Hnací spojky (obvykle zjednodušeně spojky) jsou zařízení, která slouží ke kinematickému a výkonovému spojení hřídelů v pohonech strojů a mechanismů. Spojky přenášejí krouticí moment z jedné hřídele na druhou aniž by se změnila jeho velikost a směr, a také kompenzovat montážní nepřesnosti a deformace geometrických os hřídelů, odpojovat a spojovat hřídele bez zastavení motoru, chránit stroj před poruchami v nouzových režimech, v některých případech absorbovat rázy a vibrace, omezovat rychlost otáčení atd.

Na Obr. jsou zobrazeny možné chyby při montáži hřídele (nesouosost hřídele): а — radiální posunutí; б— axiální posunutí; в– úhlové posunutí . Tyto chyby mohou existovat současně.

Spojky pohonů strojů jsou klasifikovány podle mnoha kritérií.

Podle principu činnosti je spojka rozdělena na čtyři třídy:

1. neuvolnitelné (zabránění oddělení hřídelí při provozu stroje);

2. podařilo se (umožňující možnost ovládání spojky);

3. samočinný (spouští se automaticky v důsledku změny nastaveného provozního režimu);

4. ostatní (všechny spojky nezařazené do prvních tří tříd).

Spojovací třídy (kromě čtvrté) se dělí na skupiny (mechanické, hydrodynamické, elektromagnetické), podskupiny (tuhé, kompenzační, elastické, bezpečnostní, přeběhové atd.), druhů (třením, se zničitelným prvkem atd.) a návrhy (vačka, koule, ozubené kolo, příruba, pouzdro a mnoho dalších).

V obecném případě se spojka skládá z hnací a hnané poloviny spojky a spojovacích prvků. V mechanických spojkách se jako spojovací prvek používají pevná (tuhá nebo elastická) tělesa. U hydrodynamických spojek plní funkci spojovacího prvku kapalina, u elektromagnetických spojek elektromagnetické pole.

Běžně používané spojky jsou standardizované. Hlavní pasovou charakteristikou spojky je hodnota točivého momentu, pro jejíž přenos je určena.

Budeme uvažovat pouze nejběžnější mechanické spojky ve strojírenství. Podle charakteru hřídelového spojení se spojky dělí na neřízené (trvalé), řízené a samoobslužné (automatické).

Typy spojek

Spojení neslyšících tvoří pevné a pevné spojení hřídelí. Nekompenzují výrobní a montážní chyby, vyžadují přesné vyrovnání hřídelí. Slepé spojky se obvykle používají pro pomaloběžné hřídele.

Objímková spojka – nejjednodušší ze slepých spojek, sestává ze spojovacího pouzdra s čepy (obr. 7.1, a) nebo pery (obr. 7.1, b). Jejich hlavní výhodou je jednoduchost designu. Používají se pro relativně malá zatížení na hřídelích o průměru do 60 . 70 mm.

a) b) Obr. 7.1. Objímkové spojky s: a – čepy; b – hmoždinky

Přírubová spojka – nejběžnější (obr. 7.2), sestává ze dvou polospojek 2 spojených svorníky 1. Svorníky jsou umístěny skrz jeden: s mezerou (varianta I) a bez mezery pro vystružování (varianta II). V tomto případě se centrování polovin spojky provádí pomocí šroubů instalovaných bez mezery, které jsou určeny pro smyk. Instalace šroubů bez vůle umožňuje menší spojky a je proto běžnější. Rýže. 7.2. přírubová spojka

READ
K čemu slouží pružinový dynamometr?

Přírubové spojky se používají pro spojování hřídelí o průměru do 200 mm a více. Výhodou takových spojek je jejich jednoduchost konstrukce a relativně malé rozměry.

Pevné kompenzační pouzdro. Díky pohyblivosti dílů kompenzují takové spojky radiální, úhlové a axiální posunutí hřídele způsobené nepřesnostmi při jejich výrobě, montáži a elastickými deformacemi. Tím se snižuje zatížení hřídelí a ložisek.

Nevýhodou tuhých kompenzačních spojek je absence elastických tlumicích prvků, které změkčují rázy a rázy. Nejrozšířenější jsou cam-disk a gear.

Vačková kotoučová spojka (obr. 7.3) sestává ze dvou polovin spojky 1 a 3 spojených mezikotoučem 2. Kotouč se během provozu pohybuje po drážkách polovin spojky a tím se vyrovnává nesouosost spojovaných hřídelů (radiální posuvy – až 0,04d, úhlové – do 30 ′).

Posouvání výstupků v drážkách je doprovázeno jejich opotřebením. Intenzita opotřebení se zvyšuje s rostoucí nesouosostí a rychlostí. Aby se snížilo opotřebení třecí plochy, jsou spojky pravidelně mazány a neumožňují na ně velká kolapsová napětí.

