Hřídele

Otázka: Hřídele

Předmět: Strojírenská technologie

Přidal(a): Jakub

Hřídele jsou základní strojní součásti obvykle válcového tvaru, které umožňují nebo přenášejí rotační pohyb. Jsou na nich umístěna ozubená kola, kladky, páky, spojky, ruční kliky apod.

Materiál hybných hřídelí je volen podle požadované hmotnosti, opotřebitelnosti, možnosti tepelného zpracování, vrubové citlivosti, provozního zatížení: oceli 11 423, 11 500, 11 600, ušlechtilé (12), slitinové (13 až 17) – pro více namáhané hřídele určené zpravidla k zušlechťování 12 040, 12 050, 14 240, 15 240, 16 240, 16 440.

PODLE DRUHU ZATÍŽENÍ DĚLÍME HŘÍDELE NA:

NOSNÉ – nepřenáší pohyb a výkon, pouze nesou zátěž. Jsou namáhány na ohyb. Dělíme je na:
- Nehybné – jsou uloženy pevně v rámu stroje (zajištěny proti otáčení) a nesou otáčející se součást např. kladku, pojízdná kola kolejových vozidel apod.
Otáčivé – s pevně nalisovanými nebo naklínovanými koly. Nejsou namáhány na krut. Otáčejí se, pokud působí tažná síla. Např. nápravy železničních vagónů.
HYBNÉ – přenášejí otáčivý pohyb a krouticí moment z místa pohybu do místa pracovního. Jsou tedy nuceně poháněny. Aby mohlo dojít k jejich pohybu, musí být uloženy v kluzných nebo valivých ložiskách. Jsou namáhány na krut (tam, kde přechází moment z jedné součásti do druhé, např. mezi ozubenými koly), popř. na krut a ohyb v případě, že nelze zanedbat hmotnost samotné hřídele a nesených součástí.

Rozdělení hybných hřídelů PODLE TVARU

přímé
- hladké
- osazené
duté – mají mezikruhový průřez, výrobně velmi nákladné, v případě stejného průměru jako plné hřídele mají větší tuhost. Použití – např. vřeteno soustruhu, pohon lodních šroubů (dlouhé hřídele).
klikové – pro víceválcové pístové stroje (spalovací motory, čerpadla, pístové kompresory). Za každým zalomením následuje uložení hřídele v ložisku. Výrobně náročné, buď z jednoho kusu odléváním nebo kováním, popř. složené z několika kusů.
ohebné (flexibilní) – použití v případě, kdy je potřeba měnit polohu hnacího hřídele vzhledem k hnanému
- navíjení ohebného hřídele – na střední drát je vždy v opačném směru navinuto ve šroubovici 5 až 6 vrstev drátů. Poslední vrstva je navinuta ve smyslu otáčení hřídele. Pokud se hřídel otáčí v protisměru, jeho únosnost klesá o 20 až 50 %. Je tedy nutné, aby byl směr otáčení na hřídeli vyznačen
- ochranné hadice ohebného hřídele – jsou na hřídeli nasazeny s vůlí 1 až 2 mm, která je vyplněna tukem
- ochranné hadice ohebného hřídele – jsou na hřídeli nasazeny s vůlí 1 až 2 mm, která je vyplněna tukem
- drážkové

Rozdělení hybných hřídelů PODLE FUNKCE

spojovací
hnací
předlohové
hnané
vačkové – osazené vačkami, v závislosti na svém pootočení ovládají posun strojních součástí (např. ovládaní ventilů ve spalovacím motoru).

DRÁŽKOVÉ HŘÍDELE (SPOJE)

Má po obvodu provedeny (vyfrézovány) podélné drážky, v podstatě pera.
V náboji je stejný počet drážek a plní stejnou funkci jako perový spoj
Používá se především v případě, kdy je potřeba zajistit možnost axiálního posuvu rotačních součástí upevněných na hřídeli (nejčastěji ozubených kol).
U pevných spojů je nutné zajištění proti axiálnímu posuvu upevněné součásti.
Slouží pro přenos krouticího momentu – velká zatížení, střídavá a rázová.
Výroba je náročná na přesnost a nákladná, je třeba speciálního vybavení, proto není drážkový spoj vhodný pro kusovou výrobu.
Je nutné zajistit souosost a kolmost hřídele s nábojem.
Spolehlivost spoje je nepříznivě ovlivněna vrubovými účinky drážek (hrozí únavový lom). Montáž a demontáž spoje je snadná. Drážkování je normalizováno.

