Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

Transkript

1 Vysoká škola báňská Technická univezita Ostava FS Konstukce stojních částí tekutinových systémů Jiří Havlík Ostava 007

2 Skitum je učeno o. očník bakalářského studia obou Hydaulické a neumatické stoje a zařízení. Recenzent: D. Ing. Jiří Venclík, VUT Bno Vydala VŠB Technická univezita Ostava Jiří Havlík, 007 ISBN

3 Obsah Předmluva. Výočty tubek kuhového ůřezu zatížených tlakem 4. Výočet naětí v tubce zatížené tlakem 4. Stanovení edukovaného naětí 6. Stanovení naětí v otubí ři 0, > Stanovení naětí v otubí ři > 0, Stanovení naětí v otubí ři > 0, > 0.6 Stanovení naětí v otubí ři > 0, 0 a ři osovém naětí. Výočty tubek kuhového ůřezu kombinované zatížení 5. Přiřazení naětí jednotlivým složkám 5. Naětí od ohybového momentu M o 5. Naětí od osové síly F 6.4 Naětí od tlaku 7.5 Výsledné osové naětí 7.6 Naětí adiální a tečné 7.7 Naětí od kouticího momentu 8.8 Výočet edukovaného naětí 9. Všeobecné zásady ři tvobě technické dokumentace. Oakování a shnutí oznatků z ředmětu Základy stojnictví. Poznámky k návhu hřídelů 6. Víka a ouzda 8.4 Návhy odlitků 9 4. Hřídele a vky hřídelů řenášející kouticí moment 4. Hřídele řevodových agegátů 4. Sojování hřídele 4.. Pevné sojovací hřídele 4.. Kloubové a užné hřídele 4. Kitické otáčky hřídelů Osy Přehled zůsobů sojování hřídelů s nábojem Dimenzování sojů hřídele s nábojem Rovnoboké dážkování (ČSN 0494) Jemné dážkování (ČSN 049) Evolventní dážkování Poměnlivé zatížení součástí, výočet životnosti součástí ři únavě mateiálu Poměnlivé zatížení součástí Výočet životnosti součástí ři únavě mateiálu Hyotézy o vyhodnocení sekta zatížení Hyotéza Coten-Dolan Hyotéza Mine Hyotéza Palmgen Hyotéza Heibach 5 6. Stanovení součinitele bezečnosti vůči mezi únavy mateiálu součásti Předejaté šoubové sojení Silové diagamy Silový diagam o míjivou ovozní sílu Silový diagam o obecnou ulsující ovozní sílu Konstanty tuhosti Čey hydomotoů, namáhání římých utů na vzě 7 8. Čey hydomotoů 7 8. Namáhání římých utů na vzě Vzěná únosnost celistvých utů dle ČSN 740 Navhování ocelových konstukcí 79

4 9. Valivá ložiska 8 9. Konstukce uložení Axiálně vodivé ložisko Axiálně volné ložisko Souměné usořádání 8 9. Radiální ojištění ložisek Zůsob zatížení valivého ložiska Velikost zatížení Ložisková vůle Telota Přesnost chodu Mateiál a konstukce čeu a tělesa Snadná montáž a demontáž Posouvání axiálně volného ložiska Dooučené uložení ložisek s válcovou díou Rozměová a tvaová řesnost souvisejících dílů Axiální ojištění ložisek Axiální vedené ložisko Axiálně volné ložisko Souměné usořádání Přiojovací ozměy Mazání ložisek 9 0. Kluzná a kloubová ložiska 9 0. Mateiály kluzných ložisek fimy Tibometal Dol. Kubín Mateiál KU Mateiál KX Kloubové ložiska oužívaná fimy Hydaulicz Séhadice 0. Těsnění neohyblivých částí 0. Těsnění ohyblivých částí 07 Sojování otubí omocí říub a svařováním 0. Příubové soje 0. Svaové soje

5 Předmluva Hydaulické a neumatické zařízení se skládá z velkého množství stojních součástí. Po konstukci těchto zařízení je nutná znalost těchto součástí z hlediska jejich tvau, funkce a také z hlediska jejich dimenzování. Tato skita jsou učena ředevším studentům. očníku bakalářského studia obou Hydaulické a neumatické stoje a zařízení. Využívat je mohou také studenti jiných oboů, ředevším konstukčního zaměření. Studenti obou Hydaulické a neumatické stoje a zařízení by se měli v ámci ředmětu Konstukce stojních částí tekutinových systémů odobněji seznámit s vybanými stojními částmi, kteé se vyskytují v konstukci hydaulických mechanismů. Absolvováním tohoto ředmětu je dán studentům teoetický základ o oužití vybaných stojních součástí a to jak z hlediska jejich nasazení v konstukci hydaulických mechanismů, tak z hlediska evnostních výočtů těchto stojních částí. Auto

6 . Výočty tubek kuhového ůřezu zatížených tlakem. Výočet naětí v tubce zatížené tlakem Ob.. Tubka zatížená tlakem. Vlivem ozdílu tlaků vzniknou v lášti nádoby defomace. Tyto defomace zůsobují vznik naětí adiálního a tečného (obvodového). Půběhy těchto naětí jsou olytoy o něž latí: K o (.) x K t o. (.) x Sečteme-li ovnice. a.:. (.) t o Z nádoby uvolníme vek dle obázku.. Ob.. Zatížení vku tubky. 4

7 5 Z odmínky ovnováhy k ose z 0 z F : ( ) 0 o π π π. (.4) Z ovnice.4 lyne: o. (.5) Z ovnic. a.5 je možno odvodit naětí adiální a tečné ve stěně tubky. Na obázku. je znázoněno ůsobení tohoto naětí. Ob.. Naětí adiální a tečné ve stěně tubky Po : (.6) a dle ovnic. a.5 t. (.7) Dosadíme-li ovnici.6 do ovnice.7, ak úavou dostaneme: ( ) t. (.8) Po : (.9)

8 6 a dle ovnic. a.5 t. (.0) Dosadíme-li ovnici.9 do ovnice.0, ak úavou dostaneme: ( ) t. (.) Rovnice.6,.8,.0 a. slouží k odvození najatosti otubí ři ůzných velikostech tlaků a.. Stanovení edukovaného naětí Redukované naětí je ři evnostních výočtech oovnáváno s naětím na mezi kluzu mateiálu tubek R e. Stanovení ed dle Guestovy hyotézy : Po osté tahové naětí (jednoosá najatost) jsou následující hlavní naětí ři mezním stavu (ři naětí na mezi kluzu) R e ; 0. Po hlavní naětí latí konvence > >. Ob..4 Znázonění jednoosé najatosti v Mohově kužnici Jak lyne z ob..4: max R e τ. (.)

9 Po obecnou najatost v mezním stavu (bude-li τ max stejné jako v ředchozím říadě, edukované naětí je na mezi kluzu) bude latit dle ob..5: Ob..5 Znázonění obecné najatosti v Mohově kužnici τ max. (.) Poovnáme-li ovnice. a.: τ max R e R e. (.4) Po obecný stav najatosti, nebude-li edukované naětí na mezi kluzu: ed. (.5) Po stanovení edukovaného naětí dle hyotézy HMH latí: ed. (.6) Obě hyotézy jsou o výočet edukovaného naětí ovnocenné.. Stanovení naětí v otubí ři 0, > 0 Po : 0 (.7) ( ) t (.8). (.9) 0; t 7

10 8 Redukované naětí dle Guesta: 0 ed. (.0) Tento stav najatosti je znázoněn v Mohově kužnici na obázku.6. Ob..6 Znázonění najatosti v Mohově kužnici o 0, > 0 a Po : (.) ( ) t (.) > t oto,, 0 t. (.) Redukované naětí dle Guesta: 0 0 t ed. (.4)

11 9 Tento stav najatosti je znázoněn v Mohově kužnici na obázku.7. Ob..7 Znázonění najatosti v Mohově kužnici o 0, > 0 a Půběh naětí ve stěně otubí je znázoněn na obázku.8. Ob..8 Půběh naětí ve stěně otubí o 0, > 0.4 Stanovení naětí v otubí ři > 0, 0 Po : (.5) ( ) t (.6) ; 0 ; t. (.7)

12 0 Redukované naětí dle Guesta: ( ) t ed. (.8) Tento stav najatosti je znázoněn v Mohově kužnici na obázku.9. Ob..9 Znázonění najatosti v Mohově kužnici o > 0, 0 a Po : 0 (.9) ( ) t (.0) 0 ; t. (.) Redukované naětí dle Guesta: 0 t ed. (.)

