Dzisiaj fragment książki "Wpraw to w ruch. Proste mechanizmy dla wynalazców, majsterkowiczów i artystów" Autorstwa: Dustyn Roberts , materiał został bezpłatnie udostępniony dla użytkowników elektroda.pl przez grupę Helion S.A.
Jakie sprzęgła możecie zastosować w swoich projektach ?
Ostatnio udało się udostępnić materiał o łożyskach, dzisiaj sprzęgła.
Poniżej udostępniony dla Was przez Helion fragment książki zawierający podstawowe informacje o sprzęgłach:
----------------------------------------------------------------------------------------
Sprzęgła
Sprzęgłem nazywamy dowolny element łączący dwa podzespoły i przekazujący moment obrotowy z jednego na drugi. Pierwszym i być może największym problemem, z jakim będziesz się zmagał w trakcie budowy mechanizmu, jest właśnie sprzężenie czegoś z wałem napędowym silnika. Takie informacje są rzadko podawane w kartach charakterystyk i innych materiałach. Metody sprzęgania zależą od rodzaju silnika oraz wału. W poniższych akapitach zebrałam informacje z różnych źródeł oraz obserwacje z własnych doświadczeń życiowych, znajdziesz więc tu skarbnicę wiedzy na temat sposobów rozszerzania wału, sprzęgania go z innym wałem, łączenia z przekładniami i tak dalej.
Praca z serwomotorami w zastosowaniach amatorskich.
Bardzo łatwo podłączyć cokolwiek do serwomechanizmu, ponieważ ma on przymocowany wypust (niewielki element przypominający przekładnię; rysunek 7.16). Wszystkie podzespoły zaprojektowane do pracy z serwomotorami mają żeńskie wcięcia dopasowane do wypustu, więc elementy te zostają po prostu nasunięte na siebie i najczęściej zabezpieczone śrubą mocującą do samego wału.
Rysunek 7.16. Serwomechanizm z wypustem na wale oraz końcówkami
W dziale Servo Shafts & Couplers na stronie firmy ServoCity ( http://www.servocity.com/html/servo_shafts___couplers.html ) znajdziesz co najmniej sześć sprzęgieł, dzięki którym możesz przedłużyć wał, dołączyć inne podzespoły lub drugą oś. Sklep ten posiada również szeroki asortyment ramion, krążków linowych, przekładni oraz kół zębatych (do łańcuchów), które można podłączyć bezpośrednio do wypustu. Jeśli masz możliwość zakupu elementów zaprojektowanych do działania z serwomotorami, zdecydowanie powinieneś to zrobić.
Nawet jeśli nie masz dostępu do takich podzespołów, możesz wykorzystać fakt, że wał serwomotoru jest gwintowany, i przymocować coś do niego za pomocą śruby. Możesz również przykleić do czegoś wytrzymałego te łamliwe, plastikowe ramiona, które są dołączane do serwomechanizmu. Sprzedawcy często dołączają do serwomotoru pakiet pasujących do niego śrub, nie musisz więc określać ich rozmiaru i zamawiać 100 sztuk w sklepie internetowym. W przypadku standardowych serwomechanizmów powszechnie stosowane są śruby o standardowych rozmiarach (rozmiary śrub zostały omówione w rozdziale 3.), warto jednak upewnić się, zanim spróbujesz wkręcić śrubę i okaże się, że zniszczyłeś gwint.
Praca z innymi rodzajami silników.
Rozmiary wałów w pozostałych kategoriach silników (na prąd stały, motoreduktorów i krokowych) mogą się bardzo różnić. Problem polega na tym, że większość przekładni oraz innych elementów ma wewnętrzną średnicę większą od średnicy wału. Być może będziesz chciał również połączyć oś silnika z innym — mniejszym lub większym — wałem, a jeśli konstrukcja nie zostanie dokładnie wyśrodkowana, pojawią się wibracje i bicie.
