KURZUS: Gépelemek

MODUL: V. modul: Tengelykapcsolók feladata, fajtái és méretezési eljárások

15. lecke: Oldható tengelykapcsolók kialakítása és méretezési eljárásai valamint a különleges tengelykapcsolók (hidrodinamikus tgk. és biztonsági tgk.) kialakítása és működési elvük

| Tevékenység
Olvassa el a Gépszerkezettan III. jegyzet 29-42 oldalain (az 1. fejezet 1.6., 1.7. és 1.8. alfejezet) található tananyagát! Nézze át az alábbi, a követelmények után található összefoglalást és kidolgozott mintapéldákat! Tanulmányozza át a minimum rajzos kérdések részben található ábrákat! Tanulmányozza át a Gépszerkezettan II-III segédlet 87-93 oldalain 8.4. és 8.5. fejezetében lévő kidolgozott feladatait, valamint oldja meg az ott lévő gyakorló feladatokat!
A tananyag tanulmányozása közben az alábbiakra figyeljen:
Jegyezze meg, hogy milyen tengelykapcsolók tartoznak az oldható alakzáró, az oldható erőzáró és a különleges kapcsolók közé! Fogalmazza meg, hogy milyen elven működnek az oldható alakzáró, az oldható erőzáró és a különleges tengelykapcsolók valamint ezek egyes típusaira mik a jellemzők! Ábra alapján tanulmányozza az oldható körmös, a szinkronizáló, a kúpos, a dörzstárcsás, a lemezes, a biztonsági és a hidrodinamikus tengelykapcsolók szerkezeti elemeit, működési elvét! Tanulmányozza az oldható körmös kapcsolónál az 1.17. ábra alapján a körmökre ható kerületi erő, a reteszre ható erő és az axiális kikapcsolási összefüggéseit! Tanulja meg az 1.19. ábra alapján a kúpos kapcsolónál az összenyomódáshoz szükséges tengelyirányú erő vektorábráját, valamint jegyezze meg a nyomatékátvitelhez szükséges kerületi erő, a normálerő, és az összenyomódáshoz szükséges tengelyirányú (axiális) erő összefüggéseit! Jegyezze meg dörzstárcsás és lemezes tengelykapcsolóknál a mértékadó nyomaték, az axiális összeszorító erő, valamint az átvihető nyomaték összefüggését! Hogyan határozzuk meg a súrlódó felület közepes átmérőjét dörzstárcsás és lemezes tengelykapcsolóknál? Tanulja meg a témakörben használt összefüggések paramétereinek jelentését és párosítsa azok mértékegységeit is! Tanulja meg kívülről az összefoglalóban kiemelt betűvel jelölt összefüggéseket, valamint a többi képlet használatát példákon keresztül! Többször rajzolja le szabadkézzel papírra a minimum rajzos részben található ábrákat! Majd ellenőrizze azok helyességét!
Követelmények
A tananyag elsajátítása akkor tekinthető sikeresnek, ha Ön
Felsorolás alapján adott tengelykapcsolóról el tudja dönteni, hogy az oldható alakzáró, az oldható erőzáró vagy a különleges kapcsolók csoportjába tartozik. Az oldható alakzáró, az oldható erőzáró és a különleges tengelykapcsolók működési mechanizmusára, ill. ezek egyes típusaira vonatkozó állításokról el tudja dönteni, hogy azok igazak vagy hamisak. Ábrák segítségével azonosítani tudja a különböző tengelykapcsoló típusokat. Ábra alapján meg tudja nevezni az oldható körmös, a szinkronizáló, a kúpos, a dörzstárcsás, a lemezes, a biztonsági és a hidrodinamikus tengelykapcsolók fő részeit. Többféle tengelykapcsoló ábrája közül ki tudja választani az oldható és különleges tengelykapcsolókat. Ki tudja számítani az oldható körmös kapcsolónál a körmökre ható kerületi erőt, a reteszre ható erőt, és az axiális kikapcsoló erőt. Meg tudja határozni kúpos kapcsolónál a kerületi erőt, a normálerőt és az összenyomódáshoz szükséges tengelyirányú erőt. Ki tudja számítani dörzstárcsás és lemezes tengelykapcsolóknál a mértékadó nyomatékot, az axiális összeszorító erőt és a kapcsolóval átvihető nyomatékot. Meg tudja határozni a súrlódó felület közepes átmérőjét dörzstárcsás és lemezes tengelykapcsolóknál. A témakörben használt összefüggések paramétereinek jelentését ismeri, és mértékegységeit is párosítani tudja. Listából ki tudja választani az összefoglalóban felsorolt helyes számítási összefüggéseket. Önállóan le tudja rajzolni a minimum rajzos részben található ábrákat.