13 Tento stav najatosti je znázoněn v Mohově kužnici na obázku.0. Ob..0 Znázonění najatosti v Mohově kužnici o > 0, 0 a Půběh naětí ve stěně otubí je znázoněn na ob... Ob.. Půběh naětí ve stěně otubí o > 0, 0.5 Stanovení naětí v otubí ři > 0, > 0 Po : (.) ( ) t. (.4) Za ředokladu, že t > 0:

14 ; 0 ; t. (.5) Redukované naětí dle Guesta: ( ) ( ) ( ) t ed. (.6) Tento stav najatosti je znázoněn v Mohově kužnici na obázku.. Ob.. Znázonění najatosti v Mohově kužnici o > 0, > 0 a Po : (.7) ( ) t. (.8) Za ředokladu, že t < 0: ; ; 0 t. (.9) Redukované naětí dle Guesta: ( ) 0 0 ed. (.40)

15 Tento stav najatosti je znázoněn v Mohově kužnici na obázku.. Ob.. Znázonění najatosti v Mohově kužnici o > 0, > 0 a Půběh naětí ve stěně otubí je znázoněn na ob..4. Ob..4 Půběh naětí ve stěně otubí o > 0, > 0.6 Stanovení naětí v otubí ři > 0, 0 a ři osovém naětí Osové naětí: o. (.4) Po : (.4)

16 4 ( ) t (.4) ; ; o t. (.44) Na ob..5 je znázoněn element otubí a ůsobení jednotlivých složek naětí. Ob..5 Element otubí a ůsobení jednotlivých složek naětí Redukované naětí dle HMH: t o o t o t ed. (.45) Po : 0 (.46) ( ) t (.47) ; ; o t. (.48) Redukované naětí dle HMH: t o o t o t ed. (.49)

17 . Výočty tubek kuhového ůřezu kombinované zatížení Kombinovaně zatížené otubí je znázoněno na obázku.. Ob.. Kombinovaně zatížené otubí. Přiřazení naětí jednotlivým složkám V tomto říadě se jedná o tojosou najatost se složkami dle obázku.. Složce x bude řiřazeno naětí od ohybového momentu M o, od osové síly F a od síly vznikající tlakem. Složce y bude řiřazeno naětí adiální. Složce z bude řiřazeno naětí tečné t. Složce τ yz bude řiřazeno naětí od kouticího momentu M k. Ob.. Složky naětí. Naětí od ohybového momentu M o 64 M o oh, 4,. (.) 4 d π d d 5

18 Půběh naětí v otubí je znázoněn na obázku.. Ob.. Půběh ohybového naětí v otubí. Naětí od osové síly F 4 F of. (.) π ( d d ) Půběh naětí v otubí je znázoněn na obázku.4. Ob..4 Půběh tahového naětí v otubí 6

19 .4 Naětí od tlaku o. (.) Půběh osového naětí od tlaku v otubí je znázoněn na obázku.5. Ob..5 Půběh osového naětí v otubí vlivem tlaku.5 Výsledné osové naětí Po : o oh of o. (.4) Po : o oh of o. (.5).6 Naětí adiální a tečné Po : (.6) t. (.7) 7

20 8 Po : 0 (.8) t. (.9).7 Naětí od kouticího momentu, 4 4, d d d M k k π τ. (.0) Půběh naětí v otubí je znázoněn na obázku.6. Ob..6 Půběh naětí v otubí od kouticího momentu

21 .8 Výočet edukovaného naětí Redukované naětí o obecnou najatost v bodě tělesa je možno řešit omocí výočtu hlavních naětí v bodě tělesa na oloměech a. Hlavní naětí se vyočítá z chaakteistické ovnice tenzou naětí T. Složky naětí v bodě tělesa jsou znázoněny na obázku.7. Chaakteistická ovnice tenzou naětí T : Ob..7 Složky naětí v bodě tělesa I I I 0, (.) kde jednotlivé invaianty tenzou naětí lze vyočítat z ovnic: [ MPa] I x y z (.) I [ ] x y y z z x τ xy τ yz τ xz MPa (.) ( τ τ τ ) [ ] I τ τ τ MPa x y z xy yz xz Chaakteistická ovnice tenzou naětí je ovnice třetího řádu: x yz y xz z xy. (.4) a b c 0. (.5) Zavedeme-li substituci a x, řevedeme tuto ovnici na edukovaný tva: x x q 0, (.6) kde a I b I (.7) 9

22 0 7 7 I I I I c a b a q. (.8) Kořeny edukované ovnice vyočítáme omocí goniometických vztahů: cos δ x (.9) 60 cos δ x (.0) 60 cos δ x, (.) kde cos q δ. (.) Kořeny ovnice v nomovaném vztahu vyočítáme zětně ze vztahů: I x a x I (.) I x a x II (.4) I x a x III. (.5) S ohledem na konvenci u hlavních naětí > > řiřadíme I, II, III k,,. Redukované naětí můžeme vyočítat nař. dle hyotézy HMH: ed. (.6) Součinitel bezečnosti vůči mezi kluzu mateiálu: ed R e k. (.7)

23 . Všeobecné zásady ři tvobě technické dokumentace. Oakování a shnutí oznatků z ředmětu Základy stojnictví Při konstukčním řešení součástí se řídíme vždy tímto ostuem: Vycházíme vždy z vyřešeného celku (montážní odskuina, sestavný výkes). Podle funkce a očtu vyáběných kusů zvolíme technologii výoby jednotlivých dílů (válcovaný mateiál, výkovek odlitek, svařenec, výlisek, schéma odle ob..). Po každý díl zvolíme vhodný mateiál s ohledem na funkci, očekávané zatížení, technologii a dosažitelnost sotimentu, es. cenu. Ob.. Volba technologie výoby jednotlivých dílů Podle funkce stanovíme odovídající uložení navazujících dílů naříklad odle tab.., kde jsou vybané vhodné kombinace uložení v soustavě jednotné díy (nejčastěji oužívané). Příklady kombinací uložení někteých dílů v soustavě jednotné díy jsou uvedeny v tab... V tab.. jsou uvedena ožadovaná maxima střední aitmetické dsnosti R a [µm] odle ČSN a ISO 0. V záhlaví tab..4 je uveden řehled dsnosti R a v aktické řadě. Zde je ovněž uvedena odovídající výška neovností R z [µm] odle DIN 4768, se kteou je možno se setkat u dílů z litiny a na někteých zahaničních výkesech. Přibližně latí R z 4R a. Rozsah dosažitelné dsnosti o ůzné duhy oacování ovchu je uveden ve sodní části tab..4, kde jsou uvedeny také říklady užití říslušné technologie o vybané součásti. Po nakeslení a okótování součásti oatříme říslušné kóty nutnými úchylkami tvau a olohy. Hlavní tyy těchto úchylek jsou uvedeny v tab..5. solu s říklady označení. Zůsoby označení jsou také uvedeny obecně na ob... Na zvolené třídě řesnosti závisí ředesaná střední aitmetická úchylka dsnosti ovchu R a [µm]. Tato závislost je zjednodušeně vyjádřena v tab...

