l ebből a kerületi erő és az átvihető nyomaték F F cos ex- p. sin oc k - pf n - P a--:-. c_'---,- sm ex + p cos ex ' (10.59.) F A szögemelő méretezésénél a kapcsolókart terhelő erő Fa 1 = T, mivel három szögemelő van. A súrlódó tárcsa hajlásszöge ex = 30... 35, a súrlódási tényező p = 0,2... 0,35 szokott lenni. 10.6.3. Lemezes súrlódó tengelykapcsolók A nyomatékátvitelre súrlódó felületek szolgálnak, hogy kis helyen aránylag nagy nyomatékot lehessen továbbítani, a súrlódó felületek számát kell növelni. Így alakultak ki a lemezes kapcsolók, ahol sok lemezpár vesz részt a nyomatékátvitelben. Az egyik legjobban kiforrott megoldást, az Ortlinghaus-kapcsolót, a 430. ábra mutatja. Az egymás után elhelyezkedő lemezek egyike a külső kerületén fogazott, a másik a belső kerületén fogazott. 430. ábra Ort!inghaus-tengely1capcsoló Az így egymás után szerelt lemezpárok mint súrló~~ik át a nyomatékot. A lemezek összeszorítására a kétkarú szögemelő szolgál, amelyet a csúszógyűrű mozgatásával tudunk befeszíteni. Erőkifejtés csak a bekapcsoláshozszükséges, merfamint a csúszógyűrűt betoltuk, és a szögemelő hosszabbik karja lenyomódott, a továbbiakban ez már befeszítve marad. A magától való kioldás elkerülése érdekében a csúszógyűrű furatában egy körbemenő hornyot készíthetünk, amelybe a szögemelő vége belepattan. Az első és utolsó lemez vastagabb, a nyomótárcsa szerepét tölti be. A nagyobb átmérőjű lemezek fogazatukkal a bal oldali tengely végére szerelt harangszerű dob belső fogazatához kapcsolódnak, míg a kisebb átmérőjű lemezek a belső fogazatukkal az agyon készített hornyokban nyúlnak bele. A kopás csökkentése céljából a lemezeket olajozni kell, bár ekkor a súrlódási tényező csökken. 463
A kopás következtében a lemezek közti hézag megnövekedik, amely hosszabb befeszítő utat okoz. A kopás kiküszöbölése céljából az agyon menetet készítünk és egy tengelyanya segítségével összébb lehet a lemezeket tolni. Az anya biztosítása rugós csappal történik, amely a jobb oldali nyomótárcsa furataiba helyezkedik el. A lemezpárok számát túlzottan növeini nem lehet, mert akkor az összeszorítás nem válik egyenletessé, és elég hatásossá. A lemezes kapcsolók kialakítása lényegében azonos jellegű, csak alakban ésszerkezetben bizonyos mértékben eltérő alkatrészekből áll. A lemezek összeszorítása történhet mechanikusan, úgy amint a 430. ábrán látjuk, de eletromágneses, hidraulikus és pneumatikus kapcsojási módok is elterjedtek. Ezek előnye a kényelmesebb kezelhetőség, és az elérhető nagyobb kapcsojási gyakoriság. Mindezen előnyök mel a/ lett a mechanikus befeszítés a legelterjedtebb megoldás. Az egyes szerkezeti részek változatait a következőkben tár 464 a/ b/ szinterfém betét 431. ábra Lemezkialakí tások 432. ábra Megoldások lemezek szétválasztására gyaljuk. Kétféle lemezkialakít ás van: belül fogazott és kívül fogazott. A vastagságuk átmérőjüktől függően 1...6 mm. Kisebb lemeztárcsa méreteknél 3... 