Sprzęgła:
1.Sprzęgła sztywne skrętnie:
a) tulejowe;
b) łubkowe;
c) tarczowe.
Sprzęgło przegubowe Cardana.
Sprzęgło odsuwne Oldhama.
Sprzęgło kłowe.
Sprzęgło membranowe.
Sprzęgło sprężyste.
2.Sprzęgła podatne skrętnie:
a) z krążkiem gumowym;
b) oponowe.
3.Sprzęgła cierne:
a) sprzęgło cierne przeciążeniowe;
b) sprzęgło cierne sterowane mechanicznie;
c) sprzęgło cierne sterowane elektromagnetycznie;
d) sprzęgło cierne elektromagnetyczne proszkowe;
4.Sprzęgła specjalne:
a) sprzęgło cierne odśrodkowe;
b) sprzęgło jednokierunkowe zapadkowe;
c) sprzęgło cierne jednokierunkowe.
Sprzęgła
Sprzęgła są to urządzenia do łączenia wałów w celu przeniesienia momentu obrotowego.
Wały mogą być za pomocą sprzęgieł łączone trwale lub okresowo. Sprzęgła mogą również spełniać dodatkowe zadania jak: zmiana kierunku działania momentu, kompensacja
niewspółosiowości wałów łub ograniczenie wartości przenoszonego momentu. Sprzęgła mogą być skrętnie sztywne lub podatne; te drugie łagodzą uderzenia skrętne w wałach.
Sprzęgła rozłączne łączące wały okresowo mogą być sterowane z zewnątrz albo samoczynnie: prędkością obrotową, kierunkiem obrotu lub momentem.
Wobec licznych funkcji spełnianych przez sprzęgła istnieje wiele ich odmian. Niektóre są znormalizowane i produkowane przez wyspecjalizowane firmy. Stwarza to możliwość stosowania sprzęgieł gotowych bez konieczności ich projektowania. Wskazówki doboru sprzęgieł do określonych zadań znajdują się w normach i katalogach wytwórców. Dalej omówiono zasady działania najbardziej typowych rodzajów sprzęgieł.
1.Sprzęgła sztywne skrętnie.
Sprzęgła sztywne skrętne nierozłączne przedstawiono na rys. 3.98.
Rys. 3.98. Sprzęgła sztywne: a) tulejowe; b) łubkowe; c) tarczowe
Sprzęgło tulejowe kołkowane (rys. 3.98a) umożliwia trwałe łączenie wałów
współosiowych. Jest ono stosowane jako sprzęgło przeciążeniowe (bezpieczeństwa) w przypadku zastosowania kołków o niedużej, odpowiednio dobranej wytrzymałości na ścinanie. Po zadziałaniu zabezpieczenia (ścięciu kolka) kołek musi być wymieniony na nowy. Dla przeniesienia momentu M ze współczynnikiem bezpieczeństwa n średnica kołka
przy czym: D — średnica wału w m, Rt — wytrzymałość materiału kołka na ścinanie (odpowiednik Rm przy rozciąganiu) w Pa.
Podobne działanie ma sprzęgło łubkowe (rys. 3.98b), które można montować bez rozsuwania wałów. Do łączenia silników z wałami urządzeń napędzanych są w wielu przypadkach stosowane sprzęgła tarczowe (rys. 3.98c).
Rys. 3.98. Sprzęgła sztywne: b) łubkowe; c) tarczowe
Sprzęgło przegubowe Cardana (rys. 3.99) umożliwia łączenie wałów zmieniających podczas pracy swoje wzajemne położenie kątowe.
Rys. 3.99. Sprzęgło przegubowe Cardana: a) konstrukcja sprzęgła pojedynczego;
b), c) schematy sprzęgieł podwójnych
Jeżeli kąt między osiami współpracujących wałów jest różny od zera, to przy stałej prędkości obrotowej wału napędzającego wał napędzany ma zmienną chwilową prędkość obrotową (występują przyspieszenia i opóźnienia). Podwójne sprzęgło Cardana umożliwia dowolne
przemieszczanie wzajemne osi łączonych wałów. Jeżeli widełki na wale pośrednim są ustawione w jednej płaszczyźnie, to przy równych kątach α1i α2, jakie tworzą wały skrajne z wałem
pośrednim, chwilowe prędkości obrotowe wałów skrajnych są równe. Ta cecha sprzęgieł
przegubowych jest wykorzystana w budowie przegubów równobieżnych (homokinetycznych) stosowanych do napędu przednich — skrętnych kół. Stosowane jest w tym przypadku
rozwiązanie przedstawione na rys. 3.99c przy zredukowanej do zera długości wałka pośredniego. Rozwiązanie przedstawione na rys. 3.99b jest zazwyczaj stosowane do równoległego wiernego przenoszenia napędu w mechanizmach posuwu.
