I OSA TUGEVUSÕPETUS - of / [www.ene.ttu.ee]

ILMAR KLEISHEINO ARUMÄERAKENDUSMEHAANIKATallinn 2001

2SISUKORDEESSÕNA ……………………………………………………… 5I OSA TUGEVUSÕPETUS ……………………………..…….. 61. PÕHIMÕISTED ……………………………………..…….. 61.1. Tugevusõpetuse sisu ………………………………...…….. 61.2. Välis- ja sisejõud. Pinge …………………………….…….. 72. TÕMME JA SURVE ………………………………...…….. 92.1. Sisejõud ja pinged …………………………………...…….. 92.2. Dimensioonid ………………………………………………. 102.3. Tugevusarvutused …………………………………...……... 113. VÄÄNE ……………………………………………...……… 123.1. Nihe ………………………………………………………… 123.2. Pöördemoment ja väändemoment ………………………….. 133.3. Pinged ja tugevusarvutus …………………………………... 133.4. Varda deformatsioon ………………………………..……... 154. PAINE ……………………………………………… ……… 154.1. Põhimõisted ………………………………………………… 154.2. Sisejõud ……………………………………………..……… 174.3. Pinnamomendid ……………………………………..……… 194.4. Normaalpinged ……………………………………...……… 204.5. Deformatsioonid …………………………………….……… 235. KOHALIKUD PINGED ……………………………. ……… 235.1. Pingekontsentratsioon ………………………………………. 235.2. Kontaktpinged ………………………………………………. 246. VÄSIMUSTUGEVUS ………………………………………. 25II OSA MASINAELEMENDID ……………………….……….. 281. “MASINAELEMENTIDE” AINE JA KOHT TEHNIKAS …. 282. MASINATE PROJEKTEERIMISE KULG JA SISU ……….. 303. DETAILIDE TÖÖVÕIMELISUSKRITEERIUMID ………… 323.1. Detailide tugevus …………………………………………….. 323.2. Detailide jäikus ………………………………………………. 333.3. Detailide kulumiskindlus …………………………………….. 333.4. Detailide vibrokindlus ……………………………………….. 363.5. Detailide kuumakindlus ……………………………………… 372. LIITED ………………………………………………………… 381. LIIDETE KLASSIFIKATSIOON …………………………….. 382. KEERMESLIITED ……………………………………………. 382.1. Kinnituskeermed …………………………………………….. 382.2. Keermesliidete elemendid …………………………………… 39

32.3. Keermesliidete tugevus ……………………………………… 413. PÖÖRDEMOMENTI ÜLEKANDVAD LIITED …………….. 443.1. Liist-, kiil- ja tihvtliited ……………………………………… 443.2. Hammas- ja profiilliited ……………………………………... 453.3. Hõõrdumise abil momenti ülekandvad liited ………………… 463. ÜLEKANDED JA NENDE ELEMENDID …………………… 471. MEHAANILISTE ÜLEKANNETE TÜÜBID ………………… 472. HAMMASÜLEKANDED …………………………………….. 482.1. Hammasülekannete geomeetria ……………………………… 492.2. Hammasmehhanismid ……………………………………….. 512.3. Hammasrataste materjalid ja konstruktsioon ………………… 522.4. Hammasrataste tõrked ja meetmed nende vältimiseks ………. 542.5. Hammasülekannete määrimine ………………………………. 573. TIGUÜLEKANDED …………………………………………… 583.1. Tigude ja tigurataste konstruktsioon …………………………. 583.2. Tiguülekande kinemaatika …………………………………… 593.3. Tiguülekannete tõrked ………………………………………... 593.4. Tigureduktorid ………………………………………………... 604. KETTÜLEKANDED …………………………………………… 604.1. Ajamiketid ja ketirattad ……………………………………….. 614.2. Ülekande kinemaatika ja hulknurgaefekt ……………………... 634.3. Kettülekande kujundamine ……………………………………. 644.4. Kettülekande määrimine ja hooldamine ………………………. 665. RIHMÜLEKANDED …………………………………………… 675.1. Rihmade ja rihmarataste konstruktsioon ……………………… 675.2. Rihmade pingutusmoodused ………………………………….. 715.3. Rihmülekande kinemaatika …………………………………… 715.4. Rihmülekannete projekteerimisest ……………………………. 725.5. Rihmvariaatorid ………………………………………………. 736. HÕÕRDÜLEKANDED ………………………………………… 736.1. Hõõrdülekannete skeeme ……………………………………… 736.2. Hõõrdülekannete konstruktsioon ……………………………… 744. PÖÖRLEVAT LIIKUMIST TAGAVAD ELEMENDID ………. 751. VÕLLID JA TELJED …………………………………………… 751.1. Üldteatmeid …………………………………………………… 751.2. Võllide ja telgede tugevusarvutus …………………………….. 761.3. Võllide ja telgede väsimustugevust tõstvad meetmed ………… 771.4. Võllide ja telgede jäikusnõuded ………………………………. 781.5. Võllide ja telgede kontroll kriitilisele pöörlemissagedusele ….. 792. LAAGERDUSED ……………………………………………… 802.1. Üldteatmeid …………………………………………………... 802.2. Veerelaagrite konstruktsioon …………………………………. 812.3. Veerelaagrite tõrked …………………………………………... 83

42.4. Veerelaagrite valik …………………………………………… 842.5. Veerelaagerduste kujundamine, määrimine ja tihendamine …. 852.6. Liugelaagrite konstruktsioon ………………………………… 872.7. Antifriktsioon – laagrimaterjalid …………………………….. 882.8. Hõõrderežiimid laagreis ……………………………………… 892.9. Liugelaagrite määrimine ja tihendamine …………………….. 913. SIDURID ……………………………………………………….. 923.1. Üldteatmeid …………………………………………………… 923.2. Püsisidurid ……………………………………………………. 933.3. Lülitatavad sidurid ……………………………………………. 963.4. Automaatsidurid ……………………………………………… 985. VEDRUD JA MÄÄRIMISSEADMED ………………………… 1011. VEDRUD ………………………………………………………. 1011.1. Vedrude konstruktsioon ……………………………………… 1011.2. Vedrude karakteristikud ………………………………………. 1032. MÄÄRDEAINED JA MÄÄRIMISSEADMED ……………….. 1052.1. Määrdeainete liigid …………………………………………… 1052.2. Määrimisseadmed …………………………………………….. 1066. KORPUSDETAILID …………………………………………… 1081.1. Korpusdetailide liigitus ……………………………………….. 1081.2. Korpusdetailide töövõimelisuskriteeriumid ………………….. 1091.3. Korpusdetailide tehnoloogia ………………………………….. 1107. TORUSTIKUARMATUUR ……………………………………. 1131.1. Lülitusarmatuur ………………………………………………. 1131.2. Reguleerimisarmatuur ………………………………………… 1151.3. Kaitsearmatuur ………………………………………………... 115

5EESSÕNAKäesolev õppematerjal, mis eelkõige mõeldud masina- ja aparaadiehitajakutset omandavaile õpilastele, annab esimeses osas algteadmisitähtsaimast detailide töövõime kriteeriumist – tugevusest. Teine,mahukam osa on pühendatud masinaelementidele. Peatähelepanupööratakse üldotstarbeliste detailide konstruktsioonile ja otstarbele,samuti juhitakse tähelepanu nähteile, mis limiteerivad nende kasutusiga.Erinevalt kõrgkoolide õpikuist ei pöörata põhjalikku tähelepanu detailidetööressurssi prognoosivaile arvutustele ja teooriaile, millele needarvutused tuginevad. Silmas peetakse eelkõige seda, et omandanudsiintoodud materjali, saab õpilane algteadmised detailide ja standardsetesõlmede (laagrid, sidurid jms) funktsioonidest masinais, omandabvajaliku terminoloogia ja ettekujutuse nende valmistamiseks sobivaistmaterjalidest. Esitatud materjalist arusaamine eeldab, et õpilane on jubaomandanud algteadmised füüsikast (eriti, mis puudutab mehaanikat),tundes sellekohaseid termineid ja ühikuid. Ka on eeldatud, et õpilane onjuba omandanud piisavalt teadmisi insenerigraafikast jamaterjaliõpetusest.Pakutav materjal on kokkusurutud ja tekst lakooniline, vajades seepärastüsna tõenäoselt õppejõu lisaselgitusi. Illustratsioonide valikul, samutiterminite ja tähiste osas on orienteerutud peamiselt ISO (RahvusvahelineStandardiseerimisorganisatsioon) ja DIN (Saksa Tööstusnormid) pooltsoovitatule.I-osa – tugevusõpetus – autor on Heino Arumäe, II osa –masinaelemendid – on koostanud Ilmar Kleis.

6I OSA TUGEVUSÕPETUS1. PÕHIMÕISTED1.1. Tugevusõpetuse sisuKõik konstruktsioonid ehk tarindid (masinad, sõidukid, ehitised jne)koosnevad paljudest detailidest. Tarindi kasutamisel taluvad detailid paratamatultmitmesuguseid koormusi. Oma ülesande täitmiseks peavad nadolema1. tugevad, s.t ei tohi puruneda2. jäigad, s.t ei tohi liialt deformeeruda (muuta oma mõõtmeid jakuju)3. ökonoomsed, s.t küllaldane jäikus ja tugevus tuleb saavutada võimalikultväikese materjalikuluga.Nende nõuete täitmiseks tehakse detailide konstrueerimisel arvutusi,mille metoodika esitatakse tugevusõpetuses. Tugevusõpetus käsitleb arvutusmeetodeidtüüpiliste konstruktsioonielementide piisava tugevuse jaJoonis 1. Detailide liigitus nende iseloomulikemõõtmete järgijäikuse saavutamiseks võimalikultökonoomsel viisil.Tugevusõpetuse meetodite rakendusimasinate konstrueerimiselesitatakse käesoleva õppevahendi IIosas.Konstruktsioonide detaile liigitataksemitmeti. Vastavalt detailiiseloomulike mõõtmete vahekorraleliigitatakse neid järgmiselt.1. Massiivdetaili (joon. 1 a) kõik kolm mõõdet on sama suurusjärku.2. Kooriku (joon. 1 b) üks mõõde on oluliselt väiksem kahest ülejäänust.Tasandilist koorikut nimetatakse plaadiks.3. Varda (joon. 1 d) üks mõõde on oluliselt suurem kahest ülejäänust.Märgime kohe, et varrast kirjeldatakse ristlõike ja teljega (joonega,mis ühendab ristlõigete raskuskeskmeid).Tugevusõpetus püüab hakkama saada lihtsa matemaatikaga, mis sunnibpiirduma peamiselt varda tugevusprobleemidega. Nii nagu teisedkitehnikateadused, lihtsustab ja skematiseerib tugevusõpetus uuritavaid

7nähtusi. Jättes kõrvale tugevuse ja jäikuse seisukohalt väheolulisedtegurid, kuid säilitades olulised, saadakse konstruktsiooni arvutusskeem.Arvutuse objekt tugevusõpetuses onalati arvutusskeem. Näiteks joonisel 2 akujutatud detaili arvutusskeemiks onotstarbekas võtta (jättes kõrvaleomakaalu ja vöö mõju) koondjõugakoormatud jäiga toestusega silindrilinevarras. See arvutusskeem on esitatudjoonisel 2 b telje ja ristlõike kuju ningnende mõõtmete kaudu.Joonis 2. Varda arvutusskeem Tugevusõpetuses lihtsustatakse ka füüsikaliseltkeerukaid omadusi. Olulise lihtsustusena loetakse aine detailiulatuses pidevaks ning ühtlaseks.1.2. Välis- ja sisejõud. PingeVälisjõud, mida nimetatakse ka koormuseks, väljendab mõne teise kehamõju vaadeldavale konstruktsioonile. Välisjõud on alati jaotatud detailimingi pinna või mahu ulatuses. Selline jaotatud koormus taandataksevarda puhul tema telje pikkuseühikule koormuse intensiivsusena p(mõõtühikuga N/m), mille kujutamisviis on näha joon. 3.Joonis 3. Koormuste esitaminearvutusskeemidelDetaili üldmõõtmetega võrreldes väikeselepinnale mõjuvat jõudu loetaksetinglikult rakendatuks ühte punkti ja nimetataksekoondjõuks F mõõtühikuga N.Jõupaari mõju hinnatakse momendiga M(mõõtühik N·m), mida graafiliselt võibesitada kahel viisil (joon. 3).Oluline koormuste liigitamise tunnus on nende sõltuvus ajast. Ajas muutumatutkoormust nimetatakse staatiliseks, suuruselt, suunalt või asukohaltmuutuvat – dünaamiliseks. Viimase tähtis alaliik masinaehituses onvahelduv koormus, mille väärtus või asend konstruktsiooni suhtesmuutub perioodiliselt. Koormust, mis kasvab nii aeglaselt, etkonstruktsiooni deformeerimisel tekkivaid kiirendusi ja nendega seotudinertsijõude võib väiksuse tõttu mitte arvesse võtta, loetaksetugevusõpetuses staatilisteks. Järgnevas eeldamegi peaasjalikult, etkoormused on staatilised.Välisjõudude rakendamisel konstruktsioonile muutub aineosakesteomavaheline asend. Konstruktsiooni kuju ja mõõtmete säilitamisekstekivad sisejõud, mis määravadki konstruktsiooni vastupanu kuju jamõõtmete muutumisele ning purunemisele. Neid välisjõudude

8rakendamisel tekkivaid sisejõude konstruktsiooni osade vaheluuritaksegi tugevusõpetuses.Sisejõude mingi detaili läbiva pinna ulatuses määratakse lõikemeetodiga,mis põhineb tõsiasjal, et tasakaalus oleva keha igasugune kujuteldava lõikegaeraldatud osa on samuti tasakaalus.Lõikemeetodi selgitamiseks vaatlemejoon. 4 a kujutatud varrast, mis onjoonise tasandis rakendatud jõusüsteemimõjul tasakaalus, s.t mis ei muuda omaliikumisolekut. Lõikame vardakujuteldavalt läbi pinnaga I.Vasakpoolsel lõikepinnal (joon. 4, b)mõjuvad parempoolelt osalt pärinevad jaselle mõju väljendavad sisejõud,parempoolsel lõikepinnal omakordavasakpoolselt osalt pärinevad ja selleJoonis 4. Lõikemeetodmõju väljendavad sisejõud. Newtoni IIIseaduse põhjal on mõlemad jõusüsteemid võrdvastassuunalised. Kumbagijõusüsteemi on võimalik taandada resultantjõuks F s ja resultantmomendiksM s , mis on rakendatud leppeliselt pinna raskuskeskmes(joon. 4 c). Lõikega eraldatud osade tasakaalu tõttu saab resultantjõuduF s ja resultantmomenti M s leida ükskõik kumma osatasakaalutingimustest, s.t nõudest, et osale rakendatud jõududeprojektsioonid vabalt valitud telgedele ja momendid nende telgede suhtesoma summades võrduksid nulliga:Σ F x = 0, Σ M x = 0,Σ F y = 0, Σ M y = 0, (1.1)Σ F z = 0, Σ M z = 0Joonis 5. Sisejõud ja pingedÜldjuhul saab lõikepinnal mõjuvat resultantjõuduF s esitada kolme komponendinaja resultantmomenti M s samutikolme komponendina. Neid kuut suurustmõistetaksegi tavaliselt tugevusõpetusessisejõududena vaadeldavas lõikes. Edasitähistame neid vastavalt joon. 5 a janimetame järgmiselt:F N on pikijõud, F Qy ja F Qz põikjõud, T vväändemoment, M y ja M z paindemomendid.Sisejõududest rääkides ei tohi unustada, et nad on alati lõikepinna ulatusesjaotatud ja võivad pinna eri osades mõjuda erineva intensiivsusega.Sisejõudude intensiivsust mõõdetakse tugevusõpetuse ühe tähtsaimamõiste – pinge – kaudu.

9Pingeks ι nimetatakse lõikepinna vaadeldavas punktis pinnaühikuletaandatud sisejõudu. Pinge dimensioon on seega jõud/pindala,mõõtühikuna kasutatakse Pa (N/m 2 ) või MPa.Masinaehituskonstruktsioonide arvutamisel on mugav kasutadamõõtühikuna N/mm 2 , mille puhul pingete väärtused on arvuliselt samadkui mõõtühiku MPa kasutamisel.Pinge ι vektor esitatakse enamasti kahe komponendina (joon. 5 b). Lõikepinnagaristi mõjuv normaalpinge σ iseloomustab aine osakesi üksteisesteemale rebivate tõmbe- või neid üksteisele lähendavate survejõududeintensiivsust. Lõikepinna sihis mõjuv tangentsiaalpinge ehk nihkepingeτ näitab aineosakesi piki lõikepinda teisaldavate jõudude intensiivsust.Tugevusarvutustega taotletakse, et konstruktsioonielemendi üheski punktispinge ei ületaks ohutut väärtust. Seega tugevusarvutuste tegemiseks onvaja osata arvutada pingeid konstruktsioonis ja määrata nende ohutuidväärtusi mitmesuguste materjalide korral.2. TÕMME JA SURVE2.1. Sisejõud ja pingedTerminitega tõmme ja surve tähistatakse varda koormusseisundit, millepuhul varda ristlõigetes kuuest sisejõust mõjub ainult üks – pikijõud F N .Pikijõud üksi tekib siis, kui kõik välisjõud on rakendatud piki varda telge.Kui välisjõud mõjub lõikest eemale, on tasakaaluks vajalik ja küllaldane,et eemaldatud osa mõju asendav pikijõud oleks samuti suunatud lõikepinnasteemale (joon. 6 b). Sellise pikijõu puhul räägitakse varda tõmbestja pikijõudu loetakse positiivseks. Jõu jagunemist piki varrast on otstarbekaskirjeldada epüüri abil (joonis 6 a). Kui aga välisjõud mõjub lõikepoole, räägitakse varda survest ja pikijõudu loetakse negatiivseks.Pingete määramiseks vaatleme pikemast vardast eraldatud osa (joon. 6 a),mille ulatuses pikijõud F N on püsiv. Vardaga risti tehtud lõikes r onmõjuvate jõudude resultant F N lõikepinnaga risti ja pinge väljendub normaalpingenaσ (joon. 6 b), mida saab arvutada seosestF Nσ = , (2.1)Akus A on varda ristlõike pindala.Leiame pinged ka kaldlõikes k (joon. 6 a). Lõikepinna pindalaA α = A/cosα.Jaotatud sisejõudude resultant lõikes peab võrduma pikijõuga F N = σA:ι α A α = σA, kust ι α = σcosα.

10Joonis 6. Sisejõud ja pinged tõmbelSelle pinge jaotame kaheks (lõikepinna suhtes normaalseks jatangentsiaalseks) komponendiks:σ α = ι α cosα = σ cos 2 α, (2.2)τ α = ι α sinα = σ sinα cosα = σ/2 sin2α (2.3)Niisiis, varda suvalist punkti K läbivas mis tahes kaldlõikes (joon. 6 c)mõjuvad nii normaal- kui ka tangentsiaalpinged, mille väärtus on kalde αfunktsioon.Normaalpinge σ α on suurim, kui cos 2 α = 1 ja seega α = 0, mis vastabristlõikele. Järelikult σ αmax = σ. Seda tulemust arvestades piirdutaksetõmmatud või surutud varda tugevusarvutuses ristlõike uurimisega.Samuti talitades selgub, et suurim tangentsiaalpinge τ αmax = σ/2 mõjubvarda telje suhtes kaldenurga α = π/4 all paiknevatel pindadel.Osutub veel, et kahel antud punkti läbival ristpinnal mõjuvad absoluutväärtuseltvõrdsed tangentsiaalpinged. Seda üldkehtivat olulistseaduspärasust nimetatakse tangentsiaalpingete paarsuse seaduseks.2.2. DeformatsioonidVaatleme varrast pikkusega l (joon. 7), millele mõjub teljesihiline jõud F.Jõu mõjul varras deformeerub. Varda pikkuse muutu Δl nimetatakse absoluutseksjoondeformatsiooniks.Erinevate varraste joondeformatsiooni intensiivsust võimaldab võrreldadeformatsiooni pikkusühikule taandatav suhteline joondeformatsioon∆l=lε (2.4)Katseliselt on tõestatud, et pinge σ ja suhteline joondeformatsioon onomavahel võrdeliselt seotud. Seda kirjeldab Hooke’i seadus, mille kohaseltσ = Eε(2.5)

11Hooke’i seaduses materjali jäikust iseloomustavat võrdetegurit E nimetataksenormaalelastsusmooduliks.Pikideformatsiooniga kaasneb põikdeformatsioonΔd – ristlõikemõõtme dmuut. Katseandmete kohaselt on suhtelinepõikdeformatsioon ε’ = Δd/d võrdelinesuhtelise pikideformatsiooniga:ε ′ = −µε(2.6)Avaldises esinevat võrdetegurit nimetataksePoissoni teguriks ja tema väärtusJoonis 7. Deformatsioon tõmbel erinevate materjalide puhul on 0…0,5.ja survelHooke’i seadus võimaldab leida vardapikkuse muutu, mis püsiva ristlõikepinna ja konstantse normaaljõu korralvõrdub:2.3. TugevusarvutusedFNl∆ l = . (2.7)EAKonstruktsiooni tugevusarvutuseks on vaja teada materjalile ohtlikkupiirpinget σ piir . Hapra materjali piirpinge on tugevuspiir R m , plastse materjalipiirpinge on voolavuspiir R p .Materjalile ohutuks võib pidada piirpingest madalamat lubatud pinget[ ]σ piirσ = , (2.8)Skus S on varutegur, mis valitakse samalaadsete konstruktsioonide kasutuskogemustepõhjal. Alati S > 1.Konstruktsiooni tugevust võib pidada küllaldaseks, kui suvalises lõikespinge ei ületa lubatud väärtust. Seda väljendab võrratusσF N ≤ σ , (2.9)= Amida nimetatakse tugevustingimuseks. Tugevusarvutused seisnevadki tugevustingimuserahuldamises. Seejuures esineb kolme tüüpi ülesandeid.1. Tugevuskontroll. Teada on koormused, ristlõike mõõtmed jamaterjali omadused. Kontrollitakse, kas tugevustingimus on täidetud.2. Projektarvutus. Teada on koormused ja materjali omadused. LeitakseFvajalik ristlõikepindala A ≥ N.[ σ ]3. Lubatud koormuse arvutus. Ristlõike pindala ja lubatud pinge abilleitakse tugevustingimust rahuldav pikijõud[ ]F N≤ A σ[ ]ja sellest omakorda lubatav välisjõud.

123. VÄÄNE3.1. NiheMõjugu vardale risti teljega kaks lähestikku rakendatud vastassuunalistjõudu. Selline koormus esineb näiteks metalliriba lõikamisel kääridega(joon. 8 a). Suvalises jõudude vahelises ristlõikes I tekib varda teljegaristi suunatud põikjõud F Q = F, mille jaotumist lõikepinnal iseloomustabtangentsiaalpinge τ (joon. 8 b). Sama kehtib eelmisele läheda lõike IIkohta. Eraldame lõigete vahelt täiendavate pikilõigetega väikese risttahukaliseelemendi ABCD (joon. 8 a ja d). Risttahuka püsttahkudel mõjuvadvõrdsed ja vastassuunalised nihkepinged ning nihkepingete paarsuse seadusejärgi mõjuvad eelmistega võrdsed pinged ka rõhttahkudel. Vardamuutunud kuju enne osakeste eraldumist on näha joon. 8 a ja e. Sellistdeformatsiooni nimetatakse nihkeks. Nihet iseloomustab nihkenurk γ jaabsoluutne nihe Γ.Proportsionaalsuspiirini kehtib Hooke’i seadus nihkelτ = Gγ , (3.1)mille kohaselt tangentsiaalpinge on võrdeline nihkenurgaga. Tangentsiaalpingeseotuse tõttu nihkega nimetatakse teda ka nihkepingeks.Materjali jäikust iseloomustavat võrdetegurit G valemis 3.1 nimetataksenihkeelastsusmooduliks. Materjali nihke- ja normaalelastsusmooduli vahelkehtib sõltuvuskus μ on Poissoni tegur.Metallidel G ≈ 0,4 E.Joonis 8. Sisejõud ja pinged nihkelE=2 (1 + µ )G , (3.2)

133.2. Pöördemoment ja väändemomentVäändeks nimetatakse varda koormusseisundit, milles ristlõikepindadeljaotatud elementaarsisejõud taanduvad väändemomendiks T v (joon. 9 a).Vääne tekib siis, kui välisjõud on rakendatud varda telje risttasandeismõjuvate jõupaaridena. Välisjõupaari momenti T nimetatakse pöördemomendiks.Pöördemomendi kujutamisviisi arvutusskeemidelon näha joon. 9 b.Pöördemomendi arvutamisel võetaksearvesse asjaolu, et võimsus P (väljendatakseenamasti kilovattides) võrdub momendiT ja nurkkiiruse ω (ω = 2πn, kus non pöörlemissagedus s -1 ) korrutisega, seegaJoonis 9. Pöördemoment javäändemoment1000PPT = ≈ 159, 22πnnN·m. (3.3)Väändemoment leitakse lõikemeetodil, s.tväändemoment võrdub arvuliselt ühelpool lõiget rakendatud pöördemomendiga.3.3. Pinged ja tugevusarvutusVäändel ümarvardas tekkivate pingete määramisel lähtutakse katsetulemustest,mille kohaselt ristlõiked jäävad varda deformeerumisel tasandilisteks,järelikult puuduvad ristlõigetes normaalpinged. Varda pinnalekantud moodustajad aga kalduvad, millest võib järeldada, et varda ristlõigetesmõjuvad tangentsiaalpinged.Kasutades Hooke’i seadust nihkel on võimalik leida nihkepingete väärtusemääramise avaldis varda teljest kaugusel ρ (joon. 10) asuvas punktis:Tvτ = ρ , (3.4)Ipkus I p on ristlõiget iseloomustav suurus, mida nimetatakse polaarinertsimomendiks.Sisuliselt kujutab polaarinertsimomentüle ristlõikepinna arvutatudsummat kõigi pinnaelementidepindalade korrutisest oma ruutuviidudkaugusega ringi keskpunktist.Joonis 10. Tangentsiaalpinged Valemist 3.4 osutub, et väändel tekkivümarvarda väändel tangentsiaalpinge on võrdeline vaa-

14deldava punkti kaugusega ρ varda teljest. Ümara ristlõikepinnapolaarinertsimomendi leidmiseks võib kasutada valemitd3244I p= π ≈ 0,1d, (3.5)kus d on varda läbimõõt.Tugevusarvutustes pakub peamist huvi suurim pinge, mis tekib ristlõikeserval. Selle määramiseks asetame valemisse 3.4 ρ = d/2:Selles valemis esinevat suurustTdTvvτmax= ⋅ = . (3.6)Ip2 WpIpWp= , (3.7)dv2mis kujutab polaarinertsimomendi jagatist ristlõike serva kaugusega keskpunktist,nimetatakse polaarvastupidavusmomendiks. Ringi puhuld1633W p= π ≈ 0,2d. (3.8)Varda tugevust võib pidada küllaldaseks, kui suurim pinge mis tahesristlõikes ei ületa lubatud väärtust. Seda mõtet väljendab tugevustingimuskujulTvτmax= ≤ [] τ , (3.9)Wmille rahuldamist taotlebki tugevusarvutus väändel. Arvutustehnika onsamasugune kui tõmbel ja survel.Lubatud tangentsiaalpingete valikul juhendutakse tugevusteooriatest, misvõimaldavad lihtsate tugevusteimide (tõmbeteim, surveteim) tulemusi kasutadajuhul, kui konstruktsiooni ohtlikus punktis on liitpingus. Praktilistkasutamist leiavad need teooriad, mille järeldused kõige paremini ühtivadkatselise kontrolli tulemustega. Nii näiteks leiab plastsete materjalide puhulkasutamist suurimate tangentsiaalpingete tugevusteooria, mis püstitabhüpoteesi, et sõltumata pinguse iseloomust tekib piirseisund siis, kuisuurim tangentsiaalpinge saavutab materjalile iseloomuliku piirväärtuse.Püsiva koormuse puhul võetakse sageli plastsetele materjalidele[τ]=(0,5…0,6)[σ] t , habrastele materjalidele [τ]=(0,8…1,0) [σ] t .Joon. 10 a kujutatud pingeepüürist nähtub, et ristlõike keskosas on pingedmadalad. Kõrvaldades nõrgalt töötava keskosa saame märksa otstarbekamarõngasristlõike. Kui võrrelda täisvarrast võrdtugeva toruga, millesise- ja välisläbimõõdu suhe on näiteks 0,7, siis osutub, et toru läbimõõton küll 10% suurem, mass aga 39% väiksem. Pingete arvutamisel rõngasristlõikeskehtivad pingete arvutamisel valemid 3.4 ja 3.6, pinnakarakteristikudon aga erinevad. Tähistanud d v /d s = c, saame4 4 4πdvπdsπdv 4I = − = 1−c , (3.10)p3232p32( )

15WpI=dvpπd=2 163v4( 1−c ). (3.11)Valemeid pingete arvutamiseks mitteümarates ristlõigetes saab tuletadaainult elastsusõpetuse meetoditega.3.4. Varda deformatsioonVäändel varda ristlõiked pöörduvad ümber varda telje. Varda deformatsioonimõõdetakse väändenurgaga φ – radiaanides antud nurgaga, millevõrra üks ristlõige pöördub teise suhtes.Valemist 3.1 lähtudes saame leida suhtelise väändenurga ϑ , mis näitabarvuliselt kahe ühikkaugusel paikneva ristlõike pöördumist varda teljeümber.Joonis 11. Deformatsioonümarvarda väändelTvϑ = . (3.12)GIpSuvalisel kaugusel x asetseva ristlõike(joon. 11) II väändenurk A suhtesvϕ = . (3.13)GIpvõrdeline väändemomendi T v ja vardapikkusega l ning pöördvõrdeline korrutisega GI p , mida nimetatakse vardaväändejäikuseks.TxPraktilist huvi pakub varda ühe otspinnaväändenurk teise suhtes. Võttes x = l saameT lvϕ = .GIpNiisiis, otspindade vaheline väändenurk on4. PAINE4.1. PõhimõistedPaindeks nimetatakse varda koormusseisundit, milles ristlõikepindadeljaotatud sisejõud taanduvad paindemomendiks M z või M y (olenevalt teljest,mille suhtes moment mõjub).Paindemomendi teket selgitab lihtne katse tugedele asetatud kummimudeliga(joon. 12). Mudeli koormamisel on silmaga näha, et selle alumisedkiud pikenevad ja ülemised lühenevad. Et pikenemine on seotud tõmbega,lühenemine survega, siis kogu tõmbejõud ja survejõud moodustavadlõikes I jõupaari, mille moment M p = F s · a ongi paindemoment.

