ŁOŻYSKA

Łożyska służą do utrzymywania stałego położenia osi obrotu obracających się elementów maszyn (wałów lub osi). Jednocześnie przenoszą one obciążenia wałów na korpus maszyny.

Ze względu na rodzaj tarcia występującego w łożyskach dzieli się je na:

1. Łożyska ślizgowe, w których występuje tarcie ślizgowe.

2. Łożyska toczne, w których występuje tarcie toczne.

3. Łożyska toczno-ślizgowe- Obra rodzaje tarcia

4. Łożyska sprężyste, w których wykorzystuje się tarcie wewnętrzne w elementach sprężystych..

Ponadto w przypadkach, gdy zachodzi konieczność zapewnienia ruchu elementów z bardzo małymi oporami (np. w mechanizmach pomiarowych) stosuje się beztarciowe łożyska magnetyczne, w których wykorzystane jest łożysko odpychania się jednoimiennych biegunów magnetycznych oraz łożyska powietrzne, w których poruszające się względem siebie elementy oddzielone są warstwą sprężystego powietrza.

Łożysko ślizgowe składa się z czopa (stanowiącego najczęściej część wału lub osi) współpracującego z panewką (która może być wykonana bezpośrednio jako otwór w korpusie lub być specjalnie wykonaną tulejką).

Łożyska ślizgowe zwykle stosuje się:

• przy przenoszeniu bardzo dużych obciążeń, obciążeń także przy obciążeniach udarowych

• przy dużych prędkościach obrotowych, gdy możliwe jest uzyskanie tarcia płynnego

• w razie konieczności stosowania dzielonych panewek

• kiedy wymagana jest cichobieżność łożyska

• gdy utrudnione jest uzyskanie dużej dokładności montażu koniecznej przy obciążeniach tocznych

• w drobnych konstrukcjach o bardzo małych obciążeniach.

W zależności od kierunku obciążeń działających na łożysko rozróżnia się łożyska ślizgowe:

• poprzeczne, przenoszące obciążenia prostopadłe do osi obrotu wału

• wzdłużne przenoszące obciążenia działające wzdłuż osi obrotu wału

• poprzeczno-wzdłużne, przenoszące zarówno obciążenia poprzeczne jak i wzdłużne.

Tarcie pomiędzy powierzchniami czopa i panewki zależy od rodzaju materiałów współpracujących, od stanu ich powierzchni m.in. chropowatości, od rodzaju smarowania oraz od wielkości sił nacisku.

Rodzaje tarcia:

• suche, przy którym współpracujące powierzchnie nie są smarowane

• płynne, gdy między powierzchniami czopa i panewki zawsze występuje warstewka smaru

• mieszane, przy którym powierzchnie współpracujące częściowo stykają się (głównie na wierzchołkach nierówności. Na pozostałym obszarze są oddzielone warstewką smaru.

W łożyskach ślizgowych maszynowych nie stosuje się pracy w warunkach tarcia suchego. Zawsze dąży się do uzyskania tarcia płynnego, ale w praktyce najczęściej występuje tarcie mieszane. Tarcie płynne w łożyskach występuje wówczas, gdy ciśnienie smaru w szczelinie między czopem a panewką jest większe niż nacisk jednostkowy czopa na panewkę.

Przy projektowaniu łożysk ślizgowych należy sprawdzić:

1. Czy nie zostały przekroczone naprężenia dopuszczalne na zginanie w czopie.

2. Czy wielkość nacisków obliczeniowych jest mniejsza od nacisków dopuszczalnych.

3. Czy wielkość momentu oporu tarcia jest mniejsza od dopuszczalnych.

4. Czy wartość iloczynu p*v (ciśnienie-nacisk jednostkowy * prędkość obwodowa) wyrażającego obciążenie cieplne łożyska nie przekracza wartości dopuszczalnej.

Dokładne sprawdzenie tych warunków jest utrudnione ze względu na duży rozrzut zalecanych wartości.

Materiały na panewki łożysk

Ponieważ czopy łożysk najczęściej wykonywane są ze stali uzyskanie korzystnych warunków pracy łożysk możliwe jest przez właściwy dobór materiału panewki.

1. Stopy cynowe zwane babbitami odznaczają się bardzo dobrymi własnościami ślizgowymi, odpornością na zatarcia i korozję oraz dobrą odkształcalnością. Stosowane są w postaci warstwy wylewanej na podłożu stalowym.

2. Stopy ołowiowe - są nieco bardziej miękkie od cynowych, ale tańsze.

3. Brązy odlewnicze cynowe i ołowiowe - są twarde i wytrzymałe - używane są do pracy w najcięższych warunkach obciążeniach m.in. przy obciążeniach zmiennych i uderzeniowych, gdy własności wytrzymałościowe panewki są ważniejsze od własności ślizgowych.

4. Mosiądze - mają niższą wytrzymałość od brązów, ale lepszą odporność na pracę w podwyższonej temperaturze.

5. Stopy aluminium z mosiądzem, niklem i krzemem: mają dobre własności antykorozyjne, ich wadą jest duża rozszerzalność cieplna.

