Tvarové spoje hřídele s nábojem.

Obsah:

• Ovládání a syntaxe
• Informace o projektu
• Postup návrhu
• Společné vstupní údaje
• A. Spoje s přesnými pery
• Parametry spoje, návrh rozměrů
• Pevnostní kontroly spoje
• B. Spoje s woodruffovými pery
• Parametry spoje, návrh rozměrů
• Pevnostní kontroly spoje
• C. Spoje s rovnobokým drážkováním
• Parametry spoje, návrh rozměrů
• Pevnostní kontroly spoje
• D. Spoje s evolventním drážkováním
• Parametry spoje, návrh rozměrů
• Pevnostní kontroly spoje
• Srovnávací tabulka
• Grafický výstup
• Nastavení
• Uživatelské úpravy

Tvarové spoje hřídele s nábojem.

Výpočet je určen pro geometrický návrh a pevnostní kontrolu tvarových spojů hřídele s nábojem. Program řeší následující úlohy:

1. Návrh spoje s pery přesnými.

2. Návrh spoje s pery woodruffovými.

3. Návrh spoje rovnobokým drážkováním.

4. Návrh spoje evolventním drážkováním.

5. Pevnostní kontrolu navržených spojů.

6. Program obsahuje tabulky rozměrů per a drážkování podle ANSI, ISO, SAE, DIN, BS, JIS a CSN.

7. Podpora 2D CAD systémů.

Ve výpočtu jsou použita data, postupy, algoritmy a údaje z odborné literatury a norem ANSI, ISO, DIN a dalších.
Seznam norem: ANSI B17.1, ANSI B17.2, ANSI B92.1, ANSI B92.2M, ISO R773, ISO 14, ISO 4156, DIN 6885, DIN 6888, DIN 5464, DIN 5471, DIN 5472, DIN 5480, BS 4235, BS 6, JIS B 1301, CSN 02 2562, CSN 30 1385, CSN 01 4942, CSN 4950

Tip: Při volbě vhodného typu spoje vám může pomoci srovnávací dokument "Volba typu spoje hřídele s nábojem".

 Uživatelské rozhraní.

 Stáhnout.

 Ceník, koupit.
 

Ovládání a syntaxe.

Informace o syntaxi a ovládání výpočtu naleznete v dokumentu "Ovládání, struktura a syntaxe výpočtů".

Informace o projektu.

Informace o účelu, použití a ovládání odstavce "Informace o projektu" naleznete v dokumentu  "Informace o projektu".

Postup návrhu.

Sešit s výpočtem tvarových spojů hřídele s nábojem je možné rozdělit do dvou oblastí. Na oblast společných vstupních údajů a výsledků (odstavce [1, 10, 11]) a oblast jednotlivých výpočtů (kapitola A, B, C, D) relevantních pouze pro daný typ spoje. S výpočtem pak můžete řešit dva typy úloh:

• Návrh, výpočet a kontrolu předem zvoleného typu spoje
• Návrh spoje pro více různých typů spoje, s následnou volbou nejvýhodnějšího řešení

Při volbě vhodného typu spoje je nutné vzít v úvahu kromě rozměrových parametrů spoje, také jeho užitné vlastnosti, časovou náročnost a ekonomické náklady při výrobě, montáži a provozu spoje. S volbou vhodného typu spoje vám může pomoci srovnávací dokument "Volba typu spoje hřídele s nábojem".

Typický výpočet / návrh spoje se skládá z následujících kroků:

1. Zadejte výkonové parametry spoje (přenášený výkon, otáčky) [1.2, 1.3].
2. Nastavte režim zatížení a provozní parametry (typ pohonu, typ zatížení...) [1.5].
3. Zvolte materiál hřídele [1.21] a materiál náboje [1.26].
4. Definujte provedení spoje [1.14].
5. Nastavte parametry spoje pro zvolený typ spoje [2.1 / 4.1 / 6.1 / 8.1].
6. U výpočtů spojů s pery zvolte materiál pera [2.6 / 4.6].
7. Navrhněte rozměry spoje [2.11 / 4.15 / 6.5 / 8.11]. U spojů s woodruffovými pery a evolventním drážkováním můžete využít funkci automatického návrhu [4.13 / 8.9].
8. Zkontrolujte výsledky pevnostních kontrol navrženého spoje [3 / 4 / 5 / 7].
9. Pokud jste prováděli návrh pro více typů spoje, porovnejte navržené rozměry v odstavci [10].
10. Uložte sešit s vyhovujícím řešením pod novým jménem.

Společné vstupní údaje. [1]

V tomto odstavci je nutné zadat základní vstupní parametry, charakterizující způsob, režim a velikost zatížení, provedení spoje a materiál hřídele a náboje.

1.1 Jednotky výpočtu.

Ve výběrovém seznamu vyberte požadovanou soustavu jednotek výpočtu. Při přepnutí jednotek budou okamžitě přepočítány všechny hodnoty.

Upozornění: Používáte-li funkce automatického návrhu [4.13, 8.9], je nutné po změně jednotek návrh opětovně spustit.

1.2 Přenášený výkon.

Zadejte výkon, který bude hřídelí přenášen.

1.3 Otáčky hřídele.

Zadejte otáčky hřídele.

1.4 Krouticí moment.

Z přenášeného výkonu a otáček je získán krouticí moment, který je základní vstupní hodnotou pro návrh spoje.

1.6 Charakter pohonu.

Vyberte takový typ pohonu, který nejlépe odpovídá vašemu zadání.

1. Rovnoměrný pohon: elektromotor, parní turbína, plynová turbína
2. Lehké rázy: hydraulické motory
3. Střední rázy: spalovací motor

1.7 Typ zatížení.

Vyberte takový způsob zatížení, který nejlépe odpovídá vašemu zadání.

1. Plynulé: generátor, dopravník (pásový, deskový, šnekový), lehký výtah, soukolí posuvu obráběcího stroje, ventilátor, turbodmychadlo, turbokompresor, míchadlo na materiál konstantní hustoty, atd.
2. Lehké rázy: generátor, zubové čerpadlo, rotační čerpadlo, atd.
3. Střídavé rázy: hlavní pohon obráběcího stroje, těžký výtah, otoč jeřábu, míchadlo na materiál s proměnnou hustotou, pístové čerpadlo, atd.
4. Silné rázy: lis, nůžky, kalandr na pryž, válcovací stolice, lopatové rýpadlo, těžká odstředivka, těžká napáječka, vrtná soustava, briketovací lis, hnětací stroj, atd.

