BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY O TECHNOLOGY KULT STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTV KONSTRUOVÁNÍ CULTY O MECHNICL ENGINEERING INSTITUTE O MCHINE ND INDUSTRIL DESIGN NÁVRH OKRUŽNÍ PILY DESIGN O CIRCULR SW BKLÁŘSKÁ PRÁCE BCHELOR'S THESIS UTOR PRÁCE UTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR TOMÁŠ TUER doc. Ing. MICHL ČERNÝ, CSc. BRNO 0

2 Vysoé učení technicé v Brně, aulta strojního inženýrství Ústav onstruování ademicý ro: 0/0 ZDÁNÍ BKLÁŘSKÉ PRÁCE student(a): Tomáš Taufer terý/terá studuje v baalářsém studijním programu obor: Strojní inženýrství (0R06) Ředitel ústavu Vám v souladu se záonem č./998 o vysoých šolách a se Studijním a zušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma baalářsé práce: v anglicém jazyce: Návrh oružní pily Design of circular saw Stručná charateristia problematiy úolu: Cílem baalářsé práce je onstruční návrh a výpočet domácí oružní pily s těmito parametry: motor o výonu cca -4 W, průměr otouče do 500 mm. Cíle baalářsé práce: Baalářsá práce musí obsahovat (odpovídá názvům jednotlivých apitol v práci):. Úvod. Přehled současného stavu poznání. ormulaci řešeného problému a jeho technicou a vývojovou analýzu 4. Vymezení cílů práce 5. Návrh metodicého přístupu řešení 6. Návrh variant řešení a výběr optimální varianty 7. Konstruční řešení 8. Závěr (Konstruční, technologicý a eonomicý rozbor řešení) orma práce: Průvodní zpráva, Technicá doumentace Typ BP: onstruční Účel zadání: vzdělávací činnost ÚK

3 Seznam odborné literatury: Shigley, J. E. a ol.: Konstruování strojních součástí. Vutium Brno, 00, pp.86,isbn Vedoucí baalářsé práce: doc. Ing. Michal Černý, CSc. Termín odevzdání baalářsé práce je stanoven časovým plánem aademicého rou 0/0. V Brně, dne..0 L.S. prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. Ředitel ústavu prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děan faulty

4 NOTCE Tato baalářsá práce se zabývá návrhem a onstručním řešením oružní pily (ciruláry) pro domácí použití. Oružní pila bude řešena se stolem pro podélné řezání. Stůl bude odlápěcí, čímž bude umožňovat řezání lád. Přenos routícího momentu bude realizován pomocí línového řemene pro proluz při záseu pily. Rám pily bude svařovaný s patami pro stabilitu a olečama pro snadnější přesun. KLÍČOVÁ SLOV Oružní pila, řezání, dřevo, řemenový převod, onstruce. NNOTTION This bachelor wor is dealing with design and constructive solution of circular saw for home use. Circular saw will be construct with bench for straight cutting. Bench will be hinged for cutting stocs. The gyroscopic moment will be transfered via band for belt creeping in case when saw get stuc. Sash will be weldment. It will has feet for stability and wheels for easier transport. KEY WORDS Circular saw, cutting, wood, belt gear, construction.

5 BIBLIOGRICKÁ CITCE PRÁCE TUER, T. Návrh oružní pily. Brno: Vysoé učení technicé v Brně, aulta strojního inženýrství, 0. s. Vedoucí baalářsé práce doc. Ing. Michal Černý, CSc..

6 Prohlášení autora Prohlašuji, že jsem celou baalářsou práci vypracoval samostatně pod vedením vedoucího baalářsé práce. v Brně.. podpis autora

7 Poděování Děuji svému vedoucímu baalářsé práce doc. Ing. Michalovi Černému, CSc. za jeho trpělivost a sutečnou, nioli hranou, ochotu mi poradit.