24 Mimo značky mateiálu uvést nad ohovým azítkem úlný údaj o teelném nebo chemicko-teelném zacování, naříklad : 06.6 ZUŠLECHTIT NA PEVNOST R m 700 MPa 40.4 CEMENTOVAT A KALIT DO HLOUBKY 0,4 0,6 mm NA TVRDOST 58 6 HRc. Ob.. Zůsoby označování geometických úchylek tvau a olohy Tab.. Vybaná dooučená uložení Základní úchylka hřídele základní úchylka díy d e f g h j s k m n s t u Vybaná dooučená uložení H5 H5 g4 H5 h4 H6 H6 g5 H6 h5 H6 j5 H6 k5 H6 m5 H7 H7 e8 H7 f7 H7 g6 H7 h6 H7 j6 H7 k6 H7 m6 H7 6 H7 6 H7 s6 H7 t6 H8 H8 H8 H8 d9 f8 h7 H9 H9 H9 d9 h8 H0 H0 H0 d0 h9 H H H H d g h uložení s vůlí řechodné s řesahem H7 u7

25 Tab.. Příklady oužití uložení Duh uložení označení Příklady oužití uložení H 6 H 6 Přesné uložení hřídelů s vůlí, vodicí ouzda volné kladky a g5 h5 řemenice H 7 Přesné vedení stojů, vyměnitelná ouzda ánve v kluzných h6 ložiskách, vnější koužky ložisek H 7 Posuvné náboje, vřetena stojů, čey klikových hřídelů, ísty g6 hydaulických stojů s vůlí H 7 Hřídele řevod. skříní, ložiska, ouzda hřídelů. f 7 H8 H 7 Ložiska elektických stojů, čeadel, ventilátoů, osuvné g5 e8 díly sojek, ouzda náav, hlavní ložiska ístových stojů. H8 H Ložiska, áky a táhla hosodář. stojů, jeřábů, ucávky, víka d9 g H 6 Pevné zátky, naažená ouzda, evné čey atd. m5 řechodná H 6 H 7 Pouzda ístních čeů, ozubená kola a řemenice, zajištěné k5 k6 oti otáčení, bzdové a sojkové kotouče, vnitřní koužky valivých ložisek. H 6 H 7 Přesná ozubená kola a řemenice, ouzda ložisek. j5 j6 s řesahem H 7 H 7 Nalisované (tvalé) sojení nábojů s hřídelí, evná ložisková 6 s6 ouzda. H 7 H 7 Bonzové věnce šnekových a šoubových kol, nákolky t6 u7 železničních dvojkolí, části dělených klik. hřídelů. Tab.. Maximální dooučená dsnost R a [µm] Rozsah ozměů [mm] Maximální dooučená dsnost R a [µm] o stueň řesnosti IT řes do , , , , , , 80 50,

26 Tab..4 Přiřazení dsnosti ovch k technologii obábění dsnost R a [µm] R z [µm] ČSN; ISO laování honování 0,0 0,05 0,05 0, 0, 0,4 0,8,6, 6,, DIN 0,05 0, 0,5 0,4 0,8,6, 6,, Příklady užití hydaulické jednotky válce ístových stojů, římoběžné vedení boušení řesné dosedací lochy,ozub.kola, kluzné lochy aj. soustužení hřídele,víka,závity,záichy,dážky aj. standad otační díly Technologie oacování vyvtávání otvoy skříní o ložiska, dosedací lochy obážení ozubená kola, dážkové soje, dážky otahování náboje, vnitřní dážky vtání všechny duhy otvoů fézování běžně dosažitelné ozubená kola, dážkové hřídele, dážky dosedací lochy, aj. tlakové skříně z lehkých slitin lití kování řesné lití do kokyl, lití do vytavitelných foem do ísku standadní odlitky z litiny, tváné litiny a obtížně dosažitelné za ocelolitiny do záustky zvláštních odmínek séiové výkovky volné kusová výoba ředevším velkých ozměů 4

27 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Tab..5 Vybané geometické toleance 5

28 Konstukce stojních částí tekutinových systémů. Poznámky k návhu hřídelů Rozdělení evných hřídelů: - netvzené bez ozubení, dážkování a oběžných dah ložisek. Mateiály tř. a dle ožadavku na únosnost - tvzené (cementované; nitocementované; ovchově kalené) s ozubenými koly, dážkováním nebo dahami ložisek. Základní ožadavky na hřídele : - dostatečná ohybová tuhost, - minimální množství vubů (osazení a záichy odle tab..6; otvoy atd.) - o oakované unutí (zejména u tvzených hřídelů) oužívat zásadně cháněné středicí důlky (tva B; R) dle ISO o ochanu od oanění han, o unutí ři maniulaci (viz ob..), existují také středicí důlky se závitem - tva hřídelů co nejjednodušší s minimalizací nejnutnějších loch o boušení - cena. Tab..6 Osazení a záichy Ob.. Středicí důlky 6

29 Konstukce stojních částí tekutinových systémů U hřídelů je důležité zachycení axiálních sil (ozubená kola, ložiska aod.). Nejjednodušší a nejlevnější je axiální zajištění omocí Seegeových ojistných koužků z užinové oceli. Nevýhodou tohoto zajištění je, že dážka umožňuje axiální mikoosuvy a zůsobuje oměně velký vub. Základní ozměy odle ob..4 a tab..7 Ob..4 Dážky o ojistné koužky Tab..7 Rozměy dážek o ojistné koužky Axiální únosnost Seegeových koužků závisí na evnosti hřídele R m nebo tvdosti HRc. Přibližná velikost řenesitelné axiální síly se volí odle vztahu (.) o tlak mezi hřídelem (nábojem) a koužkem a dle vztahu (.) o tlak mezi koužkem a nábojem (hřídelem), kteý závisí na oloměu zaoblení jištěného tělesa. Volí se menší z vyočtených sil: F Dh Rm d [ N ] 0 (.) A, 5 F Dk d [ N ], (.) kde : R m - mez evnosti [MPa] hřídele nebo náboje [MPa] d - jmenovitý ozmě d nebo D dle ob. 5 [mm] A 5 - náboj (día) A 8 - hřídel - olomě zaoblení (ob..4) [mm]. 7

30 Konstukce stojních částí tekutinových systémů. Víka a ouzda Koncové víko je naznačeno na ob..5, základní ozměy odle tab..8 Tab..8 Základní ozměy koncového víka Rozmě D [mm] > 0 bs > d c n Ob..5 Koncové víko Půchozí víka odle ob..6 mají vnější ozměy shodné. Sílu stěny víka je nutno řizůsobit zůsobu těsnění (na ob..6 je uveden říklad o hřídelová těsnění). Uevnění víka ke skříni odle ob..7. Ob..6 Půchozí víka Ob..7 Uevnění víka ve skříni Rozměy vík odle uvedených obázků latí o víka litá nebo kovaná. Po lisovaná koncová víka se síla stěny volí menší (asi oloviční). 8

31 Konstukce stojních částí tekutinových systémů.4 Návhy odlitků Síly stěn o odlitky se v běžné stojíenské axi volí odle tabulky.9. Tab..9 Síla stěny odlitků Hmotnost odlitku do 00 kg do 5 kg sléváenská slitina šedá ocelolitina tváná litina slitiny hliníku slitiny hořčíku litina maximální tloušťka stěny s [mm] vnější vnitřní Hlavní ozměy řechodů stěn a sojů jsou uvedeny na ob..8. s (0,6 0,8). s ; d (,,6).s ; (0, 0,7).s Ob.8 Hlavní ozměy řechodů stěn a sojů Úkosy se volí odle délky úkosu (chaakteistického ozměu) odle tab..0 Tab..0 Volba úkosů chaakteistický > 500 ozmě [mm] úkos α [ ] 6 4 Někteé další ozměy litých dílů a skříní se odvíjejí od ozměů a hmotnosti odlitku. Minimální síly stěn s odle tab..9. Naříklad říuby a atky odle ob..9. Ob..9 Příuby a atky 9

32 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Rozměy kótované na ob..9 se volí odle tab... Tab.. Rozměy říub a atek Označení dle ob.; označení ozmě [µm] skříň litá chaakteistický ozmě a nař. osová vzdálenost tloušťka sodní část (index ) s (a/40) odle tab..9 stěn honí část (index ) s odle ob..8 tloušťka žebe c, (0,7 0,9)s, tloušťka sojovací říuby h,,5s, tloušťka dna t min s tloušťka uevňovací atky (říuby) h (,5)s ůměy dě sojovací (včetně vík) d s (min.o M5) kotvicí D (,5 )s šířka říub l (,,5)d šířka atek L (,,5)D oloměy zaoblení R (0,5 0,6)s 0