16Kui varda ristlõigetes mõjub ainult paindemoment M p , siis on tegemistpuhtpaindega. Enamasti aga esineb lisaks paindemomendile veel põikjõudF Q . Sellisel juhul räägitakse varda põikpaindest.Painde tekitavad varda teljega risti olevad jõud või pikitasandis paiknevadmomendid (joon. 13).Joonis 12. Sisejõud paindelJoonis 13. Painet tekitavad koormusedKoormuse rakendamiseks tuleb varras toestada. Tehnikas kasutatavadtoed taandatakse kolmele põhiskeemile.Liikuv liigendtugi (joon. 14 a) takistab siirdumist ühes sihis. Selles sihismõjub ka selle toe reaktsioon jõuna F A .Liikumatu liigendtugi (joon. 14 b) takistab siirdumist kahes sihis. Kareaktsioon esitatakse kahe komponendina F Ax ja F Ay .Joonis 14. Tugede ja talade tüübidKinnistugi (joon. 14 c) ei võimalda vardal joonsiirduda ega pöörduda.Selle toe mõju väljendavad jõud F Ax ja F Ay ning moment M A .Joon. 14 d kujutatud viisil toestatud varrast nimetatakse sageli lihttalaks.Joon. 14 e on kujutatud konsool, joon. 14 f – konsooliga lihttala. Sellistestaatikaga määratavate talade ühisjooni on see, et nende koormamiselvõib tekkida kolm toereaktsiooni, mida saab leida kolme tasakaaluvõrrandiabil. Kui toereaktsioone on rohkem, on tegemist staatikaga määramatutalaga, mille lahendamisel tuleb koostada lisaks tasakaaluvõrranditeledeformatsioonivõrrandeid.

174.2. SisejõudVarda tugevusarvutuseks tuleb leida mõjuvad sisejõud. Alustame sisejõududemääramist põikpainde lihtsaimast juhust, mil varrast koormab üksjõud (joon. 15).Teeme lõike I punktis, mille abstsiss on x, kõrvaldame varda parempoolseosa ja nõuame, et vasakpoolne osaoleks välisjõu F ning lõikepinnalmõjuvate sisejõudude toimeltasakaalus.Nõude ΣF y = 0 täitmiseks peab lõi-jõudude summa moodustama pikilõikepinda suunatud põikjõuJoonis 15. Sisejõud paindelF Qy , mis takistab lõikega eraldatudvardaosa siirdumist y-telje sihis:F – F Qy = 0,kust F Qy = F, s.t arvuliselt võrdub põikjõud vaadeldavale vardaosaletelje ristsihis rakendatud välisjõuga.Kui lõikes mõjuks ainult põikjõud, hakkaks lõikega eraldatud osa pöörlemalõikepinna z-telje ümber. Et aga seda ei toimu, siis peavad lõikepinnaljaotatud elementaarjõud tekitama välisjõu momendile võrdvastupidisepaindemomendi M z . Tõepoolest, tasakaalutingimusest ΣM z = Fx – M z = 0järeldub, etM z = Fx,s.t. arvuliselt võrdub paindemoment vaadeldavale vardaosalerakendatud välisjõu momendiga lõike raskuskeset läbiva telje z suhtes.Põikjõudu F Qy loeme positiivseks, kui ta püüab lõikepinda pöörata päripäeva.Positiivset põikjõudu tekitab välisjõud, mis püüab pööratavaadeldavat vardaosa lõike suhtes samuti päripäeva.Paindemomenti M z loeme positiivseks, kui varda alumine külg on tõmmatud(s.t kui vaadeldavale osale mõjuv välisjõud deformeerib seda nii,et kumerus on all).Märgime, et nende reeglite järgi on joon. 15 kujutatud sisejõud negatiivsed:F Qy = –F ja M z = –Fx.Kui üldjuhul on ühel pool lõiget rakendatud mitu välisjõudu F 1 , F 2 , …(toereaktsioon on varda suhtes samuti välisjõud), siis sisejõud lõikes leitaksejõudude sõltumatuse printsiibi kohaselt üksikutele välisjõududelevastavate sisejõudude algebralise summana:FFF(1) (2)Qy=Qy+QyMMM(1) (2)z=z+zkepinnal mõjuvate+ ...+ ...elementaar-Põikjõu ja paindemomendi muutumist vardas esitatakse sageli nendeepüüride abil. Sisejõuepüüride koostamist hõlbustab rida olulisi seoseid

18M, F Q ja jaotatud koormuse p vahel.1. Varda koormamata piirkonnas on põikjõud konstantne,paindemoment muutub lineaarselt.2. Ühtlaselt jaotatud koormuse piirkonnas muutub põikjõudlineaarselt, paindemomenti esitab parabool.3. Paindemomendid on ekstreemsed lõigetes, kus põikjõud võrdubnulliga või vahetab märki.Toetud eeltoodule saab sisejõuepüüride koostamisel ette hinnata nendekuju ja piirduda sisejõudude väärtuste leidmisega üksikutes iseloomulikespunktides.Näide. Koostada joon. 16 a kujutatud varda sisejõuepüürid.Joonis 16. Sisejõuepüürid paindelLahendus. Leiame toereaktsioonid. Valime koordinaatteljed x ja y ning kannameskeemile reaktsioonide oletatavad suunad. Et x-telje sihilised välisjõud puuduvad, siisx-telje suunaline toereaktsioon võrdub nulliga. Ülejäänud reaktsioone saab leida momendivõrranditestpunktide suhtes, mida läbivad otsitavate reaktsioonide sihid.Et jaotatud koormuse resultant 2 ·0,6 = 1,2 kN on rakendatud koormatud piirkonnakeskel, siis nõue ΣM A = 0 väljendub võrrandina -0,8 · 0,2 – 1,2 · 0,5 + 0,8F B = 0,kust F B = 0,95 kN.Nõudest ΣM B = 0 ehk 0,8 · 0,6 + 1,2 · 0,3 + 0,8F Ay = 0saame F Ay = 1,05 kN.Leitud reaktsioone kontrollitakse tingimata mõne seni kasutamata tasakaaluvõrrandiabil. NäiteksΣF y = 0,8 + 1,2 – 1,05 – 0,95 = 0.Põikjõu muutumist piirkonnas AC väljendab rõhtsirge, mille kujutamiseks leiamepõikjõu väärtuse mis tahes lõikes, näiteks lõikes C vasakul (joon. 16 d):F Qy = 1,05 kN.Piirkonnas CB on tegemist kaldsirgega, mille joonestamiseks määrame väärtusedpiirkonna otstes:lõikes C paremal F Qy = 1,05 – 0,8 = 0,25 kN,lõikes B F Qy = –0,95 kN.Epüürist (joon. 16 b) ilmneb, et piirkonnas CB esineb põikjõu nullkoht, mille koordinaatt 0 (või x 0 ) on vajalik ekstreemse paindemomendi arvutamiseks. Koordinaadi

19leiame piirkonda läbiva suvalise lõike I (joon. 16 e) jaoks koostatud põikjõuavaldisenulliga võrrutamisel. Põikjõu leidmiseks liidetakse toereaktsiooni F B ja jaotatudkoormuse resultandi pt mõju väljendavad liikmed:F Qy = –F B + pt 0 = 0, kustt 0 = F B / p = 0,95 / 2 = 0,475 m.Paindemomendi väärtustele piirkonnas AC vastab kaldsirge, mille esitame äärmisteordinaatide põhjal:lõikes A M z = 1,05 · 0 = 0,lõikes C vasakul M z = 1,05·0,2 = 0,21 kN·m.Piirkonnas CB esitab paindemomenti parabool, mille kujutamiseks on vaja vähemaltkolm väärtust:lõikes C paremal M z = 1,05·0,2 = 0,21 kN·mlõikes B M z = 0lõikes D (t 0 = 0,475 m, joon. 16 e) Mz = 095·0,475 – 2·0,475·0,475 / 2 = 0,226 N·m.Paindemomendi epüür on kujutatud joon. 16 c.4.3. PinnamomendidTõmbe ja surve arvutustes iseloomustatakse ristlõiget pindalaga A, väändelkeerukama suurusega – polaarinertsimomendiga I p . Paindeteooriasleiavad kasutamist viimasega sarnased suurused – staatiline moment jatelginertsimoment. Kõiki loetletud pinnakarakteristikuid hõlmab üldnimetuspinnamomendid.Kujundi staatiline moment mingi telje suhtes võrdub pindala ja raskuskeskmekoordinaadi korrutisega.Koordinaattelgede oluline erijuht on kujundi keskteljed – raskuskeset läbivteljepaar. Kujundi staatiline moment kesktelje suhtes võrdubnulliga.Kujundi inertsimomendiks x-telje suhtes (I x ) nimetatakse suurimat summat,mille liikmed on pinnaelementide ja nende x-teljest mõõdetud kaugustekorrutised. Inertsimoment on sõltumatult koordinaattelje asendistalati positiivne. Mõõtühik on m 4 (cm 4 , mm 4 ).Kujundi sümmeetriatelge ja sellega ristuvat kesktelge nimetatakse keskpeatelgedeks.Inertsimomendid keskpeatelgede suhtes on keskpeainertsimomendid.Saab tõestada, et kõikvõimalike kesktelgede suhtes arvutatudinertsimomentide hulgas on keskpeainertsimomendid ekstreemsed: ühekeskpeatelje suhtes on inertsimoment maksimaalne, teise suhtes minimaalne.Ristküliku peainertsimoment avaldub valemigabh 312kus b – ristküliku laius, h – ristküliku kõrgus.Ringi keskpeainertsimomentI x= , (4.1)d6444I x= π ≈ 0,05d, (4.2)

20kus d – ringi läbimõõt.Lihtkujunditeks jaguneva liitkujundi inertsimoment mingi telje suhtesvõrdub lihtkujundite selle telje suhtes leitud inertsimomentide summaga.Masinatööstuses ja ehituses sageli esinevate profiilteraste (I-terased,karpterased, nurkterased) inertsimomendid on antud vastavates tabelites.4.4. NormaalpingedEelpool selgitasime, et paindemoment on seotud tõmbega ristlõike ühesosas ja survega teises osas. Leiame normaalpinged ristlõikes puhtpaindeerijuhul. Uurimuste kohaselt saab tulemusi kasutada ka üldisemal põikpaindejuhul.Lähtume katsetulemustest. Kandnud varda pinnale hulga ristlõigete jälgikoormame teda jõupaaridega (joon. 17). Et varda deformeerumisel jäävadjäljed sirgjoonelisteks, jäävad ristlõiked tasandilisteks.Vaatleme varda lühikest lõiku pikkusega dx (joon. 17 a ja c). Varda deformeerumiselalumised kihid pikenevad, ülemised lühenevad, neutraalkihisolevad säilitavad algpikkuse.Joonis 17. Deformatsioonid paindelVardalõigu külgpinnad lõikuvad neutraalkihi kõverustsentris 0, millestlähtub kõverusraadius ρ.Joonisest nähtub et sarnasuse põhjal suhteline deformatsioon∆dx yε = =(a)dx ρja kius mõjuv pinge Hooke’i seaduse põhjalyσ = E ε = E(b)ρNeutraalkihi kõverusraadiuse ρ määramiseks kasutame lisakaalutlusiristlõikes mõjuvate jõudude kohta. Meelevaldsel pinnaelemendil (dA) onrakendatud elementaarjõud σ(dA). Kõigi x-telje sihiliste elementaarjõududesumma on pikijõud F N , mis aga käesoleval juhul puudub. Seega∑ σ E E( dA) = ∑ y( dA) = Sz= 0ρ ρ,AA

21kus S z on ristlõike staatiline moment z-telje suhtes. Et E/ρ ≠ 0, peab järelikultS z = 0. Ehk teiste sõnadega – nulljoon läbib ristlõike raskuskeset.Elementaarjõudude σ(dA) momentide σ(dA)·y summa nulljoone suhtespeab andma ristlõikes mõjuva paindemomendi:EE∑ y σ ( dA) = ∑ y ( dA) = Iz= MzA ρ2 A ρ, (c)kus I z on ristlõike inertsimoment nulljoone z suhtes.Siit määrame neutraalkihi kõveruse1=ρMEIzz, (4.3)mille asetamisel avaldisse (b) saame lõpliku valemi pinge leidmiseksristlõike suvalises punktis kaugusel y nulljoonest:Mzσ = y . (4.4)IzSelle valemi kohaselt on pinge σ võrdeline vaadeldava kiu kauguseganulljoonest (joon. 18). Tugevushinnanguks olulised suurimad pinged tekivadpunktides, mis asuvad nulljoonest suurimal kaugusel y max :MzMzσmax= ymax= . (d)I I yzValemi nimetajas esinevat ristlõike geomeetriast sõltuvat suurustIyzmax= Wzzmax(4.5)nimetatakse ristlõike vastupanumomendiks z-telje suhtes.Vastupanumomentide avaldisi lihtkujunditele on lihtne leida. NäiteksristkülikulringilbhI 3z= ,124πdI z= ,64maxh2d22bh63d32y = , seega W z= (4.6)3y = , seega = π ≈ 0,1d. (4.7)maxTerasprofiilide vastupanumomendid on esitatud käsiraamatutes toodudtabelites.W zJoonis 18. Normaalpinged paindelKasutades vastupanumomenti saab suurima normaalpinge valemile (d)anda mugavama kujuMzσmax= , (4.8)Wz

22Varras on piisavalt tugev, kui suurim pinge ei ületa ohutut väärtust [σ].Seda ideed väljendab tugevustingimus kujulMzσmax= ≤ [ σ ](4.9)WzTugevustingimus võrratusena 4.9 kehtib plastsete materjalide puhul, millelubatud pinged tõmbel ja survel on võrdsed. Malmi tüüpi habrastel materjalidel[σ] t < [σ] s , sellepärast viiakse tugevustingimusse [σ] t .Näide. Valida näite lk 15 tingimuste jaoks terasest ruutvarda küljepikkus, kui[σ] = 160 N/mm 2 .Lahendus. Ohtlikemas lõikes M z = 0,226 kN·m = 226·10 3 N·mm. Tugevustingimusest4.9 leiame ristlõike vajaliku vastupanumomendi:3Mz226 ⋅103Wz ≥ = = 1410mm,[ σ ] 160Vastupanumoment on seotud ristlõike mõõtmetega:2 3bh aW z= = .6 6Seega3a3≥ 1410 , kust a ≥ 6 ⋅1410= 20, 4mm.6Saadud tulemused võimaldavad selgitada varda ristlõike ratsionaalse kujundamisepõhimõtteid. Et suurim pinge on ristlõikes on pöördvõrdelinevastupanumomendiga, siis materjali kulult ökonoomne on ristlõige, millepuhul suur vastupanumoment saadakse väikese pindalaga. Selleks agatuleb võimalikult rohkem pinnaelemente paigutada nulljoonest eemale.Joonisel 19 on esitatud standardse I-terase nr 20 ristlõike ja sellega pindvõrdseteringi ning ristküliku (küljepikkuste suhe 3:1) vastupanumomentidevõrdlusarvud.Joonis 19. Võrdse pindalaga ristlõigete vastupanumomentide võrdlusPeale paindemomendi M z mõjub painutatud varda ristlõikes enamasti kapõikjõud F Qy , mille jaotumist iseloomustavad ristlõikesihilised tangentsiaalpinged.Konstruktorikogemused näitavad aga, et kui normaalpingetetugevustingimus 4.9 on täidetud, on enamasti täidetud ka tangentsiaalpingetetugevustingimus. Sellepärast pöördutakse praktikas selle pooleäärmiselt harva.

234.5. DeformatsioonidPaindemomendiga kaasneb varda ühe külje kiudude pikenemine ja teiseomade lühenemine, mistõttu varda telg, (mida on tavaks nimetada elastseksjooneks) kõverdub (joon. 20).Telje kõverdumisel varda ristlõikedsiirduvad – muudavad asukohta ja asendit. Tähistame varda suvaliseristlõike joonsiiret y-telje sihis v-ga; seda suurust nimetatakse ka vardaläbipaindeks abstsissil x. Varda elastse joone abstsisse määravat seostv = f(x) nimetatakse elastse joone võrrandiks. Tegemist ondiferentsiaalvõrrandiga mille integreerimisel saab leida siirete(läbipainete) väärtusi.Joonisel 20 kujutatud juhtumikorral on lahendiks2Fxv = ( 3l− x).Joonis 20. Varda elastne joon6EISamalaadseid arvutusvalemeidtähtsamate talaskeemide jakoormusjuhtude jaoks esita-takse teatmikes, mis võimaldabkonstruktoril praktilises töös vältida töömahukat integreerimist.Painutatud varda normaalse kasutamise huvides on vahel peale tugevusevaja küllaldast jäikust. Jäikustingimuses piiratakse enamasti läbipainetnõudegaf ≤ [ f ], (4.10)kus f on suurim läbipaine, [f] lubatud läbipaine, mis valitakse enamastipiires (1/200…1/1000)l; l on konsooli pikkus või lihttala tugede vahekaugus.z5. KOHALIKUD PINGED5.1. PingekontsentratsioonTeoreetilised ja katselised uurimused on näidanud, et eespool tuletatudseaduspärasused pingete jaotumise kohta varda ristlõigetes kehtivad vaidtingimusel, et ristlõige on varda pikkuse osas püsiv või muutub sujuvalt.Igasuguste järskude ristlõikemuutuste läheduses ilmnevad pingejaotusehäired, mille iseloomulik joon on ristlõike väikeses osas arvutuslikestmärksa kõrgemate pingete teke. Sellist nähtust nimetatakse pingekontsentratsiooniks,pingekontsentratsiooni põhjust (ava, sisselõiget) agakontsentraatoriks. Et pingejaotuse häire esineb vaid kontsentraatori lähimasümbruses, siis selle piirkonna pinged kuuluvad kohalike pingeteliiki.

24Joon. 21 a on kujutatud pingeepüür tõmmatud riba avaga nõrgestatudlõikes, joon. 21 c – painutatud ümarvarda astme läheduses.Pingekontsentratsiooni tekke mehhanismi joon. 21 a kujutatud ribas onvõimalik seletada järgmiselt.Vaadeldava piirkonna üks otslõigetest on teisega ühendatud nn pingetrajektooridega,mille sihis teostub jõuülekanne ühelt materjaliosakeselt teisele(joon. 21 b). Ilmselt toimub jõuülekanne riba servas kõige otsematteed pidi ja vastav pingetrajektoor on sirge. Riba keskel peavad trajektooridmööduma avast. Seoses sellega pingetrajektoorid ava kõrval kuhjuvadja jõud pinnaühikule – pinge – on seal kõrgem kui ristlõike ülejäänudosades.Pingekontsentratsiooni mõju detaili tugevusele staatilisel koormamiseloleneb materjalist ja on täiesti erinev habrastel ning plastsetel materjalidel.Kui suurim kohalikpinge haprast materjalistdetailis lähenebtugevuspiirile, hakkabarenema pragu ja detailpuruneb. Eritisentratsiooni suhtes onkarastatud teras.Kui aga samadel tingi-Joonis 21. Pingete kontsentratsioonmustel töötavas plastsestmaterjalist detailis suurim pinge muutub võrdseks voolavuspingega,siis edasisel koormamisel pinge ristlõike voolavas osas ei kasva.Koormuse kasvamisel tõusevad pinged ristlõike ülejäänud osas javoolavuspiirkond hakkab laienema. Seega plastse materjali puhul on pingeteltendents koormuse suurenedes ühtlustuda, mistõttu plastne materjalon staatilisel koormamisel vähe tundlik pingekontsentratsiooni suhtes.Pingekontsentratsiooni mõju hapra detaili tugevusele iseloomustatakseefektiivse kontsentratsiooniteguriga, mis määratakse katseliselt. Pingekontsentratsioonimõju arvestamiseks tuleb tugevusarvutusel kas suurendadavastav arv kordi varutegurit või samavõrra alandada lubatavat pinget.5.2. Kontaktpingedtundlikpingekont-Kahe kera kokkusurumisel (joon. 22) toimub kontakt näiliselt puutepunktis,kuid tegelikult moodustub materjali deformeerumise tõttu ringikujulinekontaktpind. Kontaktpingeteks nimetatakse kahe kokkusurutudkeha väikesel kontaktpinnal (raadiusega a) tekkivaid pingeid. Nad pakuvadhuvi paljude vastutusrikaste detailide, nagu veerelaagrite, hammas-

25rataste jne konstrueerimisel. Kontaktpingete arvutusvalemid (Hertzi valemid)on tuletatud elastsusõpetuse meetoditega. Suurimat pinget kontaktpinnakeskel on tavaks tähistada Hertzi nime algustähe järgi σ H . Pinguseanalüüs näitab, et ohtlikem punkt K asub materjali sees kontaktpinnast0,5 a kaugusel.Vahel avaldab üks detail teisele survet lõplikupinna kaudu. Taolistel juhtudel loetakseenamasti lihtsustamise huvides kontaktpinnaühikule langev erisurve ehk pindsurve pühtlaselt jaotatuks. Detailide pinna muljumisevältimiseks pindsurvet piiratakse, kuidkogemuste kohaselt võetakse lubatudpindsurve [p] tunduvalt kõrgem tavalisestlubatud survepingest.Joonis 22. Kontaktpinged6. VÄSIMUSTUGEVUSMasinadetailidele mõjuvad sageli niisugused koormused, mis tekitavadneis perioodiliselt muutuvaid pingeid e. vahelduvaid pingeid σ või τ(joon. 23 a).Vahelduva pinge väärtuste hulka üheperioodi vältel nimetatakse pingetsükliks(joon. 23 a), milleiseloomustamiseks kasutatakse järgmisisuurusi:suurim ja vähim pinge σ max , σ min ;keskmine pinge σ m = 0,5 (σ max + σ min );amplituudpinge σ a = 0,5 (σ max – σ min );asümmeetriategur R = σ min / σ max .Võrdse asümmeetriateguriga tsükleidnimetatakse sarnasteks. Sümmeetrilisetsükli (joon. 23 b) puhul R = –1, pulsatsioontsükli(joon. 23 c) jaoks R = 0.Ajas püsival pingel R = 1. Kõiki tsükleid,mille σ m ≠ 0, nimetatakseasümmeetrilisteks.Joonis 23. Vahelduvad pinged Kui detailile mõjub küllalt suur arv vahelduvapinge tsükleid, siis võib detail äkki, eelneva olulisedeformeerumiseta puruneda näiliselt madala pinge juures. Seda nähtuston tavaks nimetada materjali väsimuseks.

26Purunemise põhjuseks on detailis vahelduvate pingete mõjul tekkiv jaarenev väsimuspragu (joon. 24 D), mida saab aga vältida küllaltkimadala tööpinge valikuga. Suurimat piget, mida materjal purunematatalub kui tahes paljude tsüklite vältel, nimetatakse väsimuspiiriks σ R .Sümmeetrilise tsükli väsimuspiiri tähistatakse σ –1 vastavalt siinse asümmeetriateguriväärtusele, pulsatsioonitsükli väsimuspiiri samal kombel σ 0 .Väsimuspiiri tuleb lugeda (nagu tugevuspiiri ja voolavuspiirigi) üheksmaterjali piirpingeks.Joonis 24. Võlli väsimusmurdD – väsimusmurru pind,G – lõpliku murru pindVäsimuspiir määratakse katseliseltkoostatud väsimuskõverast (joon. 25).Selle saamiseks tekitatakse uuritavastmaterjalist standardsete proovikehadesarjas kindla asümmeetriateguriga kuiderineva maksimumiga vahelduvpingeidja registreeritakse iga proovikehapurunemisele vastavate tsüklite arv N.Väsimuspiir on asümptoot, milleleväsimuskõver purunemistsüklite arvukasvades läheneb. Praktiliseltpiirdutakse väsimusteimides tsükliteküllalt suure baasarvuga N b , milleksteraste ja malmide puhul võetakse harilikult 10 7 .Väsimuspiiri suurusjärgust kujutluse andmiseks märgime, et terasesümmeetrilise tsükli ligikaudne väsimuspiir paindel σ –1 ≈ 0,28 R m ,väändel τ –1 ≈ 0,22 R m .Praktilistes väsimustugevuse arvutustes on vaja teada materjaliväsimuspiire mitmesuguste asümmeetriateguritekorral, seega vastavaltσ m ja σ a mitmesugustele vahekordadele.Vajalikud σ R väärtused võetaksepiirpingediagrammilt, mis joonestataksemitme asümmeetrilise tsükligasooritatud katsesarjade tulemusteJoonis 25. Väsimuskõver.põhjal.Piirpingediagramm esitab materjali väsimuspiiri σ R . Kogemus näitab aga,et mingi reaalse detaili väsimuspiir σ Rd on praktiliselt alati madalamtema materjalist valmistatud standardsete proovikehadega saadud väärtustest.Detaili väsimuspiiri alandavad materjali väsimuspiiri suhtes mitmedmõjurid, mille hulgas on olulisimad pingekontsentratsioon, detailiabsoluutmõõtmed ja pinna seisund. Pingekontsentratsiooni mõju arvestatakseefektiivse kontsentratsiooniteguriga K σ , absoluutmõõtmete mõjumastaabiteguriga K d ja pinna seisundi mõju pinnaviimistlusteguriga K F .

27Vaadeldud tegurite väärtusi esitatakse tehnikateatmikes. Neid arvestadeson detaili asümmeetrilise tsükli väsimuspiirσ−1KdKFσ−1σ =, (6.1)kusKK Kd K F− 1d=Kσσ= on detaili väsimuspiiri alanemise tegur.Tuleb silmas pidada, et väsimusarvutusi saab teha ainult kontrollarvutustena,sest valemitesse kuuluvad tegurid sõltuvad otsitavatest mõõtmetest.Sellepärast tehakse praktikas projektarvutus ligikaudselt, arvestamatapingete vaheldumist ja tekkiv viga parandatakse lubatud pingete alandamisega.Lõpliku arvutusega määratakse varutegurite väärtused.K

28II OSA MASINAELEMENDID1. “MASINAELEMENTIDE” AINE JA KOHT TEHNIKASDistsipliin “Masinaelemendid” on võrreldav anatoomia kursusegameditsiinis. Ta selgitab masina koostisosade ehitust ja tarvet, neile sobivamaterjali valikut ja tegeleb arvutustega, mis seotud elementidetöövõimelisuse tagamisega. Vaatluse all on üldotstarbelised elemendid,so. taolised, mis on ühesugused kõikides masinates nende otstarbestsõltumata. Eriotstarbeliste elementidega tegelevad kitsamad distsipliinid(näit. “Tööpinkide konstrueerimine”, “Põllutöömasinate konstrueerimine”jne.).Endastmõistetavalt on need teadmised vajalikud eelkõige konstruktoreile,ent ka masinate kasutajaile, hooldajaile ja remontijaile. Tegemist onseega üldinsenerliku distsipliiniga, mis tihedalt läbi põimunud teistesamalaadsetega (“Insenergraafika”, “Masinamehaanika”,“Tugevusõpetus”, “Materjaliõpetus”, “Mõõtmestamine ja tolereerimine”).“Masinaelementide” tekke ja arengu olulised tähtsündmused:1784 - J.Watt saab patendi pöörlevat liikumist väljastavaleaurumasinale, mis paneb aluse üleminekule manufaktuurselt tootmiselttööstuslikule, seega ka masinaehitusele;1799 - G.Monge avaldab kujutava geomeetria õpiku, pannes alusedetailide geomeetrilisele kujutamisele Pariisi Polütehnilises Koolis;1826 - L.Navier’ avaldab esimese tugevusõpetust süstemaatiliseltkäsitleva õpiku;1881 - ilmuvad esimesed “Masinaelementide” õpikud kõrgkoolile(C.Bach Saksamaal, V.Kirpitšov Venemaal).1936 - Tallinna Tehnikainstituudis luuakse masinaehituselaboratoorium, mis on praeguse TTÜ masinaelementide õppetoolieelkäijaks.“Masinaelementide” kursuses ettetulevad põhiterminid on detail,element, sõlm (koost) ja agregaat. Nende defineerimisel on silmas peetudeeskätt masinate koostamist (montaaźi) ja remonti.