8 OBSH. SOUČSNÉ TYPY PIL 9.. GUDE DTW BINDERBERGER TWS VRINTY ŘEŠENÍ Varianta I Varianta II Varianta III VÝPOČTY.. Kroutící moment motoru.... Déla hnacího pera Návrh řemenice Převodový poměr Stanovení veliosti průřezu línového řemene..... Stanovení minimálního výpočtového průměru řemenic Návrh výpočtových průměrů řemenic Návrh osové vzdálenosti Určení dély řemene Sutečná osová vzdálenost Stanovení potřebného počtu řemenů Předpětí řemene Návrh hřídele Zatížení hřídele Kontrola hřídele na únavu...5. Déla hnaného pera...6. Návrh ložise Návrh tažné pružiny ZÁVĚR SEZNM POUŽITÝCH SYMBOLŮ SEZNM POUŽITÉ LITERTURY, ZDROJE

9 . SOUČSNÉ TYPY PIL.. GUDE DTW 700 Pohon: eletromotor Napětí: 400 V Výon motoru: 5. W Otáčy: 80 min - Průměr otouče: 700 mm Max. prořez: 50 mm Rozměry stolu: 50 x 850 mm Hmotnost: 5 g Zdroj: BINDERBERGER TWS 600 Pohon: Napětí: Výon motoru: Průměr otouče: Max. prořez: Rozměry d x š x v: Hmotnost: eletromotor 400 V 4. W 600 mm 00 mm 00 x 750 x 80 mm 5 g Zdroj: Další výrobci pil např.: - BGU MCHINEN - WIDL - 9 -

10 . VRINTY ŘEŠENÍ.. Varianta I.. Varianta II.. Varianta III Volená varianta: Zvolena varianta III. Stůl je z jednoho usu, jehož odlopení umožňuje snadnější přístup e onstruci a dále pa řezání ulatin pomocí přídavného mechanismu. Napínání řemene je provedeno vahou motoru s přídavnou pružinou

11 . VÝPOČTY.. Kroutící moment motoru Motor zvolen SIEMENS L7. [7] Parametry motoru: P 4W; n 905 min ; d 8mm P 4000W,, 4 Nm n 48,4s M mot.. Déla hnacího pera Výša pera v náboji: t, 9mm [ str. 467] Dovolené napětí při otlačení: p D 56 (Tab. ) Tab.: Dovolená napětí typů uložení [] Silové působení na bo pera v náboji: M, mot d t 40 Nmm 850,4 N 8mm,9 mm Minimální déla těla pera: 850,4N l p t 56,9mm D 5, mm - -

12 Šířa pera: Minimální déla pera: B 8mm [ str. 467] l l B 5, mm 8mm, mm Minimální normalizovaná déla pera podle ČSN 0 56: l 4mm [ str. 467] Déla později upravena dle šířy řemenice na l 6mm... Návrh řemenice... Převodový poměr Max. otáčy motoru: n 905 min [7] Max. otáčy pilového otouče: n 00 min [8] i n n 905 min 00 min,6[ ]... Stanovení veliosti průřezu línového řemene Typ [ str. 57] Podle přenášeného výonu a otáče malé řemenice volíme z diagramu průřez řemene.... Stanovení minimálního výpočtového průměru řemenic D min 90 mm (Tab. ) Tab. : Minimální výpočtové průměry řemenic pro jednotlivé veliosti lasicého průřezu línového řemene [4] - -

13 ..4. Návrh výpočtových průměrů řemenic D min D D,max Maximální rychlosti pro řemeny: [4] Zvoleno v v max max 5 m / s 0 m / s Industrial Reord vmax m s D,max 64, mm n 905 min 90 mm D 64, mm Zvoleno: D 90mm (Tab. ) D D i 90 mm,6, 67 mm Zvoleno: D mm (Tab. ) Tab. : Normalizované veliosti výpočtových průměrů řemenic D pro jednotlivé normalizované veliosti lasicého průřezu línového řemene [4] i i D D mm 90 mm,44[ ] Zahrnutí provozního sluzu řemene do převodového poměru: [4] Zvoleno s 0,0[ ] s 0,0[ ] Industrial Reord i SK D D mm s 90 mm 0,0,698[ ] - -

14 Musí platit: Odchyla zvolena: i 5% i i i i 00 i i SK i i i i 00 i 5% 5%,44,44,698,44, ,88,698,06 PLTÍ Obvodová rychlost: D n 90 mm 905 min v,69 m / s Návrh osové vzdálenosti Na záladě dosazení nejmenší možné veliosti úhlu opásání α = 90 do vzorce cos D D dostaneme rovnici pro min,teoretickou : min, TEO 55 D D mm 90 mm 5, mm D D mm 90 mm mm TEO 404 max, min, TEO max, TEO min, SK D D 0, D D 90 mm mm 0, 90 mm mm 4,4 mm Zvoleno: 00mm - 4 -