Sprzęgło odsuwne Oldhama (rys. 3.100) umożliwia wierne przenoszenie ruchu między wałami o osiach równoległych. Przy dużych niewspółosiowyściach wałów ma ono małą sprawność i stosowane bywa do przenoszenia małych momentów.
Rys. 3.100. Sprzęgło Oldhama
Sprzęgła kłowe (rys. 3.101) są zwykle stosowane do łączenia dwóch elementów
osadzonych na tym samym wale, np. kół zębatych w skrzynkach przekładniowych. Są używane jako sprzęgła rozłączne sterowane z zewnątrz. Jeśli zarysy kłów są pochylone (rys. 3.101b), sprzęgła mogą pracować jako przeciążeniowe (przy zbyt dużym momencie zęby przeskakują po sobie) lub jako sprzęgła jednokierunkowe (w jednym kierunku przy małym kącie pochylenia zarysu zęba zęby przenoszą moment, w drugim — przeskakują po sobie).
Rys. 3.101. Sprzęgło kłowe: a) konstrukcja sprzęgła sterowanego z zewnątrz w
skrzynce przekładniowej; b) rozwinięcie zarysu zębów sprzęgła jednokierunkowego lub przeciążeniowego 1 — koło napędzające, 2 — koło napędzane, 3 — wodzik
a
b
Sztywne w kierunku skrętnym, a sprężyste w kierunkach poprzecznych są sprzęgła
membranowe (rys. 3.102). Wykonane z cienkiej blachy lub tworzywa sztucznego membrany wykazują dużą sztywność w swojej płaszczyźnie, a małą w kierunku prostopadłym do niej;
umożliwiają one przez to przenoszenie momentu między ramionami widełek 1 i krzyżaka 3 oraz wzajemne wychylenia kątowe tych ramion.
Rys. 3.102. Sprzęgło sprężyste membranowe
1 — widełki, 2 — membrana, 3 — krzyżak.
Łatwe technologicznie odmiany sprzęgieł sprężystych pokazano na rys. 3.103.
Rys. 3.103. Sprzęgło sprężyste: a) w formie ponadcinanej tulei; b) w formie mieszka sprężystego
2.Sprzęgła podatne skrętnie
Podatne skrętnie sprzęgła, w których moment jest przenoszony przez elementy
odkształcalne, służą do zmniejszenia obciążeń dynamicznych. Najczęściej są stosowane sprzęgła z elementami gumowymi (rys. 3.104), rzadziej — z metalowymi. Podatne
skrętnie są również sprzęgła ze sprzężeniem ciernym, sprzęgła hydrauliczne stanowiące zespół pompy i turbiny hydraulicznej oraz sprzęgła elektryczne, np. indukcyjne, działające na zasadzie silnika indukcyjnego pracującego z poślizgiem zależnym od przenoszonego momentu.
Rys. 3.104. Sprzęgła podatne skrętnie:
a) z pośrednim krążkiem gumowym;
b) oponowe
1 — tarcza, 2 — krążek gumowy, 3 — opona
3.Sprzęgła cierne
Sprzęgła cierne przenoszą moment przez siłę tarcia wywołaną dociskiem powierzchni
ciernych. Kształt powierzchni ciernych może być płaski (rys. 3.105), stożkowy lub walcowy.
Moment tarcia Mt można określić z zależności.
Rys. 3.105. Zasada działania sprzęgła ciernego.
przy czym: i— liczba par powierzchni ciernych, Ft= Fn , µ—siła tarcia w N
(Fn — siła normalna w N, µ — współczynnik tarcia),
-średnia średnica powierzchni ciernych -(Dz — średnica zewnętrzna w m, -Dw— średnica wewnętrzna w m).
Sprzęgła cierne są stosowane jako sprzęgła rozłączne przeciążeniowe (sterowane
momentem) oraz sterowane z zewnątrz. Znajdują również zastosowanie jako sprzęgła odśrodkowe oraz jednokierunkowe . Na rys. 3.106 przedstawiono sprzęgło
przeciążeniowe, używane jako nastawcze, przekładni wskazań mechanizmu zegarowego.
Moment z koła zębatego 3 jest przenoszony na wał 2 przez tarcie koła 3 o tuleję 2 wciśniętą na wał. Tarcie powstaje w wyniku docisku wywołanego przez sprężynę 4.
Rys. 3.106. Sprzęgło cierne przeciążeniowe zastosowane jako nastawcze w mechanizmie zegarowym 3 — wał, 2 — tuleja, 3 — koło zębate; 4 — sprężyna
Na rys. 3.107 przedstawiono sterowane mechanicznie sprzęgło służące do łagodnego włączania napędu w samochodzie. Moment jest przenoszony z koła zamachowego 1 osadzonego na wale korbowym silnika na wał 5 skrzynki przekładniowej za pośrednictwem tarczy ciernej 6 osadzonej na tulei wielowypustowej. Tarcza cierna 6 jest przez sprężyny 7 ściskana między kołem zamachowym 1 a tarczą dociskową 2. W celu wyłączenia sprzęgła należy nacisnąć pedał 10, który poprzez cięgno 9 obróci dźwignię dociskową 8, a ta poprzez łożysko 4 naciśnie koniec dźwigni 3, która odciągnie tarczę dociskową 2 ściskając sprężyny 7. Włączenie sprzęgła nastąpi po zwolnieniu pedału.