6 körmöt készítenek, nagyobb átméröknél fogazattal gyártják (431. a) ábra); Ha szinterfémet használunk, ennek vastagsága 0,5... l,5 mm és ez a lemez van acéltárcsára felerősítve. A szinterfémbetétet rendszerint a külső fogazott tárcsára erősítik fel (431. b) ábra). A lemezeket közrefogó nyomótárcsák...,.ll~...-4 c/ vastagsága 5... 25 mm lehet. Ha a tengelykapcsoló üzemen kívül üresjáratban van, biztosítani kell, hogy a lemezek ne d/ tapadjanak össze. Továbbá arról is gondoskodni kell, hogy a szétkapcsolás után a lemezek rögtön szétváljanak. Ez különösen nagy kapcsojási számmal dolgozó kapcsolóknál fontos. A feladat megoldása többféle lehet. A 432. a)
ábra az úgynevezett szinusz lemezeket tünteti fel. Ezek a kerület mentén íveltek, az összeszorító erő megszűntekor azonnal rugalmasan szétválnak. Hasonló megoldás, amikor a belső fo~azatú lemezekhez támaszkodik ilyen ívelt rugógyűrű (432. b) ábra). Szokásos a tárcsákat rugalmas lemezrugókkal (c) ábra), vagy pedig a belső fogazatú lemezek közé elhelyezett csavarrugókkal szétnyomni (d) ábra). lgep,dsok változat található a kapcsoló~.emelőkar megoldásokra. A kapcsolóhüvely ' a szögemelőnek adja.tovább a kapcsolóerőt; A leggyakoribb kial::rkítás a pipa al~kú szögemelő (433. a}, b} áqra}, a két kar viszonya l : 2,5, l: ~ A. hosszapbik kar végződésétől függ a csúszógyűl:ű,ki~lakítása.iiakaron'készítünklejtőspál:xát, ak~pr a csúszógyűrűn nem kell besüllyesztéstkés;zíteni.,:a tsúszógyűrűhöz tolóé;ket }s h;h~tkapcsolríi, ekkor a szögemelő karja r<;>vide]:5biehet-(433; b/ábraj;~ahekfipcsplási~er~t-nöy~liakapcsolókar és csúszógyűrű súrlódása, ha, a' katvégfre görgő t szerelüpk:;jeleptősen csökken(kb. 40%-al) a kapcsolóerő (433. c) likra). A bekapcsoló szerkezetek másilf típus::raz,á~ikor a kap..: csolóhüvely nem szögemelőt, hanem szerkezetet mqzgal A 433. c) ábra a csiíszógyűrű a kényszerpályája vezérli ab kapcsolókart, amely a lemezeket összeszorítj::1. A 433. d) ábra azt a megoldást mutatja, amikor az a kapcsolókar a Csúszógyűrűhöz van karcsolva és ez a kar mozgatja a b &~feszítő kart. c/ 433. ábra Kapcsolókar kialakítások 465
2 7 8 5 b/ 3 2 7 O\ ""' O\ 5 4 3. ---. ---. --+-- al 9 434. ábra Lemezeskapcsoló hidraulikus ill. elektromágneses működtetéssel
Lemezes kapcso/ó hidraulikus működtetéssel. Az előbbi mechanikus működtetéssel szemben a lemezeket olajnyomás szorítja össze. Ez a típus kitűnik kis méreteivel, távvezérlési lehetőségével és nagy fordulatszámra és nagy kapcsalási gyakoriságra való alkalmasságával A lemezek utánállítására külön megoldás nem kell, mert a kopás az aránylag hosszú dugattyúúttal ki van egyenlítve. Az átviheto nyomaték nagyságát, valamint a lassú, óvatos kapcsolást az olaj nyomásának változtatásával jól lehet szabályozni. Ezek a típusok legtöbbször szinterfém betétes külső lemezekkel üzemelnek. Az acél-szinterbronz csúszóelempár kopásra kevésbé érzékeny, és a hőnfutást is jól bírja. A 434. a) ábra mutat egy ilyen kapcsolót. Az (l) külső dob belső fogazatához kapcsolódnak a (2) lemezek, mig a (3) agy fogazatához