KURZUS: Gépelemek

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

13. lecke: A tengelykapcsolók feladata, fajtái, csoportosítása. Merev tengelykapcsolók kialakítása és méretezési eljárásai

Tevékenység

Olvassa el a Gépszerkezettan III. jegyzet 9-17 oldalain (az 1. fejezet 1.1. és 1.2. 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 82-87 oldalain (8.1. fejezetében) található kidolgozott feladatait, valamint oldja meg az ott lévő gyakorló feladatokat!

A tananyag tanulmányozása közben az alábbiakra figyeljen:

  • Sorolja fel a tengelykapcsolók fő, ill. járulékos feladatait!
  • Jegyezze meg a tengelykapcsolók csoportosításának fő elemeit és fő működési elveit!
  • Tanulja meg a mértékadó nyomaték kiszámításának módját különböző üzemi tényezők figyelembevételével!
  • Fogalmazza meg, hogy mit nevezünk merev tengelykapcsolónak!
  • Jegyezze meg a merev tengelykapcsolók három fő típusát!
  • Ábra alapján tanulmányozza a tokos, a héjas és a merev tárcsás tengelykapcsolók szerkezeti elemeit, működési elvét!
  • Tanulja meg az átvihető nyomaték összefüggését a cső, ill. a tengely anyagára tokos tengelykapcsolónál!
  • Tanulmányozza héjas kapcsolónál a kerületi erő, a héjakat összeszorító erő és az egy csavart terhelő erő összefüggéseit!
  • Keresse a választ arra, hogy mi a különbség az erőzáró és alakzáró kivitel között merev tengelykapcsolónál!
  • Adjon választ arra, hogyan határozzuk meg a tárcsafeleket összeszorító erőt (ill. kerületi erőt), az egy csavarra jutó terhelést merev tengelykapcsolónál erőzáró és alakzáró kivitelben!
  • Ismertesse az összeszorító csavar méretezésének elvét erőzáró és alakzáró merev tengelykapcsolónál!
  • 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

  • Felsorolásból ki tudja választani a tengelykapcsolók fő és járulékos feladatait.
  • Adott tengelykapcsolóról el tudja dönteni, hogy milyen fő csoportba tartozik, és hozzá tudja rendelni a tengelykapcsolóhoz a működési elvét is.
  • Ki tudja számítani a mértékadó nyomatékot adott üzemi viszonyok esetén.
  • Meghatározásokból ki tudja választani a merev tengelykapcsoló definícióját.
  • Listából ki tudja választani a merev tengelykapcsolók három fő típusát.
  • Ábra alapján meg tudja nevezni a merev tengelykapcsolók alkatrészeit.
  • Többféle merev tengelykapcsoló ábrája közül azonosítani tudja a merev tengelykapcsolók típusát.
  • Ki tudja számítani az átvihető nyomaték nagyságát tokos tengelykapcsolónál.
  • Ki tudja számítani a kerületi erőt, a héjakat összeszorító erőt és az egy csavarra jutó terhelő erőt héjas kapcsolónál.
  • Az erőzáró, illetve alakzáró kapcsolókra vonatkozó állításokról el tudja dönteni, hogy azok igazak vagy hamisak.
  • Ki tudja számítani a kerületi erőt, a tárcsa feleket összeszorító erőt (ill. kerületi erőt), az egy csavarra jutó erőt merev tengelykapcsolóknál erőzáró és alakzáró kivitelnél egyaránt.
  • Meg tudja határozni a szükséges csavar átmérőket erőzáró és alakzáró merev tengelykapcsoló esetén.
  • 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

A tengelykapcsolók feladata:

  • Nyomatékátvitel
  • Tengelyek összekapcsolása
  • Torziós lengések csillapítása
  • Lágy indítás
  • Tengelyek időszakonkénti szétkapcsolása

A tengelykapcsolók a hajtástechnika fontos elemei, napjainkban is folyamatosan fejlődnek és specializálódnak.

Ebben a leckében a merev tengelykapcsolókra (tokos, héjas, merevtárcsás) vonatkozó konstrukciós kialakításokat és méretezési eljárásokat tekintjük át. A számítások első lépése általában a mértékadó nyomaték meghatározása, amelynél a névleges nyomatékot megszorozzuk az aktuális üzemtényező értékével.

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.