Panewki łożysk wykonuje się także z materiałów porowatych np. spiekanych proszków żelaznych. Charakteryzują się one dużą wytrzymałością na naciski. Pory tych spieków nasycane są zwykle olejem lub teflonem - powstają łożyska samosmarujące. Łożyska niezbyt mocno obciążone wykonuje się także z tworzyw sztucznych, drewna, grafitu. W łożyskach typu zegarowego stosuje się panewki mineralne, najczęściej wykonywane z syntetycznego rubinu lub szafiru lub z agatu.

Łożyska toczne

Łożysk tocznych się nie konstruuje się, są one masowo wytwarzane według norm przez wyspecjalizowane wytwórnie. W stosunku do łożysk ślizgowych charakteryzują się nietypowymi zaletami:

1. Tarcie w łożysku na początku ruchu jest znacznie mniejsze, niewielki jest również wpływ prędkości obrotowej na wielkość tarcia łożyska.

2. Prosty sposób smarowania bez konieczności nadzoru, małe zużycie smaru.

3. Większa nośność w odniesieniu do szerokości łożyska.

4. Nie wymagają dotarcia.

5. Wysoka jakość.

6. Łatwość montażu i demontażu.

Ustępują łożyskom ślizgowym:

• pod względem cichobieżności

• nie nadają się do pracy przy dużych wstrząsach zwłaszcza, gdy łożysko się nie obraca

• nie można wykonywać ich jako dwudzielne

• gorzej pracują przy dużych średnicach i dużych obciążeniach

• gorzej pracują przy największych prędkościach obrotowych.

Podobnie jak łożyska ślizgowe, w zależności od kierunku przenoszonych obciążeń dzielą się na:

• poprzeczne

• wzdłużne

• poprzeczno - wzdłużne

Łożyska toczne składa się z pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego, pomiędzy którymi znajdują się elementy toczne4 np. kulki, wałeczki często osadzone w3 koszyczku. Powierzchnie pierścieni, po których toczą się elementy toczne nazywamy bieżniami.

Podstawowymi wielkościami charakteryzującymi zdolność łożyska do przenoszenia obciążeń są:

1. przy prędkości obrotowej większej od 10 obr/min - nośność ruchowa C oraz trwałość L

2. przy prędkości obrotowej mniejszej od 10 obr/min - nośność spoczynkowa

Trwałość łożyska tocznego jest to okres pracy (wyrażony w godzinach lub liczbie obrotów) przy stałej prędkości obrotowej do chwili wystąpienia pierwszych objawów powierzniowego zmęczenia materiału jednego z pierścieni lub elementów tocznych. Ponieważ zjawisko zmęczenia ma charakter nieregularny wprowadzono pojęcie trwałości umownej L łożyska tocznego, która oznacza liczbę obrotów jaką przy stałej prędkości obrotowej osiągnie 90% z grupy pozornie identycznych łożysk bez objawów zmęczenia.

Nośność ruchowa C łożyska tocznego jest to wielkość umowna charakteryzująca zdolność łożyska do przenoszenia stałego obciążenia, przy którym grupa pozornie identycznych łożysk osiągnie trwałość 1 mln obrotów.

Obciążenie zastępcze ruchowe P łożyska tocznego jest to obciążenie teoretyczne (poprzeczne 0 w łożysku poprzecznym lub osiowe w łożysku wzdłużnym) o stałej wartości i kierunku, przy którym łożysko osiągnęłoby trwałość taką samą jak przy rzeczywistych wartościach obciążenia i prędkości obrotowej. Pomiędzy trwałością nośności oraz obciążeniem zastępczym istnieje zależność:

L = (C/P)^P

L - trwałość w mln obrotów

C - nośność ruchowa w daN

p- wykładnik potęgowy wynoszący dla łożysk kulkowych 3 a dla wałeczkowych 10/3

Dobór łożysk tocznych polega na:

• wyborze typu łożyska - w zależności od rodzaju i kierunku działania obciążenia oraz przewidywanych warunków pracy

• obliczeniu wymaganej nośności ruchowej C lub obliczeniu nośności spoczynkowej C_o

Obliczenia dokonujemy wg algorytmu zawartego w katalogu łożysk. Dobór polega na wybraniu z tablic katalogu łożyska o takich wymiarach, aby podana w tablicach wartość nośności C lub C_o dla wybranego łożyska była równa lub większa od obliczonej.

Łożyska hybrydowe

Jeżeli wymagane osiągi np. wielkość obrotów czy trwałość przekraczają możliwości łożysk wykonanych ze stali można stosować tzw. łożyska hybrydowe.

W łożyskach takich elementy toczne lub w warunkach ekstremalnych także bieżnie wykonywane są z materiałów ceramicznych (azotku krzemu).

Porównując łożyska hybrydowe z normalnymi łożyskami stalowymi stwierdzamy, że :

• trwałość jest 4 do 6 razy większa

• pozwalają one uzyskać bardzo wysokie prędkości i dokładność obrotu

• mniej rozgrzewają się podczas pracy

• mają większą sztywność

• występuje mniej problemów ze smarowanie, i drganiami

Łożyska nożowe

Są łożyskami pośrednich elementów tocznych. W łożyskach tych czop w kształcie noża toczy się zaokrąglonym ostrzem po płaskiej, wklęsłej lub wypukłej powierzchni panewki, dzięki czemu uzyskuje się bardzo małe opory ruchów. Łożysko nożowe jest łożyskiem otwartym, w którym czop musi być dociśnięty do panewki, może on obracać się wahliwie tylko o niewielki kąt.

