Doporučení aplikovaného strojírenství k používání spojovacích hřídelí

Následující informace jsou myšleny zejména jako pomoc pro konstruktéry a projektanty k vývoji optimálních provozních podmínek pro jakékoliv zamýšlené použití spojovacích hřídelí a tím k dosažení perfektní funkční spolehlivosti a prodloužené životnosti hnacího uspořádání. Často je ve fázi projektování možné usnadnit začlenění universálního pohonu jako standardního typu, nejčastěji potřebného z důvodů účinnosti. Rádi bychom vám poradili se všemi vašimi problémy týkající se pohonů.

Úhel ohybu a životnost

Charakteristickým rysem universálního spoje je jeho schopnost přenášet rotační pohyb prostřednictvím konstantního nebo měnícího se úhlu ß. Úhly ohybu uvedené na listu rozměrů mohou být bezpečně dosaženy tam, kde si jejich použití vyžadují zvláštní okolnosti. Všeobecně by mělo být cílem udržovat provozní úhel ohybu co nejmenší, s ohledem na skutečnost, že užitečná životnost spojů s valivými ložisky je snížena zhruba na polovinu s každými pěti stupni zvýšení úhlu ohybu.

snimek_1

Tam, kde univerzální spoj má ve stejné době úhly v horizontální a vertikální rovině, může být výsledný úhel vypočítán ze složek ßh a ßv nebo může být odečten z grafu, který ve většině případů dává dostatečnou přesnost (Obrázek 1).

 

vzorek_1

Příklad: ßh = 25°, ßh = 15°, ß = 28,3°

 

Kinematika

Universální spoj pracuje podle jistých zákonů kinematiky: S hnací hřídelí při konstantní úhlové rychlosti w1 úhel na spoji se bude periodicky měnit na A2. Tato úhlová rychlost na hnané straně projde dvakrát za jednu otáčku horními a dolními polovinami amplitudy, absolutní počet se progresivně zvyšuje s úhlem ohybu. S konstantním výkonem jsou točivé momenty nepřímo úměrné k úhlovým rychlostem, takže výsledné extrémy pro hnanou hřídel jsou následující:

Tato kinematická nerovnost je kritická, jestliže dvě hřídele umístěné na úhlu ohybu jsou spojeny jedním spojem. Střední část spojovací hřídele umístěná mezi dvěma spoji může také vyvolat chvění v převodu při zrychlení nebo zpomalení. Malé úhly ohybu jsou proto důležité také pro tuto konfiguraci hřídele, zejména v rozsahu vysokých otáček. Proto, aby byl zajištěn hladký chod spojovacích hřídelí a s malým chvěním, měl by výsledek n x ß (otáčky x úhel ohybu) zůstat v rámci empirických mezí.

Pro orientaci:

 vzorec_2

kde m [kg] je hmotnost spojovací hřídele. Tam, kde je použit jeden spoj je nanejvýš důležité kontrolovat, aby úhel diferenciálu s rozdílným otáčením a výsledné setrvačné síly byly uvnitř povolených mezí pro dané použití.

Uspořádání spojovacích hřídelí

Dva spoje umožňují kompenzovat periodické změny úhlové rychlosti jediného spoje. S odvoláním na následující obrázek je toho dosaženo umístěním vnitřních os čepů hřídelí 1, 2 a 3 do jedné roviny, což vytváří stejné úhly obou spojů. Uspořádání Z a M mají stejnou kinematickou hodnotu. (Obrázek 2).

snimek_2

Na druhé straně, homokinetický přenos rotačního pohybu je také možný, když hřídele 1, 2 nebo 3 nejsou v jedné rovině. Shodné prostorové úhly ohybu budou v této situaci potřebné. Toto je případ, jestliže jeden pohled ukazuje tvar M, zatímco druhý je tvar Z. V této situaci musí být spoje otočeny relativně jeden k druhému, dokud osy vnitřního spoje nejsou postaveny v jejich vlastních rovinách ohybu. Tato situace může být použita pouze pro pohony spojovacích hřídelí sestávající z jednoduchých spojů. Standardní universální spoje nejsou v tomto případě vhodné. V zásadě by všechny úhly ohybu na spojovací hřídeli měly být stejné. V některých případech to není možné. Pak by mělo být rozhodnuto, jestli může být zbylý stupeň úhlové nepravidelnosti tolerován. Přesná čísla pro povolený rozdíl mezi úhly ohybu na vstupní (hnací) straně a výstupní (hnané) straně nemohou být stanovena, protože stupeň úhlové nepravidelnosti silně závisí na absolutní velikosti úhlu. Další faktory, které vyžadují, aby byly vzaty v úvahu jsou otáčky a tuhost, tj. koeficient torzní pružiny hnacího systému. Tam, kde spojovací hřídele jsou uspořádány v řadě jedna za druhou, doporučují se následující kombinace:

snimek_3

Pro eliminaci odlišností a chvění s nimi spojenými se za přijatelných okolností doporučuje instalovat jednotlivé spojovací hřídele vzájemně odsazené (90°).

