5. HAJTÁSTECHNIKA ÉS HAJTÁSOK
5.2. Dörzskerékhajtások
Két párhuzamos vagy kitérő helyzetű tengely között a teljesítmény átvitele két érintkező for-gástesttel, súrlódás révén történik. A kellő összeszorító erő biztosítása szükséges a hajtás mű-ködéséhez. Az átvitt nyomaték függ még az érintkező anyagpárra jellemző súrlódási tényező-től, és a súrlódási erő támadáspontjától. A dörzshajtás másik elnevezése is beszédesen utal a működésre, erőzáró gördülőhajtás.
Alkalmazható különböző dobok hajtására, ilyen a golyósmalom, vagy az élelmiszeripari keve-rőgép. A nyomtatókban a lap továbbítására is ezt használjuk. A járművek kerekei is felfogha-tóak, mint dörzskerekek, hajtott vagy nem hajtott módon. A szállítószalagok vezető görgői is hasonló kialakításúak például a bányászati alkalmazásban.
5.2.1. Erőhatások a dörzskerékhajtásban
Az 5.1. ábra két sima tárcsa közötti nyomatékátvitel erőhatásait szemlélteti. Ha a tárcsákat Fn erővel összeszorítjuk, akkor a maximális átvihető kerületi erő, a tapadási súrlódási erő lesz:
k n
F F .
Ha csúszást nem tételezünk fel, akkor a kerületi sebességek:
1 1 2 2
v r r ,
2
5.1. ábra: Dörzshajtás erőhatásai
Mivel azonban a gyakorlatban a súrlódó tárcsák között a csúszásmentes gördülés ritkán való-sul meg, a valóságos áttétel a csúszás szlip figyelembe vételével:
1 2
ahol: s az úgynevezett szlip-tényező, ez gyakorlatban nem éri el a 3%-ot, A hatásfok pedig a következő módon határozható meg:
2
A dörzskerékhajtás előnyei:
egyszerű felépítés,
kis tengelytáv,
karbantartást alig igényel,
a megcsúszás lehetősége túlterhelés elleni védelmet nyújt,
könnyen megvalósítható a fokozat nélküli áttétel,
alacsony zajszintű üzem.
A dörzskerékhajtás hátrányai:
a nyomatékátvitelhez viszonylag nagy összeszorító erő szükséges,
nagy csapágyterhelések lépnek fel,
csúszás okozta kopás befolyásolja az élettartamot.
5.2.2. A dörzskerékhajtás kialakításának irányelvei
Az átvihető nyomaték az érintkezésben levő anyagok, azok felületi kiképzése, geometriai ki-alakítása, valamint az összeszorító erő függvénye. Az edzett acél — edzett acél anyagpár ese-tén nagy megengedett érintkezési feszültséggel (Hertz-feszültség) és viszonylag kis súrlódási
Fn
tényezővel lehet nyomatékot átszármaztatni, például a vasúti járművek esetében. Amennyiben az acéltárcsákat olajjal kenjük, és vegyes súrlódási állapotot feltételezünk, μ=0,06 értékkel lehet számolni. A viszonyok vizsgálata során sokszor indokolt az elaszto-hidrodinamikai (EHD) kenéselmélet összefüggéseinek a felhasználása is. Az összeszorító erő nagyságát adott nyomatékátvitel esetén úgy lehet csökkenteni, hogy a tárcsákat nagyobb súrlódási tényezőjű anyagból készítjük vagy az acéltárcsákat bevonattal látjuk el.
A szokásos súrlódási tényező értékek:
öntöttvas – öntöttvas 0,1…0,15 öntöttvas – bőr,papír 0,15…0,3 öntöttvas – fa 0,2…0,3 öntöttvas – műanyag 0,1…0,15
A felületi terhelés megengedett értéke öntöttvas - öntöttvas párosítás esetén: kmeg = 0,3...0,7 [N/mm2]; öntöttvas - többi anyag esetén: kmeg = 0,2...0,3 [N/mm2] lehet. Acél dörzskerekek esetén a számítás pontos elvégzésekor az érintkezési feszültségeket kell kiszámítani.
Az 5.2. ábra különböző tárcsamegoldásokat szemléltet. Általában a kisebbik tárcsán szokták kialakítani a dörzsfelületet, bőrből, papírból vagy műanyagból.
a) b) c) 5.2. ábra: dörzstárcsák
Igen gyakran használunk gumi vagy gumiszerű anyagú dörzskereket, amelyet gondosan megmunkált öntöttvas vagy acéltárcsával kapcsolunk. A súrlódási tényező nyugodt járású, egyenletes üzemben μ = 0,7-nek vehető, ami precíz rendszerben akár μ = 0,9 is lehet, gyakori indítás esetén μ = 0,5, nedves üzemben μ = 0,3 lehet. Az ilyen típusú dörzskerekekhez csak viszonylag kis értékű összenyomó erő engedhető meg, mert az alakváltozási munkából kelet-kező hőmennyiség nem melegítheti fel a gumit 60...70 °C-nál nagyobb hőmérsékletre.