Ze względu na bardzo małą powierzchnię styku czopa z panewką łożyska nożowe mają niewielką nośność.

Kąt nachylenia czopa w łożysku nożowym nie może przekroczyć wartości, przy której tarcie toczne przechodzi w tarcie ślizgowe czopa względem panewki.

Graniczny kąt nachylenia czopa w najczęściej spotykanych przypadkach wynosi od 8 do 12 stopni.

Łożyska nożowe są najczęściej stosowane do łożyskowania ramion lub szal wag.

Czopy i panewki wykonuje się ze stali lub w przypadku wag dokładanych z materiałów mineralnych np. syntetycznego agatu.

PRZEKŁADNIE - zespół urządzeń służących do transmisji energii od maszyny roboczej nazywamy napędem. W skład napędu wchodzą m.in.:

• wały

• sprzęgła

• przekładnie

Podstawowym zadaniem przekładni jest zmiana prędkości obrotowej i momentu pomiędzy wałem napędzającym (wałem czynnym znajdującym się przed przekładnią) i wałem napędowym (wał bierny).

Konieczność stosowania przekładni wynika z kilku powodów:

• trudności dostosowania prędkości silnika do prędkości maszyny roboczej (silniki mają zwykle zbyt dużą prędkość obrotową)

• potrzeby regulacji prędkości obrotowej wału maszyny roboczej (prędkość obrotowa silnika jest zwykle stała)

• konieczność zmiany położenia osi wału maszyny roboczej w stosunku do osi wału silnika

W napędach maszyn najczęściej stosowane są przekładnie mechaniczne, dzielące się na:

• cięgnowe (pasowe, liniowe, łańcuchowe)

• cierne

• zębate.

Ponadto stosowane są przekładnie elektryczne, hydrauliczne i pneumatyczne. Ruch obrotowy kół przekładni można scharakteryzować przez podanie prędkości kątowej ω, obrotowej n i obwodowej γ danego koła. Relacje pomiędzy wymienionymi prędkościami określają zależności:

ω₁= π n₁/30

ω₂=π n₂/30

1 - odnosi się do elementu czynnego

2 - do elementu biernego

ω [rad/s]

n [obr/min]

γ = π D₁ n₁/60

γ = π D₂ n₂/60

γ [m/s]

D - średnica [m]

Przełożenie jest podstawową cechą każdej przekładni. Przełożeniem kinematycznym nazywamy stosunek prędkości kątowej koła czynnego do prędkości kątowej koła biernego

i = ω_1/ ω₂₌ n_1/n₂

Przełożenie kinematyczne można wyrazić także jako stosunek prędkości obrotowej. W zależności od wartości przełożenia rozróżnia się następujące rodzaje przekładni:

• reduktory (i>1, prędkość kątowa i obrotowa koła biernego jest mniejsza od prędkości koła czynnego)

• multiplikatory (i<1, prędkość kątowa koła biernego jest większa od prędkości koła czynnego) - przekładnia przyśpieszająca.

W przekładniach wielostopniowych składających się z kilku przekładni pojedynczych ustawionych szeregowo przełożenie całkowite jest iloczynem przełożeń na kolejnych stopniach:

i _c= i₁*i₂*i₃*…*i_n

Moment obrotowy: wartość momentu obrotowego na każdym wale oblicza się z zależności:

M=P/ ω

M [Nm]

P - moc [W] n= Obr/min

Sprawność - w czasie przenoszenia mocy z wału czynnego na wał bierny powstają straty energii spowodowane oporami tarcia, poślizgiem itp.

Moc na wale biernym jest zawsze mniejsza od mocy na wale czynnym.

η= P₂/P₁

Stosunek moc P₂ do mocy P₁nazywamy sprawnością mechaniczną przekładni.

Zaleta przekładni mechanicznych jest ich wysoka sprawność (od 0,95 do 0,99). Wyjątek stanowią przekładnie samohamowne np. ślimakowe, których sprawność może być mniejsza od 0,95. Sprawność całkowita przekładni wielostopniowych równa jest iloczynowi sprawności przekładni pojedynczych

η _c= η ₁* η ₂*…* η _n

PRZEKŁADNIE CIERNE

Prosta przekładnia cierna składa się z dwóch dociskanych do siebie kół ciernych, w której ruch i moment obrotowy przenoszone są dzięki działaniu F_n obwodowej siły tarcia.

Przełożenie kinematyczne takiej przekładni zależy od wymiarów średnic kół:

i = n₁/n₂=D₂/D₁

Przełożenie przekładni ciernej nie jest stabilne i ulega zmianie w wyniku poślizgu kół, który to poślizg zależy obciążenia warunków sprzężenia ciernego.

Zalety przekładni ciernych:

• prosta konstrukcja (proste kształty elementów ciernych)

• płynność ruchu i cichobieżność

• odporność na chwilowe przeciążenia.

