STAVBA A PROVOZ STROJ� I.

Studijní obor: 23-41-M/001 Ro�ník: druhý Celkový po�et vyu�. hodin za rok: 102 Vypracovala: Ing. Alena Burdová

2

2

Obsah:

1. SPOJE A SPOJOVACÍ SOU�ÁSTI………………………………………………… 5 1.1. Stroj (p�ístroj, za�ízení) – mechanizmus – sou�ást….…………………………………. 5 1.2. Rozd�lení spoj�………………………………………………………………………… 5

2. ŠROUBOVÉ SPOJE…………………………………………………………………. 7 2.1. Charakteristika, použití………………………………………………………………… 7 2.2. Základní pojmy, základní �ásti………………………………………………………… 7 2.3. Druhy šroub�, matic a podložek……………………………………………………….. 7 2.4. Pojišt�ní šroubových spoj�…………………………………………………………….. 11 2.5. Závity………………………………………………………………………………...… 13

2.5.1. Princip závitu………………………………………………………………….. 13 2.5.2. Druhy závit�…………………………………………………………………... 13 2.5.3. Ozna�ování závit�…………………………………………………………….. 14 2.5.4. Lícování metrických závit�.……………………………………………........... 14 2.5.5. Silové pom�ry na závitu………………………………………………………. 14

2.6. Materiály šroub� a matic……………………………………………….……………… 15 2.7. Pevnostní výpo�et šroub�……………………………………………………………… 16 2.8. Zadání p�íklad�………………………………………………………………………… 20

3. KOLÍKOVÉ SPOJE…………………………………………………………………. 22 3.1. Charakteristika kolík�…………………………………………………………………. 22 3.2. Rozd�lení kolík�………………………………………………………………………. 22 3.3. Použití, konstrukce…………………………………………………………………….. 24 3.4. Výpo�et kolíkových spoj�…………………………………………………………….. 25 3.5. Zadání p�íklad�………………………………………………………………………... 26

4. �EPOVÉ SPOJE………………………………………………………………….….. 27 4.1. Charakteristika �epových spoj�……………………………………………………….. 27 4.2. Rozd�lení �ep�……………………………………………………………………….... 27 4.3. Osové pojišt�ní �ep�…………………………………………………………………... 27 4.4. Výpo�et �epového spoje………………………………………………………………. 29

5. SPOJE H�ÍDELE S NÁBOJEM…………………………………………………… 30 5.1. Charakteristika spoje……………………………………………………………….….. 30 5.2. Rozd�lení, použití……………………………………………………………………... 31

5.2.1. Spojení s tvarovým stykem…………………………………………………… 31 5.2.2. Spojení se silovým stykem………………………………………………….… 32

5.3. Pérové spoje…………………………………………………………………………… 33 5.4. Drážkové spoje………………………………………………………………………… 34 5.5. Klínové spoje…………………………………………………………………………... 37

5.5.1. Charakteristika, srovnání s pery………………………………………………. 37 5.5.2. Druhy klín�…………………………………………………………………… 37 5.5.3. Zadání p�íklad�……………………………………………………………….. 37

5.6. Sv�rné spoje…………………………………………………………………………… 38 5.6.1. Charakteristika……………………………………………………...………… 38 5.6.2. Sv�rné spoje se šroubem……………………………………………………… 38 5.6.3. Sv�rné spoje s kuželem……………………………………………………….. 40

5.7. Tlakové spoje………………………………………………………………………….. 41 5.7.1. Charakteristika , použití………………………………………………………. 41

5.7.2. Únosnost tlakových spoj� a ur�ení p�esahu…………………………………... 42

3

3

6. SVAROVÉ SPOJE…………………………………………………………………… 43 6.1. Charakteristika, ú�el, použití…………………………………………………………... 43 6.2. Materiál a konstrukce svarových spoj�………………………………………………... 45 6.3. Výpo�et svarových spoj�……………………………………………………………… 46

7. PÁJENÉ A LEPENÉ SPOJE………………………………………………………… 52 7.1. Princip pájeného spoje, pájky………………………………………………………….. 52 7.2. Princip lepeného spoje, výpo�et……………………………………………………….. 55

8. NÝTOVÉ SPOJE……………………………………………………………………... 56 8.1. Princip, ú�el, použití…………………………………………………………………… 59 8.2. Výpo�et nýtového spoje……………………………………………………………….. 59 9. PRUŽINY A PRUŽNÉ SPOJE……………………………………………………… 61 9.1. Princip, ú�el, charakteristika pružin..………………………………………………….. 61 9.2. Kovové pružiny…………………………………………………………………...…… 61

9.2.1. Konstruk�ní typy, materiály…………………………………………………... 61 9.2.2. Výpo�ty pružin…………………………………………………………...……. 62

9.3. Pryžové pružiny………………………………………………………………………… 67 9.4. Tekutinové pružiny……………………………………………………………………... 67

10. POTRUBÍ A ARMATURY………………………………………………………….. 69 10.1. Základní pojmy, materiály trub a trubek………………………………………………. 69 10.2. Druhy trubek a jejich spojování……………………………………………………….. 70 10.3. Armatury………………………………………………………………………………. 71 10.4. Ochrana, izolace a uložení potrubí………………………………………………….…. 75 10.5. Výpo�et jmenovité sv�tlosti a tlouš�ky st�ny potrubí…………………………….….... 76 10.6. Kreslení a zna�ení potrubí a armatur……………………………………………….….. 80 10.7. Ut�s�ování nepohyblivých spoj�………………………………………………….…… 81

10.7.1. Ut�sn�ní p�ímým stykem spojovaných sou�ástí………………………….…… 81 10.7.2. Ut�sn�ní spoj� t�sn�ním………………………………………………………. 82

11. H�ÍDELE, H�ÍDELOVÉ �EPY…………………………………………….……… 84 11.1. Princip, ú�el, rozd�lení a použití h�ídelí……………………………………………...... 84 11.2. H�ídelové �epy……………………………………………………………………….… 84

11.2.1. Radiální �epy………………………………………………………………….. 84 11.2.2. Axiální �epy…………………………………………………………………… 86 11.3. Materiály h�ídel�……………………………………………………………………..... 87 11.4. Výpo�et h�ídel�………………………………………………………………………... 87

11.4.1. Výpo�et nosných h�ídel�……………………………………………………… 87 11.4.2. Výpo�et hybných h�ídel�……………………………………………………… 88

11.5. Konstrukce h�ídel�…………………………………………………………………….. 90 11.5.1. Tvarované h�ídele……………………………………………………………... 90 11.5.2. Duté h�ídele……………………………………………………………….….... 90 11.5.3. Ohebné (flexibilní) h�ídele…………………………………………………...... 91

11.6. P�íklady výpo�t�……………………………………………………………………...... 91

12. LOŽISKA…………………………………………………………………………...…. 95 12.1. Princip, ú�el, rozd�lení a vlastnosti ložisek…………………………………….…..….. 95 12.2. Kluzná ložiska……………………………………………………………………...…... 97

12.2.1. T�ení u kluzných ložisek……………………………………………….…..….. 97 12.2.2. Materiály kluzných ložisek………………………………………………...….. 98 12.2.3. Konstrukce kluzných ložisek……………………………………………..…… 98 12.2.4. Výpo�et kluzných ložisek……………………………………………………… 99

4

4

12.3. Valivá ložiska…………………………………………………………………………. 100 12.3.1. Konstrukce valivých ložisek………………………………………………….. 100 12.3.2. Druhy valivých ložisek……………………………………………………….. 101 12.3.3. Uložení h�ídel� v ložiskách…………………………………………………… 102 12.3.4. Upevn�ní ložisek na h�ídeli a v t�lese………………………………………... 103 12.3.5. Výpo�et valivých ložisek……………………………………………………… 104

12.4. Kluzná a valivá vedení………………………………………………………………… 108 12.5. Mazání, provoz, údržba ložisek……………………………………………………….. 108 12.5.1. Mazání ložisek………………………………………………………………… 108 12.5.2. Provoz a údržba……………………………………………………………….. 111 12.6. Ut�s�ování ložiskových prostor�……………………………………………………… 111

13. SPOJKY………………………………………………………………………………. 113 13.1. Charakteristika, rozd�lení a použití spojek……………………………………………. 113 13.2. Neovládané spojky…………………………………………………………………….. 115

13.2.1. Nepružné spojky………………………………………………………………. 115 13.2.2. Vyrovnávací spojky…………………………………………………………… 116 13.2.3. Pružné spojky…………………………………………………………………. 116

13.3. Ovládané spojky……………………………………………………………………….. 118 13.3.1. Mechanicky ovládané spojky…………………………………………………. 118 13.3.2. Elektricky, hydraulicky a pneumaticky ovládané spojky, elektrické spojky…. 119 13.4. Samo�inné mechanické spojky………………………………………………………... 119

13.4.1. Rozb�hové spojky…………………………………………………………….. 119 13.4.2. Volnob�žné spojky……………………………………………………………. 120 13.4.3. Pojistné spojky………………………………………………………………… 120

13.5. T�ecí dvojice spojek……………………………………………………………………. 121 13.6. Výpo�et spojky…………………………………………………………………………. 121

13.6.1. Ur�ování velikosti h�ídelových spojek………………………………………… 121 13.6.2. P�íklad výpo�tu neovládané spojky……………………………………………. 125

14. BRZDY………………………………………………………………………………… 128 14.1. Ú�el, rozd�lení……………………………………………………..…………………… 128 14.2. Mechanické h�ídelové brzdy…………………………………………………………… 138

14.2.1. �elis�ové brzdy………………………………………………………………... 138 14.2.2. Špalíkové brzdy……………………………………………………………….. 131 14.2.3. Pásové brzdy………………………………………………………………….. 132 14.2.4. Kuželové brzdy……………………………………………………………….. 133 14.2.5. Kotou�ové brzdy……………………………………………………………… 134

14.3. Hydrodynamické h�ídelové brzdy……………………………………………………... 134 14.4. Elektrické brzdy……………………………………………………………………….. 135 14.5. Ovládání brzd………………………………………………………………………….. 135 Seznam použité literatury: K�íž, R.: Stavba a provoz stroj� I. – �ásti stroj� – pro 2. ro�ník SPŠ. Praha, Scientia, 1995 K�íž, R.a kol.: Stavba a provoz stroj� I. – �ásti stroj�. Praha, SNTL, 1977 K�íž, R.a kol.: Strojní sou�ásti I. Praha, SNTL, 1984 K�íž, R.a kol.: Stavba a provoz stroj�, Sbírka úloh. Praha, SNTL, 1981 Leinveber, J. – Vávra, P.: Strojnické tabulky. Praha, Scientia, 1995 1. SPOJE A SPOJOVACÍ SOU�ÁSTI

5

5

1.1. Stroj (p�ístroj, za�ízení) – mechanizmus – sou�ást Stroj - technický systém, který byl �lov�kem sestrojen za použití p�írodních zdroj� pro uleh�ení t�lesné nebo duševní práce a pro zvýšení produktivity práce. M�že nahrazovat úpln� nebo �áste�n� lidskou práci. N�kolik stroj�, které tvo�í jeden funk�ní celek, nazýváme strojní za�ízení. Stroje a p�ístroje se skládají z jednotlivých sou�ástí, které se p�i montáži postupn� skládají v podskupiny a skupiny. Strojní sou�ást – základní funk�ní �ást stroje, zhotovená zpravidla z jednoho kusu, dále v�tšinou ned�litelná, mající r�zné tvarové prvky (hlava šroubu). Podskupina –jednoduchý montážní celek, složený ze dvou nebo více sou�ástí (h�ídelová spojka) a ur�ený k montáži do vyššího celku (skupiny). Skupina – sestava sou�ástí, pop�. podskupin., které tvo�í funk�n� samostatnou �ást stroje (p�evodovka).

N�které sou�ásti jsou p�izp�sobeny pouze k ur�ité funkci (h�ídele). Je však mnoho sou�ástí, které lze použít ve strojních za�ízeních r�zného typu, nap�. šrouby, nýty, �epy, klíny, pera atd. Vyrábí se proto hromadn� ve specializovaných závodech a jsou normalizované. 1.2. Rozd�lení spoj� Spoje – spojovací sou�ásti – spojují dv� nebo více sou�ástí v jeden rozebíratelný nebo nerozebíratelný celek. Spojení je provedeno: tvarovým, silovým nebo materiálovým stykem sou�ástí.

P�i spojení s tvarovým stykem se p�enášejí síly mezi spojovanými �ástmi pouze normálovými nap�tími nebo normálovými silami mezi stykovými plochami (�epy, kolíky).

6

6

Spojení se silovým stykem p�edstavuje spojení sou�ástí vzájemným vzep�ením, síly se p�enášejí t�ením (tlakové a sv�rné spoje).

Spojení s materiálovým stykem je zhotovení nerozebíratelného celku v�tšinou za použití p�ídavného materiálu (svarové, pájené a lepené spoje).

7

7

2. ŠROUBOVÉ SPOJE 2.1. Charakteristika, použití Šrouby jsou nej�ast�jší strojní sou�ásti. Použití:

- spojovací šrouby pro rozebíratelné spoje - napína�e pro napínání lan a táhel - uzavírací šrouby (zátky) - stav�cí šrouby k se�ízení a nastavení v�le mezi sou�ástmi - m��ící šrouby (mikrometr) - silový p�evod pro dosažení velkých osových sil malými obvodovými silami (šroubový

zvedák) - pohybový šroub pro p�em�nu rota�ního pohybu na posuvný (zvedák) nebo naopak

2.2. Základní pojmy, základní �ásti

2.3. Druhy šroub�, matic a podložek Šrouby a matice se ve šroubárnách vyráb�jí tvá�ením za studena.

8

8

9

9

10

10

11

11

Podložky se vkládají ve šroubových spojích pod matici (n�kdy pod hlavu šroubu) v t�chto

p�ípadech: a) má-li se rozd�lit tlak matice nebo hlavy šroubu na v�tší plochu, aby se matice nebo hlava

nezatla�ovala do sou�ásti z m�k�ího materiálu (d�evo, k�že, plasty, lehké slitiny), b) prochází-li šroub oválnou dírou nebo dírou s velkou v�lí, c) je-li dosedací plocha pro matici nebo hlavu na spojované sou�ásti neobrobená, drsná nebo

nerovná, d) má-li se zamezit odírání sou�ásti p�i �astém uvol�ování matice, e) k vyrovnání sklonu, je-li dosedací plocha pro matici nebo hlavu na sou�ásti šikmá.

2.4. Pojišt�ní šroubových spoj�

Silným utažením šroubového spoje m�že dojít k trvalým deformacím celého spoje, dojde k otla�ení stykových ploch a tím se spoj uvolní. M�že k tomu dojít také ot�esy a dynamickým namáháním spoje (nap�. u automobilu). Proto je nutno šroubový spoj pojistit proti ztrát� matice (šroubu) i proti uvoln�ní.

12

12

13

13

2.5. Závity 2.5.1 Princip závitu

Funk�ní �ást šroubu tvo�í závit. Závitový profil tvaru trojúhelníka, lichob�žníka, �tverce atd. je navinut ve šroubovici se stoupáním P kolem válcového jádra o pr�m�ru d3.

2.5.2. Druhy závit�

Liší se od sebe svým profilem. V�tšina závit� je normalizována. Spojovací závity:

Metrický závit - pro spojovací sou�ásti je povolen metrický závit, jehož profil je tvo�en rovnostranným trojúhelníkem se se�íznutým h�betem a zaobleným dnem závitu. Rozeznáváme metrické závity hrubé a jemné, jemné mají menší rozte� (stoupání) závitu a také menší hloubku závitu. Hodí se pro krátké závity, závity na tenkost�nných trubkách, na zátkách a na stav�cích šroubech. V�tšinou se používá pravý závit, levý závit pouze ve zvláštních p�ípadech b�hem jednoho stoupání závitu)

14

14

Whiteworth�v závit se dosud používá ve Velké Británii a ve skandinávských zemích. Rozm�ry má v palcích. Trubkový závit se používá pro spojení trubek plynovod�, vodovod� atd. M�že být bu� válcový nebo kuželový. Míry jsou v palcích, jmenovitý rozm�r udává sv�tlost trubky (vnit�ní pr�m�r). Oblý závit se používá pro spoje, které je nutno �asto povolovat, nap�. šroubení armatur, udává se v mm. Pohybové závity: Lichob�žníkové závity pohybových šroub� bývají �asto vícechodé (n�kolik šroubovic navinutých kolem jádra šroubu).

2.5.3. Ozna�ování závit� U vícechodých závit� se za stoupání p�ipisuje v závorce rozte�, nap�. Tr 48 x 16 (P8). Levé závity se ozna�ují p�ipsáním LH na konci ozna�ení, nap�. M 16 LH. 2.5.4. Lícování metrických závit� Metrický závit m�že mít t�i druhy uložení:

1. uložení s v�lí – je vhodné zejména pro maticové šrouby, nap�. 6H/69g (obvyklé provedení), 7H/6g, atd,.

2. uložení p�echodné – použije se p�evážn� u šroub� s hlavou zašroubovaných do materiálu, závit šroubu se nedotahuje až do výb�hu, nap�. 4H 6H/4jk,

3. uložení s p�esahem – doporu�uje se u závrtných šroub�, které se zatahují až do výb�hu, nap�. 2H 4D/3n.

2.5.5. Silové pom�ry na závitu

15

15

Výpo�et obvodové síly Fo a) pro utahování: ( )ρψ +⋅= tgFF01 , kde tgρ = µ (t�ecí sou�initel)

b) pro povolování: ( )ρψ −⋅= tgFF02

Pro ψ = ρ bude F02 = 0, pro ψ < ρ budeF02 záporná. V t�chto p�ípadech se šroub sám od sebe neuvolní, je tedy samosvorný. Utahovací moment P�i utahování nebo povolování matice, pop�. šroubu, který je zatížen osovou silou, je nutno p�ekonávat utahovací moment MU. U normalizovaných spojovacích šroub� s metrickým závitem s hrubou rozte�í je možno brát p�ibližn�: )(18,0 0 lFdFMU ⋅=⋅⋅≈ , kde d – jmenovitý pr�m�r závitu, F0 – obvodová síla, l – �inná délka klí�e Ú�innost na závitu

a) p�i utahování: ( )ρψψη+

=tg

tgz1

b) p�i povolování: ( )

ψρψη

tgtg

z

−=2

Zadání p�íkladu

Šroubový spoj M 6 se má utahovat ru�ní silou 50 kN. Jaká je skute�ná síla F a p�edp�tí ve šroubu vyvolané maticovým klí�em o �inné délce 80 mm? [ 3 700 N, 184 MPa ]. Jaká je ú�innost šroubu, je-li ρ = 6°? [36 %]. 2.6. Materiály šroub� a matic

16

16

Normalizované šrouby a matice se vyráb�jí nej�ast�ji z oceli a mechanické vlastnosti se udávají t�ídami pevnosti. T�ída pevnosti šroubu je ozna�ena dv�ma �íslicemi vzájemn� odd�lenými te�kou. První �íslice je 1/100 jmenovité meze pevnosti materiálu v MPa, druhá udává 10ti násobek pom�ru meze kluzu a meze pevnosti. Nap�.pro materiál 5.6 : σP = 5 . 100 = 500 MPa

3006500101 =⋅⋅=eR MPa

Z neželezných kov� se v elektrotechnice a p�esné mechanice používá mosaz, která je vodivá a vzdoruje korozi. Šrouby z lehkých slitin se používají ve spojení sou�ástí z lehkých slitin p�i stavb� lehkých konstrukcí a pro spojování d�eva a plast�.

