Části a mechanismy strojů 1 Katedra konstruování strojů Fakulta strojní Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1 Podklady k přednáškám – část F1 Prof. Ing. Stanislav Hosnedl, CSc. a kol. Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

HŘÍDELOVÉ SPOJKY Kapitola F 1. HŘÍDELOVÉ SPOJKY – ZÁKLADNÍ POZNATKY PRO ÚPLNOST K INFORMACI Kapitola F POTŘEBNÉ DŮLEŽITÉ HŘÍDELOVÉ SPOJKY 1. HŘÍDELOVÉ SPOJKY – ZÁKLADNÍ POZNATKY 2. MECHANICKÉ SPOJKY NEROZPOJOVANÉ 3. MECHANICKÉ SPOJKY OVLÁDANÉ 4. MECHANICKÉ SPOJKY AUTOMATICKÉ    1.1.2015 2 © S. Hosnedl

1 HŘÍDELOVÉ SPOJKY – ZÁKLADNÍ POZNATKY DŮLEŽITÉ Charakteristika (konstrukční znakové vlastnosti - znaky) Strojní části (stavební orgány), jejichž funkcí je umožnit přenos točivého momentu a pohybu mezi dvěma blízkými otočnými částmi technického zařízení (systému), jejichž osy otáčení mohou (obecně) být: • totožné • mírně různoběžné • mírně mimoběžné Tato funkce je často kombinována s dalšími funkcemi (které pak obvykle bývají hlavními): • omezit přenášený točivý moment • tlumit torzní kmity • umožnit vyrobení rozměrného dílu (jeho rozdělením) • umožnit montáž a demontáž (zařízení po částech) • eliminovat změny polohy spojovaných částí (vlivem geometrických nepřesností, poddajností, tepelné roztažnosti, apod.)    1.1.2015 3 © S. Hosnedl

Podle principu a způsobu přenosu točivého momentu a otáčení (tj. podle funkčního/pracovního principu a způsobu) lze spojky roztřídit na: 1. Mechanické spojky a) nerozpojované (za provozu trvale spojené): • (nepružné) pevné (trubkové, korýtkové, přírubové/kotoučové, s čelním ozub.) • (nepružné) vyrovnávací (trubkové, kolíkové, ozubcové, s křížovým kotoučem, s klouby, zubové) • pružné (kotoučové, s integrovanými pruž. tělesy, s vloženými pruž. tělesy, obručové a talířové, s kovovými pružinami, membránové) b) ovládané (mechanicky, hydraulicky, pneumaticky, elektromagneticky), se změnami spojení řízenými z okolí spojky: • zubové (čelní, válcové) • třecí (kotoučové/diskové, lamelové) c) automatické / poloautomatické , se změnami spojení řízenými plně/zčásti spojkou • pojistné (destruktivní, vysmekávací, prokluzovací) • rozběhové (práškové, segmentové) • volnoběžné (axiální princip, radiální princip) POTŘEBNÉ    1.1.2015 4 © S. Hosnedl

• s uzavřeným okruhem (neřízené, samočinně řízené, řízené) 2. Hydraulické spojky: a) hydrodynamické • s uzavřeným okruhem (neřízené, samočinně řízené, řízené) • s otevřeným okruhem b) hydrostatické 3. Elektrické spojky: a) asynchronní • s vírovou kotvou • s klecovou kotvou b) synchronní • s reluktanční kotvou • s buzenou kotvou 4. Magnetické spojky (bez dalšího členění) POTŘEBNÉ Poznámky: - Uvedené třídění vychází z ČSN 02 6400, u mechanických spojek je však použito upravené výstižnější funkční strukturování a označení.    1.1.2015 5 © S. Hosnedl

• část hnací (spojení s hnací částí tech. zařízení) Podle zabezpečování dílčích funkcí lze na spojce rozlišit (dílčí stavební orgány): • část hnací (spojení s hnací částí tech. zařízení) • část hnanou (spojení s hnanou částí tech. zařízení) • část spojovací (spojení mezi hnací a hnanou částí spojky) Pokud je spojka "symetrická" (rozměrově, hmotnostně, ale zejména "funkčně"), je rozlišení hnací a hnané části stanoveno pouze zvolenou orientací v technickém zařízení. U řady druhů "nesymetrických" spojek je však správná orientace hnací a hnané části spojky (vůči hnací a hnané části technického zařízení) nutnou podmínkou jejich správné funkce. DŮLEŽITÉ Poznámky: Spojky se pro svoji dobrou typizovatelnost většinou navrhují, vyrábějí a dodávají jako komponenty. Téměř výhradně to platí pro všechny typy mechanických "nemechanicky" (tj. elektromagneticky, hydraulicky a pneumaticky) ovládaných spojek a do značné míry i pro spojky hydraulické, elektrické a magnetické, které se však používají jen ve speciálních případech. Informace pro použití hromadně vyráběných spojek je nutné vyhledat v katalogu výrobce, příp. ve speciální odborné literatuře. Dále jsou proto uvažovány pouze převážně používané mechanické spojky, přičemž je pozornost soustředěna především na individuálně navrhovatelné a vyrobitelné typy.    1.1.2015 6 © S. Hosnedl