Wady przekładni ciernych:

• duże gabaryty prz4kładni, w przeliczeniu na jednostkę przenoszonej mocy

• duże obciążenia łożysk i wałów

• występowanie poślizgów powodujących niestałość przełożenia

• stosunkowo mała sprawność

Koła cierne mogą mieć kształt walców, stożków lub innych brył obrotowych.

O wartości siły tarcia w przekładni decydują siła docisku kół i współczynnik tarcia. Na koła cierne należy, więc dobierać także materiały, które charakteryzują się przede wszystkim:

• dużą odpornością na zmęczeniowe naprężenia stykowe

• dużym współczynnikiem tarcia pary ciernej

W praktyce stosuje się następujące pary materiałów:

• stal hartowana i stal hartowana są to materiały o dużej twardości

HRC > 60 współpracujące najczęściej w oleju pomimo małego współczynnika tarcia przy smarowaniu olejowym μ=0,04÷0,08.

Skojarzenie to pozwala na osiągnięcie największych mocy przenoszonych przez przekładnie, ponieważ duża wytrzymałość zmęczeniowa na naciski pozwala na stosowanie dużych sił docisku. Przekładnie wykonane z takich materiałów charakteryzują się dużą sprawnością i trwałością. Wymagana jest jednak duża dokładność wykonania i montażu.

• stal (żeliwo) - guma, skóra, tworzywo sztuczne, drewno

Przekładnie wykonane z takich materiałów pracują zwykle na sucho. Charakteryzują się dużym współczynnikiem tarcia (dla gumy μ=0,8), małą wytrzymałością na naciski, złe doprowadzanie ciepła (nagrzewają się). Sprawność takiej przekładni jest mniejsza od przekładni z kół stalowych. Przekładnie stosowane do małych napędów i małych mocy.

Przekładnie cierne odciążone

Jedną z głównych wad przekładni ciernych są duże obciążenia łożysk. Stosując przekładnie obiegowe (planetarne) uzyskuje się odciążenie łożysk od sił poprzecznych oraz zmniejszenie gabarytów przekładni i możliwość uzyskania dużych przełożeń.

i = 1+D₃/D₁

Przekładnie cierne o zmiennych przełożeniach - WARIATORY

Zasadniczą cechą przekładni ciernych bezstopniowych (wariatorów) jest możliwość uzyskania zmiany prędkości obrotowej w określonym zakresie w sposób płynny.

Zakresem regulacji przełożenia nazywa się stosunek największych i najmniejszych prędkości obrotowych i przełożeń:

k= n_max/n_min=i_max/i_min

PRZEKŁADNIE CIĘGNOWE-

Nazywamy przekładnie mechaniczne składające się z dwóch rozsuniętych kół (czynnego i biernego) oraz opisującego je cięgna. W zależności od rodzaju cięgna rozróżnia się przekładnie:

• pasowe (z pasem płaskim, klinowym, okrągłym i zębatym)

• łańcuchowe (z łańcuchem płytkowym lub zębatym)

Sprzężenie cięgna z kołami może być cierne (przekładnie pasowe z wyjątkiem przekładni z pasem zębatym) lub kształtowe (przekładnie łańcuchowe i pasowe z pasem zębatym,).

Przekładnie pasowe:

W przekładniach pasowych (z wyjątkiem przekładni z pasem zębatym) sprzężenie cierne powstaje w wyniku docisku pasa do powierzchni kół. Docisk ten wywołany jest naciągiem pasa. W stanie spoczynku napięcie pasa po obu stronach kół jest jednakowe. W czasie pracy napięcie w cięgnie czynnym jest większe od napięcia w cięgnie biernym. Różnica między tymi wielkościami ilustruje wartość siły tarcia powodującej działanie przekładni. Na obu kołach przekładni można wyznaczyć momenty tarcia, które w prawidłowo (bez poślizgów) działającej przekładni muszą być zawsze większe od momentu obrotowego przenoszonego przez przekładnie.

Maksymalnym moment przenoszony przez przekładnię jest ograniczony przez naprężenia w prasie. Napięcie w ciągnie wywołuje naprężenia rozciągające, zaś zakrzywienie cięgna na kole - naprężenia zginające.

Zwiększenie momentu przenoszonego przez przekładnię można uzyskać przez zwiększenie:

• kąta opasania koła przez cięgno (kąt, na którym cięgno styka się z kołem)

• siły napięcia cięgna (powiększa to jednak obciążenie łożysk)

0 średnicy kół - zwiększa to jednak wymiary i bezwładność przekładni.

Dawniej powszechnie stosowane były pasy płaskie. Wykonywane były:

• ze skóry

• z tkaniny bawełnianej i wełnianej lub z włókien sztucznych, impregnowanej lub wulkanizowanej gumy

• taśmy stalowe.

Dziś w napędach mechanicznych powszechnie stosowane są paski klinowe. Wykonane są one z gumy, pokrytej dla zwiększenia odporności na ścieranie, tkaniną oraz zbrojonej w warstwie obojętnej tkaniną lub linkami kordowymi, stalowymi lub poliamidowymi.