Šroubové spoje vystavené korozi dostávají vhodnou povrchovou úpravu. Zadání p�íklad� 1. S použitím tabulek napište normalizované zna�ení šroub�, matic a podložek:

a) pro šroub se šestihrannou hlavou výrobní t�ídy A, d = 16 mm, délka l = 100 mm, s rozte�í P = 2 mm, s levým závitem, t�ída pevnosti 5.6;

b) pro lícovaný šroub do díry o pr�m�ru 13 mm, H7, délky l = 40 mm, pevnostní t�ída 8.8.; c) pro šroub s válcovou hlavou s vnit�ním šestihranem, d = 10 mm, l = 25 mm, P = 1,5 mm, t�ída

pevnosti 12.9; d) pro závrtný šroub do litiny, d = 20 mm, l = 50 mm, t�ída pevnosti 5; e) pro šestihrannou matici výrobní t�ídy C, d = 36 mm, t�ída pevnosti 5; f) pro podložku tvaru A pro šroub se šestihrannou hlavou ISO 4014 – M8 x 40 – 5.6.

2. Vypo�ítejte jmenovitou pevnost a mez kluzu šroub� pevnostní t�ídy 8.8. a 12.9. 2.7. Pevnostní výpo�et šroub� Provádí se podle zp�sobu zatížení a podle podmínek montáže a provozu šroubového spoje.

17

17

Metrické závity, výb�r pro šrouby a matice:

a) je-li šroub zatížen silou v ose šroubu (tvarový spoj) nebo silou kolmou k ose šroubu (silový spoj), provádíme výpo�et na tah, u nenormalizovaných matic se navíc kontroluje tlak mezi závity matice a šroubu.

Pevnostní podmínka v tahu:

DsA

F σσ ≤= , kde 2

32

24��

���

� +⋅=

ddAs

π

Dovolené nap�tí šroub� se volí podle tab. str. 18.

Tlak v závitech šroubu: DpHdz

Fp ≤

⋅⋅⋅=

12π, pD – viz. tab. str. 18

kde z - po�et závit� matice, m - výška matice, m = z.P

H1 -nosná hloubka závitu (viz. ST) ,P – stoupání závitu,d2 – st�ední pr�m�r závitu

18

18

b) Spoje lícovanými šrouby, zatížené silou kolmou k ose šroubu (tvarový styk) se kontrolují na

smyk a otla�ení ve spojovaných �ástech. Platí rovnice:

D

S

S

d

F τπτ ≤⋅

=2

4

, Ds

pds

Fp ≤

⋅=

min

; τD se volí z tab., pD ≈ 0,6.Rm pro litinu,

pD ≈ (0,8 až 1).Re pro ocel.

19

19

P�íklady výpo�tu 1. Vypo�t�te rozm�ry šroubu s okem pro míjivé zatížení F = 30 000 N, t�ída pevnosti šroubu 4.6, šroub je utahován v nezatíženém stavu. a) z tab. (str. 15) pro t�ídu materiálu 4.6 je Re = 240 MPa. b) pro míjivé zatížení z tab. (str. 18) je dovolené nap�tí: MPaMPaReD 1442406,06,0 =⋅=⋅≈σ c) výpo�tový pr��ez:

220814430000

mmMPa

NFA

Ds ===

σ

d) z tabulky závit� (str. 17) najdeme nejbližší vyšší: M 20 → As = 245 mm2. e) kontrola korunové matice �SN 02 1411 – M 20 – 4 z tabulek P = 2,5 mm; d2 = 18,376; H1 = 1,353 mm; m = 22 mm; z tab. (str. 18) pro materiál matice ocel je pD = 50 MPa.

MPammmmmm

mmNmHd

PFp 65,43

22353.1376,185,230000

12

=⋅⋅⋅

⋅=⋅⋅⋅

⋅=ππ

< 50 MPa – vyhovuje.

2. Kotou�ová spojka je ur�ena pro p�enos Mk do 13 200 Nm. Její poloviny jsou spojeny 10ti lícovanými šrouby M 16 x 85 �SN 02 1111 – 8.8. Mk se �áste�n� p�enáší silovým stykem (t�ením),

20

20

lícovaná �ást šroubu p�enáší tvarovým stykem zbytek Mk. Prove�te kontrolu únosnosti šroubového spoje p�i p�edpokládaném st�ídavém zatížení.

Spoj se kontroluje tak, aby p�enesl Mk jak samotnými lícovanými šrouby, tj. smykem, tak i samotným t�ení sev�ených sou�ástí. Šrouby budou utahovány momentovým klí�em utahovacím momentem Mu = 150 N.m. a) síla kolmá k ose šroubu pro jeden šroub:

Nmm

mmNDi

MiF

Fs

k 978027010

.101320022 3

1 =⋅

⋅⋅=⋅

==

b) kontrola šroub� p�i tvarovém styku:

- nap�tí ve smyku: MPamm

NdF

SF

ss 43

1710978044

22211 =

⋅⋅=

⋅⋅

=π

τ

dovolené nap�tí ve smyku MPaMPaReD 2566404,04,0 =⋅=≈τ - spoj ve smyku vyhovuje

- tlak ve stykových plochách: ,262217

97801 MPammmmsd

Fp

s

=⋅

=⋅

=

dovolený tlak v litinové spojce pro st�ídavé zatížení je z tab. (str. 29) pD = 32 MPa – spoj na otla�ení vyhovuje. c) kontrola šroubu p�i silovém styku:

- utahovací moment: Mu = 0,18 . Fo. d → .520001618,0

.1015018,0

3

Nmm

mmNd

MF u

o =⋅

⋅==

- t�ecí síla: NNFF o 156003,052000 =⋅=⋅= µ

- bezpe�nost proti prokluzu: 6,19780

15600

1

===NN

FF

k ts - vyhovuje

Navržené šrouby zajiš�ují p�enos celého to�ivého tvarovým i silovým stykem. 2.8. Zadání p�íklad� 1. Sva�ený držák je p�išroubován s p�edp�tím jedním šroubem t�ídy 5.6 k tuhé ocelové st�n�.

21

21

Ur�ete velikost šroubu p�i a) klidném, b) míjivém zatížení spoje silou G. Provozní zatížení vypo�teme z rovnováhy moment� daných hodnot. 2. Záv�sný hák z oceli 12 020 (4.6, Re = 230 MPa, pD – str. 18 ) je ur�en pro nosnost 5 t. a) Zkontrolujte bezpe�nost závitu M 48, b) vypo�ítejte pot�ebnou výšku matice z materiálu 42 2415!

3. Víko válce pístového �erpadla má být p�ipevn�no 6ti šrouby. Míjivý p�etlak ve válci p = 4 MPa, použijeme šrouby t�. 8.8., metrický závit s hrubou rozte�í. Navrhn�te spoj!

4. K p�išroubování víka valivého ložiska h�ídele šneku jsou navrženy 4 šrouby s vnit�ním šestihranem �SN 02 1143 – M 5 x 10 – 8.8, které musí zachytit axiální sílu Fa = 4 200 N p�enášenou ložiskem. Zkontrolujte, je-li spojení dostate�n� dimenzováno. 5. Bronzový v�nec šnekového kola (Rm = 200 MPa) má p�enášet míjivý kroutící moment Mk = 3 850 N.m. Je p�ipevn�n 6-ti lícovanými šrouby M 12 – 5.6. na t�leso kola z litiny 42 2420. Prove�te pevnostní kontrolu spoje, volte pD = 0,4 . Rm.

22

22

3. KOLÍKOVÉ SPOJE 3.1. Charakteristika kolík�

Kolíky jsou nejjednodušším a nejstarším druhem spojení sou�ástí s tvarovým stykem. Kolík je v jedné nebo více spojovaných sou�ástech usazen s p�edp�tím zp�sobeným bu� p�esahem naraženého kolíku v��i dí�e nebo kuželovitostí zaraženého kolíku.

Kolíky mají r�zný tvar a jsou v�tšinou normalizovány. 3.2. Rozd�lení kolík�

23

23

24

24

3.3. Použití, konstrukce

25

25

3.4. Výpo�et kolíkových spoj�

26

26

3.5. Zadání p�íklad� 1. et�zové kolo je p�ipevn�no ke h�ídeli válcovým kolíkem. Kolo má p�enášet Mk = 48 N.m v jednom sm�ru otá�ení. Uvažujeme míjivé namáhání. Jaký ∅ d musí mít kolík z materiálu 11 140? Protože je kolík postaven šikmo, jsou nebezpe�ný pr��ez kolíku a otla�ované st�ny díry v sou�ástech v�tší než u kolíku stojícího kolmo - dovolená nap�tí zv�tšíme asi o 10%.

27

27

2. Prove�te návrh a kontrolu kolíkového spoje táhla a objímky podle obrázku v tab. str. 25, p�ípad 2. Síla v táhle F = ±3 500 N (st�ídavá), materiál táhla i objímky je 11 373, materiál kolíku 11 140. 3. Spojení �emenice s h�ídelí spárovým kolíkem (tab. str. 26, p�ípad 4) má p�enášet míjivý kroutící moment Mk = 53 N.m v jednom smyslu. H�ídel má ∅D = 28 mm, je z materiálu 12 050.6 (zušlecht�no na 750 MPa), �emenice je z litiny 42 2420 a válcový kolík je ISO 2338 – A – 6 x 28 – 11H. Vyhovuje spoj požadavk�m?

4. �EPOVÉ SPOJE 4.1. Charakteristika �epových spoj�

Jsou to vlastn� tlustší válcové kolíky, které jsou obvykle uloženy v sou�ástech s v�lí a vytvá�ejí tedy kloubové spoje, nap�. u táhel a vidlic. Mohou však též nahrazovat krátké nosné h�ídele (osy) pojezdových kol, kladek apod. Potom se ale musí pe�liv� mazat.

4.2. Rozd�lení �ep�

1. �epy bez hlavy - bez d�r - s dírou pro závla�ku 2. �epy s hlavou - bez d�r - s dírami pro závla�ky - se závitovým koncem

28

28

4.3. Osové pojišt�ní �ep�

29

29

4.4. Výpo�et �epového spoje Výpo�et se provádí podle tab. str. 26, p�ípad 5.

P�íklad výpo�tu

Na obr. je kloub táhla je�ábové brzdy. Uvažujeme, že je zat�žován st�ídavou silou F = ±8 500 N. Jaký musí být rozm�r �epu podle ISO 22340 – B?

30

30

1. Dovolený tlak (viz tabulka str. 29): pro ty�: MPapD 121 = (oto�ný spoj), pro vidlici:

MPapD 452 = (nepohyblivý spoj). 2. Výpo�et pr�m�ru �epu na otla�ení:

,1 dpdb

Fp D �≤

⋅= mm

MPammN

pbF

dD

61,231230

8500

1

=⋅

=⋅

=

Volím normalizovaný �EP ISO 22340 – B – 24 x 90 x 6,3 – St. 3. Kontrola ohybového nap�tí v �epu:

( ) ( )( )

MPamm

mmNd

abFo 47

243030850042433 =

⋅+⋅⋅=

⋅⋅+⋅=

ππσ > σDo = 35 MPa nevyhovuje.

Zadání p�íkladu

Dutý �ep o vn�jším pr�m�ru d = 125 mm a vnit�ním pr�m�ru d1 = 80 mm p�enáší ohybový moment 15 700 Nm. Vypo�t�te pr�m�r plného �epu, který m�že p�enést totéž ohybové zatížení. O kolik procent bude plný �ep t�žší než dutý? 5. SPOJE H�ÍDELE S NÁBOJEM 5.1. Charakteristika spoje

Slouží k rozebíratelnému nebo nerozebíratelnému spojení h�ídele a náboje a k ustavení jejich vzájemné polohy. Musí p�enášet kroutící moment Mk, p�íp. obvodovou sílu F, osovou sílu Fa, zachycovat radiální sílu Fr a ohybový moment Mo.

31

31

5.2. Rozd�lení, použití 5.2.1. Spojení s tvarovým stykem

a) spojení p�í�ným kolíkem – pod�adné, levné spojení, pro malé Mk, b) spojení t�sným perem – nej�ast�jší spoj, nejistí osov�, pro st�ední, statické zatížení Mk,

32

32

c) spojení vým�nným perem - p�išroubují se do drážky v h�ídeli, d) spojení kotou�ovým perem – levná výroba, u kuželových konc� h�ídelí, p�íp. k pojišt�ní

sv�rných spoj�, e), f), g) drážkový spoj – drážkování lehké, st�ední a t�žké, podle toho se m�ní velikost p�enášeného

Mk (st�ední, velké, rázové a st�ídavé). Pro p�esuvné náboje. h) spojení s jemným drážkováním – pro velké Mk, mén� zeslabuje h�ídel, nevhodné pro p�esuvné

náboje, n) spojení podélným (spárovým) kolíkem – pro malé Mk, jistí i osov�, o), p) spojení vsazeným nebo drážkovým klínem – pro st�ední Mk, jistí i osov�, q) spojení tangenciálním klínem – pro velké rázové i st�ídavé Mk. 5.2.2. Spojení se silovým stykem a),b) sv�rný spoj se šroubem – pro st�ední i st�ídavé Mk, snadná demontáž, lze použít i pro hladké

h�ídele, nepot�ebuje osové pojišt�ní, c) sv�rný spoj s kuželem – pro st�ední i st�ídavé Mk, náboj možno na h�ídeli libovoln� pooto�it,

nepot�ebuje osové pojišt�ní, d),e),f) rozp�rné spoje – pro malé Mk, nepot�ebuje osové pojišt�ní, g) tlakový spoj – pro st�ední a velké Mk i st�ídavé a rázové. nepot�ebuje osové pojišt�ní,

nerozebíratelný.

33

33

5.3. Pérové spoje

Pera jsou normalizována a v praxi se na pevnost v�tšinou nekontrolují. Norma p�i�azuje k pr�m�ru h�ídele i veškeré úchylky a tolerance. P�ípadná kontrola se provádí pro otla�ení mezi stykovými plochami mezi boky drážky v náboji a pera.

Dk pltd

Mlt

Fp ≤

⋅⋅⋅

=⋅

=11

2

P�íklad výpo�tu Navrhn�te t�sné pero pro spojení �emenice s h�ídelí podle obr. Spoj p�enáší Mk = 200 N, pr�m�r h�ídele d =50 mm, délka pera z konstrukce l = 80 mm. emenice je ze šedé litiny.

Ze ST najdeme pro d = 50 mm rozm�ry pera 14x9. Volíme tedy pero 14e7x9x80 �SN 02 2562. Hloubka drážky v náboji t1 = 3,5mm. Najdeme v tab. (str. 29) : pD = 50 MPa.

MPapMPammmmmm

Nmltd

Mp D

k 5057,28805,350

20000022

1

=≤=⋅⋅

⋅=⋅⋅

⋅= , což vyhovuje.

P�íklad úplného zakótování drážek pro pero v h�ídeli a v náboji:

34

34

5.4. Drážkové spoje

Drážkování je bu� rovnoboké, jemné nebo evolventní.Kroutící moment Mk a obvodová síla F se p�enášejí tlakem bok� zub� vytvo�ených drážkováním h�ídele na boky drážek náboje a naopak.

35

35

36

36

Tlak v zubech:

DpLÁ

FSF

p ≤⋅

== nebo Ds

k pLÁD

Mp ≤

⋅⋅⋅

=2

kde pD - dovolený tlak v op�rné ploše (viz. tab.) Á - skute�ná ú�inná délka všech drážek na 1 mm délky náboje (viz. tab.) L - délka náboje Pot�ebná délka náboje:

ÁpDM

ÁpF

LDs

k

D ⋅⋅⋅

=⋅

=2

2

dDDs

+=

P�íklady zna�ení p�i st�ed�ní: 1. na vnit�ní pr�m�r: d – z x d x D x b, nap�. d – 8 x 36 H7/f7 x 40 x 7 D9/f8 2. na vn�jší pr�m�r: D – z x d x D x b, nap�. D – 8 x 36 x 40 H7/g6 x 7 F8/f8 3. na boky zub�: b – z x d x D x b, nap�. b – 8 x 36 x 40 x 7 D9/e8. Zadání p�íkladu Na v�etenu obráb�cího stroje je nasazeno pomocí drážkového náboje ozubené kolo. P�enáší míjivý kroutící moment Mm = 160 Nm, uvažujeme silné rázy. Zkontrolujte, zda posta�í nosná délka spoje 40 mm. Použitý profil: 8 x 46 g6 x 54 a11 x 9 f8, pD = 50 MPa (viz tabulka).

37

37

5.5. Klínové spoje 5.5.1. Charakteristika, srovnání s pery

Jsou to p�edepjaté spoje s tvarovým stykem. Spojují p�ednosti tvarového a silového spoje. Liší se od per tím, že mají úkos 1:100, tentýž úkos je v drážce náboje. Kroutící moment se p�enáší p�evážn� t�ením, u drážkových klín� �áste�n� také boky klín� a drážek. Pro p�enos st�ídavých kroutících moment� použijeme dvou klín� p�esazených o 120°. U klínových spoj� dochází k vzep�ení náboje na h�ídeli, které zamezí nejen pooto�ení, ale i posunu náboje po h�ídeli (výhoda oproti per�m).Nevýhodou je nesouosost h�ídele a náboje, která vede k házení náboje. Proto nelze toto spojení použít nap�. u p�esn�jších ozubených kol. Aby byla úchylka souososti co nejmenší, nesmí být mezi h�ídelí a nábojem velká v�le, proto se použije uložení H8/k7 nebo H7/k6.

Kreslení a kótování drážek ve spojích je stejné jako u per jen s tím rozdílem, že p�esn�jší obrobení je na dn� drážek a hrubší na bocích drážek.