A mértékadó nyomaték T m = P ω  c d = P 2πn c d
Az átvihető nyomaték tokos
tengelykapcsolónál tömör
tengely esetén
T= K p τ t = d t 3 π 16 τ t
Az átvihető nyomaték tokos
tengelykapcsolónál csőtengely
esetén
T= K pcső τ cső = ( D 4 d t 4 )π 16D τ cső
Héjas tengelykapcsoló
A kerületi erő F= 2T d t =μp d t πl
A héjakat összeszorító erő F N = F μπ
Egy csavart terhelő erő F cs = F N i
Merev tengelykapcsoló
Erőzáró kivitelAlakzáró kivitel
A tárcsa feleket
összeszorító erő
(ill. kerületi erő)
F a = 2 T m μ d köz F t = 2 T m d lyuk
Egy csavarra jutó erő F a1 = F a z F t1 = F t z
Alap méretezési
összefüggés
σ= F A = 4F d 03 2 π τ max = 4 3 τ névleges = 4 3 F A = 4 3 4F d 2 π
A csavar átmérőjének
meghatározása
d o3 = 4 F a1 φπ σ meg
d 3 = d o3 +6 1,1
d= 44 F t1 3π τ meg
Kiegészítés és kidolgozott mintapéldák a 13. lecke tananyagához
1. Tokos tengelykapcsoló méretezése

Tokos tengelykapcsolóval kötünk össze két tengelyt. A tengely anyaga acél, a tok öntöttvas, amelyre τ cső = 100 N/mm2 a megengedett csavaró feszültség. A tengelykapcsolót egy P= 30 kW teljesítményű és n= 735 1/perc fordulatszámú elektromotorral hajtjuk meg. Az üzemi dinamikai tényező cd= 2. A cső geometriai aránya d/D= 0,7. Határozza meg a d és D méreteket, ha a cső adataival számítjuk az átvihető nyomatékot! A nyomaték értékét valamint a cső külső és belső átmérőjét kerekítse a következő egész értékre felfelé! Majd számítsa ki, hogy mekkora τ meg -t kellene alkalmazni a tengelyen, ha ugyanakkora nyomatékot akarunk átvinni, mint a csővel!

Az átviendő nyomaték meghatározása:

T= P 2πn c d = 3000060 2π735 2=779,534Nm , kerekítve Tm=780 Nm

A cső igénybevétele csavarás, így írható:

τ cső = T K pcső , ahol K pcső = ( D 4 d 4 )π 16D = D 3 π 16 ( 1 ( d D ) 4 )

Tehát:

T= K pcső τ cső = D 3 π 16 ( 1 ( d D ) 4 ) τ cső , amiből a cső külső átmérője D kifejezhető

D= 16T π τ cső ( 1 ( d D ) 4 ) 3 = 16780000 π100( 1 ( 0,7 ) 4 ) 3 =37,39mm , kerekítve D= 38 mm

d=D0,7=380,7=26,6mm , kerekítve d= 27 mm

Ha a tengellyel ugyanakkora nyomatékot viszünk át, mint a csővel a tengely csavarófeszültségére felírható:

τ t = T K pt = T16 d 3 π = 78000016 27 3 π =201,82N/m m 2 τ tmeg

2. Merevtárcsás tengelykapcsoló méretezése

Egy centrifugál szivattyút egy P = 22 kW teljesítményű n = 725 1/perc fordulatszámú elektromotorral kötünk össze merev tárcsás tengelykapcsoló segítségével. A csavarok száma z = 4 db. A súrlódó felületek közepes átmérője megegyezik a csavarok lyukkörének átmérőjével dköz = dlyuk = 120 mm. A dinamikus tényező értéke 1,5, a súrlódási tényező 0,16. Méretezze, illetve ellenőrizze az összefogó csavarok méreteit, ha a két tárcsa között a nyomatékot

a)a csavarok kellő meghúzásával ébredő súrlódó erővel (erőzáró kapcsolat)
- csavar anyag. 5.6 a folyáshatárra vonatkoztatott biztonsági tényező n=2,5, ϕ = 0,9. A mértékadó nyomatékot a legközelebbi egész értékre kerekítse felfelé! A következő menetek közül válassza ki a legmegfelelőbbet: M10x1,5 (d3= 8,16 mm), M12x1,75 (d3= 10,863 mm), M14x2 (d3= 12,701 mm), M16x2 (d3= 14,701 mm), M18x2 (d3= 16,376 mm).
b)illesztett szárú csavarokkal (alakzáró kapcsolat) visszük át
- csavar méret: M8x1,25, illesztett szárú, 5.6-os anyagminőségű, a csavar illesztett átmérője D = 9 mm ( τ meg =55 N/mm2). Hány darab M8x1,25 csavart kell alkalmazni? A nyírófeszültség meghatározásánál a maximális nyírófeszültség számítási összefüggését használja!