A tananyag összefoglalása, további információk a tananyaghoz
Ebben a leckében az oldható alakzáró (körmös, szinkronizáló) és az oldható erőzáró (súrlódó kúpos kapcsoló, a súrlódó tárcsás és lemezes) tengelykapcsolókra valamint a különleges tengelykapcsolókra (a biztonsági és a hidrodinamikus) vonatkozó konstrukciós kialakításokat és méretezési eljárásokat tekintjük át.
A használt számítási összefüggések
A táblázatban azon összefüggések szerepelnek, amelyeket a számítások megoldása során használunk. A kiemelt betűkkel írt megnevezések az úgynevezett minimum képletek, amit fejből tudniuk kell! A nem kiemelt összefüggéseket képletjegyzék formájában a vizsgán felhasználhatják. A választásos feladatokban a helyes a minimum képleteket (a kiemelt összefüggések) kell megjelölni a megadott lehetőségek közül.
Oldható körmös kapcsoló
A körömre ható kerületi erő | F k = 2⋅T d k
A reteszekre ható erő | F r = 2⋅T d t
Az axiális kikapcsoló erő | F a x =μ⋅( F k + F r )
Kúpos tengelykapcsoló
A kerületi erő | F k = 2⋅T d k
A normál erő | F n = F k μ
Az összenyomódáshoz szükséges tengelyirányú (axiális) erő | F a = F n ⋅sin⁡α
Dörzstárcsás és lemezes tengelykapcsoló
A mértékadó nyomaték | T m = P 2⋅π⋅n ⋅ c d c v ⋅ c m ⋅ c i
Az axiális összeszorító erő | F a = ( d k 2 − d b 2 )⋅π 4 ⋅p
A kapcsolóval átvihető nyomaték | T=i⋅μ⋅ F a ⋅ r m
A súrlódó felület közepes átmérője és sugara | d k ö z = 1 3 ⋅ ( d k 3 − d b 3 ) ( d k 2 − d b 2 ) és r m = 2 3 ⋅ ( r k 3 − r b 3 ) ( r k 2 − r b 2 )
A kapcsolóval átvihető nyomaték | T k = i⋅μ⋅ F a 3 ⋅ ( d k 3 − d b 3 ) ( d k 2 − d b 2 ) vagy T k = (3⋅c+ c 3 ) 6 ⋅π⋅μ⋅p⋅ d k ö z 3
A szükséges felületi nyomás meghatározása biztonsági tengelykapcsoló esetén | p s z ü k s = 6⋅ T m i⋅μ⋅π⋅ d k ö z 3 ⋅(3⋅c+ c 3 )
Kiegészítés és kidolgozott mintapéldák a 15. lecke tananyagához
1. Kúpos súrlódó tengelykapcsoló méretezése
Egy villanymotor tengelyére kúpos (súrlódó) tengelykapcsolót szerelnek. A motor teljesítménye 15 kW, fordulatszáma 725 1/perc, és üzemi dinamikus tényezője 1,5. Határozza meg a nyomatékátvitelhez szükséges kerületi erőt, a kúpfelületeket összeszorító normálerőt valamint a kapcsoló szükséges félkúpszögét, ha az adatok a következők:
a súrlódókúp középátmérője: 150 mm, a tárcsafelek között a súrlódási tényező: 0,25, a felületek összenyomásához szükséges axiális erő: 4350 N!
Ellenőrizze a kapcsolót önzárásra is!