33 Konstukce stojních částí tekutinových systémů 4. Hřídele a vky hřídelů řenášející kouticí moment V ohonech stojů se vyskytují tyto hlavní tyy hřídelů a os: hřídele řevodových agegátů zatěžované kouticím momentem a ohybovými momenty od adiálních a axiálních sil sojovací hřídele zatěžované ouze kouticím momentem. Tyto hřídele mohou být tuhé (evné) nebo ohebné, es. užné osy, evné nebo otočné namáhané ouze ohybovým momentem. 4. Hřídele řevodových agegátů Hřídele řevodovek jsou namáhány smykovým naětím od řenášeného kouticího momentu a ohybovým naětím vyvolaným adiálními a axiálními silami od ozubených kol, tahů řemenů nebo řetězů, uložení ojezdových kol atd. Rozhodujícím kitéiem ři konstukci hřídelů, vedle jejich namáhání tojosou najatostí, je ohybová tuhost, kteá ovlivňuje kvalitu záběu ozubených kol a souosost vnitřního a vnějšího koužku oužitých ložisek. Rozhodující je úhel tečny ůhybové křivky hřídele k teoetické ose hřídele v kitických místech. Celkové defomace nejsou zůsobeny ouze defomacemi hřídelů, ale také defomacemi ložisek a ředevším defomací skříní řevodovek. Výobci většinou stanovují u jednotlivých tyů ložisek maximální úhel nesouososti vnějšího a vnitřního koužku. Tyto směné hodnoty o maximální zatížení jsou uvedeny v tab. 4.. Po ozubená kola jsou směné hodnoty defomací dány třídou řesnosti kol, jejich šířkou a odélnou modifikací. Tab.4. Maximální úhel nesouososti vnějšího a vnitřního koužku ložisek a nakloitelnost ozubených kol ložiska ozubená kola o ty nakloitelnost ty třída nakloitelnost řesnosti kuličkové 0 malé nemodifikov. jednořadé 5 6 velké (b 40) 7 válečkové malé velké jehlové kuželíkové modifikovaná 7 4 dvouřadé kuličkové (b 40) nakláěcí soudečkové Mateiály těchto hřídelů se volí : z cementačních ocelí nebo ocelí jiným zůsobem tvzených (nitidační, ovchově kalené oceli ) v těchto říadech: výskyt kinematického ozubení v celku s hřídelem (astoek. st., atd.) uložení tzv. volných kol omocí valivých ložisek vyžaduje minimální ovchovou tvdost 60 HRc sojovací dážky (obvykle evolventní) u ovchově tvzených hřídelů mají nejmenší ozměy tvdý ovch vyžadují ovněž axiální říložky, lisované soje, těsnění a odobně z uhlíkatých nebo legovaných ocelí s říslušnou evnostní tam, kde se nekladou náoky na tvdost ovchu.

34 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Základní zásady a ostu ři návhu hřídelů řevodovek : ůmě hřídelů se obvykle volí odle max. namáhání v kutu na konci hřídele s ohledem na ozměy oužitých ložisek, ozměy astoků vyáběných s hřídelem v celku a konstukční usořádání konkétní výočty hřídelů a jejich uložení se obvykle ovádí v tomto ořadí důležitosti : životnost ložisek (odle výsledků výočtů změna ozměů nebo ložisek) defomace hřídelů od ložisky, říadně ůhyb dlouhých hřídelů v ovině záběů kol výočet naětí v kitických místech hřídele (vuby) a bezečnost k mezi únavy kombinovaným namáháním v ohybu a kutu odle někteé z hyotéz (HMH) výočet sojů s náboji (dážkování, ea, říuby). Tyto hřídele jsou cyklicky (únavově) namáhané od adiálních a axiálních sil (ohyb za otace) souměně střídavým cyklem R d / h - a z hlediska kutu míjivým nebo ulzujícím namáháním R 0. Kitické je ředevším ohybové namáhání. 4. Sojování hřídele 4.. Pevné sojovací hřídele Tyto hřídele slouží ouze k řenosu kouticího momentu mezi agegáty nebo součástmi, mezi kteými nedochází k významnějšímu ohybu. Z hlediska cyklického namáhání leží většinou v oblasti časované evnosti v kutu. Pevné sojovací hřídele se dimenzují vzhledem k smykovému naětí: τ KD kτ,, (4.) τ kde K 6 M τ K K, (4.) π 4 4 D ( d / D ) kde M K - max. kouticí moment D; d - vnější a vnitřní ůmě hřídele [mm] τ KD - smluvní mez kluzu [MPa] odle tab.4. - bezečnost, volí se odle tyu ohonu. k τ

35 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Tab.4. Smluvní mez kluzu základní mez evnosti v tahu v jádře hřídele [MPa] v říodním stavu nebo zušlechtěné smluvní mez kluzu τ KD [MPa] o stav hřídelů zušlechtěné středofekvenčně kalené 50±HRc ) nebo kal. vstva kal. vstva cementované a kalené h 0,05D h 0,D ) ) Poznámky : ) ozmezí odle chemického složení, kvality ocesu teelného zacování a kontoly ) ouze o seciální vysoce legované oceli s vyšší vubovou houževnatostí a bez vnitřního nutí ) oceli v říodním stavu nebo zušlechtěné neředokládá se teelné zacování o třískovém oacování ) Vyhoví-li hřídel odmínce odle vztahu (4.), lze očítat s velkou avděodobností s dostatečnou únosností. Kontolu na únavovou evnost nebo výočet životnosti ovádíme ouze v těchto říadech: častá změna zatížení (sínání, bzdění, ázy) na hřídeli jsou významně konstukční vuby (malý ůmě aty dážek s vubem v atě, záichy, osté řechody ůměů, kolmé otvoy atd.) hřídel je teelně zacován a je nebezečí vzniku technologických vubů (thliny na ovchu bez kontoly, řechody v koncích středofekvenčního kalení, vnitřní nutí atd.) u někteých hřídelů s dážkováním ři nevhodném tvau náboje (osté hany, kalení) může vzniknout únavový lom od kombinace tlaku v dážkách a hanového nesení. V uvedených říadech je nutno ovést zhodnocení únavové evnosti, kteé se ve většině říadů neobejde bez exeimentálního stanovení únavové únosnosti. 4.. Kloubové a užné hřídele Kloubové a užné hřídele oužíváme tam, kde se mění oloha agegátů v ohonu vůči sobě, nebo je nutno z konstukčních důvodů změnit v jistém ozmezí olohu os, nebo řekonat elativně velké vzdálenosti mezi agegáty. Z hlediska konstukčního řešení je ovedení velmi ozmanité. Někteé tyy kloubů umožňují změnu úhlu i axiální osuv. Někteé tyy axiální osuv neumožňují (Hookův nebo Cadanův křížový kloub). V současné době se oužívají hlavně kuličkové a křížové klouby. Po menší zatížení a vyšší otáčky se užívají sojovací hřídele s kuličkovými klouby. Příklad je uveden na ob. 4.. Tyto hřídele bývají obvykle homokinetické (úhlová ychlost otáčení na vstuu a výstuu je shodná). Jejich homokinetičnost je zajišťována ůznými konstukcemi kuličkových stejnoběžných kloubů. Na ob.4. je nákes kloubového hřídele se dvěma stejnoběžnými klouby tyu Rzea od fimy Löbo.