29Detail - toode (masinaelement), mis valmistatud ühest materjalistkoosteoperatsioone kasutamata (kruvi, võll, valatud korpus jne.).Element - kindlat funktsiooni täitev masina elementaarosa (näit.veerelaager, aga ka enamus detaile).Sõlm - tootvas tehases elementidest koostatud toode (koostamisüksus).Agregaat - sõlmedest koostatud unifitseeritud koostamisüksus, mismasinas kindlat funktsiooni täidab (reduktor, automootor, laevavintsjms.). Agregateerimine on laialt levinud tootmismoodus, mis oluliseltlühendab tootmistsüklit (lõppkonveierile suunatakse varem sõltumatulttoodetud ja katsetatud agregaadid) ja lihtsustab masinate remonti(vahetatakse välja tööressursi ammendunud agregaadid uute võiremonditutega). Reeglina toodavad agregaate kitsalt spetsialiseerunudfirmad ja nende baasil on võimalik kokku panna erineva otstarbegamasinaid.Masinate tootmisel on iseloomulikud järgmised suundumused:1. Konstruktsioonis püütakse ära kasutada võimalikult palju standardseidelemente ning unifitseeritud agregaate, mida pakub nii siseriiklik kuika rahvusvaheline turg.2. Tootmisprotsess (eriti koostamistsükkel) püütakse kokku surudavõimalikult lühikesse aega, vältides suurte varude loomist ladudes.Ideaalsel juhul saabuvad agregaadid ja sõlmed lõppkonveierile otsetarnijailt, mis eeldab firmade vahel ladusat ja usalduslikku koostööd.3. Laialdane nn. lokaalsete omaduste printsiibi rakendamine, mille järgikallite materjalide säästu huvides kasutatakse neid vaid sellelpinnaosal, mis detaili töövõimet limiteerib. Tüüpnäide -antifriktsioonne pinnakate laagriliual, mille paksus järk-järgult onvähenenud; nüüdisajal kasutatakse 1-2 mm paksuse babiidikihi asemeledukalt ca 400 µm paksusi antifriktsioonkihte.4. Firmadevaheline konkurents sunnib tähelepanu suunama masinatetöökindlusele, kasutamise mugavusele ja ohutusele ning disainile.Jõumasinate (mootorid, turbiinid) puhul on lisaks oluline veel nendeerivõimsus (kW/kg).5. Arvutustehnika laialdane kasutamine masinate konstrueerimis- jatootmisprotsessis. Sellealast kõrgeimat taset markeeribraalintegreeritud tootmine (CIM - Computer IntegratedManufacturing).6. Detailide ja sõlmede konstrueerimisel võetakse masstootmist silmaspidades nende kujundamisel arvesse vajadust kasutada montaaźilinimtöö asemel roboteid. Näiteks autotööstuses on see eriti aktuaalne.Joon. 1 on illustratsiooniks toodud Volkswagen-Golfi juhtmetekinnitussõlm enne ja pärast automatiseeritud koostetehnoloogialeüleminekut. Varasemat kolmeosalist, käsitsi külgekruvitavat

30juhtmetuge asendab nüüd üks plastikust roboti poolt külgepressitav“klips”.ajuhtmedbkülgekeevitatud nuppplekiribaplekikruvipunktkeevitatud lappkereplekkjuhtmedplastik-klipsJoonis 1. Juhtmete kinnitussõlm auto karosseriipleki külge enne (a) ja peale (b)automatiseeritud montaaźile üleminekut (Volkswagen-Golf näitel).2. MASINATE PROJEKTEERIMISE KULG JA SISUSaksa Insenerideühingu VDI juhtnööride Nr. 2222 kohaneprojekteerimiskulg on järgmine:Ülesandesse süvenemineIdeede otsingLahenduvariantide hindamine. ValikMastaabis eskiisidTehnilis-majanduslikud hinnangudOtsusDetailide optimeeriminePrototüübi valmistamine ja katsetamineJooniste ja spetsifikatsioonide korrigeerimineTootmisse suunamine

31Konkreetse detaili konstrueerimine toimub enamasti sellises järjestuses:1. Arvutusskeemi koostamine.2. Detailile mõjuvate koormuste kindlakstegemine.3. Materjali valik.4. Projektarvutused.5. Detaili joonestamine (esmalt kooste-, seejärel detailjoonisel).6. Kontrollarvutused.Projekteerimiskvaliteedi üheks kriteeriumiks on standardsete (ostetavate)detailide arvu suhe originaalseisse, mis enamasti moodustab 60…80%.Sõltub see loomulikult masina tüübist ja uudsusest.Projeteerimisel on soovitav kasutada rahvusvahelisi ISO standardigamääritletud eelisarvude ridu, seda nii joonmõõtmeil, võimsuste,pöörlemissageduste jpm. parameetrite puhul. Põhiridade tähised on R5,R10, R20 ja R40 (täht R rea ees tuleneb prantsuse inseneri Ch.Renard’i,kes 1877. a. esimesena ridu propageeris, nimest). Number rea tähises5 10iseloomustab rea kordajat, st. R5 korral on see 10 , R10 korral 10 jne.avajalikud teabematerjalidpatendid,litsentsidarvutusmetoodikadstandardid,tööstusnormidmaterjal,tarnelepped,hinnadtehnoloogiassepuutuv teavebprinterkuvargraafilinekuvarpalettJoonis 2. Traditsiooniline (a) ja kaasaegnekonstruktori töökoht (b).

32Projekteerijal tuleb silmas pidada detailide tehnoloogilisust. See sõltuboluliselt tootmise iseloomust (mass-, seeria- või individuaaltootmine).Tehnoloogiliseks osutub konstruktsioon, mis antud tootmistingimusisnõuab minimaalselt aega, tööd ja materiaalseid vahendeid, tagamaksnõutud ekspluatatsioonilised näitajad.Seoses raalide massilise kasutuselevõtuga nii projekteerimisel,tehnoloogiliste protsesside väljatöötamisel kui ka toodete kontrollimisel,on oluliselt muutunud veel ka projektdokumentatsiooni olemus.Varasemaid projektijooniseid, spetsifikatsioone ja seletuskirja võibnüüdisajal asendada arvutite infokandjale salvestatud teave. Ka onoluliselt muutunud konstruktori töökoha sisustus (vt. joon. 2, a ja b).3. DETAILIDE TÖÖVÕIMELISUSKRITEERIUMIDMasinailt nõutakse, et kõik tema detailid oleksid töövõimelised etteantudtööressursi vältel. Ideaalne seejuures oleks, kui kõik detailid oleksidvõrdvastupidavad, so. detailide tööressurss (seda võib mõõta töötundides,aga ka muudes ühikutes, näit autodel läbisõidetud kilomeetreis) oleksvõrdne. Ehkki selle poole püüeldakse, pole see praktikas reaalne.Paratamatult on igas masinas detaile (peamiselt on need liikuvad osad),mis töötavad näiteks korpusdetailidest märksa raskemais tingimusis jaseega limiteerivad masina kui terviku tööressurssi. Seepärast vajavadmasinad perioodiliselt remontimist, selleks et enne taolise detaili tõrgetteda uue või taastatuga välja vahetada. Lähemalt tegeleb detailidetööressursi prognoosimisprobleemidega distsipliin “Masinate töökindlusja diagnostika”, ometi peab konstruktor juba projekteerimiskäigusoskama detailide töövõimet hinnata. Selleks kasutab ta arvutusi detailidetöövõimelisuskriteeriumeile. Neist tähtsamad on tugevus, jäikus,kulumiskindlus, vibrokindlus ja kuumakindlus. Ehkki üks nimetatuiston detaili mõõtmete ja materjali valikul reeglina määratav, tulebmõnikord teha arvutusi mitmele kriteeriumile (näit. kontrollida nii võllitugevust, jäikust kui ka vibrokindlust).3.1. Detailide tugevusMasina suhtes on tugevuskriteerium täidetud, kui etteantud tööressursivältel ükski tema detail normaalsel kasutamisel ei purune. Selletagamiseks kontrollitakse detaile tugevusele, lähtudes talle mõjuvastkoormusest ja deformatsiooni liigist (lähemalt vt. I osa).

333.2. Detailide jäikusJäikus on keha omadus väliskoormuse mõjul elastsuse piirides (so.taastuvalt) mitte deformeeruda. On tegevuse kõrval üks olulisemaidtöövõimelisuse kriteeriume, mille osatähtsusel on tendents kasvada.Nimelt uute materjalide loomisel on teadlaste põhitähelepanu pööratudeeskätt tugevusomaduste parandamisele, samal ajal materjali jäikustiseloomustava elastsusmooduli suurus reeglina ei kasva. Sellega seosesdetailide ristlõiked, mass ja koos sellega jäikus vähenevad.Vahet tuleb teha detaili mahulise- ehk nn. omajäikuse ja pindadevahelisekontaktjäikuse vahel. Esimese kindlakstegemiseks kasutataksetugevusõpetusest tuntud valemid, enamasti detailide kuju lihtsustades(näiteks asendades astmelise võlli sileda vardaga). Kui näiteks võlliebapiisava paindejäikuse korral halvenevad laagrite töötingimused, agaka temale kinnitatud detailide (näit. hammasrataste) töö, siiskontaktjäikus on oluline eelkõige täpisaparaatide ja -tööpinkide juhikutejuures, selleks et tagada nende töös piisav täpsus. Nii nõutakse, ettööpinkide juhikutel liuguvate detailide normaalisihine lähenemine eioleks suurem kui ~0,2 µm ühe MPa-lise erisurve kohta. Kontaktjäikusesuurendamise põhimeetmeks on detailide pinnasileduse suurendamine, st.tegeliku kontaktpinna, mille määrab kontaktis olevate pinnakonarate arvja kuju, suurendamine.3.3. Detailide kulumiskindlusEnamik masinaosi muutub töökõlbmatuks kulumise tagajärjel.Kulumiseks nimetatakse detailide tööpindade kuju ja/või mõõtmetejärkjärgulist muutumist hõõrdumise tagajärjel. Kuluvate detailideperioodiline kontrollimine ja remont muudavad masinate kasutamisekalliks ja vähendavad nende töökindlust. On masinaid (näiteks kõvademineraalide jahvatusseadmed), milliste juures aastased kulutused nendekäigushoidmiseks võivad ületada isegi nende alghinna.Kulumisprotsessis kaotavad tööpingid oma täpsuse, langeb jõumasinatekasutegur, pumpadel ja kompressoreil alaneb töörõhk, määrdematerjalidekulu kasvab, suurenevad (eriti kiirekäigulistes masinates) müra jpm.negatiivsed ilmingud. Põhjalikult tegeleb hõõrdumis-, määrimis- jakulumisprobleemidega suhteliselt uus teadusharu - triboloogia.Kulumist liigitatakse peaasjalikult selle alusel, millised füüsikaliskeemilisedprotsessid teda esile kutsuvad, so. milline onkulumismehhanism. Piirdudes antud kursuses käsitlevate üldotstarbelistedetailidega, võib tegemist olla järgmiste kulumisliikidega:

341. Adhesioon- e. sööbekulumine. Põhimehhanismikspinnakonaratevaheline adhesioon, mis väljendub nn.külmkeevituses ja materjaliosakeste ülekandumises ühelt pinnaltteisele (>lad adhaesis ‘külgeliitumine’), vt. joonis 3. Tüüpnäitedesinemisest - liugelaagrid, tigu- ja hammaspaarid, pukskettideliigendid, keermesliited. Põhiline selle kulumisliigi vastasesvõitluses on tööpindade efektiivne määrimine japindadevahelise erisurve p piiramine.Joonis 3. Terasdetailide vahelisest adhesioonistpõhjustatud materjaliosakesteülekandumine.2. Väsimuskulumine. Väljendub pindväsimuses, mis on esilekutsutud detaili pinnakihi mikromahtude korduvastdeformatsioonist, kuhu esmalt tekivad väsimuspraod (joon. 4.a)ja hiljem väljamurenenud osakeste poolt jäetud augukesed(piting, joon. 4.c); protsessi ajalist kulgu iseloomustabinkubatsiooniperiood, mil toimub kahjustuste kuhjumine, allespeale pingekordumuste arvu kriitilise piiri ületamist algabmurenemine.2314a b0,5 mm 0,5 mmcJoonis 4. Näiteid pindväsimusest:a - pragude (1, 2, 3) arenemine pinna ristlõikes (4), kus mööda 2 toimub lõppmurd;b - praod pinnal; c – pind pärast tükikese väljamurenemist (meenutab rõugearmi,millest mõiste piting, kuna ingl. pit - rõugearm).

35Tüüpilised väsimuskulumisele alluvad detailid on veerelaagrid, ham-mas-, tigu- ja ketirattad. Peamine leevendusmeetod - kõvade, võimalikulthomogeensete materjalide kasutamine, detailide pindkarastus,nitreerimine või vanadeerimine.3. Abrasiivkulumine (< lad. abrasio ‘mahakraapimine’). Toimubpindadele sattuvate kõvade, nn. abrasiivosakeste (kvartstolm,metallihapendid jms.) toimel. Tegemist on kriimustamise (joon.5.a) või mikrolõikamisega (joon. 5.b). Plastsete metallide korralei pruugi esimene läbim veel materjali eraldada ja see toimubpeale mitmeid kriimustusi mikroväsimuse teel (joon. 5.c), milmetall muutub kalestudes hapramaks. Algselt hapra materjali,näit. keraamika kulumine toimub pinnakihi killunemise e.mikromurretena (joon. 5.d).Võib esineda mistahes liikumisesolevate detailide pindadel, kuhuvõivad sattuda abrasiivosakesed (näit. laagreis, ketilülides,hammas- ja tigupaarides), kui need on ebapiisavalt tihendatud.Tihendamisele lisaks kasutatakse ohu korral võimalikult kõvumaterjale ja pindeid.accKriimustamineMikrolõikaminedMikroväsimusMikromurenemineJoonis 5. Abrasiivkulumise mikromehhanismid.4. Vibrokulumine, mis rahvusvaheliselt tuntud ka kulumisenafretingu e. hõõrdekorrosiooni tagajärjel (> ingl. fret ‘närima,söövitama’). Tekib kontaktis pindade omavahelisestväikeseamplituudilisest (

36adhesioon, sellele järgneb kulumisproduktide hapendumine janeist kõvade abrasiiviosakeste moodustumine metallihapenditenäol. Edasises protsessi käigus leiab aset lokaalneabrasiivkulumine, so. vibratsioonide amplituudi ulatuses kuluvadpinna sisse haavandid ning moodustub tüüpiline mikrolainetegakaetud pind (joon. 6.b).Vibrokulumise leevendamise meetmeina kasutatakse pressliiteis suuripinge ja võimaluse korral õhuhapniku juurdepääsu piiramist (näit.detailide õlisse sukeldamine, malmdetailide katmine enne koostamistkummiliimiga jms.). Terase puhul aitab kulumiskindlust tõsta pinnafosfaatimine, kompositsioonboorimine, aga ka karastamine japinnakalestus. Ebasoovitavad on tsink-, nikkel-, kroom- jaalumiiniumkatted.3.4. Detailide vibrokindlusa175 mm 100 µmJoonis. 6. Vibrokulumise näiteid:a – veerelaagri alune võlli tapi pind,b - pressliitealune võlli suurendatud pind.Vibrokindluse all mõistetakse konstruktsiooni võimet töötada ilmalubamatult suureamplituudiliste võnkumisteta. Masinais on peamiseksvõnkumisi esilekutsuvaiks elementideks ebapiisavalt tasakaalustatudpöörlevad detailid. Nende poolt esilekutsutud perioodilise iseloomugainertsjõud, mille sagedus on liialt lähedane elastse süsteemiomavõnkesagedusega, kutsub esile eriti ohtliku resonantsvõnkumise.Lisaks mürale, kutsehaiguse põhjustamisele operaatorile jms. viib seedetaili väsimusmurru tekkele. Aktiivse meetmena vibrokindlusetagamisel on ühelt poolt süsteemi jäikuse varieerimisega hoida temaomavõnkesagedus piisavalt kaugel detaili pöörlemissagedusest ja teisaltpöörlevad sõlmed balansseerida. Passiivseks meetmeks tuleb lugedavibrosummutite kasutamist. Need võimaldavad vajadusel kavibratsioonide levikut teistele konstruktsioonidele takistada.b

37Masinate töökindluse ja remondivajaduse diagnoosimisel on nendemüraspektri analüüsil suur tähtsus (näit. veerelaagrite ja hammasratasteseisukorra kindlakstegemisel). Välja on töötatud vastavadarvutustehnikaga varustatud diagnostikasüsteemid, mis vastutusrikasteljuhtudel on võimelised teostama pidevseiret ja teavitama ekspluateerijatdetailide tõrkeohust.3.5. Detailide kuumakindlusMasina töötamisel eraldub soojust hõõrdekadudest, lisaks sellele -sõltuvalt masina tüübist - veel ka muudel põhjustel (näit. elektrimasinaisnn. oomiline soojus, sisepõlemismootoreis kütuse põlemissoojus,sepistusmasinais ettekuumutatud metalli soojus jm.). Detailidetemperatuuri tõus võib esile kutsuda järgmisi masina tööd häirivaidnähtusi.1. Detailide kandevõime alanemine (terasdetailidel alanevadtugevusnäitajad alates 300…400 o C, kergsulamist ja plastidestdetailidel alates 100 o C). Eelpingestatud detailidel põhjustabkõrge temperatuur pinge relakseerumist (so. aeglast vähenemist,näit. väheneb eelpinge poltides).2. Määrdeõlide viskoossuse alanemine ja sellega kaasnevsööbekulumise ohu suurenemine.3. Soojuspaisumisest tingitud lõtkude muutumine liikuvaisliidetes.4. Hõõrdepindade omaduste muutumine, näiteks hõõrdetegurivähenemine hõõrdsidureis ja -pidureis.5. Täpsuse vähenemine detailide kujumuutuste tagajärjel (näit.metallilõikepinkides).Hõõrdumisel tekkiv soojushulk arvutatakse tavaliselt ülekantavavõimsuse ja kasuteguri kaudu. Keskmised temperatuurid püsivaltööreźiimil määratakse soojusbilansist: ajaühikus tekkiv soojushulkvõrrutatakse väliskeskkonda üleantava soojushulgaga.

382. LIITED1. LIIDETE KLASSIFIKATSIOONDetailidevahelisi liikumatuid ühendusi nimetatakse liiteiks. Jagunevadlahtivõetavaiks ja mittelahtivõetavaiks e. kinnisliiteiks.Esimesi kasutatakse juhul, kui vajaduse liidet korduvalt kokku panna jalahti võtta tingib koostamise või remondi võimaldamine. Kinnisliidetilma liiteelemente vigastamata demonteerida pole võimalik ja kasutatakseteda juhtudel, kui selleks vajadus puudub.LiitedLahtivõetavadKeermesliitedLiistliitedHammasliitedTihvtliitedProfiilliitedKlemmliitedMittelahtivõetavadNeetliitedKeevisliitedJooteliitedLiimliitedPress- ja valtsliitedMittelahtivõetavaid liiteid selles õppevahendis ei käsitleta.2. KEERMESLIITEDKeeret omavate elementidega liited on tänu universaalsusele,koostamismugavusele ja laialdasele standardimisele enimkasutatavad.2.1. KinnituskeermedKasutatakse ühekäigulisi keermeid, mis tagavad isepidurdavuse (so.väldivad võimaluse iseeneselikuks mutri lahtitulekuks poldi teljesuunalisejõu mõjul). Keere saadakse, kui üks kujund kruvijoontpidi liikudesmoodustab silindri (koonuse) pinnale keermeniidi.Jagunevad:a) mõõtesüsteemi järgi meeter- ja tollkeermeiks,

39b) kruvijoone aluspinna järgi silinder- ja koonuskeermeiks,c) kruvijoone pealekerimissuuna järgi parem- ja vasakkeermeiks,d) keermeprofiili ristlõike kuju järgi kolmnurk- ja ümarkeermeiks.Profiilide tähtsamad geomeetrilised parameetrid on esitatud joon. 1.abJoonis 1. Meeterkeermete telglõikeda - kolmnurkkeere, b - ümarkeered - välisläbimõõt (ühtlasi nimemõõde); d 1 - siseläbimõõt;P - keerme samm; d 2 - keskläbimõõt; H ja H 2 - profiili teoreetiline kõrgus;H 1 - profiili töötava osa kõrgus.Keerme tõusunurk ψ = arctg P .πd 2Meeterkeeret tähistatakse põhireast pärineva sammu korral, kuid = 20 mm, M20; nn. peenendatud sammude korral lisatakse samm:M20x1,5. Kinnituskeermete täpsusaste määratakse keerme keskläbimõõduleantud tolerantsiga. Enamikes liiteis kasutatakse kolmnurkkeeret,ümarkeeret kasutatakse eriti intensiivsel dünaamilisel koormusel, aga kaelektrotehnikas (näit. elektripirnide soklid).2.2. Keermesliidete elemendidKeermeliited jagunevad polt-, kruvi- ja tikkpoltliiteiks (joon. 2)Peaa b cVarbSeibMutterJoonis 2. a - poltliide, b - kruviliide, c - tikkpoltliide

40Keermeliidete elementideks on kuuskantpeaga polt, võtme või kruvitsagakeeratav kruvi, tikkpolt, mutter ja seib. Viimne võib olla tavaline avagaseib, mis mõeldud mutrialuse pinna kaitseks, või erikujuline keermepaarilukustamiseks. Elementide materjaliks on teras, kusjuures vajaduselkasutatakse pinnakatteid (tsinki, kroomi, kaadmiumi, niklit, vaske,hõbedat jm.). Materjalide tugevusklassid, mida kajastab ka elemenditähistus, on tabelis 1.Tabel 1Poltide, kruvide ja tikkpoltide valmistamiseks kasutatavateteraste tugevusnäitajad, MPaTähis(tugevusklass)VähimtõmbetugevusR mVähimvoolavuspiirR p3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 6.8 6.9 8.8 10.9 12.9340 400 400 500 500 600 600 600 800 1000 1200204 240 320 300 400 360 480 540 640 900 1080Märkus: Tähise esimene number korrutatult 100-ga annab materjali min.tõmbetugevuse, teine korrutatult 10-ga näitab R p /R m protsentidesPoltliite kasutamine eeldab, et liidetavaist detailidest on võimalik auk läbipuurida; kruvi- ja tikkpoltliidet kasutatakse siis, kui üks liidetavaistdetailidest on massiivne või puudub võimalus poldi pea kinnihoidmiseksmutri keeramise ajal.Mõnede tüüpiliste liiteelementide kujud on esitatud joon. 3, 4 ja 5. Lisakskinnituskruvidele (joon. 4 c, d ja e) leiavad kasutamist seadekruvid, misfikseerivad (stoperdavad) üht detaili teise suhtes. Erinevaltkinnituskruvidest töötab nende materjal survele.Vibratsioonide korral ei piisa keerme isepidurduvusest, et vältida liitelahtitulekut. Sel puhul kasutatakse keermete lukustamist, midademonstreerivad näited joon. 5.Kõikide standardsete elementide tähistus sisaldab selle elemendimõõtmeid, valmistamistäpsust, materjali tugevusnäitajaid ning pinnakatte(kui see on ette nähtud) tüüpi. Näiteks tavalise kuuskantpeapoldi (joon. 4a), mille nimimõõde on 10 mm, varva pikkus 50 mm, materjalitugevusklass 3.6, mis omab normaalsammu ja –täpsust ega omapinnakatet, näeb välja nii – Polt M10x50.3.6 DIN 933.

41ab c d eJoonis 3. Levinumad mutrid:a – kuuskantmutrid, b – kroonmutter, c – umbmutter, d – ümarmutter, e - tiibmutterAVaada b c d e f gJoonis 4. Poldid ja kruvid:a – kuuskantpeapolt, b – tikkpolt, c – ümarpeakruvi, d – peitpeakruvi, e – kuuskantavagakruvi, f – kuuskantpeaga seadekruvi, g – peata seadekruviVedruseibKontramuttera b cJoonis 5. Levinumad keerme lukustusmoodused:a – vedruseibiga, b – seadekruvi lukustus kontramutriga, c – kinnituspoldi lukustus kontramutriga,d – kroonmutri lukustus splindiga (tagab järelpingutuse võimaluse), e – mutrilukustus tagasikeeratava seibigadSplinte2.3. Keermesliidete tugevusReeglina allub poldi (samuti kruvi ja tikkpoldi) varb tõmbepingeile.Minimaalse ristlõike määrab seejuures keerme sisediameeter d 1 . Statistikapõhjal ca 90% purunemistest on väsimusliku iseloomuga, omakordajagunevad need protsentuaalselt joon. 6 kohaselt. See, et kõige

42652015Joonis 6. Väsimusmurrete statistilinejaotussagedamini puruneb polt esimesemutriga kontaktis oleva keeru järgseslõikes tingib asjaolu, et lisakstõmbepingeile aitab seal väsimuspraotekkele kaasa veel ka keermeniidilemõjuv paine, mis just seal onmaksimaalne. Uuringud näitavad, etesimesele (pildil alumisele) keerulelangeb ca 1/3 varvale mõjuvast jõust,järgmistele mutri keerdudega kontaktis olevaile (neid on normaalkõrgusegamutri korral 6-10) juba märksa vähem.Poltide tugevuskontrolli tõmbele teeb keerukaks asjaolu, et lisaksvälisjõule, mis mõjub piki poldi telge, koormab teda veel ka eelpingestusejääk (eelpingestuse saab ta mutri pingutamisega montaažil) ja kaeelpingestamisel tekkiv vääne. Eelpingestuse täpne arvessevõtt eeldabliiteelementide elastsuskarakteristikute tundmist. Poldil määrab selle temaristlõige, pikkus ja materjali elastsusmoodul, detaidel eelkõige tihendiolemasolu nende vahel ja tihendi elastsusomadused. Tavaliste nn.realiidete tugevuskontrollil piirdutakse seepärast lihtsustatud arvutusega,mil poldi keermestatud osa asendatakse sileda vardaga, mille läbimõõt ond 1 ; eelpingestuse jäägi ja väände mõju võetakse arvesse lubatavatepingete alandamisega. Tõmbepingete valem avaldub kujulF4F[ σt] ϕRpo oσt= = ≤ =2A1πd1.Valemis F o on polti koormav välisjõud, A 1 – poldi nettoristlõike pindala,d 1 – poldi sisediameeter, R p – poldi materjali voolavuspiir, φ – terasetüüpi, koormuse iseloomu ja poldi läbimõõtu arvesse võttev tegur (vt. tbl.2).Tabel 2Teguri ϕ orienteerivad väärtused eelpingestatudliiteile (I.Birgeri andmeil)Terase tüüpStaatilisel koormusel jad vahemikesVahelduval koormusel jad vahemikes6-16 16-30 6-16 16-30Süsinikteras 0,20…0,25 0,25…0,40 0,08…0,12 0,12Legeerteras 0,15…0,20 0,20…0,30 0,10…0,15 0,15

43Vastutusrikaste liidete (survetorustike äärikliited, surveanumate kaaned,kolbmasinate kepsupooled jms) puhul lihtsustatud arvutusest ei piisa. Selpuhul tuleb kindlaks teha liite karakteristik ja selle kaudu määrata niivajalik eelpingutusjõud kui ka polti koormav summaarne jõud (vt.kõrgkooliõpikud). Eelpingestusjõu suurus F 1 tuleb konstruktoril märkidatehnilisse dokumentatsiooni, selle tagamiseks montaažil kasutatavaistvõtteist mugavaim (aga ka ebatäpseim) on dünamomeetrilise võtme(joon. 7 b) kasutamine. Ligikaudne seos võtme skaalalt loetava momendiT võti (Nm) ja eelpingestusjõu F 1 (kN) vahel avaldubT võti ≈ 0,2F 1 d,kus d – poldi nimimõõt (mm).Täpsema tulemuse annab mitmesuguste kalibreeritud seibide (näit. joon.7 a toodu) kasutamine. Antud juhul kasutatakse võtmega pingutuse ajalteises käes olevat lehtkaliibrit paksusega δ max ; lõtku kadumise hetkelkaliibri ja tugipinna vahel saavutub soovitav eelpingutusjõud F 1 .12abJoonis 7. a – kalibreeritud seibi (2)kasutamine kruvi (1) pingutamisel;b – dünamomeetriline võti.Joonis 8. Kruvi varva painet vältivasfäärilise seibi kasutamine.Keermesliidete väsimustugevuse tõstmise põhimeetmed on järgmised:1. Eesmärgiga minimiseerida tõmbepingete muutliku osa (so.pingeamplituudi) suurust varvas, jälgida reeglit “elastne polt,jäik äärik”. Selleks kasutada grupiliiteis võimalikult pikki japeeneid (nn. salestatud või ka õõnsaid) polte ja vältidaäärikuvahelisi elastseid tihendeid.2. Eelistada rullitud keermeid lõigatuile.3. Vältida varvas painet.Viimane nõue peab silmas, et olukorras, kus mutrialune (kruvi peaalune)pind pole rangelt risti varva teljega, tekivad poldis väga suured lisapingedvarva kõverdumisest (so. paindest). Oht on seda suurem, mida lühem onvarva painduv osa. Näit. kui see on vaid 5d ja ristiasetuse hälve 0,5 o ,tekivad keermestatud osa välispinnal lisapinged kuni 300 MPa!Vastutusrikaste liidete korral, et vältida ootamatuid purunemisi, võib

44sellest ohust vabanemiseks kasutada iseseaduvaid sfäärilisi seibe (vt.joon. 8).3. PÖÖRDEMOMENTI ÜLEKANDVAD LIITEDVõll-rumm tüüpi (so. momenti ülekandvaid) liiteid leidub igas masinas.Enamasti on nad kujundatud lahtivõetavaina. Osa neist sobivadindividuaal-, osa vaid masstootmise tingimusis kasutamiseks.3.1. Liist-, kiil- ja tihvtliitedOn sobivad individuaaltootmisel, sest piisab nende valmistamisel vaiduniversaaltööpinkidest. Vaheelemendid (liistud, kiilud, tihvtid)valmistatakse piisavalt muljumiskindlaist (vähemalt 0,45% süsinikkusisaldavaist) terastest. Standardsete prismaliistude ja pikikiilude ristlõigeb x h (vt. joon. 9) valitakse lähtudes võlli läbimõõdust d, nende pikkused larvutatakse lähtuvalt lubatavaist muljumispingeist; viimased sõltuvadoluliselt koormuse iseloomust (ühtlane, muutlik, tõukeline), vähenedeskoormuse muutuse suurenedes. Segmentliistude kõik mõõtmed (b, h, R jal, vt joon. 10) määratakse samuti lähtuvalt võlli läbimõõdust d. Seeliistutüüp nõrgestab küll rohkem võlli, kuid erinevalt prismaliistust ei vajamontaažil sobitamist.Joonis 9. Liide prismaliistugaJoonis 10. Liide segmentliistugaPikikiile (joon. 11) kasutatakse kaasajal harva. Nende olulisekspuuduseks on, et kiilu montaažil pingutades saab häiritud liitetsentreeritus (so. ava ja võlli telgede kokkulangevus). Tekib võllil olevadetaili viskumine, mis kutsub esile süsteemi võnkumise. Pikikiiludekasutamine on seepärast mõeldav vaid aeglasekäigulistel võllidel.Pöördemomenti saab üle kanda ka silindriliste tihvtidega (joon. 12).Pikitihvtliide töötab kui ümarliistliide, põikitihvtliide aga analoogiliseltkahelõikelise neediga. Viimast kasutatakse suhteliselt väikestemomentide ülekandmiseks (abiseadmed, peenmehaanikaseadmed, käsitsi

45käitatavad võllid). Eripära eelvaadeldud liidetega – liite tööpindadetöötlemisel piisab puurpingist.KiKalle 1:100Joonis 11. PikikiilliideaJoonis 12. a – pikitihvtliide,b - põiktihvtliideb3.2. Hammas- ja profiilliitedJoonis 13. Hammastatuddetailid enne montaažiHammasliiteid võib vaadeldakui paljuliistulisiliiteid, millel liistud onkinnitatud võlli külge(joon. 13). Võrreldesliistliidetegakannavadvõlli sama läbimõõdu jaliite pikkuse juures ülesuuremaid momente, kuna hambaid vähemalt 6. Hammaste ristlõige onenamasti rööpkülgne (joon. 14 a, b, c), kuid kasutatakse ka kolmnurkseid(joon. 14 d) ja evolventseid hambaid.a b c dJoonis 14. Erinevad hambaprofiilid ja tsentreerimismoodused;D – liite välisläbimõõt, d – liite siseläbimõõt, b – hamba laiusLiiteelementide tootmisel vajatakse eritööpinke, mistõttu hammasliiteidkasutatakse masstootmisel (auto- ja traktoritööstuses, tööpingiehitusesjm.). Iseloomult paiksed või piki telge liikuvad; viimasel juhul (näit. autokardaanvõlli korral) peavad hammaste tööpinnad olema termiliseltkõvaks töödeldud (kulumisoht).