A mértékadó nyomaték meghatározása:
T m , = P 2⋅π⋅n ⋅ c d = 15000⋅60 2⋅π⋅1455 ⋅1,8=177,2 N m
A kerületi erő (súrlódó erő):
F k = 2⋅ T m d k ö z = 2⋅177,2 0,15 =2362,66 N
A kúpfelületeket összeszorító normálerő:
F n = F k μ = 2362,66 0,25 =9450,66 N
A megadott axiális erő és a normálerő közötti összefüggésből a félkúpszög kifejezhető:
sin⁡α= F a F n ⇒α=arcsin⁡ F a F n =arcsin⁡ 4350 9450,66 = 27,4 o
Az önzárás vizsgálata:
α≥ρ -nak kell teljesülni! ρ=a r c t g μ=a r c t g 0,25= 14,03 o
Tehát nem önzáró, mivel 27,4°>14,03°!
2. Lemezes súrlódó tengelykapcsoló méretezése
Az ábrán látható lemezes tengelykapcsolónál mekkora axiális összeszorító erőt kell biztosítani a megfelelő működéshez, ha a bordázott lemezek külső átmérője 96 mm, a belső átmérője 64 mm méretű? A lemezek közötti súrlódási tényező értéke μ= 0,11. A tengelykapcsolót P= 18,5 kW teljesítményű és n= 975 1/perc fordulatszámú elektromotorral hajtjuk meg. Az üzemi dinamikus tényező 1,5 értékű.
Hány rugót kell legalább beépíteni az egyik oldalon a megfelelő nyomatékátvitelhez, ha az egy rugóra megengedett maximális terhelés F 1= 455 N? (Vegye figyelembe, hogy a rugót maximum 80% megengedett terhelésig használhatjuk ki! A rugók számát kerekítse egész értékre!)
A mértékadó nyomaték meghatározása:
T m = P 2⋅π⋅n ⋅ c d = 18500⋅60 2⋅π⋅975 ⋅1,5=271,787 N m
Az ábrából leolvasható, hogy a lemezek száma 15 db, így a súrlódó felületek száma i=14 db!
Az alap méretezési összefüggés:
T=i⋅μ⋅ F a ⋅ r m
Ahol r m a súrlódó felületek közepes sugara:
r m = 2 3 ( r k 3 − r b 3 r k 2 − r b 2 )= 2 3 ( 48 3 − 32 3 48 2 − 32 2 )=60,8 m m
r k= 48 mm és r b= 32 mm
A szükséges axiális összeszorító erő:
F a = T i⋅μ⋅ r m = 271787 14⋅0,11⋅60,8 =2902,71 N
Az egy rugóra megengedett terhelés:
F 1 m e g = F 1 ⋅0,8=455⋅0,8=364 N
Az egyik oldalon szükséges rugók száma:
z= F a F 1 m e g = 2902,71 364 =7,97⇒ 8 db
3. Lemezes súrlódó tengelykapcsoló méretezése
Egy súrlódótárcsás biztonsági dörzskapcsolóban 8 db rugót alkalmazunk, amelyekkel a dörzstárcsák összenyomását biztosítjuk. A rugó legnagyobb rugóereje F n= 800 N, a biztonsági tényező 1,25. Határozza meg az axiális összeszorító erő nagyságát majd súrlódótárcsa geometriai méreteit (d köz [kerekítse a legközelebbi egész számra felfelé], d k, d b), ha a geometriai méretviszony c= 0,22 és az acél-grafit súrlódó felületekre: μ = 0,24, p szükséges= 0,41 N/mm2!
Mennyi a tengelykapcsolóval átvihető nyomaték nagysága, ha a súrlódó felületek száma 4? Milyen teljesítményű villanymotort kell alkalmazni, ha a fordulatszáma n = 1450 1/min és az üzemvitel miatti dinamikus tényező c d = 1,5, c v= 0,63 és c m = 1? (A számításnál vegye figyelembe a súrlódó felületek számától függő tényezőt is!)