1.8 Charakter provozu.

Zvolte zda bude spoj za provozu namáhán pouze v jednom směru otáčení nebo zda bude smysl otáčení hřídele obousměrný.

1.9 Počet rozběhů.

Zvolte celkový počet spuštění stroje během požadované životnosti spoje. 

Upozornění: Počet rozběhů je udáván v tisících. 

1.10 Požadovaná životnost

Parametr určuje požadovanou životnost v hodinách. Orientační hodnoty v hodinách jsou uvedené v tabulce.

Poznámka: Tento parametr má význam pouze pro posuvné spoje (viz. [1.12]). 

1.12 Provedení spoje.

Ve výběrovém seznamu zvolte způsob provedení spoje odpovídající vašemu zadání.

1. Pevný spoj: u spoje nedochází k axiálnímu posuvu náboje po hřídeli, vzájemná poloha hřídele s nábojem je pevně  fixována vhodným uložením nebo konstrukční úpravou (nalisování, hřídelové matice, pojistné kroužky, ...).
2. Posuvný spoj bez zatížení: vzájemná poloha hřídele s nábojem není pevně fixována, k axiálnímu posuvu náboje po hřídeli dochází pouze u nezatíženého spoje. 
3. Posuvný spoj při zatížení: vzájemná poloha hřídele s nábojem není fixována, k axiálnímu posuvu náboje po hřídeli dochází u plně zatíženého spoje.

1.13 Vnitřní průměr hřídele.

Pokud použijete ve spoji dutou hřídel, zadejte zde velikost vnitřního průměru hřídele. Tento parametr ovlivňuje velikost namáhání hřídele na krut a má tedy značný vliv při určení minimálního přípustného průměru hřídele [1.20].

1.14 Požadovaná bezpečnost.

S ohledem na přesnost a věrohodnost vstupních informací, důležitost spoje, jakost výroby, provozní podmínky a přesnost výpočtu se obvykle volí v rozmezí 1.5 až 3. 

Orientační hodnoty pro volbu bezpečnosti:

• 1.3 až 1.5 - Velmi přesné vstupní informace, dokonalá znalost materiálových charakteristik, vysoká jakost a přesné dodržení technologie výroby, nevýznamné spoje, jejichž porušení nemá žádné zvláštní následky.
• 1.5 až 1.8 - Méně přesný výpočet bez experimentálního ověření, menší přesnost v technologii výroby, méně důležité spoje.
• 1.8 až 2.5 - Snížená přesnost výpočtů, přibližné stanovení materiálových charakteristik, nepřesné znalosti o skutečném působení vnějšího zatížení, velké průměry hřídelí, velmi důležité spoje, jejichž porušení by mělo za následek ohrožení lidského života nebo vysoké materiální ztráty.

Poznámka: U spojů pracujících v agresivním prostředí nebo za vysokých teplot jsou používány i vyšší míry bezpečnosti.

Tip: Obecné postupy stanovování koeficientů bezpečnosti naleznete v dokumentu "Koeficienty bezpečnosti".

1.15 Minimální průměr hřídele.

Minimálním průměrem hřídele je myšlen průměr plného, drážkou nezeslabeného průřezu (viz. obrázek). Navržený min. průměr hřídele použijte jako výchozí informaci při návrhu vlastního spoje.

Poznámka: U hřídelí namáhaných přídavným ohybem od vnějších radiálních sil (např. u ozubených kol), se doporučuje volit minimální průměr hřídele o cca. 20 až 30% větší.

1.16 Materiál hřídele (min. pevnost v tahu) [tvrdost]

Z výběrového seznamu vyberte typ materiálu, ze kterého bude hřídel vyroben. V závorkách je uvedena min. pevnost v tahu [MPa/psi] a tvrdost materiálu. Pokud je zaškrtnuté zaškrtávací tlačítko vpravo od výběrového seznamu, jsou pro zvolený materiál stanoveny potřebné pevnostní parametry automaticky. V opačném případě vyplňte materiálové charakteristiky manuálně. Hodnota dovoleného tlaku [1.19] je používána pro kontrolu stykových ploch spoje na otlačení. Dovolené napětí ve smyku [1.20] slouží k pevnostní kontrole hřídele na krut.

Upozornění: Pevnostní parametry materiálu jsou stanoveny empiricky a odrážejí minimální hodnoty platné pro celou skupinu materiálů. Přestože jsou takto získané hodnoty blízké hodnotám získaným měřením konkrétních materiálů, doporučujeme v případě finálních výpočtů použít parametry materiálu podle materiálového listu či ze specifikace výrobce.

1.21 Materiál náboje (min. pevnost v tahu) [tvrdost]

Z výběrového seznamu vyberte typ materiálu, ze kterého bude náboj vyroben. V závorkách je uvedena min. pevnost v tahu [MPa/psi] a tvrdost materiálu. Pokud je zaškrtnuté zaškrtávací tlačítko vpravo od výběrového seznamu, jsou pro zvolený materiál stanoveny potřebné pevnostní parametry automaticky. V opačném případě vyplňte manuálně hodnotu dovoleného tlaku [1.24], která je používána pro kontrolu stykových ploch spoje na otlačení. 

Upozornění: Pevnostní parametry materiálu jsou stanoveny empiricky a odrážejí minimální hodnoty platné pro celou skupinu materiálů. Přestože jsou takto získané hodnoty blízké hodnotám získaným měřením konkrétních materiálů, doporučujeme v případě finálních výpočtů použít parametry materiálu podle materiálového listu či ze specifikace výrobce.

1.27 Koeficient provedení spoje.

Vyjadřuje vliv způsobu provedení spoje na snížení únosnosti spoje. Je stanoven podle empirických hodnot uvedených v následující tabulce:

1.28 Koeficient použití spoje.

Vyjadřuje vliv charakteru pohonu a typu zatížení na snížení únosnosti spoje. Je stanoven podle empirických hodnot uvedených v následující tabulce:

1.29 Koeficient životnosti.

Vyjadřuje vliv charakteru provozu a požadované životnosti spoje (měřené počtem rozběhů) na zvýšení únosnosti spoje. Je stanoven podle empirických hodnot uvedených v následující tabulce:

1.30 Koeficient opotřebení.

Vyjadřuje vliv opotřebení stykových ploch spoje během požadované životnosti spoje (měřené počtem otáček) na zvýšení únosnosti spoje. Je stanoven podle empirických hodnot uvedených v následující tabulce:

Poznámka: Tento koeficient má význam pouze pro posuvné spoje (viz. [1.12]). 

