké drážkování v náboji 25

4.7 Svěrné spoje Jsou spoje rozebíratelné se silovým stykem. Jedna ze součástí se pružně deformuje. Sevření je uskutečněno šrouby. Hodí se k přenosu menších krouticích momentů a axiálních sil u součástí, které se na hladký hřídel nasazují dodatečně nebo jejichž poloha se nastavuje až při montáži, například sedadlo u jízdního kola. [19] 4.7.1 Druhy svěrného spojení Svěrný spoj se šroubem Svěrný spoj s kuželem Obr. 20 Svěrný spoj se dvěma šrouby [15] Obr. 19 Svěrný spoj s kuželem [15] 26

5 PRAKTICKÁ ČÁST 5.1 Historie Ammann Group Společnost Ammann byla založena roku 1869 panem Ulrichem Ammannem v Madiswilu, což je městečko ležící na severu Švýcarska. Firma se prakticky od svého vzniku zabývala stroji na hutnění a zpracování asfaltu a vším co s ním souvisí. Postupem času se rozrostla do velké nadnárodní společnosti. Závody má v sedmi různých zemích, mezi které patří i Česká republika. V současné době společnost zaměstnává kolem 3400 lidí a její čistý obrat je přibližně 25 mld. kč. V roce 2005 koupila firmu Stavostroj v Novém Městě nad Metují. 5.2 Činnost firmy AMMANN Czech Republic a.s. Firma Ammann Czech republic má závod v Novém Městě nad Metují a ve skupině Ammann Group se zaměřuje na výrobu hutnící techniky. Jedná se o silniční válce v hmotnosti od 1,2 do 25 tun, jak v provedení pro zeminové použití - vibrační běhoun vpředu a tahač (traktor) vzadu, tak pro použití na asfalty se dvěma ocelovými vibračními běhouny. Speciálním válcem je válec pneumatikový, který má 4 pneumatiky vpředu a 4 vzadu a hutnící účinek je tvořen pouze váhou tohoto stroje. Firma Ammann patří v oblasti hutnících strojů mezi světovou špičku. Je 5. největším výrobcem na světě. Mezi jejich konkurenty patří například Hamm, Bomag nebo Caterpillar. Největší trhy jsou nyní Rusko, Amerika, Austrálie a Turecko. Válce z Nového Města pracují i za polárním kruhem v Rusku, na Saharské poušti nebo při stavbě silnic v Andách. Celkové tržby AMMANN Czech Republic a.s. jsou kolem 2 miliard Kč. Z toho se v samotné České Republice prodá zhruba 0,5%, zbytek se získá exportem. V Novém Městě je kromě výroby také vlastní vývoj těchto strojů. 27

5.2.1 Typy hutnících válců Ammann vyrábí 3 hlavní typy velkých hutnících válců. Každý má jiné vymoženosti a hodí se na něco jiného. V letošním roce se do firmy z ekonomických důvodů přesunula také výroba menších válců, typu ARX, ze Švýcarska. Válce z Ammannu mají jasně žluto-zelenou barvu. Pokud si zákazník vyžádá vlastní barvy, tak je stroj nastříkán jimi. Například na Americkém trhu se válce z Nového Města prodávají pod značkou CASE a mají oranžovo-černé barvy. Ammann single drum ve zkratce se označuje jako ASC. Je zeminový válec určený k hutnění zemin a kameniva. Používá se na uhutnění základního podkladu. Vyrábí se s hladkým běhounem. Pokud ale potřebujeme uhutnit půdu mokrou nebo jílovitou dá se na hladký válec přidělat ježkový segmenty. Jeho hmotnost je od 3 (ASC 30) do 25 (ASC 250) tun. Válec se vyrábí pouze s hydrostatickým pohonem. Tento válec je vlajkovou lodí Ammannu, ročně se jich prodá kolem 800, což tvoří asi 65% všech prodaných válců. Ammann pneumatic roller neboli AP 240. Číslo 240 nám udává, že válec může být zatížen až na 24 tun, základní hmotnost je 10 tun ale pomocí písku, vody nebo různého materiálu se může zvýšit až na 24 tun. Válec typu ASC hutní svojí váhou ale především vibrací běhounu. Pneumatický válec hutní pouze svojí vahou, řadí se tak do kategorie statických válců. Používá se na hutnění jak asfaltu tak v menší míře i kameniva. Pohon může být jak hydrostatický tak mechanický. Nehodí se na hutnění zemin. Jeho předností je, že pneumatiky asfalt nejen hutní ale i hnětou tzn. více se tiskne a lépe drží při sobě. Pneumatiky vepředu a vzadu mají mezi sebou překrytí, takže válcují plynule a nevznikají mezery. Asfaltový vibrační válec najdeme pod zkratkou AVX. Je to kloubový válec hydrostaticky poháněn. Má dva vibrační běhouny. Dělá se od 7 do 13 tun. Jeho menší verze ARX se dělá od 1 do 4 tun. Určeny jsou zejména pro hutnění asfaltu. 28