Zalety przekładni pasowych:

Wysterowanie poślizgu w przypadku chwilowych obciążeń, co zabezpiecza przed zniszczeniem przekładni i innych elementów napędu

• możliwość tłumienie drgań

• stosunkowo duża dowolność rozstawienia kół pasowych i osi wałów

• możliwość przekazywania ruchu na duże odległości

• możliwość przekazywania ruchu na kilka kół

• stosunkowo cicha praca

• prosta i tania konstrukcja przekładni

• łatwa obsługa

Wady przekładni pasowych:

• wahania wartości przełożenia wskutek poślizgu pasa

• wymagane napięcie pasa co powoduje duże naciski na wały i łożyska

• powstawanie trwałych odkształceń w pasach (wyciąganie pasów), co powoduje konieczność regulacji napięcia pasa i przyśpiesza jego zużycie

• wrażliwość większości materiałów pasów na wpływ różnych czynników np. smarów, chemikaliów, wilgotności

• duże wymiary przekładni w porównaniu z przekładniami zębatymi.

Przekładnie pasowe z paskiem zębatym -

Przekładnie takie pracujące bez poślizgu zapewniają stałość przełożenia. Pasy zębate wykonuje się z gumy i tworzyw sztucznych. Są one zbrojone linką stalową lub z tworzywa sztucznego, która zapewnia małą odkształcalność wzdłużną. Moment przenoszony jest przez nacisk między zębami pasa i koła. Dzięki kształtowemu sprzężeniu pasa i koła zbędny jest naciąg wstępny cięgna. Z tego powodu obciążenie łożysk jest mniejsze niż w przypadku przekładni pasowych ze sprzęgnięciem ciernym. Sprawność przekładni jest większa a wymiary mniejsze.

Do pełnego wykorzystania wytrzymałości pasa na rozrywanie wystarczy, aby 6 zębów przenosiło jednocześnie obciążenia. Dzięki temu można stosować koła o małej liczbie zębów, co umożliwia realizację dużych przełożeń (nawet 30 -krotnych) na jednym stopniu przekładni. Pasy zębate wypierają w wielu przypadkach stosowane dawniej przekładnie łańcuchowe.

PRZEKŁADNIE ŁAŃCUCHOWE -

Składają się z dwóch lub więcej kół uzębionych i opasającego go łańcucha. Łańcuch jest cięgnem giętkim, które składa się z szeregu ogniw łączonych przegubowo. Kształt ogniw i uzębień kół może być różny, najczęściej stosuje się łańcuchy tulejkowe i zębate. Przekładnie łańcuchowe zapewniają stałe przełożenia i umożliwiają dowolne rozstawienie osi kół (przez dobór łańcucha o odpowiedniej długości). Mogą przenosić znaczne siły (ze względu na metalowe cięgno) przy mniejszym obciążeniu osi i wałów niż w przypadku przekładni pasowych ciernych.

Wady:

• wymagają smarowania

• ich praca jest hałaśliwa

PRZEKŁADNIE ZĘBATE -

Nazywamy zespoły dwóch lub więcej zazębiających się kół zębatych. W czasie pracy przekładni zęby koła czynnego wchodzą we wręby międzyrębne koła biernego i przekazują mu ruch obrotowy. Przełożenie przekładni zębatej określa zależność:

i = w₁/w₂ = z₂/z₁

w_1,2 - liczby zębów

z₁- koło czynne

z₂ - koło bierne

Rodzaje przekładni:

• walcowe o zazębieniu zewnętrznym i wewnętrznym składające się z kół walcowych o zębach prostych i skośnych lub daszkowych

• zębatkowe

• stożkowe - składające się z kół stożkowych o zębach prostych, skośnych lub krzywoliniowych

• śrubowe i ślimakowe

W zależności od wzajemnego położenia osi współpracujących kół przekładnie zębate dzieli się na:

• równoległe - osie kół są równoległe (przekładnie walcowe)

• kątowe - osie kół przecinają się (przekładnie stożkowe)

• wichrowate - osie kół nie przecinają się bo nie leżą na jednej płaszczyźnie (p. śrubowe i ślimakowe)

Przekładnie pojedyncze mogą tworzyć zespoły - tzw. przekładnie złożone, które dzieli się na:

• p. wielostopniowe - z szeregowym ustawieniem przekładni pojedynczych

• p. wielostopniowe - z równoległym ustawieniem przekładni pojedynczych

Przekładnie zębate są najbardziej rozpowszechnionym rodzajem przekładni mechanicznych. Ich główną zaletą jest uniwersalność. Można je stosować zarówno do przenoszenia bardzo dużych mocy jak i do przekazywania ruchu obrotowego w mechanizmach precyzyjnych, gdzie wartość przenoszonego momentu obrotowego jest pomijalnie mała.

W porównaniu do innych przekładni mechanicznych przekładnie zębate mają następujące zalety:

• stałość przełożenia

• wysoka sprawność do 99% dla przekładni pojedynczych i zwartość konstrukcji

• mniejsze naciski na łożyska i wały

• niezawodność działania

Wady przekładni zębatych:

• wyższy koszt wytwarzania ze względu na konieczność dużej dokładności wykonania

• mniejsza odporność na przeciążenia

• hałaśliwość

• konieczność dość obfitego smarowania

Przekładnia walcowa równoległa

Wieniec koła zębatego, czyli jego uzębienie składa się z zębów i wrębów międzyrębnych. Uzębienia ograniczają:

• powierzchnie walcowe wierzchołków i podstaw zębów

• dodatkowo wprowadzono umowną walcowa powierzchnię podziałową dzielącą ząb na głowę i stopę. Na okręgu podziałowym o średnicy podziałowej d jest mierzona podziałka p koła zębatego jako długość łuku pomiędzy jednoimiennymi bokami dwóch sąsiednich zębów. Na podziałkę p składa się, więc grubość zęba s oraz szerokość wrębu e.