Zazwyczaj, gdy podłączasz jakiś obiekt do wału, tak naprawdę chcesz, aby moment obrotowy z silnika został bezstratnie przeniesiony na podłączony element (przekładnię, bloczek, sprzęgło i tak dalej). W serwomotorze służy do tego celu wypust, który przekazuje moment obrotowy na podłączony doń element. Z drugiej strony, najgorszym z możliwych rozwiązań jest gładki, metalowy wał o okrągłym przekroju, umieszczony w otworze, który również jest gładki i metalowy. Niestety, bardzo często będziesz trafiać na taką sytuację. Przyjrzyjmy się najczęściej spotykanym problemom i zastanówmy się, jak można im zaradzić.
Wały D-kształtne (spłaszczone).
Jedna z ważniejszych reguł brzmi: każdy kształt przenosi moment obrotowy lepiej od koła! Wiele silników ma wały w kształcie litery D, czyli spłaszczone z jednej strony (rysunek 7.17), a czasami również z dwóch stron. Wyszukuj je i korzystaj z nich jak najczęściej.
Rysunek 7.17. Motoreduktor ze spłaszczonym wałem ułatwia montaż podzespołów za pomocą piasty na śruby nastawne (podziękowania dla ServoCity)
Jeżeli dany silnik nie ma spłaszczonego wału, zawsze możesz spiłować jego mały odcinek. Niektóre osie zawierają rowki (zwane wrębami), na których można zamontować podzespoły mające właściwe nacięcia. Część wałów ma nawet gwintowane otwory, pozwalające na bezpośrednie przykręcenie do nich elementów. Ostatecznie możesz przejechać kilkakrotnie pilnikiem lub papierem ściernym po powierzchni okrągłego wału, aby stał się nieco bardziej chropowaty, dzięki czemu będzie przekazywał większy moment obrotowy.
Montowanie podzespołów na wale silnika.
Jeśli dopisze Ci szczęście, trafisz na silnik wyposażony w koło lub inny element pasujący do kształtu wału. Na przykład firma Solarbotics sprzedaje świetny zestaw składający się z silnika z dwustronnie spłaszczonym wałem, dopasowanego doń koła oraz śruby mocującej ( https://solarbotics.com/product/gmpw_deal/ ).
Jeżeli nie jesteś takim szczęściarzem, możesz ułatwić sobie życie, wyszukując podzespoły (przekładnie, krążki, koła zębate itd.) z dołączoną piastą. Piasta nachodzi na wał i jest zabezpieczana za pomocą śruby dociskowej lub zacisku (rysunek 7.18). Niektóre elementy mają piastę pozbawioną śruby dociskowej (zacisku). Są to przedmioty ze zwykłym otworem (ang. plain bore). Jeżeli występuje zbyt luźne pasowanie, zawsze możesz wywiercić i nagwintować otwór pod śrubę dociskową (omówiłam sposób wiercenia i gwintowania otworów w rozdziale 3.).
Rysunek 7.18. Podzespoły zawierające piastę, jak w przekładni na rysunku, można bardzo łatwo zamontować do silnika za pomocą śruby dociskowej (podziękowania dla ServoCity)
Istnieje możliwość, że nie znajdziesz podzespołu z odpowiednią piastą. Możesz wtedy wcisnąć taki element na wał. Technika ta sprawdza się wtedy, gdy średnica otworu jest tak dopasowana, że trzeba naprawdę mocno pchać przedmiot, aby przesuwał się po wale, a do tego naprężenia pomiędzy osią i danym elementem uniemożliwią jego zsunięcie się. Na rysunku 7.19 przedstawiono jeden z elementów przekładni zaprojektowany pod kątem wciskania go na wał małego silnika na prąd stały.
Rysunek 7.19. Wciskany element przekładni firmy ServoCity
OSTRZEŻENIE Wciskanie przedmiotu na wał jest jednym z gorszych sposobów montażu, ponadto nie jest łatwy do wykonania. Sam proces wciskania może uszkodzić łożyska promieniowe, ponieważ w trakcie wsuwania przedmiotu działamy na wał siłą osiową. Metoda ta powinna być stosowana jako ostateczność.