Obr. 21 ASC 110 pro firmu CASE Obr. 22 AVX 110 29

Obr. 23 AP 240 5.3 Rozebíratelný spoj na válci ASC 110 Na hutnícím válci najdeme velmi mnoho různých druhů spojů. V naprosté většině případů se používají spoje šroubové. Zajímavostí je, že se na tomto stroji nenajde žádný spoj pomocí spojovacích kolíků. V této práci se detailně zaměříme na spoj mezi hnací části válce a běhounem. Sestava se nazývá kloub a skládá se ze tří hlavních dílů a ze spojovacích částic, v tomto případě se jedná o šrouby. Tato sestava také umožňuje stroji oscilovat o 10, oscilace pomáhá k tomu, aby byl dobře uhutněn i nerovný terén. Tento spoj je jedním z nejdůležitějších, takže musí být zaručena jeho pevnost a spolehlivost. 30

Obr. 24 Model umístění kloubu na válci Obr. 25 Kloub na stroji 31

5.3.1 Spojovací šrouby a jejich značení Všechny šrouby použité ke spojení sestavy jsou pevnostní třídy 10.9. Je to nejvyšší pevnostní třída používaná na stroji. Ochranu proti korozi zajišťuje vrstva zinku na šroubech. Celá sestava je nakonec uchycena s běhounem 8 šrouby se závitem M24. Pevnostní třídy šroubů jsou 10.9, což jsou šrouby s vysokou pevností. První číslice označuje setinu minimální pevnosti v tahu v N/mm 2 zatížené plochy. Pevnost v tahu je tedy v tomto případě 1000 N/mm 2. Vynásobením prvního a druhého čísla nám vyjde desetina meze kluzu v N/mm 2. V Případě těchto šroubů je minimální mez kluzu tedy 900 N/mm 2. Šrouby jsou utahovány podle vnitropodnikové tabulky utahovacích momentů. Pokud se mají utáhnout jiným momentem, než je předepsáno, tak je to uvedeno na technickém výkrese. Šrouby se utahují pneumatickým utahovákem. Ke kontrole utažení šroubů, slouží elektrický momentový klíč. Na klíči je obrazovka, na které si obsluha navolí daný moment a pak jen zmáčkne tlačítko a šroub je dotažen bez sebemenších problémů. Pořizovací cena jednoho klíče je kolem 200 000 Kč. Tab. 1 Vnitropodniková tabulka utahovacích momentů 32

5.3.2 Montáž sestavy Sestava se montuje na samostatném pracovišti ve výrobní hale. Sestava se skládá, ze 3 kusů. Uchycení ložiska je spojeno pomocí čepů s druhou částí hutnícího stroje. Ložisko je spojeno 24 šrouby s uchycením ložiska a zajišťuje oscilaci celého stroje. Deska na uchycení běhounu je spojena 23 šrouby s ložiskem. Šrouby jsou pevnostní třídy 10.9, která se ve firmě používá na vysoce namáhané spoje. Obr. 26 Díly sestavy Uchycení ložiska se pomocí jeřábu umístí na pracovní stůl. Pomocí odmašťovače Loctite 7063 se závity a jejich okolí vyčistí. Obr. 28 Uchycení ložiska Obr. 27 Odmašťování závitů 33