Rys. 3.107. Sprzęgło samochodu
1— koło zamachowe osadzone na wale silnika,
2— tarcza dociskowa, 3 — dźwignia, 4- łożysko wyciskowe, 5 — wał napędzany, 6 — tarcza cierna, 7 — sprężyna dociskowa, S — dźwignia wyciskowa, 9 — cięgno, 10 — pedał
Na rys. 3.108 przedstawiono zasadę działania sprzęgła sterowanego elektromagnetycznie, używanego w obrabiarkach. Strumień magnetyczny wirującego elektromagnesu 1,
zasilanego przez pierścienie ślizgowe 3, przyciąga osadzoną przesuwnie na drugim wale tarczę 2, która ciernie sprzęga się z obudową elektromagnesu 1.
Rys. 3.108. Sprzęgło cierne sterowane elektromagnetycznie 1 — elektromagnes, 2 — tarcza, 3 — pierścienie ślizgowe
1 2
3
Sprzęgło proszkowe (rys. 3.109) sprzęga wał z łożyskowaną na nim obudową za
pośrednictwem żelaznego proszku zmieszanego z olejem. Strumień magnetyczny powoduje
„klejenie się" cząstek proszku między sobą oraz do osadzonej na wale tarczy i ścian
wewnętrznych tulei. W sprzęgłach tych występuje poślizg tylko między cząstkami proszku, wskutek czego zużyciu jedynie ulega łatwy do wymiany proszek.
Rys. 3.109. Sprzęgło elektromagnetyczne proszkowe z nieruchomym elektromagnesem 1 — elektromagnes, 2 — tuleja ferromagnetyczna, 3 — tarcza ferromagnetyczna,
4 — pierścień diamagnetyczny, 5 — proszek ferromagnetyczny z olejem.
3Sprzęgła specjalne
Sprzęgło odśrodkowe (rys. 3.110) sprzęga silnik z urządzeniem napędzanym po osiągnięciu określonej prędkości obrotowej. Na wale silnika jest osadzona tarcza 1, a na niej osadzone wahliwie bezwładniki 2. Na wale urządzenia napędzanego jest osadzona tuleja 3. Gdy silnik osiągnie prędkość kątową ω na bezwładniki działa siła odśrodkowa m r ώ2 (m — masa
bezwładnika, r — odległość środka masy bezwladnika od osi obrotu). Pod wpływem siły odśrodkowej powstaje na klockach ciernych 4 siła normalna Fn, która wywołuje podczas obrotu siłę tarcia Ft przenoszącą moment.
Rys. 3.110. Sprzęgło cierne odśrodkowe 1— tarcza,
2— bezwladnik, 3 — tuleja,
4 — klocek cierny
Sprzęgła jednokierunkowe pozwalają na przenoszenie napędu tylko w jednym kierunku; przy zmianie kierunku obrotów członu napędzającego sprzęgło ulega rozłączeniu.
Koło zapadkowe 1 (rys. 3.111) osadzone na wale 2 przenosi moment na koło zębate 3 przez zapadkę 4 w kierunku wskazanym strzałką; przy obrocie wału w kierunku przeciwnym
zapadka przeskakuje po zębach.
Rys. 3.111. Sprzęgło jednokierunkowe zapadkowe
1— koło zapadkowe, 2 — wał , 3 — koło zębate, 4 — zapadka, 5 — sprężyna
Sprzęgło cierne jednokierunkowe (rys. 3.112), zwane „wolnym kołem", spełnia podobne zadanie jak sprzęgło zapadkowe i jest stosowane do odłączania napędu, jeśli człon
napędzany, np. wskutek bezwładności, osiągnie większą prędkość obrotową od członu napędzającego. Sprzęgło takie w samochodach, rowerach umożliwia jazdę rozpędem bez napędzania przez koła jezdne silnika — pedałów i przenosi moment w kierunku wskazanym strzałką między osadzoną na wale 1 krzywką 2 a tuleją 3. Działa na skutek zakleszczenia się pośrednich elementów 4 w klinowej szczelinie. Warunkiem
zakleszczenia jest α 2ρ, przy czym o oznacza kąt tarcia.
Rys. 3.112. Sprzęgło cierne jednokierunkowe 1 — wal, 2— krzywka, 3 — tuleja, 4 — pośrednie elementy cierne
Pytania
1. Wymień Sprzęgła sztywne skrętnie.
2. Opisz działanie Sprzęgła ciernego.
3. Opisz działanie sprzęgła jednokierunkowego.