15 ..6. Určení dély řemene Obr. : Výpočet dély řemene v rovině neutrálních vláen. [4] cos D D mm 90 mm 0,066[ ] 87,89; 75,79 00 mm ,79 84, Předběžná déla: L P ' sin D D ,79 00 mm sin 60 Zvoleno: 84, 60 87,89 90 mm mm 97 mm L P 900mm (Tab. 4) Tab. 4: Normalizované výpočtové dély L P pro jednotlivé normalizované veliosti lasicého průřezu línového řemene [4] - 5 -

16 ..7. Sutečná osová vzdálenost Obr. : Sutečná osová vzdálenost SK SK,04 LP D D sin 75,79 84,, mm 90 mm mm sin 87,89 09,5 mm..8. Stanovení potřebného počtu řemenů K N P P C K 4 W,68 W,5[ ] Zvoleno: řemeny C C L 0,98 0,8 N P N 0,7 W, 68 W C, P C N C C C K 0 L P (Tab. 5) [ str ] - 6 -

17 Zvoleno: ŘEMEN -900 ČSN 0 0 ŘEMENICE SPZ 90/-8H7 [] ŘEMENICE SPZ /-0H7 []..9. Předpětí řemene Tab. 5: Součinitel C přihlížející počtu řemenů v převodu [4] Obr. : Předepínací síla. [4] f 0,0575,068 0 f 0,0575,068 e e 9 N e e 659 N Bezpečnost zvolena rovna, vůli proluzu při záseu pily. Síla v řemeni v neutrální ose: M D, mot 40 Nmm 90 mm 9 N - 7 -

18 Součinitel tření v línové drážce: f f sin 0,0575 sin 87,89 0,0575[ ] Součinitel vlánového tření: f f 0 0,0 v 0,5 0,0,69 m s 0,0575[ ] Součinitel suchého smyového tření f 0,5[ ] pro pryžový řemen a ocelovou řemenici. 0 Předepínací síla: sin 0 sin V V NS 0 sin sin sin 75, N sin, N ,79, Déla potřebná pro nasazení řemene: min, SK SK 0,05 LP 09,5 mm 0, mm 95 mm Déla potřebná pro další napínání řemene: max, SK SK 0,0 LP 09,5 mm 0,0 900 mm 6, 5 mm Napínání řemene bude zajištěno vahou motoru a pružinou

19 .4. Návrh hřídele.4.. Zatížení hřídele Obr. 4: Zatížení hřídele NS Ř N M D, pily P Průměr řezného otouče: Nmm 500 mm 7 N D P 500mm [8] M, pily 0 D mm 659 N Nmm Úhel je z onstruce. Obr. 5: Průběh VVÚ v rovině XZ - 9 -

20 M M M I o, I o, B I o,max NS Ř M sin 54 N sin 4 7 N 4 mm 5 64 Nmm I o, Nmm 54 mm Nmm Obr. 6: Průběh VVÚ v rovině XY 54 N cos 54 mm 67 Nmm II M o, max NS cos 54 Řešené místo vazba M o,max I II M M o,max o,max Nmm Nmm Nmm M, pily Nmm Výpočet minimálního průměru hřídele z rutu: R e D, t [ ] 00 D, 0,57 D, t 0, ,5 d M, pily W 6 M 6 M d, pily D,, pily d Nmm 85,5 6 M, pily D, 7,7 mm S ohledem na pozdější onstruci zvolen průměr hřídele d 5mm - 0 -

21 Maximální normálové a tečné napětí v hřídeli: o,max,max M M o,max W W o, pily M o d 6 M d,max, pily Nmm 7 5 mm Nmm 0, 5 mm.4.. Kontrola hřídele na únavu Zvoleno SODEBERGOVO ritérium: Parametry hřídele: materiál 500 Korigovaná mez únavy: R R m e co ,504 R m 0, c a b c d e 0,869 0,879 0,86 5 f co 65 a b c d e f a,4 [ ] [ ] [ ] b R 4,5 500 m 0,86[ ] 0,07 d,4 5 mm 0,65 0,07 0,869[ ] 0,879[ ] [ str ] Výpočet bezpečnosti: c R M e M R e c 7 o,max , o,max M,max 7 87, 7 0,,8[ ] VYHOVUJE - -

