A -17. ábra olyan centrifugáli tengelykapcolót mutat, melyben a centrifugáli erő hatáára kifelé mozgó golyók ékpálya-hatá egítégével zorítják öze a urlódótárcát. -17. ábra -18. ábra Analízi 1 A -17. ábrán látható tengelykapcoló működtető rézének vázlatát a -18. ábra mutatja nagyon leegyzerűített é idealizált alakban. Vizgáljuk, hogy a zögebeég függvényében hogyan változik az C centrifugáli erő, a urlódótárcát zorító N erő, a golyóra ható 1 vízzinte é függőlege reakcióerő, a urlódótárca é a nyomólap közötti x távolág, valamint a röpúly (golyó) r keringéi ugara. A folyamat három fázira bontható. 1) Amíg a golyó nem modul (x =0, r = r 0, N =0), addig a centrifugáli erő: C = m r 0 ω. (1) Ekkor 1 = RO,, de 1 = ( C + ) = (m rω + ) = R0, () innen R = (3) R0 mr0ω ) Amikor a golyó (é a nyomólap) mozog (h > x >0), akkor 1 = R = C, így RO + x = m rω, (4) ahol r r r0 x = = (5) A (4) é (5) egyenletből: r0 R0 r = (6) mω illetve r0 mω R0 x = (7) mω A centrifugáli erő, az C = m rω, ahol az r a (6) képlet zerint változik, az 1 = R = R0 + x, ahol az x a (7) képlet zerint változik. (Az termézeteen zéru.) 3) Miután a h hézag eltűnt: r = r 0 + h = r 1. (8) Ezzel a centrifugáli erő: C =mr 1 ω. (9) A nyomólapra ható vízzinte erők egyenúlyából következik, hogy 1 - N R1 = 0, ahol Rl = RO + h (10)
é 1 = m r 1 ω, (11) tehát N = 1 = m r 1 ω R0 + h. (1) A képletek egítégével megrajzolható a három erő változáának é a két elmozdulának a diagramja (-19. ábra). Itt a görbék a jellegzeteégek kidomborítáa érdekében torzítottak, nagyágrendileg nem reáliak További előnyük az ilyen centrifugáli tengelykapcolóknak, hogy hirtelen fékezékor a motor nem fullad le. Kéőbb kézítettek olyan centrifugáli tengelykapcolókat, melyekkel már nehézég nélkül lehetett ebeéget i váltani. Az alapelv mindegyikben ugyanaz: megmaradt a hagyományo tekercrugó a nyomólap zorítáához, a centrifugáli erő cak ezeknek a rugóknak az előfezítéére zolgált. Ilyen megoldát mutat a -0. ábra, amit zintén analizálunk. Analízi A -0. ábra a már imertetett tengelykapcoló (-17. ábra) továbbfejleztett változatának működtető rézletét mutatja. -0. ábra Vizgáljuk, hogy az C (centrifugáli) erő függvényében hogyan változik az R1 é az R rugóerő, a,úrlódótárcát zorító N erő, a golyó r keringéi ugara, a h 1 é a h hézag. Mozgá ninc, míg az C erő nem tudja az R0 rugóerővel megtámaztott fezítő tárcát megmozdítani, azaz míg R0 > C.. (Helye méretezé eetén R0 > R10 ) A zorítólap mozgáa közben (míg R > R10 ): r r0 x = (1) é R0 + x = C () Az (1) é () egyenletből: r = r0 + ( C R0 ), (3) é C x = R0 (4) Ezalatt R1 = R10, R = R0 + x, h = h 0 x, (5) termézeteen h 1 = h 0 é N = 0.
A zorító- é a nyomólap együtte mozgáa közben (míg h 1 > 0) az (1) képlet változatlanul érvénye, de a () képletet ki kell egézíteni az R 1 rugó adataival: R10 + 1 z + RZ0 + (x z) = C. (6) Mivel R = R1, ezért 1 z = (x z) (7) Az (1), a (6) é a (7) képletből: C R 10 x = 1 + 1 1 + R0 (8) A nvomólap N = R R1 = R10 + (x z) R10 + 1 z (14) erővel zorítja a úrlódótárcát. Minden mozgá megáll, amikor a h 1 hézag eltűnik. Ettől kezdve a úrlódótárca zorítáa állandóul: N = R0 + (h h 1 ) R10 + 1 h 1. (15) A képletek egítégével megrajzolható a három erő változáának é a három elmozdulának a diagramja: r = r 0 + x (9) C z = R10 1 R0 (10) A h 1 hézag eltűnée után a () egyenletet imét át kell írni (z = h 0 ): R10 + 1 h 10 + R0 + (x h 10 ) = C (11) Az (1) é a (11) képletből: x = é tg h C α R10 1 10 R0 + h 10 (1) r = r 0 x. (13) -1. ábra Itt a görbék a jellegzeteégek kidomborítáa érdekében torzítottak, nagyágrendileg nem reáliak. Gyakorló példa 1 (Méretezé) A -0. ábra jelöléeit felhaználva állapíta meg a hézagok méretét é a rugóadatokat az alábbi követelmények figyelem bevételével. A b hézag ω = 1, 66/-nél kezdjen cökkenni, ω = 17,4/-nél tűnjön el. Az a hézag ω = 13,71/-nél kezdjen cökkenni. Ekkor a b hézag már,5 mm-rel kiebb legyen. Az a hézag akkor tűnjön el, amikor a b hézag cökkenée elérte a 11, 5 mm-t. Ekkor az C erő éppen 48, 5 N legyen. További adatok: r 0 = 180 mm, m = 1 kg, α = 30