Możemy również łączyć podzespoły z wałem za pomocą pierścienia zaciskowego, który jest nazywany także połączeniem kołnierzowym lub kołnierzem montażowym (rysunek 7.20). Najpierw chwytamy wał o okrągłym przekroju w zacisk, a następnie zabezpieczamy pozostałe podzespoły śrubami dociskowymi. Firma McMaster sprzedaje również pierścienie dla wałów o większej średnicy (np. numer katalogowy: 9684T1).
Rysunek 7.20. Piasty zaciskowe są wytrzymałe i zapewniają dużą elastyczność
W sklepie WM Berg (http://www.wmberg.com/) można znaleźć wszelkiego rodzaju piasty, adaptery wałów oraz inne podzespoły (na samej stronie nie ma zdjęć produktów, możesz jednak pobrać karty katalogowe poszczególnych części, ewentualnie zamówić do domu bezpłatny katalog lub pobrać jego wersję cyfrową — dostępne są wersje zarówno w systemie metrycznym, jak i imperialnym).
Zmiana rozmiaru wału.
Często wał silnika jest mniejszy od podłączanego elementu, dlatego istnieje kilka sposobów niwelowania różnicy rozmiarów. Jednym z nich jest stosowanie podkładek. Terminem podkładkasą nazywane wszelkie cienkie elementy, którymi można wypełnić luz. Podkładka może być wykonana z drewna, metalu lub tworzywa sztucznego. Jeżeli kiedykolwiek owijałeś wał taśmą po to, aby jakiś element się z niego nie zsuwał, to regulowałeś jego średnicę właśnie za pomocą takiej swoistej podkładki. Taśma izolacyjna jako podkładka jest oczywiście jakimś rozwiązaniem, zawodowcy jednak zawsze mają pod ręką zapas właściwych podkładek — najczęściej cienkiej folii cynowej — które odpowiednio docinają i owijają wokół wału.
Rolki oraz arkusze podkładek są dostępne niemal w każdym sklepie z artykułami metalowymi (oraz w serwisach internetowych). Jeśli masz nożyce do cięcia blachy, możesz również wykorzystać puszki po napojach. Na rynku dostępne są podkładki o grubości nawet setnych części milimetra, zatem jeśli jakiś element ma choćby odrobinę za dużo luzu, możesz owinąć taką podkładkę kilka razy wokół wału tak, żeby był idealnie dopasowany do podzespołu.
Możesz również nakładać na wał rurki aluminiowe lub mosiężne, które stanowią przykład podkładek o jednorodnej powierzchni. Znajdziesz je w sklepach z artykułami metalowymi oraz artystycznymi, a także w internecie, w najróżniejszych rozmiarach. W razie konieczności możesz nawet nakładać jedną warstwę na drugą.
Łączenie wału silnika z innym wałem.
Czasami istnieje potrzeba podłączenia wału do obracania drugiej osi. Na przykład, jeśli chcesz zautomatyzować pracę rolet okiennych, powinieneś połączyć silnik z prętem umieszczonym wzdłuż szerokości okna, który będzie zwijał oraz rozwijał roletę w zależności od kierunku pracy silnika. Mamy do dyspozycji trzy rozwiązania, z których każde nadaje się do innego rozmiaru wału:
Umieszczenie mniejszego wału wewnątrz większej osi. Wywierć otwór w większym wale, w powstały otwór włóż mniejszy wał i ewentualnie zabezpiecz całość śrubą dociskową. W projekcie 9.2 nauczysz się wiercić otwory pośrodku przedmiotu bez stosowania tokarki.
Wprowadzenie sztywnego sprzęgu. Niektóre sprzęgi umożliwiają łączenie wałów o różnych średnicach (rysunek 7.21). Wewnętrzna średnica sprzęgu jest ciasno dopasowana do wału, natomiast dołączone śruby dociskowe ułatwiają przenoszenie momentu obrotowego. Sztywne sprzęgi istnieją w wielu odmianach, również jako piasty zaciskowe (rysunek 7.22). Piasty te ściślej łączą obydwa wały, dzięki czemu przenoszony jest większy moment obrotowy, jednak z drugiej strony nie nadają się do silników wysokoobrotowych, ponieważ środek ciężkości piasty znajduje się w pewnej odległości od środka ciężkości wału, w wyniku czego może pojawić się bicie mechanizmu.