22 .5. Déla hnaného pera Výša pera v náboji: t, mm [ str. 467] Dovolené napětí při otlačení: p D 56 (Tab. ) Průměr hřídele: d 0mm Silové působení na bo pera v náboji: M, pily d t 95 0 Nmm 0mm, mm Minimální déla těla pera: l p t D 5707,6 N 56, mm 5707,6 N 0,8 mm Šířa pera: Minimální déla pera:.6. Návrh ložise B 0mm [ str. 467] l l B 0,8 mm 0 mm 40, 8mm Minimální normalizovaná déla pera podle ČSN 0 56: l 45mm [ str. 467] Zvoleno: LOŽISKOVÁ JEDNOTK SY 5 M [0] Dynamicá únosnost: C 5, 5 N Staticá únosnost: C 0 5, N Max. otáčy hřídele: n 00 min < max. dovolené ot. ložisa n 500 min a 0 N r I II 470 N 656 N 940 N I NS sin sin 54 Ř 4 NS 54 4 Ř 00 N sin, 54 mm 7 N 4 mm 00 mm I N NS II cos NS 54 cos 00 II N cos, 00 mm mm 656 N

23 P r r 940 N a 6 6 C N 0 L0 h 964 hod. P r 60 n 940 N min Kontrola nalopení: NS N d 5 mm a 54 mm l 00 mm E J d mm mm Obr. 7: Nalopení hřídele v místě ložisa Rovnice průhybu: y B a x 6 E J l l x Rovnice nalopení: d y d x B a 6 E J l a x l x x 6 E J l B x l a l 6 E J 0, ' 6" N 54 mm 00 mm mm 0 4 0, rad Dovolené nalopení je až. VYHOVUJE Veliost dovoleného nalopení zjištěna od výrobce. - -

24 .7. Návrh tažné pružiny Zvolena pružina podle ČSN EN 070- třídy SH Materiál: Patentovaný tažený drát z nelegované oceli, tažený za studena Další charateristiy: d 0 mm průměr drátu D 0 mm roztečný průměr nb 5 [ ] počet závitů E 06 GPa; G 8,5 GPa moduly pružnosti r 5 mm; r 0 mm max NS 0 N poloměry zaoblení maximální síla 0 00 N síla předpětí L 00 mm maximální natažení Místa namáhání: Mez pevnosti: R m log( d ) log(0 mm) 40 Poměr vinutí: C D d 0 mm 0 mm [ ] Bergsträsseův součinitel: K B 4 C 4 C 4 4,556 [ ] - 4 -

25 Reduovaný počet činných závitů: n' a n b G E ,96 [ ] Tuhost: 4 d G 8 D n' a 0 mm mm , Nmm Roztažení pružiny: max 0 0 N 00 N y 4, Nmm mm Déla pružiny ve volném stavu: L L y 00 mm 4,5 mm 95, 85 0 mm Místo : namáhání TH-OHYB Mez luzu: R se 0,75 R m 0, ,5 Poměr C : C r d 5 mm 0 mm [ ] Součinitel zařivení oa: K 4 C 4 C C 4 C 4, [ ] Napětí: max K 6 D 4 d d 6 0 mm 0 N, Bezpečnost: 4 0 mm 0 mm 67,4 R se 07,5 67, 4,597[ ] VYHOVUJE - 5 -

26 - 6 - ],79[ 44, , ,75 8 ] [, ] [ ,4 0,4 max R mm mm N d D K C C K mm mm d r C R R B seb B B m seb Místo C : namáhání KRUT ],746[ 68,7 64,5 68, , ,5 40 0,45 0,45 max R mm mm N d D K R R C sec C B C m sec Místo B : namáhání KRUT Mez luzu: Mez luzu: Poměr C : Součinitel zařivení drátu: Napětí: Napětí: Bezpečnost: Bezpečnost: VYHOVUJE VYHOVUJE