1.2 Vnější zatížení spojky Charakteristické hodnoty provozního zatížení Mt V = Mt (max) [Nm] … výpočtový (max.) přenášený točivý moment vlivem provozních (dynamických) jevů Mt = Mt (stat) [Nm] … ustálený (stat.) přenášený točivý moment vyplývající z max. jmenovitých (jm.) parametrů technického zařízení (systému): DŮLEŽITÉ 𝑀 𝑡 = 𝑃 𝑗𝑚 𝑊 𝜔 𝑗𝑚 𝑠 −1 = 10 3 ∙ 𝑃 𝑗𝑚 𝑘𝑊 2𝜋 ∙ 𝑛 𝑗𝑚 𝑚𝑖𝑛 −1 60 = 9550 ∙ 𝑃 𝑗𝑚 𝑘𝑊 𝑛 𝑗𝑚 𝑚𝑖𝑛 −1 𝑁𝑚 𝑃 𝑗𝑚 = 𝑀 𝑡 ∙ 𝜔 𝑗𝑚 𝑊= 𝑁𝑚 𝑠 ; 𝜔 𝑗𝑚 = 𝑃 𝑗𝑚 𝑀 𝑡 𝑠 −1 = 𝑊 𝑁𝑚 𝑛 𝑗𝑚 = 9550 ∙ 𝑃 𝑗𝑚 ∙ 𝜔 𝑗𝑚 𝑚𝑖𝑛 −1 = 𝑘𝑊 𝑁𝑚 ⟹ Poznámka: Pro speciální typy spojek jsou významné i další charakteristické hodnoty provozního zatížení, např. počet sepnutí, rozdílnost otáček spojovaných částí při spínání apod.    1.1.2015 7 © S. Hosnedl

Stanovení výpočtového přenášeného momentu (A) Hrubé výpočty Mt V = cdyn . Mt [Nm] kde: cdyn [1] … provozní ( dynamický ) součinitel určovaný z tabulek, příp. diagramů (v odb. literatuře): – pro tuhé spojky – pro spojky s pružným členem a podle typu (pracovní charakteristiky): – hnacího stroje (motor elektrický, vznětový apod.) – hnaného stroje (dynamo, čerpadlo, vrtačka, drtič apod.) (a) … zjednodušeně bez uvažování dalších faktorů (b) … přesněji i s uvážením max. a min. zátěžného točivého momentu Mtmax a Mtmin a (redukovaných) hmotnostních momentů setrvačnosti I1 a I2 před a za spojkou DŮLEŽITÉ Poznámka: Orientačně lze uvažovat cdyn  { 1(stat), 2 (dyn) }    1.1.2015 8 © S. Hosnedl

a) pomocí zjednodušeného náhradního modelu: K INFORMACI (B) Zpřesněné výpočty a) pomocí zjednodušeného náhradního modelu: Redukovaná torzní soustava se ("topologicky") nahradí tuhou částí před spojkou a za spojkou, které se spojí nehmotnou torzní pružinou (často vyjadřující pouze torzní tuhost spojky ksp = k 𝑁𝑚 𝑅𝐴𝐷 ): Mt V se pak řeší ze zatížení tohoto modelu proměnnými momenty Mt1 a Mt2 na hnací a hnané straně spojky (např. pomocí pohybových diferenciálních rovnic) podle vztahů v odb. literatuře. Poznámka: - Tento způsob výpočtu velmi zjednodušuje sestavení dynamického modelu, neboť (zejména) "napevno" určuje, že uzel kmitání je v místě spojky. Výsledky jsou proto, i přes zahrnutí vlivů kmitání rovněž spíše orientační (s větší přesností pro soustavy s výrazně poddajnou spojkou).    1.1.2015 9 © S. Hosnedl