Rysunek 7.21. Sztywne sprzęgi na śruby dociskowe
Rysunek 7.22. Piasta zaciskowa jako sztywny sprzęg
UWAGA Jak widać na rysunku 7.21, sprzęgi na śruby dociskowe to nieskomplikowane elementy, łatwe do samodzielnego wykonania. Wystarczy wziąć krótki odcinek aluminiowego lub plastikowego pręta, wywiercić przez środek otwór o średnicy wału (nie musi znajdować się idealnie na środku), a następnie przewiercić w poprzek i nagwintować dwa otwory o rozmiarze posiadanych przez Ciebie śrub dociskowych (informacje o rozmiarach śrub i wierteł znajdziesz w rozdziale 3.). Najlepiej przytrzymywać wiercony przedmiot w niewielkim imadle (np. numer katalogowy 42549206 w sklepie Leroy Merli http://www.leroymerlin.pl/ ). Jeżeli jeden ma większą średnicę od drugiego, przewierć połowę sprzęgu wiertłem o pasującym do niej rozmiarze. Większe wiertło samoistnie będzie podążało wydrążoną ścieżką.
Wprowadzenie elastycznego sprzęgu. Elastyczne sprzęgi pozwalają na łączenie elementów niepasujących całkowicie do siebie (ułożonych wobec siebie równolegle, pod pewnym kątem lub osiowo), gdyż w pewnym stopniu mogą zostać odkształcone. Zalecam stosowanie tego typu sprzęgów, ponieważ przyjmują one wszelkie naprężenia wynikające z niedokładnego dopasowania podzespołów, dzięki czemu silnik nie musi pracować ciężej, aby obracać niewyśrodkowane elementy.
Jeżeli zamierzasz korzystać z elastycznego sprzęgu, najtańszym (i jednocześnie najgorszym) rozwiązaniem jest gumowy wężyk. Jeżeli znajdziesz wąż o średnicy wewnętrznej pasującej do wałów, wystarczy odciąć jego krótki odcinek i z jednej strony wcisnąć wał silnika, a z drugiej — napędzaną oś. W przypadku ciaśniejszych połączeń warto zastosować niewielki zacisk węża (np. numer katalogowy: 40958253 w sklepie Leory Merlin lub 5388K14 w serwisie McMaster) na obydwu jego końcach. Wpisz w wyszukiwarce słowo rury (a w sklepach anglojęzycznych tubing), aby uzyskać dostęp do oszałamiającej liczby węży i rur wykonanych z najróżniejszych materiałów i we wszystkich możliwych rozmiarach.
Do elastycznego łączenia wałów umieszczonych pod różnymi kątami stosuje się przeguby uniwersalne (ang. U-joint.; rysunek 7.23). Na rynku jest dostępna ich bogata oferta w zależności od kształtu, rozmiaru oraz kąta połączenia. Często pozwalają również na sprzęganie wałów o różnych średnicach. Różnorodność sprzęgów elastycznych nie kończy się na omówionych rodzajach. Wystarczy, że wpiszesz w przeglądarce sprzęgło elastyczne (albo flexible shaft couplers na stronach anglojęzycznych), aby natrafić na sprzęgła o takich dziwnych nazwach jak sprzęgło mieszkowe, zębate czy Oldhama, dzięki którym połączymy wały umieszczone pod najróżniejszymi kątami.
Rysunek 7.23. Przeguby uniwersalne (podziękowania dla ServoCity)
Łączenie przekładni i innych podzespołów z osią.
Łączenie podzespołów z osią wygląda tak samo jak w przypadku dołączania elementów do wału silnika, mamy jednak do dyspozycji kilka dodatkowych rozwiązań:
Wciskanie. Wciskanie podzespołów jest skuteczne, gdy mają znajdować się na końcach osi. Jeżeli chcemy umieścić je gdzieś na środku, powinniśmy wybrać inny sposób.