Rýže. 7.3. Spojka vačkového kotouče

Z podmínky odolnosti proti opotřebení spojek vačka-kotouč se vypočítá tlak na boční plochy výstupků a drážek:

kde Tr je vypočítaný točivý moment; h je pracovní výška výstupku; D, d jsou vnější a vnitřní průměry; [p] – dovolený tlak: s tepelně neupravenými, dobře namazanými plochami nebo s kalenými třecími plochami [p] = 15 . 30 MPa. Detaily spojky vačkové kotouče jsou vyrobeny z ocelí St5 (kování) nebo 25L (odlitky). Pro silně zatížené spojky se používají legované oceli typu 15X, 20X s nauhličením pracovních ploch.

převodová spojka (obr. 7.4, a) sestává ze dvou polospojek 1 a 3 s vnějšími zuby evolventního profilu a odnímatelné spony 2 s vnitřními zuby. Přenos točivého momentu je realizován velkým počtem současně pracujících zubů, což zajišťuje vysokou nosnost a malé rozměry spojky. Obr. 7.4. převodová spojka

Pro kompenzaci posunů dílů je poskytnuta koncová mezera δ. Pro snížení škodlivých účinků okrajového kontaktu se používají soudkovité zuby (obr. 7.4, b) a spojení se provádí se zvětšenými mezerami. Zubové spojky umožňují úhlové posunutí hřídelů (obr. 7.4, c) Δα max = 1,5°, radiální Δr = 0,2. 0,6 mm, axiální (na obrázku neznázorněno) – 1. 8 mm Části ozubených spojek jsou vyráběny z uhlíkových ocelí typu 45, 40Х, 45Л kované nebo lité. Pro zvýšení odolnosti proti opotřebení jsou zuby polovin spojky podrobeny tepelnému zpracování na tvrdost alespoň 40 HRC a zuby klecí na tvrdost alespoň 35 HRC.

READ
Jak zastavit noční kousání komárů?

Elastické dilatační spojky se používají nejen ke kompenzaci posunutí hřídele, ale také ke snížení dynamického zatížení a tlumení vibrací vznikajících při chodu ozubených kol strojů.

Elastická spojka objímka-prst (obr. 7.5) se skládá ze dvou polospojek 1 spojených prsty 2, na které jsou nasazeny zvlněné pryžové pouzdra pro zmírnění úderů. Vzhledem k jednoduchosti konstrukce jsou takové spojky široce používány v pohonech od elektromotorů pro hřídele o průměru 9 . 160 mm při krouticích momentech 6,3 . 16000 Nm. Obr. 7.5. Pružná spojka čep-objímka

Tloušťka pryžových pouzder je malá, a proto je tlumicí schopnost spojky zanedbatelná. Umožňují radiální posuv hřídelí do 0,6 mm, podélný posuv do 5 mm, úhlový posuv do 1°. Aby se omezilo opotřebení, průměrný kontaktní tlak kolíku na objímce se zjistí podle vzorce:

kde z = 6 je počet prstů; Dm je průměr obvodu umístění os prstů; dp je průměr prstů; l je délka pružného prvku, [p] ≈ 2 MPa je přípustný tlak pro pryžová pouzdra.

Spojka s hadovitými pružinami (obr. 7.6) sestává ze dvou polovin spojky 1 se zuby zvláštního tvaru, mezi nimiž jsou volně umístěny sekce hadovité pružiny 3 obdélníkového průřezu. Plášť 2, sestávající ze dvou polovin, slouží jako zásobník tuku a zabraňuje vypadnutí pružiny. Obr. 7.6. Spojka s hadovitými pružinami

Spojka slouží k přenosu velkých točivých momentů, má dobrý výkon, má malé rozměry, ale je poměrně drahá. V závislosti na rozměrech mohou spojky kompenzovat radiální posunutí hřídele 0,5…3 mm, axiální posunutí 4…20 mm a úhlové posunutí až do 1°15′. Polomateriály spojky – ocel 45, ocelolitina 45L; pružiny – pružinové oceli 65G, 60S2. Výpočet spojky umožňuje kontrolu pevnosti pružiny v ohybu metodami odolnosti materiálů.

Řízené (spojovací) spojky Umožňuje připojovat a odpojovat hřídele bez zastavení motoru. Podle konstrukce lze řízené spojky rozdělit na spojky vačkové, ozubené a třecí. Vačkové a ozubené spojky mají velmi malé rozměry a hmotnost a neumožňují prokluzování. Jejich zařazení na cesty však provázejí rány. Třecí spojky umožňují plynulé připojení hnacího a hnaného hřídele pod zatížením při jakékoli rychlosti otáčení a chrání mechanismy před náhlým přetížením. Řízené spojky vyžadují přesné vyrovnání spojovaných hřídelů.