A használatos gumi 70...90 Shore-keménységű, kopásálló, hőálló és öregedésre nem hajla-mos, kiemelendő a szintetikus gumi anyagok közt a polikloroprén, és a természetes gumi is gyakori alapanyag. Tisztán és keverékként is alkalmazzuk a gumi anyagokat. Kivitelezett gu-mi dörzskerékre megoldásokat az 5.3. ábra szemléltet. A merevség és a hőelvezetés javítására a gumigyűrűt közvetlenül az acéltárcsára vulkanizáljuk, vagy pedig az acélbetétre vulkanizált gumigyűrűt felsajtoljuk a tárcsára.
g u m ib e vo n a t b )
b b1
d1
fe n o lla m in á t a )
a) b) c) d)
5.3.. ábra: Gumigyűrűs dörzskerék a) és acélbetétes gumigyűrűk b), c), d) 5.2.3. Hornyos dörzskerék
Az összeszorító erő csökkentését nagy súrlódási tényezőjű bevonatanyag felhasználásával lehet elérni, vagy a súrlódó felületek ék alakú hornyos kialakításával növeljük az összeszorító erő hatását (az ékszíjakhoz hasonló hatást érünk el). Az 5.4 ábra egy hornyos dörzskerékhaj-tást ábrázol.
5.4. ábra: hornyos dörzskerék erőhatásai
Ha a tárcsára ható összeszorító erő Ft , akkor a horonyfelületre merőleges Fn erővel kifejezve:
2 sin
t n
F F ,
a kerületi erő pedig:
2 '
sin
k n t t
F F F F
.
A súrlódás látszólagosan megnövekszik és kisebb összeszorító erő elég azonos kerületi erő átviteléhez.
A hornyos dörzskerékhajtás hátránya, hogy csak az áttételnek megfelelő átmérőkhöz tartozik tiszta gördülés, minden más érintkezési pontban csúszás van, ez pedig hő fejlődést és nagyobb kopást jelent.
5.2.4. A dörzskerékhajtás méretezése
A dörzshajtás által átvitt nyomaték meghatározásánál célszerű bizonyos csúszás elleni bizton-sággal számítani. A kimenő teljesítmény:
Ft
Fn
Fn
d2 d1
2 1 P P ,
bizt
üzemi P n
P max
A Continental dörzskerekekhez az n biztonsági tényezőt egy a kapcsolódó kerekek méretétől függő és egy üzemi tényezővel adja meg.
3 fel annak függvényében, hogy milyen gyakori a rendszer leállítása, elindítása, és függ még a napi munkaóra mennyiségtől, valamint az üzem közben várható lökés-szerű terhelésektől.
A kerületi erő:
ahol: a csúszás elleni biztonsági tényezőt S 1, 2...2 között választjuk.
A felületi terhelésre fémtárcsák, kerekek esetében a Hertz-egyenlet szerinti érintkezési fe-szültségek az irányadók, a puhább, nagyobb súrlódási tényezőjű anyagoknál Stribeck szerint ellenőrizzük a érintkezési nyomást.
A Hertz-féle érintkezési feszültség:
2 (1 2)
A Stribeck szerinti érintkezési nyomás:
1
A Hertz-féle érintkezési feszültségek, valamint a Stribeck szerinti érintkezési nyomás
megen-5.2.5. A dörzskerékhajtások alkalmazásai
Az 5.5. ábra szemléltet három szerkezeti kialakítást dobhajtásra. A kiemelt kerék a hajtó dörzskerék, kivétel a c) esetben, ahol csak áthajtó szerepű.
Az 5.6. ábra a) képe egy keskeny tárcsás, viszonylag kis nyomatékátvitelű hajtást szemléltet, amelynél a vízszintes tengelyen eltolható kis tárcsával az áttétel és forgásirány is változtatha-tó. Egy frikciós csavarsajtó orsójának forgatására szolgáló dörzshajtást mutat be az 5.6. ábra b) képe. Ez egy kettős dörzshajtás, ahol az állandó irányban forgó vízszintes tengely jobbra vagy balra tolásával jön létre dörzskapcsolat a vízszintes síkú kerékkel, amely a függőleges csavarmenetes sajtótengelyt forgatja. Így a tengely két irányban tud forogni a sajtolóütemnek megfelelően.
a) b) c)
5.5. ábra: Dörzskerekes hajtások, a) külső, b) belső és c) dörzskerekes áthajtás
a) b)
5.6. ábra: Áttétel- a) és forgásirány váltó b) dörzshajtások
A dörzshajtások általában állandó áttételt adnak, de könnyen megvalósíthatunk fokozatmentes áttételű hajtást is. Az ide vonatkozó anyagot a későbbi 5.6.1 fejezet tárgyalja.