Klíny se zpravidla nepo�ítají, pouze u krátkých klín� kontrolujeme tlak stejn� jako u per. Materiál klín� je 11 600. 5.5.2. Druhy klín� Vsazený klín – má zaoblené �elní plochy jako pero (obr. v tab. str. 31, p�ípad o). Klín se vloží do drážky v náboji a náboj se narazí na jeho úkos. Drážkový klín – má obdélníkový p�dorys (obr. v tab. p), nos slouží k zarážení, ale hlavn� k vyrážení klín� tam, kde není p�ístup z opa�né strany. Musí být opat�en z bezpe�nostních d�vod� krytem. Spoj tangenciálním (te�ným)klínem je proveden dv�ma páry klín� p�esazenými vzájemn� o 120° (obr. v tab. q). Úkos není normalizován, bývá 1:60 až 1:100. 5.5.3. Zadání p�íklad� 1. U zem�d�lského stroje (míjivé zatížení s rázy) je polovina spojky p�ipevn�na na h�ídeli drážkovým klínem s nosem. P�enášený Mk = 500 Nm. Navrhn�te p�íslušný klín a p�ekontrolujte otla�ení v náboji. 2. Pro p�edchozí p�íklad nakreslete a zakótujte drážku v h�ídeli a v náboji s úchylkami a obrobením. Napište normalizované ozna�ení klínu!

38

38

5.6. Sv�rné spoje 5.6.1. Charakteristika

U spoje náboje s h�ídelem silovým stykem vzniká v tlakové meze�e mezi spojovanými sou�ástkami tlak, který p�i p�enášení momentu z náboje na h�ídel nebo naopak zp�sobuje ve spá�e sv�rné síly a momenty opa�ného smyslu než vn�jší síly a momenty, které spoj namáhají.

U sv�rných spoj� je toho dosaženo nap�. pomocí sv�rného spoje se šroubem, kuželem nebo rozp�rných spoj� s pružnými kroužky.

5.6.2. Sv�rné spoje se šroubem

Výpo�et spoje: 1. požadovaný stykový tlak (tlak ve stykových plochách náboje a h�ídele):

39

39

a) u d�leného náboje Dpld

Fip ≤

⋅⋅

= 0

b) u roz�íznutého náboje Dpll

ldFi

p ≤⋅⋅

⋅=

2

10

kde i je po�et šroub� ve spoji, pD – z tab. (str. 28). 2. Požadovaná obvodová sv�rná síla (odpor sv�rného spojení proti vzájemnému pooto�ení vn�jší

a vnit�ní sou�ásti): νπν ⋅⋅⋅⋅=⋅=� pldFFp ,

kde ν = 0,05 až 0,25, závisí na dvojici stykových ploch a jejich mazání (viz. tab. str. 42).

3. Bezpe�nost proti skluzu: 26,1 ÷==k

ps M

Mk

4. Síla p�edp�tí ve šroubech:

a) u d�leného náboje 22d

ldpd

FMkM pksp ⋅⋅⋅⋅⋅=⋅=⋅= νπ

dosazením ldpFi ⋅⋅=⋅ 0

dostaneme 20

dFiMk ks ⋅⋅⋅⋅=⋅ νπ

a z toho di

MkF ks

⋅⋅⋅⋅⋅

=νπ

20

b )u roz�íznutého náboje: 1

20

2ll

diMk

F ks ⋅⋅⋅⋅

⋅⋅=

νπ

Uložení náboje na h�ídeli: shodné (H7/k6, H6/k5).

P�íklad výpo�tu Páka �adícího ústrojí z oceli 11 373 svírá h�ídel jedním šroubem. Spoj má p�enášet maximální kroutící moment Mk = 20 Nm. Jak velký musí být šroub, bereme-li bezpe�nost proti skluzu ks = 1,8? �ešení:

1. Síla p�edp�tí: 1

20

2ll

diMk

F ks ⋅⋅⋅⋅

⋅⋅=

νπ sou�initel sev�ení volíme ν = 0,1

Nmmmm

mmmmNF 6366

361,020120.200008,12

0 =⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅=π

2. Kontrola stykového tlaku:

MPammmmmm

mmNll

ldFi

p 23202520

3663661

2

10 =⋅⋅

⋅⋅=⋅⋅

⋅= < pD = 45 MPa, spoj vyhovuje.

3. Volíme materiál šroubu 8.8, pro který je z tab. (str. 15): Re= 640 MPa. Dovolené nap�tí:

( ) MPaRR eeD 16064025,025,02,033,0 =⋅=⋅=⋅÷=σ

Výpo�tový pr��ez: 20 8,391606366

mmMPa

NFA

Ds ===

σ

Volíme šroub M 10, As = 58 mm2. Vyhovuje šroub se šestihrannou hlavou ISO 4014 – M 10 x 35 – 8.8.

40

40

4. Pot�ebný utahovací moment:

NmmmmNdFM u 1145910636618,018,0 0 =⋅⋅=⋅⋅≈

5.6.3. Sv�rné spoje s kuželem

U t�chto spoj� je sty�nou t�ecí plochou kužel a k t�ení pot�ebný stykový tlak je vyvolán osovou silou ve šroubu Fa. Spoje lze použít na konci h�ídele, kuželové konce jsou normalizovány.

41

41

5.7. Tlakové spoje 5.7.1. Charakteristika, použití

Jsou to spoje sou�ástí vytvo�ené vzájemným stykovým tlakem jejich válcových nebo kuželových �ástí. Používají se �asto pro snadnou a levnou výrobu a široké použití (jsou vhodné i pro rázová a st�ídavá namáhání). H�ídele nejsou zeslabeny drážkami, vnit�ní a vn�jší díl jsou p�esné a soust�edné. P�edpokladem pro dobrý tlakový spoj je p�esný výpo�et a dodržení rozm�r� (p�esahy, tolerance). Tlakovými spoji se ušet�í materiál a spojovací sou�ásti a zkrátí se výrobní �as.

P�íklady použití:vnit�ní kroužky valivých ložisek, náboje spojek, ozubené v�nce na t�lese kola, ob�žná kola parních turbín atd.

a) Tlakové spoje lisováním se provád�jí mechanickými nebo hydraulickými lisy pomocí r�zných

p�ípravk�. Lze použít pouze menší p�esahy. �ep musí mít na konci tzv. zavád�cí kužel. Uložení: H/r, H/s.

b) P�i tlakovém spoji smršt�ním nebo roztažením jsou spojované �ásti voln� složeny p�i ur�ité

teplot� a teprve po dosažení pracovní teploty vzniká mezi nimi pot�ebný tlak. N�kdy se používají (pro velké p�esahy) oba zp�soby zárove�, tj. oh�átí vn�jší sou�ásti a ochlazení vnit�ní sou�ásti. Uložení: H/s, H/u, H/x.

c) Hydraulická montáž – v�le pot�ebná pro vložení vnit�ní sou�ásti do vn�jší vznikne tlakem

oleje p�ivedeným do tlakové spáry. Používá se p�i montáži a demontáži valivých ložisek.

42

42

5.7.2. Únosnost tlakových spoj� a ur�ení p�esahu

Tlakový spoj m�že p�enášet: a) osovou tažnou sílu: Fa< Fp = π . DT . LT . pT . ν

nebo b) kroutící moment: Mk<Mp = FP . 0,5 . DT = π . 0,5 . DT

2 . LT . pT . ν, kde ν je sou�initel sev�ení, který závisí na dvojici materiálu a mazání (tab.):

Bezpe�nost proti skluzu : ks > k

p

M

M

Nejmenší p�esah pro zajišt�ní spoje: TD

minmin

∆=ε , kde DT je pr�m�r h�ídele

z toho TD⋅=∆ minmin ε Sm�rné hodnoty pro pom�rný p�esah εmin jsou: - pro lisované spoje εmin = 0,04 % - pro tlakové spoje smršt�ním nebo nalisováním

- pro náboj z bronzu εmin = 0,04 ÷ 0,063 % - pro náboj ze šedé litiny εmin = 0,063 ÷ 0,1 %

43

43

- pro náboj z oceli εmin = 0,1 ÷ 0,2 %

Podle nejmenšího p�esahu ∆min najdeme v tabulkách nejbližší p�íslušné uložení. P�íklad výpo�tu Na plný ocelový h�ídel o pr�m�ru DT = 35 mm má být tlakov� smršt�ním upevn�n kroužek z materiálu 11 600 o vn�jším pr�m�ru DA = 70 mm a délce LT = 40 mm. Navrhn�te uložení, aby p�eneslo podélnou sv�rnou sílu Fp = 14 kN. Spoj je nemazán. 1. Sou�initel sev�ení: ν = 0,15 (tab. str. 42) 2. Požadovaný stykový tlak:

MPammmmN

LD

Fp

TT

pT 22,21

15,0403514000 =

⋅⋅⋅=

⋅⋅⋅=

πνπ

3. Požadovaný p�esah: pom�rný p�esah volíme 0,1% (viz. naho�e) mmmmmDT µε 35035,035001,0minmin ==⋅=⋅=∆ 4. Vybereme uložení ze ST (str. 123, 127) : H7/u7. ∆min = Pmin = 60 – 25 = 35 µm , ∆max = Pmax = 85 – 0 = 85 µm 5. Maximální stykový tlak:

MPamm

pp TT 53,513585

22,21min

maxmax =⋅=

∆∆

⋅=µµ

< pD - vyhovuje

Zadání p�íkladu

Na h�ídel p�evodovky z 12 024 (Re = 360 MPa) o pr�m�ru DT = 45 mm H7/s7 je za studena nalisován ozubený pastorek s rozte�ným pr�m�rem DA = 76 mm a délkou LT = 65 mm. P�enáší p�i bezpe�nosti proti skluzu ks = 1,3 kroutící moment Mk = 150 Nm.

a) Je zvolené uložení správné? b) Není p�ekro�en dovolený tlak pD ≅ Re? 6. SVAROVÉ SPOJE 6.1. Charakteristika, ú�el, použití Je to spojování kovových (nej�ast�ji ocelových) sou�ástí, ale i sou�ástí z plast�, v nerozebíratelný celek p�sobením tepla nebo tlaku a v�tšinou s použitím p�ídavného materiálu stejného nebo podobného složení a mechanických vlastností jako má spojovaný materiál. Výchozím polotovarem pro sva�ování sou�ástí je p�edevším válcovaný materiál, tj. plechy, ty�e, desky atd. Sva�ování se používá p�i výrob� nových stroj� a konstrukcí i p�i opravách. Výhody: - menší hmotnost sva�ovaných konstrukcí proti nýtovaným �i litým – úspora materiálu, nádoby

sva�ované z plechu mají proti nýtovaným hladký povrch a jsou dokonale t�sné, - sva�ovat lze automaty (vyšší produktivita práce), - v porovnání s nýtováním jsou bezhlu�né, - ke sva�ování jsou vhodné i n�které oceli na odlitky, hliník a v�tšina jeho slitin a n�které plasty, - zkoušení jakosti svar� lze provád�t bez porušení materiálu, vady lze dodate�n� opravit.

44

44

Nevýhody: - n�které oceli (s vyšším obsahem uhlíku) nelze sva�ovat v�bec nebo jen obtížn�, - �asto je nutná úprava stykových ploch p�ed sva�ováním, - svarový spoj je tuhý a nepoddajný,

45

45

- p�i sva�ování vzniká v materiálu pnutí vlivem nestejnom�rného zah�átí p�i sva�ování a tím vznikají deformace sou�ástí,

- sva�ování vyžaduje vyšší kvalifikaci d�lník� a jejich p�ezkušování. 6.2. Materiál a konstrukce svarových spoj�

Vhodnost kovu na sva�ování – vyjad�uje zm�nu jeho vlastností v d�sledku sva�ování. Je dána t�mito základními faktory:

46

46

- chemickým složením - metalurgickým zp�sobem výroby - zp�sobem lití a tvá�ení - tepelným zpracováním

Konstruk�ní spolehlivost svarového spoje se zabezpe�uje

- tlouš�kou materiálu - tvarem spoje - tvarem a p�ípravou svarových ploch - tuhostí spoje a rozložením svar�

6.3. Výpo�et svarových spoj� Pevnost spoje provedeného pomocí svaru je závislá na - pevnosti materiálu sva�ovaných �ástí - pevnosti p�echodu ze svaru do základního materiálu - na rozm�rech svaru a na jeho uspo�ádání. Vypo�tená nap�tí koutových i d�rových svar� porovnáváme vždy s pevností ve smyku. U tupých svar� (provedených jako odporové) se uvažuje o stejných mechanických vlastnostech ve svaru jako u základního materiálu.

a) statické zatížení

47

47

Výpo�tová délka koutového svaru se volí v závislosti na nejmenší tlouš�ce sva�ovaných �ástí: a ≅ (0,5 až 0,7).smin, používá se a = 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6, 6,5; 7; 8; 9; 10 atd. Výpo�tová délka svaru: tupého l = l´ - 2 . s koutového l = l´ - 2 .a Nosný pr��ez svaru: tupého Asv = s . l koutového Asv = a . l

Dovolená nap�tí tupých a koutových svar�: σDsv = α . Re / k = α . σD , τDsv = ατ . Re / k = ατ . σD kde Re je mez kluzu v tahu základního materiálu, σD – dovolené nap�tí v tahu základního materiálu, k – bezpe�nost (zpravidla k ≥ 1,5), α - p�evodní sou�initel svar. spoje.

48

48

49

49

50

50

P�íklady výpo�tu

1. Elektrický kladkostroj je zav�šen ve dvou okách z ploché oceli s = 12 mm, materiál 11 373 (Re = 22O MPa). Vlastní tíha kladkostroje G = 4 kN a maximální tíha b�emene Q = 30 kN. Jaká musí být minimální délka tupých svar�? a) Zatížení oka 1 (víc zatížené) z podmínky rovnováhy k bodu 2:

kNmm

mmNmmNmm

mmGmmQF 3,31

3501901043401030

350190340 33

1 =⋅⋅+⋅⋅=⋅+⋅=

b) Dovolené nap�tí svaru z tab. (str. 47)::

MPaMPaDDsv 4,1085,12785,0 =⋅=⋅= ⊥ σασ c) Výpo�tová délka svar�:

mmMPammN

sF

lDsv

244,10812

103,31 31 =

⋅⋅=

⋅=

σ

Celková minimální délka svaru: mmmmmmsll 48122242 =⋅+=⋅+=′ , kde s je p�ídavek na nedokonalost svaru na za�átku a na konci (je roven tlouš�ce plechu). 2. Zkontrolujte smykové nap�tí koutového svaru namáhaného tahem silou F = 60 kN, je-li a = 5 mm, l´ = 100 mm, Re = 220 MPa.

51

51

a) Výpo�tová délka: l = l´- 2 . a = 100 mm – 2 . 5 mm = 90 mm b) Smykové nap�tí svaru:

MPammmm

Nla

F7,66

90521060

2

3

=⋅⋅

⋅=⋅⋅

=⊥τ

c) Dovolené nap�tí svaru:

MPaMPakReDsv 1105,1/22075,0/ =⋅=⋅= ⊥⊥ τατ d) Kontrola:

MPaDsv 7,66:⊥⊥ ≤ ττ < 110 MPa – svar vyhovuje

Zadání p�íklad�

1. Nádrž je podep�ena konzolami z plechu tlouš�ky 12 mm, které jsou p�iva�eny k nosníku obvodovým koutovým svarem výšky a = 6 mm. Zatížení konzoly F = 38 kN, sou�ásti jsou z oceli t�ídy 11 373. Prove�te kontrolu svaru!

52

52

2. Ocelová lamela t�ecí spojky je p�iva�ena dvanácti bodovými svary k náboji. Má p�enášet kroutící moment 120 Nm. Vyhovuje spoj požadavk�m, jestliže pro bezpe�nost po�ítáme jenom 2/3 nosných svar�? 3. Vidlice táhla dvou�elis�ové brzdy je ze dvou kus� ploché oceli. Dovolené nap�tí základního materiálu σD = 100 MPa. Jsou koutové svary i ploché oceli dostate�n� dimenzovány, aby p�enesly míjivou tažnou sílu F = 25 kN? 4. Zkontrolujte svarový spoj páky s h�ídelem pr�m�ru 60 mm. Koutový svar a = 3,5 mm, sou�ásti z materiálu 11 523. Míjivá síla na páce F = 7,2 kN.

7. PÁJENÉ A LEPENÉ SPOJE 7.1. Princip pájeného spoje, pájky

Pájení je nerozebíratelné spojení stejných nebo r�zných kov� v tuhém stavu roztaveným p�ídavným kovem nižších mechanických vlastností než základní materiál, pop�. slitinou zvanou pájka. Spojované materiály se neroztavují, proto musí mít pájka nižší tavící teplotu.

Spojení nastává difúzí (prolínáním) pájky do spojovaných materiál� a tvo�ením slitiny ve stykových plochách. Pájením se vytvá�ejí nosné nebo vodivé spoje, ut�s�ují se spáry a trhliny.

Výhody:

- možnost spojování r�zných materiál� i obtížn� tavitelných, - nenastává natavení spojovaných materiál�, takže jejich vlastnosti se p�sobením tepla neporuší

(struktura, mechanické, elektrické a magnetické vlastnosti), - jednoduché za�ízení pro výrobu, montáž a údržbu. Nevýhody:

- pom�rn� malá pevnost spoj�, - složité tvary spoj� a tím zvýšená pracnost. Pájky mohou být:

a) m�kké – tavící teplota do 500°C, nap�. cínové pájky. K pájení materiál�, které nelze p�íliš zah�ívat, na spoje s menší pevností. Lze pájet oceli, m��, zinek, olovo, cín a jejich slitiny, šedou litinu, hliník a jeho slitiny, keramiku.

b) tvrdé – tavící teplota nad 500°C, nap�. hliníkové, st�íbrné, ze slitin m�di. Na spoje s v�tší pevností. Lze pájet oceli, litinu, hliník a jeho slitiny, m��, nikl.