READ
Jak funguje klika se zámkem?

Vačková spojka (obr. 7.7) se skládá ze dvou polospojek 1 a 2, které mají na protilehlých koncích výstupky – vačky. Při sepnutí spojky zasahují vačky jedné polospojky do prohlubní druhé a vytvářejí tuhé spojení. Zařazení vačkové spojky, aby se zabránilo otřesům, se provádí při zastaveném motoru nebo při nízkých rychlostech (do 1 m / s). Polospojky jsou nejčastěji umístěny na jedné hřídeli, což zajišťuje jejich dobré vyrovnání. Když je spojka vypnutá, ozubené kolo se volně otáčí na kluzném ložisku 3. Pokud je spojka zapnutá, točivý moment z ozubeného kola se přenáší přes vačky a drážky na hřídel. Pro odstranění otřesů a hluku při zapnutí spojky se používají speciální spojovací zařízení – synchronizátory. Vačkové spojky jsou vyrobeny z ocelí 20, 15X, 20X s následným nauhličením nebo z ocelí 40X, 30XH s následným hromadným kalením. Rozměry spojek se berou konstruktivně a poté se provede ověřovací výpočet vaček na odolnost proti opotřebení a pevnost.

Rýže. 7.7. Vačková spojka

Třecí spojky přenášejí krouticí moment mezi polovinami spojky vlivem třecích sil na pracovních plochách (obr. 7.8).

Obr. 7.8. Třecí spojky:

a – jeden disk; b – vícediskový; c – kónický

Během počáteční doby kontaktu mezi polovinami spojky dochází k relativnímu prokluzu jejich pracovních ploch (mazaných nebo suchých), a tím je zajištěna plynulá aktivace spojky. Při rovnoměrném pohybu nedochází k prokluzu a při přetížení prokluzuje spojka, která chrání stroj před poškozením. Třecí spojky musí mít spolehlivou přilnavost, vysokou odolnost proti opotřebení a tepelnou odolnost kontaktních ploch. Materiál třecích částí (obložení) se volí v závislosti na průměrném kontaktním napětí (tlaku):

kde Fa je axiální síla; T – točivý moment; k = 1,3…1,5 – faktor bezpečnosti adheze; Dm je střední průměr kontaktu; f je součinitel adheze (statické tření); z je počet dvojic třecích ploch; А = πDmb je plocha třecího povrchu; b je šířka třecí plochy; [p] – dovolené kontaktní napětí.

Podle vzorce (7.3) lze vypočítat točivý moment, který může být přenášen třecí spojkou. Pro zvýšení přenášeného točivého momentu můžete zvýšit počet párů třecích ploch. Vícekotoučové třecí spojky jsou malých rozměrů a k jejich sepnutí nevyžadují velkou sílu.

Samočinné automatické spojky provádět automaticky jednu z následujících funkcí: omezení přenášeného zatížení – bezpečnostní spojky; přenos zatížení (točivého momentu) pouze jedním směrem – jednosměrná spojka; zapínání a vypínání při dané rychlosti – odstředivé spojky.

READ
Jak vypočítat opláštění podšívky?

Bezpečnostní spojky fungují, když točivý moment překročí určitou nastavenou hodnotu. Když točivý moment při působení axiálních sil vlivem tvaru vybrání polospojky dosáhne mezní hodnoty, kuličky se posunou v axiálním směru (překonání odporu pružiny) a rozepnou spojku s následným zaklapnutím.

Předjížděcí spojka (volnoběžná spojka) navržený pro přenos točivého momentu pouze v jednom směru. Nejvíce se používají třecí jednosměrné spojky, které přenášejí krouticí moment v důsledku zaklínění mezi polospojky mezitěles (hlavně válečky). Takové spojky jsou tiché, kompaktní a mohou pracovat při vysokých rychlostech. Jsou vyráběny pro hřídele o průměru 10 . 90 mm a přenosem točivého momentu do 750 . 800 Nm.

Jednosměrné válečkové spojky (obr. 7.9) se používají v pohonech leteckých motorových jednotek (např. v pohonech startér-generátorů) a v pohonech rotorů vrtulníků; při výpadku jednoho motoru nedochází ke zpomalení pohybu vrtule, protože jednosměrná spojka umožňuje otáčení ozubených kol. Pokud oba motory selžou, jednosměrné spojky nezasahují do otáčení hlavního rotoru v režimu autorotace. Rýže. 7.9. jednosměrná spojka

spouštěč (odstředivá) spojka slouží k pozvolnému rozběhu pohonů zdvihacích strojů, dopravníků apod. Umožňují elektromotoru snadno akcelerovat a po dosažení určité rychlosti zahájit plynulou akceleraci pracovního těla. Startovací spojky přitom plní i bezpečnostní funkce. Běžné jsou čelistové a kotoučové odstředivé třecí spojky. Odstředivá spojka je namontována na hřídeli motoru. Za přítomnosti řemenového pohonu od elektromotoru k pracovnímu tělesu je vnější hnaná část spojky navržena ve formě řemenice.