A. Spoje s přesnými pery.

Spoje s přesnými pery jsou vhodné pro přenos kroutících momentů převážně stejného smyslu otáčení. Používají se obvykle pro nepohyblivé spoje válcových hřídelí s nábojem. Pro posuvné spoje a kuželové hřídele jsou méně vhodné. Typické použití je u spojek, ozubených kol a řemenic. Pera mají obvykle zaoblená čela.

Výhody spoje: 

• nízké výrobní náklady
• snadná montáž a demontáž spoje
• centrické usazení náboje
• menší vrubový součinitel oproti drážkovaným spojům

Nevýhody spoje:

• vyšší tlaky než u drážkovaných spojů, nižší únosnost spoje
• větší opotřebení u posuvných spojů
• pro střídavé kroutící momenty víceméně nepoužitelné, po otlačení drážek hrozí uvolnění spoje

Únosnost spoje lze zvýšit použitím 2 per. To však způsobí výraznější zeslabení hřídele, a tedy případně nutnost použít hřídel o větším průměru.

Doporučená (orientační) uložení pro spoje s přesnými pery

Parametry spoje, materiál pera, návrh rozměrů. [2]

Tento odstavec slouží k volbě parametrů daného typu spoje a pro vlastní návrh rozměrů spoje. 

2.2 Typ pera.

Z výběrového seznamu vyberte typ (normu) pera. Rozměry per typu A jsou normou definovány v [in], u ostatní typů jsou rozměry definovány v [mm].

2.3 Počet per.

Pro přenos větších kroutících momentů je možné použít ve spoji dvě pera. Jejich uspořádání na hřídeli je obvykle symetrické (přesazené o 180°). Pro přenos střídavých momentů, se používá také nesymetrické uspořádání (přesazené o 120°).

Poznámka: Ačkoliv by teoreticky měla být únosnost spoje s dvěmi pery dvojnásobná, je ve skutečnosti vlivem výrobních nepřesností nižší. V praxi se obvykle počítá s únosností pouze cca 1.5x vyšší, než u samostatného pera. 

2.4 Koeficient rozložení zatížení.

Vlivem výrobních a montážních nepřesností, není u spojů se dvěmi pery rozloženo zatížení ideálně mezi obě pera. Skutečná nosná plocha spoje je nižší než nosná plocha stanovená teoreticky. Poměr mezi teoretickou a skutečnou nosnou plochou spoje je definován koeficientem rozložení zatížení. S ohledem na přesnost uložení se velikost koeficientu udává v rozmezí 0.6 až 0.8.

Tip: Pro běžnou přesnost výroby a montáže se obvykle počítá s koeficientem 0.75.

Poznámka: U spojů s jedním perem je koeficient roven 1.

2.5 Celkový provozní koeficient.

Vyjadřuje celkový vliv výrobních a provozních parametrů na snížení únosnosti spoje. Jeho velikost závisí na provedení spoje, typu pohonu a zatížení, charakteru provozu a životnosti spoje. S ohledem na zmíněné parametry jsou v literatuře uváděny hodnoty koeficientu v širokém rozmezí 1 až 40.

Pro snadnější volbu koeficientu, je program vybaven jeho automatickým návrhem. Při zapnutí zaškrtávacího tlačítka vpravo od vstupního pole, bude koeficient stanoven automaticky, na základě parametrů spoje definovaných v odstavci [1]. Pro pevný spoj je provozní koeficient vypočten ze vztahu:

Pro posuvný spoj je použit vztah:

kde:

K_a - koeficient použití spoje

K_f - koeficient životnosti

K_d - koeficient provedení spoje

K_w - koeficient opotřebení

Význam a velikost koeficientů viz. [1].

2.6 Materiál pera (min. pevnost v tahu) [tvrdost]

Z výběrového seznamu vyberte typ materiálu, ze kterého bude pero vyrobeno. V závorkách je uvedena min. pevnost v tahu [MPa/psi] a tvrdost materiálu. Pokud je zaškrtnuté zaškrtávací tlačítko vpravo od výběrového seznamu, jsou pro zvolený materiál stanoveny potřebné pevnostní parametry automaticky. V opačném případě vyplňte manuálně hodnotu dovoleného tlaku [2.9], která je používána pro kontrolu pera na otlačení. 

Upozornění: Pevnostní parametry materiálu jsou stanoveny empiricky a odrážejí minimální hodnoty platné pro celou skupinu materiálů. Přestože jsou takto získané hodnoty blízké hodnotám získaným měřením konkrétních materiálů, doporučujeme v případě finálních výpočtů použít parametry materiálu podle materiálového listu či ze specifikace výrobce.

2.11 Návrh rozměrů spoje.

Tento odstavec slouží k vlastnímu návrhu rozměrů spoje. Při návrhu spoje, zvolte nejdříve požadovaný průměr hřídele [2.14]. Pro zadaný průměr hřídele bude podle příslušné normy automaticky vybráno odpovídající pero. Pro takto zvolené pero je pak programem vypočtena jeho min. délka [2.20], potřebná pro bezpečný přenos zadaného kroutícího momentu. Návrh spoje dokončete volbou skutečné délky pera v řádku [2.22].  

Upozornění: Vychází-li délka pera mimo rozsah normou stanovených délek [2.21], je potřeba návrh zopakovat pro větší průměr hřídele, případně použít ve spoji pera dvě.

Tip: Při zaškrtnutí zaškrtávacího tlačítka v řádku [2.22] bude délka pera navržena automaticky.

2.12 Pera pro průměry.

Tento parametr udává normou povolené průměry hřídele pro typ pera zvolený v [2.2].

2.13 Minimální průměr hřídele.

Tento parametr udává minimální průměr plného, drážkou nezeslabeného průřezu hřídele, potřebný pro bezpečný přenos zadaného kroutícího momentu. 

2.14 Průměr hřídele.

Průměr hřídele volte dostatečně velký, aby průměr plného, drážkou nezeslabeného průřezu hřídele d₁ byl větší než min. požadovaný průměr d_1min.  

