Zsugorkötések kialakítása |

A zsugorkötések (tengelykötések) olyan szilárd kötések, amelyek lehetővé teszik az axiális erő és nyomaték átvitelét a súrlódási ellenállás segítségével. A tengelykötések kialakíthatók retesszel, ékkel, csavarkötéssel, rugalmas elemmel és szilárd illesztéssel.

Ékkötések

Ékkötéssel tengelyeket és szíjtárcsákat, lánckereket vagy tárcsákat kötnek össze. Vagy minden olyan elemet amik a forgómozgás átvitelét biztosítják. A terhelések következtében az ék deformációt idézhet elő a tengelyen és ennek következtében a tengely excentrikussá válhat. Ahhoz hogy ez az excentrikusság minél kisebb legyen, a tengely és az agy közötti illesztés H7/k6 vagy H7/m6 legyen. Az ék és a horony között pedig h9/D10. A normál irányú erő, amely az axiális erőtől függ, nyomja az ék oldalát a külső felülethez és mivel a felületek között súrlódási ellenállás lép fel, ezért az alábbi feszültségi állapot alakul ki.

Nagy nyomatékok átvitelekor amikor a forgás iránya is változik, akkor érintős ékkötést használnak. Ebben az esetben két ékpárt szerelnek be 120°-os elrendezésben. Az ékek a lejtős felületükkel fekszenek egymáson, míg a külső párhuzamos lapok a tengely illetve az agy megfelelő sík felületére támaszkodnak. Ezért ez alakzáró kötés.

Az ékek és reteszek méretei szabványosítottak és így biztosítva van a szabályos illesztés és a kedvezőbb feszültségi állapot, ami így is kedvezőtlenebb mint a másik típusú tengelykötések esetében. Ezek a hátrányok miatt ékkötéseket csak ritkán alkalmazzák, csak akkor használják ha nagy a forgatónyomaték és a tengely szögsebessége.

Szorítókötések

Szorítókötés osztott vagy hosszanti irányban felhasított aggyal valósítható meg. A kötés létesítésénél az érintkező felületek között nyomást kell létrehozni, ami általában kötőcsavarok segítségével történik. A kötés bizonytalansága miatt csak kisebb terheléseknél alkalmazható. Ingadozó nyomatékoknál reteszkötéssel szokták kombinálni. Osztott agynál üzem közben jelentkezik a centrifugális erő, amely csökkenti a felületi nyomást. Ahhoz hogy a szorítása ne okozzon nagy deformációt a tengelyen, ezért a tengely és az agy között az alábbi illesztéseket kell előírni H7/j7, H8/j7, H8/k7.

Kötés kúpos elempárral és csavarokkal

A kúpos felületek jó központosítást biztosítanak és ennek következtében egyszerű az össze- és szétszerelésük. A könnyű szerelhetőség csak akkor biztosított ha a kúposság szöge legalább kétszer nagyobb mint a súrlódási szög. A kúposság szöge leggyakrabban 12°-14°. Így a kötés a legtöbb esetben önzáró és biztosítható a nagyobb normál erő. Nagyobb lejtést akkor alkalmaznak, ha meg kell könnyíteni a szétszerelést. Ha a kötésben hosszirányú erő is jelentkezik akkor menetkötést is alkalmaznak. Kisebb meneteknél a tengely végét menetesre képezik ki. Nagyobb átmérő esetében a tengely végében alakítják ki a furatot. Az agy és a menet között tányérrugót helyeznek, ami korlátozza a nyomaték átvitelét ha az érintkező felületek elcsúsznak egymáson és így megakadályozza az elemek túlterhelését. Ha szükséges akkor a kötés biztosítása retesszel is történhet. Ebben az esetben a retesz nem közvetít erőátvitelt, csak megakadályozza a kötés elmozdulását. Kúpos elempárral történő kapcsolatkor a terhelés egyenletes az egész felületen. A kúpos kötés kialakítható hasított persellyel is.

Gyűrűs-szorítórugós kötések

A szorítóelem-pár két gyűrűből áll, amelyek közül az egyik külső, a másik pedig belső kúpos felülettel készül. E kúpok palástjai képezik az érintkező felületeket. Tengelyirányú erők hatására rugalmas alakváltozást szenvednek és összecsúsznak. A belső gyűrű sugárirányban összezsugorodik és a tengelyre szorul, míg a külső kifelé tágulva ráfeszül az agy furatára. A felületek közötti radiális- és surlódó erő viszi át a nyomatékot. Az axiális befeszítőerőt menetes elemekkel oldják meg. 36 mm átmérőig a tengely végét menetesre készítik, az fölött pedig menetes furatot készítenek és csavarral feszítik be a befeszítő szerkezetet. A kötés előnyei hogy a tengelyt hornyok nem gyöngítik és kicsi a feszültséggyűjtő hatás. A tengelyre szerelt alkatrészt jól központosítja. Mivel tökéletesen illeszkedik a tengelyre, ezért csökken a korrózió veszélye is. Hátránya hogy a kötés kidolgozása drágább.