Przyklejanie. Jeżeli dołączany element przesuwa się po osi, możemy spróbować unieruchomić go za pomocą silnego kleju cyjanoakrylowego lub epoksydowego. Jeżeli obydwa podzespoły są drewniane, najlepszym wyborem jest klej do drewna.
Spinanie. W przypadku, gdy element jest na tyle szeroki, aby można było wywiercić w nim niewielki otwór, możemy zastosować wiercenie montażowe wobec tego podzespołu i osi, a następnie połączyć je za pomocą gwoździa lub kołka (drewnianego lub metalowego; rysunek 7.24 — po lewej stronie i na środku).
Wiercenie montażowe polega na jednoczesnym przewierceniu się przez obydwa łączone przedmioty, dzięki czemu są one doskonale dopasowane do siebie.
Rysunek 7.24. Przyłączanie podzespołów do osi
Mocowanie za pomocą śruby. Jeżeli podzespół jest wyposażony w śruby montażowe, to bardzo dobrze. W przypadku obecności piasty ze zwykłym otworem możemy go dowiercić i nagwintować pod śrubę montażową. Gdy nie ma piasty, możemy stworzyć własną lub wprowadzić piastę zaciskową, taką jak pokazana na rysunku 7.20.
Mocowanie za pomocą śruby wraz ze spinaniem. Jeśli możesz wywiercić otwór w poprzek osi oraz w dowolnym miejscu z przodu podłączanego składnika, prawdopodobnie uda Ci się połączyć obydwa otwory za pomocą sztywnego drutu lub szpilki. Metoda ta została pokazana na rysunku 7.24 po prawej stronie.
Zaciskanie i ściskanie. Możesz unieruchomić przekładnię lub inny podzespół, umieszczając po jego obydwu stronach pierścienie osadcze. Jeżeli połączysz te pierścienie za pomocą śrub dociskowych lub zacisków, dociśniesz je również do podłączanego elementu. Stosujemy tę metodę w projekcie 10.2 do unieruchomienia części turbin wiatrowych przytrzymujących łopatki.
Doklejanie. Za pomocą masy epoksydowej możesz przykleić pierścień osadczy do płaskiego dołączanego podzespołu (oraz (lub) do osi) i w ten sposób utworzyć własną piastę. Wprojekcie 10.2 unieruchamiamy w ten sposób przekładnie na wale turbiny oraz na wale silnika.
Sprzęgła napędowe.
Specyficzną odmianą sprzęgła jest sprzęgło napędowe (ang. clutch), służące do łączenia i rozłączania elementu napędzanego (wału) i elementu napędzającego (silnika), które stanowi mechanizm zabezpieczający lub pozwala na ruch tylko w jednym kierunku. Niektóre sprzęgła napędowe (np. numer katalogowy MSCB-4 w sklepie AmazonSupply http://www.amazonsupply.com/ ) pozwalają ustalić granicę jego przesuwania się po osi (rysunek 7.25).
Rysunek 7.25. Typowe sprzęgło grzechotkowe (podziękowania dla AmazonSupply)
Sprzęgło grzechotkowe jest spotykane w rowerach. Dzięki niemu tylna przekładnia zębata współpracuje z kołem, gdy pedałujesz do przodu, natomiast w momencie gdy przestajesz pedałować lub zaczynasz kręcić pedałami wstecz, uniemożliwia zatrzymanie koła.
----------------------------------------------------------------------------------------
Na tym kończy się udostępniony fragment książki, który możemy zaprezentować dzięki współpracy z Helion S.A.
Jakie sprzęgła stosujecie w swoich projektach ?
Książkę "Wpraw to w ruch. Proste mechanizmy dla wynalazców, majsterkowiczów i artystów" Autor: Dustyn Roberts, zawierającą powyższy materiał, oraz inne pozycje książkowe wydawnictwa Helion możecie nabyć tutaj: Link.
Książka dostępna także jako ebook.
źródło: materiały udostępnione przez Helion S.A. dla użytkowników wortalu elektroda.pl