46Liiteid tsentreeritakse kas välisläbimõõdu (joon. 14 a), siseläbimõõdu (14b) või hamba laiuse (14 c) järgi. See tähendab, et nende suuruste pooltmääratud pindadele kehtestatakse vajalikku täpsust tagavad tolerantsid,ülejäänud kontaktpindade vahel on aga väike lõtk. Kolmnurkhammastegaliiteid (joon. 14 c) saab tsentreerida vaid hammaste külgpindade kaudu.Hammaste vastupidavust kontrollitakse muljumispingeile.Profiilliiteid esindavad kas silinder-, harvem koonuspindadele kujundatudkolme või nelinurkse ristlõikega profiilid (joon. 15). Tahkudevahelisednurgad on ringjoone kaarde abil sujuvalt ühendatud (joon. 15 a ja b) võion sujuvalt ühendatud erineva läbimõõduga ringjoonte kaared (15 c).Kasutatakse eeskätt masstootmisel, kuna eeldavad valmistamiselspetsiaalseid tööpinke.a b cJoonis 15. Näiteid profiilliiteist:a– käsivända kinnitamiseks, b – hammasratta kinnitamiseks,c – ringjoonte kaartest koosneva profiilliite otsvaade3.3. Hõõrdumise abil momenti ülekandvad liiteda b c dJoonis 16. Hõõrdumise abil pöördemomenti ülekandvad liiteda – pressliide, b – klemmliide, c – hõõrdrõngaste paar (Saksa firmalt RingfederGmbH), d – hammasrataste võllile kinnitus hõõrdrõngaste abil

47Lihtsaim viis on seda teha piisavalt suurt pingu omava pressliitega (joon.16 a), mil välisjõudude moment T tasakaalustatakse liite pinnal tekkivahõõrdejõu F h poolt avaldatava takistusmomendiga. Seda liidet aga ei saavaadelda lahtivõetavana (õigemini korduvkasutatavana), sest teistkordselmontaažil pole saadav ping samaväärne algsega. Küll on korduvkasutusvõimalik klemmliidet (joon. 16 b) või spetsiaalseid hõõrdrõngaspaare(joon. 16 c ja d) kasutades. Mõlemal juhul kasutatakse vajalikudetailidevahelise pingu saamiseks keermestatud elemente (polte jakruvisid), mida montaažil vajalikul määral ette pingestatakse. Taolisteliidete eeliseks eelvaadeldustega on see, et nad üldsegi ei nõrgesta võlle.3. ÜLEKANDED JA NENDE ELEMENDID1. MEHAANILISTE ÜLEKANNETE TÜÜBIDErinevail põhjustel sidestatakse töö- ja jõumasinaid enamasti mitte otse(so. läbi siduri), vaid läbi ülekande, mis muudab jõuallikast väljastatavatpöördemomenti ja nurkkiirust. Mehaanilisi ülekandeid (eritihammasülekandeid) vajatakse veel ka masinasisestena.Ülekandeid liigitatakse vedava ja veetava lüli vahelise kontakti järgihõõrdumisega (hõõrd- e. friktsioonülekanded ja rihmülekanded) ninghambumisega (hammas-, tigu-, keermes-, kett- ja hammasrihmülekanded).Olulised parameetrid ja nendevahelised seosed on järgmised (vt.joon. 1):Joonis 1. Võimsuse edasiandmineülekandega :n s - sisendpöörlemissagedus; n v - väljundpöörlemissagedus;P s - sisendvõimsus; P v - väljundvõimsus;P k - kaduvõimsus; T s - pöördemomentsisendvõllil; T v - pöördemoment väljundvõllil;T G - vundamenti koormav moment1. Ülekandearv us s= = ω nvω v(ω - nurkkiirus);v2. Ülekande kasutegur η = ;3. VäljundvõimsusP v = P s – P k = ηP s ;4. VäljundmomentTvPv= = η uTs;ωv5. Vundamenti koormav momentT G = T s + T v ;6. Võllile kinnituva elemendi(näit. hammasratta)ringkiirus v=ωR(R- elemendi välisraadius)nPPs

48Eelkirjeldatud suurustest u ja η ei oma ühikuid, teised mehaanikaalasedsuurused omavad SI süsteemis järgmisi ühikuid:pöörlemissagedus n pööret/minutis (p/min)nurkkiirus ω radiaani/sekundis (rad/s).2πn πnNendevaheline seos: ω = =6030pöördemoment T njuuton x meeter (Nm)võimsus P = ωT njuuton x meeter/sekundis = vatti (W).Ülekande tüübi valikul peab arvestama võimalustega, mida nad pakuvad.Allpool on toodud üheastmeliste ülekannete lühiiseloomustused.1. Hammasülekanne: max P = 100000 kW; max u = 8(jõuülekandeis), peenmehaanikas max u = 50; η = 0,94…0,98;suhteline levik ca 66%.2. Tiguülekanne: max P = 200 kW; max u = 50 (jõuülekandeis),peenmehaanikas max u = 1500; η = 0,7…0,92; suhteline levikca 12%.3. Kettülekanne: max P = 4000 kW; max u = 10; η = 0,94…0,98;suhteline levik ca 12%.4. Lamerihmülekanne: max P = 5000 kW; max u = 5 (erijuhulkuni 20); η = 0,92…0,97; suhteline levik ca 2%.5. Kiilrihmülekanne: max P = 2000 kW; max u = 8 (erijuhul kuni15); η = 0,92…0,97; suhteline levik ca 4%.6. Hammasrihmülekanne: max P = 1000 kW; max u = 8(jõuülekandeis), peenmehaanikas max u = 50; η = 0,93…0,98;suhteline levik ca 2%.7. Hõõrdülekanne: max P = 200 kW; max u = 6 (erijuhul kuni15); η = 0,86…0,94; suhteline levik ca 2%.Ülekande tüübi valikut mõjutavad veel ka tema hind, töökindlus,tehnohoolduste vahelise perioodi pikkus, kulutused hooldusele, müratasejms. Pealegi juhtudel, mil vajatakse ülekandearvu muutmist, tulevadalternatiivseina kõne alla hüdraulilised ja elektrilised ülekanded. Kui umuutmine toimub astmeliselt, on hammasülekanne konkurentsitu (käigujaajamkastides eriti), astmeteta reguleerimisel on levikus ülekaalu saanudaga hüdraulilised ülekanded. Hüdrauliliste ja elektriliste ülekannetekäsitlus masinaelementide kursusesse ei kuulu.2. HAMMASÜLEKANDEDHammasülekanne on tänu headele tehnilistele näitajaile, suureletöökindlusele, kompaktsusele ja universaalsusele levinuim ülekandetüüp.Puudusteks võib lugeda suhteliselt keerukat valmistamise tehnoloogiat jasuurtel töökiirustel tekkivat müra.

49Liigitatakse rataste pöörlemistelgede asendi järgisilindrilisteks - (teljed paralleelsed, joon. 2 a, b, c ja d),koonilisteks - (teljed lõikuvad, joon. 2 e, f ja g),kruviratastega - (teljed kiivsed, joon. 2 h) ninghüpoidülekanneteks (nihutatud telgedega kooniline ülekanne, joon. 2 i)ja hammaslattülekandeiks (pöörlev liikumine muutub kulgliikumiseks,joon. 2 j).Välishambumisel (joon. 2 a, c ja d) veetavate võllide pöörlemissuundmuutub, sisehambumisel (2b) säilub.e f g hia b c djJoonis 2. Hammasülekannete liigidHammaste kuju võib ollasirge (2 a, b, e ja j), kaldu(2 c ja f), nooljas (2 d),kruvijooneline (2 h) võikaarjas (nn. ringhambad,2 g ja i).Sõltuvalt kaitstuse astmestjagunevad ülekandedlahtisteks jakinnisteks.Hammasrataste ringkiiruse v järgi liigitatakse ülekandeid vägaaeglasteks (v15 m/s). Keskmiselt kiired ja kiiredülekanded on reeglina kinnised (so. suletud õlivanni omavasse karterisse)ja hambumise sujuvuse huvides välditakse neis sirghambaid.2.1. Hammasülekannete geomeetriaHammasrataste hamba kuju ei või olla meelevaldne, sest siis polekstagatud igal ajahetkel püsiv ülekandearv. Ülekandearvu konstantsusetagab nn. hambumise põhiteoreemi e. Willise teoreemi tingimuserahuldamine. Selle teoreemi järgi peab igal ajahetkel hammastekontaktpunktist tõmmatud ühine normaal läbima hambumispoolust P,milleks on punkt, mis jaotab rataste tsentrite vahe pöördvõrdeliselt ratastenurkkiirustele. Üheks ja ühtlasi enamlevinud profiiliks, mis seda teoreemirahuldab, on rignjoone evolvent. Evolventhambumise kujunemist esitabjoon. 3.

50Joonis 3. EvolventhambumisekujundamineJaotussiliHamHambavPeaderingJaotusringJalgaderingJoonis 4. Hammasratta geomeetrilisedelemendidGeomeetriliste parameetrite nimetused:d 1 ja d 2 – hammasrataste jaotusringjoontediameetrid; u = d 2 /d 1 ;d f1 ja d f2 – hammaste jalgaderingjoontediameetrid;da 1ja da– hammaste peaderingjoonte2diameetrid;db 1ja db- hammasrataste alusringjoonte2diameetrid; neil ringjoontel veeretadeslibisemata sirget n-n kujunevad ringjoonteevolvendid E 1 ja E 2 ;sirge n-n – hambumissirge, mille pealtoimuvad kõik hammastevahelisedkontaktid (antud hetkel punktis K).α w – hambumisnurk, mis sagedastivõrdub 20 o ;a – tsentrite vahekaugus.Lisaks joon. 3 näidatud suurustele, onjoonisel 4 veel järgmised:p – hambumissamm (mõõdetakse pikijaotusringjoone kaart);s – hamba paksus; e – hammaste vahep= s + e, e > s, e - s annab külglõtku;τ – nurksamm; b – hammasratta laius;h – hamba kõrgus;h a – hambapea kõrgus;h f – hambajala kõrgus h = h a + h f ;h f – h a annab radiaallõtku.Jooniselt nähtub, et p = πd/z, kusz – hammaste arv. Et z saab olla vaidtäisarv, kujuneks samm p irratsionaalseks,sest π on irratsionaalne. p Soovidessäilitada d ratsionaalarvuna, avaldatakse d = mz = z , nimetadesπsuhet p/π = m hambumismooduliks. Viimane on valitud hammasratastegeomeetrias universaalparameetriks, millega seostuvad kõik ülejäänud.Näiteks h a = m; h f = 1,25 m; radiaallõtk c = h f – h a = 0,25 m. Moodulantakse millimeetreis ja standardmoodulite rida algab suurusest 0,05 ninglõpeb väärtusega 100. Hambumisi mooduliga alla 1 mm kasutatakse vaidaparaadiehituses. Standardmoodulite kasutamine on otstarbekas, sesthambalõikeinstrumente (freese, hambatõukureid) toodetakse jakaubastatakse vaid neid silmas pidades.

51Silinderrattad (joon. 2 a, c ja d välishambumisega, 2 b sisehambumisega)omavad hambaid, mis terves pikkuses omavad sama moodulit, seevastukoonusrattail (joon. 2 e, f ja g) on igas lõikes erinev moodul (st hambadon kiiljad, mooduli vähenedes tsentri suunas).2.2. HammasmehhanismidSõltuvalt ülesandest võib hammasratastest koosnev ülekandemehhanismolla aeglustuv (reduktor) või kiirendav (multiplikaator). Et töömasinatevõllide pöörlemissagedused on jõumasinate omadest üldjuhul väiksemad,kohtab praktikas sagedamini reduktoreid. Jagunevad kahte liiki:1) paiksete telgedega reduktorid ja2) korpuse suhtes tiirlevaid telgi sisaldavad planetaarreduktorid.Esimesed koosnevad järjestikku ühendatud silinder- või koonusratastegahammasrataspaaridest, olles ühe-, kahe- või kolmeastmelised. Praktikaskõige levinumad on kaheastmelised silinderratastega reduktorid (joon. 5a). Planetaarreduktorite enamlevinud skeemiks on joon. 5 b toodu.a3z 2z 4T 32T nz 31z 1Joon. 5 a kujutatud reduktor koosneb sisendvõllist 1, millel asetseb vedavhammasratas hammaste arvuga z 1 , vahevõllist 2, millele kinnituvadveetav hammasratas hammaste arvuga z 2 ja vedav ratas hammaste arvugaz 3 ning väljundvõllist 3 veetava rattaga, millel z 4 hammast. Järjestikkuühendamisel tuleb mehhanismi ülekandearvu u saamiseks üksikuteastmete ülekandearvud korrutada:un1z2 4= u1⋅ u2= ⋅ jaz1z3zcbaHbJoonis 5. Reduktori skeemid: a – kaheastmeline silinderratastega reduktor;b - planetaarreduktorn1n3 = .uKui reduktor töötaks kadudeta (so sisend- ja väljundvõimsused oleksidvõrdsed), siis sama arv kordi kui väheneks väljundvõlli pöörlemissagedus,suureneks võllilt saadav pöördemoment T 3 (st T 3 = uT 1 ).cbaH

52Tegelikult tekivad (peamiselt hõõrdumisest) hambumises ja laagriteskaod ja valemisse lisandub reduktori kasutegur η:T 3 = η . u . T 1 , kusjuures2 3η = η h⋅η l.Viimases avaldises η h tähistab hammaspaari ja η l – ühe laagripaarikasutegurit (astendaja valemis võrdub mehhanismis kadusid põhjustavateelementide arvuga).Joonisel 5 b kujutatud planetaarreduktor koosneb vedavast keskrattast a(nimetatakse ka päikeserattaks), korpusega ühendatud paigalseisvastsisehambumisega rattast c ja nende vahel tiirlevast kolmest satelliidist b,mis samaaegselt hambuvad kesk- ja paigalseisva rattaga. Satelliididsaavad vabalt pöörduda ümber lüli H (nimetatakse raamiks) külgekinnituvate telgede, omakorda raam kinnitub väljundvõlli külge. Et kogusee liikumine meenutab planetaariumi, kus satelliidid tiirlevad ümberpäikese, samal aja pööreldes ümber oma telje, tuleneb sellestplanetaarmehhanismi nimetus. Mehhanismi ülekandearvus satelliitidehammaste arv rolli ei mängi ja see avaldub nii:zcu = +1 ,zakus z a on ratta a ja z c – ratta c hammaste arvud.Planetaarreduktorite eelistena tuleb rõhutada nende kompaktsust javäikest kaalu (samade parameetrite korral võrreldes hariliku reduktorigaüle kahe korra kergemad). Ka on mõnikord oluline, et sisend- javäljundvõllid asetsevad ühel sirgel. Nende puuduseks on kõrgendatudtäpsusnõuded hammasrataste valmistamisel ja montaažil.2.3. Hammasrataste materjalid ja konstruktsioonEnamik jõuülekannete rattaid valmistatakse terasest, harvem malmist võiplastikuist.Tavalist süsinikterast (St 42) hinnalt aluseks võttes on madallegeeritudtermotöödeldavad terased 1,6…1,8 korda ja kõrglegeeritud terased koguni1,8…3 korda kallimad. Levinuimad (eriti masstootmisel) on teisenamainitud, termo- ja termodifusioontöötlusmeetodeid rakendada lubavadterasemargid. Lisaks tsementeerimisele ja pindkarastusele (joon. 6)kasutatakse laialdaselt veel ka gaasnitreerimist ja nitrotsementeerimist.Kõikidel mainitud juhtudel säilub hambal sitke löögikindel südamik ningpinnale tekitatakse kõva kulumiskindel “koorik”. Läbikarastusegahambaid nende hapruse tõttu kaasajal ei kasutata. Real juhtumeil võibotstarbekaks osutuda normaliseeritud või parandatud süsinikterastest(0,45 … 0,7 % C) hammasrataste kasutamine. Eelkõige siis, kui seadmemass ja gabariidid pole määravad (näit. statsionaarsed ülekanded,

53Joonis 6. Ristlihv hambast(tsementeeritud+karastatud)abimehhanismid jms.); ehkki seadme masssuureneb 5…6 korda, langeb ära vajadushambaid lihvida, vähenevad täpsusnõuded,hambad töötlevad end ise sisse ning kogutootmisprotsess odavneb. Ka alaneb oluliseltkoormus laagreile ja võllidele, sest jõudhambumises väheneb. Väga aeglastes jaaeglastes (v3 puhul ei kasutata samast materjalist rattaid, vaid väiksemkui raskemais tingimusis töötav tehakse kulumiskindlam (teraste korral30…40 HB võrra suurema kõvadusega).Hammasratta konstruktsioon oleneb eelkõige tema läbimõõdust. 15…20hamba korral, kui võlli ja ratta läbimõõdud on lähedased, kujunebvõllhammasratas (joon. 7 a).a b cJoonis 7. Näiteid terasesthammasrattaist:a - võllhammasratas,b ja c - kettakujulised rattadVäikesed terasrattad (d a ≤ 200 mm) kujundatakse d a > 2d v korral (d v - võlliläbimõõt) joon. 7 b või c kohaselt. Eelkirjeldatud konstruktsioonid ontüüpilised vedavaile (z 1 600 mm) rattad omavad kodaraid,milliste ristlõige on jäikuse huvides kas risti (joon. 8 d), T (8 e) või H (8 f)

54kujuline. Kallihinnalise legeerterase kokkuhoiuks võidaks suuri rattaidkujundada bandaažkonstruktsioonina (joon. 8 g).a b c d e f gJoonis 8. Tüüpilisi hammasrattaid:a, b ja c - sepistatud toorikuist rattad;d, e ja f - valatud toorikuist kodaratega rattad;g - terasbandaažiga malmratasPlastikust hammasrataste tüüpkonstruktsioone esitab joon. 9. Polüamiidihalva soojusjuhtivuse ja suure joonpaisumise tõttu tuleb eelistadakonstruktsioone, kus plastiku maht võrreldes metalli mahuga onvõimalikult väike (joon. 9 c).a b cJoonis 9. Näiteid plastikhammasrattaist:a - kihilisest plastikust paketina, b - polüamiidist,terasrummule surve all valatuna, c - polüamiidist,terasketta külge kruvituna2.4. Hammasrataste tõrked ja meetmed nende vältimiseksStatistika andmeil ca 60% kinniste ülekannete tõrkeist leiavad asethammasrattail, teisel kohal (ca 19%) on laagrite tõrked. Tõrked johtuvadhammaste murdumisest või nende aktiivpindade kulumisest.Murdumine, mis põhjustab kohese avarii, tekib hambale mõjuvastpaindepingest. Enamasti väsimusliku (joon. 10), harvem ülekoormuslikuiseloomuga.Joonis 10. Hamba murdumine paindeväsimusest:1 - väsimusprao tekke ja arengutsoon,2 - staatilise lõppmurru tsoon1 2 Sirghambail murdub hammas kogu pikkuses, kaldhambailenamasti vaid nurk (joon. 11). Kinnistes, hästi määritudülekandeis on tüüpiline tõrkepõhjus pulseeruvaist kontaktpingeistpõhjustatud hambapindade väsimuskulumine (nn. piting). Algstaadiumis

55(joon. 12 a) on armid (augud) läbimõõduga alla 1 mm ja võivadsaada hiljem kinnivaltsituiks (eeldus - pinnakõvadus alla 350 HB);kõvaks töödeldud (karastus, nitreerimine jms)hambail esineb vaid arenev (progresseeruv)piting, mille üheks erimiks on tugevduskihiJoonis 11. Hamba kaldmurdmahakihistumine (spalling, joon. 12 c).a b cJoonis 12. Väsimuslikud pinnavigastused hambail:a - pitingu algstaadium; b - progresseeruv piting;c - tugevduskihi mahakihistumine (spalling)Kaitsva määrdekile katkemisel võib adhesiooni tagajärjel tekkidatööpindade sööbimine (nn. galling, joon. 13). Liigitatakse kerge- jaraskesööbeks (viimane ka kuumsööbena tuntud, on iseloomulikkiirekäigulistel terasrattail).Abrasiivkulumine esineb lahtiste, aga ka tolmuses keskkonnas töötavate(näit. põllutöö-, mäe- ja teedeehitusmasinate) kinniste ülekannetehambail.3ab2Joonis 13. Hamba tööpinna sööbimine:a - kergsööve, b - raske sööve1Joonis 14. Hammaste plastne deformatsioon:1 - vedava ratta hammas, 2 - veetavaratta hammas, 3 - hõõrdejõudude suundVäikese pinnakõvadusega raskelt koormatud aeglasekäigulistelhammasratastel võib hõõrdejõu toimel tekkida hammaste pindkihi plastnedeformatsioon (joon. 14). Vastavalt hõõrdejõu suunale tekib vedava rattahambale süvend, veetavale - eend.Karastamata terastest rattail limiteerib laias kiirustevahemikus koormustväsimuskulumine e. piting, vaid väga aeglasi ülekandeid ohustab külme.kergsööve (tegelikult ka muud kulumisnähted nagu nn. mikropiting,mis väljendub hallide karedate plekkide tekkes tööpinnale).Kõvapinnalistel hammastel on ringkiiruse v τ 15 m/s korra ka kuumsööve juhul, kui määrdeks kasutada tavalist

56mineraalõli. Sööbekindlust tõstvate EP (extreme pressure additivs)manuste kasutamine õlis tõstab terasrattail koormatavust oluliselt.Kuigi arvutustega on võimalik hammasrataste kandevõimet ja käitumistprognoosida, tuleb masstootmisse minevaid ülekandeid laboratoorseilstendikatseil ja lõpuks ekspluatatsioonikatseil üle kontrollida. Neistselgub tegelik tõrkepõhjus, mis antud tingimusis tööressurssi limiteerib.Toetudes Müncheni Tehnikaülikoolis läbiviidud uuringuile, ontõhusamad tõrkekindlust tõstvad meetmed järgmised:Külmsööbe korral!"pindkarastuse asendamine gaasnitreerimisega: ressursi kasv kuni 10korda;!"õli nimiviskoossuse suurendamine 2 korda: ressursi kasv kuni 3 korda;!"manuste kasutamine õlis: ressursi kasv kuni 3 korda.Väsimuskulumise (piting) korral!"koormatavuse suhe parendatud terasest ratas: nitreeritud hammastegaratas: pindkarastatud ratas avaldub ligikaudu kui 1:2:4;!"mineraalõli asendamine sünteesõliga suurendab parendatud terasestrataste koormatavust ca 2 korda, pindkarastatud rataste koormatavustca 1,3 korda; õli viskoossuse muutmine ja õlimanused koormatavustpraktiliselt ei mõjuta;!"sirghammaste asendamine kald- või noolhammastega (hambakaldenurk β=30 o ) suurendab koormatavust ca 1,4 korda.Kuumsööbe korral!"koormatavuse suhe parendatud terasest ratas: pindkarastatud ratas:nitreeritud hammastega ratas avaldub ligikaudu 1:1:2;!"hammaste lihvimine tõstab koormatavust 1,5…2 korda;!"EP-manuste lisamine baasõlisse suurendab koormatavust kuni 5 korda;!"Kaldhammaste kasutuselevõtt sirghammaste asemel suurendabkoormatavust ca 1,3 korda;!"õli temperatuuri alandamine sundjahutusega 20 o C võrra suurendabkoormatavust ca 1,2 korda.Hammaste paindeväsimuse korral!"koormatavuse suhe parendatud terasest ratas: nitreeritud hammastegaratas: pindkarastatud hammastega ratas on ligikaudu 1:1,2:1,4;!"koormatavuse suhe valatud, valtsitud ja vormsepistatud terasesttoorikutest rataste korral on 0,8:1:1,3;!"sirghammaste asendamine kaldhambaiga suurendab koormatavust 1,2korda.Kõige mõjusam on loomulikult hambumismooduli m suurendamine, sestpaindepinged on mooduliga pöördvõrdelised. Erinevalt eelloetletudmeetmeist suurendab see aga ka ülekande radiaalgabariite (eeldusel, ethammaste arv ja ratta laius jäävad endiseks). Seega, suurendadesmoodulit 2 korda, suureneb koormatavus 4 korda, sest lisaks

57kahekordsele joonmõõtmete muutusele kaasneb sellega ka 2-e kordnehambumisjõu vähenemine. Kui aga proportsionaalselt läbimõõdugasuurendada ka rataste laiust (reeglina nii ka toimitakse), suurenebkoormatavus koguni 8 korda, kuid loomulikult suureneb samal ajalülekande mass.Abrasiivkulumist saab kinnistes ülekannetes leevendada efektiivsematihendamisega, so. tolmu õlisse sattumise vältimisega. Positiivsena mõjubka hammaste pinnasileduse suurendamine. Väga mõjus on mõlema rattatööpindade karastamine (ressursi kasv kuni 10 korda).Plastset deformatsiooni aitab vältida hammaste pinnakõvaduse ja õliviskoossuse suurendamine.Hammasrataste tõrkeid prognoosivaid arvutusmeetodeid siin ei vaadelda,neid leiab kõrgkooliõpikuist.2.5. Hammasülekannete määrimineMäärimise ülesanne on hõõrdekadude ja kulumise vähendamine, aga kaülekande jahutamine. Seetõttu omab lisaks määrde omadustele tähtsust kaselle hulk, mis peab tagama temperatuuri jäämise +60…+90 o C piiresse.Kõrgemail temperatuuridel määrete omadused halvenevad oluliselt.Parameeter, mis määrab sobiva määrde viskoossuse ja määrimismooduse,on hammasrataste ringkiirus v τ :v τ≤ 1 m/s - käsitsi määrimine plastse määrde või liuglakiga;v τ= 16 ,... 4 m/s - plastne määre või sukeldusõlitus;v τ= 63 , ... 10 m/s - sukeldusõlitus;v τ≥ 10... 16m/s - ringlusõlitus õli vahetu pihustamisega hambumisse.Mida suurem on ringkiirus v τ , seda väiksema viskoossusega tuleb validamääre (õli).Sukeldusõlituse korral on tähtis valida sobiv sukeldussügavus: v τ≤ 25 ,m/s korral pritsmeid reeglina ei teki (viskoosne õli!), õli kleepubhambaile ja kantakse hambumisse; sukeldumissügavus kuni 6 moodulit.Suuremail kiirustel ja “vedelama” õli korral tekib karteri sisemusesõliudu, mis nii hambaile kui ka laagreile sadestub; sukeldumiseminimaalne sügavus on 1 moodul, enamasti siiski hamba kõrgus. Võidakskasutada kaldrenne, millele pritsmeina kogunenud õli lastakse valgudahambumisse.