Obwód koła podziałowego:

π * d = p * z

p -podziałka

z - ilość zębów

d = p/ π * z = m * z

m = p/ π

Wielkość m nazywamy modułem koła zębatego. Z reguły wartości modułu są znormalizowane. Przy pomocy modułu wyznaczane SA wszystkie wymiary uzębienia.

h_a = y * m

h_f = u * m

y - współczynnik wysokości głowy zęba (najczęściej y = 1)

u - współczynnik wysokości stopy zęba (u = 1,25)

Średnice wierzchołków d_a i d_f :

d_a = d + 2 h_a = m(z +2y)

d_a - średnica głów uzębienia

d_f = d - 2 h_f = m(z - 2u)

Rozstaw osi przekładni pojedynczej wynosi:

a = 0,5 d₁ +0,5 d ₂ = 0,5m(z₁+z₂)

z_1,2 - liczby zębów pierwszego i drugiego koła

W czasie pracy przekładni zęby koła czynnego naciskają na zęby koła biernego powodując jego obrót. Miejsce chwilowego styku zębów nazywamy punktem przyporu. Kolejno następujące po sobie punkty przyporu tworzą linie przyporu. Koła współpracują prawidłowo, gdy:

• przez cały czas trwania pracy przekładni występuje styk zębów, czyli przypór.

• przed wyzębieniem się jednej pary zębów następna para jest już w przyporze.

Liczbę współpracujących ze sobą równocześnie par zębów nazywamy wskaźnikiem zazębienia. Wskaźnik ten powinien być większy od jedności.

W najczęściej stosowanych uzębieniach o zarysie ewolwentowym linia przyporu jest linią prostą. Kąt £ (alfa) zawarty między normalną do linii łączących środki kół zębatych a linią przyporu nosi nazwę kąta przyporu.

Metody wykonywania walcowych kół zębatych.

Istnieją 2 podstawowe metody wykonywania kół zębatych o zarysie ewolwentowym:

- kształtowa, która polega na zastosowaniu narzędzia o kształcie wrębu międzyzębnego. Po wykonaniu jednego wrębu koło obraca się o kąt 2π / Z ( gdzie Z to liczba zębów) i wykonuje następny wręb. Obróbka taka jest mało dokładna ze względu na trudny do dokładnego wykonania krzywoliniowy zarys narzędzia. Jest również nieekonomiczna, gdyż do wykonania kół o różnej liczbie zębów potrzebne są narzędzia o innych zarysach.

- obwiedniowa- ewolwentowy zarys zęba uzyskuje się jako obwiednie kolejnych położeń krawędzi skrawającej narzędzia. Narzędzie ma najczęściej kształt koła zębatego lub zębatki o prostoliniowych zarysach zębów. W metodzie tej za pomocą jednego narzędzia można wykonać poprawny zarys uzębienia wszystkich kół o określonym module niezależnie od liczby zębów. Metoda ta jest powszechnie stosowana ze względu na jej dokładność i uniwersalność.

Korekcja kół zębatych.

Przy wykonywaniu uzębienia metodą obwiedniową w kole zębatym o liczbie zębów mniejszej od pewnej liczby granicznej Zgr następuje podcinanie stóp zębów. Powoduje to ich osłabienie i zmniejszenie wskaźnika zazębienia. Dla kół zębatych o kącie zarysu £=20º oraz współczynniku wysokości głowy zęba y = 1 graniczna liczba zębów Zgr wynosi 17.

Wykonanie koła zębatego o liczbie zębów mniejszej od granicznej bez odcięcia wymaga korekcji uzębienia. Polega ona na odsunięciu narzędzia od koła obrabianego o wartość:

X = x ∙ m, gdzie:

m- moduł koła zębatego

x-współczynnik przesunięcia zarysu

X= y(Zgr - Z)/Zgr

Po skorygowaniu ząb nie jest podcięty, tylko następuje zmiana jego kształtu. Wysokość stopy zęba maleje, natomiast wysokość głowy się zwiększa. Nie zmienia się wysokość całego zęba. Zwiększa się grubość zęba mierzona na kole podziałowym i maleje szerokość wierzchołka zęba. Przy zbyt dużym odsunięciu narzędzia od obrabianego koła następuje zaostrzenie wierzchołka zęba, a następnie przecięcie się zarysów zęba poniżej koła wierzchołków. Powoduje to zmniejszenie wysokości zęba, co zmniejsza wskaźnik zazębienia. Przy kącie zarysu £ = 20º najmniejsza liczba zębów, jaką można wykonać na kole bez obniżenia wysokości zęba wynosi Zmin= 8. Tak przeprowadzona korekcja powoduje zwiększenie wymiarów koła. Aby zachować bez zmian rozstaw osi kół przekładni koryguje się także koło współpracujące ( większe) przez dosunięcie do niego narzędzia podczas wykonywania o taką samą wartość X. Aby nie nastąpiło wówczas podcinanie zębów tego koła musi być spełniony warunek:

