SPRZĘGŁA
W budowie maszyn poprzez sprzęgło rozumie się urządzenie (mechanizm) służące do łączenia ze sobą dwóch wałów celem przeniesienia momentu skręcającego bez zmiany jego wartości i kierunku.
W ogólnym przypadku sprzęgło składa się z: członu czynnego, członu biernego, łącznika. Człon jest to część sprzęgła: osadzona lub ukształtowana na wale, bądź elemencie układu (np. kole zębatym). Człon ukształtowany na wale Człon osadzony na wale
Łącznik cznik jest to część (lub kilka części), która przekazuje moment skręcający z członu czynnego osadzonego na wale napędzającym, na wał bierny, osadzony na wale napędzanym. Łącznik cznik określa sposób przekazywania momentu oraz w znacznym stopniu charakteryzuje sprzęgło.
W zależności od rodzaju czynnika (medium) przenoszącego obciążenie, sprzęgła dzieli się na: mechaniczne (mechanical couplings), hydrauliczne (hydrokinetyczne, hydrodynamiczne) (fluid couplings),, indukcyjne (elekromagnetyczne) (inductive couplings).
Sprzęgła a mechaniczne są to sprzęgła, w których czynnikiem przenoszącym obciążenie są ciała stałe np. sprężyny, łączniki gumowe. W sprzęgłach hydraulicznych czynnikiem przenoszącym obciążenie tym jest ciecz. W sprzęgłach indukcyjnych przenoszącym obciążenie jest wirujące pole elektromagnetyczne.
Poza funkcją wynikającą z definicji (urządzenie służące do łączenia ze sobą dwóch wałów celem przeniesienia momentu skręcającego bez zmiany jego wartości i kierunku), sprzęgło może spełniać szereg innych zadań, np.: 1. Łączenie wałów, w tym: wałów o osiach leżących na wspólnej prostej, wałów o osiach nie leżących na wspólnej prostej (niewspółosiowość niezamierzona, wynikająca z błędów w montażu i wykonania lub odkształceń w czasie pracy), osiach nie leżących na wspólnej prostej (niewspółosiowość zamierzona, podyktowana względami konstrukcyjnymi lub sytuacyjnymi).
Łączenie wałów o osiach leżących na wspólnej prostej. λ
Łączenie wałów o osiach nie leżących na wspólnej prostej δ
Łączenie wałów osiach nie leżących na wspólnej prostej. γ
2. Minimalizacja amplitudy zmiennego momentu skręcającego przenoszonego przez układ. 3. Okresowe łączenie lub rozłączanie współosiowych wałów w spoczynku lub ruchu. 4. Ograniczenie momentu skręcającego w układzie do określonej wartości (bezpieczeństwa). 5. Przenoszenie momentu skręcającego tylko w jednym kierunku. 6. Spełnienie więcej niż jednej z wymienionych funkcji.
Sprzęgła a mechaniczne
W zależności od tych spełnianych zadań, sprzęgła dzieli się na: sztywne, samonastawne, przegubowe, podatne, włączalne, specjalne bezpieczeństwa, przeciążeniowe. jednokierunkowe.
Sprzęgła a sztywne Połączenie elementów sprzęgła sztywnego między sobą oraz z wałem jest połączeniem ciernym lub kształtowo-ciernym.
Sprzęgła sztywne dzieli się na: niedzielone, dzielone w płaszczyźnie równoległej do osi wału, dzielone w płaszczyźnie prostopadłej do osi wału.
Sprzęgło sztywne niedzielone sprzęgło tulejowe
Sprzęgło sztywne dzielone w płaszczyźnie równoległej do osi wału sprzęgło łubkowe
Sprzęgło sztywne dzielone w płaszczyźnie prostopadłej do osi wału sprzęgło o kołnierzowe
Sprzęgła a samonastawne Sprzęgła samonastawne umożliwiają łączenie wałów przypadku niedokładnego wzajemnego przesunięcia się osi.
Przesunięcia mogą być : osiowe, promieniowe, kątowe, złożone.
Sprzęgło o samonastawne umożliwiaj liwiające osiową kompensację niedokładno adności wzajemnego usytuowania się osi sprzęgło sworzniowe
sprzęgło kłowe
sprzęgło Oldhama Sprzęgło o samonastawne umożliwiaj liwiające promieniową kompensację niedokładno adności wzajemnego usytuowania się osi,
zmodyfikowane sprzęgło Oldhama
sprzęgło łańcuchowe
Sprzęgło o samonastawne umożliwiaj liwiające kątowk tową kompensację niedokładno adności wzajemnego usytuowania się osi sprzęgło zębate jednostronne
Sprzęgło o samonastawne umożliwiaj liwiające kompensację dowolnej niedokładno adności wzajemnego usytuowania się osi sprzęgło zębate dwustronne
Sprzęgła a przegubowe Sprzęgła przegubowe (Cardana) są stosowane do łączenia wałów o dużym kącie między osiami γ.
Idea sprzęgła przegubowego polega na zastosowaniu sztywnego krzyżaka, którego ramiona są umieszczone w łożyskach widełek osadzonych na końcu wałów. Widełki leżą w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych. Krzyżak wykonuje ruch kulisty, umożliwiający przeniesienie napędu z jednego wału na drugi.
γ
Sprzęgło Cardana przy kącie γ 0 nie jest synchroniczne co oznacza, że przy stałej prędkości kątowej wału czynnego, prędkość kątowa wału biernego jest zmienna.