583. TIGUÜLEKANDEDKasutatakse liikumise ülekandmiseks kiivaste telgede korral. Koosnevadvedavast 1…4 käigulisest teost ja veetavast tigurattast (joon. 15). Hea-1deks omadusteks on sujuv löökidetahambumine, väikesed gabariidid suureülekandearvu juures ning ühekäiguliste2tigude isepidurduvus (soodus käsivintsidekäitamisel). Puudused: madal kasutegur(eriti ühekäigulistel tigudel), mispideval töörežiimil toob kaasakuumenemisohu ning piiratud ülekantavvõimsus.Joonis 15. Tigupaar:1 - tigu, 2 - tiguratas3.1. Tigude ja tigurataste konstruktsioonJõuülekannete teod on enamasti võlliga ühes tükis (joon. 16), valmistatunatermotöödeldud konstruktsiooniterasest. Teoniidi suur pinnakõvadusja siledus on vajalikudkulumiskindlust ja kasuteguritsilmas pidades. Vaid aeglasekäigulisi(enamasti käsikäitusega)tigusid (v l ≤ 2 m/s)võidaks teha parendatudsüsinikterasest teoniiti lihvimata.Enamike tigude tööpindJoonis 16. Laagerdatud tiguvõll koos teoga on töödeldud kõvaks (harili-kult tsementeeritud ja pind-karastatud), v l > 10 m/s korral (v l -libisemiskiirus teoniidi ja teoratta hamba vahel) veel ka lihvitud japoleeritud. Tüüpilised terasemargid tigudeks DIN 17210 kohaselt on C15,15Cr3 ja 16MnCr5. Sisuliselt on tigu trapetsprofiiliga keere, mille sammon p.Tigurataste konstruktsioon on lähedane hammasrattaile; eriti kehtib seemalmist tervikrataste kohta (malmid GG15…GGG70 DIN järgi). Malmrattadsobivad alla 2 m/s libisemiskiirustel. Tiguratta hammaste ristlõigeon evolventne nagu hammasrattailgi, erinevus seisneb nende kaarjaskujus, mis jälgib teo raadiust (vt. joon. 17). Pronkshammaste korral onkokkuhoiu huvides otstarbekas teha rattad kahest osast (joon. 17). Pressistugavariant 17 a sobib suhteliselt väikese läbimõõduga (∅ < 400 mm)

59a b cJoonis 17. Tiguratta pronkshammasvööühendusvariante malmistvõi terasest põhiosagarattaile, kuna kuumenedes tänu pronksi suuremale paisumisele võrreldesmalmiga võib ping kaduda; poltidega kinnitusviis (17 b) väldib selle ohu.Varianti 17 c, mil malmist siseosalevalatakse külge pronksist vöö,kasutatakse hulgitootmisel. Saksaallikad soovitavad tinapronksiG-SnBz12 (sobib pareminimõõdukail muutlikel koormustel)või G-SnBz14 (suurtel püsivatelkoormustel). Vene allikad lubavadv l

60suhteliselt harva (murduvad peamiselt eelnevalt tugevasti kulunudtiguratta hambad).3.4. TigureduktoridEnamik vähemalt üht kilovatti ülekandvaid tiguülekandeid kujutavadendast üheastmelisi reduktoreid (joon.18). Määrimistingimusi silmas pidadeskasutatakse “tigu all” varianti suhteliseltaaeglasekäigulistes ülekannetes (teo ringkiirustelmitte üle 5 m/s). Pidevrežiimiltöötavate reduktorite poolt ülekantavvõimsus piirdub ca 60 kW, sest vastaselbjuhul tekib ülekuumenemise oht. Seetähendab seda, et kaduvõimsusestpõhjustatud korpuse põhjas oleva õlitemperatuur ületab kriitilise väärtuse +80o C, õli viskoossus langeb ja tekibtigupaari sööbeoht. Pausidega töötamiseljahtumistingimused paranevad. Samutisaab jahtumistingimusi parandada pinnaJoonis 18. Tigureduktorite skeemid:a – tigu all, b – tigu üleval2Joonis 19. Ribitatud korpuse (1)ja ventilaatoriga (2) tigureduktor1suurendamisega (so. korpuse ribitamisega,joon. 19) ning sundventilatsiooniga.Selleks asetatakse tiguvõlliotsa ventilaatori tiivik. Kõige tõhusamjahutamine saavutatakse ringlusõlitustkasutades, mil õli pihustatakse otsehambumisse, sealt allalangev õli läbibpumba, filtri ja jahuti ning surutakseuuesti hambumisse.4. KETTÜLEKANDEDKettülekanne koosneb enamasti vedavast ja veetavast ketirattast ja neidühendavast ajamketist (joon. 20). Suurim tsentrite vahe on 8 m.Ülekande eelised:!"erinevalt rihmülekandeist puudub läbilibisemisvõimalus;!"võimalus ühe ketiga käitada mitut võlli;!"rihmülekandega võrreldes väiksem võllide ja laagrite koormus (tänuketi väikesele eelpingusele);

61!"võimalus kasutada kõrgeVedav ketiratasz 2temperatuuriga keskkonnas (näit.z 1ahjude juures);!"ülekandeis, kus õlide sattuminetooteile pole lubatud (tekstiilitööstus,toiduainetetööstus,Veetav ketiratasveealused ajamid) saab plastikliigenditegakette kasutadesJoonis 20. Kettülekanneloobuda määrdeõlidest.Puudused:!"keti veidi tõmblev liikumine seoses nn. hulknurgaefektiga;!"ketiliigendite kulumisega kaasnev keti venimine ja sellest tulenev ketijärelpingutuse vajadus ning ülekande kinnikiilumisoht;!"sobimatus perioodiliselt reversseeritavaiks ülekandeiks;!"sobiv ainult paralleelsete, võimalikult horisontaalsete võllide korral;!"keti võnkumine, eriti kui koormus on muutlik ja keti kiirus suur;!"võrreldes rihmülekandega tülikam hooldamine.4.1. Ajamiketid ja ketirattadMasinaehituses kasutatavad ketid jagunevad otstarbe järgi lasti-, veo- jaajamikettideks. Käesolev kursus vaatleb vaid viimaseid. Jõuülekandeis(P max = 4000 kW) on kasutusel põhiliselt rull- ja hammasketid. Rullketidvõivad olla ühe-, kahe- või kolmerealised. Üherealise konstruktsioon onjoonisel 21, kaherealise pealtvaade joonisel 22 a. Joon. 22 b kujutabpainutatud plaatidest ketti (tuntud ka Rotary-ketina). Sobib tänu suureleelastsusele üle kandma järsult muutlikku koormust (tüüpnäide -naftapuurimisseadmeis).1 2 3 4 5Joonis 21. Üherealine rullkett:1 - siselüli plaat, 2 - puks,3 - välislüli plaat, 4 - võllik,5 - rull, p - keti sammabJoonis 22. a - kaherealine rullkett;b - üherealine painutatudplaatidest rullkettRullkettide geomeetrilised parameetrid on rahvusvaheliselt standarditud.Tähtsaim joonparameeter - keti samm p - on põhiliselt tollmõõdustikus

62B21Joonis 23. Hammaskett:1 - hammasplaat, 2 - veerevõllik,3 - seib, 4 - juhtplaat,B - keti laius, mis sõltubhammasplaatide arvust3p44(vaid aparaadiehituslikke 5, 6 ja 8 mmsammuga kette valmistatakse meetermõõdustikus).Jõuülekannetes kasutatavaterullkettide sammud on vahemikus 1/2”kuni 4,5”. Levinud on 2 konstruktsioonivarianti:nn. Euroopa (DIN 8187) jaAmeerika variant (DIN 8188). Tulebsilmas pidada, et peale sammu p muudjoonmõõtmed (seega ka ketirattahammaste omad) neil kokku ei lange.Hammaskette seni laialdaselt standarditudpole, st. erinevate firmade poolttoodetavatel kettidel on geomeetrilisierinevusi (eriti puudutab see liigenditekonstruktsiooni). Joonisel 23 on näidatudtüüpilise hammasketi konstruktsioon. Üldlevinuks on veereliigenditegaketid (parem kasutegur, suurem tööresurss). Veerevõllikute materjaliks(samuti ka rullkettide võllikutel ja puksidel) on tavaliselttsementeeritavad terased, mis pinnalt karastatakse kõvaduseni 55…65HRC. Lülide plaadid valmistatakse karastatavast süsinik- võimadallegeeritud terasest (40…50 HRC). Võrreldes pukskettidegatöötavad hammasketid samal kiirusel vaiksemalt.Kettide hambumist ketirattaga kujutab joonis 24. Rullketi rullid seaduvadhambavahedesse, kusjuures rulli läbimõõt D vastab hamba jalaosaraadiusele (joon. 24 a). Hambaprofiil kujuneb omavahel sujuvalt ühendatudringjoone kaartest ja on standarditud (DIN 8196, GOST 591 jt.).juhtsoonaJoonis 24. Ketilüli hambumine ketirattaga:a - rullketil, b - hammasketilHammaskettide hambumine (joon. 24 b) on eelnevaga põhimõtteliselterinev - hammasplaat surutakse üle ühe hamba oma välisservi pidi V-kujulisse süvendisse, keskel asuv juhtplaat aga asetub hambas olevassesoonde. Erinevus on ka selles, et kinemaatilistes arvutustes arvesse minevjaotusringjoone läbimõõt d on hammaskettülekandes ketirattapeaderingjoone läbimõõdust suurem.b

63Ketirattad oma kujult on lähedased hammasrattaile (joon. 25). Materjaliksväikeketirattail (z ≤ 30) karastatav või tsementeeritav terasa b c d e f gJoonis 25. Näiteid ketirattaist:a, c ja d - üherealisele rullketile, b - kolmerealisele rullketile,e - kahest poolest pikale võllile montaaži hõlbustav ratas,f - end ülekoormuse eest läbilibisemisega kaitsev ratas:1 - hõõrdepind, 2 - kalibeeritud taldrikvedrud,g - järsult muutlikule koormusele kohandatud ratas:3 - elastne kummipuks(48…56 HRC), suurtel ratastel (z > 30 ja ∅ > 250 mm) võib selleks ollapindkarastatav terasvalu, aeglastes ülekannetes ka malm; eritingimusistöötavail ülekandeil (toiduainetetööstus, keemiatööstus jm.) on mõnikordotstarbekas rattaid valmistada kas roostekindlast terasest, paagutatudmaterjalist või plastikust (näit. klaaskiududega sarrustatud polüamiidist).4.2. Ülekande kinemaatika ja hulknurgaefektKetilülid, hambudes rattaga, moodustavad hulknurga. Selle tippude arvvõrdub ketiratta hammaste arvuga z, külje pikkus aga keti sammuga p.Ratta ühe täispöördega liigub kett edasi teekonna, mis võrdub hulknurgaümbermõõduga, seega p . z. Et vastav aeg avaldub 2π / ω (ω - ketirattanurkkiirus), võrdub keti keskmine kiirusωpzv = m/s (p - mm) .2π⋅1000Kuna keti pikkus ei muutu, siis peavad mõlemal rattal ringkiirused olemavõrdsed, st. ω 1 z 1 p = ω 2 z 2 p, millest ülekandearv u:ω1z2u = = = const .ω z21Saadud valem annab ühe täispöörde keskmise ülekandearvu. Analüüsideshetkelist ülekandearvu selgub, et see on ketirataste asendist sõltuvaltpidevalt muutuv. Põhjus on selles, et keti lülid paiknevad rattaile

64hulknurga külgedena (joon. 26) ja sõltuvalt nende hetkelisest asendist(seda määravad nurgad α ja β) on ülekandearvu määravad pöörderaadiused(pildil vastavalt r 1 cosα ja z 2 cosβ) igal ajahetkel erinevad.Joonis 26.Joonis 27. Kulunud keti asetuminehambailenurkade α ja β miinimumid ja maksimumidsamaaegsed, mis ülekandearvu püsivust parandab.Teisalt ka liialt suur ketiratta hammaste arv tekitab probleeme. Nimeltliigendite kuludes Δp võrra venib samm 2Δp võrra suuremaks (vt. joon.27) ja tekib oht, et keti lülid järjest kaugenedes tsentrist, lõpuks ülekandekinni kiiluvad. See oht on seda suurem, mida rohkem lülisid onhammastega kontaktis. Maksimaalseks hammaste arvuks puksketiratastele loetakse 120, hammasketi ratastele 140.4.3. Kettülekande kujundamineÜhtlasi ei liigu keti vedav haru(pildil ülemine) tänu sellele pikipüsivat sirgjoont, vaid on sunnitudüles-alla kõikuma. Vastav analüüsnäitab, et hetkelise ülekandearvumuutus on seda suurem, midaväikesem on ketiratta hammaste arv(hammaste arvu suurenedes lähenebhulknurk üha enam ringjoonele, so.konstantsele ülekandearvule). Kiiretesülekannetes ei tohi seepärastkasutada z

65a b c de1f g h iJoonis 28. Kettülekannete skeemid:a, b ja c - rataste soodne asetus; f ja g - rataste ebasoodne asetus;d ja e - eriti ebasoodne rataste paiknemine; h - tugirattaga skeem;i - pingutusrattaga skeemJoonis 29. Vetruvad ketipingutid:1 - pingutuslindiga,2 - pingutuskingaga (toimibka võnkesummutina)2Ka nn. soodsatel skeemidel tekib suuretsentrite vahe a korral vabaharuvõnkumisoht. Optimaalseks loetaksea= (30…50)p, maksimaalselt lubatavaks(ilma vabaharu lisatoetuseta) loetaksea ≤ 100p rullkettidel ja 70p hammaskettidel.Teine keti sammu limiteeriv parameeteron lubatav keti kiirus [v], mis igakonkreetse keti ja ekspluatatsioonitingimuste puhul on tehase poolt etteantud. Parimal juhul on selleks rull-kettidel 30 m/s ja hammaskettidel 35 m/s.Täites etteantud tsentrite vahe akorral esimest nõuet, võib kiiretes ülekannetes tekkida raskusi teisenõudega, sest keti kiirus on sammuga proportsionaalne (vt. p. 4.2).Väljapääsuks võib olla tugiratastega skeemi kasutamine. Kui vajatav apole suur, saab teise nõude täitmist reguleerida sammu vähendamise jasamaaegse ridade arvu (pukskettidel) või laiuse (hammaskettidel)suurendamisega. Veel sõltub keti kiirus ketiratta hammaste arvust z, misväikesemal rattal ei tohi olla liialt väike (p. 4.2). Lubatav z min valitakseetteantud ülekandearvust u lähtudes (mida suurem u, seda väiksemlubatav z min ).Kolmas keti sammuga seonduv nõue peab silmas keti tööressurssi, milleoptimum on ca 10000 töötundi. Kriteeriumiks on liigendite kulumisestpõhjustatud keti venimine, mis üldjuhul ei tohi ületada 1,25%. Kulumineomakorda sõltub erisurvest liigendis, mida arvutusega kontrollitakse.

664.4. Kettülekande määrimine ja hooldamineÜlekande tööressursi ja kasuteguri huvides vajab kett määrimist. Määrimismoodusevalik sõltub eeskätt keti kiirusest v. Aeglasi (v < 4 m/s)lahtisi ülekandeid võib perioodiliselt määrida õlisse kastetud pintsligavähemalt 1 kord vahetuses; ka on mõeldav lahtiste ülekannete määrimineca 500 töötunni tagant plastse määrdega, hoides eelnevalt puhastatud kettica 2 tundi +80 o C ettekuumutatud määrdes. Ülejäänud moodused - piisk-,sukeldus- ja jugaõlitus on realiseeritavad vaid kinnistes ülekannetes(joon. 30) ning on pidevprotsessid.Täitmine Liistud PingutusTäitmineabcJoonis 30. Kinniste, karteriga varustatud ülekannete määrimismoodusedDIN 8195 järgi:a - sukeldusõlitus sügavusega alumise liigendi tsentrini;b - piiskmäärimine õli eelneva paiskamisega kaldliistudelespetsiaalse paiskeseibiga; c - jugaõlitus õlipumba abilKasutatava õli viskoossus sõltub määrimismoodusest ja keti kiirusest(kiiruse suurenedes vajalik viskoosus suureneb, soovitusedkäsiraamatuist). Kinnine karter kaitseb ketti veel ka võõrkehade eest jasummutab müra. Hooldusoperatsioonideks on õli perioodiline vahetamineja keti järelpingutus. Vahetuse perioodsus sõltub õli kvaliteedist, olleskeskmiselt 400 töötundi. Järelpingutusel jälgitakse, et keti vabaharuläbiripe moodustaks ca 0,02a (a - tsentrite vahe).Kui määrde sattumine produktile (toiduained, tekstiil jms) peab olemavälistatud, saab neis seadmeis kasutada nn. isemäärivaid kette (näideühest taolisest joonisel 31).4 36 1 5 2Joonis 31. Firma Arnold & Stolzenbergplastikliigendiga kett:1 - puks, 2 - siseplaat, 3 - rull, 4 - võllik,5 - välisplaat, 6 - isemääriv plastikkiht

675. RIHMÜLEKANDEDKöis- ja lamerihmülekanded, mis töötavad hõõret kasutades, on ühedvanimad. Kaasajal on köisülekanded asendunud ümar- ja kiilrihmadega,puuvill- ja nahkrihmu aga tõrjuvad välja tehiskiududest mitmekihilisedkonstruktsioonid.Rihmülekande eelised:!"müratu töö, tänu rihmade elastsusele dünaamilise koormuse sumbuvus;!"lihtne ja vähest ülesseadetäpsust vajav konstruktsioon;!"puudub määrimisvajadus, on praktiliselt hooldusvabad;!"võime läbilibisemisega kaitsta end ülekoormuse eest;!"võimalus käitada mitmeid, seejuures mitteparalleelseid võlle.Puudused:!"suured gabariidid (juhul, kui see on oluline);!"suur võllide ja laagrite koormus;!"pidev ca 2% suurune libisemine rattail (v.a. hammasrihmad);!"tundlikkus töökeskkonna suhtes (temperatuur, niiskus, õli, bensiin,happed, tolm jms.);!"staatilise elektri tekke võimalikkus ja sellega seonduvad ohud.Lame- ja ümarrihmadega võimalikud põhiskeemid on joonisel 32. Kuigikiil- ja hammasrihmad leiavad peamist kasutamist rööpsete telgedegaülekandeis, on juhtrullide abil võimalik luua ka kiivate telgedegaülekandeid (joon. 33).abcdJoonis 32. Rihmülekannetekinemaatilised skeemid:a - lahtine, b - kinnine,c - poolkinnine jad - juhtrullidega ülekanneJoonis 33. Kiivate võllidegaülekanded:a - kiilrihmadega,b - hammasrihmadega;v - vedav ratas, vt – veetavratas, L - juhtratas5.1. Rihmade ja rihmarataste konstruktsioonKaasajal veel harva kasutatavad nahkrihmad tehakse ühe- võikahekihilistena, kummeeritud lamerihmad 2…6 kihilistena,vulkaniseerides puuvill- või sünteeskiududest kangaskihid kummi abil

68kokku. Rihmade laius - kuni 500 mm. Modernne lamerihm koosneb erimaterjalikihtidest (joon. 34).a321b321Joonis 34. Kihilised lamerihmad:a - kuue polüamiidribagarihm; b - koortrihm;1 - kattekiht, 2 - tõmbekiht,3 - hõõret tagav kihtNeil rihmadel keskmine tõmbekoormust vastuvõttev kiht koosneb kaspolüamiidse materjali ribadest või tugevast sünteetilisest koortriidest(näit. nailonist). Välismõjude eest kaitsev kattekiht on enamastikummeeritud riidest. Hõõret tagav alumine kiht on kas kroomnahast võimõnest elastomeerist. Kihid liimitakse omavahel. Taluvad suuri kiirusi(kuni 120 m/s) ja tänu heale painduvusele vajavad suhteliseltväikeseläbimõõdulisi rattaid.Kiilrihmu on väga erineva konstruktsiooniga, osa neist ka standarditud.Joonis 42 esitab tüüpilisemaid rihmade konstruktsioone, kus a ja bprofiiliga rihmad on kindla standardpikkusega (so. jatkukohata), võivadolla normaallaiusega (DIN 2215) või kitsad (DIN 7753). Esimestemaksimaalkiiruseks lubatakse 30, teistel 40 m/s; lubatav painutussagedus[f p ] vastavalt 40 ja 80 s -1 . Jatkatavaid (joon. 35 c) rihmu kasutatakse vaidsiis, kui montaaž pole teisiti võimalik. Omavad vähendatud veovõimet javajavad suuremaid rihmarattaid. Kiilrihmade veovõime on tänukiildumisefektile võrreldes sama ristlõikega lamerihma veovõimest ca 1,5korda suurem.213124 a b c d1e f gJoonis 35. Rihmade konstruktsioone:1 - tõmbekiht, 2 - sidestus, 3 - südamik, 4 - ümbris.a – normaalprofiiliga koortnöörrihm, b – normaalprofiiligakoortpakettrihm (L > 4500 mm), c - jatkatav rullikeeratud kangastrihm, d - kahepoolse tööga rihm, e - liitkiilrihm, f – mitmikkiilrihm(Poly-V), g – ümarrihm. Mustaga näidatud osa piltidel on kas kummivõi polüuretaan, mis tagavad painduvust

69Mittestandardseid kahepoolse tööga rihmu, millega käitatakse mituterisuunas pöörlevat võlli, vajatakse näit. põllutöö- ja teedemasinais.Liitkiilrihm (joon. 35 e) koosneb kuni viiest täpselt väljamõõdetud võrdsepikkusega kiilrihmast, mida seob ülalt kokku kangasriba. Väldibvõnkumisi, mis võivad tekkida sidumata rihmade korral ja tagatud onühtlasem koormuse jaotus rihmade vahel. Kasutatakse eelistatult järsultmuutlike koormuste ja reversseeritavate ülekannete juures.Mitmik- e. polükiilrihmad (joon. 35 f) on midagi lame- ja liitkiilrihmadevahepealset. Ratta soontesse surutud ribide arv rihmal võib olla kuni 75,on valatud polüuretaanist, mis tagab koostöös rihmarattaga suurehõõrdeteguri. On paindlikud, see lubab kasutada väikeseläbimõõdulisirattaid ja suuri (kuni 10) ülekandearve. Lubatav rihma kiirus kuni 50 m/s,lubatav painutussagedus 90 s -1 . Kaasajal massiliselt levinud (näit. uutelautomudelitel dünamot ja veepumpa käitavate rihmadena).Ümarrihmad (joon. 35 g) leiavad peamist kasutamist juhtudel, kui ontegemist ruumiliste (so. mitteparalleelsete võllidega) ülekannetega;rihmarataste V-kujulise soone profiilinurk - 60 o .Erandlikuks, nii rihm- kui kettülekande tunnuseid omavaksülekandeliigiks on hammasrihmülekanne (joon. 36). ISO/DIN järgikannab selle veoelement sünkroonrihma nime; on ühelt poolt elastne jadeformeeritav nagu rihm ja teisalt hammastatud nagu ajamkett. Seegapole karta läbilibisemist, kuid ei vajata määrimist ning hambumine onmüratu ka suurtel kiirustel. Massiliselt kasutusel näit. sisepõlemismootoritejaotusvõlli käivitamiseks.Joonis 36. Hammasrihmahambumine ja rihma ehitus:a - klaaskiust või terastrossistveoelement, b - kummist võipolüuretaanist põhimass;γ=40 o või 42 o , p=2,5…31,75 mm,b=3…170 mmRihmarattad, sõltumata rihma tüübist, koosnevad üldjuhul rihma (rihmu)kandvast pöiast, võllile kinnituvast rummust ja rummu ning pöidaühendavaist elementidest (kodarad või vahekilp). Tüüpilisikonstruktsioone esitavad joonisel 37 ja 38. Enamasti valmistatakse rattadvalatud toorikuist, kuid kasutatakse ka keeviskonstruktsioone. Materjalinasobib v

70kergsulameid (v≤120 m/s). Kerguse ja suure hõõrdeteguri tõttukasutatakse väikesevõimsuselistes ülekannetes edukalt plastikuist rattaid.Lamerihmülekandeüks rattaist (enamastisuurem) võidaksrihma paremapealepüsivuse huvidesteha kumer(joon. 37 a). Kumerusef suurus, samutiabnagu ratta laius B,Joonis 37. Valatud toorikuist lamerihmarattad määratakse lähtuvaltrihma laiusest a - kumera pöiaga, b - sileda pöiagab.Joonis 38. Valatud toorikuist kiilrihmarattadaJoonis 39. Kiilrihma asetuminerattas olemasolevassesoonde (a) ja profiilimuutumine paindumisel (b)bKiilrihmade, samuti mitmikkiilrihmade rataste pöias olevate soontemõõtmed on loomulikult seotud kasutatava profiiliga. Geomeetriliseltsarnaseid, kuid eri mõõtmetega harilikke kiilrihmu on DIN järgi 11,GOST kohaselt 7; kitsaid kiilrihmu valmistatakse 4-s suuruses.Profiilinurgaks enamikes riikides on ϕ o =40 o . Et rihma paindudes üle rattatema ülemised kiud pikenevad, alumised aga lühenevad (joon. 39 b),sõltub rihmarattas oleva soone profiili nurk ϕ ratta läbimõõdust: midaväiksem D, seda väiksem ϕ (ϕ=34 o …40 o ). Sellega tagatakse paremkontakt ratta soonte ja rihma vahel. Soonte tööpinnad (silmas pidadesrihmade tööressurssi) poleeritakse.Hammasrihmade rataste hambaprofiil sõltub rihmu tootva firma nõudeist,soovitav on rattad muretseda samast firmast, kust rihmadki. Ratastematerjalidena eelistatakse AlCuMg sulameid ja plastikuid.

715.2. Rihmade pingutusmoodusedKõik rihmad (v.a. hammasrihmad) vajavad tööks eelpinget, mis rihmavenimisel väheneb. Selle vältimiseks kasutatakse kas perioodilist võipidevat järelpingutust (vt. joon. 40).2 3a1vedavbvedav5c4 vedavdJoonis 40. Enamlevinud pingutusskeemid:a - perioodilise tsentrite vahe suurendamisega (1 - soontega alus, mida möödasurutakse pingutuskruvide abil elektrimootorit); b - pidevat järelpingutust tagavpingutusrulliga (2) skeem (3 - lisaraskus); c ja d - isepingestuv skeem,kasutades rihmaharudes mõjuvate jõudude vahest tekkivat reaktiivmomenti M:4 - õõtsuv alus, 5 - pöördetsenterPingutusrull (joon. 40 b) asetatakse vähemkoormatud rihmaharule. Lisaksrihma venimise kompenseerimisele suurendab ta ka väiksema rihmarattahaardenurka ja seega rihma veovõimet.Isepingestust tagavate skeemide eeliseks on see, et rihmu asjata eikoormata tühikäigul ja seisul, millega suureneb rihma tööressurss.Koormuse kasvades suureneb rihmaharudes mõjuvate jõudude F 1 >F 2vahe ja seega rihma pingutav reaktiivmoment M, mis tagab süsteemiautomaatse isereguleerimise.5.3. Rihmülekande kinemaatikaLugedes rihma kiiruse v võrdseks rihmarataste ringkiirusega, võibd1d2kirjutada: v = ω1= ω22 2 , millest u ω1d2= = (so. ülekandearv võrdubω2d1veetava ja vedava rihmaratta läbimõõtude suhtega).Eeltoodu kehtib täpselt vaid tühikäigul, mil pinged mõlemas rihmaharuson võrdsed. Ülekande koormamisel suureneb pinge vedavas harus javäheneb vabaharus, mis toob kaasa nn. elastse libisemise. Tagajärjeks onveetava ratta kiirusekadu 1-2%. Ülekannet ülemäära koormates läheb

72elastne libisemine üle puksimiseks e. läbilibisemiseks. Puksimist aitabvältida rihma eelpingutuse ja haardenurga (nurga, mille ulatuses rihm onkontaktis rattaga) suurendamine. Lihtsaim viis seda teha on kasutadapingutusrulli (vt. joon. 40 b).5.4. Rihmülekannete projekteerimisestKaasajal kasutatakse ülekannete projekteerimisel põhiliselt arvuteid javastavat tarkvara. Viimane toetub vastavale teooriale, sisaldades veel kaolulisi empiirilisi, töörežiimi muutlikkust, töö vahetuslikkust ningkeskkonnatingimusi arvestavaid parandustegureid.Olulisim, mida projekteerija peab arvestama, on:a) rihma optimaalse veovõime ja tööressursi tagamine;b) etteantud gabariitidesse (juhul, kui need on ette antud) jäämine.Lähteparameetreiks on tavaliselt ülekantav võimsus P ja vajatavpöörlemissagedus n 2 (mõnikord veel ka soovitav tsentrite vahe jaülekandearv).Lamerihmade korral on otsitavaks (ette andes sobiva rihma paksuse δ)vajatav rihma laius b.Kiil- ja mitmikkiilrihmade projektarvutus on sarnane - esimesel juhulotsitakse vajalikku rihmade arvu z, teisel juhul vajalikku ribide arvu z r .Kiilrihma (ribi) profiili ristlõige saadakse lähtudes võimsusest P javäiksema rihmaratta pöörlemissagedusest n 1 . Optimaalne rihmade arvjõuülekandeis on 3…5; suurema arvu korral on oht, et osa rihmu ei töötakaasa. Mitmikkiilrihmade juures seda ohtu pole.Peale rihma pikkuse L ja kiiruse v kindlakstegemist on oluline kontrollidapainutuste arvu ühes sekundis ehk painutussagedust f p :fp[ fp]= i v ≤ ,Lkus i - rataste arv, L (m) ja v (m/s).Igal painutusel (rattast ülejooksul) rihm kuumeneb deformatsiooni- jahõõrdetöö arvel ega suuda jahtuda, kui ülejooksude arv sekundis onülemäära suur. Temperatuuri tõustes üle kriitilise kaotab rihm kiirestioma tugevuse. Lubatav painutussagedus [f p ] sõltub rihma tüübist jamaterjalist (vt. ka p. 5.1).Hammasrihmadel määravad võimsus P ja väiksema rattapöörlemissagedus n 1 sobiva rihma sammu p, arvutustega leitakse vajalikrihma laius b ja pikkus L, mis tulevad kooskõlastada toodetavate rihmadeparameetritega (vajadusel valmistavad firmad masstootmise tarvis kamittestandardse pikkuse ja laiusega rihmu).