Další operací je nasazení ložiska. Ložisko se nasazuje také pomocí jeřábu, při manipulaci s jeřábem je potřeba vysoká pozornost, náraz by mohl způsobit trvalé poškození součástí. Po nasazení se ložisko připevní 24 šrouby M14x100 10.9 ZN, DIN931 k uchycení ložiska. Na šrouby se před usazením nanese povlak lepidla a opatří se ocelovou podložkou. Obr. 31 Oscilační ložisko Obr. 30 Zajišťovač závitů Obr. 29 Lepení šroubů Šrouby se utahují pomocí pneumatického rázového utahováku se silou 210 Nm. Utahovák, je ale seřízen na sílu 185 Nm, což odpovídá vnitropodnikové tabulce utahovacích momentů. Obr. 32 Utahování šroubů 34

Po utažení šroubů na ložisku se připraví deska na uchycení běhounu. Deska se nejprve očistí, od nejhrubší špíny, pomocí vzduchu. Následně se pomocí jeřábu zvedne a položí na ložisko. Důležité při této operaci je, aby byly závity přesně nad sebou, čehož se docílí pomocí ocelového kolíku, který se protáhne závitem na desce a zasune do závitu v ložisku. Poté následuje opět odmaštění a očištění a závitů a jejich okolí. Nakonec přijde spoj přišroubovat k ložisku pomocí šroubů M14x65 10.9 ZN, DIN 933. Šrouby jsou také s ocelovou podložkou a pojištěny lepidlem Loctite. Obr. 33 Montáž desky Poté se sestava pomocí vysokozdvižného vozíku přesune do lakovny, kde se nalakuje konečnou barvou a poté se přesune na pracoviště, kde se následně montuje na stroj. Pracoviště na montování kloubu se nachází úplně na začátku výrobní linky. Obr. 34 Uchycení kloubu na stroji 35

5.3.2.1 Zajištění šroubů K jištění šroubů, použitých ke spojení kloubu, se využívá zajišťovač závitů Loctite 243. Jeho schopnost spočívá v tom, že zajistí a utěsní šrouby a matice tak že nedochází k vibracím a předchází tak uvolnění. Funguje na všech kovech a dokáže snést i mírné znečištění různými průmyslovými oleji. K dokonalému vytvrzení spoje dojde do 2 hodin. K demontáži takto zajištěného šroubového spoje stačí ruční nářadí. Pokud by spoj nešel povolit, tak se zahřeje a pevnost Loctite s přibývající teplotou klesne. Obr. 36 Závislost pevnosti lepidla na teplotě Obr. 35 Spojovací šroub se zajišťovačem 36

5.3.3 Technické parametry šroubů Celá sestava kloubu je spojena šrouby s třídou pevností 10.9. Šrouby jsou nejvíce namáhány při přemísťování celého stroje pomocí jeřábu. Tab. 3 Meze pevností šroubů Tab. 2 Značky a mechanické vlastnosti pro materiál l ocelových šroubů a matic 5.3.4 Zkouška pevnosti v tahu Jedná se o výpočet 23 šroubů spojujících ložisko s držákem ložiska. Výsledek nám dokazuje to, že spoj je dimenzovaný tak, aby vydržel i mnohem větší napětí než na něj 37

působí během většinu času. Ve výpočtu se počítá s polohou stroje zavěšeného za běhoun. Zatěžující síla M Hmotnost zatěžující části [kg] G tíhové zrychlení [m.s -2 ] Zatěžující síla na 1 šroub při počtu N počet šroubů [-] Průřez šroubu se závitem M14 = = 6500 9,81 = 63 765 = = 63 765 23 = 2772,4 = ( ) =, * (,, ) = 115,38 Napětí v tahu Dovolené napětí v tahu podle tab. 2 R e Mez kluzu [MPa] = = 2772,4 115,38 = 24,03 = 0,1 = 0,1 900 = 90 5.3.5 Spolehlivost spoje Údaje získané ze společnosti Ammann říkají, že na daném kloubovém spojení se objeví závada jen jednou za 4 roky. Počet strojů, které se za tu dobu, vyrobí s daným spojením je 2600. Z těchto čísel vyplývá, že spoj je de facto bezporuchový. Nejproblematičtějším uzlem vibračního válce jsou ložiska vibrátoru, které jsou vystaveny enormním tlakům včetně tepelného zatížení, z čehož vyplývá jejich zadření. 38