36 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Ob. 4. Kloubový hřídel se dvěma stejnoběžnými klouby tyu Rzea od fimy Löbo Nejozšířenější je kloub křížový, jehož základní konstukční element kříž a jeho uložení - je zřejmý z ob. 4., kde je uveden kloubový hřídel od fimy Voith. Ob. 4. Kloubový hřídel od fimy Voith Křížový kloub má, navzdoy svému ozšíření, tři základní nedostatky : neumožňuje axiální osuv, což je nutno řešit osuvnám dážkováním (ob.4.) neumožňuje říliš velký úhel zlomu α (tvale max. 0, kátkodobě 5 5 ) vstuní a výstuní hřídel jednoho kloubu se vůči sobě otáčejí neovnoměně v závislosti na úhlu zlomu α. Neovnoměnost otáčení se odstaní řetězcem dvou nebo více kloubů. V axi se řevážně oužívá usořádání se dvěma klouby odle schématu na ob. 4., kde jsou uvedeny dva možné zůsoby usořádání o nejčastější říad, že všechny tři hřídele leží v ovině. Ob. 4. Řetězec dvou kloubů 4

37 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Vstuní a výstuní vidlice středního hřídele musí vždy ležet v jedné ovině. Úhel zlomu α nemá být oven nule, aby bylo zajištěno odvalení jehel v ložiscích kříže minimálně o jednu ozteč na jednu otáčku hřídele. Dimenze kloubových i kuličkových hřídelů je většinou dána výobní fimou, kteá ve svých fiemních odkladech uvádí zatížení hřídelů a výočtové ostuy o bezečnou dimenzi v dané zástavbě. Pokud jsou nesouososti malé, lze zástavbu řešit omocí užných nebo zubových sojek ůzných konstukcí, kteé nabízejí výobní fimy včetně stanovení dimenzí o dané zatížení. Ohebné hřídele se oužívají o řenos malých momentů ředevším u mechanických řístojů. Hřídel se skládá z tzv. duše, kteou tvoří 4 8 vstev tenkého ocelového dátu (φ0, mm), kteé jsou na sebe navíjeny střídavě avotočivě a levotočivě. Povch tvoří ochanná vstva z ohebných mateiálů (stence lechů nebo lastu). Vnější ůměy se ohybují v ozmezí (4-0)mm o řenos kouticích momentů ( 0) Nm. Rovněž dimenzi ohebných hřídelů stanoví výobce a odmínky užití jsou učeny v katalozích. 4. Kitické otáčky hřídelů U dlouhých evných a kloubových hřídelů může vzniknout ři vyšších otáčkách nestabilita, kteá vznikne kmitáním hřídele (kmitání ohybové, osové, kouživé a tozní). Tato nestabilita je ovlivněna zůsobem vetknutí, nevyvážeností, ohybovou a tozní tuhostí, řiojenými hmotami a celou řadou dalších vlivů. Přesné řešení těchto stavů je oměně složité. V vém koku stačí kontola na tzv. kitické otáčky odle řibližného emiického vztahu: n MAX D d L 6 (0,7 ) 0 [/min], (4.) kde D; d - vnější a vnitřní ůmě sojovací tubky v [mm] L - vzdálenost mezi středy kloubů [mm]. 4.4 Osy Osy mohou být evné (nehybné) nebo otočné. Pevné osy jsou namáhány ouze staticky a jejich namáhání, okud mají v kitickém ůřezu válcový tva, lze kontolovat odle vztahu (4.4). Hodnotu OD odvozujeme od meze kluzu daného mateiálu. Otočné osy jsou namáhány ohybem za otace (souměně střídavý cyklus R -) a kontolují se na únavu v kitickém ůřezu. Bezečnost se očítá odle vztahu (4.4). k O OD O k O min, (4.4) kde M O O π 4 4 D ( d / D ) OD R e - mez kluzu v tahu o evné osy OD C - mez únavy o otočné osy D; d - vnější a vnitřní ůmě hřídele [mm] M O - ohybový moment v nebezečném ůřezu [Nm] k Omin - o evné osy (k mezi kluzu). k Omin,,5 - o otočné osy (k mezi únavy). 5

38 Konstukce stojních částí tekutinových systémů 4.5 Přehled zůsobů sojování hřídelů s nábojem Rozdělení sojů : silový (třecí) soj svěný soj se šouby (dělený nebo ozříznutý náboj) svěný soj se samosvoným kuželem nebo kuželovým ouzdem uínací koužky (nař. Ringfede, MAV, ETP, TOLLOK aj.) tlakový (lisovaný soj) soj s třecím klínem tvaový soj ea a klíny v dážkách avoúhlé dážkování (lehká, střední a těžká řada) jemné dážkování evolventní dážkování s ůzným středěním a tvaem aty olygonové soje říčné kolíky a klíny. Po soje hřídelů s ozubenými koly se oužívají jen někteé duhy, kteé zajišťují dostatečnou řesnost i únosnost. Přehled nejužívanějších tyů sojů je uveden v tabulce 4. se stučným vyhodnocením základních vlastností. V někteých říadech se vyžadují nebo ovažují za výhodu další vlastností, nař.: axiální zajištění bez dalších vků (lisovaný soj a uínací koužky) možnost řazení (osuv se zatížením nebo bez zatížení avoúhlé dážkování, evolventní dážkování, evná ea) evné zajištění olohy na obvodě (dážkování) možnost seřízení (axiální i o obvodě) svěné soje, užné uínací koužky. Tab.4. Přehled nejužívanějších tyů sojů Hodnocení vlastností ) únosnost ) adiální házení vubový účinek náklady na výobu a náku snadná montáž a demontáž celkové hodnocení (ořadí) Peo a dážka 5,,,, ) (4 5) Rovnoboké dážk. 5,5,5 ) 4 (7) Jemné 5 ) (6) dážkování Evolvent. dážk. 4,5,5 ) 0 () (střed. na boky) Evolvent. dážk.,5,5 9 () (střed. na hlavy) Lisovaný soj,5,5 5 (4 5) Uínací koužky,5, 5 4), () Poznámky : ) nejleší; 5 nejhoší ) montáž s vůlí ) o shodné vlastnosti ovchu (netvzené) a stejné ozměy 4) může být výazně dažší než ostatní 6

39 Konstukce stojních částí tekutinových systémů 4.6 Dimenzování sojů hřídele s nábojem Výočet silových sojů lze ovádět kontolou na tlak dle obecného vztahu (4.5), odkud lze odvodit i velikost řenesitelného momentu : M K d z ϕ h b dov k [ MPa], (4.5) kde M K - max. řenesitelný moment d - střední ůmě soje (střed. stykové lochy) z - očet dážek (zubů, e) ϕ - elativní funkční očet dážek (0,4 ) h - výška stykové lochy b - solečná šířka stykové lochy dov - dovolený tlak odle ob. 4.4 závisí na menší z evností (tvdosti) mateiálu a konstukčním usořádáním k - bezečnost závislá na funkci elementu. Ob. 4.4 Dovolený tlak v silovém soji Volba bezečnosti může mít říadný vliv na jakost konstukce. Nař. čím je větší očet dážek (e), tím lze volit nižší bezečnost; čím menší dsnost, tím nižší bezečnost; čím větší nebezečí úazu nebo ekologických škod, tím větší bezečnost; čím větší ázy, tím větší bezečnost atd. 7

40 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Přenesitelný moment u silových sojů je závislý na velikosti tlaků, součinitelů tření, čistotě soje a mateiálu třecích loch. U užných ouzde udává řenesitelný moment i řenesitelnou sílu výobce. U tvaových sojů se řenos axiálních sil ovádí : oěnými lochami hřídelů nebo ouzdy (ob. 4.5) uínacími maticemi (ob. 4.6) říložkami se šouby (ob. 4.7) lochými ojistnými koužky (Seegeovy koužky, odobně jako na ob..4). Ob. 4.5 Soj s ouzdem Ob. 4.6 Soj s uínací maticí Ob. 4.7 Soj s říložkou 8

41 Konstukce stojních částí tekutinových systémů 4.6. Rovnoboké dážkování ČSN ISO 4 (0 494) Základní tvay a ovedení odle tab.4.4 Tato noma zavádí jen lehkou a střední řadu a středění jen na malý ůmě Tab.4.4 Základní tvay Tva dážek Středění Řada Technologie Použití Označování na výkese d lehká a střední - odvalování; boušení aty dážek a φd otahovaného náboje řesuvná kola, velmi řesné vedení Π ISO 4-6xf7x6 - hřídel Π ISO 4-6xH7x6 - náboj Licování a geometické úchylky ovnobokého dážkování viz. ČSN ISO 4 (0 4949) Hlavní ozměy řad: - lehká řada ůměy d ; D 6 0 očet dážek z 6; 8; 0 šířky dážek b střední řada ůměy d ; D 4 5 očet dážek z 6; 8; 0 šířky dážek b 8 9