735.5. RihmvariaatoridPareJoonis 41.VasaMuudetava e. varieeritava ülekandearvuga ülekannetnimetatakse variaatoriks. Täiendavaks parameetrikson neil varieerimise ulatus e. reguleerimisdiapasoonD=n 2max /n 2min . Rihmvariaatori skeem on joon. 41.Ülekandearvu varieerimine võib toimudakoonusrataspaaride üheaegse nihutamisega skeemiallosas näidatud kruvimehhanismi abil, ent on kateistsugusi võimalusi. Kasutatakse spetsiaalseid laiuvariaaatoririhmu (P max =25 kW, D=3…9), harilikkekiilrihmu või nn. klotsrihmu, kus lamerihma külge onkinnitatud poltidega puitklotsid (P max =60 kW,D=2…10, η=0,80…0,97). Seda ülekandetüüpikasutatakse laialdaselt konveierite, mille lindi kiiruspeab olema sujuvalt reguleeritav, käitamiseks.6. HÕÕRDÜLEKANDEDErinevalt rihmülekandeist puudub hõõrdülekandeis elastne vaheelement.Hõõre toimib kas otseselt vedava ja veetava lüli vahel või läbi kolmandajäiga elemendi. Jagunevad püsiva ja muudetava ülekandearvugaülekandeiks (variaatorid). Hõõrdülekande eelisteks on:!"lihtne konstruktsioon, hõlbus koostamine ja hooldus;!"müratu töö (eriti mittemetalsete rataste korral);!"võimalus luua erinevaid, astmeteta muudetava ülekandearvugavariaaatoriskeeme.Puudused:!"laagrite ja võllide suur koormus;!"suured kohalikud pinged hõõrderatastes seoses joon- japunktkontaktiga nende vahel;!"piiratud ülekantav võimsus seoses ülekuumenemisohuga;!"suur elastne libisemine (eriti mittemetalseil rattail) ja sellest johtuvmadal kasutegur.Leiavad laialdast rakendamist aparaadiehituses, harvem masinais (näited:tööpinkides, sepistuspressides, konveieri ajameis).6.1. Hõõrdülekannete skeemeValik skeeme on toodud joonisel 42. Neist a, b ja d on püsiva ning c, e jaf varieeritava ülekandearvuga. Võrreldes skeemiga a vajab b kiildumisefektitõttu väiksemat rattaid kontakti suruvat jõudu, samal ajal tekib

74a b cd e fJoonis 42.tööpindu kulutav geomeetrilinelibisemine,sest kontaktpunktidomavad erinevat raadiust.Sama nähe tekibka skeemide c, e ja fkorral. Kõikidel ülekannetel(nagu rihmülekannetelgi)tekibkoormamisel elastnelibisemine, mis väljundvõllinurkkiirust1-2% võrra vähendab.6.2. Hõõrdrataste konstruktsioonLahtistes, suhteliselt aeglasekäigulistes ülekannetes on üks rattaisttavaliselt mittemetalse friktsioonkattega ja teine metalne (enamasti hallmalmist).Viimane erineb oma kujunduselt eelvaadeldud rihmarattaistvähe.Näiteid mittemetalse kattega rattaist on toodud joon. 43. Neist suurimahõõrdeteguri (kuivades tingimustes kuni 0,7) tagab kummi, on samal ajalTeksto Kum PuitFiib NahJoonis 43. Hõõrderataste kujundamisvarianteaga vähima elastsusmooduliga, mis soodustab veerekadusid. Paar fiibermalmtagab f≤0,2, puit-malm f≤0,5, nahk-malm f≤0,3 ja tekstoliit-malmf≤0,25.Kiired ja võimsad ülekanded suletakse ajamkasti ning rattad reeglina onkarastatud terasest (harvem malmist). Rataste kulumiskindluse jajahutamise huvides töötavad nad õlivannis. Hõõrdetegur on siis küllmadal (f≤0,08), kuid seda kompenseerib terase märksa suuremkoormatavus ja tänu suurele elastsusmoodulile suurem kasutegur (elastnelibisemine väike).Metallist rattaid kontrollitakse kontaktpingeile, vältimaks pitingut.

754. PÖÖRLEVAT LIIKUMIST TAGAVAD ELEMENDIDPöörlemine masinais on võimalik tänu telgedele ja võllidele, mispöörlevaid elemente kannavad ja juhivad ning laagreile, mis neidtoetavad; sidurid on elemendid, millega on võimalik võlle või nende osipöördemomendi edasiandmiseks sidestada.1. VÕLLID JA TELJED1.1. ÜldteatmeidTeljed on pöörlevate detailide kandjad, võllid lisaks sellele veel kapöördemomenti edastavad. Seega töötavad võllid lisaks paindele alati kaväändele.Enamik võlle ja telgi on sirged. Kolbmasinais vajatakse murtudgeomeetrilise teljega väntvõlle (joon. 1 c), peamiselt aparaadiehitusesveel ka paindvõlle (joon. 1 d).Teljed on kas liikumatud (joon. 2 b) või koos neile kinnituvate detailidegapöörlevad (joon. 2 a).Otstarbekama materjalijaotuse huvides võidaks telgi ja võlle kujundadaõõnsaina (joon. 1 b), mis teeb aga nende valmistamise kallimaks.Osi, millega võllid ja teljed laagreile toetuvad, nimetatakse tappideks.Radiaaltapid on enamasti silindrilised (joon. 3 a), harvem koonilised võisfäärilised. Telgkoormust vastuvõtvad tapid on kas tasapinnalised (joon. 3d) või nn. kammtapid (joon. 3 e).Koonustapi (joon. 3 b) eripäraks on laagrilõtku reguleerimisvõimalustelgnihutust kasutades. On levinud peamiselt peenmehaanikaseadmeis.Sfääriline tapp (joon. 3 c) võimaldab suurtes piirides kompenseeridavõlli(telje) läbipaindest põhjustatud nurgihälvet, samuti võimalikkekoostamishälbeid.Sirgete võllide ja telgede materjaliks sobib enamikel juhtudel keskmisesüsiniksisaldusega (0,35…0,60 %C) konstruktsioonteras, vastutusrikasteljuhtudel eelistatakse termotöödeldud (parendatud) legeerteraseid. DINnormidele vastavaist terasemarkidest on tüüpilisemad St42, St50 ja St60(süsinikterased) ja 40Mn4, 34Cr4, 41Cr4, 18CrNi8 ja 20MnCr5(legeerterased). Tuleb arvestada, et legeerterased onpingekontsentratsioonile tundlikumad.

76abkatepöörlev trosscJoonis 1. Tüüpilisi võlle;a - astmeline sirge võll, b - sirge õõnesvõll,c - väntvõll, d - paindvõlldaFFbJoonis 2. Näited telgedest;a - pöörlev vagunitelg, b - mittepöörlev plokiratta telgaFFbdJoonis 3. Võllide ja telgede tapid;a - silindriline, b - kooniline, c - sfääriline e. keratapp,d - tugi e. aksiaaltapp, e – kammtappce1.2. Võllide ja telgede tugevusarvutusTehakse vahet projekt- ja kontrollarvutuse vahel. Esimesel juhulmääratakse tugevusõpetusest tuntud seoste najal esialgne ristlõike

77läbimõõt, kooskõlastades selle joonmõõtmete standardrea väärtusega.Kontrollarvutuse eesmärgiks on ohtlikes lõigetes tegeliku tugevusvarukindlakstegemine.Esmalt tuleb määrata toereaktsioonid ja konstrueerida väändemomentide(võllid) ja paindemomentide (võllid ja teljed) epüürid. Epüüridemaksimume silmas pidades tehakse kindlaks ohtlikud lõiked.Võllidel võib projektarvutusel lähtuda vaid väändemomendist T v ,piirdudes painde mõju arvessevõtul lubatavate pingete vähendamisega:d16T v5Tv≥ 3 ≅ .π3[ τ ] [ τ ]vvLubatavad pinged valitakse vahemikust [τ v ] = 12…20 MPa juhul, kuipainde mõju antud lõigul on oluline ja 30…40 MPa, kui paine praktiliseltpuudub.Ümartelgede arvutusvalemiks kujuneb paindemomendi M p mõjudesd≥32 Mp10M≅πσ[ p ] [ σp]3 3p.Lubatav paindepinge võetakse 0,19R m mittepöörlevale ja 0,09R mpöörlevale teljele (R m - telje materjali tõmbetugevus).Kontrollarvutuse meetodeid vaadeldakse kõrgkooliõpikuis.1.3. Võllide ja telgede väsimustugevust tõstvad meetmedKasutatakse konstruktsioonilisi ja tehnoloogilisi võtteid. Esimesed onsuunatud pingete kontsentratsiooni vähendamisele. Näiteid sellest ontoodud joonistel 4 ja 5.abJoonis 4. Jõujoonte kulgemisesujuvamaks muutminepingeärastussooni (a)või -sälke (b) kasutadesTehnoloogilised võtted on suunatud jääksurvepingete kasutamisele võlli(telje) pindkihis, tänu millele summaarne tõmme ja seega prao tekke ohtväheneb. Jääkpingete tekitamiseks võib kasutada termotöötlust(tsementeerimine, pindkarastus, nitreerimine, tsüaanimine) või

78mehaanilist kalestamist (pinna ülerullimine, haavlijoas töötlemine). Eritihea tulemuse annab tehnoloogiliste ja konstruktsiooniliste meetmetekoosmõju. B.-R.Höhni andmeil tõstab joon. 4 b esitatud juhulärastussälkude lisamine võlli väsimuspiiri ca 12%, termotöötlus ca 42%,mõlema koosrakendamine aga ca 2 korda.a b c d eJoonis 5. Pingekontsentratsiooni alandamine suhte R/d suurendamisega; variant dkorral on raskendatud võllile kinnituva rummu telgsuunas fikseerimine,parim variant ses suhtes on e. Tehnoloogiliselt (pidades silmas lihvkettaväljajooksu) on parim variant a, samal ajal pingekontsentratsioon on selpuhul suurim1.4. Võllide ja telgede jäikusnõudedVõllide ja telgede elastsed deformatsioonid võivad põhjustada häireidkaasdetailide töös (näit. tappide ääresurve ja sööbimise liugelaagreis,koormuse kontseerumise hamba servale hammasülekandeis, sildkraanasõidumehhanismi kinnikiilumise jms). Oluline võib olla nii painde- (joon.6, hinnatav läbipainde f või elastse joone kaldenurga Θ abil) kui kaväändejäikus (hinnatav väändenurgaga ϕ ühe meetri võlli pikkuse kohta).Deformatsioone arvutatakse tugevusõpetusest tuntud valemitega. Lubatavvõlli (telje) läbipaine üldmasinaehituses [f] =(0,0002…0,0003)l, lubatav elastse joone kaldenurk [Θ] = 3,5’liugelaagreile ja 30’ radiaalkuullaagreile toetumisel. Seaduvate(sfääriliste) laagrite korral [Θ] = 2 o 50’.FΘflJoonis 6. Võlli (telje) paindedeformatsiooni iseloomustavad parameetrid

79Väändejäikus on eriti oluline sildkraana sõidumehhanismi võllidel -[ϕ]=15’…20’ võlli jooksva meetri pikkuse kohta. Vastasel juhul silla ükspool jookseks teisest sedavõrd ette, et sild kiilduks rööbaste vahele kinni.1.5. Võllide ja telgede kontroll kriitilisele pöörlemissageduseleLaagreile toetuvad võllid ja teljed käituvad kui elastsed paindele töötavadvedrud ja võivad neile perioodiliselt mõjuvate jõudude mõjul ohtlikult(so. resonantsrežiimis) võnkuma hakata. Resonants on võimalik samutipulsseeruvast pöördemomendist tingituna, mil võll käitub väände-Le. torsioonvedruna. Resonantsile vastavat võllia(telje) pöörlemissagedust nimetataksekriitiliseks ja selle peab konstruktor välistama.Allpool analüüsitakse valemit võlli (telje)L/2kriitilise pöörlemissageduse n K leidmisekstema ristvõnkumisel (skeem joon. 7).bKuna masskeskme algekstsentrilisus e on kaseisval võllil (joon. 7 a) paratamatu, tekib temapöörlemisel tsentrifugaaljõud F c , mis tedaF c painutab (joon. 7 b). Jõudu F c tasakaalustabelastsusjõud, mis on võrdeline läbipaindega y.Joonis 7. Võlli ristvõnkumineSaab näidata, et võlli kriitiline pöörlemissagedus n K avaldubnK = 602πcm(p/min),kus m – pöörleva süsteemi mass (kg) ja c – võlli (telje) paindejäikustegur(N/m). Ümarvõlli jäikust saab muuta eelkõige tema läbimõõtu muutes;kui läbimõõtu suurendada x korda, suureneb jäikus x 4 korda (näit. 20%võrra läbimõõtu suurendades, suureneb c tervelt 2,1 korda). Enamikemasinate võllid ja teljed ongi piisavalt jäigad, pööreldes kriitilisestväiksema sagedusega. Mõningate seadmete (näit. ultratsentrifuugide)korral, kus pöörlemissagedused ulatuvad sadadesse tuhandetessepööretesse minutis, pole see reaalne. Sel puhul kasutatakse võimalikultvähe jäika võlli, viies n K väärtuse hästi madalale. Nii tekib lühiajalineintensiivne võnkumine vaid masinat käivitades ja seisates, pidevpöörlemine leiab aga aset ülalpool kriitilist sagedust.Eeltoodud valemist nähtub, et n K ei sõltu masskeskmealgekstsentrilisusest e, küll aga on sellest olenev võnkeamplituud y; emuutudes x korda muutub sama arv kordi ka amplituud võlli pööreldesmistahes sagedusel (v.a. resonantsrežiim, mil amplituud teoreetiliseltpürgib lõpmatusse). Sellest tulenevalt vajavad kiirelt pöörlevad detailid

80balansseerimispinkidel tasakaalustamist, so. disbalansi e viimistmiinimumini.2. LAAGERDUSED2.1. ÜldteatmeidPöörleva masinaosa toetamiseks ettenähtud sõlme nimetatakselaagerduseks. Laagrile lisaks kuuluvad sinna korpusdetailid, tihendid,määrimisseadmed jms. (joon. 8).Joonis 8. Kreissae laagerdusMasinais leiavad kasutamist veere- ja liugelaagrid, aparaadiehituses veelka magnet- ja elastsed laagrid. Enne laagerduse kujundamist peabkonstruktor otsustama, millist laagritüüpi kasutada. Veerelaagrite eelisekson suur konstruktsioonide valik, rahvusvaheline standardiseeritus,odavus, väike määrdekulu, väike telggabariit ja takistusmomendi vähenesõltuvus võlli (telje) pöörlemissagedusest. Eriti suur on veerelaagrite eelisliugelaagrite ees masina käivitamisel, mil nende takistus on ca 10 kordasamagabariitse liugelaagri omast väiksem.Samal ajal pole veerelaagrid poolitatavad, milline vajadus on näit.väntvõllide raam- ja kepsulaagrite korral. Ka on liugelaagridmüravabamad. Sobivate laagrimaterjalide (plastikud, kummi) kasutamiselsobib nende määrdeks vesi. Taoline vajadus tekib veepumpade,hüdroturbiinide ja laeva sõukruvide laagerdustes. Asendamatuteksmuutuvad liugelaagrid ka suurtel (üle 30000 p/min) pöörlemissagedustel,mil veerekehadele mõjuvate suurte inertsjõudude tõttu veerelaagritekasutamine osutub võimatuks. Seevastu pöörlemissageduse suurenedessaab liugelaagreis tekitada hüdro- või koguni aerodünaamilise režiimi,millele kaasneb minimaalne hõõrdetakistus (so. takistus vaid määrdeainesisehõõrdumisest). Eelöeldut iseloomustab joon. 9 toodud põhimõttelinediagramm (D.F.Moor’i järgi).

81Joonis 9. Laagerduste suhtelinehõõrdemoment sõltuvaltvõlli nurkkiirusest:1 - liugelaager, 2 - radiaalkuullaager,3 - rull-laagerEttekujutuse saamiseks hõõrdetakistuse suurusest on allpool toodudtaandatud hõõrdetegurite orienteerivad väärtusvahemikud:kuivalt (määrdeta) töötav liugelaager 0,1…0,25,segamäärimisega (õlitatud) liugelaager 0,01…0,06,vedelikmäärimisega liugelaager 0,001…0,005,veerelaager 0,001…0,003.Laagreid liigitatakse järgmiste tunnuste alusel:!"vastuvõetava jõu suuna järgi radiaal-, tugi e. aksiaal- ja radiaaltugilaagreiks;!"võime järgi kompenseerida võlli (telje) läbipaindest põhjustatud tapitelje nurgiasetust seaduvaiks ja mitteseaduvaiks;!"valmistamistäpsuse järgi normaal- ja täppislaagreiks;!"koormatusastme järgi kergelt-, keskmiselt- ja raskeltkoormatudlaagreiks.2.2. Veerelaagrite konstruktsioonVeerekehade kuju järgi jagunevad veerelaagrid kuul- ja rull-laagreiks(joon. 10). Esimesel juhul on tegemist teoreetilise punkt-, teisel juhuljoonkontaktiga. Sellest tulenevalt võrdsete mõõtmete korral taluvad rulllaagridsuuremaid koormusi.a b c d e fJoonis 10. Veerekehade kujud:a - kuul, b - silinder, c - nõeljas, d - koonus, e. -sümmeetrilinetünder, f - ebasümmeetriline tünderVeereteede ridade arvu järgi on jaotus ühe-, kahe- ja neljarealistekslaagriteks.

82Võime järgi kompenseerida tapi nurgiasetust jagunevad laagridmitteseaduvaiks ja seaduvaiks. Viimased omavad üht sfäärilist tugipindatsentriga pöörlemisteljel (joon. 13 c ja d).Üldjuhul koosneb laager kahest võrust, nende vahel asuvaistveerekehadest ja viimaste vahel distantsi määravast separaatorist.Joonisel 11 on esitatud 3 laagrite põhitüüpi, joon. 12 separaatorid. Teatudjuhtudel võib mõni eelmainitud elementidest puududa (näit. separaatornn. puistelaagreis, mis leiavad kasutamist aparaadiehituses või üksvõrudest nõellaagreis radiaalgabariidi kokkuhoiu huvides).a b cJoonis 11. a - rull-laager radiaaljõu vastuvõtuks,b - kuullaager ühesuunalise telgjõuvastuvõtuks, c – kuullaagerkombineeritud koormuse vastuvõtuksabJoonis 12. Separaatorid:a - plekist (stantsitud),b - massiivne (valatud)Laagri nimimõõtmeks on tapiläbimõõt d. Sama nimimõõtmejuures omavad laagrid erinevaidgabariite (laiust ja välisläbimõõtu).Sellest sõltuvalt jaotuvadlaagrid ISO (ka DIN) järgiridadesse, GOST järgi seeriatesse.ISO laiusread tähistataksenumbritega 0, 1, 2, 3, 4 jaläbimõõduread 8, 9, 0, 1, 2, 3, 4(gabariidi kasv - vasakult paremale).Laagri tähistuses antakseläbimõõdurea number laiusreanumbrist eespool, 0 - laiust eimärgita. Seeriad kannavad nimetusieriti kerge, kerge, keskmineja raske.Lisaks laagri tüübile ja gabariitidelekajastub tähises veel katema nimimõõde (selle määramiseksvahemikus d = 20…500 mmtuleb tähistuse kaht viimastnumbrit korrutada 5-ga) ja valmistamisetäpsus. ISO (DIN) järgivalmistatakse laagreid 6-es erinevastäpsusklassis: P0 (normaaltäpsus),P6, P6X, P5, P4 ja P2;rida on toodud täpsuse suurenemisejärjestuses. Normaaltäp-

83susest suurematel juhtudel on tagatud võlli väiksem radiaalviskumine(oluline näit. tööpingi spindlite toetamisel) ning sobivus tööks suuremailpöörlemissagedustel.Võrude ja veerekehade materjaliks kasutatakse 0,9…1,1%C sisaldusegalaagriteraseid, mis legeeritud kroomi, räni ja mangaaniga; karastataksekõvaduseni 63HRC. Jaapanis toodetakse neid elemente ka Si 3 N 4 -tüüpiinsenerkeraamikast. Need laagrid taluvad töötemperatuuri kuni 1400 o Cja on vajadusel kasutatavad vesimäärimisega. Esialgu on keraamilisedlaagrid veel väga kallid. Plekkseparaatorid valmistatakse kas terasest võimessingust, massiivsed separaatorid aga kergsulamist, messingust võiplastist. Viimased tagavad parima mürasumbuvuse.Spetsiaalsed laagritehased toodavad laagreid väga laialdasenomenklatuuriga. Praktika näitab, et paljud laagritüübid leiavadkasutamist vaid haruharva. Saksa LV 1990. a. andmeil moodustas kõigeuniversaalsema laagritüübi - üherealise radiaalkuullaagri (joon. 11 c) -vajadus tervelt 46%, teisel kohal olid nõellaagrid (34%, joon. 13 a) jakolmandal koonus-rull-laagrid (8%, joon. 13 b). Seaduvate (sfääriliste)laagrite (joon. 13 c ja d) vajadus oli ca 2%, seega kõikide ülejäänuteosaks jäi vaid ca 10%.a b c dJoonis 13. Levinumaid laagritüüpe:a - nõellaager (koormatav vaid radiaaljõuga),b - koonusrull-laager (koormatav radiaal- ja ühesuunalise telgjõuga),c ja d - sfäärilised seaduvad laagrid (koormatavad radiaal- jamõlemasuunalise telgjõuga)2.3. Veerelaagrite tõrkedLevinuim tõrkepõhjus on veerepindade väsimuskulumine (piting, vt.joon. 4, II osa pt. 1). Vaegmäärimisel võib esineda separaatori javeerekehade vahelist sööbekulumist, tolmuses keskkonnas töötamisel jalaagerduse ebapiisaval tihendamisel veel ka abrasiivkulumist.Laagridetailide purunemist tuleb ette suhteliselt harva, tüüpiliseim on seeseparaatoril. Võrude ja veerekehade purunemisi esineb peamiselt siis, kuikoormus mingil põhjusel kontsentreerub vaid ühele veerekehale (eritiveel, kui koormus on löögiline). Rull-laagreil võivad puruneda võlli

84ülemäärasel läbipaindel võrude tugiservad, kuna koormus kontsentreerubteatud punkti.Kirjeldatud näiteist on laagri tööressursi prognoosimisega seostatav vaidväsimuskulumine. Väljakujunenud laagriressursid on toodud tabelis 1.Veerelaagrite soovituslikud tööressursid(väljavõte saksa firma FAG Kugelfischer kataloogist)Seade (masin)ArvestuslikressursstundidesSeade (masin)Tabel 1ArvestuslikressursstundidesElektrilised1000…2000 Põllutöömasinad 3000…6000kodumasinadAlla 4kW el.-mootorid 8000…10000 Tööpinkide ülekanded 20000Keskmised el.-mootorid 10000…15000 Laevade ülekanded 20000…30000Suured el.-mootorid 20000…30000 Valtspingid 5000…10000Sõiduautod 1500…2500 Talid ja vintsid 5000…10000Veokid, autobussid 2000…5000 Saekaatrid 10000…15000Veduri teljelaagrid 20000…40000 Paberimasinad 50000…80000Vaguni teljelaagrid 25000…35000 Briketipressid 20000…300002.4. Veerelaagrite valikLaagritüüpi valides tuleb silmas pidadaa) koormuse suunda ja iseloomu,b) töökeskkonda (temperatuur, keemiline agressiivsus),c) laagerdusele esitatavaid erinõudeid (seaduvust, võllipaisumisvõimalust, laagrilõtku reguleeritavust jms.) jad) laagrivõru pöörlemissagedust.Konkreetset laagrit iseloomustab maksimaalne lubatav pöörlemissagedus,mis sõltub laagri täpsusklassist ja tüübist (kuullaagreil reeglina suuremkui samagabariitsel rull-laagril) ning määrde liigist (õliga määrides1,2…1,5 korda suurem kui plastset määret kasutades). Eeltoodudasjaoludest sõltub lisaks laagri tüübile mõnikord ka tema täpsusklass.Laagri nimimõõtme ja gabariitide valik sõltub vajatavast tööressursist,laagrile mõjuvast koormusest ja võru (selleks võib olla nii sise- kui kavälisvõru) pöörlemissagedusest. Kui n ≥ 1 p/min, valitakse laagerlähtudes tema dünaamilisest kandevõimest C, kui aga n < 1 p/min või taei pöörlegi (näit. kraanakonksu tugilaager), siis lähtudes laagri staatilisestkandevõimest C o . Nii C kui ka C o väärtusi saab laagrikataloogidest.Vajalik on, et arvutuslik kandevõime ei oleks kataloogis toodust suurem.