a (4) lemezek, valamint az (5) és (6) nyomólapok kapcsolódnak. A rajzon fel nem tüntetett tengelyen keresztül történik az olaj hozzávezetése és (9) ola} furaton át jut a nyomóolaj a (8) dugattyú jobb oldalára. A növekvő nyomás a dugattyút balra tolja, vele együtt mozog a (7) nyomócsap, amely a lemezeket az (5) Iapnak szorítja. A nyomás megszűntekor a gyors kikapcsolási a (10) rugó segíti. Az (l) külső dobhoz csatlakozik a hajtógép fogaskereke, szíjtárcsája stb.. csavarkötéssel Lemezes kapcso/ó elektromágneses működtetéssel. A szorítóerőt a lemezekre az elektromágnes behúzó ereje fejti ki. A kapcsaló előnye, hogy aránylag kicsi a helyszükséglete, kicsi az üresjárati súrlódó nyomatéka, és nagy a kapcsalási száma. További előnye a távirányítás, és ez több különböző helyről végezhető. Ez a kapcsaló az ipar minden ágában elterjedt, különösen jól felhasználják a szerszámgépiparban. Készül olajos kivitelben (acélacél, acél-szinterbronz) vagy szárazkapcsolóként (acél-azbeszt). A 434. b) ábra mutat egy többlemezes kapcsolót. A hajtótengelyt jelentő fogaskerékhez kapcsolódik az (1) belsőfogazatú dob, amelyhez a külsőfogazatú lemezek kapcsolódnak. A hajtott tengelyre van reteszkötéssel erősítve a mágnes tekercsteste, amelyhez egyben a belsőfogazatú lemezek kapcsolódnak. A lemezeket az elektromágnes bekapcsolása után a (4) tárcsa szorítja a (3) szoríiótárcsának. Az (5) anya a kopás és egyben légrésállítás célját szolgálja. A szétkapcso Iás gyorsítása a (7) rugó útján történik. A (4) tárcsát a (2) mágnestesthez a (8) csap vezeti. Az áram hozzávezetés (6) csúszógyűrű útján történik. Az ábra felső és alsó része a lemezek két különböző elrendezését mutatja be. 10.6.4. Tárcsás súrlódó kapcsolók Tárcsás kapcsolónak a nagy átmérőjű, körgyűrűtárcsa alakú elemmel rendelkező kapcsolókat nevezzük. Az egy vagy két súrlódó párral dolgozó tárcsás kapcsolók lényegében két irányban fejlődtek. Az ipari hajtásokban találjuk részint alkalmazását, részint pedig igen elterjedten a gépjárműiparban. A 435. ábra egy ipari hajtásnál használatos, tárcsás elektromágneses tengelykapcsolót tüntet fel. A bal oldali hajtótengelyre van reteszelve a (7) agy, amelyhez az (5) mágnestest mereven van kötve. Az (5) testbeagyűrű alakban kerül elhelyezésre a (6) mágnestekercs. Az egyenárammal működtetett kapcsolo,~ (8) két csúszógyűrűn keresztül kapja az áramot. A (3) azbeszt száraz súrlódóbetét a (2) tengelyirányban elcsúszó kapcsolófélre van erősítve. A (2) és (1) alkatrészek fogazott koszorún kapcsolódva reteszkötéssel illeszkednek a hajtott tengelyre. Amikor a mágnes behúz, a (2) tárcsa a súrlódó betéttel rászorul a (10) tárcsára, 467