53

53

54

54

55

55

7.2. Princip lepeného spoje, výpo�et

Lepené spoje jsou nerozebíratelné spoje s materiálovým stykem. Vlastnost , která je p�í�inou p�ilnutí dvou látek k sob�, je tu adheze (p�ilnavost). Mechanická adheze vzniká p�ilepení látek (kovových i nekovových), u nichž tekuté lepidlo proniká do pór� a nerovností povrchu. Dalším faktorem je koheze (soudržnost, tj. výslednice p�itažlivých sil mezi molekulami lepidla. Ve strojírenství se vlepují nap�. bronzové kluzné vrstvy (výstelky) do ocelových pánví �i pouzder ložisek, nalepují se b�itové desti�ky na nástroje, lepí se m��idla a p�ípravky. Lepení se používá také p�i opravách a renovaci strojních sou�ástí, p�i opravách pórovitých odlitk� �i trhlin (bloky a hlavy spalovacích motor�) atd. Výhody: - lepený spoj nezeslabuje konstrukci dírami, - lze spojovat r�zné materiály, velmi tenké sou�ásti, - v lepeném spoji nejsou podle šv� koncentrace nap�tí, - struktura materiálu se nem�ní vysokými teplotami, - lepším využitím materiálu se sníží hmotnost konstrukce, - na sou�ástech z lehkých kov� nevzniká koroze, protože vrstva prysky�ice dob�e izoluje, - spoje jsou t�sné v��i plyn�m i kapalinám. Nevýhody: - nehodí se pro vyšší provozní teploty, - spoje n�kterých epoxidových lepidel jsou málo odolné proti stárnutí p�sobením vlhkosti a vody. Výpo�et lepeného spoje se provádí na smyk:

P�enášená síla k

RlbF ms⋅⋅

= , kde Rms – statická pevnost spoje ve smyku (20až 35 MPa),

k – bezpe�nost (3 až 5)

Zadání p�íkladu

1. Vypo�ítejte, jak velký kroutící moment m�že p�enášet litinová objímka s p�ilepeným ocelovým pastorkem, jestliže použijeme lepidlo, které má pevnost ve smyku Rms = 25 MPa, bezpe�nost volíme k = 5. �elní spáru zanedbejte.

56

56

2. Lepený spoj z p�edešlého p�íkladu nahra�te spojem s t�sným perem stejné délky a porovnejte, jak velký kroutící moment m�že p�enést, je-li dovolený tlak v litinové objímce pD1 = 60 MPa a v ocelovém pastorku pD2 = 100 MPa. 8. NÝTOVÉ SPOJE

57

57

58

58

59

59

8.1. Princip, ú�el, použití

Spoj vzniká deformací jedné ze spojovaných sou�ástí vložené do díry ve druhé sou�ásti – p�ímé nýtování nebo deformací konc� nýt� vložených do pr�chozích d�r ve spojovaných sou�ástech – nep�ímé nýtování. Výhody: - spolehlivost nýtových spoj� je ov��ena mnohaletou praxí a je snadno kontrolovatelná, - nýtové spoje podobn� jako šroubové jsou pružn�jší než sva�ované, - p�i nýtování nedochází k deformacím spojovaných materiál� místním nahromad�ním tepla jako u

sva�ování. Nevýhody: - rozebírání nýtového spoje je možno pouze porušením nýtu nebo spojovaných sou�ástí, - nýtové spoje nezaru�ují p�esnou vzájemnou polohu spojovaných sou�ástí, - ve spojovaných sou�ástech je t�eba ud�lat díry pro nýty, ty mohou být zdrojem trhlin, vrtané díry

jsou p�esn�jší a hladší ale dražší, - spojované materiály jsou nýtovými d�rami zeslabeny, - nepropustnost nýtového spoje se musí zvyšovat papírovou nebo plát�nou, vhodn� impregnovanou

vložkou, kotlové spoje je nutno t�snit p�itužováním (temováním), - nýtování je hlu�né.

Nýtové spoje se dnes používají jen výjime�n�, p�edevším pro spojování t�žko sva�itelných materiál�, na montážích, kde není zdroj elektrického proudu, u plech� a profil� z lehkých kov� a slitin atd. V�tšinou se nahrazují svarovými a lepenými spoji, které vyžadují mén� p�ípravných prací a podstatn� snižují hmotnost konstrukcí. Sva�ované konstrukce jsou proti nýtování asi o 15 až 20 % leh�í. Ve zna�ném rozsahu se stále používá nýtování v leteckém pr�myslu a stavb� karoserií, nýty z vodivých materiál� se používají v elektrotechnice. 8.2. Výpo�et nýtového spoje Aby se zamezilo namáhání nýt� ohybem, je nutno, aby po zatažení nýt zcela vypl�oval díru (proto se v pevnostním výpo�tu po�ítá s pr�m�rem díry). Pr�m�r nýtových d�r volíme podle tlouš�ky plechu:

d = 2 . s (mm) p�i tlouš�ce plechu s 12 mm d = s + 10 (mm) s > 12 mm

60

60

Nýty kontrolujeme na smyk a na otla�ení. Dovolené nap�tí ve smyku volíme τDs ≅0,8 . σD, dovolený tlak pD ≅ 2 . σD.

Po�et nýt� pot�ebných pro p�enesení zat�žující síly F: Jednost�ižné nýty: ( ) DsDs dnAnF τπτ ⋅⋅⋅⋅=⋅⋅≤ 24/1

nebo DDp psdnpAnF ⋅⋅⋅=⋅⋅≤

Dvojst�ižné nýty ( ) DsDs dnAnF τπτ ⋅⋅⋅⋅=⋅⋅≤ 22/12

Nebo DDp psdnpAnF ⋅⋅⋅=⋅⋅≤

Použije se výsledek dávající v�tší po�et nýt�. Zadání p�íklad� 1. et�zové kolo a unáše� lamelové spojky jsou p�ipojeny k náboji šesti nýty. Spoj má p�enášet kroutící moment 800 N.m. Vyhovuje nýtový spoj požadavk�m? (Pozor! Uvažujte o po�tu st�ih� s ohledem na vyzna�ený silový tok.). [p = 87 MPa < pD, ale τs = 69 MPa > τDs, spoj nevyhovuje na st�ih].

61

61

2. Jakou sílu m�že p�enášet táhlo je�ábové konstrukce složené z dvojice úhelník� L 80 x 50 x 6 p�ipojené dv�ma nýty o pr�m�ru 16 mm ke sty�nému plechu tlouš�ky 8 mm, je-li τDs = 120 MPa a pD = 300 MPa? [81,6 kN]

9. PRUŽINY A PRUŽNÉ SPOJE 9.1. Princip, ú�el, charakteristika pružiny Pružiny jsou strojní sou�ásti vložené mezi další sou�ásti k dosažení tzv. pružného spoje. Mají ale �adu dalších vlastností, z nichž vyplývá jejich použití:

- shromaž�ují (akumulují) v sob� energii (hnací pružiny) - zachycují a tlumí rázy (pružiny vozidel) - zajiš�ují vratné pohyby (nap�. u va�ek) - udržují rovnováhu sil.

9.2. Kovové pružiny 9.2.1. Konstruk�ní typy, materiály Materiály kovových pružin:

- vinuté pružiny - patentovaný drát z oceli 12 071, 12 081, 12 090 a 14 260 zušlecht�ný. Dovolené nap�tí τDm = 480 až 960 MPa,

- pružnice silni�ních vozidel - ocel 12 090 a 13 251 (σDmo = 600 až 750 MPa), - kolejová vozidla - ocel 14 260 zušlecht�ná (σDmo = 1 000 až 1 700 MPa).

62

62

9.2.2. Výpo�ty pružin Svazek pružnic

63

63

Ohybový moment aFM o ⋅=max

Modul pr��ezu v ohybu 2

61

hbiWo ⋅⋅⋅=

Nap�tí v ohybu Dmoo

oo W

M σσ ≤= max ,

kde i - po�et list�, σDmo - dovolené mezní nap�tí v ohybu, h - tlouš�ka listu. Zadání p�íkladu: Pružnice zadní nápravy automobilu má 7 list� ší�ky 50 mm a tlouš�ky 7 mm z pružinové oceli 13 251.8 (σDmo = 600 MPa, mez pevnosti v tahu Rm = 1 350 MPa). Je zatížená v oku silou F = 2 400 N, rozp�tí pružnice 2.a = 1 200 mm. Zkontrolujte ohybové nap�tí. [Vyhovuje : σo = 504 MPa σDmo] Šroubovitá pružina tla�ná

Dáno: F8, F1 (N), st�ední pr�m�r pružiny D(mm), zdvih pružiny h (mm) volím: materiál, τDm = 0,5 . Rm

64

64

1. p�edb�žný výpo�et ∅ drátu z �istého krutu Dmk

kk W

M ττ ≤=

kde 16

,2

3

8

′⋅=⋅= dW

DFM kk

π; 3

8

216

Dm

DFd

τπ ⋅⋅⋅⋅

=′

2. p�ídavný ohyb i = D / d´

3. výpo�et korek�ního sou�initele nap�tí v krutu 12,0

−+=i

iK

4. skute�ný pr�m�r drátu 3 Kdd ⋅′= ,

pr�m�r drátu volíme z ST, nejbližší v�tší

5. tuhost pružiny 8

818

sF

hFF

k =−

=

6. po�et �inných závit� 3

4

81

DGd

kn

⋅⋅⋅= ,

kde G = 8 x 104 MPa – modul pružnosti ve smyku po�et záv�rných závit� nz = 1 ÷ 2 závity z = n + nz

7. v�le mezi závity v0 = ( 0,2 ÷ 0,5) . d 8. l9 – délka pln� stla�ené pružiny l9 = z . d 9. l8 – délka pln� zatížené pružiny l8 = l9 + (z – 1) . v0 10. l1 – délka p�edpružené pružiny l1 = l8 + (s8 – s1)

11. l0 - délka volné pružiny 18

11110 FF

Fhlsll

−⋅

+=+=

12. t - rozte� závit� t = v0 + d

13. α - úhel stoupání závitu D

ttg

⋅=

πα

14. L - rozvinutá délka drátu pružiny zDL ⋅⋅= 2,3 (p�ibližný výpo�et)

65

65

P�íklad výpo�tu

Vypo�ítejte a nakreslete charakteristiku šroubovité tla�né ventilové pružiny pro zatížení F1 = = 160 N, když je ventil uzav�en. Rozdíl ve stla�ení mezi otev�eným a uzav�eným ventilem s8 – s1 = 12 mm. Nap�tí pružiny p�i otev�eném ventilu τ8 = 350 MPa. Rozdíl nap�tí τ8 - τ1 = 150 MPa nemá být p�ekro�en. Pracovní prostor vymezený pružin� má maximální pr�m�r 45 mm, zvolíme st�ední pr�m�r pružiny D = 40 mm.

Vypracování a) P�edb�žný pr�m�r drátu vypo�teme z pevnostní rovnice v krutu:

τ1 = τ8 – 150 MPa = 350 MPa – 150 MPa = 200 MPa

mmMPa

mmNDFd 34,4

20040160

22 33

1

1 =⋅

⋅⋅=⋅⋅

⋅=′πτπ

Korekce pr�m�ru drátu na p�ídavný ohyb: 2,934,4

40 ==′

=mm

mmdD

i

Korek�ní sou�initel nap�tí v krutu: 146,112,92,02,9 =

−+=K

Skute�ný pr�m�r drátu: mmKdd 5,454,4146,134,4 33 ≈=⋅=⋅′= Volíme pr�m�r drátu dle �SN 4,5 mm. b) Vn�jší pr�m�r pružiny: mmmmmmmmdDD 455,445,4401 =+=+= což vyhovuje

c) Síla p�i otev�eném ventilu: NMPaMPa

NFF 280200350

1601

818 =⋅=⋅=

ττ

d) Stla�ení pružiny: h = s8 – s1 = 12 mm

66

66

mmFF

sFF

ss

1211

81

1

8

1

8 =���

����

�−=�=

mmNNNmm

FFFmm

s 161602801601212

18

11 =

−⋅=

−⋅

=

mms 288 = e) Po�et �inných závit�:

závit�závit�mmN

mmMPammD

GdFs

DGd

kn 778,6

4028085,48300028

881

33

44

3

4

8

83

4

==⋅⋅

⋅⋅=⋅

⋅⋅=⋅

⋅⋅=

Celkový po�et závit� pružiny: závit�nnz z 927 =+=+= f) Délky pružiny: - délka pln� stla�ené pružiny mmmmdzl 5,405,499 =⋅=⋅= - volíme v�li mezi závity: ( ) ( ) ( ) mmmmažaždažv 225,29,05,405,02,05,02,00 ≈=⋅=⋅=

- délka pln� zatížené pružiny: ( ) mmmmmmvzll 5,56285,401 098 =⋅+=⋅−+=

- délka p�edpružené pružiny. ( ) mmmmmmssll 5,68125,561881 =+=−+=

- délka volné pružiny: mmmmmmsll 5,84165,68110 =+=+= Zadání p�íkladu Šroubovitá válcová tla�ná pružina tla�ítkového vypína�e z pružinového drátu (G = 80 000 MPa) o pr�m�ru d = 0,5 mm se st�edním pr�m�rem vinutí D = 10 mm má zdvih h = 6 mm. Síla ve stavu p�edpruženém F1 = 1,2 N, ve stavu pln� zatíženém F8 = 1,7 N.

Vypo�ítejte tuhost pružiny, nap�tí v krutu, po�et závit� (jsou-li 2 závity záv�rné) a délky pružiny.[k = 0,083 N/mm, τk = 340 MPa, z = 9,5, l9 = 4,75 mm, l8 = 6,875 mm, l1 = 12,875 mm, l0 = 27,275 mm]. Zkrutná (torzní) ty�

Pr�m�r ty�e po�ítáme z krutu a kontrolujeme na úhel zkroucení:

67

67

- nap�tí dd

rF

d

rFWM

Dkk

kk �≤

⋅⋅=

⋅

⋅== τππτ

33

16

16

- pom�rný úhel zkroucení: p

k

IGM⋅

=ϑ , kde 32

4dI p

⋅= π

- úhel zkroucení. GdlrF

Gd

lrFIG

lMl

p

k

⋅⋅⋅⋅=

⋅⋅

⋅⋅=⋅

⋅=⋅=

44

32

32ππϑϕ

- nato�ení konce: rs ⋅= ϕ Zadání p�íkladu Torzní momentový klí� má sloužit k utahování šroub� maximálním utahovacím momentem Mu = 100 N.m. Výchylka na stupnici má p�itom být ϕ = 20°. Jaký musí být pr�m�r a délka zkrutné ty�e, je-li G = 80 000 MPa a τDk = 600 MPa. [d = 10 mm, l = 280 mm]. 9.3. Pryžové pružiny Pryž má schopnost velkých pružných deformací, velkého vnit�ního útlumu, tlumení hluku a je levná. Nevýhodou je citlivost na teplotu (použití v rozsahu -30 až +85°C) a stárnutí tab. str. 68. Syntetická pryž je odolná proti ú�ink�m benzínu, olej� apod., p�írodní pryž není. Používají se zejména pro odpružení stroj�, motor�, ale hlavn� pro tlumení kmit�, ráz� a hlu�nosti. 9.4. Tekutinové pružiny �innost t�chto pružin je založena na stla�itelnosti média, kterým je nej�ast�ji vzduch nebo olej. Hydraulicko-pneumatické pružení využívá pružnost vzduchu nebo nete�ného plynu v pryžové kouli nebo prostoru za membránou. Plyn umož�uje p�itom vlastní pružení a olej tlumí a ut�s�uje pružinový systém. Pružiny se používají v motorových vozidlech a p�i tvá�ení. Regulací toku je možno nastavit tvrdost pružiny.

68

68

69

69

10. POTRUBÍ A ARMATURY 10.1. Základní pojmy, materiály trub a trubek

Potrubí slouží k doprav� kapalin, plyn� a par, jakož i sypkých materiál�. Skládá se z �ástí:

- hlavních, nap�. trubky, spoje trubek, uzavírky, tvarovky pro vytvá�ení zm�n toku a pr�to�ného pr��ezu, pro d�lení proudu (oblouky a kolena, redukce, tvarovky), kompenzátory, uložení a upevn�ní potrubí.

- dopl�ujících, nap�. za�ízení pojistná, ochranná, kontrolní, pomocná, za�ízení pro m��ení a �ízení tlaku, teploty a pr�toku tekutin, ochranné nát�ry, obaly a tepelná izolace potrubí.

K doprav� látek potrubím je nutný rozdíl tlak� na za�átku a na konci potrubí, aby byly

p�ekonány odpory vznikající p�i pr�toku. Doprava látek potrubím slouží �asto také k p�enosu energie, nap�. tepla vodní parou nebo teplou vodou. Provozní tekutina – kapalina nebo plyn dopravovaný potrubím. Pracovní p�etlak pp – p�edepsaný nebo dohodnutý p�etlak provozní tekutiny, který se má v provozu stále udržovat. Nejvyšší pracovní p�etlak pmax (MPa) – nejv�tší hodnota pracovního p�etlaku, p�i které lze sou�ásti potrubí a armatur z daného materiálu a p�i dané teplot� trvale provozovat. Zkušební p�etlak pz (MPa)- p�etlak zkušební tekutiny, kterým se zkoušejí sou�ásti potrubí nebo armatur. Pracovní teplota t – p�edepsaná nebo dohodnutá teplota provozní tekutiny, která se má b�hem provozu dodržovat. Jmenovitý tlak PN – maximální pracovní p�etlak p�i teplot� pracovního prost�edí 20°C, je to desetinásobek nejvyššího pracovního p�etlaku. Normalizované jmenovité tlaky jsou v ST. Jmenovitá sv�tlost DN – �íslo udávající p�ibližn� vnit�ní pr�m�r v mm. Všechny �ásti potrubí rozm�rov� spolu související ozna�ujeme stejnou jmenovitou sv�tlostí. P�i výpo�tech potrubí po�ítáme vždy se skute�ným pr�m�rem �ásti potrubí. Normalizované jmenovité sv�tlosti jsou v ST.

70

70

10.2. Druhy trubek a jejich spojování

P�írubové trubky - pro spojení se používá p�írubový spoj, který se skládá ze dvou p�írub,

z t�snícího kroužku a ze spojovacích šroub� s maticemi. Po�et šroub� je vždy d�litelný 4mi a jsou uspo�ádány soum�rn� ke svislé a vodorovné ose, což se dodržuje i u armatur a tvarovek.

71

71

10.3. Armatury

Jsou to �ásti potrubí sloužící k �ízení pr�toku dopravované látky, k úplnému uzav�ení pr�toku nebo plní pojistné a regula�ní úkoly. �asto vykonávají n�kolik t�chto funkcí sou�asn�.

- kohouty.mají jeden pár kuželových t�snících ploch, pr�to�ný odpor je malý, uzav�ení rychlé oto�ením kužele o 90°; - ventily mají jeden pár snadno p�ístupných rovinných nebo kuželových t�snících ploch. Pr�to�ný odpor je v�tší než u ostatních uzavírek, zdvih ovládacího za�ízení je pom�rn� malý. - šoupátka mají dva páry rovinných t�snících ploch, z nichž sedla v t�lese jsou nesnadno p�ístupná. Pr�to�ný odpor je malý, zdvih uzavíracího za�ízení je velký, p�edností je pozvolné otevírání a zavírání. Používá se pro vodu, vodní páru, plyny, ropovody; - klapky mají malý pr�to�ný odpor, k uzav�ení sta�í pooto�ení asi o 90°.