Příčné vířivé otáčky

Každá spojovací hřídel má příčné vířivé otáčky, ke kterým nikdy nesmí dojít během provozu. To závisí hlavně na vzdáleností mezi dvěma spoji a na pevnosti v ohybu použité trubky. Také je to ovlivněno opotřebením a trhlinami na hřídeli, zejména na drážkovém spojení teleskopické části. Nadměrné otáčky způsobí chvění a předčasnou poruchu spojovací hřídele a připojených dílů zařízení. Příčné vířivé otáčky pro spojovací hřídele mohou být vypočítány následovně:

vzorec_3

D = vnější průměr trubky, cm
D = vnitřní průměr trubky, cm
I = vzdálenosti mezi spoji, nebo vzdálenost mezi spojem a mezilehlým ložiskem, cm

Provozní otáčky by neměly překročit 80% vypočítaných kritických otáček, jinak bude aplikace vyžadovat namísto jedné spojovací hřídele uspořádání dvou spojovacích hřídelí s mezilehlým ložiskem, tzv. soupravu spojovacích hřídelí. To zahrnuje jisté požadavky s ohledem na úhel ohybu. Pro doporučení kontaktujte naše inženýry aplikací.

Omezení ve vztahu k délce a otáčkám

Délka trubkových spojovacích hřídelí je omezena otáčkami, za kterými je ohyb pravděpodobný, nebo jednoduše mezemi nastavenými ve výrobě. Největší dosažitelná délka je L = 6000 mm, pro hřídele, které potřebují vyvážení je to L = 4500 mm. Volba větších délek na vyžádání.

Vyvažování spojovacích hřídelí

Pokud nejsou vyžadovány nízké otáčky, jsou spojovací hřídele obvykle vyvažovány dynamicky. Dynamické vyvážení garantuje hladký chod spojovací hřídele, minimalizující zatěžování ložisek způsobené odstředivými silami. V závislosti na specifickém požadavku je vyvažování provedeno ve dvou kvalitativních kategoriích podle DIN ISO 1940. (Obrázek 4.) Kvalita vyvažování Podmínky provozu G16 G40 Spojovací hřídele se speciálními požadavky Spojovací hřídele pro obecné použití

Kvalita vyvažování Podmínky provozu
G16 Spojovací hřídele se speciálními požadavky
G40 Spojovací hřídele pro obecné použití

snimek_4

Ohybový moment mimo provoz

Odchýlení silových čar úhlem ohybu způsobuje příčné síly a ohybové momenty na koncích hřídele, které podpírají spoj nebo spojovací hřídel. K tomuto jevu dochází zejména, když si člověk představí prakticky nepoužitelný úhel ohybu 90°, při kterém se úplný točivý moment jedné hnací vidlice chová jako ohybový moment v druhé vidlici. Pro konce hřídele připojené ke spojovací hřídeli toto vytváří superpozici bočního tahu a ohýbání, které je bez příčných sil. To tedy znamená dodatečné zatížení na ložiskách těchto připojených hřídelí, zejména při vysokých úhlech a točivých momentech, což musí být bráno na zřetel při konstrukci pohonu.

Výběr správné hřídele pro použití

U spojovacích hřídelí používaných pro různé výkony je důležité, aby byla zvolena jejich velikost a předpovězena jejich životnost se spolehlivou přesností s dodržením pouze jednoho všeobecného pravidla. Jinými slovy, důvěrně známá míra pravděpodobnosti poruchy pro valivá ložiska se týká také spojovacích hřídelí.

Velikost spojovací hřídele by měla být zvolena tak, aby její maximální okamžitá zatížitelnost točivým momentem nebyla menší než maximální točivý moment, který má být přenesen ve vaší aplikaci. Navíc by měly být zváženy parametry jako je úhel ohybu, otáčky, délka, provozní podmínky (druh pohonu, teplota, prašnost, atd.). Proto vyhledejte, prosím, náš technický dotazník, abyste nalezli nejlepší volbu pro vaši aplikaci. Domníváte-li se, že jsou nezbytné podrobnější výpočty pro stanovení životnosti, stability, atd., kontaktujte nás, prosím.