A -. ábra olyan megoldát mutat, melyben a kifelé lendülő röpúlyok nem ékpálya, hanem karok egítégével húzzák be a megtámaztó tárcát, ami a 3 rugók egítégével maga előtt tolja az 1 nyomólapot, ami közeledik a urlódótárcához. Amikor a nyomólap hozzáér a úrlódótárcához, a tárca még tud tovább haladni, mindinkább özenyomva a rugókat. A h hézag megtétele után a tárca felütközik, a rugó nem rövidül tovább, a rugóerő nem nagyobb a hagyományo tengelykapcolóban lévő rugóerőnél: ninc akadálya a nyomólap kiemeléének ebeégváltá céljából. -. ábra A fordulatzám további növekedéével termézeteen a röpúlyokra ható centrifugáli erő i tovább nő, de az cak a tárca felütközéét tezi zoroabbá. Gyakorló példa (Elemzé) A -. ábra kinagyított rézletének (-3. ábra) felhaználáával rajzolja meg diagramban az C erő függvényében négy erő ( 1,, R 1, R ) alakuláát 0 < C < 4 kn határok között. Az egyzerűég kedvéért az a zöget tekinte állandónak (a = 45 ). Adatok (a zemléleteég érdekében nem reáliak, torzítottak): -3. ábra a = 10 mm b = 0 mm, R10 = 00 N, 1 = 0 N/mm R0 = 0 N, = 80 N/mm. A -4. ábra zintén olyan megoldát mutat, melyben a kifelé haladó röpúlyok a rugókat a nyomólap irányában rövidítik meg. A röpúly itt i megáll a h távolág megtétele után, a nyomólapot zorító rugóerő tehát itt i behatárolt, a kiemelé bármilyen fordulatzámon a hagyományo módon végrehajtható. Egyébként érdekeen van megoldva a nyomólap vizahúzáa az alapjárat környékén: a röpúly aló karja é a nyomólap között nemcak rugó található, hanem a rugó fölött (!) egy feje rúd ( zeg") i van, a röpúly karján átdugva. Mivel ez a rúd a kar forgátengelyéhez közelebb van, mint a rugó, ezért kilendülékor a rugórövidülé nagyobb, mint a nyomólap elmozduláa, illetve fordítva, a centrifugáli erő cökkenéekor a hozabodó rugó a röpúlyt igyekzik alaphelyzetébe vizahozni, azaz a nyomólapot eltávolítani a urlódótárcától. (Mi történne, ha a rúd é a rugó helyet cerélne?) -4. ábra
Gyakorló példa 3 (Elemzé) A -4. ábra kinagyított rézletének (-5. ábra) felhaználáával rajzolja meg a fordulatzám függvényében öt erő ( C, 1,, R1, R ) alakuláát, valamint az x hézag é az r ugár változáát. A zögelforduláokat vegye kizögűeknek. Az C erő görbéjét arra az eetre i rajzolja meg (végig), ha a ugárváltozát elhanyagolná. Adatok (nem reáliak): R0 = 100 N, = 105 N/m, m = 1 kg, r 0 = 0,15 m, x 0 = 0,01 m, z 0 = 0, 03-5. ábra Van olyan megoldá (-6. ábra), melyben a röpúlyok vizafelé nyomják öze a rugókat, miközben a karok a nyomólapnak támazkodnak. Meghatározott fordulatzám fölött az elinduló röpúlyok az 1 tárcát leemelik a házról, kezdik özenyomni a rugókat. A rugóerő ilyenkor már ninc a házban rövidre zárva, hanem a nyomólapot nyomják a urlódótárcához: a röpúlyok a karok egítégével közvetítik" a rugóerőt. Mivel a röpúlyok kilendülée itt i korlátozott (karjuk egy ablakon kereztül nyúlik ki), bizonyo fordulatzám fölött a röpúlyok kimerevednek", a urlódótárca zorítáa nem nő tovább, ebeégváltákor a tengelykapcolót hagyományo módon oldani lehet. A nyomóingókat elvileg helyetteíthetjük elektromág- -6. ábra neel i (-7. ábra) aminek a vezérlée nagyon egyzerű: villamo áram folytono növelée-cökkentée, illetve be-kikapcoláa. Az áramfogyaztá nem jelentő, ennek ellenére kedvezőbb, ha a hagyományo úrlódó felület helyett ún. vaporo" hézagot alkalmazunk. A hézagot kitöltő vapor mindaddig nem akadályozza a két felület egymához vizonyított mozgáát, de amikor mágnee teret léteítünk a hézagban, akkor a vapor özeragad", zilárdan özeáll, a két felület özefékezi". A mágnee teret elektromágneel hozzuk létre. -7. ábra A mágne lehet álló (a tengelykapcoló házára erőített) (-8. ábra), amikor i a vaporral kitöltött h hézagon kívül egy légréen i kereztül kell az erővonalaknak menni.
-8. ábra -9. ábra Jobb a hatáfok, ha a mágne a forgórézbe van beépítve (-9. ábra). Igaz, ekkor az áramhozzávezeté cak gyűrűk egítégével valóítható meg. A vaporo tengelykapcolók áramfogyaztáa nem jelentő, kb. 50 W. A vapor tulajdonképpen 0,5-1 mikrométere vakarbon zemce, grafitpor é valamilyen záraz dörzanyag (pl. üvegpor) keveréke. Mennyiége 50...400 gramm (60...100 cm). A hézag 1...1,5 mm.