10 3 8 435. ábra Egylemezes elektromágneses tengelykapcsoló amely a (4) tengelyanyán ékes megoldással van biztosítva. A (10) tárcsa menettel illeszkedik az (5) mágnestesthez az állíthatóság érdekében. A szétkapcsolást a (9) rugó segíti. Tárcsás kapcsolók igazi alkalmazási területe azonban a gépjárműipar. A motor és sebességváltó között mint főkapcsoló van beépítve, és a hajtás kinematikai megszakítására alkalmas. Statisztikai adat szerint városi forgalomban kilométerenként 10 kapcsolás szükséges. Szerkezetileg a lendkerékhez illeszkedik, ezért lendkerékkapcsolónak is nevezik. A használatos kapcsolók legtöbbje egylemezes, száraz súrlódóbetetes (azbeszt alapanyagú), amelyet olajtól, zsírtól védeni kell, mert a kenőanyag hatására megcsúszik, nem tudja a kívánt nyomatékot átvinni, és a hőfejlődés következtében még a betét is beéghet. A 436. ábra egy személykocsinál használatos egytárcsás főkapcsolót mutat. A (7) motorfőtengelyre felszerelt (6) lendítőkerék megmunkált homlokfelületének szorul az (5) súrlódótárcsa, amelynek mindkét oldala súrlódó betéttel van ellátva. A tárcsa az agyhoz kapcsolódik, amely a kimenő tengely bordázott végén ül. Ha a súrlódó tárcsát nekiszorítjuk a lendkeréknek, a nyomatékátvitel megvalósul Az összeszorítás a (4) tárcsa 468
469
közvetítésével a (3) rugók útján történik. A beépített három, hat esetleg kilenc darab rugó egyrészt a (4) tárcsára, másrészt a lendkerékhez ~rősített és vele együttforgó lemezhurkolatra fekszik fel. A súrlódó felületek tehát állandóan be vannak kapcsolva, a kapcsoló oldásához kell valamilyen karos mechanizmust tnűködtetni. Ha az (l) csúszóhüvelyt balra eltoljuk, akkor a talpcsapágy felfekszik a (2) kiemelőkar alsó végére. A kiemelőkar a kerületen elhelyezett rugók ellenében jobbra, az a pont körül elfordulva, kiemeli a (4) tárcsát, így a súrlódó betétek összeszorítása megszűnik, a kapcsoló old. Ennél a szerkezetnél tehát az állandó tengelyirányú erő csak a kapcsol ó oldott állapotban való tartásához szükséges, bekapcsolt helyzetben tengelyirányú erő a csapágyat, tengelyt nem terheli. A súly csökkentése céljából a (2) kiemelőkart lemezből is szokták sajtolni. A kar felső végén a b túlnyúló rész centrifugális ereje hozzájárul a rugók szorító hatásához, segít a kapcsolót bekapcsolva tartani. A kar alsó végén látható csavar állításávallehet a súrlódó betét kopását kiegyenlíteni. A hajtott, kimenőtengely baloldali vége a lendkerékben elhelyezett golyóscsapágyban van megtámasztva. Ez a csapágyken~s szempontjából kritikus helyzetben vari. Ugyanis utánkenése nincs biztosítva, ha pedig túl sok zsírt raknakbele, ez bejuthat a súrlódófelületek közé, amely csúszást idézhet elő. Ezért szokás ezen a helyen oldallemez burkolatos csapágyat beépíteni, amelyből a zsír nem juthat ki. A kapcsolónak kritikus '.;:!eme a súrlódó tárcsa. Az egyik szokásos kialakítását a 437. ábra mutatja. Ez lengéscsillapításra alkalmas kivitel, a lengéseket csavar- vagy gumirugók csillapít ják. Az acél kettős gerinclemez két oldalára az azbeszt-alapanyagú súrlódóbetétbesüllyesztett réz vagy alumínium csoszegeccsel van felerősítve. Az acél tárcsák nem kapcsolódnak a bordázott agyhoz. Az (l) távolságtartó szegecs köti össze a (2) lemezt a kapcsoló tárcsához. A lemezek kivágásában, valamint a bordázott agy tárcsarészének kivágásaiban elhelyezkedő 437. ábra (4) rugók továbbítják Tengelykapcsoló betéttárcsa a nyomatékot a súrlódófelüle- 470