Předejít tomu problému lze zavedením první výměny oleje ve vibrátoru po 100 pracovních hodinách. Tímto dojde již k záběhu ložisek a vyměněný olej odvede případné nečistoty, zanesené při montáži stroje. Technické řešení daného spoje jakožto i celého stroje, je velmi spolehlivé a největší problémy s kvalitou, jsou zaznamenány vlivem lidského faktoru při výrobě nebo montáži. 39

6 ZÁVĚR Ve strojírenství, zejména v konstrukci strojů, jsou rozebíratelné spoje nenahraditelné. V bakalářské práci jsou charakterizovány jednotlivé druhy rozebíratelných spojů. Zejména spojení šroubová, která jsou využívaná nejvíce. Šroubové spojení se každým rokem zdokonaluje, šrouby jsou z lepších a modernějších materiálů. K jištění šroubů se čím dál častěji používají různá speciální lepidla. Podložky jsou nejčastěji pružné a i tam je mnoho rozdílů a záleží hlavně na ekonomických stránkách. Pro přenos krouticího momentu se u moderních strojů již prakticky nepoužívá klínové spojení. Stále častěji, se na všech typech strojů, můžeme setkat s drážkovými spoji, které svojí jednoduchostí a spolehlivostí vytlačují klíny a často i pera. Naopak čepové spoje jsou prakticky nenahraditelné a mají i silný potenciál do budoucna. Zejména v hydraulických mechanismech, kde můžeme výkon přenášet pomocí různých hadic, se nám čepy velice hodí a pohyblivá kloubová spojení mají v tomto sektoru velkou budoucnost. Všechny druhy rozebíratelných spojů jsou pod tlakem doby, kdy hraje největší roli cena. Spojení se musí umět prosadit v tomto světě a zároveň nesmí klesnout se svojí kvalitou, což bude výzva pro vývojáře do budoucna. Spoje se nebrání novinkám. Jako příklad můžeme použít závitové vložky u šroubového spojení, které slouží ke zpevnění závitu a k rozložení zatížení na všechny závity. Podobných novinek a inovačních prvků bude do budoucna přibývat, ale podstata spojů zůstane ještě po dlouhou dobu nezměněna. 40

ZDROJE [1] MÁLIK, Ladislav a Štefan MEDVECKÝ. Časti a mechanizmy strojov. 1. vyd. V Žiline: Žilinská univerzita, 2003, 535 s. ISBN 80-8070-043-5. [2] SHIGLEY, Joseph Edward, Charles R MISCHKE, Richard G BUDYNAS a Miloš VLK. Konstruování strojních součástí. 1. vyd. V Brně: VUTIUM, 2010, 1159 s. ISBN 978-80-214-2629-0. [3] ZACHARIÁŠ, Ladislav. Části strojů. Vyd. 1. Praha: Česká zemědělská univerzita, 2000, 210 s. ISBN 80-213-0615-7. [4] BOLEK, Alfred a Josef KOCHMAN. Části strojů. 5., přeprac. vyd. (1. v SNTL). Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1989-1990, 2 sv. [5] ŘEŘÁBEK, Antonín. Stavba a provoz strojů 1: pro školu a praxi. 1. vyd. v České republice. Praha: Scientia, 2006, 214 s. ISBN 80-86960-02-1. [6] ŠVEC, Vladimír. Části a mechanismy strojů: spoje a části spojovací. Vyd. 3. V Praze: České vysoké učení technické, 2008, 170 s. ISBN 978-80-01-04138-3. [7] SHIGLEY, Joseph Edward. Standard handbook of machine design. 2nd ed. New York: McGraw-Hill, c1996, 1 sv. (různé stránkování). ISBN 0-07-056958-4. [8] SVOBODA, Pavel. Základy konstruování. Vyd. 3., upr. a dopl. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2009, 234 s. ISBN 978-80-7204-633-1. [9] FISCHER, Ulrich. Základy strojnictví. Vyd. 1. Praha: Europa-Sobotáles, 2004, 290 s. ISBN 80-86706-09-5. [10] PEŠÍK, Lubomír. Části strojů: stručný přehled. Vyd. 3., dopl. Liberec: Technická univerzita v Liberci, 2008, 2 sv. (191, 201 s.). ISBN 978-80-7372-319-4. [11] Rozdělení spojovacích klínů. [online]. [cit. 2015-02-23]. Dostupné z: http://www.347.vsb.cz/staff/kunzova/zs-kunzova-prednaska8.pdf 41