A mértékadó nyomaték meghatározása:

T m , = P 2πn c d = 2200060 2π725 1,5=434,657Nm , kerekítve Tm=435 Nm

A tárcsafeleket összeszorító erő:

F a = 2 T m μ d köz = 2435 0,160,12 =45312,5N

Az egy csavarra jutó húzóterhelés:

F a1 = F a z = 45312,5 4 =11328,125N

A csavar méretének meghatározása a szorosan meghúzott csavarkötés számítása alapján történik:

A csavar anyagminősége alapján:

R eH =5610=300N/m m 2 σ meg = R eH n = 300 2,5 =120N/m m 2

A d03 méretezési átmérő:

d 03 = 4 F a1 φπ σ meg = 411328,125 0,9π120 =11,556mm

A magátmérő számítása:

d 3 = d 03 +6 1,1 = 11,556+6 1,1 =15,96mm

A megadott csavarok közül a számított d3 értéknél nagyobb magátmérője az M18x2 (d3= 16,376 mm) menetnek van. Tehát ezt kell kiválasztani!

Alakzáró kapcsolat esetén a kerületi erő:

F t = 2 T m d lyuk = 2435 0,12 =7250N

A maximális nyírófeszültség összefüggéséből az egy csavarra jutó terhelésre a következőt kapjuk:

F t1 = τ meg 3 D 2 π 44 = 553 9 2 π 44 =2624,21N

Ez alapján a szükséges csavarszám M8x1,25 csavarnál:

z= F t F t1 = 7250 2624,21 =2,76 3 darab csavart kell alkalmazni!

Minimum rajzos kérdések
Tokos tengelykapcsoló
Tárcsás tengelykapcsolók kialakítása
Szemléltető ábrák
Tokos tengelykapcsoló 3D-s modellje a cső kivágásával szemléltetve
Tokos tengelykapcsoló összeállítási rajza tételszámozással
Héjas tengelykapcsoló 3D-s modellje tengelyek nélkül
Héjas tengelykapcsoló fényképe tengelyek nélkül
Héjas tengelykapcsoló összeállítási rajza tételszámozással
Erőzáró merev tárcsás tengelykapcsoló 3D-s modellje. Jobb oldalon a tárcsa felek elmetszésével ábrázolva
Erőzáró merev tárcsás tengelykapcsoló összeállítási rajza tételszámozással
Alakzáró merev tárcsás tengelykapcsoló 3D-s modellje. Jobb oldalon a tárcsa felek elmetszésével ábrázolva
Alakzáró merev tárcsás tengelykapcsoló összeállítási rajza tételszámozással
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. A felsorolt állítások közül válassza ki azokat, amelyek a tengelykapcsolók fő és járulékos feladatát adja meg!
A tengelykapcsolók elsődleges feladata, hogy módosítás közbeiktatásával nyomatékot vigyenek át két tengely között.
A tengelykapcsolók járulékos feladata, hogy az egymással kitérő helyzetben lévő tengelyeket időszakonként szétkapcsolja.
A tengelykapcsolók járulékos feladata lehet a torziós lengések csillapítása, egytengelyűségi eltérések kiegyenlítése.
A tengelykapcsolók elsődleges feladata, hogy módosítás nélkül nyomatékot vigyenek át két tengely között.
A tengelykapcsolók járulékos feladata, hogy indítás után szétkapcsolja a két tengelyt.
2. Jelölje meg azon tengelykapcsolókat, amelyek nem oldható, állandó kapcsolatot teremtenek két tengely között!
Merev.
Szinkron.
Hajlékony.
Biztonsági.
Rugalmas.
3. Számítsa ki a mértékadó nyomatékot, ha P= 5,5 kW, n= 1450 1/perc, cd= 1,6! Jelölje a megadott értékek közül a megfelelőt!
0,96 Nm
57,95 Nmm
9,65 Nm
57,95 Nm
96,5 Nmm
4. Mit nevezünk merev tengelykapcsolónak? Jelölje meg a helyes definíciót!
Azokat a tengelykapcsolókat, melyek tengelyhibákat egyenlítenek ki és a két tengely viszonylagos elcsavarodását is lehetővé teszik merev tengelykapcsolóknak nevezzük.
Azokat a tengelykapcsolókat, melyeknél semmiféle tengelyhibát (szögeltérés, excentricitás, egytengelyűségi hiba) nem engedhetünk meg és a két kapcsolófél merev rendszerként üzemel, merev tengelykapcsolóknak nevezzük.
Azokat a tengelykapcsolókat melyek, a súrlódási erő útján képesek nyomatékátvitelre és merev lemezekből állnak, merev tengelykapcsolóknak nevezzük.
5. Válassza ki a következő listából azokat, amelyek a merev tengelykapcsolók közé tartoznak!
Tokos.
Kúpos.
Biztonsági.
Héjas.
Merev tárcsás.
Periflex.
6/a. Válassza ki az ábrán látható tengelykapcsoló 2-es alkatrészének megnevezését a megadott listából!