DRUHY DRÁŽKOVÝCH SPOJŮ

S ROVNOBOKÝM DRÁŽKOVÁNÍM – použití pro posuvné náboje, velké a střídavé krouticí momenty (např. přesuvné ozubené kolo v převodovce, lamely spojky….).
S JEMNÝM DRÁŽKOVÁNÍM – pro přenos velkých krouticích momentů, nevhodné pro přesuvné náboje, méně zeslabuje hřídel, zatěžující tlak je menší, náboj je na hřídeli možné přesadit o velmi malý úhel, použití pro uchycení torzních tyčí.
S EVOLVENTNÍM DRÁŽKOVÁNÍM – pro přenos velkých a rázovitých krouticích momentů, náboj je možné přesadit o velmi malý úhel, použití – unášení lamel u lamelové spojky.

Hřídelové čepy

části hřídelí, pomocí kterých je hřídel uložena v ložisku (resp. v rámu stroje).
Z toho důvodu jsou na hřídelové čepy kladeny vysoké nároky, co se týká kvality povrchu a přesnosti rozměrů (ve stykových plochách vzniká tření a dochází k jejich opotřebení).
Pro zvýšení tvrdosti stykových ploch mezi čepem a ložiskem je často tato část hřídele povrchově kalena, cementována, nitridována apod.
Každá rotující hřídel musí být uložena alespoň ve dvou ložiskách, proto tedy má minimálně dva hřídelové čepy.

DRUHY HŘÍDELOVÝCH ČEPŮ

Podle SMĚRU ZATĚŽUJÍCÍ SÍLY:

radiální – přenáší síly, které působí kolmo na osu hřídele
axiální – přenášejí síly působící v ose hřídele

Podle TVARU A UMÍSTĚNÍ NA HŘÍDELI:

Radiální čepy

Válcové – nejběžnější provedení, ukládají se do radiálních ložisek (kluzných i valivých)
- čelní – vytvořeny na konci hřídele
- krční – vytvořeny na hřídelích s převislými konci, ale i ve střední části u hřídelí, uložených na více než dvou podporách (pak je nutné použít dělený náboj).
Kuželové – mají tvar komolého kužele, z konstrukčních důvodů musí být umístěny vždy na konci hřídele. U kuželových čepů je nutné správně volit velikost kuželovitosti. V případě malého úhlu hrozí samosvornost hřídele v rámu stroje a k jeho zničení. V případě velkého úhlu kužele vznikají nežádoucí přídavné axiální síly (vlivem rozkladu sil ve stykové ploše). Kuželový radiální čep zajišťuje hřídel proti osovému posunutí v jednom směru.
Prstencové – velmi malé využití, složitá výroba, použití možné pouze v kluzných ložiskách, malé opěrné plochy – přenášejí jen malé zatížení.
Kulové – přenášejí zatížení v libovolném směru, výrobně nejnáročnější. Použití v zařízeních, ve kterých v průběhu činnosti mění zatížení svůj směr (např. náprava automobilu – průjezd zatáčkou, nerovnosti vozovky apod.).

Axiální čepy

Nožní (patní) – zachycují silového zatížení ve svislém směru. Obvykle je to vlastní tíha konstrukce, strojního zařízení, tíha břemene. Střední část kluzné plochy je vybrána pro zlepšení kluzných vlastností čepu. Je to proto, že v této části se nemůže vytvořit mazací olejový film, protože kluzná rychlost je v blízkosti středu čepu velmi malá. Čep by se ve střední části zadíral. Patní hřídelový čep má rovinnou kluznou plochu ve tvaru mezikruží. Ukládá se do kluzných axiálních ložisek.
- válcové – pro malé tlaky, čep je kalený, opírá se o kalenou podložku
- kuželové
- kulové – samostavitelné, velká třecí plocha.
Prstencové
Hřebenové – výrobně obtížné a drahé, nutná velká přesnost výroby nákružků. Možné obousměrné zatížení. Zatížení je stejnoměrné.