Upozornění: Průměr hřídele by měl být v normou stanoveném rozsahu [2.12]

Doporučení: U hřídelí namáhaných přídavným ohybem od vnějších radiálních sil (např. u ozubených kol), se doporučuje volit průměr hřídele tak, aby průměr d₁ byl o cca. 20 až 30% větší než minimální průměr d_1min.

2.20 Minimální délka pera.

Vypočtená minimální délka zvoleného pera, potřebná pro bezpečný přenos zadaného kroutícího momentu.

Upozornění: Vychází-li min. délka větší než horní hranice normou stanovených délek [2.21], je potřeba návrh zopakovat pro větší průměr hřídele, případně použít ve spoji pera dvě.

2.21 Dovolený rozsah délek.

Normou předepsaná minimální a maximální dovolená délka vybraného pera.

2.22 Zvolená délka pera.

Délku pera volte z normou stanoveného rozsahu [2.21] tak, aby byla větší než minimální délka [2.20]. Při stanovení délky pamatujte na skutečnost, že zvolená délka pera může ovlivňuje délku náboje. Doporučené délky nábojů naleznete v dokumentu "Směrné hodnoty pro volbu rozměrů náboje".

Tip: Při zaškrtnutí zaškrtávacího tlačítka v řádku [2.22] bude délka pera navržena automaticky.

Pevnostní kontroly spoje. [3]

U spojů s pery jsou obvykle prováděny pouze dva typy pevnostních kontrol. Kontrola namáhání hřídele na krut a kontrola otlačení stykových ploch spoje. Kontrola namáhání pera na střih se většinou neprovádí. Normalizovaná pera jsou dimenzována tak, aby při splnění kontroly na otlačení vyhovovali i z hlediska kontroly smykových napětí. 

3.1 Kontrola hřídele na krut.

Kontrola je prováděna pro průměr plného, drážkou nezeslabeného průřezu hřídele d₁ [2.18]. Výsledná bezpečnost spoje [3.4] je dána poměrem dovoleného smykového napětí materiálu hřídele s vypočteným srovnávacím napětím. Má-li spoj vyhovovat, musí být vypočtená bezpečnost větší než bezpečnost požadovaná [1.19].

Poznámka: Pokud kontrola nevyhovuje, navrhněte spoj s větším průměrem hřídele.

3.5, 3.9, 3.13 Kontrola na otlačení stykových ploch.

Kontrola na otlačení je prováděna samostatně pro každou část spoje. Jednotlivé bezpečnosti [3.8, 3.12, 3.16] jsou dány poměrem dovoleného tlaku příslušného materiálu a vypočteným srovnávacím tlakem působícím na danou část spoje. Má-li spoj vyhovovat, musí být hodnota nejmenší bezpečnosti větší než bezpečnost požadovaná [1.19].

Poznámka: Pokud kontrola nevyhovuje, navrhněte spoj s více pery nebo větší délkou pera, případně s větším průměrem hřídele.

B. Spoje s woodruffovými pery.

Spoje s woodruffovými (kotoučovými) pery jsou vhodné pro přenos menších kroutících momentů převážně stejného smyslu otáčení u hřídelí menších průměrů. Používají se pro nepohyblivé spoje válcových nebo kuželových hřídelí s krátkým nábojem. Pro posuvné spoje se obvykle nepoužívají. 

Výhody spoje: 

• nízké výrobní náklady
• snadná montáž a demontáž spoje
• centrické usazení náboje
• vhodné pro kuželové konce hřídelí

Nevýhody spoje:

• vyšší tlaky než u drážkovaných spojů, nižší únosnost spoje
• nevhodné pro posuvné spoje
• větší zeslabení hřídele drážkou než u přesných per
• nevhodné pro střídavé kroutící momenty, po otlačení drážek hrozí uvolnění spoje

Únosnost spoje lze zvýšit použitím 2 per. To však způsobí výraznější zeslabení hřídele, a tedy případně nutnost použít hřídel o větším průměru.

Doporučená (orientační) uložení pro spoje s woodruffovými pery

Parametry spoje, materiál pera, návrh rozměrů. [4]

Tento odstavec slouží k volbě parametrů daného typu spoje a pro vlastní návrh rozměrů spoje. 

4.2 Typ pera.

Z výběrového seznamu vyberte typ (normu) pera. Rozměry per jsou pro typy A,B,E,F normou definovány v [in], u ostatní typů jsou rozměry definovány v [mm]. Pera se vyrábějí ve dvou základních provedení (viz. obrázek):

1. Provedení s plným zaoblením
2. Provedení ploché

Oba typy mohou být dále provedeny se sraženými špičkami:

4.3 Počet per.

Pro přenos větších kroutících momentů je možné použít ve spoji dvě pera. Jejich uspořádání na hřídeli je obvykle symetrické (přesazené o 180°). Pro přenos střídavých momentů, se používá také nesymetrické uspořádání (přesazené o 120°).

Poznámka: Ačkoliv by teoreticky měla být únosnost spoje s dvěmi pery dvojnásobná, je ve skutečnosti vlivem výrobních nepřesností nižší. V praxi se obvykle počítá s únosností pouze cca 1.5x vyšší, než u samostatného pera. 

4.4 Koeficient rozložení zatížení.

Vlivem výrobních a montážních nepřesností, není u spojů se dvěmi pery rozloženo zatížení ideálně mezi obě pera. Skutečná nosná plocha spoje je nižší než nosná plocha stanovená teoreticky. Poměr mezi teoretickou a skutečnou nosnou plochou spoje je definován koeficientem rozložení zatížení. S ohledem na přesnost uložení se velikost koeficientu udává v rozmezí 0.6 až 0.8.

Tip: Pro běžnou přesnost výroby a montáže se obvykle počítá s koeficientem 0.75.

Poznámka: U spojů s jedním perem je koeficient roven 1.

4.5 Celkový provozní koeficient.

Vyjadřuje celkový vliv výrobních a provozních parametrů na snížení únosnosti spoje. Jeho velikost závisí na provedení spoje, typu pohonu a zatížení, charakteru provozu a životnosti spoje. S ohledem na zmíněné parametry jsou v literatuře uváděny hodnoty koeficientu v širokém rozmezí 1 až 40.