A megengedett rugóerő:
F n m e g = F n n = 800 1,25 =640 N
A szükséges axiális összeszorító erő:
F a = F n m e g ⋅z=640⋅8=5120 N
A szükséges axiális összeszorító erő összefüggéséből meghatározható a súrlódó felületek közepes átmérője:
F a = p s z ü k s ⋅ d k ö z 2 ⋅π⋅c⇒ d k ö z = F a p s z ü k s ⋅π⋅c = 5120 0,41⋅π⋅0,22 =134,41 m m≈135 m m
A súrlódó felület külső és belső átmérője:
d k = d k ö z (1+c)=135(1+0,22)=164,7 m m
d b = d k ö z (1−c)=135(1−0,22)=105,3 m m
A kapcsolóval átvihető nyomaték meghatározása:
T k =i⋅μ⋅ F a ⋅ r m = i⋅μ⋅ F a 3 ( d k 3 − d b 3 ) ( d k 2 − d b 2 ) = 4⋅0,24⋅5120 3 ( 164,7 3 − 105,3 3 ) ( 164,7 2 − 105,3 2 ) =337128,65 N m m T k =337,128 N m
Mivel biztonsági tengelykapcsolónk van, ezért a kapcsolási nyomaték megegyezik a mértékadó nyomatékkal. Ezt felírva a szükséges teljesítmény számítható:
T k = T m = P 2⋅π⋅n ⋅ c d c v ⋅ c m ⋅ c i ⇒P= T k ⋅2⋅π⋅n⋅ c v ⋅ c m ⋅ c i c d =→ 337,128⋅2⋅π⋅ 1450 60 ⋅0,63⋅1⋅0,97 1,5 =20855,14 W=20,85 k W , ahol c i =1,09−0,03⋅i=1,09−0,03⋅4=0,97
Minimum rajzos kérdések
Erőhatások a kúpos súrlódó tengelykapcsolón
Súrlódó lemezes biztonsági tengelykapcsoló
Súrlódó lemezes tengelykapcsoló kialakítások
Szemléltető ábrák
Oldható körmös tengelykapcsoló fényképe
Oldható körmös tengelykapcsoló összeállítási rajza tételszámozással
Szinkronizáló kapcsoló 3D-s modellje tételszámozással
Szinkronizáló kapcsoló fő részei
Kúpos súrlódó tengelykapcsoló részei
Súrlódó kúpos tengelykapcsoló térhatású ábrája (félbe vágva) tételszámozással
Súrlódó kúpos tengelykapcsoló alkatrészeinek fényképe
Dörzstárcsás tengelykapcsoló működési elve tételszámozással
Dörzstárcsás tengelykapcsoló fényképe
Mechanikus működtetésű lemezes dörzskapcsoló elvágott 3D-s modellje tételszámozással
Biztonsági tengelykapcsoló 3D (Hilliard)
Biztonsági tengelykapcsoló 3D "robbantott" (Hilliard)
Biztonsági tengelykapcsoló (Hilliard)
Biztonsági tengelykapcsoló "robbantott" (Hilliard)
Biztonsági tengelykapcsoló 3D (Flender)
Biztonsági tengelykapcsoló 3D "robbantott" (Flender)
Biztonsági tengelykapcsoló 3D (Ortlinghaus1)
Biztonsági tengelykapcsoló 3D "robbantott" (Ortlinghaus1)
Biztonsági tengelykapcsoló 3D (Ortlinghaus2)
Biztonsági tengelykapcsoló 3D "robbantott" (Ortlinghaus2)
Biztonsági tengelykapcsoló elvágott 3D-s modellje tételszámozással.
Hidrodinamikus tengelykapcsoló részei
Hidrodinamikus tengelykapcsoló fényképe

| Ellenőrző kérdések
A leckék végén található feladatoknál választásos feladatoknál, párosításos feladatoknál, igaz-hamis eldöntésénél és számítási feladatoknál is csak a teljesen jó megoldást fogadjuk el! (Modulzáró feladatoknál adunk meg pontszámokat a feladatokhoz, amiből már lehet látni a feladatok erősségét! Egyedül a számítási feladatoknál használunk részpontozást!) Felhívjuk figyelmét, hogy a számítási feladatoknál a részeredményeket ne kerekítse, hanem a további számításokhoz a pontos értéket (a számológépen megjelenő összes tizedest) vegye figyelembe! Az eredményeket mindig csak két tizedesjegy pontossággal írja be! (Egész szám és tizedes esetén sem kell kiírni a szám végén található nullákat!)