Z₁ + Z₂ > 2 Zgr

Obliczenia wytrzymałościowe przekładni zębatych:

Obliczenia przeprowadza się zawsze sprawdzając koło mniejsze tzw. zębnik. Obliczenia polegają na sprawdzeniu:

• Czy nie zostały przekroczone naprężenia zginające u podstawy zęba

• Czy nie zostały przekroczone naciski dopuszczalne na bocznych powierzchniach zarysu zęba ( w punkcie przyporu).

Materiał na koła zębate dobierany jest ze względu na przenoszone przez przekładnie obciążenia. W urządzeniach drobnych i precyzyjnych przenoszących niewielkie momenty obrotowe koła mogą być wykonane z tworzyw sztucznych lub metali nieżelaznych.

Kola przenoszące duże obciążenia wykonuje się ze stali ( konstrukcyjnych, konstrukcyjnych wyższych jakości, stopowych do nawęglania) przeznaczonych do obróbki cieplnej lub cieplno- chemicznej. Koła takie utwardzane są powierzchniowo do twardości około 60 HRC, przez co ich zęby zachowując elastyczne wnętrze ( duża wytrzymałość na zginanie) mają jednocześnie twardą powierzchnię ( duża wytrzymałość na naciski).

SPRZĘGŁA- jest to zespół służący do łączenia wałów w celu przekazania momentu obrotowego. Wały mogą być łączone na stałe lub okresowo. Sprzęgła mogą też spełniać zadania dodatkowe, takie jak:

• Zabezpieczanie napędzanych elementów przed przeciążeniem

• Kompensowanie niewspółosiowości łączonych wałków

• Łagodzenie gwałtownych włączeń napędu

• Zapewnianie napędu tylko w jednym kierunku

Ogólnie można przyjąć, że sprzęgło składa się z:

• członu czynnego (osadzonego na wale napędzającym)

• członu biernego (osadzonego na wale napędzanym)

• łącznika (przenosi moment obrotowy z członu czynnego na bierny)

Rodzaje sprzęgieł:

• sprzęgła mechaniczne - niektóre z nich są znormalizowane i wytwarzane przez wyspecjalizowane firmy. Stwarza to możliwość wykorzystania sprzęgieł gotowych bez konieczności ich projektowania.

Zasady doboru sprzęgieł:

Podstawowym parametrem charakteryzującym pracę sprzęgła jest przenoszony moment obrotowy zależny od mocy i prędkości obrotowej:

M = 9550 ∙P/n [Nm]

P [KN]-moc

N [Obr/min]- prędkość obrotowa w obrotach na minutę.

W celu zastosowania właściwego sprzęgła należy na podstawie zadań, jakie ma ono spełniać określić rodzaj sprzęgła i jeżeli jest to sprzęgło znormalizowane dobrać z katalogu odpowiednią jego wielkość, zależną od przenoszonego momentu. W czasie pracy sprzęgło może ulegać chwilowym przeciążeniom. Ponieważ nie wszystkie przyczyny przeciążeń mogą być przewidywane w czasie projektowania uwzględnia się je w postaci współczynnika przeciążenia K ustalonego doświadczalnie. Moment obrotowy max wynosi wówczas:

M_max = K ∙ M

Wartość współczynnika przeciążenia K zależy od rodzaju maszyny, u której w układzie napędowym znajduje się sprzęgło.

Waha się on w granicach od jedności ( maszyny o niemal niezmiennych oporach ruchu np. prądnica, dmuchawy), nawet do 6 ( maszyny o bardzo dużych wahaniach oporu ruchu np. kruszarki, walcarki). Moment obrotowy max jest podstawą doboru sprzęgła

• sprzęgła nierozłączne - są to sprzęgła łączące wały w sposób trwały, tzn. nie można ich rozłączać w czasie pracy. Rozłączenie może nastąpić tylko przy demontażu maszyny.

Dzieli się je na:

• sprzęgła sztywne-uniemożliwiają przesunięcie względne między członami w czasie eksploatacji.

• sprzęgła samonastawne- pozwalają na niewielkie przesunięcie wzdłużne i poprzeczne wałów.

• sprzęgła podatne - łącznikiem w nich są elementy sprężyste.

• sprzęgła sztywne - wymagają dokładnej współosiowości łączonych wałów. Zalicza się do nich sprzęgła tulejowe, łupkowe i kołnierzowe.

Sprzęgło tulejowe jest jednym z najprostszych rodzajów sprzęgieł, w którym rolę członu czynnego i biernego spełnia tulejka. Łącznikami są kołki ( mogą nimi być również wpusty lub kliny).

Wada sprzęgieł tulejkowych jest koniecznością znanych przesunięć osiowych wałów w momencie montażu lub demontażu sprzęgła.