Pro snadnější volbu koeficientu, je program vybaven jeho automatickým návrhem. Při zapnutí zaškrtávacího tlačítka vpravo od vstupního pole, bude koeficient stanoven automaticky, na základě parametrů spoje definovaných v odstavci [1]. Pro pevný spoj je provozní koeficient vypočten ze vztahu:

Pro posuvný spoj je použit vztah:

kde:

K_a - koeficient použití spoje

K_f - koeficient životnosti

K_d - koeficient provedení spoje

K_w - koeficient opotřebení

Význam a velikost koeficientů viz. [1].

4.6 Materiál pera (min. pevnost v tahu) [tvrdost]

Z výběrového seznamu vyberte typ materiálu, ze kterého bude pero vyrobeno. V závorkách je uvedena min. pevnost v tahu [MPa/psi] a tvrdost materiálu. Pokud je zaškrtnuté zaškrtávací tlačítko vpravo od výběrového seznamu, jsou pro zvolený materiál stanoveny potřebné pevnostní parametry automaticky. V opačném případě vyplňte manuálně hodnotu dovoleného tlaku [4.9], která je používána pro kontrolu pera na otlačení. 

Upozornění: Pevnostní parametry materiálu jsou stanoveny empiricky a odrážejí minimální hodnoty platné pro celou skupinu materiálů. Přestože jsou takto získané hodnoty blízké hodnotám získaným měřením konkrétních materiálů, doporučujeme v případě finálních výpočtů použít parametry materiálu podle materiálového listu či ze specifikace výrobce.

4.11 Automatický návrh spoje.

Automatický návrh vybere pro zvolený typ [4.2] všechny vyhovující pera a dopočte k nim minimální vyhovující průměr hřídele. Návrhový výpočet je spuštěn stisknutím tlačítka v řádku [4.13]. Po ukončení výpočtu je naplněna a setříděna tabulka navržených řešení [4.14] a hodnoty vybraného řešení jsou automaticky přeneseny do odstavce [4.15]. Tabulka je tříděna podle kritéria nastaveného v řádku [4.12] a lze ji kdykoliv přetřídit výběrem jiného kritéria.

Pokud byl návrhový výpočet neúspěšný a nepodařilo se mu pro dané zadání nalézt žádné vyhovující řešení, oznámí tuto skutečnost varovným hlášením, a tabulku vymaže. V takovém případě návrh opakujte pro spoj s více pery, nebo kvalitnějšími materiály.

Poznámka: Pokud vyhovuje více než 20 různých per, jsou do výsledného návrhu vybrány pera s menším průměrem hřídele.

Upozornění: Výsledky automatického návrhu jsou relevantní pouze pro aktuální zadání. Provedete-li změnu v odstavcích [1, 4.1, 4.6] je nutné výsledky přepočítat opětovným spuštěním návrhu.

4.14 Tabulka navržených řešení.

Význam parametrů v tabulce:

4.15 Rozměry spoje.

Tento odstavec slouží k vlastnímu určení rozměrů spoje. Rozměry lze volit jednak manuálně, nebo můžete přenést hodnoty navrženého řešení výběrem z tabulky [4.14]. Při manuálním zadání, zvolte nejdříve požadovaný průměr hřídele [4.18]. Po zadaní průměru hřídele je podle příslušné normy automaticky naplněn seznam per [4.19] přiřazených danému průměru.  Návrh spoje dokončete výběrem vhodného pera.

4.16 Pera pro průměry.

Tento parametr udává normou povolené průměry hřídele pro typ pera zvolený v [4.2].

4.17 Minimální průměr hřídele.

Tento parametr udává minimální průměr plného, drážkou nezeslabeného průřezu hřídele, potřebný pro bezpečný přenos zadaného kroutícího momentu. 

4.18 Průměr hřídele.

Průměr hřídele volte dostatečně velký, aby průměr plného, drážkou nezeslabeného průřezu hřídele d₁ byl větší než min. požadovaný průměr d_1min. Po zadaní průměru hřídele je podle příslušné normy automaticky naplněn seznam per přiřazených danému průměru [4.19]. 

Upozornění: Průměr hřídele by měl být v normou stanoveném rozsahu [4.16].

Doporučení: U hřídelí namáhaných přídavným ohybem od vnějších radiálních sil (např. u ozubených kol), se doporučuje volit průměr hřídele tak, aby průměr d₁ byl o cca. 20 až 30% větší než minimální průměr d_1min.

4.19 Pero.

Z rozbalovacího seznamu zvolte vhodné pero. Seznam obsahuje všechny pera přiřazené ke zvolenému průměru hřídele [4.18] podle příslušné normy. Označení jednotlivých per v seznamu je dáno zvoleným typem (normou) pera. Konvence značení je pro jednotlivé typy per uvedena v následující tabulce.

kde:

b - šířka pera

h - výška pera

D - průměr pera

Pevnostní kontroly spoje. [5]

U spojů s pery jsou obvykle prováděny pouze dva typy pevnostních kontrol. Kontrola namáhání hřídele na krut a kontrola otlačení stykových ploch spoje. Kontrola namáhání pera na střih se většinou neprovádí. Normalizovaná pera jsou dimenzována tak, aby při splnění kontroly na otlačení vyhovovali i z hlediska kontroly smykových napětí. 

5.1 Kontrola hřídele na krut.

Kontrola je prováděna pro průměr plného, drážkou nezeslabeného průřezu hřídele d₁ [4.22]. Výsledná bezpečnost spoje [5.4] je dána poměrem dovoleného smykového napětí materiálu hřídele s vypočteným srovnávacím napětím. Má-li spoj vyhovovat, musí být vypočtená bezpečnost větší než bezpečnost požadovaná [1.19].

Poznámka: Pokud kontrola nevyhovuje, navrhněte spoj s větším průměrem hřídele.

5.5, 5.9, 5.13 Kontrola na otlačení stykových ploch.

Kontrola na otlačení je prováděna samostatně pro každou část spoje. Jednotlivé bezpečnosti [5.8, 5.12, 5.16] jsou dány poměrem dovoleného tlaku příslušného materiálu a vypočteným srovnávacím tlakem působícím na danou část spoje. Má-li spoj vyhovovat, musí být hodnota nejmenší bezpečnosti větší než bezpečnost požadovaná [1.19].