b) pomocí dynamicky ekvivalentního modelu K INFORMACI b) pomocí dynamicky ekvivalentního modelu Redukovaná torzní soustava se (teoreticky přesně) nahradí dynamicky ekvivalentním diskrétním modelem o zvoleném počtu stupňů volnosti (rovném počtu hmot modelu) např.: Mtv se pak řeší ze zatížení tohoto modelu proměnnými momenty Mt1 a Mt2 na hnací a hnané straně spojky (nejprve např. pomocí pohybových diferenciálních rovnic celé soustavy jako při předchozím (méně přesném) způsobu řešení a pak pomocí dynamické rovnováhy v místě spojky pro známé zatížení a pohyb "hmoty se spojkou"). Potřebné vztahy lze nalézt ve spec. odborné literatuře.    1.1.2015 10 © S. Hosnedl

1.3 Obecné poznatky pro návrh a hodnocení (tj. pro docílení požadovaných a predikci posuzovaných reflektovaných a reaktivních vlastností) HLEDISKA - ÚNOSNOST A PEVNOST (A) Pro spojky "katalogové" ("hotové", "nakupované") (tj. pro spojky dodávané a používané jako komponenty) Základní podmínka: kde: Mjm [Nm] ... jmenovitý moment spojky - největší točivý moment, který může spojka (podle údajů výrobce) trvale přenášet. DŮLEŽITÉ Poznámka: - U mechanicky ovládaných spojek s přenosem točivého momentu třecími plochami se navíc rozlišuje/označuje: Mdyn = Mjm [Nm] ... dynamický moment spojky - největší přenášený točivý moment, při němž třecí plochy mírně prokluzují (v ≤ 1 m·s-1) Mst (> Mdyn) [Nm] ... statický moment spojky - největší přenášený točivý moment, při němž třecí plochy neprokluzují (fst > fdyn)    1.1.2015 11 © S. Hosnedl

Ostatní podmínky: Podle provozních podmínek a typu spojky je však nutné splnění i všech dalších obecných i speciálních požadavků, např.: • únavovou pevnost připojovaných částí na hnací i hnané straně spojky při dynamickém zatěžování apod. • tepelnou odolnost pracovních ploch třecích spojek při častějším vypínání a zapínání apod. POTŘEBNÉ Poznámka: - při návrhu katalogové spojky obvykle: Mt V , ost. požadavky  Mjm , typová vel. spojky - při hodnocení katalogové spojky obvykle: bezpečnost  Mt V , ost. požadavky, Mjm , typová vel. spojky    1.1.2015 12 © S. Hosnedl

(B) Pro spojky "konstruované" ("vyráběné","nenakupované") POTŘEBNÉ (B) Pro spojky "konstruované" ("vyráběné","nenakupované") (tj. pro spojky konstruované u výrobce) V tomto případě je nutno postupovat u jednotlivých druhů spojek individuálně podle jejich stavební struktury. Tvůrcem "konstruovaných" spojek je však i každý výrobce katalogových spojek. Z tohoto důvodu nejsou již dále opakovány triviální případy návrhu a hodnocení pro případné použití uvedených spojek podle katalogu a jsou v případě potřeby uváděny pouze (základní) poznatky pro návrh stavební struktury a jejich hodnocení predikovaných vlastností. Poznámka: - Ve všech dále uvedených případech obecně platí: • při návrhu spojky obvykle: Mt V , ost. požadavky  rozměry, materiály ... • při hodnocení spojky obvykle: bezpečnost  Mt v , ost. požadavky, rozměry, materiály, ...    1.1.2015 13 © S. Hosnedl

Obecné konstrukční principy pro spojky OSTATNÍ HLEDISKA Obecné konstrukční principy pro spojky • mají mít co nejjednodušší vnější rotační tvary bez výstupků (pokud nelze zajistit, je nutné zakrytovat – bezpečnost) • mají být co nejméně hmotné ( m i I ) • pro vysoké rychlosti otáčení mají být navíc celé obrobeny, příp. vhodně upraveny pro dynamické vyvážení • mají být snadno rozebíratelné • mají být umisťovány co nejblíže ložiskům (aby byl přídavný ohybový moment od hmotnosti spojky co nejmenší) DŮLEŽITÉ    1.1.2015 14 © S. Hosnedl

Děkuji za pozornost Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.2.00/28.0206 „Inovace výuky podpořená praxí“. 15