72

72

Uzavírací p�ístroje (uzavírky):

73

73

74

74

Pojistné a m��ící armatury:

Pojistná za�ízení (pojistné ventily) slouží k ochran� p�ed ú�inkem zvýšeného pracovního p�etlaku a pro zabrán�ní proud�ní v nesprávném sm�ru.

75

75

10.4.. Ochrana, izolace a uložení potrubí

Ochrana potrubí proti korozi Provádí se b�hem dopravy, uskladn�ní a montáže a hlavn� za provozu. Vnit�ní povrch a zejména t�snící plochy, šrouby a matice nenatíráme barvou, ale konzervujeme olejem, plastickým mazivem nebo voskem atd.

Nát�ry proti korozi d�láme na armaturách barvou. Ochranné obaly používáme p�edevším u potrubí ukládaných do zem� (vodovody, plynovody). Ochranné povlaky na vnit�ním povrchu jsou pryžové, z taveného �edi�e atd. Tepelná izolace chrání dopravovanou látku p�ed ochlazováním nebo oteplováním a zvyšuje bezpe�nost provozu.

Dilatace potrubí Je to zm�na délky a pr�m�ru potrubí vlivem zm�ny teploty. P�i zm�n� o ∆t°C se zm�ní délka potrubí o ∆l0 = l0 . α . ∆t (mm) kde l0 – délka potrubí p�i teplot� t0 (mm)

α - st�ední hodnota sou�initele délkové roztažnosti materiálu potrubí (K-1)

Zadání p�íkladu Vypo�ítejte tepelnou dilataci ocelového potrubí dlouhého 30 m. Potrubím proudí pára o teplot� 200°C, okolní vzduch má teplotu 15°C, pro ocel α = 1,2.10-5 K-1. [66 mm] Aby nedošlo k poruše potrubí, vkládají se do n�ho tzv. kompenzátory.

76

76

10.5. Výpo�et jmenovité sv�tlosti a tlouš�ky st�ny potrubí Ur�ení jmenovitého tlaku sou�ásti: - zvolíme pro danou pracovní teplotu vhodný materiál (viz. tabulka) - v tabulce zvoleného materiálu zjistíme pro p�íslušnou pracovní teplotu (pop�. nejbližší vyšší) max.

pracovní p�etlak odpovídající p�etlaku sou�ásti. - z tabulky podle n�j ur�íme p�íslušný jmenovitý tlak PN.

77

77

P�íklad výpo�tu Ocelová trubka bude pracovat v režimu: t = 380 °C, pp = 3,2 MPa. Podle tab. str. 76 pro ocelové trubky p�i t = 400°C je možno použít ocel 12 021.1 nebo 12 022.1. Zvolíme levn�jší 12 021.1. V další tabulce na str. 78 pro tento materiál najdeme pro t = 400°C a ppmax = 3,91 MPa jmenovitý tlak PN 63. Výpo�et sv�tlosti potrubí:

Z rovnice pro pr�tok vdvSQ

Q m ⋅⋅⋅=⋅== 225,0 πρ

.

Potom ρππ ⋅⋅

=⋅

=vQ

vQ

d m44

kde d vnit�ní pr�m�r potrubí (mm) v st�ední rychlost proud�ní v pr�to�ném pr��ezu (m.s-1) Qm hmotnostní pr�tok (kg.s-1) Q objemový pr�tok (m3.s-1) ρ hustota proudící tekutiny (kg.m-3) S pr��ez potrubím (m2)

Zadání p�íkladu

Potrubím má protékat 1O t páry za hodinu o p�etlaku 3 MPa a teplot� 385°C. Z parní tabulky je hustota této páry ρ = 10 kg.m-3, st�ední pr�to�ná rychlost páry je v = 35 m.s-1. Vypo�t�te sv�tlost potrubí. [100 mm].

78

78

Výpo�et tlouš�ky st�ny trubky

a) teoretická tlouš�ka pD

pt p

Dpt

+⋅⋅⋅

≥ϕσ2

, kde

D – vn�jší pr�m�r trubky, ϕ - sou�initel svarového spoje, bezešvé trubky ϕ = 1, ostatní viz. tab. str. 79

σD – dovolené nap�tí p�i provozní teplot�, kRe

D =σ , k – sou�initel bezpe�nosti p�i provozu, k = 1,5.

b) výrobní tlouš�ka – teoretická tlouš�ka zv�tšená o p�ídavky na korozi a na nep�esnost výroby trubek.

tv = tt + c1 + c2, kde c1, c2 viz tab. str. 79

Zadání p�íkladu

Vypo�t�te tlouš�ku st�ny bezešvé trubky z oceli 15 110.5, je-li nejvyšší pracovní p�etlak ppmax = 6,4 MPa pro p�eh�átou páru teploty 420°C, rychlost proud�ní v = 35 m.s-1, vn�jší pr�m�r trubky D = 159 mm a celkový p�ídavek k základní výpo�tové tlouš�ce c = 1,7 mm. [PN100, DN150, t = 8,12 mm ≅9 mm dle �SN]

79

79

80

80

10.6. Kreslení a zna�ení potrubí a armatur Kreslí se a) schématické nákresy potrubí b) dispozi�ní výkresy potrubí a) schéma potrubí je výkres, ve kterém je potrubí nakresleno jednoduchými tlustými �arami a

zna�kami, nap�.

b) dispozi�ní výkres potrubí kreslíme v m��ítku 1:50, složité úseky potrubí pak v m��ítku 1:20.

Dlouhá a jednoduchá potrubí kreslíme v m��ítku 1:100 nebo i v�tším zmenšení. D�ležitá potrubí m�žeme kreslit v prostorových schématech. Zna�ky potrubí a armatur jsou v ST.

Druh tekutiny dopravované potrubím zna�íme bu� barevn�, slovn�, �íslicemi, písmeny nebo jejich kombinací nap�.

Namontované potrubí zna�íme barevným nát�rem celého potrubí nebo barevnými pruhy, nap�.

81

81

10.7. Ut�sování nepohyblivých spoj�

Spojení potrubí ut�s�ujeme proto, aby se zabránilo unikání látky z potrubí a tím jejím ztrátám a zne�išt�ní okolí, dále také pro zamezení poklesu tlaku v potrubí.

K dosažení úplné t�snosti p�írubových spoj� je nutné, aby materiál t�sn�ní vyplnil jak nerovnosti t�sn�ných ploch, tak svého povrchu. U nerozebíratelných spoj� je spoj sou�asn� t�sn�ním. 10.7.1. Ut�sn�ní p�ímým stykem spojovaných sou�ástí Používá se p�i vysokých tlacích a teplotách nap�. u d�lených sk�íní parních turbín pro rovinné t�snící plochy. T�snící plochy musí být p�esn� zabroušeny, nap�. lapovány nebo zaškrabávány. Tímto zp�sobem je ut�sn�na i v�tšina uzavíracích p�ístroj� – ventily a šoupátka.

82

82

10.7.2. Ut�sn�ní spoj� t�sn�ním

T�sn�ní je strojní sou�ást, která svými t�snícími prvky umož�uje vytvo�ení ut�sn�ného spoje. Nejjednodušší a nejlevn�jší jsou plochá t�sn�ní tlouš�ky 1 až 2 mm. Materiálem m�že být technický papír, azbestopolymerní deskové t�snící materiály, fíbr, k�že, pryž, korek atd. Existují také samo�inná t�sn�ní, u nichž jsou t�snící tlaky vyvolány provozním tlakem.

83

83

84

84

11. H�ÍDELE, H�ÍDELOVÉ �EPY 11.1. Princip, ú�el, rozd�lení a použití h�ídelí H�ídele jsou obvykle válcové sou�ásti umož�ující a p�enášející rota�ní pohyb. Používají se u r�zných mechanizm�, nap�. kladkostroj�, zvedák� a navíjedel, kladnic apod. nebo u stroj�, jako jsou elektromotory, obráb�cí stroje, �erpadla, kompresory, turbíny atd. Podle použití se d�lí do dvou skupin:

a) nosné h�ídele - nepohyblivé v rámu stroje. Nesou otá�ející se sou�ásti jako kladky, �et�zky, bubny

zdvihadel, pojízdná kola atd. - oto�né v rámu stroje s naklínovanými nebo nalisovanými koly, která však nep�enášejí

kroutící moment, nap�. vle�ené nápravy vagón�. b) hybné h�ídele, které p�enášejí kroutící momenty.

11.2. H�ídelové �epy

Jsou to �ásti h�ídelí, kterými se h�ídel opírá o rám stroje. Reak�ní síly. vyvolané užite�ným zatížením, jsou p�enášeny stykovou plochou �ep� a ložiskových pánví nebo pouzder. P�i pohybu vzniká t�ení, které se m�ní v teplo, �ep i ložisko se zah�ívají. T�ení snižuje únosnost a zp�sobuje opot�ebení stykových ploch, což ovliv�uje životnost celého za�ízení. Obojí lze správnou konstrukcí �epu a ložiska snížit na ur�itou minimální hodnotu.

Podle sm�ru, kterým p�sobí zatížení, se �epy rozd�lují na: radiální – p�enášejí reakce p�sobící kolmo na h�ídel axiální – síly p�sobí v ose h�ídele.

11.2.1. Radiální �epy

85

85

�elní radiální �ep – je namáhán na ohyb a otla�ení:

DooA

oAO W

M σσ ≤= ; 332

Do

oAA

Md

σπ ⋅⋅≥ ;

2A

oA

lAM ⋅=

316

Do

AA

lAd

σπ ⋅⋅⋅

≥

V rovnici není známa délka �epu (ložiska) lA, proto je nutno ji zvolit. Volí se v závislosti na

pr�m�ru �epu. U radiálních �ep� je λ = lA/dA = 0,3 až 1 (výjime�n� 1,5) a pr�m�r �epu:

DoA

Ad

σπλ

⋅⋅⋅≥ 16

Pro tlak musí platit:

DAA

pld

Ap ≤

⋅=

Kr�ní radiální �ep je krom� ohybu a otla�ení namáhán i krutem, proto je t�eba po�ítat na kombinovanou pevnost (ohyb a krut).

86

86

11.2.2. Axiální �epy

87

87

Axiální �epy jsou namáhány na tlak a na otla�ení. Protože nap�tí v tlaku bývá malé, provádí se pouze kontrola na otla�ení. St�ední �ást �ep� se v�tšinou vybírá viz. obr. na str. 86, proto:

Kontrola tlaku: ( )

Dpdd

Fp ≤

−⋅=

21

224

π , pD viz. tab. str. 85

11.3. Materiály h�ídel� Volí se podle velikosti a charakteru provozního zatížení (statické, rázové, periodicky míjivé nebo st�ídavé), podle požadované hmotnosti stroje, opot�ebitelnosti, vrubové citlivosti a možnosti tepelného zpracování. Nej�ast�ji s používají oceli 11 500, 11 600, 11 700, pro více namáhané h�ídele legované oceli v�tšinou zušlecht�né. 11.4. Výpo�et h�ídel� 11.4.1. Výpo�et nosných h�ídel�

Tyto h�ídele jsou namáhány na ohyb a na otla�ení. Po�ítá se u nich pr�m�r h�ídele. Výpo�et na ohyb: Vychází z pevnostní podmínky pro ohyb:

Doo

o

oo

d

MWM σπσ ≤

⋅==

3

32

takže maximální pr�m�r d v míst� Momax je

3max32

Do

oMd

σπ ⋅⋅

≥ kde l

abFaAM o

⋅⋅=⋅=max

88

88

Výpo�et na otla�ení: 1. tlak mezi kolem a h�ídelem

11

1 Dpdl

Fp ≤

⋅=

2. 22 DAAAA

pldl

bFdl

Ap ≤

⋅⋅⋅=

⋅= , l1, lA se bu� volí nebo po�ítá z pD1, pD2.

Dovolené tlaky v nepohyblivých spojích jsou stejné jako u kolíkových a �epových spoj�. Dovolené tlaky v pohyblivých spojích jsou v tab.na str. 85. 11.4.2. Výpo�et hybných h�ídel�

1. Spojovací h�ídel namáhaný prostým krutem Pevnostní výpo�et

,maxDk

kkDk

k

kk

MW

WM

τττ ≥�≤= ,

16

3dWk

⋅= π takže

89

89

;16

3

Dk

kMd

τπ ⋅= 3

2

8;

2 Dkk n

Pd

nPP

Mτππω ⋅⋅

=�⋅

==

Výpo�et tuhosti v krutu (u dlouhých štíhlých h�ídel�)

Dovolený zkrut: 125,0 ažlD

D ==ϕϑ (°).m-1 (v�tší hodnoty pro kratší h�ídele)

Z deforma�ní podmínky se potom vypo�ítá pr�m�r h�ídele:

,180

Dp

k

IGlM ϕ

πϕ ≤

⋅⋅⋅

= kde 32

4dI p

⋅= π; potom 4

2

32180

D

k

GM

dϑπ ⋅⋅

⋅≥

Protože kroutící moment je po celé délce konstantní, bude také pr�m�r h�ídele konstantní. 2. Hnací a hnaný h�ídel namáhaný ohybem a krutem Ohybový moment a ohybové nap�tí:

( ) ,32

75,03

22max DokBoored

dMMM σπα ⋅⋅≤⋅+=

( ) ,3 22DokBoored στασσ ≤⋅+= kde Momax = B . b

Bach�v opravný sou�initel ααααB se použije tehdy, není-li zp�sob normálového a te�ného nap�tí stejný

3⋅=

Dk

DoB τ

σα .

Nap�. u oceli 11 600 je

pro st�ídavý ohyb a klidný krut αB = 0,6 pro st�ídavý ohyb a míjivý krut αB = 0,8 pro st�ídavý ohyb i krut αB = 1,0

Pr�m�r h�ídele v nebezpe�ném pr��ezu

332

Do

oredMd

σπ ⋅⋅

≥

Kritické otá�ky U rotujících h�ídel� se p�i ur�ité rychlosti otá�ení projeví zna�né kmitání. Otá�ky, p�i kterých toto kmitání nastává, jsou tzv. kritické otá�ky, které se shodují s kmito�tem vlastního kmitání h�ídele – nastává rezonance.

Kdyby h�ídel pracoval p�i t�chto otá�kách zlomil by se i kdyby byl z hlediska pevnostních podmínek správn� dimenzován. Proto musí h�ídel p�i rozb�hu tyto otá�ky rychle p�ejít, aby se dostal do oblasti tzv. nadkritických otá�ek nebo pracuje v podkritických otá�kách.

Velikost kritických otá�ek:

11 min94676,15

21 −− ==⋅=

ys

yyg

nkr π, kde

g – gravita�ní zrychlení v mm.s-1 y - maximální pr�hyb h�ídele zp�sobený vlastní tíhou h�ídele a kotou�e v mm

90

90

Dovolený pr�hyb h�ídele

3103,0 −⋅⋅≤ lyD ve všeobecném strojírenství 3102,0 −⋅⋅≤ lyD ve stavb� obráb�cích stroj�

210−⋅≤ myD u h�ídel� p�evodovek, kde l – rozp�tí ložisek v mm, m – modul ozubení v mm.

11.5. Konstrukce h�ídel� Podle tvaru se �lení hybné h�ídele na p�ímé hladké, tvarované, duté, ohebné, kloubové a klikové. 11.5.1. Tvarované h�ídele Mají �adu osazení usnad�ujících montáž, drážkování, rýhování, díry atd., které zaru�ují p�esné a bezpe�né uložení sou�ástí na nich nasazených. Toto tvarování se však projeví na pevnosti h�ídele, protože p�sobí jako konstruk�ní vruby. Vliv konstruk�ních vrub� se dá snížit vhodnou úpravou:

11.5.2. Duté h�ídele Rozložení te�ných nap�tí po pr��ezu ukazuje, že materiál je pevnostn� pln� využitý pouze na povrchu, protože pr�m�r d se po�ítá pro nejv�tší nap�tí. Lepšího pevnostního využití materiálu lze dosáhnout u dutých h�ídel�. Takto provedený h�ídel je leh�í než stejn� únosný h�ídel plného pr��ezu. Sníží-li se hmotnost h�ídele provrtáním o polovinu, sníží se jeho pevnost pouze o �tvrtinu. Duté h�ídele jsou výrobn� nákladn�jší. Používají se pro p�enos kroutícího momentu na velké vzdálenosti (nap�. u lodních šroub�), nebo tam, kde se dutinou vedou další sou�ásti (v�eteno soustruhu).

91

91

U dutých h�ídel� se kontroluje nap�tí v krutu τk ze základní pevnostní podmínky pro krut:

Dkk

k

kk

DdD

MWM τ

πτ ≤

−⋅== 44

16

, kde

D – vn�jší pr�m�r h�ídele, d – vnit�ní pr�m�r h�ídele. Jsou-li na h�ídeli drážky nebo zápichy, je nutno po�ítat se sníženým dovoleným nap�tím. 11.5.3. Ohebné (flexibilní) h�ídele Používají se tam, kde je t�eba v pr�b�hu práce m�nit polohu h�ídele hnacího vzhledem k hnanému a k pohonu ru�n� obsluhovaných nástroj�.

11.6. P�íklady výpo�t� 1. Navrhn�te odstup�ovaný nosný h�ídel kola, je-li jeho zatížení F = 200 kN, materiál h�ídele 11 600, σDoIII = 85 až 115 MPa, dovolený tlak pod kotou�em pD1 = 32 MPa a v ložiskách pD2 = = 10 MPa. Vzhledem k vrubovým ú�ink�m σDo = 65 MPa.

a) Výpo�et vazbových sil

( )N

mmmmN

lalF

A 33

101601500

120010200 ⋅=⋅⋅=−⋅= ,

NNNAFB 333 10401016010200 ⋅=⋅−⋅=−= b) Výpo�et pr�m�r� a délek Pod nábojem:

92

92

mmMPa

mmNaAd

Do

19665

3001016032323

3

3 =⋅

⋅⋅⋅=⋅

⋅=πσπ

Vrtání náboje bude d = 200 mm, délka náboje kotou�e zvolena l1 = 200 mm. Kontrola tlaku pod kotou�em:

MPammmm

Nld

Fp 5

20020010200 3

11 =

⋅⋅=

⋅= < MPapD 32= (viz. tab. str. 84) → vyhovuje

V ložisku A (voleno: λ = lA/dA = l → lA = dA), z podmínky na otla�ení (pD = 10 MPa z tab. str. 84 pro bronzová ložiska):

mmMPa

Np

Ad

DA 5,126

11010160 3

=⋅

⋅=⋅

≥λ

Pr�m�r �epu bude dA = 130 mm a délka lA = 130 mm. Kontrola nap�tí v ohybu:

MPamm

mmNd

lAWM

A

A

oA

oAoA 2,48

130130101601616

33

3

3 =⋅

⋅⋅⋅=⋅

⋅==

ππσ < σDo, → vyhovuje.