Poznámka: Pokud kontrola nevyhovuje, navrhněte spoj s více pery nebo větším perem, případně s větším průměrem hřídele.

C. Spoje s rovnobokým drážkováním.

Spoje s rovnobokým drážkováním jsou vhodné pro přenos velkých, střídavých a rázových kroutících momentů. Představují v praxi nejběžnější typ drážkování (cca. 80%). Používají se jak pro pevné tak i pro posuvné spoje válcových hřídelí s nábojem. Typické použití je např. u posuvných ozubených kol v řazených převodovkách.

Výhody spoje: 

• nižší tlaky než u spojů s pery, vyšší únosnost spoje
• menší opotřebení u posuvných spojů
• vhodné i pro střídavé kroutící momenty
• snadná montáž a demontáž spoje

Nevýhody spoje:

• vyšší výrobní náklady než u spojů s pery
• větší vrubový součinitel oproti spojům s pery

Způsob středění se volí podle technologických a provozních požadavků a nároků na přesnost. Středění je možné na vnitřním průměru, vnějším průměru (používá se zřídka) nebo na bocích zubů. Středění na průměry se používá při požadavku vyšší přesnosti uložení. Spoje středěné na boky vykazují vyšší únosnost a jsou vhodné pro zatížení proměnným momentem a rázy.

Doporučená (orientační) uložení pro rovnoboké drážkování

kde:
d - vnitřní průměr drážkování
D - vnější průměr drážkování
b - šířka zubu

Parametry spoje, návrh rozměrů. [6]

Tento odstavec slouží k volbě parametrů daného typu spoje a pro vlastní návrh rozměrů spoje. 

6.2 Typ drážkování.

Z výběrového seznamu vyberte typ (normu) drážkování. Rozměry drážkování jsou pro typy A,B,C normou definovány v [in], u ostatní typů jsou rozměry definovány v [mm]. 

Doporučené použití drážkování:

6.3 Koeficient rozložení zatížení.

Vlivem výrobních a montážních nepřesností, není zatížení rozloženo ideálně na všechny zuby drážkování. Skutečná nosná plocha spoje je nižší než nosná plocha stanovená teoreticky. Poměr mezi teoretickou a skutečnou nosnou plochou spoje je definován koeficientem rozložení zatížení. S ohledem na přesnost uložení se velikost koeficientu udává v rozmezí 0.6 až 0.8.

Tip: Pro běžnou přesnost výroby a montáže se obvykle počítá s koeficientem 0.75.

6.4 Celkový provozní koeficient.

Vyjadřuje celkový vliv výrobních a provozních parametrů na snížení únosnosti spoje. Jeho velikost závisí na provedení spoje, typu pohonu a zatížení, charakteru provozu a životnosti spoje. S ohledem na zmíněné parametry jsou v literatuře uváděny hodnoty koeficientu v širokém rozmezí 1 až 40.

Pro snadnější volbu koeficientu, je program vybaven jeho automatickým návrhem. Při zapnutí zaškrtávacího tlačítka vpravo od vstupního pole, bude koeficient stanoven automaticky, na základě parametrů spoje definovaných v odstavci [1]. Pro pevný spoj je provozní koeficient vypočten ze vztahu:

Pro posuvný spoj je použit vztah:

kde:

K_a - koeficient použití spoje

K_f - koeficient životnosti

K_d - koeficient provedení spoje

K_w - koeficient opotřebení

Význam a velikost koeficientů viz. [1].

6.5 Návrh rozměrů spoje.

Tento odstavec slouží k vlastnímu návrhu rozměrů spoje. Při návrhu spoje, zvolte nejdříve vhodný rozměr drážkování [6.8]. Pro vybrané drážkování je programem vypočtena jeho minimální funkční délka [6.14], potřebná pro bezpečný přenos zadaného kroutícího momentu. Návrh spoje dokončete volbou skutečné délky drážkování v řádku [6.15].  

Doporučení: Délka náboje nemá být v žádném případě větší než dvojnásobek vnějšího průměru drážkování. Vychází-li funkční délka drážkování větší, opakujte návrh pro drážkování s více drážkami nebo větším průměrem.

Tip: Při zaškrtnutí zaškrtávacího tlačítka v řádku [6.15] bude délka drážkování navržena automaticky.

6.6 Drážkování  pro průměry.

Tento parametr udává normou daný rozsah vnějšího průměru drážkování pro zvolenou řadu drážkování [6.2].

6.7 Minimální průměr hřídele.

Tento parametr udává minimální průměr plného, drážkováním nezeslabeného průřezu hřídele, potřebný pro bezpečný přenos zadaného kroutícího momentu. 

6.8 Drážkování. 

Z rozbalovacího seznamu vyberte drážkování vhodných rozměrů. Drážkování volte tak, aby vnitřní průměr drážkování d byl větší než minimální průměr d_min. Rozměry drážkování jsou v seznamu uváděny ve tvaru: "Vnější průměr" - "Předepsané označení". Konvence značení je pro jednotlivé typy drážkování uvedena v následující tabulce.

kde:

n - počet drážek

d - vnitřní průměr drážkování

D - vnější průměr drážkování

Doporučení: U hřídelí namáhaných přídavným ohybem od vnějších radiálních sil (např. u ozubených kol), se doporučuje volit drážkování tak, aby vnitřní průměr drážkování d byl o cca. 20 až 30% větší než minimální průměr d_min.

6.10 Vnitřní průměr drážkování.

Doporučení: U dutých hřídelů se doporučuje volit drážkování tak, aby minimální tloušťka stěny hřídele byla větší než výška zubů.

6.14 Minimální funkční délka drážkování.

Parametr udává min. funkční délku zvoleného drážkování, potřebnou pro bezpečný přenos zadaného kroutícího momentu.

6.15 Zvolená délka drážkování.

Délku drážkování volte větší než je vypočtená minimální délka [6.14]. Při stanovení délky pamatujte na skutečnost, že zvolená funkční délka drážkování je zároveň minimální přípustnou délkou náboje. Doporučené délky nábojů naleznete v dokumentu "Směrné hodnoty pro volbu rozměrů náboje".

Doporučení: Délka náboje nemá být v žádném případě větší než dvojnásobek vnějšího průměru drážkování. Vychází-li funkční délka drážkování větší, opakujte návrh pro drážkování s více drážkami nebo větším průměrem.