tekről a (3) bordázott agynak. Nagyobb nyomatékok átvitelére ajkalmas kapcsolóknál a betétek sugárirányban osztottak, vagyis szegmenseket erősítenek fel. A súrlódó betét újabban keramikus anyagból is készül Az acéltárcsa vékony 1,5... 2 mm-es lemezből készül. A hőokozta vetemedésék elkerülésére a kerületén sugárirányban be is szokták hasítani. Az egyenletes felfekvés és kopás elkerülése érdekében a súrlódó betét külső és belső átmérője között nagy különbség nincs. A belső és külső átmérők szokásos aránya ~ 0,5... 0,8, leggyakoribb a 0,6... Ö, 7 érték. A súrlódó be- 1/>195±0.5 A-A a/ ~ l 438. ábra Membránrugós (központi rugós) lendkerékkapcsoló vázlata 471
tét vastagsága 3,0...4,5 mm. A tárcsás lemezes ]<:apcsolók kénye~ szerkezeti megoldása az, hogy a kerület mentén sok csavarrugót kell beszerelni, és ezéknek egyenletesen kell a súrlódó tárcsát összeszoríta:rli. Ezen segít a központi lemezrugós kivitel. A 438. a) ábra egy ilyen központi membránrugót szemléltet..a. b) és c) ábrák a kapcsolóházba beépítve mutatják a rugót kikapcsolt (kiemelt) és bekapcsolt állapotban. 10.6.5. Lemezestengelykap'?solók méretezése A lemezek homlokfelületén keletkezik a súrlódás, és ez a felület van nyomásra is terhelve. Ha a körgyűrű felületet dr szélességű körgyűrűelemekre osztjuk fel, a felületi terhelést p-vel jelöljük; egy. elemi körgyűrűt terhelő axiális erő ebből az átvihető nyomaték: dfa = 2:n:rdr p, dtk = pr dfa = 2:rtr 2 t-tp dr. Ha a belső átmérő d2, a külső át;nérődh feltételezve, hogy t-t = áll. és p = áll., integrálás után az átvihető nyomaték: (10.60.) A bekapcsoláshoz szükséges Fa erő, integrálás után. dsl' :n; F~ = 2:n:rdrp = 4 p(df-~). (10.61.) dz/2 ekkor és Ezt behelyettesítve a nyomaték összefüggéséb~ 1 dr-4. 'ur-uz Tk = - 3 -.n Vezessük be a következő jelöléseket:.n t-tfa. és d1 = dk(l +c) és d2 = dk(l-c). b C=-, dk. Ezekkel a jelölésekkel a kapcsolóerő és nyomaték egyenlete: Fa= :n:pdf.c, 3c+c 3 Tk= 6 :rt t-tptft.. (10.62.) (10.63.) (10.64.) A tapasztalat szerint c = 0,1...0,25. 472
A többlemezes súrlódó kapcsolóknál a lemezek száma is belekerül az összefüggésekbe. Vezessük be a súrlódó felületek jelölésére z-t. (Minden lemeznek két oldala, tehát két súrlódó felülete van.) A kapcsolók olyan felépítésűek, hogy a lemezköteget két oldalról vastagabb belső fogazatú nyomótárcsák fogják össze. Így a belsőfogazatú lemezek száma: a külső fogazatúaké. z lk= 2" Általában célszerű, ha z:: 14... 16. A méretezésnél figyelembe kell azonban venni, hogy a bekapcsolásnál a lemezek nem tudnak rögtön összezáródni, és az összeszorító erő nem teljesen a nyomaték átvitelére, hanem különböző veszteségek legyőzésére fordítódik. Így a kapcsolónyomaték számításához egy ez< l tényezőt kell bevezetni. ez = l, ha z= 3; és ez= 0,6, ha z = 16, tehát ez = 0,6... 1,0 között változhat. A kapcsolónyomaték: (10.65.