V ložisku B (λ = 1)

mmMPa

Np

Bd

DB 3,63

1101040 3

=⋅

⋅=⋅

≥λ

Rozm�ry �epu: pr�m�r dB = 65 mm, délka lB = 65 mm. Kontrola nap�tí v ohybu:

MPamm

mmNd

lB

B

BoB 22,48

65651040161633

3

3 =⋅

⋅⋅⋅=⋅

⋅=

ππσ < σDo .- vyhovuje.

2. Vypo�t�te pr�m�r spojovacího h�ídele, má-li p�enášet výkon P = 2 kW p�i otá�kách n = 6 s-1. H�ídel je namáhán jen krutem a úhel zkroucení nemá být v�tší než ϕ = 0,25° na 1 m. Pro výpo�et pr�m�ru byl odvozen vzorec:

mmmsPa

mWnGlP

GlM

d k 35035,0625,0108

1102180162

18032180324

1103

3

43

4 ==⋅°⋅⋅⋅⋅⋅⋅°⋅=

⋅⋅⋅⋅⋅°⋅=

⋅⋅⋅°⋅⋅

= −πϕππϕπ;

volíme normalizovaný pr�m�r d = 36 mm.

93

93

3. Vypo�ítejte pr�m�r hnacího h�ídele, který p�enáší výkon P = 1,5 kW p�i otá�kách n = 15 s-1, za p�edpokladu, že je namáhán st�ídavým ohybem a míjivým krutem. Na h�ídeli je �emenice o pr�m�ru D1 = 160 mm. Materiál h�ídele 11 600 (σDo = 65 MPa). a) výpo�et síly F a reak�ních sil.

Nsm

WnD

PF

DF

nP

M k 1991516,0

105,122 1

3

1

1 =⋅⋅

⋅=⋅⋅

=�⋅=⋅

= −πππ

Nm

mNl

bFA 7,132

3,02,0199 =⋅=⋅= ; B = F – A = 66,3 N

b) výpo�et pr�m�r� a délek:

- pod �emenicí: mmNmmNaAM o ⋅=⋅=⋅= 132701007,132

mNsW

nP

M k .92,15152105,1

2 1

3

=⋅⋅=

⋅= −ππ

( ) ( ) mmmmNmmNMMM kBoored 4,17255159208,075,01327075,0 22222222 =⋅⋅⋅+⋅=⋅+= α

.9,1365

4,17255323233 mm

MPammNM

dDo

ored =⋅

⋅⋅=⋅

≥πσπ

Pod �emenicí bude doporu�ený pr�m�r d = 16 mm, délka náboje �emenice l1 = 1,25 . d = 1,25 . 16 mm = 20 mm. - v ložisku A (kr�ní �ep= namáhaný krutem i ohybem). P�edb�žný výpo�et na prostý krut (τDk = 40 MPa):

mmMPa

mmNMd

Dk

kA 66,12

401092,151616

33

3 =⋅

⋅⋅⋅=⋅

=πτπ

94

94

Volíme doporu�ený pr�m�r dA = 12 mm, délku ložiska lA = 12 mm. Kontrola na kombinované namáhání:

,2,7962

127,132

2mmN

mmN

lAM A

oA ⋅=⋅=⋅=

( ) ( ) 222322222 1092,158,075,02,79675,0 mmNmmNMMM kBoAoredA ⋅⋅⋅⋅+⋅=⋅+= α

Morerd = 11 058,4 N.mm

DoA

redAdA MPa

mmmmN

dM σ

ππσ ==

⋅⋅⋅=

⋅= 65

124,110583232

333Re - vyhovuje

- v ložisku B (�elní �ep namáhaný jen ohybem):

.28,265

13,661616mm

MPaNb

dDo

B =⋅

⋅⋅=⋅

⋅≥πσπ

λ

Z výrobních d�vod� volíme dB = 6 mm, délku ložiska lB = 6 mm. Zadání p�íklad�

1. Pro nást�nný je�áb ur�ete rozm�ry a) �elního �epu, b) patního �epu. Je dáno: nosnost Q = 25 kN; vlastní tíha G = 5 kN; vyložení l1 = 3,2 m; vzdálenost t�žišt� l2 = 0,9 m; vzdálenost ložisek l3 = 3,5 m; dovolený radiální tlak pDr = 8 MPa; axiální tlak pDa = 10 MPa; σDo = 58 MPa. [Ax = Bx = 24,1 kN; By = 30 kN; a) λ = 1,2; dA = 50 mm; lA = 60 mm; b) dB = 75 mm; lB = 40 mm, volíme lB = 75 mm].

95

95

2. Zatížení nápravy p�ív�su je F = 40 kN. Nehybná náprava je vyrobena z oceli o pr�m�ru d = 80 mm, σDo = 80 MPa. Vyhovuje tato náprava požadavk�m. [Ano, σo = 78 MPa]. 3. Vypo�t�te pr�m�r h�ídele �et�zové kladky (viz. obr. a., na str. 87 pro odstup�ovaný nosný h�ídele) zkontrolujte tlak v nosném plechu, je-li dáno: výsledná síla od �et�zu F = 42 kN; lA = 8 mm; l1 = 140 mm; materiál h�ídele 11 700 (σDo = 120 MPa); materiál plechu 11 373 (pD = 70 MPa). [d = 50 mm; p = 52,5 MPa < pD]. 4. H�ídel z oceli 11 600 (G = 8 . 104 MPa) má p�enášet Mk = 16 N.m; povolený zkrut ϑD = 0,3(°)/m. Vypo�ítejte pr�m�r h�ídele. [d = 25 mm]. 5. Vypo�ítejte pr�m�r hnacího h�ídele d kore�kového elevátoru dle obr., je-li p�íkon P = 7,5 kW; n = 80 min-1 = 1,33 s-1; pr�m�r hnacího kotou�e D = 800mm; vzdálenost ložisek la = 580 mm; tah v napjaté �ásti pásu FS1 = 12,2 kN; tah v ochablé �ásti FS2 = 10 kN; materiál h�ídele 11 600 (σDo = 80 MPa; τDk = 50 MPa). Dále vypo�ítejte a zkontrolujte �elní �ep d1 pod spojkou. [d = 74,2 mm; d1 = 44,8 mm; zhotoveno d = 75 mm; d1 = 55 mm – dle �SN].

12. LOŽISKA 12.1. Princip, ú�el, rozd�lení a vlastnosti ložisek Ložiska zajiš�ují vzájemnou polohu pevných a otá�ejících se sou�ástí a p�enášejí zatížení z h�ídele na ostatní �ásti stroje. Mezi pohybujícími se plochami h�ídele a ložiska vzniká t�ení. Podle toho, o jaké t�ení se jedná, d�líme ložiska na kluzná – mezi plochami je tenká vrstva maziva – vzniká kluzné t�ení (je d�ležité zvolit správný zp�sob mazání), valivá – mezi plochami se odvalují vložená valivá t�líska (kuli�ky, vále�ky, jehly, kuželíky, soude�ky). Podle sm�ru p�sobení zat�žující síly d�líme ložiska na radiální a axiální.

96

96

Kluzná ložiska se b�žn� d�lají pro obvodové rychlosti 70 až 80 m.s-1, výjime�n� až pro 100 m.s-1. U valivých ložisek nesm�jí být p�ekro�eny mezní otá�ky (v �SN).

97

97

12.2. Kluzná ložiska 12.2.1. T�ení u kluzných ložisek

a) t�ení bez maziva – sou�initel t�ení µ = 0,1 až 0,25; vrcholky nerovností povrchu t�ou p�ímo po sob�, kluzné plochy se rychle opot�ebovávají, je dlouhodob� nep�ípustné, b) t�ení smíšené (mezní) - na vrcholcích nerovností dochází k ob�asnému dotyku kluzných ploch. Vyskytuje se u ložisek s omezeným mazáním, s malými kluznými rychlostmi a u samomazných ložisek. µ = 0,01 až 0,1, c) t�ení tekutinové (kapalinné nebo plynné) – nastává tehdy, když jsou povrchy p�i t�ení odd�lené vrstvou maziva, µ = 0,001 až 0,01. Toto t�ení vzniká pomocí: • hydrodynamického mazání ložiska – tj. �erpacím ú�inkem kluzných ploch klínovitého tvaru

pod �epem • hydrostatického mazání ložiska – tj. ú�inkem hydrostatického tlaku maziva p�ivád�ného

nucen� mezi kluzné plochy prost�ednictvím �erpadla.

98

98

12.2.2. Materiály kluzných ložisek Protože h�ídele jsou relativn� dražší, volí se materiály tak, aby se zatížení p�eneslo na levn�jší ložiskové pouzdro. Používají se nap�.: • ložiskové kompozice na bázi cínu nebo olova – nap�. výstelky ložisek v automobilovém pr�myslu,

parní a vodní turbíny, turbokompresory atd., • slitiny m�di (cínové a olov�né bronzy) – pro zna�n� zatížená ložiska nap�. letecké motory,

traktory, nákladní auta, • hliníkové slitiny – pro velká a dynamická zatížení • šedá litina – pro klidný chod bez ráz�, • spékaný bronz – ložiska magnetofon�, motork� topení, st�ra�� atd., • plasty – ložiska h�ídel� válcovacích stolic (tvrzené tkaniny), mén� zatížená pouzdra s malou

kluznou rychlostí (polyamid). 12.2.3. Konstrukce kluzných ložisek Funk�ními �ástmi ložisek, zajiš�ujícími p�ímý styk uložení h�ídel� pomocí �ep�, jsou pouzdra, pánve nebo segmenty.

99

99

Pánev se liší od pouzdra tím, že je rozd�lena osovou rovinou na dv� poloviny (je dvoudílná). M�že být tlustost�nná (litinová) nebo tenkost�nná (ocelová). Pro úsporu ložiskového kovu jsou pánve a n�která pouzdra bimetalická, tj. jsou opat�ena uvnit� kluznou vrstvou (výstelkou) o tlouš�ce n�kolik desetin mm. Segmentová ložiska se používají pro vysoké rychlosti a tlaky. Mezerami mezi segmenty a jejich naklon�ním proudí mazivo. Segmenty mohou být samo�inn� nastavitelné a zajiš�ují tak kapalinné t�ení a minimální sou�initel t�ení i p�i rozb�hu a dob�hu a p�i zm�nách rychlosti (nap�. u turbín). 12.2.4. Výpo�et kluzných ložisek P�íklad výpo�tu Vypo�ítejte radiální kluzné ložisko h�ídele, jestliže na �ep p�sobí radiální síla F = 50 kN, otá�ky h�ídele n = 10 s-1. �ep je namáhán st�ídavým ohybem. Vypracování: a. Zvoleno a navrženo: - materiál h�ídele 11 600 (σDo = 60 MPa vzhledem ke konstruk�ním vrub�m); - materiál kluzné vrstvy olov�ný bronz �SN 42 3182 (pD = 20 MPa; λ = 0,8).

100

100

b. Výpo�et pr�m�ru d a délky ložiska l:

mmMPa

NFd

Do

27,5860

8,0500001616 =⋅

⋅⋅=⋅

⋅=πσπ

λ

mmmmdl 6,4627,588,0 =⋅=⋅= λ �ep bude mít pr�m�r 60 mm a délku 60 mm (podle normalizovaného pouzdra); bude použito pouzdro A 60/75 x 60 �SN 02 3495 (válcové bimetalické). c. Kontrola tlaku v ložisku:

MPammmm

Ndl

Fp 88,13

606050000 =

⋅=

⋅= < pD, což vyhovuje.

Zadání p�íkladu

Vypo�t�te rozm�ry radiálního kluzného ložiska pro zatížení F = 25 kN, n = 350 min-1 = 5,83 s-1. Volte λ = 1, pD = 2,5 MPa. [d = l = 100 mm]. 12.3. Valivá ložiska 12.3.1. Konstrukce valivých ložisek Valivá ložiska se skládají zpravidla ze dvou kroužk�, valivých t�les a klece.

Podle sm�ru sil, které mohou zachycovat, se rozd�lují na radiální a axiální. V�tšina radiálních ložisek m�že však zachycovat i axiální síly a n�která axiální ložiska i síly radiální. Podle tvaru valivých t�les jsou ložiska kuli�ková, vále�ková, kuželíková, soude�ková a jehlová. U kuli�kových ložisek nastává teoretický styk v bod� (bodový styk), u ostatních ložisek vzniká styk v �á�e (�árkový nebo úse�kový styk). Valivá t�lesa se odvalují, v ob�žných dráhách kroužk� a klecí jsou udržována v pravidelných vzdálenostech. Typy a hlavní rozm�ry valivých ložisek jsou mezinárodn� normalizovány a uvedeny v katalozích výrobc�. P�itom je používáno jednotné zna�ení, nap�. Ložisko 6204

6 - jedno�adé radiální kuli�kové ložisko 62 - ložisková �ada 02 - rozm�rová �ada (0 – ší�ková, 2 – pr�m�rová) 04 x 5 = 20 mm - vrtání (vnit�ní pr�m�r)

101

101

12.3.2. Druhy valivých ložisek Základní typy valivých ložisek se vyráb�jí v r�zných provedeních, odlišujících se n�kterými vlastnostmi od základní konstrukce, nap�. s v�tší nebo menší radiální v�lí, s jiným provedením rozm�r� atd. Tyto odlišnosti vyjad�uje p�ídavné ozna�ení p�ed nebo za základním ozna�ením ložiska. a) radiální valivá ložiska

- kuli�kové ložisko jedno�adé – nejrozší�en�jší, nejlevn�jší. Velká únosnost v radiálním a menší v

axiálním sm�ru. Vyžadují souosost �epu a ložiskového t�lesa. Všestranné použití. - kuli�kové ložisko jedno�adé s kosoúhlým stykem – mohou zachycovat velké radiální i axiální síly

v jednom sm�ru. �asto se montují ve dvojicích proti sob�. Použití: velmi p�esná uložení obráb�cích stroj�.

- kuli�kové ložisko dvou�adé s kosoúhlým stykem – mají malou vnit�ní v�li, krom� radiálních sil mohou p�enášet zna�né axiální síly v obou sm�rech. Jsou velmi náro�ná na souosost a tuhost uložení, nedovolují výkyv h�ídele. Použití: pro uložení kladek, ozubených kol atd.

- kuli�kové ložisko dvou�adé nakláp�cí –mají dv� �ady kuli�ek a na vn�jším kroužku kulovou ob�žnou dráhu. Tato konstrukce umož�uje ur�ité naklopení vnit�ního kroužku a ložisko se hodí pro vyrovnání malých nesouosostí a tam, kde dochází k pr�hybu h�ídele. Mají menší únosnost než srovnatelná kuli�ková ložiska jedno�adá. Použití: tam, kde se p�edpokládá v�tší úchylka souososti d�r, pr�hyb a kmitání h�ídele a velké vzdálenosti ložisek.

- vále�kové ložisko jedno�adé – je ur�eno pro p�enos velkých radiálních zatížení. V porovnání se srovnateln� velkými kuli�kovými ložisky mají až o 60% v�tší únosnost i tuhost. Jsou rozebíratelná.

- dvou�adé soude�kové nakláp�cí ložisko – mohou p�enášet velká radiální i axiální zatížení v obou sm�rech. Mají dv� �ady soude�k� se spole�nou kulovou dráhou na vn�jším kroužku, což umož�uje nesouosost a nakláp�ní h�ídel�.

- jedno�adé kuželíkové ložisko – jsou vhodná k zachycení sou�asn� p�sobících velkých radiálních a axiálních sil. Protože samostatné ložisko m�že p�enášet axiální zatížení pouze v jednom sm�ru,

102

102

montují se kuželíková ložiska ve dvojicích proti sob� a se�izují se tak, aby m�la po dosažení provozní teploty nepatrnou osovou v�li. Použití: kola automobil�, p�evodovky atd.

- jedno�adé jehlové ložisko – mají malou stavební výšku, vysokou p�esnost a tuhost. Vyráb�jí se bu� s klecí nebo bez ní. Používají se hlavn� pro nízké otá�ky, pro kývavý pohyb a pro rázová zatížení. Pro zmenšení stavební výšky lze vypustit jeden nebo oba kroužky. Úložné plochy na h�ídeli pak musí být kaleny a pe�liv� obrobeny.

b) axiální valivá ložiska

- axiální kuli�kové jednosm�rné ložisko – je ur�eno pro p�enos pouze axiálního zatížení v jednom

sm�ru. Nemohou p�enášet radiální síly. Pro správnou funkci ložiska je nutno zajistit kolmost �elní plochy sk�í�ového kroužku k ose h�ídele. Ložisko je rozebíratelné. Použití: pro svisle stojící h�ídele nebo v kombinaci s radiálním ložiskem nap�. u h�ídel� šnek�.

- axiální kuli�kové obousm�rné ložisko – je ur�eno pro p�enos pouze axiálního zatížení v obou sm�rech. Použití: pro velké axiální síly, nap�. vrtací v�etena, hrot koníku u soustruhu atd.

- axiální soude�kové ložisko- má velký po�et nesymetrických soude�k� s dobrým p�imknutím k ob�žným drahám a proto jsou vhodná pro zachycení velkých zatížení i p�i vysokých otá�kách. Mohou p�enášet i menší radiální zatížení a mohou vyrovnávat nesouosost h�ídel�. Vyžadují mazání olejem. Použití: velké p�evodovky, axiální uložení válc�, válcovacích stolic, elektrické to�ivé stroje.

12.3.3. Uložení h�ídel� v ložiskách P�i návrhu uložení se doporu�uje vycházet z praxí ov��ených konstrukcí a ty p�izp�sobovat nov� zadaným podmínkám ekonomickým požadavk�m. Rotující h�ídele p�itom musí být uloženy tak, aby byla spln�na základní podmínka jednozna�nosti jeho pohybu. Uložení má být (pokud možno) na principu staticky ur�eného nosníku, tj. uloženo ve dvou místech radiáln� a v jednom axiáln�. Používají se tyto skupiny uložení: a) vnit�ní kroužky obou ložisek jsou na h�ídeli uloženy pevn�. V t�lese sk�ín� je upevn�n vn�jší kroužek pouze jednoho ložiska, vn�jší kroužek druhého ložiska z�stává posuvný – toto ložisko p�enáší pouze radiální zatížení. Toto uložení neklade velké nároky na p�esnost výroby. Použití: uložení h�ídel� �elních p�evod� s p�ímými i šikmými zuby. Nelze ho použít pro kuželová soukolí a šneková soukolí.