Montážní předpisy

Abyste se ujistili, že není zhoršena kvalita chodu a přesné vyvážení spojovací hřídele pro chod připojovacích přírub s nulovou vůlí, doporučujeme tolerance centrování a maximální hodnoty pro radiální a axiální odchylky uvedené v dolní tabulce. (Obrázek 5.)

Otáčky spojovací hřídele [ot/min] Lícování pro d3 Radiální odchylka KR  [mm] Axiální odchylka KR  [mm]
do 500 h8 0,15 0,18
nad 500 do 3000 h7 0,08 0,1
nad 3000 h6 0,05 0,07

 snimek_5

Všechny spojovací hřídele mají základní nátěr na bázi alkaloidu; konečný nátěr může být přizpůsoben. Před montáží spojovací hřídele by veškeré antikorozní nátěry měly být z přírub spojovací hřídele pečlivě odstraněny. Antikorozní činidlo na montážních přírubách spojovací hřídele snižuje přilnavost třením (ne u přírubových třmenů s uspořádáním dvojitých zubů). Na základech kinematiky se ujistěte, že značení délkového posunu přesně odpovídá. Jinak vnitřní třmeny nebudou umístěny v jedné rovině a otáčení způsobí chvění a brzkou poruchu dílů hnacího systému.

Údržba spojovací hřídele

Pohyblivé díly hnací hřídele potřebují mazání v určitých intervalech, odstranění použitého mazadla a cizích látek, jsou-li nějaké, a doplnění mazadla.

Postup údržby

Mazadlo je přiváděno do spojů a kluzného členu kuželovými mazacími hlavicemi podle DIN 71412 nebo plochými mazacími hlavicemi podle DIN 3404. Tam, kde jsou mazací místa na spoji umístěna proti sobě, mazadlo je možné dodávat pouze jednou hlavicí. Zcela se ujistěte, že mazací hlavice je před mazáním čistá. Tuk dojde ke čtyřem ložiskům spoje skrz kanálky ve hvězdici. Dodávejte mazadlo, dokud se neobjeví na ucpávkách. Ložiska spoje dvojitě spojených spojovacích hřídelí jsou mazána maznicemi na spodku ložiskových pouzder. Odstraňte staré mazadlo a naplňte nové podle instrukcí výrobce v příslušném manuálu. Při dodávání mazadla se vyhýbejte tvrdým úderům nebo energickým nárazům, které mohou poškodit ucpávky. Drážkové spojení hřídele délkového posunu spojovacího hřídele vyžaduje regulovanou dodávku mazadla, aby bylo možné se vyhnout hydraulickým silám, které narušují axiální pohyb. Drážková spojení hřídele potažená Rilsanem nevyžadují údržbu.

Mazací tuk

Doporučujeme používat lithiové mýdlové tuky penetrační třídy 2 s aditivy EP pro evropské klima nebo nemrznoucí tuk stejné báze pro použití při teplotách pod –40 °C. Mazadlo by nikdy nemělo být doplňováno mazadlem jiného mýdlového základu.

Harmonogram údržby

Intervaly údržby spojovacích hřídelí závisí hlavně na podmínkách dané aplikace; velké zatížení nebo teplota vyšší než průměrné teploty, vedou např. k rychlejší spotřebě mazadla. Tam, kde je použito vysokotlaké čištění, stává se přemazání nezbytným. Nepříznivé prostředí, velké znečištění nebo vystavování vodě vyžaduje kratší intervaly údržby. V zájmu prodloužené životnosti jsou dále uvedeny doporučené intervaly mazání (hodnoty jsou platné pouze pro použití za normálních podmínek):

Spojovací hřídele Cyklus údržby
V motorových voz. - silniční aplikace 50000 km nebo jeden rok
V motorových voz. - silniční a terénní aplikace 30000 km nebo jeden rok
V motorových voz. - staveniště a výhradně terenní aplikace 10000 km nebo 250 hodin provozu
V kolejových vozidlech 3000 provozních hodin nebo šest měsíců
Ve stacionárních provedeních včetně pojízdných jeřábů 500 provozních hodin

Viz také DIN 15453

EVROPSKÁ UNIE
Evropský fond pro regionální rozvoj
Operační program Podnikání
a inovace pro konkurenceschopnost
název: Inovace výroby kompozitových hřídelí_hybridní kompozit_ML TUNING, spol. s r.o
popis: Projekt je zaměřen na uvedení inovovaného produktu v podobě hřídele z hybridního kompozitu na tuzemský a zahraniční trh. Toho bude dosaženo inovací výrobního procesu, konkrétně pořízením nových výrobních technologií do výrobního závodu v Jablonném v Podještědí.
Tento projekt je spolufinancován Evropskou unií.