[12] Woodruffovo pero. [online]. [cit. 2015-02-25]. Dostupné z: http://www.cyclepedia.com/woodruff-key/ [13] Spojení hřídele s nábojem. [online]. [cit. 2015-02-29]. Dostupné z: http://coptel.coptkm.cz/?docgroup=4331&cmd=1&instance=2 [14] Historie a současnost firmy. [online]. [cit. 2015-03.03]. Dostupné z: http://www.ammann-group.com [15] Obrázky rozebíratelných spojů. [online]. [cit 2015-03-03]. Dostupné z: http://coptel.coptkm.cz/index.php?instance=2 [16] Druhy šroubových spojů. [cit. 2015-03-03]. Dostupné z: http://solidworks.caxmix.cz/zakladni-druhy-sroubovych-spoju-a-jejichzobrazeni-na-vykrese/ [17] Lícovaný šroub. [cit. 2015-03-03]. Dostupné z: http://www.tme.eu/html/cz/licovane-srouby-firmy-elesa_ganter [18] Spoje ve strojírenství elektronická učebnice [cit. 2015-03-07]. Dostupné z: http://moodle2.voskop.eu/download/teu/u36_spoje_ve_strojirenstvi.pdf [19] GREČENKO, Alexandr. Strojní součásti. 3., upr. vyd. Ústí nad Labem: Univerzita J.E. Purkyně v Ústí nad Labem, 2009, 156 s. ISBN 978-80-7414-165-2. 42

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Rozdělení spojů [15]... 9 Obr. 2 Druhy šroubových spojů [16]... 10 Obr. 3 Rozdělení šroubových spojů podle způsobu zatížení [18]... 11 Obr. 4 Lícovaný šroub s válcovou hlavou [17]... 13 Obr. 5 Druhy matic [9]... 14 Obr. 6 Rozdělení sil na jednotlivé závity [9]... 14 Obr. 7 Závitové vložky... 15 Obr. 8 Pružný kolík... 17 Obr. 9 Příčný kolík zatížený silou kolmo na osu... 17 Obr. 10 Příčný kolík zatížený obvodovou silou... 18 Obr. 11 Podélný kolík zatížený obvodovou silou... 19 Obr. 12 Čep s válcovou hlavou a drážkou pro pojistný kroužek... 20 Obr. 13 Zajištění hĺavy čepu proti pootočení... 20 Obr. 14 Silové poměry na spoji... 21 Obr. 15 Třecí klín [13]... 23 Obr. 16 Drážkový klín s nosem na vyražení [13]... 23 Obr. 17 Woodruffovo pero [12]... 24 Obr. 18 Rovnoboké drážkování v náboji... 25 Obr. 19 Svěrný spoj s kuželem [15]... 26 Obr. 20 Svěrný spoj se dvěma šrouby [15]... 26 Obr. 21 ASC 110 pro firmu CASE... 29 Obr. 22 AVX 110... 29 Obr. 23 AP 240... 30 Obr. 24 Model umístění kloubu na válci... 31 Obr. 25 Kloub na stroji... 31 Obr. 26 Díly sestavy... 33 Obr. 27 Odmašťování závitů... 33 Obr. 28 Uchycení ložiska... 33 Obr. 29 Lepení šroubů... 34 Obr. 30 Zajišťovač závitů... 34 43

Obr. 31 Oscilační ložisko... 34 Obr. 32 Utahování šroubů... 34 Obr. 33 Montáž desky... 35 Obr. 34 Uchycení kloubu na stroji... 35 Obr. 36 Závislost pevnosti lepidla na teplotě... 36 Obr. 35 Spojovací šroub se zajišťovačem... 36 44

SEZNAM TABULEK Tab. 1 Vnitropodniková tabulka utahovacích momentů... 32 Tab. 2 Meze pevností šroubů... 37 Tab. 3 Značky a mechanické vlastnosti pro materiál ocelových šroubů a matic... 37 45