103

103

b) v jedné podp��e jsou použita dv� ložiska nebo jedno dvou�adé s kosoúhlým stykem. Použití: pro v�tší radiální zatížení, provoz s rázy. Lze je použít pro uložení kuželových pastork� a šnek�. c) vnit�ní kroužky obou ložisek jsou nasazeny na h�ídel pevn� a opírají se o �ela osazení h�ídele nebo jiné sou�ásti upevn�né na h�ídeli. Vn�jší kroužky se svými �ely opírají o �ela vík (nebo jiných sou�ástí) v t�lese. P�i tomto uspo�ádání je t�eba p�edepsat montážní v�li a (≅ 0,2 až 0,5 mm), aby vlivem tepelné dilatace nedošlo k p�etížení ložisek. V�le se vymezuje pomocí tenkých kompenza�ních kroužk�. Použití: pro krátké h�ídele p�i nízkých teplotách pro všechny druhy ozubených kol. d) vn�jší kroužky ložisek se v otvoru t�lesa opírají o osazení pouzdra nebo o pojistný kroužek. Vnit�ní kroužky obou ložisek se vn�jšími �ely opírají o �ela stahovacích matic nebo jiných sou�ástí upevn�ných na h�ídeli. Ložisková v�le se se�izuje kruhovou maticí. Toto uložení je málo �asté.

12.3.4. Upevn�ní ložisek na h�ídeli a v t�lese Vnit�ní a vn�jší kroužky ložisek musí být na h�ídelích nebo v t�lesech namontovány pevn�, aby p�i provozu nedocházelo k prokluzování (putování) kroužku. Proto je t�eba kroužek namontovat s dostate�ným p�esahem. Rozeznáváme:

- obvodové zatížení vnit�ního kroužku – kroužek se otá�í vzhledem k zatížení, takže ob�žná dráha je postupn� zat�žována,

104

104

- bodové zatížení vnit�ního kroužku – kroužek se nepohybuje vzhledem ke sm�ru zatížení, ob�žná dráha je nejvíce namáhána v jednom míst�.

Platí zásada, že kroužek s bodovým zatížením m�že být uložen posuvn�, kroužek s obvodovým

zatížením musí být uložen vždy pevn�. Drsnosti povrchu úložných ploch pro ložiska bývají podle p�esnosti uložení velikosti pr�m�ru od 0,4 do 3,2 µm.

12.3.4. Výpo�et valivých ložisek Valivá ložiska mohou být zatížena:

105

105

1. dynamicky – ložisko se otá�í (pro výpo�et je rozhodující trvanlivost ložiska)

2. staticky – ložisko je zatíženo v klidu nebo kývavém pomalém pohybu (pro výpo�et jsou

rozhodující trvalé deformace na funk�ních plochách ložiska).

106

106

Postup výpo�tu valivého ložiska: Zadáno: druh a velikost zatížení Fr, Fa, L10 a provozní požadavky, kde L10 – trvanlivost ložiska (v hod.

nebo milionech otá�ek).

1. z tabulky ode�teme hodnoty koeficient� radiálního p�íp. axiálního zatížení X (X0), Y(Y0)

Pro dynamické zatížení radiálního kuli�kového ložiska:

2. Vypo�ítáme dynamické ekvivalentní zatížení

- pro radiální ložisko: arr FYFXP ⋅+⋅= [N]

- pro axiální ložisko: aa FP = [N]

- pro axiální soude�kové ložisko: raa FFP 2,1+= pro ar FF 55,0≤

3. Vypo�ítáme únosnost ložiska

107

107

36

10

103600⋅⋅

⋅=nL

PC hrr kde n [s-1] a L10h [hod]

pokud je trvanlivost zadána v mil. otá�ek platí p�evod:

3600106

1010 ⋅⋅=n

LL h [hod]

Pro statické zatížení radiálního kuli�kového ložiska:

4. Vypo�ítáme statické ekvivalentní zatížení - pro radiální ložisko: 00000 arr FYFXP ⋅+⋅= [N]

- pro axiální ložisko: 00000 ara FYFXP ⋅+⋅= [N]

5. Vypo�ítáme sou�initel s0 bezpe�nosti ložiska p�i statickém zatížení:

r

r

PC

s0

00 = nebo

a

a

PC

s0

00 = s0 = 1 až 1,5

Statickou únosnost C0r, C0a konkrétního ložiska ode�teme v tabulkách nebo v katalogu ložisek. P�íklady výpo�t�. 1. Navrhn�te kuli�kové ložisko na �ep o pr�m�ru 50 mm; radiální zatížení Fr = 5 000 N, otá�ky n = 25 s-1, trvanlivost L10h = 15 000 h. arr FYFXP ⋅+⋅= , Fa = 0 →Y . Fa = 0, X = 1 Pr = Fr = 5 000 N

NshnL

PC hrr 55260

1036002515000

500010

36003

6

1

36

10 =⋅⋅⋅=⋅⋅

⋅=−

Podle ST použijeme ložisko 6410, které má dynamickou únosnost Cr = 67 000 N, což vyhovuje. 2. Navrhn�te kuli�kové ložisko na �ep o pr�m�ru 50 mm; radiální zatížení Fr = 5 000 N, axiální zatížení Fa = 3 000 N; otá�ky n = 10 s-1, trvanlivost L10h = 15 000 h. P�edpokládáme, že m�že být op�t použito ložisko 6410, pro které C0 = 52 000 N, C = 67 000 N.

arr FYFXP ⋅+⋅= , z tabulky najdeme:

�����������������

�����

�

� =�== ; 6,050003000 ==

NN

FF

r

a > e � X = 0,56; Y = 1,7

Takže: �� ��������������������� =⋅+⋅= ,

��������

��������������� ��

��

������� �

�

�

��

����� =⋅⋅⋅=

⋅⋅⋅=

−

< 67 000 N

(pro ložisko 6410) , takže m�že být použito i v tomto p�ípad�, kdy k radiálnímu p�istoupilo i axiální zatížení.

108

108

Zadání p�íklad� 1. Vypo�t�te trvanlivost radiálního kuli�kového ložiska 6212, které má p�enášet radiální sílu Fr = 4 kN a osovou sílu Fa = 1,25 kN; otá�ky n = 500 min-1. 3. Navrhn�te jedno�adé kuli�kové ložisko pro pr�m�r h�ídelového �epu d = 75 mm; otá�ky n = 15,3 s-1; zatížení ložiska: Fr = 10,5 kN, Fa = 3,28 kN ; požadovaná trvanlivost L10h = 15 000h. 4. Zkontrolujte navržené ložisko 6311 (Co = 41,5 kN, C = 55 kN) pro dané zatížení: Fr = 4 270 kN, Fa = 1 200 kN, otá�ky n = 16 s-1, trvanlivost: L10h = 20 000 provozních hodin. Zd�vodn�te, zda by se dané ložisko dalo nahradit ložiskem 6211. 12.4. Kluzná a valivá vedení

Vedení je za�ízení pro spojení sou�ástí, které umož�ují vzájemný posuvný pohyb. Podle druhu vzájemného styku mezi pohybujícími se sou�ástmi rozeznáváme tato vedení:

- kluzná (válcová nebo hranolovitá - valivá. Vedení se vyskytuje ve strojírenství nej�ast�ji u obráb�cích stroj�, �asto se však používá i

v elektrotechnice, p�esné mechanice, p�ístrojové technice atd.

12.5. Mazání, provoz, údržba ložisek 12.5.1. Mazání ložisek

109

109

Mazáním se snižuje t�ení a zárove� odvádí teplo z ložiska. Používají se tyto druhy maziv:

110

110

- kapalná maziva – nej�ast�ji se používají minerální oleje vyráb�né z ropy. Mají dobré mazací vlastnosti, odvád�jí teplo, snadno se �istí usazováním nebo filtrací, snadno se kontroluje jich objem, ale je nutné jejich t�sn�ní; nezabrání totiž vniknutí prachu a vlhkosti do sk�ín�, - plynná maziva – používají se p�i vysokých otá�kách (až 105 min-1) a teplotách, kdy se kapalné mazivo odpa�í nebo rozloží, nebo když je vylou�eno zne�išt�ní olejem. Uplat�uje se p�edevším vzduch a CO2 a jako kluzné dvojice se využije ocel/ocel a ocel/bronz. - plastická maziva (mazací tuky) – jsou konzistentní sm�sí z minerálních olej�, vody a mýdla. Mají t�snící ú�inky, neodst�ikují, jsou únosn�jší, odoln�jší proti vod� a korozi, mají malou spot�ebu a sta�í nepatrná obsluha. Nevýhodou je však v�tší t�ení, ne�istoty z�stávají v mazivu – ot�ry. Lze je použít jen do ur�itých teplot a obtížn� se kontroluje nápl�.

111

111

- tuhá maziva – uplat�ují se tam, kde není možno použít kapalná nebo plastická maziva (ve vakuu, v nep�ístupných místech, p�i extrémn� vysokých teplotách). Nej�ast�ji se používá p�írodní krystalický grafit a sirník molybdeni�itý. 12.5.2. Provoz a údržba Složit�jší velká strojní za�ízení mají ob�hové mazací soustavy se samo�inným mazáním a pojistné zabezpe�ovací za�ízení. Tyto soustavy jsou velmi spolehlivé, takže vyžadují pouze ob�asnou kontrolu a pravidelné dopl�ování maziva a �išt�ní �isti��. Kluzná ložiska se renovují vyléváním pánví ložiskovým kovem a jejich jemným vyvrtáním, nebo vým�nou ložiskových pánví. Vhodn� zvolená a správn� namontovaná valivá ložiska nevyžadují až na pravidelné domazávání tém�� žádnou obsluhu. 12.6. Ut�sování ložiskových prostor� K ut�s�ování ložiskového prostoru se používají t�sn�ní dotyková, bezdotyková a kombinovaná. Nevhodným ut�sn�ním dochází k velkým ztrátám maziva, a tím obvykle k zad�ení a poškození, pop�. zni�ení ložiska. a) dotyková (t�ecí) t�sn�ní – t�ecí ú�inek je vyvolán p�itla�ením t�snícího prvku k t�sn�né ploše. Vhodnost jednotlivých druh� t�ecího t�sn�ní, pot�ebná jakost a tvrdost povrchu protisou�ásti závisí p�edevším na obvodové rychlosti. Dotyková t�sn�ní jsou ú�inná a jednoduchá, ale zp�sobují zna�né t�ení.

112

112

Nejjednodušší je plst�ný kroužek, vhodný k ut�sn�ní plastického maziva pro teploty - 40 až + 80°C a rychlosti otá�ení v ≤ 5 m.s-1. Nejpoužívan�jší jsou h�ídelové t�snící kroužky (GUFERO). Používají se pro teploty do 100°C, v ≤ 10 m.s-1. H�ídel v míst� kroužku musí mít tvrdost HRC 45, pro obvodovou rychlost více než 7 m.s-1 tvrd� chromován a drsnost povrchu Ra ≤ 3,2 µm.

b) bezdotyková t�sn�ní – využívá t�snící schopnosti úzké spáry, která m�že být radiální, axiální nebo kombinovaná. Nem�že zde dojít k opot�ebení vlivem t�ení, a proto je toto t�sn�ní možno použít pro vysoké otá�ky a r�zné teploty (u turbín). Provád�jí se jako št�rbinová a labyrintová t�sn�ní.

113

113

c) kombinovaná t�sn�ní Mají zvýšenou t�snící ú�innost oproti jednotlivým p�edchozím druh�m t�sn�ní.

13. SPOJKY 13.1. Charakteristika, rozd�lení a použití spojek H�ídelové spojky slouží k trvalému nebo do�asnému spojení nebo rozpojení h�ídel� bez zm�ny jejich vzájemného smyslu otá�ení a p�evodového pom�ru a k p�enosu to�ivého momentu. Všeobecn� se h�ídelová spojka skládá z �ásti hnací, hnané a spojovací, tvo�ené strojními sou�ástmi nebo i jinými látkami (nap�. kapaliny, prášek, magnetické pole atd.), které p�enášejí to�ivý moment z hnací �ásti na hnanou �ást.

S ohledem na hospodárnost se �ásti spojek vyráb�jí odléváním ze šedé litiny nebo oceli na odlitky, pop�. jako ocelové výkovky. Z bezpe�nostního hlediska musí být všechny rotující a vy�nívající �ásti spojky zakryté, ostré hrany zkosené nebo zaoblené. Nej�ast�jší využití spojek:

- trvalý spoj dvou h�ídel�, - usnadn�ní výroby a dopravy h�ídel� libovolné délky, - p�enos to�ivého momentu mezi h�ídeli i tehdy, jestliže tyto nejsou v jedné ose, - vyrovnávání malých odchylek souososti, - vyrovnání tepelné dilatace, - ochrana hnacích mechanizm� a strojního za�ízení tlumením ráz� nebo ochrana proti p�etížení - plynulý rozb�h stroj� atd.

114

114

115

115

13.2. Neovládané spojky Jsou vždy provedeny jako spojky mechanické. 13.2.1. Nepružné spojky

TRUBKOVÁ SPOJKA – na konce h�ídel� se nasune dutý válec a upevní se klíny s nosem, kolíky nebo šrouby. Vy�nívající �asti je nutno zakrýt. Je to jednoduché a levné spojení s tvarovým nebo silovým stykem (podle spojovací sou�ásti). Montáž vyžaduje osové posunutí h�ídele nebo d�lená ložiska.

KORÝTKOVÁ SPOJKA – je v rovin� osy h�ídele d�lená. Spojení h�ídele se spojkou je silovým stykem, to�ivý moment se p�enáší t�ením. Používá se ke spojení transmisních h�ídel�. Montáž spojky je snadná, bez osového posuvu h�ídel�.

PÍRUBOVÁ (KOTOU�OVÁ) SPOJKA– vyrábí se d�lená v rovin� kolmé k ose h�ídele.

116

116

To�ivý moment se p�enáší silovým stykem nebo se �ásti spojky spojují pomocí lícovaných šroub�. Hodí se k p�enosu velkých výkon� a umož�uje spojení h�ídel� r�zných pr�m�r�. Montáž vyžaduje posuv h�ídele nebo d�lená ložiska. 13.2.2. Vyrovnávací spojky Tyto spojky dovolují posuv spojovaných h�ídel� ve sm�ru osy h�ídele (axiální posuv), nap�. vyrovnání tepelné dilatace. V�le mezi jednotlivými díly hnané a hnací �ásti spojky umož�uje menší radiální a úhlové odchylky.

13.2.3. Pružné spojky Spojovacím �lenem t�chto spojek je jeden nebo více pružných �lánk�, které se vyráb�jí z pružinové oceli, pryže, k�že nebo plast�. Pružné spojky tlumí rázy tím, že �áste�n� pohlcují energii rázu pružnými �lánky a m�ní ji v�tšinou v tepelnou energii, �áste�n� též na deforma�ní práci. Spojovací �lánky svou pružností p�ipoušt�jí i malé axiální pohyby a úchylky souososti h�ídel�.

• Spojky s kovovými �leny

117

117

�leny mohou být šroubovité, tvarové nebo listové pružiny, ocelová pouzdra, jehly nebo vlnovcovité membrány.

PRUŽNÁ SPOJKA SE ŠROUBOVITÝMI PRUŽINAMI – je spojka se silovým i tvarovým

stykem. Pracuje jako pružná p�i obvodové síle v�tší než je p�edp�tí pružin. P�i p�ekro�ení maximální dovolené síly pružiny pracuje jako spojka nepružná.. Použití: u obráb�cích a textilních stroj�.

PRUŽNÁ SPOJKA S HADOVITÝMI PRUŽINAMI – pracuje s tvarovým stykem. P�i zatížení a p�etížení se pružina deformuje. Pružina a drážky se navrhují tak, aby i p�i p�etížení pružina dosedla jen na t�etinu plochy zubu. Použití: pro pohon s rázy a p�enos velkých to�ivých moment�, nap�. u válcovacích stolic.

118

118

• Spojky s nekovovými �leny

�leny mohou být pryž, k�že a plasty ve tvaru �ep�, k�že, pouzder, hranol�, obru�í, kotou�� atd.

Pružná spojka s nekovovými pouzdry (�epová) –pracuje s tvarovým stykem. Má tichý chod a je vhodná pro menší a st�ední to�ivé momenty. Pružná obru�ová spojka – pracuje také s tvarovým spojením. Umož�uje pom�rn� velké vyosení a axiální posuv. 13.3. Ovládané spojky 13.3.1. Mechanicky ovládané spojky

• Výsuvné spojky – umož�ují spojení a rozpojení hnacího a hnaného h�ídele v klidu nebo za chodu.

ZUBOVÉ SPOJKY – zasouvají se za klidu (nap�. u obráb�cích stroj�). Ve spojení s kuželovou t�ecí spojkou se �asto používají u p�evodovek motorových vozidel jako synchroniza�ní zubové spojky.

TECÍ SPOJKY – se zapínají za chodu. Podle tvaru t�ecích ploch mohou být:

- lamelové – spoj se silovým stykem. P�i malých rozm�rech p�enášejí velký to�ivý moment. Jsou-li lamely ocelové, spojka pracuje s olejovou náplní. Suché spojky mají ocelové lamely vyst�ídané lamelami s obložením. Použití: obráb�cí a textilní stroje, motocykly apod.

- kuželové – pro malý to�ivý moment (nap�. u synchroniza�ních spojek). - kotou�ové – spojka zajiš�uje plynulý rozb�h hnaného h�ídele a proto se používá v motorových

vozidlech (obr. str. 119).

119

119

13.3.2. Elektricky, hydraulicky a pneumaticky ovládané spojky, elektrické spojky

Výsuvné spojky �azené hydraulicky nebo pneumaticky – používají pro ovládání kapalinu nebo plyn. Mají podobnou konstrukci.

Výsuvné spojky �azené elektromagneticky – mohou být kotou�ové, lamelové a zubové.

Nej�ast�ji se používají jako �adící u obráb�cích stroj�.

Ovládané elektrické spojky – jejich mechanické �ásti se nestýkají, hnací a hnaný �len jsou od sebe odd�leny vzduchovou mezerou. Vazbu mezi nimi zajiš�ují jejich magnetická pole. 13.4. Samo�inné mechanické spojky Spojují nebo rozpojují h�ídele bez zásahu obsluhy. 13.4.1. Rozb�hové spojky Jsou to spojky s automatickým zapínáním odst�edivou silou. Umož�ují rozb�h stroje bez zatížení a zapínají se až p�i p�edem stanovených otá�kách. Kdyby se totiž spojil hnací stroj s hnaným již p�i nízkých otá�kách (tedy p�i rozb�hu), musel by být p�edimenzovaný a b�hem provozu by nebyl pln� využit. Spojky s ne�ízeným záb�rem mají spínací elementy ve tvaru závaží unášených kolíky nebo výstupky na hnacím náboji.