Sprzęgło łubkowe- składa się z dwóch łubek, zaciśniętych na wałach za pomocą śrub. Sprzęgło przenosi moment obrotowy dzięki istnienia tarcia między łubkami a wałami. Zaletą sprzęgieł łubkowych jest ich łatwy montaż i demontaż natomiast wadą są duże wymiary i znaczna masa powodująca trudności w równoważeniu sprzęgła. Stosowane są tylko w napędach równobieżnych.

Sprzęgła kołnierzowe- składają się z dwóch tarcz złączonych śrubami. Tarcze osadzone są na wałach najczęściej za pomocą wpustu.

Sprzęgła samonastawne- umożliwiają łączenie wałów w przypadkach, gdy ich osie nie pokrywają się lub gdy podczas pracy występują przesunięcia osiowe jednego z wałów. Ze względu na swą konstrukcję i możliwość poślizgu między nimi sprzęgła te nie mogą przenosić dużych obciążeń.

Najczęściej stosowanymi sprzęgłami samonastawnymi są:

• sprzęgła kłowe umożliwiają przesunięcia wzdłużne wałów

• sprzęgło olthama dopuszczające przesunięcia poprzeczne osi wałów oraz ich kontowe ustawienie.

• sprzęgła zębate najbardziej uniwersalne umożliwiające przesunięcia osiowe poprzeczne i kątowe łączonych wałów

sprzęgieł samonastawnych stanowią sprzęgła przegubowe tzw. Sprzęgła kardana stosowane do łączenia wałów o kącie dochodzącym do 40 stopni.

Sprzęgła podatne- podstawowym elementem jest podatny łącznik umożliwiający chwilowy względny obrót wału biernego w stosunku do wału czynnego. Dzięki podatności łącznika sprzęgła takie mogą zmniejszyć wpływ obciążeń dynamicznych na pracę napędu, mogą łagodzić drganie zmniejszać nierównomierności przenoszonego momentu obrotowego. Łączniki podatne wykonuje się najczęściej z gumy lub sprzęgłach całkowicie metalowych ze sprężyn rozmaitych kształtów.

Najczęściej spotykanymi sprzęgłami podatnymi z łącznikami gumowymi są sprzęgła kabłonkowe zwane też oponowymi i sprzęgła wkładkowe tulejkowe.

Sprzęgła cierne - zasada działania sprzęgieł ciernych polega na tym, że tarcze sprzęgła dociskane są siłą wywołującą na powierzchniach ciernych siłę tarcia, która umożliwia przeniesienie momentu obrotowego z członu czynnego na bierny. Podstawową cechą tych sprzęgieł jest możliwość włączania przy różnych prędkościach członów nawet wtedy,gdy człon bierny jest nieruchomy.

W okresie od włączenia do osiągnięcia pełnej synchronizacji prędkości między powierzchniami ciernymi występują poślizgi, wskutek czego sprzęgła silnie się nagrzewają i zużywają się jego powierzchnie cierne. Materiały, z których wykonuje się powierzchnie cierne winny charakteryzować się dużym współczynnikiem tarcia, dobrą wytrzymałością mechaniczną wysokim współczynnikiem przewodzenia ciepła oraz odpornością na zużycie przy braku zdolności do zatarcia. Najczęściej stosuje się metale stal staliwo lub materiały niemetaliczne o dużym współczynniku tarcia. Materiały niemetaliczne na ogół szybko się zużywają i przenoszą małe naciski. Sprzęgła cierne mogą pracować na sucho lub ze smarowaniem powierzchni ciernych. Smarowanie zmniejsza wartość współczynnika tarcia, ale jednocześnie zmniejsza też zużycie powierzchni ciernych i umożliwia stosowania większych nacisków, a także powoduje chłodzenia sprzęgła. Najprostszym rodzajem sprzęgła ciernego jest sprzęgło tarczowe. Składa się ono z dwóch tarcz, z których jedna jest osadzona na wale na stałe a druga zaś przesuwna. Powszechnie stosowane jest sprzęgło wielopłytkowe, które jest zwielokrotnione sprzęgłem tarczowym.

Płytki cierne w takim sprzęgle osadzone są na zmianę jedna w tulei zewnętrznej a druga w wewnętrznej. Każda tuleja stanowi element związany z innym wałem. W tulejach płytki osadzone są na wpustach w ten sposób, że ruch obrotowy mogą wykonywać tylko razem z daną tuleją, natomiast wzdłuż tulei mogą przemieszczać się swobodnie.

Sprzęgła samoczynne- umożliwiają łączenia lub rozłączanie członów sprzęgła bez interwencji osoby obsługującej tzn. wyłącznie w skutek nadanych parametrów pracy. Najczęściej wykorzystuje się siły bezwładności zwłaszcza odśrodkowe, zmianę kierunku ruchu obrotowego lub zmianę momentu obrotowego.

Dzieli się je na :

• Odśrodkowe, w których włączanie lub rozłączanie następuje wskutek działania siły odśrodkowej

• jednokierunkowe przekazujące moment obrotowy tylko w jednym kierunku a włączające się przy zmianie kierunku ruchu obrotowego

• bezpieczeństwa wyłączające się przy przekroczeniu założonego momentu obrotowego.

Gwinty samohamowne - im mniejszy jest skok tym gwinty są bardziej samohamowne.

---