Szilárd illeszkedésű kötések

Ezeknél a kötéseknél az illesztés előtt a külső elem átmérője kisebb mint a belső elem átmérője. Az illesztéshez erőt kell kifejteni. A szerelés csak sugárirányú deformációval kivitelezhető. Ennek hatására rugalmas szorítás jön létre és a kialakuló súrlódási ellenállással képes a terhelést átvinni. Legtöbbször forgó elemeket kötnek össze ilyen módon. (vasúti kocsik kerekei, turbina forgórészei) Az ilyen kötések hátránya hogy a szilárd illesztés miatt szétszerelés után már nem lehet újból létrehozni a kötést, mert az érintkező felületek sérülnek.

A kötések kialakításának módja

Ha a kötés axiális erő alkalmazásával van kialakítva, a préseléshez szükséges erőt meg kell határozni. Ha az elem hossza növekszik, akkor növekszik a préseléshez szükséges erő nagysága is. Ilyen esetben csökkenthető az erő ha az elemet két részre osztjuk. A kezdő erő nagyobb ebben az esetben, mivel a statikus súrlódási együttható nagyobb mint a tapadási együttható.

A kötés kialakítható felmelegítéssel is. A külső elemet annyira felmelegítik hogy a furat átmérője olyan mértékben megnövekszik hogy könnyen kialakítható az illesztés. Majd a külső elem a lehűlése során ráfeszül a belső elemre és a felületek között megjelenik a nyomóerő ami biztosítja az erő átvitelét. Ugyanez a hatás elérhető a belső elem lehűtésével is, vagy a külső és belső elem egyidejű melegítésével és hűtésével. A külső elemek felmelegítése olajban vagy elektromos kemencében történik maximum 600 K hőmérsékletig. A belső elemek lehűtése pedig folyékony gázban történik 194 K hőmérsékletre. Az érintkező felületeken jelentkező nyomás nagy feszültségeket idéz elő, amelyek plasztikus deformációt válthatnak ki a külső rétegekben.

Hogy megnöveljük az ilyen elemek tartósságát, csökkenteni kell az egyik elem merevségét.

Különféle hőkezelésekkel (cementálás, nitridálás) növelhető a kapcsolat szilárdsága. Ajánlott hogy a kötésekben a feszültségek ne érjék el a folyáshatár értékét.

Axiális erőt közvetítő kötések

Az agyról a tengelyre az axiális erőt csavarok, gyűrűk és szegek segítségével viszik át. Csavar esetében a csavar az agyban és részben a tengelyben helyezkedik el. Az agy helyett a csavart külön gyűrűben is el lehet helyezni. Ugyanez a gyűrű menet nélkül szilárdan illesztve a tengelyre is használható, ha a többi elemet nem kell eltávolítani a tengelyről.

A gyűrűket szegekkel is lehet rögzíteni, de csak olyan helyeken, ahol más terhelések nincsenek vagy csak minimális értékűek. Az axiális erő átvihető még csavarral rögzített lemezekkel, valamint speciálisan kialakított anyákkal.

Kisebb axiális erők átvihetők Seeger-gyűrű segítségével is. Előnye hogy könnyen felhelyezhetők és nem drágák. Nagyobb terhelésű tengelyek esetében nem használhatók, mert a horony helyén megnő a feszültségkoncentráció.

A kötőelemek alakja a szerelés és cserélhetőség szempontjából

Az elemeket úgy kell kialakítani hogy azok szerelése könnyű és gyors legyen. Ez a szempont még fontosabb, ha nagyobb sorozatot kell összeállítani. Már a tervezéskor figyelembe kell venni az alkatrészek összeszerelését. Fontos hogy az elemek csak egy felületen érintkezzenek, mert ez megkönnyíti az összeszerelést.

A sarkok érintkezésénél is kerülni kell hogy több felület is érintkezzen, mert így elkerülhető a feszültségkoncentráció.

Az alkatrészek kialakításakor arra is oda kell figyelni hogy a kötőelemekhez könnyen hozzá lehessen férni.

Hengeres alkatrészek illesztésekor hogy elkerüljük az érintkező felületek sérülését az éleket le kell törni.

Ha a szeg, csap vagy valamilyen más hengeres elem a furat aljáig megy, akkor a beszoruló levegőnek helyet kell előlátni.

Ha a csavar mélyebb furatba megy, akkor a becsavarás megkönnyítésére a belső furat élét le kell törni vagy kúposra készíteni.

A tengelycsapok és csapágyak szabályos illesztésénél a tengelycsapok lekerekített élének sugara kisebb legyen, mint a csapágy vagy csapágyház lekerekítése.