42 Konstukce stojních částí tekutinových systémů 4.6. Jemné dážkování ČSN 049 Základní tva jemného dážkování s římými boky je na ob Základní ozměy [mm] jmenovitá velikost 8 60 D 7,5 57,5 D a 8, 60 D a 6,9 4 očet dážek z 8 4 Ob. 4.8 Základní tva jemného dážkování Tva jemného dážkování s evolventními boky zubů hřídele a římkovými boky náboje je uveden na ob Základní ofil dážkování hřídele odle ob.4.0. Ob. 4.9 Jemného dážkování s evolventními boky zubů 4.0. Základní ofil dážkování Základní ozměy [mm] D a (jmenov. ozmě) 65 0 à 5 očet zubů z 4 78 D a 60 5 Označování a lícování odle citované nomy. Jemné dážkování se oužívá k evnému sojení nábojů a ák na hřídele bez velkých náoků na souosost s nábojem (adiální házení cca 0, 0,4 odle jmen. ůměů) Evolventní dážkování Evolventní dážkování je z hlediska vlastností jednoznačně nejvýhodnější sojení hřídele s nábojem ředevším o séiovou a homadnou výobu (dahé otahovací tny ostatní nástoje univezální) a menší ozměy ( do ůměu 500). Toto sojení oskytuje nejšiší možnosti uložení od volně osuvných o nalisované soje a je nejdokonaleji ošetřeno nomalizovanými ředisy. 40

43 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Tva zubů je evolventní a je vytvářen základním ofilem odle ob. 4.. Tento základní ofil je definován v nomě: ČSN nebo DIN 5480 Dážková sojení evolventní s úhlem ofilu 0. Ob. 4. Základní ofil evolventního dážkování Řada jmenovitých ůměů D je nomalizována, takže téměř všechny ofily jsou koigovány odle vztahu (4.6): D m( z,) D z m, m x m x. (4.6) m Mimo základní tva definovaný ob. 4. se vyskytují modifikace, kteé umožňují ůzné středění, říadně zvyšují odolnost oti únavovým lomům. Základní tvay modifikací jsou uvedeny v tab.4.5. Volba základních aametů a ozměů se ovádí odle těchto noem : ČSN 0495 Dážková sojení evolventní s úhlem ofilu 0. Jmenovité ůměy, moduly a očty zubů. ČSN Dážková sojení evolventní s úhlem ofilu 0. Jmenovité ozměy a měření veličiny. 4

44 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Tab.4.5 Základní tvay modifikací evolventního dážkování Povedení ovedení užití říklad označení středění na bocích lochá dna a) oblá dna b) standadní ovedení; elativně velké adiální házení ovedení ad a); zvýšená únavová únosnost zaoblením at; hřídel možno kombinovat s a);c) soj 50xx9H/9g ČSN 0495 Jmenovitý ůmě D x modul m x 9H/9g náboj 50xx9H ČSN hřídel 50xx9g ČSN dtto ozn. zaobl. dna dtto ozn. zaobl. dna středění na hlavách c) řesně otahovaný náboj; boušená hlava zubu hřídele; malé adiální házení 50xxH9/g9 ČSN 50xxH9 ČSN 50xxg9 ČSN středění na atách d) stand. otahování; boušena hlava zubu náboje a ata hřídele minim. adiál. házení i50xxh9/g9 ČSN i50xxh9 ČSN i50xxg9 ČSN Označování ozměů evolventního dážkování je uvedeno na ob. 4. Ob. 4. Označování ozměů evolventního dážkování 4

45 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Toleance o ředisy na výkes, výobu a kontolu jsou definovány v nomě. ČSN 0495 Dážková sojení evolventní s úhlem ofilu 0. Lícování. Stuně řesnosti a toleanční ole šířek dážek hřídele a náboje se volí řednostně odle tab Tab. 4.6 Stuně řesnosti a toleanční ole šířek dážek hřídele a náboje Stueň Základní úchylky o řesnosti náboj hřídel H n k h g f d c a 7 7H 7n 7h 7f 8 7H 8 8k 8f 9 9H 9 9h 9g 9d 0 0H 0d H c a uložení nalisované řechodné volné Podle tyu dážkování v tab.4.5 a o zvolené toleanční ole se ředis na výkesy ovádí zůsobem, jehož říklad je uveden v tab.4.5. Polohy toleančních olí odle tab.4.6 jsou zakesleny a označeny na ob. 4., kde jako jmenovitý ozmě je označena mía řes zuby nebo řes válečky, kteými se kontoluje šířka dážky náboje, es. tloušťka zubu hřídele na ob. 4.4 (zjednodušeně šafováno). Dvojitým šafováním je na ob. 4. označeno sumání toleanční ole všech ostatních úchylek tvau zubů. Tato kontola se musí ovádět komlexním kalibem a úchylky se na výkese neuvádějí. Ob. 4. Polohy toleančních olí 4

46 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Ob. 4.4 šířka dážky náboje, es. tloušťka zubu hřídele Po leší ředstavu jsou na ob. 4.4 olohy toleancí schematicky naznačeny římo na zubech evolventního dážkování. Konkétní hodnoty oloh toleančních olí jsou uváděny v nomě o šířku zubu na oztečném válci (označ. T na ob. 4.4). Po ředis toleance šířky zubů měřené míou řes zuby W je nutno toleanci T násobit cos0 a uvést očet zubů o měření z w. Po ředis kontolního ozměu řes válečky je nutno toleanci T násobit koeficientem úchylky ozměu k i o náboj a k a o hřídel a uvést ůmě válečku D m. Hodnoty jmenovitých ozměů M i a M a o kontolu řes válečky a W o kontolu řes zuby solu s hodnotami D M ; k i ; k a z w jsou uvedeny o každý ofil v ČSN Na výkese se uvádějí komě toleance šířek zubů také dooučené mezní hodnoty obvodového házení F, kteé jsou uvedeny v ČSN Přesnost uložení náboje na hřídeli s evolventním dážkováním středěným na bocích je v někteých říadech nedostatečná (naříklad o řesná ozubená kola) a uložení kol v ovedení c) d) je dahé. Poto se užívá zejména u tvzených kol a hřídelů kombinace tvaového soje o řenos momentů a středění na válcové loše o zajištění řesného adiálního vedení. Příklady jsou uvedeny na ob.4.5. Na ob.4.5 je říklad označení dážkování na sestavném výkese. Na detailních výkesech se navíc uvádí ozmě řes zuby nebo válečky s toleancí. Ob. 4.5 Příklady středění evolventního dážkování na válcové loše 44

47 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Příklad označování evolventního dážkování dle DIN5480 je uvedeno v tabulce 4.7. Příklad výočtu úchylek tohoto dážkování ři středění na boky zubů je uveden v tabulce 4.8. Tab. 4.7 Příklad označování evolventního dážkování dle DIN5480 Bezugsduchmesse (jmenovitý ůmě ) d b 0 mm Modul (modul) m mm Eingffswinkel (úhel ofilu α 0 Zähnezahl (očet zubů) z 8 Flankenassung (toleance) 9H 8f nebo 9H 9e Aussenzentieung (vnější středění, na hlavě) H7 h6 Innenzentieung (vnitřní středění, na atě) H7 h6 Středění na bocích Středění na hlavách Středění na atách Vebindung (soj) DIN xx0x8x9H 8f Welle (hřídel) DIN 5480 W 0xx0x8x8f Nabe (náboj) DIN 5480 N 0xx0x8x9H Vebindung (soj) DIN 5480 A 0xx0x8xH7 h6x9h 9e Welle (hřídel) DIN 5480 WA 0xx0x8xh6x9e Nabe (náboj) DIN 5480 NA 0xx0x8xH7x9H Vebindung (soj) DIN 5480 I 0xx0x8xH7 h6x9h 9e Welle (hřídel) DIN 5480 WI 0xx0x8xh6x9e Nabe (náboj) DIN 5480 NI 0xx0x8xH7x9H 45

