Różnice między sprzęgłami kłowymi a zębatymi
Stosowanie sprzęgieł jest rozwiązaniem, które umożliwia łączenie ze sobą elementów układu przekazywania napędu, a przy doborze odpowiedniego rozwiązania konstrukcyjnego także uzyskiwanie różnych efektów dodatkowych. W grę wchodzi m.in. zmiana płaszczyzny, w jakiej odbywa się rotacja, ochrona przed przeciążeniami czy zmianą kierunku obrotów. Ze względu na różne potrzeby sprzęgła występują w wielu typach np. jak sprzęgła kłowe i zębate. Przekonajmy się, czym charakteryzują się ich konstrukcje oraz sprawdźmy, w jakich przypadkach można je stosować.
Jaką funkcję pełnią sprzęgła i jakie są ich rodzaje?
Sprzęgło jest elementem układu przekazywania napędu pozwalającego na przenoszenie momentu obrotowego między wałem napędowym (czynnym) a napędzanym (biernym). W zależności od potrzeb związanych ze specyfiką budowy konkretnego urządzenia lub wynikających z konieczności wprowadzania do niego pewnych korekt lub zabezpieczeń sprzęgła mogą być również wykorzystane m.in. do rozłączania i załączania napędu, ochrony układu przed wystąpieniem przeciążeń zarówno podczas pracy, jak i na etapie zatrzymywania albo uruchamiania maszyny, a także do ewentualnego zabezpieczenia w razie zmiany kierunku obrotów. Sprzęgła można także wykorzystywać do eliminowania błędów i odchyleń występujących podczas ruchu, w zależności od konstrukcji sprzęgła w grę mogą wchodzić np. przesunięcia osiowe lub kątowe.
Sprzęgła są montowane w większości maszyn i urządzeń, zwłaszcza w tych, w których ważne jest nie tylko przekazywanie napędu, ale też kontrolowanie oraz kompensowanie niekorzystnych zjawisk występujących podczas pracy np. eliminowanie drgań. Istnieje wiele rodzajów sprzęgieł i ich konstrukcji dopasowanych do uzyskiwania rozmaitych efektów. Najbardziej ogólny podział obejmuje sprzęgła rozłączne, a więc takie, gdzie istnieje możliwość odłączania napędu bez unieruchamiania silnika, choćby różnych typów sprzęgieł ciernych, jak i takie, w których jest on przekazywany stale np. w sprzęgłach sztywnych czy krzyżakowych. Sprzęgła można także dzielić według rozwiązań zastosowanych w ich konstrukcji. Biorąc pod uwagę ten czynnik, możemy wyróżnić m.in. sprzęgła kłowe oraz zębate.
Sprzęgła kłowe i zębate są zaliczane do sprzęgieł samonastawnych. Oznacza to, że ich wykorzystanie jest możliwe również w sytuacji, w której wały, na których są montowane, nie zapewniają pełnej osiowości lub ulega ona zmianie podczas pracy np. wskutek występujących wibracji i wiąże się z możliwymi przesunięciami. Budowa sprzęgieł samonastawnych dopuszcza więc pewien zakres przemieszczania się względem siebie elementów odpowiedzialnych za przenoszenie mocy. Trzeba jednak zaznaczyć, że sprzęgła kłowe nie są przystosowane do zmian kąta, pod którym są ustawione względem siebie wały, w układach, gdzie się je wykorzystuje, nie mogą więc występować przesunięcia promieniowe. Budowa sprzęgieł zębatych i fakt występowania luzów międzyzębowych dopuszcza także pewien zakres przemieszczenia kątowego, choć jest on dość ograniczony.
Budowa i zastosowanie sprzęgieł kłowych i zębatych
Sprzęgła kłowe to konstrukcje, w których wykorzystuje się dwa elementy mające postać tarcz, na których znajdują się wypusty oraz nacięcia w postaci kłów. Łączą się one ze sobą czołowo, za sprawą zazębiania się kłów na obu tarczach. Sprzęgła tego rodzaju, w zależności od swej budowy mogą być używane jako sztywne albo rozłączne – na ogół w takiej sytuacji rozsuwają się one w taki sposób, że przemieszczeniu ulega człon bierny. Prawidłowe ustawienie obu elementów sprzęgła względem siebie zapewnia znajdująca się w osi obrotu tuleja środkująca. Zakres możliwości wykraczających poza przenoszenie momentu obrotowego jest uzależniony od geometrii zębów.
W sytuacji, w której zęby mają pochyloną pod kątem jedną ze swoich płaszczyzn, podczas gdy druga jest ustawiona pod kątem zbliżonym do prostego, sprzęgła mogą być używane jako sprzęgła jednokierunkowe. W przypadku obrotów w kierunku, w którym ma być przekazywany napęd, dochodzi do zazębienia i powierzchnie naciskają na siebie, przenosząc tym samym moment obrotowy. W sytuacji, gdy kierunek ulegnie zmianie, zęby będą po sobie „przeskakiwać”, a tarcza bierna przemieści się osiowo za sprawą elastyczności dociskającego elementu sprężystego. Sprzęgło kłowe może jednak również działać jako sprzęgło przeciwprzeciążeniowe. W takim przypadku zęby są pochylone pod pewnym kątem, a nadmierny opór przekraczający siłę, z jaką są do siebie dociskane przez element sprężysty obie tarcze, sprawi, że tarcza bierna cofnie się, a napęd zostanie odłączony.
Popularną konstrukcją często używaną w rozmaitych urządzeniach i maszynach przemysłowych są sprzęgła zębate. Składają się one z dwóch elementów – tulei z uzębieniem wewnętrznym oraz znajdującego się na zakończeniu wału napędzanego koła zębatego z klasycznym uzębieniem zewnętrznym. Załączenie sprzęgła wiąże się z wprowadzeniem koła zębatego osadzonego na wale do wnętrza tulei. Poza sprzęgłami zębatymi jednostronnymi istnieją również sprzęgła dwustronne – w takich przypadkach koła zębate znajdują się zarówno na zakończeniu wału napędzającego, jak i napędzanego, tuleja z uzębieniem wewnętrznym jest w tej sytuacji podwójna, tak, że uzębienia znajdują się na obu wejściach. Sprzęgła zębate mają wszelkie zalety współpracujących ze sobą kół zębatych – mogą przenosić zarówno wysokie prędkości obrotowe, jak i duże wartości momentów obrotowych. Są uważane za niezwykle uniwersalne, a ich zaletą jest kompaktowa budowa oraz wysoka wytrzymałość.