Tip: Při zaškrtnutí zaškrtávacího tlačítka v řádku [6.15] bude délka drážkování navržena automaticky.

Pevnostní kontroly spoje. [7]

U drážkových spojů jsou obvykle prováděny pouze dva typy pevnostních kontrol. Kontrola namáhání hřídele na krut a kontrola otlačení stykových ploch spoje.

7.1 Kontrola hřídele na krut.

Kontrola je prováděna pro průměr plného, drážkováním nezeslabeného průřezu hřídele d [6.10]. Výsledná bezpečnost spoje [7.4] je dána poměrem dovoleného smykového napětí materiálu hřídele s vypočteným srovnávacím napětím. Má-li spoj vyhovovat, musí být vypočtená bezpečnost větší než bezpečnost požadovaná [1.19].

Poznámka: Pokud kontrola nevyhovuje, navrhněte spoj s větším vnitřním průměrem drážkování.

7.5 Kontrola otlačení na bocích drážkování.

Kontrola na otlačení je prováděna srovnáním dovoleného tlaku méně kvalitního materiálu s vypočteným srovnávacím tlakem působícím na bocích drážky. Má-li spoj vyhovovat, musí být vypočtená bezpečnost větší než bezpečnost požadovaná [1.19].

Poznámka: Pokud kontrola nevyhovuje, navrhněte spoj s větší délkou, více drážkami, nebo větším průměrem drážkování.

D. Spoje s evolventním drážkováním.

Spoje s evolventním drážkováním jsou vhodné pro přenos velkých, střídavých a rázových kroutících momentů. Používají se jak pro pevné tak i pro posuvné spoje válcových hřídelí s nábojem. Použití je obdobné jako u rovnobokého drážkování.

Obecné výhody spoje: 

• nižší tlaky než u spojů s pery, vyšší únosnost spoje
• menší opotřebení u posuvných spojů
• vhodné i pro střídavé kroutící momenty
• snadná montáž a demontáž spoje

Výhody spoje oproti rovnobokému drážkování:

• vyšší počty zubů (menší tlaky, vyšší únosnost spoje, rovnoměrnější rozdělení síly po obvodu, možnost jemnějšího přestavení náboje na hřídeli)
• menší zeslabení hřídele, menší vrubový součinitel 
• hospodárná sériová výroba odvalovacím způsobem
• vysoká přesnost výroby podobně jako u přesných ozubených kol

Nevýhody spoje:

• vyšší výrobní náklady než u spojů s pery
• větší vrubový součinitel oproti spojům s pery
• zajištění souososti a kolmosti spoje je nesnadné
• nerovnoběžnost boků zubů vyvolává ve spoji přídavnou radiální sílu, která má snahu rozevřít náboj 

Drážkovaný profil má v příčném řezu tvar evolventního ozubení se základním úhlem profilu 30°, 37.5° nebo 45°. Středí se buď na vnější průměr nebo na boky zubů. Středění na průměr je přesnější, středění na boky ekonomičtější a v praxi se používá podstatně častěji. Dno drážky může být ploché nebo zaoblené. 

Doporučená (orientační) uložení pro evolventní drážkování

kde:
D_o - vnější průměr drážkování
t   - šířka zubu

Parametry spoje, návrh rozměrů. [8]

Tento odstavec slouží k volbě parametrů daného typu spoje a pro vlastní návrh rozměrů spoje. Jelikož je značení jednotlivých rozměrů drážkování v různých normách odlišné, je ve výpočtu použito značení dle ANSI B92.1 s tím, že rozdíly ve značení jsou uvedeny v následující tabulce:

8.2 Typ drážkování.

Z výběrového seznamu vyberte normu a typ drážkování. Rozměry drážkování jsou pro typy A až E normou definovány v [in], u ostatní typů jsou rozměry definovány v [mm]. Jednotlivé typy drážkování jsou v seznamu popsány ve tvaru: "Norma drážkování" - "Úhel profilu", "Provedení drážky", "Způsob středění".

8.3 Koeficient rozložení zatížení.

Vlivem výrobních a montážních nepřesností, není zatížení rozloženo ideálně na všechny zuby drážkování. Skutečná nosná plocha spoje je nižší než nosná plocha stanovená teoreticky. Poměr mezi teoretickou a skutečnou nosnou plochou spoje je definován koeficientem rozložení zatížení. S ohledem na přesnost uložení se velikost koeficientu udává v rozmezí 0.4 až 0.8.

Doporučené hodnoty pro volbu koeficientu rozložení zatížení:

8.4 Celkový provozní koeficient.

Vyjadřuje celkový vliv výrobních a provozních parametrů na snížení únosnosti spoje. Jeho velikost závisí na provedení spoje, typu pohonu a zatížení, charakteru provozu a životnosti spoje. S ohledem na zmíněné parametry jsou v literatuře uváděny hodnoty koeficientu v širokém rozmezí 1 až 40.

Pro snadnější volbu koeficientu, je program vybaven jeho automatickým návrhem. Při zapnutí zaškrtávacího tlačítka vpravo od vstupního pole, bude koeficient stanoven automaticky, na základě parametrů spoje definovaných v odstavci [1]. Pro pevný spoj je provozní koeficient vypočten ze vztahu:

Pro posuvný spoj je použit vztah:

kde:

K_a - koeficient použití spoje

K_f - koeficient životnosti

K_d - koeficient provedení spoje

K_w - koeficient opotřebení

Význam a velikost koeficientů viz. [1].

8.5 Automatický návrh spoje.

Automatický návrh vybere pro zvolený typ a řadu drážkování 20 nejvýhodnějších řešení z hlediska požadavku minimálního průměru hřídele. Délka drážkování je volena s ohledem na doporučené rozměry náboje. Z návrhu jsou vyloučena všechna řešení, u nichž vychází délka náboje větší než dvojnásobek vnějšího průměru drážkování.

Návrhový výpočet je spuštěn stisknutím tlačítka v řádku [8.9]. Po ukončení výpočtu je naplněna a setříděna tabulka navržených řešení [8.10] a hodnoty vybraného řešení jsou automaticky přeneseny do odstavce [8.11]. Tabulka je tříděna podle kritéria nastaveného v řádku [8.7] a lze ji kdykoliv přetřídit výběrem jiného kritéria.