Hatlapfejű tövigmenetes csavar.
Hatlapfejű illesztett szárú csavar.
Agy (központosító furattal).
Agy (központosító peremmel).
6/b. Válassza ki az ábrán látható tengelykapcsoló 3-as alkatrészének megnevezését a megadott listából!

Hatlapfejű tövigmenetes csavar.
Hatlapfejű illesztett szárú csavar.
Agy (központosító furattal).
Agy (központosító peremmel).
7. Az ábrán látható tengelykapcsolók jelöléseit párosítsa a megadott tengelykapcsoló megnevezésekhez!



Héjas:
Tokos:
Erőzáró merev tengelykapcsoló:

8. Számítsa ki az átvihető nyomaték értékét tokos tengelykapcsolónál, ha dt =30 mm és τ t =350 MPa! Mekkora nyomatékot vihetünk át a csővel, ha az agy falvastagságára a v=0,35 d t összefüggést használjuk és τ cső =200 MPa

T= Nm
Tcső= Nm

9. Határozza meg héjas tengelykapcsolónál a kerületi erőt (F), a héjakat összeszorító erőt (FN) és az egy csavart terhelő erőt (Fcs), ha a csavarok száma i = 6 db,a tengelyátmérő dt = 40 mm, mértékadó (átviendő) nyomaték T = 250 Nm és a súrlódási tényező μ  = 0,15!

F= N
FN= N
Fcs = N

10. Az alábbi állítások közül döntse el melyik igaz, melyik hamis!
Az erőzáró merev tengelykapcsolónál a nyomatékot a tárcsák homlokfelületei közt ébredő súrlódó erő viszi át.
Az erőzáró merev tengelykapcsolónál az összeszorító csavarok csak húzásra vannak igénybe véve.
Az alakzáró merev tengelykapcsolónál az illesztett szárú csavarok terhelése hajlítás.
Az alakzáró merev tengelykapcsolónál a két tárcsafél közötti nyomatékátvitel illesztett szárú csavarkötés segítségével valósul meg.
11. Egy centrifugálszivattyút és egy P = 11 kW teljesítményű és n = 715 1/perc fordulatszámú elektromotort merev tárcsás tengelykapcsolóval kapcsolunk össze. A nyomatékot a csavarok kellő meghúzásával ébredő súrlódóerővel (erőzáró kapcsolat) visszük át. A csavarok száma z = 4 db. A súrlódó felületek közepes átmérője dköz = 100 mm. A dinamikus tényező cd =1,4 és a súrlódási tényező μ = 0,18. Határozza meg a mértékadó nyomatékot (Tm), a tárcsafeleket összeszorító erőt (Fa) és az egy csavarra jutó húzóterhelést (Fa1)!

Tm= Nm
Fa= N
Fa1= N

12. Merev tárcsás erőzáró tengelykapcsolónál az egy csavarra jutó húzóterhelés Fa1= 6000 N, a megengedett húzófeszültség σ meg = 200 N/mm2, a jósági tényező ϕ= 0,8. Válassza ki a felsorolt csavarmenetek közül azt, amelyik a méretezés során a legjobban megfelel!
M10x1,5 (d3=8,16 mm)
M14x2 (d3=11,546 mm)
M16x2 (d3=13,546 mm)
M18x2,5 (d3=14,933 mm)
M8x1,25 (d3=6,466 mm)
13. Válassza ki héjas tengelykapcsolónál az összeszorító erő helyes számítási összefüggését!
F= 2T d t
F cs = F N i
F N = F μ
F= T d t
F N = F μπ
14. Válassza ki alakzáró kivitelben készült merevtárcsás tengelykapcsolónál a csavarok méretezésére szolgáló helyes számítási összefüggését!
τ max = 3 4 τ névleges = 3 4 F A = 3 4 4F d 2 π
τ max = 4 3 τ névleges = 4 3 F A = 4 3 F d 2 π
τ max = 4 3 τ névleges = 4 3 F A = 4 3 4F d 2 π
τ max = 3 4 τ névleges = 3 4 F A = 3 4 F d 2 π
τ max = 4 3 τ névleges = 4 3 F A = 4 3 4F d π