📌 Čepy, kolíky, pera a drážkování

Kde je potkáš

O čem to je

Podívej se na kloub bagrového ramena, na řemenici na hřídeli motoru nebo na převodovku auta. Díly v nich drží pohromadě malé součásti: čepy, kolíky, pera a drážkování.

Spojují díly tvarem: jeden díl zapadne do druhého. Jde je rozebrat, a proto patří mezi rozebíratelné spoje.

Nové pojmy

Rozebíratelný spojSpoj, který jde rozebrat a znovu složit bez zničení dílů.Kolík jde vyrazit trnem a znovu zarazit.
Hřídel a nábojHřídel je otáčející se tyč, která přenáší otáčení. Náboj je střední část kola nebo řemenice, která na hřídeli sedí.Řemenice sedí nábojem na hřídeli elektromotoru.
Krouticí momentMíra toho, jak silně něco otáčí. Je to síla krát rameno, jednotka N·m.Motor auta má krouticí moment například 250 N·m.

Čep: kloub, který se otáčí

ČepVálcová součást, která spojuje díly otočně – jako kloub. Proti vypadnutí se pojistí závlačkou nebo pojistným kroužkem.Čep v kloubu ramene bagru, čep řetězu jízdního kola.
Pojistný kroužekPružný ocelový kroužek, který zapadne do drážky (zápichu) na čepu nebo v díře a nedovolí součásti vyjet do strany.Kroužek na konci čepu ramene sekačky.

Kolík: drží polohu

KolíkKrátký váleček nebo kužel zaražený do díry ve dvou dílech. Zajistí jejich přesnou vzájemnou polohu nebo přenese malou sílu.Dva středicí kolíky zajistí, že víko převodovky přijde vždy na stejné místo.
  • válcový kolík – drží v díře přesahem (je o kousek větší než díra)
  • kuželový kolík – kuželovitost 1 : 50, dobře středí a jde snadno vyrazit
  • pružný kolík – rozříznutá trubička, v díře se sevře a drží pružností
  • rýhovaný kolík – rýhy se při zaražení zatlačí a kolík drží
  • střižný (pojistný) kolík – při přetížení se usekne a ochrání dražší díly

Pero a drážkování: točí nábojem

PeroOcelový hranolek, který se vloží do drážky v hřídeli i v náboji. Bokem přenáší krouticí moment z hřídele na náboj.Pero těsné spojuje řemenici s hřídelem motoru.
DrážkováníHřídel má po obvodu mnoho podélných zubů a náboj stejné drážky. Je to jako mnoho per najednou.Kolo v převodovce auta se po drážkovaném hřídeli posouvá při řazení.

Roztřiď, co kterému spoji nejvíc sedí. Pak si to ověř v textu výše.

Proč má převodovka auta drážkovaný hřídel, a ne jen jedno pero?
Drážkování má mnoho zubů, takže moment se rozloží na velkou plochu. Přenese větší moment a kolo se po něm může posouvat při řazení.
Hřídel o průměru 40 mm přenáší krouticí moment 100 N·m. Jakou silou tlačí na bok pera?
Pero je na poloměru r = 20 mm = 0,02 m. Moment M = F · r, takže F = M / r = 100 / 0,02 = 5 000 N.
✗Pero drží náboj na hřídeli i proti posunutí podél osy.
✓Pero přenáší jen otáčení. Proti posunutí podél osy se náboj zajišťuje zvlášť (osazením, kroužkem, maticí).

Pero leží v drážce volně v podélném směru – náboj by po něm sjel.

Čep = otočný kloub. Kolík = přesná poloha nebo malá síla, pojistný kolík chrání před přetížením. Pero a drážkování přenášejí krouticí moment mezi hřídelem a nábojem.

Výpočtem

O čem to je

Když čep nebo pero vybereš moc slabé, usekne se nebo vymačká drážku a stroj se zastaví. Proto se tyto součásti kontrolují výpočtem. Stačí dvě jednoduché rovnice.

Nové pojmy

Čep, kolík, pero, drážkováníČep = otočný kloub mezi díly. Kolík = váleček nebo kužel, který drží polohu. Pero = hranolek v drážce, přenáší otáčení z hřídele (otáčející se tyče) na náboj (střed kola). Drážkování = mnoho zubů po obvodu hřídele.Čep řetězu, středicí kolík víka, pero řemenice, drážkovaný hřídel převodovky.
Smykové napětí τ (tau)Napětí, když síla čep nebo kolík „stříhá“ napříč: τ = F / S, kde S je plocha průřezu, která se může useknout.Nůžky stříhají papír – to je střih.
Otlačení pTlak na styčné ploše dvou dílů: p = F / S. Když je velký, pero nebo čep vymačká měkčí díl.Pero vymačká drážku v hliníkovém náboji.
Jednostřižný a dvojstřižný spojJednostřižný spoj se může useknout v jednom místě, dvojstřižný ve dvou (čep prochází třemi plechy). Dvojstřižný vydrží dvakrát víc.Čep ve vidlici je dvojstřižný.

Kontrola čepu na střih

Spočítej průřez čepu: S = π · d² / 4.
Zjisti počet střižných ploch n (1 nebo 2).
Smykové napětí: τ = F / (n · S).
Porovnej s dovoleným napětím ve střihu. Musí platit τ ≤ τ_D.
Čep d = 20 mm ve vidlici (dvojstřižný) přenáší sílu 20 kN. Jaké je smykové napětí?
S = π · 20² / 4 = 314 mm². τ = F / (2 · S) = 20 000 / (2 · 314) ≈ 31,8 MPa.

Kontrola pera na otlačení

Z krouticího momentu spočítej obvodovou sílu: F = M / r, kde r = d / 2.
Styčná plocha boku pera v náboji: S = l · t (l = délka pera, t = výška boku v náboji).
Otlačení: p = F / S.
Porovnej s dovoleným tlakem materiálu náboje.
Hřídel d = 40 mm přenáší 100 N·m. Pero je dlouhé 40 mm, v náboji nese bokem 3 mm. Jaké je otlačení?
r = 20 mm. F = 100 000 N·mm / 20 mm = 5 000 N. S = 40 · 3 = 120 mm². p = 5 000 / 120 ≈ 41,7 MPa.

Srovnání

SpojJak přenášíHodí se na
čepstřihem a otlačením, umožní otáčeníklouby, táhla, řetězy
kolíkstřihempolohu dílů, malé síly, pojistku
pero těsnébokem v drážceřemenice, kola, spojky
drážkovánímnoha boky zubůvelké momenty, posuvné náboje
  • τ = ? – F / (n · S)
  • p = ? – F / S (styčná plocha)
  • F z momentu – F = M / r
  • průřez čepu – S = π · d² / 4
  • kuželovitost kolíku – 1 : 50
✗Dvojstřižný čep počítám stejně jako jednostřižný: τ = F / S.
✓U dvojstřižného čepu se síla rozloží na dva průřezy: τ = F / (2 · S).

Čep by se musel useknout na dvou místech najednou.

Čepy a kolíky se kontrolují na střih τ = F / (n · S), pera na otlačení p = F / S. Obvodová síla na peru je F = M / r.
🔩Šroubové spoje🔥Nýtové a svarové spoje