Pokud byl návrhový výpočet neúspěšný a nepodařilo se mu pro dané zadání nalézt žádné vyhovující řešení, oznámí tuto skutečnost varovným hlášením, a tabulku vymaže. V takovém případě návrh opakujte pro spoj s kvalitnějšími materiály.

Upozornění: Výsledky automatického návrhu jsou relevantní pouze pro aktuální zadání. Provedete-li změnu v odstavcích [1, 8.1] je nutné výsledky přepočítat opětovným spuštěním návrhu.

8.6 Filtr návrhu.

Ze seznamu vyberte oblast vstupních dat (rozměrů drážkování), ze které má automatický návrh vybírat řešení. 

Poznámka: U drážkování typu A až E nemá položka "Preferovaná řada" význam, a návrh bude proveden pro kompletní řadu rozměrů.

8.8 Maximální délka náboje.

Při zaškrtnutí zaškrtávacího tlačítka budou z návrhu vyloučena všechna řešení, u nichž vychází délka náboje větší než zadaná hodnota L_max.

8.10 Tabulka navržených řešení.

Význam parametrů v tabulce:

8.11 Rozměry spoje.

Tento odstavec slouží k vlastnímu určení rozměrů spoje. Rozměry lze volit jednak manuálně, nebo můžete přenést hodnoty navrženého řešení výběrem z tabulky [8.10]. Při manuálním zadání, zvolte nejdříve vhodný rozměr drážkování [8.13]. Pro vybrané drážkování je programem vypočtena jeho minimální funkční délka [8.21], potřebná pro bezpečný přenos zadaného kroutícího momentu. Návrh spoje dokončete volbou skutečné délky drážkování v řádku [8.22].  

Doporučení: Délka náboje nemá být v žádném případě větší než dvojnásobek vnějšího průměru drážkování. Vychází-li funkční délka drážkování větší, opakujte návrh pro drážkování s více drážkami nebo větším průměrem.

Tip: Při zaškrtnutí zaškrtávacího tlačítka v řádku [8.22] bude délka drážkování navržena automaticky.

8.12 Minimální průměr hřídele.

Tento parametr udává minimální průměr plného, drážkováním nezeslabeného průřezu hřídele, potřebný pro bezpečný přenos zadaného kroutícího momentu. 

8.13 Drážkování. 

Z rozbalovacího seznamu vyberte drážkování vhodných rozměrů. Drážkování volte tak, aby vnitřní průměr drážkování D_re byl větší než minimální průměr D_remin. Rozměry drážkování jsou v seznamu uváděny ve tvaru: "Vnější průměr" - "Modul / Rozteč" x "Počet zubů". Preferované (doporučené) rozměry drážkování jsou v seznamu označeny znakem "*".

Doporučení: U hřídelí namáhaných přídavným ohybem od vnějších radiálních sil (např. u ozubených kol), se doporučuje volit drážkování tak, aby vnitřní průměr drážkování D_re byl o cca. 20 až 30% větší než minimální průměr D_remin.

8.17 Průměry vnějšího drážkování.

Doporučení: U dutých hřídelů se doporučuje volit drážkování tak, aby minimální tloušťka stěny hřídele byla větší než výška zubů.

8.21 Minimální funkční délka drážkování.

Parametr udává min. funkční délku zvoleného drážkování, potřebnou pro bezpečný přenos zadaného kroutícího momentu.

8.22 Zvolená délka drážkování.

Délku drážkování volte větší než je vypočtená minimální délka [8.21]. Při stanovení délky pamatujte na skutečnost, že zvolená funkční délka drážkování je zároveň minimální přípustnou délkou náboje. Doporučené délky nábojů naleznete v dokumentu "Směrné hodnoty pro volbu rozměrů náboje".

Doporučení: Délka náboje nemá být v žádném případě větší než dvojnásobek vnějšího průměru drážkování. Vychází-li funkční délka drážkování větší, opakujte návrh pro drážkování s více drážkami nebo větším průměrem.

Tip: Při zaškrtnutí zaškrtávacího tlačítka v řádku [8.22] bude délka drážkování navržena automaticky.

Pevnostní kontroly spoje. [9]

U drážkových spojů jsou obvykle prováděny pouze dva typy pevnostních kontrol. Kontrola namáhání hřídele na krut a kontrola otlačení stykových ploch spoje.

9.1 Kontrola hřídele na krut.

Kontrola je prováděna pro průměr plného, drážkováním nezeslabeného průřezu hřídele D_re [8.17]. Výsledná bezpečnost spoje [9.4] je dána poměrem dovoleného smykového napětí materiálu hřídele s vypočteným srovnávacím napětím. Má-li spoj vyhovovat, musí být vypočtená bezpečnost větší než bezpečnost požadovaná [1.19].

Poznámka: Pokud kontrola nevyhovuje, navrhněte spoj s větším vnitřním průměrem drážkování.

9.5 Kontrola otlačení na bocích drážkování.

Kontrola na otlačení je prováděna srovnáním dovoleného tlaku méně kvalitního materiálu s vypočteným srovnávacím tlakem působícím na bocích drážky. Má-li spoj vyhovovat, musí být vypočtená bezpečnost větší než bezpečnost požadovaná [1.19].

Poznámka: Pokud kontrola nevyhovuje, navrhněte spoj s větší délkou, více drážkami, nebo větším průměrem drážkování.

Srovnávací tabulka. [10]

Tento odstavec slouží pro rychlé srovnání navržených řešení spoje hřídele s nábojem. Pro jednotlivé typy spoje jsou zde uvedeny pouze základní rozměry. Kompletní rozměry spoje najdete v samostatné kapitole příslušného výpočtu.

Poznámka: Hodnoty bezpečnosti zde uvedené jsou minimální hodnotou bezpečnosti pro všechny pevnostní kontroly prováděné u daného typu spoje.

Grafický výstup, CAD systémy.

Informace o možnostech 2D a 3D grafického výstupu a informace o spolupráci se 2D a 3D CAD systémy naleznete v dokumentu "Grafický výstup, CAD systémy".

Nastavení, změna jazyka.

Informace o nastavení parametrů výpočtu a nastavení jazyka naleznete v dokumentu "Nastavení výpočtů, změna jazyka".

Uživatelské úpravy výpočtu.

Všeobecné informace o tom, jak je možné měnit a rozšiřovat sešity výpočtu, jsou uvedeny v dokumentu "Úpravy sešitu (výpočtu)".