85Arvutuslik dünaamiline kandevõime sõltub nii laagrile mõjuvastkoormusest kui soovitavast tööressursist: koormuse muutudes N korda,muutub tööressurss koguni N 3 korda (näit. koormuse suurenedes 2 korda,väheneb ressurss 2 3 = 8 korda).2.5. Veerelaagerduste kujundamine, määrimine ja tihendamineLaagerduste kujundamisel tuleb kinni pidada reegleist, mis välistavadlisakoormuste tekke. Tähtsamad neist on:!"telgkoormuse vastuvõtuks tuleb fikseerida vaid üks (reeglinaradiaalselt vähimkoormatud) laager, ülejäänud aga jätta “ujuvaiks”(joon. 8 parempoolne laager). Erandiks on laagerdused radiaaltugilaagritega(joon. 14 a ja b), mil kumbki erisuunas orienteeritudlaager saab vastu võtta vaid ühesuunalist telgkoormust;!"laagrite samateljelisuse tagamiseks tuleb masinakeres asuvadlaagripesad töödelda ühe läbimiga; selle võimaluse puudumisel (näit.pika võlli laagrid toetuvad erinevatele alustele) tuleb kasutadaseaduvaid laagreid (joon. 14 c);!"kasutades radiaal-tugilaagreid, eelistada variante, mil võllitemperatuurilisel paisumisel seda kompenseerib laagrilõtkusuurenemine (joon. 14 a); vastupidisel juhul ähvardab laagritekinnikiilumine (joon. 14 b);a b cJoonis 14. Näited laagerdustest:a - laagerdus radiaal-tugilaagritega, mil lõtku laagreis reguleeritakseümarmutriga; b - sama, mis “a”, kuid lõtku reguleeritakse laagrikaanealuste seibidega; c - sfääriliste seaduvate laagritega laagerdusVeerelaagreid võidaks määrida nii õlide kui ka plastsete määretega.Viimane variant on märksa levinum (ca 90% kõikidest laagritest), kunavõimaldab märksa lihtsamaid konstruktiivseid lahendusi, parematlaagerduse tihendamist ja suuremaid hooldusvahemikke. Üha enamlevivad nn. ressurssmäärimisega (for life) laagrid, mis juba tehases ca1/3 laagri sisemusest täidetakse kvaliteetse plastse määrdega, milleväljatulekut takistavad plastikust seibid (joon. 15). Sama võib teha tavalistelaagritega enne sõlme koostamist või siis ette näha määrde

86Joonis 15. RessurssmäärimisegalaagerÕlitaseJoonis 16. Õlitoosigalaagerdusperioodilist juurdelisamist määrdeniplite kaudu(joon. 8). Viimasel kahel juhul vajab määre caaastase vahemiku järel väljavahetamist.Õlide kasutamisel tuleb vältida laagri pöörlemisttakistavat “uputamist”. Normaalselt ei tohi õlitaselaagris ületada ½ veerekeha läbimõõtu (joon. 16).Teatud juhtudel (näit. reduktoreis) piisab laagrimäärimiseks korpuse põhjas olevat õlivanni läbivatedetailide (hammasrataste, tiivikute jms.)poolt tekitavatest õlipiiskadest.Määrdemargi valikul tuleb juhenduda laagrikataloogidesantavaist soovitustest, arvessevõttes nii pöörlemissagedust kui ka laagerdusetöötemperatuuri (so. vajaliku viskoossusesäilivust), tagamaks pideva määrdekelmeolemasolu veerekehade ja veereteede vahel.Veel tuleb konstruktoril tagada piisav laagerdusetihedus, seda ühelt poolt määrdelaagrispüsimise ja teisalt tolmu, vee jms.võõrkeskkonna eemalhoidmise suhtes.Kasutatakse kontakt- ja kontaktivabu tihendeid, aga ka nendekombinatsioone. Üldreeglina sobivad kontakttihendid pareminiaeglasekäigulistele ja kontaktivabad kiirekäigulistele võllidele.Kontakttihendeist tuntumad on viltrõngas- ja mansett-tihendid(viimaseid on eesti keeles ka kaelustihendeiks nimetatud, käibekeeles kasaksapärane Simmer-Ring, so.Simmeri leiutatud võru). Õliga immutatudviltrõngas (joon. 17 a) on efektiivne kuni tapi ringkiirusteni 5 m/s (eeldabpoleeritud võllikaela), eriti heast kummisegust mansett-tihendid (joon. 17b) kuni 12 m/s.a b c d eJoonis 17. Valik võllitihendeid:a – viltrõngastihend, b – kummist mansett-tihend, c – kahe mansett-tihendigalaagerdus (vasakpoolne väldib tolmu laagrisse sattumist, parempoolne määrdeväljatulekut, d – pilutihend, e - labürinttihendKontaktivabadest tihendeist lihtsaim on pilutihend (joon. 17 d), misenamasti varustatakse kolme määrdega täidetud soonega. Samutitäidetakse määrdega labürinttihendi (joon. 17 e) 0,5...0,8 mm laiused

87pilud. Eelnimetatud kontaktivabade tihendite kasutamine eeldab korpusessiserõhu, mis võiks määrde piludest välja suruda, puudumist.2.6. Liugelaagrite konstruktsioonRadiaallaager võib olla kujundatud terviklaagrina (joon. 18) võipoolitatuna (joon. 19). Esimesi saab kasutada vaid juhul, kui on võimaliklaagerduse koostamine telgsuunas.aJoonis 18. Terviklaagrid DIN 504 järgi:a – alusele kinnituv,b – ääriklaager (püsttoele kinnituv)Joonis 19. Poolitatud laager:1 – kere, 2 – liud, 3 – polt, 4 - kaasa b cJoonis 20. Näiteid sfäärilistestseaduvaistbLaagrikere poolitamine hõlbustabka seaduvate laagrite kujundamist(joon. 20 a ja b), ehkki on võimalikka terviklaagri variant (joon.20 c). Viimasel juhul tagavadlaagri koospüsimise vedrud.Laagrikered on kas hallmalmistvõi terasest, harvem kergsulamist.Vahetult tappi kandev osa tehakseantifriktsioonmaterjalist. Terviklaagrikandev osa moodustabpuksi, poolitatud laagril liua.Pukside ja liudade konstruktsioonsõltub antifriktsioonmaterjalitüübist, aga ka nende suurusest.Liuad on sageli bimetalsed, so.terasest alusmaterjalile on kantudsulandi või galvaanilise pindekiht; neid võidakse stantsida(koolutada) bimetalsest teraslindist.Suuregabariitseil laagreil valatakseantifriktsioonne osavastava ettevalmistusega terasestvõi malmist alusosale (joon. 21).Pukside tüüpkonstruktsioonid onstandardiseeritud (näit. DIN1850).Tugilaagerdustes on ka lihtsaimaljuhul soovitav otstapi tugiosakujundada seaduvana (joon. 22).Suuregabariitseid tugilaagreid(näit. hüdroturbiini töövõlli toe-tamiseks) kujundatakse sageli koosnevana tugisegmentidest, mismäärdekiilu tekitamiseks omavad kallet (joon. 23).

88Joonis 21. Võtteid antifriktsioonmaterjalistpealesulandi nakkuvusekindlustamisestJoonis 22.Seaduv tugilaagerJoonis 23. Hüdrodünaamilise tugilaagrisegmentkujulised tugipinnad2.7. Antifriktsioon - laagrimaterjalidVahetult võlli (telje) tapiga kokkupuutes olev laagrimaterjal peab tagamaminimaalsed hõõrdekaod, olema kulumiskindel, piisavalt (väsimus)tugevja hea soojusjuht, erandjuhtudel veel ka kuuma- ja korrosioonikindel.Materjali, mis kõiki neid nõudeid ideaalselt rahuldaks, pole ja sõltuvaltkonkreetseist vajadustest asetatakse ühele-kahele eelmainitule pearõhk.Ka ei tohi unustada, et iga materjalitüübi kasutamine on seotudspetsiifiliste valmistamistehnoloogiliste nõuetega. Jagunevad metalseiksja mittemetalseiks, esimestest on tuntuimad:1. Tinababiidid (DIN 1703) ja tinavaesed (

89õhukese kihina terasliuale kantakse; saavutatakse eriti heasoojusjuhtivus, aga ka kallite materjalide kokkuhoid.Üha enam leiavad laagrimaterjalidena kasutamist mittemetallid.1. Tehisvaikudega immutatud ja pressitud tekstiil (tekstoliit) ja puit(lignostoon) on juba ammu tuntud ning eelkõige vesimäärimisekssobivad materjalid. Peapuudus - halb soojusjuhtivus.2. Polüamiidid (nailon, kapron jms.) võidakse õhukese (

90Joonis 24.Masina käivitushetkel (A) tapp ja laagri ava on otseses kokkupuutes (E) jategemist on kehadevahelise kuivhõõrdumisega. Tapipöörlemissageduse n kasvades kuivrežiim läheb esmalt ülepiirhõõrdumiseks, mil kontaktis on pindadele kinnituvadmäärdemolekulide piirkihid ja edasi segahõõrdumiseks, kui osaliseltlisandub piirhõõrdumisele vedelikuline. Nn. üleminekusageduseni n üjõudmisel tõstab tapi alla tekkinud õlikiil ta tugipinnast lahti ja tekibvedelikuline režiim, mil takistuse määrab õli sisehõõrdumine (so.viskoossus), vt. C. Pöörlemissageduse edasisel suurenemisel ligineb tapitsenter 0 1 veelgi lähemale ava tsentrile 0 2 kuni nad hüpoteetilisel juhul n= ∞ kokku langeksid (vt. D). Laagreid, kus tapi pöörlemisest piisabkandva vedelikulise kiilu tekkeks tapi alla, nimetataksehüdrodünaamilisteks laagriteks. See eeldab võllidelt (telgedelt) piisavaltsuuri pöörlemissagedusi. Valem üleminekusageduse n ü ligikaudsekshindamiseks näeb väljan ü ≈ 1,3 . 10 -7 p[p/min] ,dηkus d[m], p[Pa] ja η [Ns/m 2 ].Valem ei võta arvesse tapi pinnakonarate ja kujuhälvete kahjustavat mõjuõlikiilule, seepärast peab stabiilse hüdrodünaamilise režiimi tagamisekstapi tegelik pöörlemissagedus olema vähemalt 2,5 korda suurem kui n ü .Valemisse asetatav õli dünaamilise viskoossuse η väärtus peab endastmõistetavaltvastama laagripinna töötemperatuurile (enamasti +50...80o C).Tapile mõjuvat hürdo-(aero-)dünaamilist tõstejõudu F h , mis peabtasakaalustama radiaaljõu tapile, saab avaldadavbFh =Φ η ,ψ 2kus Φ - laagrikonstant, v – tapi joonkiirus, b - tapi pikkus, ψ – suhtelinelõtk.Aerodünaamilise (õhuga määritava) laagri korral peab õhu madalatviskoossust η korvama tapi suur joonkiirus v (siin on analoogia näit.

91lennuki õhkutõusuga, mil stardikiirus peab olemasoleva tiiva laiuse jaokssolema piisavalt suur). ψ = , kus s=d ava -d tapp (absoluutne laagrilõtk).d avaSuhteline laagrilõtk ψ valitakse laagrimaterjalist sõltuvalt vahemikus0,0005...0,002. Näit. kui d = 100 mm, on absoluutlõtk vaid 0,05…0,2mm.Hüdrodünaamiline (HD) laager vajab pidevat toidet, kuna "pumpab"laagri servadest pidevalt õli (vett) välja. Kandva vedelikkiilu püsimisekstuleb kadu süsteemis tsirkuleeriva õliga kompenseerida, juhtides läbikanalite õli maksimaalse lõtku tsooni, kuhu tekkib hõrendus. Vajalikvedelikmäärde tarve (so. õlipumba tootlikkus) on arvutatav.HD režiimil pidevalt töötav laager ei kulu. Et aga masinat tulebperioodiliselt ka seisma jätta ja uuesti käivitada, leiab üleminekufaasidesaset vaegmäärimisrežiim, mil isegi lühiajaline kuivhõõrdumine onvõimalik. Et sel ajal ei tekiks sööbeohtu, tuleb laagreid kontrollida veelFka erisurvele p = ≤ [p] (F – radiaaljõud tapile). Ka ei tasu paljudelb ⋅ djuhtudel end ära hüdrodünaamilise laagri kasutuselevõtt, kuigi n >> n ü .Kaasneb ju sellega vajadus õlipumba, torustiku, filtrite, õlimahuti jm.abiseadmete järele. Seetõttu leidub praktikas hulgaliselt laagreid, missõltumata võlli pöörlemissagedusest töötavad vaegmäärimisega. Kõikineid tuleb kontrollida lubatavale erisurvele, mille väärtus sõltub eelkõigekasutatavaist materjalidest ( [p] väärtused saab käsiraamatuist).2.9. Liugelaagrite määrimine ja tihendamineHäireteta töö eeldab, et laagri konstruktsioon tagab määrde sisenemise,selle piki tappi jaotamise ja väljatuleku vältimise (so. tihendamise).Sõltuvalt sellest, kas laager on ette nähtud töötamiseks hüdro-(aero-)dünaamiliselrežiimil või mitte, on võtted eelöeldu saavutamisekserinevad. Veel mängib rolli koormuse iseloom (suunalt püsiv võitsirkuleeriv) ning rakendamine (kas tapile või rummule).Hüdrodünaamilise laagri korral:!"õli tuleb laagrisse juhtida maksimaalse lõtku tsooni ja laiali jaotadapiki moodustajat asetuva kanali abil;!"laagripinna survestatud osas, kuhu moodustub õlikiil, ei tohi ollaavasid, sooni jms., mis kiilu nõrgestavad;!"õli väljatulekut laagri otstest tihenditega ei takistata.Vaegmäärimisega (piir- ja segahõõrderežiimil) tööks ettenähtud laagritepuhul võib määrde (nii vedela kui ka plastse) kanaleid kujundadavabamalt. Levinud on nn. määrdetaskute (joon. 25 b) kasutamine. Taskudmahutavad suurendatud koguse määrdeainet, millega paraneb jahutus,samuti saavad nad endasse koguda kulumisprodukte.

92acbdJoonis 25. Määrimiskanalitekujusid:a – plastse määrdegatöötav laagripuks;b – määrdetaskugavarustatud liuad;c – tasku profiil;d – õlikanali profiilJoonis 26. Hüdro-(aero-)staatilisetugilaagri skeemVedelikulist (või gaasilist) hõõrderežiimi onvõimalik saavutada ka hüdro-(aero-)staatiliselt(joon. 26), juhtides piisavalt suuresurve all vedelikku (õhku) tapi tugipinnaalla. Survest p 1 peab piisama tapi tugipinnaltlahtitõstmiseks. Kasutatakse suhteliseltharva, kuna laagerdus ise ja tema ekspluatatsioonon kallid.Liugelaagerduste tihendamisel kehtivad samadpõhimõtted, mis veerelaagerdustegi juures, kasutatakse samutihenditüüpe.3. SIDURID3.1. ÜldteatmeidSidurite põhiülesanne on kahe võlli (harvem võlli ja mõne muu detaili,näit. vintsitrummi) sidumine pöördemomendi ülekandmiseks. Lisakssellele täidavad sidurid enamasti lisafunktsioone nagu koostamishälvetekompenseerimine, löögilise koormuse pehmendamine jne. Siduritekonstruktsioone, mida tunneb maailmapraktika, on tuhandeid. Sidureidvalmistavad tüüpmõõtmete järgi spetsialiseeritud firmad ja reeglina onkonstruktori ülesanne neist sobivaim välja valida. Sidureid on otstarbekasliigitada 4 klassi:1.klass - püsisidurid. Ei võimalda võlle ilma demontaažioperatsioonidetalahutada. Jagunevad kolme rühma: jäigad, kompenseerivad ja elastsed.On praktikas arvukaim klass.2.klass - lülitatavad sidurid. Võimaldavad (sõltuvalt tüübist) võlleühendada omavahel või neil asuvate detailidega kas seisu ajal,sünkroonsel pöörlemisel või ka ühtlustamata kiirustel. Tööprintsiibiltjagunevad mehaanilisteks, hüdrodünaamilisteks jaelektromagneetilisteks.3.klass - automaatsidurid. Lülitavad võlle automaatselt sisse või välja

93sõltuvalt võlli pöörlemissageduse või pöördemomendi etteantudväärtusest.4.klass - sidurid, mis eelmainitud kolme klassi ei mahu (näit. liitsidurid,mis koosnevad eelloetletute kombinatsioonidest).Siduri valikul lähtutakse üldreeglina kahest kataloogis (käsiraamatus)antavast parameetrist - sidurile lubatavast maksimaalsestpöördemomendist T max ja maksimaalselt lubatavast pöörlemissagedusestn max . Tingimuseks on, et arvutuslik momentT a = kT nom ≤ T max ,kus k - režiimitegur, mis võtab arvesse eelkõige jõuallika suurendatudmomenti käivitusfaasis, liikumapandavaid masse ja koormusemuutlikkust. Näiteid režiimitegurist annab tab. 2.Režiimitegurid kMasina liikVentilaatoridLintkonveieridKett-, kraap- ja tigukonveieridTsentrifugaalpumbadPöörlemisliikumisega metallilõikepingidEdasi-tagasi-liikumisega metallilõikepingidKuulveskid, purustidKraanad, elevaatoridTabel 4k1,25…1,51,25…1,51,5…2,01,5…2,01,25…1,51,5…2,52,0…3,03,0…4,0Märkus. Konkreetse firma siduri valikul on soovitav kasutada selle firma kataloogisantavat režiimiteguri määramise metoodikat (näit. kummielemente omavail sidureilvõtta arvesse töötemperatuuri mõju kummi tugevusomadusile).3.2. PüsisiduridLihtsaima ehitusega on jäigad sidurid.Nende kasutamine eeldab liidetavate võllidesamateljelisust nii montaažil kui kaselle säilumist ekspluatatsioonil (vastaseljuhul tekivad suured lisakoormused võllideleja laagritele). Muhvsidur (joon. 27)Joonis 27. Muhvsidur on monteeritav vaid telgsuunas ja seegaharva kasutatav. Jäikadest siduritest levinuim on ääriksidur (joon. 28).Variant I korral töötavad poldid tõmbele, variant II puhul - lõikele.Viimasel juhul kujuneb siduri radiaalgabariit väiksemaks.

94Joonis 28. ÄäriksidurJoonis 29. Kompenseeritavadhälbed:∆l - aksiaal-,∆ - radiaal- jaδ - nurkhälve2 1 2Kompenseerivad sidurid on võimelised kompenseerimamontaaži (või ka tööprotsessi) käigus tekkivaidhälbeid (joon. 29). Neist aksiaalhälbe sagedaimpõhjustaja on võlli termiline paisumine-kokkutõmbumine,radiaal- ja nurkhälve võivad tekkidakoostamisel, aga ka näiteks ühe masina aluse suuremalvajumisel tööprotsessis. Universaalne kom-penseeriv sidur on võimeline kõiki hälbeidkompenseerima samaaegselt. Näiteks teebseda edukalt kumerate tünnikujuliste hammasteja suurendatud külglõtkudega nn. BöWex-sidur (joon. 30). Polüamiidne materjaltagab hammastevahelistel nihetel madalahõõrdeteguri, ei võimalda aga üle kandasuuri momente. Raskemasinaehituses kasutatavaanaloogilise siduri hambad on pindkarastusegaterasest ja sidur on seest täidetudõliga.Osa kompenseerivaist sidureist on nähtud ettekompenseerima vaid üht hälvet. Neist ükstuntumaid on Oldhami nn. vaheristikuga sidur(joon. 31), mis kompenseerib üsna suuri(∆ ≤ 0,04d) radiaalhälbeid. Põhiline rakendusala- lintkonveierite veotrumlite käitusvõllisidestamiseks reduktori väljundvõlliga(n ≤ 200 p/min).Joonis 30. Bö Wex-hammassidur:1 – polüamiidist sisehammastatud muhv,2 – terasest või polüamiidist kumeratevälishammastega rummJoonis 31. Lahtimonteeritud Oldhami sidurSuure (kuni 45°) ja seejuures muutudavõiva nurkhälbe kompenseerimisekskasutatakse šarniirsidurit.Vanim šarniiridest kannab kardaanliigendi(ka universaalliigendi)nime (joon. 32 a). Kahjuksühe liigendi kasutamisel ei ole

95abJoonis 32. a – kardaanliigend,b – järjestikku kardaanvõlliabil ühendatud sidur;1 – hark, 2 – võll,3 - ristmikvedava ja veetava võlli pöörlemine sünkroonne, kui δ ≠ 0; kui vedavavõlli pöörlemissagedus n 1 = const., pulseerub veetava võlli sagedus n 2vahemikus n 2min = n 1 cosδ ja n 2max =n 1 /cosδ (võlli ühe täispöörde vältelleiab aset 2 miinimumi ja 2 maksimumi). Et pulsatsioonretransformeeruks uuesti ühtlaseks pöörlemiseks, tuleb kaks täpseltsamasse asendisse orienteeritud liigendit panna tööle järjestikku (joon. 32b). Täiendavaiks tingimusiks on veel nõue, et nurk δ mõlema liigendijuures peab muutuma võrdse suuruse võrra ning kõik kolm võlli peavadasetsema ühes tasapinnas. Levinuim koht, kus eelkirjeldatud skeem onrealiseeritav, on tagarattaveoga autodel käigukasti ja tagasilla reduktorivaheline osa. Seoses sellega, et tagasilla üles-alla vetrudes peab muutumavahevõlli (nn. kardaanvõlli) pikkus, tuleb viimane kujundadateleskoopsena (vt. joon. 33).Joonis 33. Auto kardaanvõll:1 - kinnitusäärik, 2 - liigendi ristmik, 3 - nõellaager,4 - võlli külge keevitatud teleskoop-vahetükkEnamasti kasutatakse kardaanliigendis nõellaagreid, harvemliugelaagreid.Teatud juhtudel (näit. esirattaveogaautodel) ei ole kardaanliigendrakendatav. Autode korral on sellepeapõhjuseks vajadus rattaid pöörata(so. viia võllid eri tasapinda).Taolisel vajadusel leiab kasutamistnn. homokineetiline šarniirsidur(joon. 34), mis samaaegselt kompenseeribnii nurgamuutust kui kavõlli telgnihutust (vajalik esirattaJoonis 34. Sõiduauto homokineetilinešarniirsidur

96vetrumise kompenseerimiseks). Siduris olevad teraskuulid pöörduvadnurga δ muutudes samaaegselt koos sfäärilise separaatoriga, seejuuressooned, kus kuulid asetsevad, kulgevad kruvijoontpidi. Kuulideliikumistrajektoor δ ≠ 0 korral on elliptiline.Elastsed sidurid on ühed levinuimad püsisidurid, mida kasutatakseeelkõige jõumasina sidestamiseks töömasinaga. Tänu elastsetelevaheelementidele (kummi, vedruteras) pehmendavad nad järskekoormusmuutusi ja summutavad tekkida võivaid väändevõnkumisi.Tänu elastsete vaheelementide deformeerumisvõimele on võimalik kompenseeridaka montaažihälbeid. Sõltuvalt siduri konstruktsioonist jagabariitidest on lubatavad hälbed piires: [∆] = 0...16 mm, [δ ] = 10’...8°ja [∆l] = 2...12 mm. Näiteid levinud elastseist sidureist on joonisel 35.a b c dJoonis 35. Kummist vaheelementidega sidurid:a - profileeritud kummipuksidega sidur (firma Renk),b - koonilise vaheelemendiga sidur (firma Kauerman),c - toroidse(te) elemendi(te)ga Periflex-sidur (firma Stromag),d - kuusnurkse kummivõruga Ortiflex-sidur (firma Ortlingshaus)Esitatud konstruktsioonidest talub kõige väiksemaid montaažihälbeidjoon. 35 a kujutatud sõrm-pukssidur, eriti suuri (kuni 8 o ) nurkhälbeidOrtiflex-sidur ja suuri (kuni 16mm) radiaalhälbeid võimaldab toroidsetelookadega Periflex-sidur. Võnkesummutina on head sõrm-pukssidur jaOrtiflex-sidur; kesine on see võime Periflex-siduril ja praktiliselt puudubfirma Kauermann (joon. 35 b) siduril.3.3. Lülitatavad siduridJagunevad võllide sünkroonsel- ja asünkroonsel pöörlemisellülitatavaiks. Esimeste hulka kuuluvad nukk- ja hammassidurid, teistepõhiesindajad on hõõrdsidurid. Viimased jagunevad hõõrdepindade kujujärgi ketas-, koonus-, klots- ja lintsidureiks (neist peamist kasutamistleiavad 2 esimest). Sidurite töö juhtimissüsteemi järgi on jaotusmehaanilise-, hüdraulilise-, pneumaatilise- ja elektromagneetiliselülitusega sidureiks. Veel sõltub hõõdsiduri konstruktsioon sellest, kas taenamus ajast on sisse- või väljalülitatud olekus.

971 5 3 4 6 2bac9 7 11 8 10Joonis 36. a - lülitatav nukksidur; b - lülitatav hammassidur väljalülitatud olekus;c - sünkroonisaatoriga hammassidur(id)Pindkarastusega terasnukkidega (36 a) või -hammastega (36 b) sidureidvõib löögi vältimiseks sisse lülitada võllide paigalseisul; võllidepöörlemisel on vaja nende pöörlemissagedust enne lülitamistsünkroniseerida (näit. autode käigukastides). Sünkronisaator (36 c) omabsisehammastega lülitusmuhvi 3 ja piki hammasvõlli nihutatavatsüdamikku 4, mille külge kinnituvad koonilise sisepinnagafriktsioonmaterjalidega kaetud võrud 7 ja 8. Pildil on sünkronisaatorneutraalasendis, so. veetavad hammasrattad 1 ja 2 (samuti nendegaühendatud siduri hammasvööd 5 ja 6) on mõlemad väljalülitatud seisus.Emba-kumba hammasratta ühendamiseks keskmise võlliga tuleb läbisoonde toetuva lülitusrõngaga liigutada teda kas vasakule või paremale.Auto puhul on lülituse ajaks vedav võll hõõrdsiduri kaudu mootoriväljundvõllist eraldatud. Enne siduri hammaste kontaktiminekut satuvadkontakti koonilised hõõrdpinnad, tänu millele nurkkiirused ühtlustuvad.Et siirdeprotsess vajab teatavat aega, ei tohi muhvi 3 nihutamisegakiirustada. Liikumisteekonna jagab etappideks vedrude abil muhvipesadesse surutud kuul(id) 11: kuuli(de) detailis 4 olevatesse avadessesurumine toimub teisel etapil pärast pöörlemissagedustesünkroniseerimist ja alles siis saavad kontakti minna siduri hambad.Seejärel võtab juht jala siduripedaalilt ning sõltuvalt valitud käigust saabliikumise kas ratas 1 või 2.F QJoonis 37. Kooniline hõõrdsidurElementaarne kooniline hõõrdsidur onkujutatud joon. 37. Momendi T ülekandmiseksvajatakse üsna suurt lülitusjõudu F Q .Taolise lihtsa elementaarsiduri kasutamineeeldab suhteliselt väikest ülekantavatkoormust (vastasel juhul vajatakse ülemäärasuurt D K -d) ja lühiajalist kontaktisolekut(kogu lülitusjõud rakendub töö ajal kalülitusrõngale, mis kulub). Sagedamini leiabkasutamist ketassidur, eriti mitmekettaline

98Joonis 38. Laineliste lamellidega lülitatavhõõrdsidur (lahtisidurdatud olekus)surverõngale10) avavad vedrusid5 kokku surudes siduri. Jala pedaalilt ära võttes suruvad vedrudsurverõnga uuesti kontakti. Hooratta küljes olev äärik 6 tagab vedrude jahoobade kinnitamise ning siduri tööpindade kaitse mustuse eest.3.4. Automaatsidurid←·→e. lamellsidur, millega mõõdukaradiaalgabariidi juures tänu suurelehõõrdepindade arvule i saab ülekanda suuri koormusi. Vajalik lülitusjõudF Q väheneb i korda.Joon. 38 esitab tüüpilist õhukesteteraslamellidega sidurit, millei = 11. Vaheldumisi on kontaktislamellid a ja c, neist a hambubveetavale võllile kinnituva puksivälishammastega ja c – vedavalevõllile kinnituva korpuse dsisehammastega. Lamellid ontehtud lainelised, mis teeb nadkokkusurumisel vetruvaks ja lülitusrõngaliikumisel paremale (so. pildil näidatud seisu) tagab sidur kiirelahutamise. Jahutuse eesmärgil on sidur täidetud õliga.abJoonis 39. Autosiduri skeem:a - pedaali vabaltolekus,b - pedaali allasurutud olekusAutodes on levinud ühekettalise(i = 2) kuivsiduri(joon. 39) kasutamine. Siduron normaalseisus suletud(39 a), seda tagavadvedrud 5, surudes ketta 9hooratta 8 ja surverõnga10 vahele. Seejuurespöörlevad sünkroonseltvedav hooratas 8 ja veetavvõll 3. Vajutades jalagapedaalile 7 (39 b),mõjub see läbi rõnga 2 jasurvelaagri hoobadele 1ning viimased (mõjudesläbi sõrmedeSidureist, mis automaatselt end sisse või välja lülitavad, leiavad sagedastkasutamist tsentrifugaal-, vabakäigu- ja kaitsesidurid.Tsentrifugaalsidurite ülesanne on võlle sidestada pärast vedava

99võlli teatava pöörlemissageduse (enamasti n > 700 p/min) saavutamistsuuri masse (inertsmomenti) omavate masinate käivitamisel.Näitena esitatud sidur (joon. 40) on ühenduses vedava rihmarattaga.Vedava võlli pöörlemissageduse kasvuga suureneb klotsidele c rakenduvtsentrifugaaljõud, mis ületades vedrude d tõmbejõu, surub friktsioonkattekontakti kiilrihmaratta sisepinnaga. Kui tekkiv hõõrdejõu moment saabvõrdseks ratta takistusmomendiga, lülitub sidur sisse.Joonis 40. Firma Flender klotsidega tsentrifugaalsidura - vedava võlliga ühendatud siserootor, b - telg,c - klots, d - tagasitõmbevedru, e - friktsioonkate,f - kiilrihma ratasVabakäigusidureist on tuntuim rullsidur(joon. 41), jalgrattail tuntud vabajooksuna.Koosneb ühendatavaile võllidele istatudvälimisest (1) ja sisemisest (2) poolest ningnendevahelistest rullidest (3), misvalmistatud laagriterasest. Vedav võll onühendatud sisemise poolega 2 ja rullidkiilduvad südamiku ja pöia vahele ningtoimub viimase kaasavedamine. Kui veetavaJoonis 41. Vabakäigu-rullsidurvõlli pöörlemissagedus ületab vedava oma(näit. automootori käivitumisel siduri kasutamisel starteril), tekib rullideja välispöia vahele lõtk ning sidur lülitub automaatselt välja.Tõstevintside juures kasutatakse samasugust konstruktsioonirulltõkestina (välimine osa on ühendatud trossi kandva trummiga javeovõlli seiskumisel väldib rullide kiildumine koormuse allalangemise).Kaitsesidureilt nõutakse, et nad ülekoormusel võllid lahutaksid,ülekoormuse lakkamisel aga automaatselt uuesti momendi ülekandetagaksid. Levinumad on kuul- ja hõõrdkaitsesidurid. Neist esimeselasetuvad kuulid ühe siduripoole lauppinnale kujundatud V-kujulistenukkide vahele. Ülekoormusel surutakse kuulid avadesse ja toimubsiduripoolte läbijooks. Vajalik piirmoment seadistatakse ümarmutrireguleerimisega (so. vedrudele antava eelpingega).