} (ahol cm = l és ev = l általában, lásd 10. fejezet). A kapcsoló méretezésénél tehát a tengelykapcsoló méretezési nyomatéka: 3c+c 3 3 Tk= 6 n wpzdk. (10.66.) 10.6.6. Hengeres súrlódó tengelykapcsolók Kisebb jelentőségű a súrlódó kapcsolóknak az a fajtája, amelynél a súflódó felület hengeres, és erre szorul rá valamilyen alkatrész, amely a nyomatékátvitelt végzi. A legismertebb ilyen kapcsoló a Triumph-tengelykapcsoló. Tekintettel arra, hogy kevésbé elterjedt típus, és főként régebben használt, korszerűtlen megoldás, ezért ismertetésétől el tekintünk. l 0.7. Nyomatékkapcsolású tengelykapcsolók Ebbe a csoportba azok a tengelykapcsolók tartoznak, amelyek a gép működése szempontjából káros nagy terhelést nem viszik át, kikapcsolnak. Ezek a biztonsági kapcsolók, amelyek működhetnek erőzáró, alakzáró, illetve vegyes elven. A 439. ábra vázlatosan feltüntet néhány típus t. A szerkezeti kivitelmegoldható törő elemmel (csap, fog) vagy súrlódó felülettel A biztonsági kapcsolók úgy vannak megtervezve, hogy egy bízonyos nagyságú nyomatéknál nagyobbat ne tudjanakátvinni. Ezeketmás szóval túlterhelési kapcsolóknak is nevezzük, mert csak nagy túlterhelés esetén oldanak, kapcsolnak ki. Ezáltal káros törésektől, túligénybevételtől lehet az egyes géprészeket, gépegységeket megvédeni. A legnagyobb átvihető nyomaték elérése után, a kapcsaló szerkezetétől függően, vagy végleg kikapcsol a kapcsoló, vagy a súrlódó felületek megcsúsznak, és ha a nyomatékújra lecsökken, akkor miíködik ismét. 473
.A legegyszerűbb. biztonsági. kapcsaló lehet~pl a 380: abrán.látháto tokos kapcsolo, ahol a nyomatékot a kú:pos vagy hengeres szegek1viszik ál A nyírőcsapszeges kapcsolonál a szeg méretezése úgy történik, hogy a kritikus nyomaték fellépésénél a. szeg elnyírodjék. Ekkor tehát a kapcsolo csak bizonyos szere!~si munka után v~lik újra üzemképessé. töröejem ~ lemez. : kúpos tárcsa ~~. Ja'~~ 439. ábra Különféle típusú biztonsági tengelykapcsolók Lemezes biztöáságí ien:gel~k:aptsoló A leggyakrabban azonban a súrlódó elemekkel működő kapcsolotípusokat használ. ják biztonsági kapcsolónak. A 440. ábra tüntet fel egy ilyen megoldást. Ez tulajdonképpen olyan, mint az. Ortlinghaus-K;~pcsoló, q;ak a. szögemelős.. be feszítés helyett négyzetkeresztmetszetű csavatrugó qiztosítjél a.iérileze'k' összeszorítását A rugóerő beállitása, és ezzel a nyomaték beszabályozása a bal oldali agy végén elhelyezett tengelyanyával történik. Az anyát elfordulás ellen rugóval befeszített csappál biztosítják. l O. 8. F ordulatszám-kapcsolású tengelykapcsolók E kapcsölófajtáknak közös működési elvük az, hogy az összekapcsolás bizonyos fordulatszámértéken felül jön létre. A forgó rendszerben centrifugális erő keletkezik~ ez a fordulatszám négyzetével arányos. Ez a centrifugális erő biztosítja a kapcsolatot a por vagy más mechanikus elven inűködő súrlódó kapcsolók esetén. Tulajdonképpen a hidra-. dinamikus tengelykapcsolók is ide sorolhatók, azonban célszerűbb ezeket külön tárgyalni, mert egészen eltérő a működési elvük. 474