48 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Tab. 4.8 Příklad výočtu úchylek tohoto dážkování ři středění na boky zubů Teil Bestimmungösse (díl) (veličina) Nabe (náboj) Welle (hřídel Lückenweite (šířka mezey) Püfmass zwischen Rollen Rollen- Duchmesse D M 5, 5 mm (kontolní ozmě mezi válečky Rozmě válečku) T8 S Zahnweit übe 7 Lücken (vzdálenost řes 7 meze) Zahndicke (šířka zubu) Nennmass (jmenovitý ozmě) [mm] e 6,7 T8, S M i 06, T8, S W k 59,70 T8, S s 6,7 T8, S Abmassfakto (fakto ozměu) A Mi T8, S,7 A W 0,866 T8, S Püfmass M i 6,095 A Me,5 zwischen Rollen T8, S T8, S Rollen- Duchmesse (kontolní ozmě mezi válečky Rozmě válečku) D M 6 mm T8, S Zahnweit übe 7 W k 59,70 A W 0,866 Lücken T8, S T8, S (vzdálenost řes 7 meze) Poznámka: T8 S Teil 8, Seite (díl 8, stana ) Abmasse (dovolené úchylky) [µm] A ei 0 T 4, S T 90 T 4, S T E 56 T 4, S A A T A A A A A ee eie ei Aee TE MiiE AeiE AMi Mie Aee AMi WiiE AeiE AW Wie Aee AW , , , , A se 8 T 4, S T 6 T 4, S T E 40 T 4, S A A T A A A A A si see se Asi TE MeeE AseE AMe Mei Asi AMe WeeE AseE AW Wei Asi AW , , , ,

49 Konstukce stojních částí tekutinových systémů 5. Poměnlivé zatížení součástí, výočet životnosti součástí ři únavě mateiálu 5. Poměnlivé zatížení součástí Vlivem cyklického zatěžování vzniká u houževnatých mateiálů tzv. únava mateiálu. Poměnlivé zatížení může vznikat buď silami, kteé se eiodicky mění, nař. ojniční šoub a nebo je síla stejně veliká a mění se eiodicky oloha stojní součásti, nař. hřídel zatížená od řevodu ozubenými koly. Půběh změny naětí je dán jeho eiodickou složkou amlitudou naětí a neoměnlivou složkou ředětím. V axi mohou nastat říady (v zidealizované fomě) dle ob 5.. Ob. 5. Poměnlivé zatížení součástí (v zidealizované fomě) Sinusové ůběhy naětí jsou chaakteizovány těmito veličinami: Honí naětí kmitu. (5.) h m a Dolní naětí kmitu d. (5.) m a Střední naětí kmitu m h n. (5.) 47

50 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Amlituda naětí a h d. (5.4) Rozeznáváme čtyři tyy kmitů ve stejné eiodě T dle ob. 5.a můžeme je chaakteizovat součinitelem nesouměnosti kmitu: R d. (5.5) h Pulsující kmit naětí (obázek 5. a): m > a (5.6) 0 < R <. (5.7) Míjivý kmit naětí (obázek 5. b): m a (5.8) (5.9) h a 0 (5.0) d R 0. (5.) Souměně střídavý kmit naětí (obázek 5. c): h a (5.) (5.) d a 0 (5.4) m R. (5.5) Nesouměně střídavý kmit naětí (obázek 5. d): m < a (5.6) d a h mají ůzná znaménka R < 0. (5.7) 48

51 Konstukce stojních částí tekutinových systémů 5. Výočet životnosti součástí ři únavě mateiálu Při výočtu únavových vlastností součástí můžeme ostuovat dvěma směy: vyočteme římo dobu života součásti, stanovíme součinitel bezečnosti vůči mezi únavy mateiálu součásti. Při výočtu doby života vycházíme nejčastěji ze znalosti tzv. Wöhleovi křivky dle ob. 5. A C Ob. 5. Wöhleova křivka mezní amlituda naětí mez únavy mateiálu N očet cyklů do lomu Exeimentálně je stanovení Wöhleovy křivky velmi zdlouhavé neboť každý bod v oblasti časované evnosti ředstavuje únavové oušení jednoho vzoku. V axi jsou dostuné Wöhleovy křivky o běžné jakosti mateiálu v odobě dle ob. 5.. Pomocí Wöhleovy křivky lze stanovit ři znalosti sekta zatížení délku života cyklicky namáhaných součástí. Známe-li sektum zatížení a Wöhleovu křivku vycházíme z hyotéz o kumulaci únavového oškození součástí. Nejjednodušší jsou ty hyotézy, kteé vycházejí lineání kumulace únavového oškozování (Coten-Dolan, Palmgen, Mine, Heibach). Všechny tyto hyotézy vycházejí z ředokladu, že se součást na každé hladině oškodí tolik, kolik oběhne na této hladině zatěžovacích cyklů, v oměu očtu cyklů na únavové křivce na stejné hladině. 49

52 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Ob. 5. Wöhleovy křivky v axi Intenzita oškození na i-té hladině: N i D i. (5.8) NCi Rovnice Wöhleovy křivky v oblasti se směnicí q: N N (5.9) q i Ci q C C N Ci N C q i. (5.0) C Dosadíme-li ovnici 5.0 do ovnice 5.8 dostaneme vztah o imtenzitu oškození: D i N N i C q i. (5.) C Celková intenzita oškození: n D C D i. (5.) i 50

53 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Doba života součásti: LS L [ hod, otáčky, km,...], (5.) D C kde L S doba tvání sekta [hod, otáčky, km.]. 5. Hyotézy o vyhodnocení sekta zatížení Vyhodnocení sekta zatížení se ovádí dle jednotlivých hyotéz. 5.. Hyotéza Coten-Dolan Ob. 5.4 Vyhodnocení sekta zatížení dle hyotézy Coten Dolan U této hyotézy je nahazena ůvodní směnice Wöhleovy křivky směnicí B (,8, ) q 0. 5

54 Konstukce stojních částí tekutinových systémů 5.. Hyotéza Mine Ob. 5.5 Vyhodnocení sekta zatížení dle hyotézy Mine U této hyotézy se vyhodnocují jen hladiny, kteé jsou nad mezí únavy mateiálu součásti. Hladiny kde < se do výočtu nezahnují. 5.. Hyotéza Palmgen i C Ob. 5.6 Vyhodnocení sekta zatížení dle hyotézy Palmgen Bee do úvahy všechny hladiny, otahuje šikmou část Wöhleovy křivky od mez únavy mateiálu součást C. 5

55 Konstukce stojních částí tekutinových systémů 5..4 Hyotéza Heibach Ob. 5.7 Vyhodnocení sekta zatížení dle hyotézy Heibach Tato hyotéza bee do úvahy všechny hladiny. V oblasti zatížení odle směnice q, v oblasti H q. i C > vyhodnocuje sektum i < vyhodnocuje sektum odle směnice C 5

56 Konstukce stojních částí tekutinových systémů 6. Stanovení součinitele bezečnosti vůči mezi únavy mateiálu součásti Haighův diagam. Závislost meze únavy v souřadnicovém systému ( ) a f m ob. 6.. ( A je mezní amlituda) na ředětí znázoněná A m se nazývá Haighův diagam, kteý je znázoněn na Použité veličiny: mez únavy mateiálu hladkého vzoku C Ob. 6. Haighův diagam C mez únavy mateiálu skutečné součásti R mez kluzu mateiálu součásti e Součinitel kontakce o hladký vzoek: ψ C tgϕ HC HC, (6.) kde mez únavy ři míjivém namáhání HC Po bod F (bod fiktivního naětí) latí: C C tg ϕ ψ F. (6.) ψ F 54

57 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Součinitel ψ je závislý na evnosti mateiálu, zůsobu zatěžování (tlak, ohyb, smyk) a na velikostech vubů. V liteatuře se hodnota uvádí se značným oztylem. U hladkých vzoků namáhaných tahem hodnota ψ oste s evností mateiálu řibližně odle vztahu : 4 (, ± 0,7) 0 R, o R > MPa ψ. (6.) m m 00 Po smykově namáhané součásti latí řibližně: ψ 0, 5. (6.4) τ ψ Závislost základní meze únavy hladkého vzoku ři namáhání tahem o souměně střídavý cyklus ( c ) na mezi evnosti se odle ozsáhlých výzkumů dá o ocel o evnosti R m [MPa] vyjádřit vztahem: (6.5) C 0,999 0,69 Rm nebo odle řibližných vztahů o ůzné tyy zatěžování (tah, ohyb, kut) a ůzné mateiály v tab.6.. Tab.6. Přibližné vztahy o vyjádření meze únavy mateiál Mez únavy [MPa] v souměně střídavém cyklu v tahu C v ohybu CO omě C / CO v kutu τ CK omě τ CK / C ocel konstukční uhlíková 0,45 R m 0,49 R m 0,9 0,5 R m 0,7 legovaná 0,4 R m 0,44 R m 0,9 0,5 R m 0,80 zušlechtěná litina šedá 0,5 R m 0,7 R m 0,67 0,5 R m 0,67 tváná 0,5 R m 0,48 R m 0,7 0,5 R m 0,7 Lehké kovy 0,0 R m 0,5 R m 0,85 0,5 R m 0,7 55