1. Jelölje meg az oldható alakzáró tengelykapcsolókat!
| Szinkronizáló.
| Kúpos.
| Biztonsági.
| Oldható körmös.
| Dörzstárcsás.
2. Az alábbi állítások közül döntse el, hogy melyik igaz, melyik hamis!
A különleges tengelykapcsolók működtetése lehet légnyomásos (pneumomechanikus), folyadéknyomásos (hidromechanikus), elektromágneses (elektromechanikus). |
Alakzáró kapcsolót működés közben általában nem lehet kikapcsolni. Kikapcsolni álló helyzetben, vagy a két kapcsolófél azonos fordulatszámánál lehet. |
Az oldható erőzáró tengelykapcsolóknál a fokozatosan növelhető súrlódó erő viszi át a nyomatékot. Lágy indítás és túlterhelésnél megcsúszás jellemző a kapcsolókra. |
3. Válassza ki az ábrán látható tengelykapcsoló megnevezését a megadott listából!
| Biztonsági tengelykapcsoló
| Oldható körmös tengelykapcsoló
| Lemezes tengelykapcsoló
| Hidrodinamikus tengelykapcsoló
4/a. Válassza ki az ábrán látható tengelykapcsoló 2-es alkatrészének megnevezését a megadott listából!
| Dörzstárcsa.
| Kinyomócsapágy.
| Lendkerék.
| Kapcsolóvilla.
4/b. Válassza ki az ábrán látható tengelykapcsoló 10-es alkatrészének megnevezését a megadott listából!
| Dörzstárcsa.
| Kinyomócsapágy.
| Lendkerék.
| Kapcsolóvilla.
5. Az ábrán látható tengelykapcsolók jelöléseit párosítsa a megadott tengelykapcsoló megnevezésekhez! Biztonsági tengelykapcsoló: Szinkronizáló kapcsoló: Dörzstárcsás tengelykapcsoló: Súrlódó kúpos tengelykapcsoló:
6. Oldható alakzáró körmös kapcsolónál, határozza meg a kerületi erőt (F k), a reteszekre ható erőt (F r), és a kikapcsoláshoz szükséges axiális erőt (F ax)! Az összekapcsolt d t = 40 mm-es acél tengelyekre T = 500 Nm méretezési nyomatékú, öntöttvas tengelykapcsolót használunk. A körmök középátmérője: d k = 100 mm. A súrlódási tényező értéke: μ=0,06. F k = N F r = N F ax = N
7. Egy kúpos tengelykapcsolónál határozza meg a nyomatékátvitelhez szükséges kerületi erőt (F k), a normál erőt (F n) és a felületek összenyomódásához szükséges axiális erőt (F a)! Adatok: méretezési nyomaték: T = 400 Nm, súrlódókúp középátmérő: d k = 200 mm , öntöttvas-acél tárcsafelek súrlódási tényezője: μ = 0,2, félkúpszög: α = 14°. F k = N F n = N F a= N
8. Egy tárcsás dörzskapcsoló adatai a következők: a súrlódó felület külső átmérője: d k= 240 mm, súrlódó felület belső átmérője: d b= 160 mm, a megengedett palástnyomás értéke: p= 0,4 N/mm2, a felületek közötti súrlódási tényező μ = 0,2, a súrlódó felületek száma i=1. Számítsa ki a szükséges axiális összeszorító erőt (F a) és a kapcsolóval átvihető nyomaték (T k) értékét! F a = N T k = Nm
9. Válassza ki kúpos tengelykapcsolónál az összenyomódáshoz szükséges tengelyirányú erő helyes méretezési összefüggését!
| F a = F n ⋅cos⁡α
| F a = F n ⋅sin⁡α
| F a = F n ⋅t g α
| F a = F k ⋅sin⁡α
| F a = F k ⋅cos⁡α
10. Válassza ki súrlódó tárcsás vagy lemezes tengelykapcsolónál a kapcsolóval átvihető nyomaték helyes méretezési összefüggését!
| T=2⋅μ⋅ F a ⋅ r m
| T=i⋅μ⋅ F a ⋅ d m
| T=i⋅μ⋅ F k ⋅ r m
| T=i⋅μ⋅ F a ⋅ r m
| T=2⋅μ⋅ F k ⋅ d m