Usunięcie niejednostajności na wale biernym można uzyskać poprzez zastosowanie podwójnego sprzęgła (zdwojone sprzęgło przegubowe). zdwojone sprzęgło przegubowe
Warunek - widełki wału pośredniczącego muszą leżeć w tej samej płaszczyźnie, zaś kąty między wałem czynnym a pośrednim oraz wałem pośrednim a wałem biernym muszą być jednakowe δ1=δ=δ2. Przy spełnieniu tych warunków wał czynny i wał bierny są synchroniczne, natomiast wał pośredni ma prędkość zmienną.
Ponieważ wał pośredni ma prędkość zmienną to przy bardzo dużych prędkościach obrotowych jest to niekorzystne, gdyż może być powodem powstawania drgań. Dlatego dąży się do skrócenia jego długości.
Sprzęgła a podatne Sprzęgła a podatne zawierają podatne łączniki umożliwiające niewielki obrót względny wału biernego w stosunku do wału czynnego zależny od przenoszonego momentu.
Zależność między przenoszonym momentem M a kątem skręcenia ϕ nazywa się charakterystyką sprzęgła. W zależności od materiału łącznika i jego ukształtowania sprzęgła może mieć charakterystykę: liniową, nieliniową.
M sprzęgło sztywne sprzęgło podatne ϕ Liniowa charakterystyka sprzęgła
M M M ϕ ϕ ϕ charakterystyka sztywna progresywna charakterystyka miękka degresywna charakterystyka odcinkami liniowa M M M ϕ ϕ ϕ charakterystyka sprzęgła z luzem charakterystyka sprzęgła z napięciem wstępnym charakterystyka sprzęgła z histerezą
Sprzęgło podatne z pakietami sprężyn płaskich rozmieszczonymi osiowo
Sprzęgło podatne palcowe z wkładkami gumowymi
Sprzęgła oponowe
2 6 7 4 5 1 3
Dzięki swej podatności, sprzęgła podatne mogą zmniejszać obciążenie dynamiczne występujące w układzie napędowym. Obciążenia takie występują podczas nagłego przyłożenia sił uderzeniowych lub podczas działania sił okresowo zmiennych. Korzystny wpływ sprzęgła na pracę układu napędowego zależy od właściwego doboru jego parametrów, przede wszystkim sztywności. Niewłaściwy dobór może spowodować zwiększenie sił dynamicznych lub doprowadzić do powstawania zjawisk rezonansowych.
M 1 M 2 sprzęgło niewłaściwie dobrane τ M śr sprzęgło właściwie dobrane M śr t t wał czynny obciążony impulsowo odpowiedź układu
Jeżeli sprzęgło przenosi obciążenia okresowo zmienne to może ono, przy właściwym doborze łączników podatnych, złagodzić wpływ tego obciążenia. Przy niewłaściwym doborze może nastąpić rezonans. M 1 M 2 M 2 M ok M 2śr M 2śr t t t sprzęgło dobrane właściwie sprzęgło dobrane niewłaściwie
Sprzęgła a włąw łączalne Sprzęgła włączalne umożliwiają rozłączanie i łączenie wałów w czasie ruchu oraz w spoczynku. W zależności od różnicy prędkości kątowych wału czynnego i biernego podczas włączania rozróżnia się: sprzęgła asynchroniczne (ω 1 ω 2 ), sprzęgła synchroniczne (ω 1 = ω 2 ).
Sprzęgła a synchroniczne
Sprzęgło zębate włączalne (sprzęgło synchroniczne)
Sprzęgła a asynchroniczne
wał napędzany tarcza sprzęgłowa W sprężyny W T T wał napędowy tarcze dociskowe okładziny cierne Sprzęgło cierne tarczowe (sprzęgło asynchroniczne)
W W W W T T T T
Postaci konstrukcyjne sprzęgie gieł włączalnych
Cone clutch Sprzęgło cierne stożkowe (sprzęgło asynchroniczne)
α w Sprzęgło cierne stożkowe (sprzęgło asynchroniczne)
Tarcze dociskowe 2 1 4 3 6 5 wał napędowy wał napędzany Tarcze sprzęgłowe
W sprzęgle ciernym wielopłytkowym zastosowanie wielu płytek ma na celu zmniejszenie zużycia płytek sprzęgła poprzez zmniejszenie nacisków powierzchniowych. Tarcie nie zależy od powierzchni tarcia!!!.
Sprzęgło odśrodkowe mrω 2 ω wał napędzany wał napędowy ω okładziny cierne
Sprzęgło cierne wielopłytkowe włączalne elektromagnetycznie
Sprzęgła a specjalne bezpieczeństwa, przeciążeniowe, jednokierunkowe.
Sprzęgło bezpieczeństwa
Sprzęgło przeciążeniowe
Sprzęgło przeciążeniowe
Sprzęgło jednokierunkowe
Sprzęgło jednokierunkowe
Sprzęgło o hydrokinetyczne
Zalety łagodny rozruch częściowe wyrównanie obciążeń napędów w układach wielonapędowych chroni przed przeciążeniem zmniejsza wpływ sił dynamicznych Wady duży moment rozruchu konieczność okresowego dopełniania sprzęgła cieczą duże wymiary przy przenoszeniu dużych momentów obrotowych zmniejszenie sprawności mechanizmu napędowego
Sprzęgło o indukcyjne
Sprzęgło indukcyjne