58 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Mechanické vlastnosti šoubů jsou uvedeny v tab. 6. a tab. 6.. Tab. 6. Mechanické vlastnosti šoubů Mechanické Pevnostní třída vlastnosti ) 8.8 ) 9.8 ) Pevnost v tahu R m [MPa] jme n min Mez min kluzu R e [MPa] Mez kluzu min R 0, [MPa] Tažnost min v [%] Tvdost Binell BV min max ) latí o šouby s d 6 mm ) latí o šouby s d > 6 mm ) latí o šouby s d 6 mm Tab. 6. Mechanické vlastnosti šoubů Pevnostní Výchozí mateiál C [ MPa] HC MPa třída , 00, , , , [ ] Mez únavy skutečné součásti: C εv η C, (6.6) β kde C - mez únavy hladkého vzoku o stejný ty namáhání (tah-tlak, ohyb, es. kut - τ C ) v souměně střídavém cyklu [MPa], nař. odle vztahu (6.5) nebo tab.6.. β - vubový součinitel - součinitel velikosti ε υ η P - součinitel jakosti ovchu. Velikosti uvedených součinitelů se uvádějí v odboné liteatuře a odle ůzných autoů se hodnoty i zůsoby oužití mohou lišit. 56

59 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Vubový součinitel β se nejjednodušším zůsobem vyočte odle vztahů: odle Thuma odle Neubea β ( α ) q (6.7) α β. (6.8) A ρ Součinitel tvau α es. teoetický součinitel koncentace naětí závisí na zůsobu zatěžování a na tvau vubu odle schématu na ob. 6.. Součinitel α je definován jako omě šičky naětí v kořeni vubu k nominálnímu naětí ve vubem zeslabeném ůřezu odle vztahu: max α. (6.9) nom Tyto součinitele byly číselně vyjádřeny většinou na základě exeimentů a jsou v liteatuře uváděny ve fomě gafů. Jako říklad využitelný o dimenzování hřídelů s nejčastěji se vyskytujícími vuby jsou uvedeny součinitele α na ob. 6.. Ob. 6. Závislost součinitele vubu α na tvau vubu a zůsobu zatěžování 57

60 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Ob. 6. Součinitelé vubu α o ůzné duhy zatěžování Vubová citlivost (q; A) mimo tvaový součinitel je ůsobení vubu ovlivněno vubovou citlivostí mateiálu. Předokládá se, že ozdíl mezi teoetickým a skutečným součinitelem koncentace naětí je zůsoben nehomogenitou elementáních částic mateiálu v exonovaných objemech (ob.6.). Thuma (vztah 6.7) tuto okolnost esektuje vubovou citlivostí q odle ob. 6.4 a Neube (vztah 6.8) konstantou A odle ob. 6.5 a minimálním oloměem vubu ρ ztotožněným s ozměem zna mateiálu. 58

61 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Ob. 6.4 Vubová citlivost q Ob. 6.5 Konstanta vubové citlivosti A 59

62 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Součinitel velikosti ε υ esektuje okolnost, že větší ozmě součásti oskytuje větší avděodobnost výskytu vady, kteá může vést k očátku únavové ouchy. Hodnota ε υ řísluší ozměu vzoku, o kteý byly ealizovány zkoušky (obvykle 8 0mm). Součinitel ε υ závisí na kvalitě mateiálu a zůsobu zatěžování odle ob Součinitel velikosti je tím větší, čím je zůsob zatěžování komlikovanější (nehomogenní). Naříklad ohyb za otace bude mít hodnotu ε υ menší než ostý tah (viz. ob. 6.6). Ob. 6.6 Součinitel velikosti Součinitel jakosti ovchu η P esektuje vliv technologie výoby z hlediska jakosti ovchu. Je závislý na střední aitmetické dsnosti, kteá je dána finálním zůsobem oacování odle ob Součinitel jakosti ovchu je dále závislý na stavu ovchu, kteý se může měnit v důsledku kooze. Digam na ob. 6.7 latí o tah a ohyb. Po kut se uvažuje zmínění účinků odle vztahu η τ 0,5. ( η ). Ob. 6.7 Součinitel jakosti ovchu 60

63 Konstukce stojních částí tekutinových systémů U šoubových sojů je největší vubový součinitel v místě vního nosného závitu šoubu dle ob. 6.8, kde dochází k nejčastějším ouchám. Součinitel koncentace naětí v místě : Ob. 6.8 Nebezečná místa šoubových sojů Tab.6.4 Sučinitelé B, b α ρ B d b d B b d 0,997 0,95,00 0,998 0,8,50 0, ,6955,0, ,5545,0,0070 0,765,5,060 0,67,0,070 0,9484,07,080 0,768,05,070 0,556,0,0670 0,60,0,0790 0,8755,0,0000 0,5609 Ob. 6.9 Zmíňující účinek vubu b ρ α B d, (6.0) kde B, b viz tab. 6.4, d d, (6.) h h γ h. (6.) γ je zmíňující účinek vlivem o sobě následujících vubů (říad závitu), vyhledá se dle ob

64 Konstukce stojních částí tekutinových systémů 6 Součinitel koncentace naětí v místě 4: 4 8 h d κ α α, (6.) kde 0,8 κ. Vubový účinek se vyočte dle vztahu 6.7 nebo 6.8. Součinitel kontakce o součást s vubem: β η ε ψ β η ε ψ ψ ψ ϕ ψ v C v C C C C C F C tg. (6.) Na ob 6.0 je znázoněna situace v Haighově diagamu o ulsující kmit naětí. Mezní amlituda naětí: ( ) A d C A d C M C A ψ ψ ψ ψ (6.4) Ob. 6.0

65 Konstukce stojních částí tekutinových systémů 6 Úavou 6.4: d C A A ψ ψ. (6.5) Z ovnice 6.5: ψ ψ d C A. (6.6) Bezečnost vůči mezní amlitudě o ulsující kmit naětí: ( ) a d C a A k ψ ψ. (6.7) Mezní honí naětí: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ ψ d C d d C d C d d d C d A d A A d A M H. (6.8) Bezečnost vůči honímu meznímu naětí: ( ) ( ) h d C h H H k ψ ψ. (6.9) Pozn. V říadě, že ředětí je veliké a dostanu se do oblasti úsečky OM učuje se bezečnost: α h R e k. (6.0) Bezečnost vůči mezní amlitudě o míjivý kmit naětí dle ob. 5. b): ( ) a C a A k ψ. (6.) Bezečnost vůči honímu naětí o míjivý kmit naětí dle ob. 5. b): ( ) h C h H H k ψ. (6.)

66 Konstukce stojních částí tekutinových systémů Bezečnost vůči mezní amlitudě o souměně střídavý kmit naětí dle ob. 5. c): k A C. (6.) a a Bezečnost vůči honímu naětí se neučuje, otože. Pozn.: Analogicky tyto vztahy latí o ulsující smykové naětí. Jde-li o kombinované namáhání, učíme výslednou bezečnost: h a k k k τ (6.4) k kτ U šoubů se většinou jedná o statický kut. I řes to můžeme vzoec 6.4 s usokojivou řesností oužít. Pozn.: Budeme-li na svislou osu vynášet místo naětí a naětí a m dostaneme Smithův diagam dle ob. 6.. Ob. 6. Smithův diagam Z tohoto diagamu lze učit součinitel bezečnosti gaficky: OU k (6.5) OA 64