100Joonis 42. Kuul-kaitsesidurJoonis 43. Kahekettaline (a) hõõrd-kaitsesidurHõõrd-kaitsesiduri tööpõhimõte selgub joon. 43. Antud juhul võibrihmaratas kuuluda nii vedavale kui ka veetavale võllile; piirmomendireguleerimine toimub samuti vedrudele antava eelpingega.

1015. VEDRUD JA MÄÄRIMISSEADMED1. VEDRUDElastseteks elementideks masinais ja aparaatides on mitmesugusedvedrud ja puhvrid. Nende võimalikeks ülesandeiks on:- jõuelemendina tagada püsiv detailidevaheline jõud (näit. hõõrdsiduris,ventiilis, nukkmehhanismis);- amortisaatorina võtta vastu löök, seda summutades (näit.vagunipuhvris, auto esi- ja tagasillas);- käivitada mehhanismi (näit. kellavedru, käsirelva lukuvedru).Vedru materjaliks on enamasti karastatud vedruteras (DIN 17221 järgiteras margiga 46Si7, 65Si7, 60SiMn5, 50CrV4 jt.), aparaatides kaettekalestatud nn. klaveritraat ning puhvreis kummi. Eritingimusis (kõrgetemperatuur, töö vees jms.) kasutatakse veel ka eriteraseid, vasesulameidja plastikuid.1.1. Vedrude konstruktsioonUniversaalsed ja levinud on tõmbele või survele töötavad keerdvedrud(joon. 1 a ja b), ent neid on võimalik tööle panna ka väändele (joon. 1 c).Keerdvedrusid moodustav traat kulgeb mööda kruvijoont.a b cJoonis 1. Silindrilised keerdvedrud:a – tõmbevedru, b – survevedru, c – väändevedruKeerdvedrud keeratakse valmistamisel ümber torni külmalt, kuivedrutraadi läbimõõt d < 12 mm, jämedamad – kuumalt. Keeramineeeldab vedru indeksit c = D m /d > 4 (D m – vedru keskläbimõõt); midaväiksem indeks, seda raskem on vedru valmistamine.Eesmärgiga saada suuremat kokkusurutavust jamuutlikku jäikust võidaks kasutada muutuva ristlõikegalindist valmistatud koonilist keerdvedru (joon. 2).Taolise vedru kasutamine võnkesummutina väldibresonantsvõnkumisi. Levinud kandevedrudeks oneripikkusega plaatidest kokku pandud lehtvedrud, mistöötavad paindele. Joon. 3 kujutab üht transportmasinais(autod, vagunid, järelvankrid) juures kasutatavatJoonis 2.

102Joonis 3. Kande-lehtvedrukoormamata (a) jakoormatud (b) olekusvarianti. Suhteliselt harva (näit. auto esisillas) kasutatakse varrasvedruside. torsioone (joon. 4), kus materjal töötab väändele.Joonis 4. Varrasvedru erinevate kinnitusvariantidega otstesSuuri jõude vastuvõtvaiks survevedrudeks on taldrikvedrud, miskoostatakse koonilistest taldrikut meenutavaist elementidest (joon. 5).aJoonis 5. a – taldrik-vedru element,b – harilik vedru kujundus,c – pakettidest vedru,d – vaheseibidega kujundusb c dJoonis 6. TaldrikvedrulõikestantsisKoostatud paketid on kasutusel kui puhvervedrud(toimivad löögienergia hävitajana) või võnkesummutid(kustutavad tänu elementidevaheliselehõõrdumisele võnkeenergiat). Levinud ontaldrikvedrud näit. stantside puhverelementidena(joon. 6).Veelgi suurema jäikuse ja energiasumbuvusetagavad rõngasvedrud (joon. 7). Nende elementidekson koonilise sise- ja välispinnaga terasrõngad.Esimeste materjal töötab tõmbele, teistel – survele.Kinnikiilumise vältimiseks peab koonuse nurk β

103abJoonis 7. a – rõngasvedru elemendid,b – rõngasvedruvagunipuhvrisolema piisavalt suur. Puhvri kiiremaliikuvuse huvides võidaks vedruplokilahtisurumiseks kasutada täiendavatkeerdvedru (joon. 7 b).Temperatuurivahemikus –30o C kuni+80 o C võib survevedrudena kasutadaerineva kujuga kummipuhvreid.Vastupidavamad on sünteeskautšukialusel valmistatud kummimargid.Enamasti on kummi metallelementidegakokku vulkaniseeritud (joon. 8).acJoonis 8. Näiteid kummielementide kujundusesta – kummi töötab survele, b – kummi töötab nihkele,c – kummielementide kasutamine “müravabade” trammirataste juuresSeda tuleb teha nii, et kummile jääks deformeerimiseks vaba ruum, kunakokkusurumisel kummi maht ei muutu. Puhvri kujundusest sõltuvalt võibkummi olla koormatud kas normaal- või nihkepingeile (näit. joon. 8 b).1.2. Vedrude karakteristikudbTähtsaimaks karakteristikuks on vedru tunnusjoon – seos mõjuva jõu jadeformatsiooni vahel. Suhet F/f = z nimetatakse vedru jäikuseks.Võimalikud on kolme tüüpi tunnusjoont (joon. 9). Lineaarse tunnusjooneannab konstantne jäikus, progressiivse suurenev ja degressiivse – alanevjäikus. Võnkesumbuvuse seisukohalt on parimad progressiivsetunnusjoonega vedrud. See, milliseks kujuneb vedru tunnusjoon, sõltubnii vedru materjali elastsusmoodulist E kui ka vedru konstruktsioonist.Eriti häid võimalusi sobiva tunnusjoone kujundamiseks pakuvadtaldrikvedrud. Kui taldrikute ühekaupa kokkupanekuga saadud vedru

104annab väikeste deformatsioonide korral enamvähem lineaarse, suurtel agadegressiivse tunnusjoone, siis erineva taldrikute arvuga pakette kasutadesvõib saada ka progressiivse tunnusjoone (joon. 10).abcJoonis 9. Vedrude tunnusjooned:a – progressiivne, b – lineaarne, c – degressiivneJoonis 10. Ühest, kahest ja kolmesttaldrikupaarist pakettvedrutunnusjoon; F 1 – esimest,F 2 – teist ja F 3 – kolmandatpaari deformeeriv jõudVäändevedrude jäikuse z 0 määrabmomendi T ja väändenurga ϕ suhe:z 0 = T/ϕ . Kasutades joonisel 4toodud tähistust, saame varrasvedruväändenurga radiaanides:T ⋅lϕ = ,I0⋅ Gkus G – materjali nihkemoodul jaI 0 – vedru ristlõike polaarinerts-moment (I 0 ≈ 0,1d 4 ).Teine vedrusid (eriti amortisaatoreid) iseloomustav karakteristik ondeformatsiooni kaduenergia. Terasest keerdvedrudel on kaduenergiaüsna väike, kummipuhvreil märksa suurem. Kaduenergiat saabmärgatavalt suurendada hõõrdetöö arvel (eriti pakettidest taldrik- jarõngasvedrudes, samuti lehtvedru-pakettides). Suur energianeelduvustagab samuti võnkesumbuvuse, mis on kolmas oluline vedrude omadus.Võnkesumbuvust mõõdetakse amortiseerimisteguriga X (%); X ≥ 95%korral loetakse süsteem täielikult amortiseerituks. Teguri X määramisemetoodika tuuakse erikirjanduses, amortisaatorite tootmiselespetsialiseerunud firmad annavad selle väärtuse seadme passis.

105Eeltoodud karakteristikud on aluseks sobiva vedru (puhvrid,amortisaatorid) valikul, sest nüüdisajal on piisavalt laia nomenklatuurigavedrude tootmisele spetsialiseerunud firmasid.2. MÄÄRDEAINED JA MÄÄRIMISSEADMEDMäärimise põhiotstarve on hõõrdetakistuse ja kulumise vähendaminehõõrdesõlmedes ja seega nende tööressursi ja kasuteguri suurendamine.Põhjalikult käsitleb neid probleeme “Triboloogia” kursus.2.1. Määrdeainete liigidKasutamist leiavadmäärdeained vedelal,plastsel, tahkel jagaasilisel kujul, suurimaleviku omavadvedelad õlid. Liigisobivuse määravadeelkõige 2 parameetrit– erisurve p jalibisemiskiirus v (vt.joon. 11). Vedelikudsaavad lisaks põhiülesandeletäita kõr-Joonis 11. Määrdeainete rakendussobivusvalfunktsioone (hõõrdesõlmedejahutamine ja tihendamine, detailide korrosioonikaitse).Levinumad on nafta – e. mineraalõlid, üha enam ka sünteesõlid ja nendesegud, üksikjuhtudel ka vesi, taimeõli, sulametall jm. vedelik. Tähtsaimõlisid iseloomustav näitaja on nende sisehõõrdetakistus e. viskoossusning selle püsivus. Dünaamilise viskoossuse η ühikuks SI süsteemis onPa . s, praktikas kasutatakse sagedamini sentipuaase cP:1cP = 10 -3 Pa . s .Kinemaatilise viskoossuse ν saab dünaamilise viskoossuse jagamiselvedeliku tihedusega; SI süsteemi ühikud seega m 2 /s, praktikas on levinudsentistooksid cSt:1cSt = 1 mm 2 /s .Viskoossus alaneb temperatuuri ja suureneb rõhu suurenedes. Õliviskoossuse püsivust hindab viskoosusindeks VI; mida vähem sõltubviskoossus temperatuurist, seda kvaliteetsem on õli ja suurem selle VI.Kaasaja õlide VI asub 50 ja 250 vahel.Otstarbe järgi liigitatakse õlisid tööstus-, mootori-, transmissiooni-,turbiini-, kompressori- ja aparaadiõlideks. Neis enamikes on

106põhikomponendiks e. baasõliks naftaõli, kuhu on juurde segatud temaomadusi parandavaid vedelaid või pulbrilisi manuseid. Viimastepõhiliigid on: VI-d parandav, sööbekindlust tõstev, hõõrdetegurit alandav,metalli korrosiooni vastane, õli hapendumist pidurdav, setteprodukteeemaldav (pesev) ja vahutamisvastane manus.Segades õlisid tihkestiga, saadakse plastne määre. Leiab järjest suurematkasutust, eriti veerelaagreis. Tihkestiks sobivad seebid ja geelid, harvemkasutatakse bentoniiti (rammus saviliik) ja ränimulda. Viimased tõstavadmäärde temperatuuritaluvust. Veel võidakse lisada kuni 10% manuseid(enamasti pulbreina).Tahked määrded, mis asendamatud madalail (alla –100 o C) ja kõrgeil (üle+300 o C) temperatuuridel, on sisuliselt peenpulbrid. Saab kanda pinnalemehaaniliselt (trummeldamisega, poleerimisseibiga, plasmajoa abilpindatampimisega), ent mugavam on neid kasutada liugelakkides japastades. Levinuimad on grafiit-, molübdeendisulfiid- ja polümeerpulber(eriti PTFE e. tefloon). Liugelakk sisaldab lisaks pulbrile vaiku ja sellelahustit. Detailile pealekandmisviisid samad, mis dekoratiivlakkidegipuhul (pintsliga, pihustiga jms.). Lakikihi sobiv paksus – 5…12 µm.Pastad saadakse pulbri segamisel õliga (ca 50% mahust). Kantaksepinnale pintsli, lapi või aerosoolpihustiga.Gaase (õhku) kasutatakse eriti suure pöörlemissagedusegaaerodünaamilistes ja aerostaatilistes laagrites.2.2. MäärimisseadmedMäärimisseadmete hulka kuuluvad määrde hõõrdesõlme toimetamiseks janende olemasolu kontrolliks vajalikud vahendid. Jagunevad individuaal –e. üht sõlme varustavaiks ning tsentraal – e. mitut sõlme teenindavaiksseadmeiks. Omakorda need kõik on kas perioodiliselt või pidevaltrakenduvad.a b cJoonis 12. Perioodilise määrimise seadmed:a – õlitoos, b – määrdenippel,c - määrdetoosÕlikannust perioodiliselt ühtpunkti varustav kuulsulgurigaõlitoos on esitatud joon. 12 a;määrdeniplit, mille kaudu surveall hõõrdesõlmele perioodiliseltplastset määret lisatakse, kujutabjoon. 12 b. Sama otstarvet täidabmäärdetoos, mille kaanes olevatmääret perioodilise koomalekeeramisegahõõrdesõlme surutakse (joon. 12 c).Ühe punkti pidevõlitust tagabtahtõliti (joon. 13 a), tahi imedes anumast õli ja teise otsaga sedahõõrdesõlme tilgutades. Pidevaks plastse määrde pealeandmiseks saab

107kasutada nn. automaatmäärdetoosi (joon. 13 b), kus vedru surve tagabmäärde pideva juurdevoolu.ababJoonis 15. a – õlijagaja,b – hammasrataspumba skeemJoonis 13. Pidevmäärimisseadmed:a – tahtõliti,b - automaatmäärdetoosJahutiPumpFilterJoonis 14. Ringlusõlituse skeem(SKF)KriipsudaJoonis 16. Õlinivoo kontrollseadmed:a – õlivarras, b - klaasnäidikTäiuslikeim pidevmäärimine saavutatakseringlusõlitust kasutades. Joon. 14 on näidatudüht hõõrdesõlme varustav skeem.Vajadusel varustada mitut sõlme vajatakselisaks õlijagajat (joon. 15 a). Pumpadestleiab sagedast kasutamist hammasrataspump(joon. 15 b).Õlinivoo kontrollseadmeist on joon. 16näidatud õlivardaga ja ühendatud anumatepõhimõttel töötav orgaanilisest klaasistnäidik.b

1086. KORPUSDETAILIDKorpus- e. keredetaile saab vaid tinglikult nimetada üldotstarbelisteks,olgugi et igal masinal neid tingimata esineb. Masina otstarbest sõltuvalton nende konstruktsioon aga märksa varieeruvam kui ülejäänudtüüpilistel masinaelementide kursuses käsitletavail detailidel. Eeltoodudpõhjusel kõikides masinaelementide õpikutes korpusdetaile ei käsitleta.Et aga masinate üldmassist just korpusdetailid moodustavad lõviosa (kuni85%) ja seega hinna suhtes olulised, on nende kujundamise üldaluseidkasulik tunda.1.1. Korpusdetailide liigitusD.Reśetov soovitab järgmist liigitust:a) Otstarbe järgi:1. sängid, raamid, kandvad kered;2. alused, vundamendiplaadid;3. sõlmede korpusdetailid (kastid, sambad, postid, lauad, supordid,liugurid, katted ja kaaned).b) Kuju järgi:1. detailid, mille üks gabariitmõõde on kahest ülejäänust tunduvaltsuurem (sängid, traaversid, liugurid);2. detailid, mille üks gabariit on kahest ülejäänust tunduvaltväiksem (lauad, vundamendiplaadid);3. detailid, mille kõik kolm gabariiti on samas suurusjärgus (näit.kastid).c) Poolituspinna olemasolu järgi:1. terviklikud;2. poolitatud.d) Töötingimuste järgi:1. liikumatud;2. liikuvad.e) Valmistamisviisi järgi:1. valatud;2. keevitatud;3. muud (kombineeritud).

1091.2. Korpusdetailide töövõimelisuskriteeriumidLiikumatutel detailidel on enamasti määravaks nende tugevus ja jäikus,liikuvail lisandub veel ka kulumiskindlus. Harvem on määravvibrokindlus, mis otseselt seostub ka detaili jäikusega. Enamike valatudkastide, kaante, raamide jpt. seinapaksust ei määra aga mitte mõnieelmainitud kriteeriumeist, vaid valutehnilised nõuded (so. vormitäitumist tagava seina paksuse nõue).Jäikus on väga oluline näit. tööpingi sängidel (tagamaks töödeldavatedetailide täpsust), reduktori korpustel (tagamaks hammasrataste normaalsethambumist) ja laagripukkidel (tagamaks toetatava võlli õiget asendit).Olenevalt sellest, mida kannavad postid, kronsteinid ja töölauad, võib kaneil olulisemaks osutuda jäikusnõue. Nii jäikust kui ka tugevust aitabtõsta korpusdetailide ribitamine ja vaheseintega varustamine. Paindele javäändele töötavail elementidel on oluline ka nende ristlõike kuju, mistõmbe ja surve korral teatavasti rolli ei mängi. Tabelis 1 on võrreldudnelja sama ristlõike pindala omava profiili suhtelisi painde- javäändetugevusi ning jäikusi.Tabelist nähtub, et kui suhtelise paindetugevuse ja –jäikuse seisukohalton ületamatu topelt-T profiil, siis silmas pidades kõiki näitajaid on parimõõnes ristkülikuline profiil. Viimane ongi väga levinud näiteks veokitekandeelementides, kus ka väändejäikus rolli mängib.Korpusdetailide materjaliks on põhiliselt malm, teras ja kergsulamid.Neist vibratsioone summutab kõige paremini hallmalm. Juhikutegakorpusdetailide juures võidaks kulumiskindluse huvides kasutadavalgendatud malmist pindu.Individuaaltootmisel ja katseeksemplaride puhul on korpused reeglinateraselementidest, mis ühendatud keevitusega. Keeviskorpusi on kavõimalik parandada ning lisaelemente juurde keevitades tugevdada, mismalmi puhul on võimatu.Lihtsamatel juhtudel, kui korpusdetail kujutab endast staatikaga määratud süsteemi, saabnende tugevust ja jäikust kontrollida tugevusõpetusest tuntud valemitega. Väga sageli ontegemist aga staatikaga määramatute juhtudega (näit. avadega karbid, enamik raame jne.) jaappi tuleb võtta lõplike elementide meetod, mida realiseeritakse arvutiga. Viimase, kaasajalüha levinuma meetodiga tegeldakse erikursustes.

110Tabel 1Võrdsete ristlõigete võrdlusSuhteline tugevus Suhteline jäikusRistlõige paindel väändel paindel väändelh1,01,01,01,00,3hh1,2431,158,80,1hh0,1h1,438,51,631,4h0,75hh0,1h1,84,51,81,91.3. Korpusdetailide tehnoloogiaKorpusi ja selle osi võib toota erinevate tehnoloogiatega (valamine,sepistamine, keevitamine, jootmine, liimimine, stantsimine). Millistkonkreetsel juhul kasutada, sõltub eelkõige toodetava partii suurusest javalmistaja firma tehnoloogilisest sisseseadest. Individuaaltootmisel onotstarbekas kasutada keevitustehnoloogiat, keevitades mitmesugustevaltsprofiilide (karpraud, nurkraud, T-profiil, torud, lehtmaterjal jms.)baasil neist kokku vajaliku kujuga korpuse. Kasutatakse põhiliselt käsielekterkeevitust,pikkade sirgete keevisõmbluste korral kaautomaatkeevitust.Piisavalt suurte partiide korral võidaks üle minna valutehnoloogiale, sestvalumudelite valmistamine väga väikese toodete partii korral ei olemajanduslikult otstarbekas. Saritootmisele on iseloomulik muldvormidekasutamine, masstootmisel aga juba ka püsivormidele (kokillidele)

111üleminek. Teatav eriolukord valitseb autotööstuses, kus korpusi(autokarosseriisid) valmistatakse õhukesest lehtmetallist. Nimelt eelnevaltpressimise ja stantsimisega saadud korpusdetailid liidetakse sel puhulkontaktkeevitusega, kasutades selleks keevitusroboteid.Allpool on esitatud näiteid korpusdetailide kujundamisest. Joon. 1demonstreerib nukkmehhanismi nookuri kujundusvariante. Neist 1 asobib katsepartii- ja individuaaltootmise korral, variandid 1 c ja dseeriaviisilisel tootmisel ning 1 b, e ja f – masstootmiseks.FFabc2FdefJoonis 1. Nookuri kujundusvariandid:a – massiivsest terasplokist,b – malmist valatud,c – teraselementidestkeevitatud,d – teraselementidestkokkujoodetud,e – terasplekist stantsitud,f - terasest vormsepistatudJoonisel 2 on võrreldud kaht keevitatud aluse varianti. Neist variant akoosneb küll vaid tükeldatud terasprofiilidest, kuid puuduseks on suurkeevitustööde maht ja ülaosas veel ka ohtlik õmbluste kuhjumine.Viimane põhjustab õmblustes ohtlikke jääkpingeid ning kujumuutusi (nn.konstruktsiooni kõmmeldumist). Variant b on neist puudustest vaba, kuideeldab aluse põhiosa lehtmaterjalist ettepressimist.abJoonis 2. Keevisaluse kujundusvariandid:a – palju detaile, pikad (sageli kuhjuvad) õmblused;b – minimiseeritud detailide arv, lühikesed õmblusedKeeviskonstruktsioonide kujundamisel on oluline jälgida kakeevituselektroodi vaba juurdepääse võimalust. Joon. 3 demonstreeribvaltsprofiilidest kokkukeevitatud korpuselemendi ebaõiget (a) jaratsionaalset (b) kujundamist.

112abJoonis 3. Keevituselektroodi juurdepääsu seisukohalt halvad (a)ja normaalsed (b) kujundusvariandidValudetailide puhul püütakse jälgida järgnevaid momente:1. Detail püütakse konstrueerida nii, et ta oleks hästi vormistav javälditud oleks valukärnide kasutamine. Kärni vajadusekindlakstegemisel kasutatakse nn. varjumeetodit (joon. 4 a). Antudjuhul detaili alt valgustades jääb mustana kujutatud osa varju, mistingib valukärni vajaduse (mudeli vormist väljatõmbamisel vastaseljuhul vorm saab lõhutud). Variant 4 b korral kärni pole vaja.abJoonis 4. a – mudeli vormimisel kärn on vajalik; b – kärni vajadus puudub2. Kujundada detail nii, et ei vajataks vormi poolitamist. Näide joon. 5.abJoonis 5. a – valandi saamine eeldabkaht vormipoolt;b – mudeli vormimisvõimalusühte vormipoolde3. Tuleb püüda minimiseerida jahtumisel valandi kokkutõmbumisestpõhjustatud pingeid ja pragusid. Näide joon. 6 suuremõõdulisestkaanest, mille ribid on soovitav teha kaarekujulised.abJoonis 6. a – radiaalribidega malmkaas, kokkutõmbudes (so. valandijahtudes) ribide pragunemisoht;b – kumerad ribid, mis vähendavad jääkpingeid

1137. TORUSTIKUARMATUURKaasajal leiavad torustikud kasutamist praktiliselt kõigis tehnikaharudes.Neis liigub sagedamini vedelik või gaas, harvem tahked osised koos neidkandva gaasilise- (pneumotransport) või vedela (hüdrotransport)keskkonnaga. Torustike materjal võib olla metalne (eelkõige teras,harvem malm, samuti vase- ja alumiiniumisulamid), aga ka plastik võikeraamika. Torustike juurde kuulub rida täiendavaid elemente, mismoodustavad nn. torustikuarmatuuri. Seda liigitatakse kasutusala järgilülitus-, reguleerimis-, kontroll- ja mõõte- ning kaitsearmatuuriks.Lülitusarmatuur on määratud anuma, torustiku või selle osa sisse- võiväljalülitamiseks.Reguleerimisarmatuuri abil reguleeritakse keskkonna rõhku, jatemperatuuri, aga ka liikumiskiirust ja –suunda.Kontroll- ja mõõtearmatuur on ette nähtud rõhu- ja temperatuurimõõtmiseks, vedeliku taseme määramiseks või kontrolliks jne. Neistseadmeist enamik kuulub aparaadiehituse kursusesse ja siinkohal eivaadelda.Kaitsearmatuuri ülesanne on vältida ülemäära kõrget rõhku ning kaitstaanumat või torustikku mittesobivate ainete sissetungi eest.Armatuur on reeglina standardne ja ta valitakse keskkonna rõhku,temperatuuri, torustiku läbimõõtu ning materjali arvesse võttes.1.1. LülitusarmatuurLülitusarmatuuri hulka kuuluvad ventiilid, siibrid ja kraanid.a5 5b3636212144Joonis 1. Ventiilid: a – otsevooluventiil, b – nurkventiil;1 – kere; 2 – kaas; 3 – spindel; 4 – sulgur; 5 – käsiratas; 6 - sild

114Läbiva keskkonna liikumissuuna järgi eristatakse otsevoolu- janurkventiile (joon. 1). Nurkventiilides muutub keskkonna liikumissuundtavaliselt 90 o võrra. Ventiil suletakse sulguri juhtimisega ventiili keressekujundatud pesale. Sulgur juhitakse pesale ja eemaldatakse sealt spindliabil, kusjuures keermestatud spindel moodustab koos sillas olevakeermega keermepaari. Spindlit käitakse kas käsitsi käsiratta või suurteventiilide puhul ajamiga (näit. elektrimootoriga läbi tigureduktori).Sulguri ja pesa vaheline tihedus saavutatakse selleks sobiva (so.keskkonda arvestava) tihendusmaterjalide kasutamisega.Ventiilid on siibrite ja kraanidega võrreldes töökindlamad, tihedamad jakergemini juhitavad, kuid nad ei sobi kasutamiseks väga viskoossetevedelike korral.Siibrile on iseloomulik sulguri liikumine risti keskkonna liikumisesuunaga. Kasutatakse põhiliselt suurte (kuni 2 m läbimõõduga) torustikejuures, harvem alates Ø 50 mm torustikes. Siibrite eeliseks loetakse nendeväikest hüdraulilist takistust ja asjaolu, et see ei sõltu voolusuunast.Siibri sulguri pinnad võivad olla rööpsed või kiiljad (joon. 2). Viimasedtagavad parema tiheduse. Joonisel kujutatud siibri sulgur on seest õõnesning siibrit avades (so. spindlit pöörates) tõstetakse ta mutri abilümbrisesse.123456789111Joonis 2. Kiilja sulguriga siiber:1 – käsiratas; 2 – surutispuks;3 – topistihend; 4 – tihendipuks;5 – tihend; 6 – spindel; 7 – ümbris;8 – tihend; 9 – mutter; 10 – korpus;11 – kiiljas sulgur; 12 - tugirõngadbFhJoonis 3. Alt mutriga pingutatavasulguriga kraandαϕ

115Kraane kasutatakse peamiselt väikeseläbimõõdulistes torustikes japiiratud rõhul. Keskkonna läbipääs suletakse või avatakse sulguri (korgi)pööramisega ümber oma telje. Sulgur kujundatakse enamasti koonilisena(joon. 3), kuid võib olla ka sfääriline (nn. kuulkraanidel) või silindriline.Kraani kere sidestatakse toruga keerme abil või (suuremate läbimõõtudekorral) äärikutega, millest läbi käivaid polte tiheduse tagamiseks ettepingutatakse.1.2. ReguleerimisarmatuurReguleerimisarmatuuri abil reguleeritakse torustikku läbiva keskkonna(vedelik, gaas) rõhku, harvem muid parameetreid (näit. voolu kiirust).Reguleerida võib käsitsi või automaatselt.Esimesel juhul juhindub operaator mõõteseadme(näit. manomeetri) näidust. Automaatreguleerimiselhoitakse parameetreidvajalikul tasemel automaatikaseadmete abil.Näitena ühest lihtsamast käsitsireguleerimisegaarmatuurist on joon. 4 esitatud nn.drosselklapp. See võimaldab vooluavaristlõike suurendamisega (selleks tulebkäsiratta kaudu splindlit pöörates tõstasulgurit ülespoole) suurendada rõhku kereparema poolega ühendatud torustikus. Sageli(eriti väikese läbimõõduga torustiku puhul)Joonis 4. Drosselklapp kasutatakse sulgurina koonilist nõela.1.3. KaitsearmatuurKaitsearmatuuri hulka kuuluvad eeskätt kaitse- ja tagasilöögiklapid.Kaitseklapi ülesanne on vältida ülerõhku töötavas seadmes või torustikus.Kui rõhk tõuseb üle lubatud piiri, avab kaitseklapi sulgur keskkonnale(vedelik, gaas) väljapääsu, rõhu vähenemisel aga sulgeb selle.Normaalolekus on klapp suletud. Joon. 5 on esitatud levinumadkaitseklapi konstruktsioonid. Mõlemal juhul mõjub keskkonna surve altüles sulgurile K. Variant “a” korral tasakaalustab rõhku jõud, misrakendub kooniliste otstega püstvarda kaudu sulgurile. Vardale surubšarniiriga F toetatud kang, millel asetseb piki kangi nihutatav vastukaal.Variandi “b” puhul määrab tasakaalustava jõu suuruse klappi sulgevalevedrule antud eelpingus.

116FKKJoonis 5. Vastukaalu (a) ja vedruga (b) suletavad kaitseklapidTagasilöögiklappe kasutatakse keskkonna tagasivoolu vältimisekstorustikus (näit. kui seda toitev pump ootamatult rivist välja läheb).Joonisel 6 on toodud 2 varianti pöörd-tagasilöögiklappidest ja üks variant(c) tõusu tagasilöögiklapist. Viimase ülesanne on peatada tagasivoolpüsttorus. Tüüpnäide, kus seda vajatakse, on tsentrifugaalpumba kaevulastud imitoru ots. Nimelt ei hakka pump peale seiskamist tööle muidu,kui ta ei ole vedelikuga täidetud; allalangev sulgur ei lase süsteemiltühjeneda. Reeglinna on klapi allosa kaitstud imetava vedelikugakaasatulevate kehade (kivikesed, liiv jms.) eest võrgu või (antud näitepuhul) piludega korviga.a b cJoonis 6. Tagasilöögi klapid:a ja b – pöörd-tagasilöögiklapid, c – tõusu-tagasilöögiklapp