Ve strojírenství jsou spojky zařízení, která se používají ke spojení konců hřídelí, tyčí, trubek, elektrických vodičů atd.

Přednáška pojednává pouze o spojkách pro spojovací hřídele.

Potřeba spojovacích hřídelí je dána tím, že většina strojů je sestavena z řady samostatných dílů (sestav) se vstupními a výstupními hřídeli.

Takovými díly jsou například motor, převodovka a pracovní stroj. Přímé kinematické a silové spojení jednotlivých částí stroje se provádí pomocí spojek (obr. 16.1).

Spojení hřídele je běžným, ale ne jediným účelem

spojky Například spojky se používají k zapínání a vypínání pohonu při trvale běžícím motoru (řízené spojky); pro kompenzaci škodlivých vlivů nesouososti hřídele spojených s nepřesnou montáží (vyrovnávací spojky); ke snížení dynamického zatížení (elastické spojky) atd.

V moderním strojírenství se používá velké množství spojek lišících se principem činnosti a ovládáním, účelem a provedením. Stručná klasifikace spojek podle těchto charakteristik je uvedena ve formě diagramu.

READ
Jak spočítat, kolik metrů čtverečních je v koberci?

Elektrické a hydraulické spojky zobrazené na tomto schématu využívají principu spojování prostřednictvím elektromagnetických a hydrodynamických sil. Přednáška se týká pouze mechanických spojek. V tomto případě jsou zvažovány nejběžnější a typické návrhy.

Široce používané spojky jsou standardizované. Hlavní pasovou charakteristikou každé spojky je velikost točivého momentu, který je navržena pro přenos.

Slepé spojky

Slepé spojky tvoří pevné a nepohyblivé spojení mezi hřídelemi (slepé spojení)

Spojka pouzdra

Objímková spojka je nejjednodušším zástupcem slepých spojek. Pouzdro se upevňuje na hřídele pomocí čepů (obr. 16.2), per (obr. 16.3) nebo drážkování.

Pouzdrové spojky jsou široce používány v lehkých strojích s průměrem hřídele ne větším než 60-70 mm. Vyznačují se jednoduchostí designu a malými rozměry.

Použití objímkových spojek u těžkých strojů je komplikováno tím, že při montáži a demontáži je nutné posouvat hřídele v axiálním směru.

Pevnost spojky je dána pevností čepového, perového nebo drážkového spojení a také pevností objímky.

Přírubová spojka

Na obr. 16.4 jsou nad a pod osou znázorněny různé možnosti provedení přírubové spojky: poloviny spojky 1,2 jsou spojeny šrouby instalovanými s mezerou (varianta I) nebo bez mezery (varianta II).

V prvním případě je točivý moment přenášen v důsledku třecích sil vznikajících na spoji polovin spojky při utahování šroubů, ve druhém případě – přímo šrouby, které pracují na střihu a drcení.

Šrouby instalované bez vůle mohou současně vykonávat funkci vyrovnání hřídele. Při instalaci šroubů s mezerou se vyrovnání provádí výstupkem 3, který také absorbuje všechna příčná (řezná) zatížení. Středící výstupek znesnadňuje instalaci a demontáž spoje, as

V tomto případě je nutné axiální posunutí hřídelů.

Aby byly dodrženy bezpečnostní předpisy, jsou vyčnívající části šroubů zakryty stranami 4 (varianta I).

V případech, kdy má spojka společný plot, se korálky nevyrábí (Možnost II).

Výpočty pevnosti se provádějí pro spoje a šrouby s perem nebo drážkou.

Instalace šroubů bez vůle umožňuje menší spojky a je proto běžnější.

Pro zmenšení rozměrů spojky jsou šrouby instalované bez vůle obvykle vyrobeny z vysokopevnostních ocelí jako St.5. kde. Vezmeme-li v úvahu zatížení z utahování, jsou povolena smyková napětí asi 400 kgf/cm 2 . poloviny spojky jsou vyrobeny z litiny, ocelolitiny, kované nebo válcované oceli.

Přírubové spojky jsou široce používány ve strojírenství. Používají se pro spojování hřídelí o průměru do 200 mm a více. Výhodou takových spojek je jejich jednoduchost konstrukce a relativně malé rozměry.