120

120

13.4.2. Volnob�žné spojky P�enášejí to�ivý moment pouze v jednom smyslu. P�sobí jako nepružné spojky, pokud hnací �ást p�edbíhá hnanou, a naopak spojení se p�eruší, jestliže hnaná �ást p�edbíhá hnací – spojka je pak volnob�hem. Nejjednodušším typem jsou kuli�kové a vále�kové volnob�žné spojky.

13.4.3. Pojistné spojky Zamezují p�etížení stroj�, p�i p�ekro�ení dovoleného to�ivého momentu se samy vypínají porušením pojistného elementu nebo prokluzem hnané a hnací �ásti spojky. POJISTNÁ SPOJKA S AXIÁLNÍM STIŽNÝM KOLÍKEM – je to spojka s tvarovým stykem. Dva kotou�e jsou spojené st�ižnými kolíky, které se vkládají do kalených pouzder. Kolíky jsou ocelové hladké nebo rýhované (normalizované). P�i p�etížení se kolíky p�est�ihnou. Nevýhodou jsou ztrátové �asy nutné pro vým�nu kolík�. Dají se použít i pro velké to�ivé momenty. POJISTNÉ TECÍ KUŽELOVÉ, KOTOU�OVÉ A LAMELOVÉ SPOJKY – mají silový styk. P�i p�ekro�ení dovoleného to�ivého momentu za�ne spojka prokluzovat. KULI�KOVÁ POJISTNÁ SPOJKA – je vybavena v�tším po�tem kuli�ek zatížených pružinami, �áste�n� zapadajících do zahloubení v druhé �ásti spojky. Výroba je snadná a levná.

121

121

13.5. T�ecí dvojice spojek (platí i pro brzdy – viz. následující kapitola)

Konstruk�ní díly, které tvo�í t�ecí dvojici spojek a brzd, jsou lamely, kotou�e, bubny, �elisti a pásy. Pro docílení velkého sou�initele t�ení a dlouhé životnosti se jeden dílec z dvojice opat�uje t�ecím obložením, a to bu� p�inýtovaným, anebo p�ilepeným (což je dnes více používané).Ocelové t�ecí plochy se brousí na Ra = 0,1 µm nebo se lapují.

Používají se tyto t�ecí dvojice:

- organické obložení – ocel nebo litina – jako obložení se d�íve používal azbest, protože je zdravotn� závadný, nové druhy t�ecích materiál� ho již neobsahují. Bezazbestový t�ecí materiál obsahuje krátká sklen�ná vlákna, olejivzdorný kau�uk, syntetickou prysky�ici a t�ecí p�ísady ve form� kovového prachu (d�íve Ferdo).

- kovokeramické obložení – ocel nebo litina –kovokeramický materiál je mnohosložkový.

Vyrábí se smícháním prášk� kov� (Cu, Fe, Mg, Pb, Sn) a nekovových složek (SiO2, Al2O3, grafit atd.).

- papírové obložení – ocel – t�ecí materiál na bázi celulózy je ur�en jen pro spojky vydatn�

mazané. Zvláš� vhodné je pro �adící spojky p�evodovek vozidel, které pak p�i �azení i po sepnutí nem�ní Mt a jízda je tak plynulá.

- ocel – ocel – používá se u lamelových spojek �azených elektromagneticky se sadou lamel

protékanou magnetickým tokem. 13.6. Výpo�et spojky 13.6.1. Ur�ování velikosti h�ídelových spojek Vhodný druh h�ídelové spojky se volí tak, aby funk�ní vlastnosti vyhovovaly provozním vlastnostem i podmínkám a funkci hnacího i hnaného stroje. Velikost spojky se stanoví podle velikosti p�enášeného to�ivého momentu a dynamických ú�ink� spojovaných stroj�, s p�ihlédnutím k jejich vzájemnému p�sobení. Tento zp�sob se nepoužívá pro pojistné spojky!!!!

122

122

123

123

124

124

1. P�i volb� velikosti spojky s používá tzv. provozní sou�initel – K, který se vyhledá podle druhu hnacího stroje a skupiny hnaného stroje v tab. na str. 124, 125, 126. 2. Potom se vypo�ítá výpo�tový to�ivý moment spojky – Mv, který se porovnává se jmenovitým to�ivým momentem spojky Mt:

tkv MnPKP

KMKM ≤⋅⋅=⋅=⋅=

πω 2 kde je

Mk - jmenovitý to�ivý moment hnacího stroje (N.m) P - p�enášený výkon (W) ω - otá�ky (s-*1) n - otá�ky (s-1) Zadání p�íkladu Máme dánu �epovou spojku pro spojení odst�edivého �erpadla s h�ídelem elektromotoru s kotvou naprázdno. Dáno: p�íkon �erpadla P = 22 kW a jeho otá�ky n = 24 s-1. Provete: a) vypo�et pr�m�ru konce h�ídele, b) ur�ení provozního sou�initele a výpo�tového momentu spojky, c) volbu pružné �epové spojky BKN dle tabulky, str. 125

125

125

Pružné (vyrovnávací axiální spojky s nekovovými pouzdry BKN - Výb�r z normy

13.6.2. P�íklad výpo�tu pružné spojky se st�ižným kolíkem

Navrhn�te pojistnou spojku se stižným kolíkem pro spojení míchacího za�ízení s hnacím ústrojím (elektromotor + p�evodovka). P�est�ižení kolíku má nastat p�i p�etížení elektromotoru o 5 %. Zadané hodnoty:

- výkon elektromotoru Pelm = 1,5 W - otá�ky výstupního h�ídele z p�evodovky n = 4 s-1 - ú�innost p�evodovky η = 98 %

- výkon na h�ídeli p�evodovky η = Pp� / Pelm , Pp� = 1,5 kW . 0,98 = 1 470 W - maximální výkon pro k = 1,05,

Pmax = k . Pp� , Pmax = 1,05 . 1 470 = 1 543,5 W - kroutící moment

NmsW

nP

M k 4,61425,1543

2 1max =

⋅⋅=

⋅⋅= −ππ

- výpo�et pr�m�ru h�ídele

volíme materiál h�ídele 11 600, pro který τDk = 50 MPa, Dkk

kk W

M ττ ≤= , 16

3dWk

⋅= π

P�edb�žný pr�m�r h�ídele:

mmNmmM

dDk

m 4,1850

61400161633 =

⋅⋅=

⋅⋅

=πτπ

126

126

Pro skute�ný pr�m�r h�ídele musíme p�edb�žný pr�m�r zv�tšit o hloubku drážky pro t�sné pero na konci h�ídele dle ST str. 214 , volíme PERO 6 * 6 * lp �SN 02 2562, pro které t = 3,5 mm t = 3,5 mm ´ ∅D ∅d D = d + t = 18,4 + 3,5 = 21,9 mm Dle ST, str.255 (Válcové konce h�ídel�) volím pr�m�r na konci h�ídele D = 22 mm - p�edb�žná volba rozte�ného pr�m�ru (stanovení polohy kolíku) Ds = 2,4 až 2,8 . D, DS = 2,7 . 22 = 59,4 mm, volíme DS = 60 mm - st�ižná síla p�sobící na kolík

Nmm

NmmDM

Fs

ks 7,2046

606140022 max =⋅=

⋅=

- p�edb�žný výpo�et kolíku materiál kolíku 11 600, míjivé zatížení, Rm = 600 MPa, st�ihové nap�tí: τ PS = 0,8 . 600 = 480 MPa

SFs

Ps =τ , 4

2kd

S⋅

=π

mmMPa

NFd

Ps

sk 3,2

4807,204644

=⋅⋅=

⋅⋅

=πτπ

Volíme normalizovaný kolík dle ST KOLÍK 2 x 30 �SN ISO 2333 - výpo�et skute�né obvodové síly p�enášené normalizovaným kolíkem

2

4

k

soPs d

F⋅⋅

=π

τ , NmmMPad

F kPsso 1508

42480

4

222

=⋅⋅=⋅⋅

= πτπ

- výpo�et skute�né polohy normalizovaného kolíku

′⋅= ssok DFM max , mmNNmm

FM

Dso

ks 4,81

15086140022 max =⋅=

⋅=′

Rozm�ry pouzdra volím dle tab.:

127

127

- kontrola kolíku na otla�ení v pouzd�e volíme délku kolíku lk = 24 mm, materiál kolíku 11 600, pD = 63 MPa.

MPammmmN

ldF

pkk

sok 8,62

242150822

=⋅

⋅=⋅

⋅= < pD � vyhovuje

- kontrola otla�ení mezi pouzdrem a kotou�em spojky Pro materiál pouzdra volím ocel ur�enou pro kalení 12 060, pro který pD = 90 MPa, materiál kotou�� spojky 11 600, pD = 63 MPa.

Dp

sop p

ldF

p ≤⋅

=1

, MPammmm

Np p 6,12

12101508 =

⋅= < pD � vyhovuje

- výpo�et obvodové síly v míst� uložení pera

NNmm

NmmD

MF k

op 55828,558122

6140022 max ≈=⋅=⋅

=

- návrh délky t�sného pera

Materiál pera: ocel 11 600, míjivé zatížení, pD = 90 MPa, t1 = 2,9 mm (ST, str. 214)

mmmmmmMPatp

Fl

D

op 458,429,290

558222

1

≈=⋅

⋅=⋅

⋅=

128

128

14. H�ÍDELOVÉ BRZDY 14.1. Ú�el, rozd�lení H�ídelové brzdy mají u rotujících h�ídel� a s nimi spojených strojních sou�ástí otá�ky omezit, snížit nebo zcela zastavit rotaci, pop�. udržet v klidu, nebo také zat�žovat hnací stroje brzdícícím momentem Mb.

14.2. Mechanické h�ídelové brzdy Všechny mechanické brzdy jsou t�ecí. Nej�ast�ji se tyto brzdy uvád�jí v �innost pružinami a odbrz�ují mechanicky, elektricky, hydraulicky nebo pneumaticky. Pro zvýšení brzdícího momentu a životnosti se funk�ní plochy brzd opat�ují t�ecím obložením. Bržd�ním se kinematická energie m�ní v teplo. 14.2.1. �elis�ové brzdy

Jedno�elis�ová brzda 1 – brzdová páka 2 – brzdová �elist 3 – brzdový buben F – brzdná síla na páce Fn – p�ítla�ná (normálová) síla �elisti na brzdný buben Ft – t�ecí síla na obvod� bubnu Fo – obvodová síla G – tíha spoušt�ného b�emene R1 – polom�r kladky R2 – polom�r brzdného bubnu a, l - délky ramen na páce

Mechanické Proudové Elektrické

�elis�ové

pásové

kuželové

kotou�ové

lamelové

hydraulické

pneumatické

BRZDY

130

130

V praxi se �ast�ji používají dvou�elis�ové brzdy, protože jedno�elis�ové namáhají bržd�ný h�ídel na ohyb. Mohou být s vn�jšími �elistmi, zejména u zdvihadel a zemních stroj�, nebo s vnit�ními �elistmi u vozidel (bubnové brzdy). Dvou�elis�ové brzdy vn�jší mohou mít �elisti pevné, �ast�ji však voln� oto�né v patkách. Na obr. je grafické �ešení síly F na páce pot�ebné pro ubržd�ní b�emene G. Brzdící moment v obou smyslech otá�ení:

22 Di

MFDiFM b

b ⋅⋅⋅=�⋅⋅⋅⋅=

ηµηµ , kde

adtlcs

i⋅⋅⋅⋅=

Sou�initel t�ení a dovolený tlak viz. následující tabulka. V t�žkém provozu, zejména u spoušt�cích brzd, jsou u dovoleného tlaku hodnoty polovi�ní.

131

131

Brzdy se zapínají závažím nebo pružinami. Pro odbrz�ování se u závaží používal elektromagnet, který zvedal závaží. Dnes se používají elektrohydraulické odbrzova�e, které mají m�kký a bezhlu�ný záb�r. Zadání p�íklad� 1. Vypo�t�te tíhu závaží F dvou�elis�ové brzdy zdvihacího ústrojí mostového elektrického je�ábu nosnosti 20 tun (dle obr. str. 131). Výkon elektromotoru P = 10,7 kW; otá�ky n = 13,3 s-1; sou�initel t�ení µ = 0,4; pr�m�r brzdového kotou�e D2 = 300 mm; bezpe�nost k = 1,33; a = 200 mm; d = 80 mm; l = 400 mm; c = t = 100 mm; s = 500 mm. [F = 116 N]. 2. Dvou�elis�ová brzda zdvihacího ústrojí je�ábu je zatížena závažím o hmotnosti m = 15 kg. Vypo�t�te a) p�ítla�nou sílu �elisti na kotou�; b) brzdící moment, je-li µ = 0,3. [a) 1 575N, b) 142 N.m]

14.2.2. Špalíkové brzdy

132

132

Jsou p�evážn� kolové. Špalíky voz� bývají z topolového d�eva, u železni�ních vagón� a lokomotiv z litiny. Brzdy jsou ovládány vzduchovým brzdovým válcem, od n�hož se brzdná síla p�enáší na špalíky soustavou táhel a pák. 14.2.3. Pásové brzdy - jednoduchá pásová brzda –používá se pro jeden smysl otá�ení zejména u ru�ních zdvihadel, - diferenciální pásová brzda – stejn� jako jednoduchá se používá pro jeden smysl otá�ení pouze u ru�ních zdvihadel (její záb�r je rázový). Její výhodou je, že lze brzdit pom�rn� malou silou velký kroutící moment, - sou�tová pásová brzda – používá se pro oba smysly otá�ení, zabírá klidn�ji než brzda jednoduchá nebo diferenciální.

133

133

kde 1 - brzdový buben 2 – brzdový pás 3 – brzdová páka se závažím α - úhel opásání v obloukové mí�e ( °°⋅= 180/απα ) Fs1 – tah v pásu na stran� nabíhající (N) Fs2 - tah v pásu na stran� sbíhající (N) a, b, l – délky f = µ = t�ecí sou�initel e – základ p�irozeného logaritmu (e ≅ 2,718) Zadání p�íklad� 1 Jaká hmotnost závaží bude t�eba k ubrzd�ní elektrického navijáku na 10 tun, opat�eného sou�tovou pásovou brzdou? Výkon elektromotoru je 9 kW; n = 15,6 s-1; pr�m�r brzdícího bubnu 300 mm; sou�initel t�ení µ = 0,3, úhel opásání α = 240°; délka páky závaží l2 = 500 mm; 11 = l3 = 100 mm. [21,9,kg]. 2. Diferenciální pásová brzda má ubrzdit kroutící moment Mk = 60 N.m. Pr�m�r brzdového kotou�e D = 200 mm, rozm�ry páky: a = 160 mm, b = 40 mm l = 1 m; úhel opásání α = 230°. Volte ocelový pás bez obložení, pro který µ = 0,15, k = 1,2. Vypo�ítejte tíhu závaží na konci páky. [75,4 N] 14.2.4. Kuželové brzdy Používají se u ru�ních kladkostroj�. Poklesu b�emena brání rohatka se západkou a kuželová brzda, umíst�ná na h�ídeli šneku v rohatce. Brzda je automatická, protože brzdná síla se zv�tšuje úm�rn� velikosti b�emene. Na stejném principu jsou založeny talí�ové brzdy.

134

134

14.2.5. Kotou�ové brzdy

Používají se u moderních automobil� a motocykl�. K bržd�ní se využívá t�ecí kotou�, a to s jednou nebo dv�ma �elními plochami. Brzdící desti�ky jsou opat�eny organickým nebo kovokeramickým t�ecím obložením. Pro ovládání brzdy se nej�ast�ji využívá elekt�ina nebo tlaková tekutina. 14.3. Hydrodynamické h�ídelové brzdy

135

135

Používají se zejména na dlouhodobé zat�žování motor� ve zkušebnách. Je proto ú�elné, aby ztráty v brzd� byly co nejv�tší. Stator i rotor brzdy jsou opat�eny nap�. kolíky, které proud�ní v brzd� co nejvíce znesnadní. Všechna energie zma�ená v brzd� se p�em��uje v teplo. Brzda se proto chladí tím, že kapalina v ní neustále cirkuluje mezi chladi�em a brzdou. Podle stupn� napln�ní vnit�ního prostoru brzdy protékající kapalinou se vytvo�í p�i otá�ení rotoru prstenec r�zné hustoty, kterému lopatky (hroty) kladou odpor. Vytvá�í se tak reak�ní brzdící moment, který se zjiš�uje m��ením tlakové síly na konci výkyvného ramene (viz. obr.). 14.4. Elektrické brzdy Jsou to brzdy induk�ní, u kterých se nej�ast�ji využívají ví�ivé proudy. Vzájemným p�sobením magnetických polí vinutí a rotoru dochází k jeho bržd�ní. 14.5. Ovládání brzd �elis�ové a pásové brzdy – síla pot�ebná k ovládání brzdové páky m�že být vyvozena rukou, nohou, závažím, pružinou, pohybovým šroubem nebo odst�edivou silou.

Brzda m�že být uspo�ádána tak, že je v základním postavení trvale zabržd�na nebo trvale odbržd�na. Pokud se použije dálkové ovládání p�enos síly m�že být mechanický, hydraulický, pneumatický nebo elektrický.

Hydraulický p�enos se používá u brzd automobil�. Sešlápne-li �idi� pedál brzdy, stla�uje píst

v hlavním brzdovém válci brzdovou kapalinu, která se potrubím rozvádí do brzdových vále�k� jednotlivých kol vozu. Kapalina odtla�uje ve vále�cích písty brzdových �elistí. Po uvoln�ní pedálu se �elisti vracejí nazp�t p�sobením pružiny. Do hlavního válce se kapalina dopl�uje z výše položené nádobky. U brzd pneumaticky ovládaných se používá stla�ený vzduch ze zásobníku, kam se dopravuje kompresorem. Pneumatické ovládání je obvyklé u vlakových brzd, u nákladních automobil�, autobus� atd. Pro zvýšení bezpe�nosti a provozní spolehlivosti (kapalinové nebo vzduchové potrubí brzd se m�že ve spojích uvolnit, prasknout, prod�ít) se u moderních automobil� (zejména nákladních a autobus�) používají dvoukruhové brzdy. Jeden z okruh� hlavního brzdového válce ovládá brzdy kol p�ední nápravy, druhý ovládá brzdy kol zadní nápravy. Brzdová kapalina nebo stla�ený vzduch se dopl�ují do každého okruhu samostatn�.

136

136