27 4. ZÁVĚR Cílem práce bylo onstručně navrhnout, výresově zdoumentovat a výpočtama podložit onstruci oružní pily. Tato pila slouží pro domácí použití a vybraná varianta odráží potřeby domácího užití. Konstruce pily je řešena jao profilovaná ostra s patami a olečy. Umožňuje uchycení stolu, manipulačních držáů, rytu otouče a přídavného stojanu. Prázdný prostor uvnitř ostry byl využit pro usazení hnacího motoru, terý svou vahou s pomocí tažné pružiny napínají řemenový převod. Kroutící moment je přenášen třemi řemeny, posazenými na jedné straně ostry, na hřídel, terá je uchycena ložisovými jednotami e ostře. Na druhé straně hřídele je vně ostry usazen řezný otouč a pojištěn maticí. Řemenový převod je zarytován plechem, upevněným e stolu. Pila umožňuje podélné řezání na stole s prořezem 80 mm. Po odlopení stolu a přišroubování rytu otouče je možnost řezat ulatiny na odlopném stojanu s vratným pohybem ulatiny do Ø 40 mm. Trvanlivost ložise je dostatečná, taže při průměrném domácím používání pila vydrží až osm let. Celá pila je onstruována jao svařenec ostry z oceli s přišroubovatelnými náležitostmi jao stojan, stůl, držá motoru, manipulační držáy a oleča. Celová výrobní cena navržené oncepce onstruce pily je ovlivněna, mimo materiálových náladů, především nálady na plošné tváření a materiálové spojování (svařování) včetně režie výrobního pracoviště. Zmíněné nálady nezahrnují obchodně zísané součásti nutné pro ompletizaci pily, teré se pohybují řádově v částách do tisíce orun. Z pohledu současné nabídy výrobců pil ta lze jednoznačně navrženou onstruci označit jao eonomicy výhodnou a při porovnání pracovních parametrů za jednoznačně onurenceschopnou. pliace onstručního návrhu v technicé praxi je proto jen otáza volby výrobního subjetu

28 5. SEZNM POUŽITÝCH SYMBOLŮ Osová vzdálenost... [mm] B Šířa pera... [mm] C α Součinitel úhlu opásání... [-] C L Součinitel vlivu dély řemene... [-] C P Součinitel dynamičnosti a pracovního řemenu... [-] C K Součinitel počtu řemenů... [-] C Dynamicá únosnost ložisa... [N] C 0 Staticá únosnost ložisa... [N] C Poměr vinutí pružiny... [-] C Poměr u pružiny... [-] C Poměr u pružiny... [-] d Průměr hřídele... [mm] d Průměr drátu pružiny... [mm] D Roztečný průměr pružiny... [mm] E Modul pružnosti v tahu... [] NS 0 Předepínací síla... [N] Síla předpětí pružiny... [N] f Součinitel tření... [-] G Modul pružnosti ve smyu... [] i Převodový poměr... [-] Δi Odchyla od převodového poměru... [%] J Kvadraticý moment průřezu... [mm 4 ] K Počet řemenů... [-] K B Bergsträsseův součinitel... [-] K Součinitel zařivení oa... [-] K Součinitel zařivení drátu... [-] Tuhost pružiny... [N mm - ] Součinitel bezpečnosti... [-] a...f Součinitelé pro origovanou mezúnavy... [-] L Déla řemene... [mm] l Déla pera... [mm] L 0h Hodinová únosnost ložisa při 0 6 otáče... [hod.] - 8 -

29 L 0 Déla pružiny ve volném stavu... [mm] M Kroutící moment... [N mm] M o Ohybový moment... [N mm] N P Výon přenášený jedním řemenem... [W] N o Jmenovitý výon převodu s jedním řemenem... [W] n Otáčy... [min - ] n b Počet závitů pružiny... [-] n' a Reduovaný počet činných závitů pružiny... [-] P r Radiální dynamicé evivalentní zatížení... [N] P Výon... [W] p D R m Dovolené napětí při otlačení... [] Mez pevnosti v tahu... [] R e Mez luzu v tahu... [] R se Výpočtová mez luzu... [] s Sluz řemene... [-] t Výša pera v náboji [mm] v Obvodová rychlost. [m s - ] W Modul průřezu v rutu [mm ] W o Modul průřezu v ohybu.. [mm ] y Průhyb hřídele [mm] y Déla roztažení pružiny.. [mm] α Úhel zatížení od předepínací síly... [ ] α Úhel opásání hnací řemenice.. [ ] γ Doplňový úhel.. [ ] δ Úhel opásání hnané řemenice. [ ] σ o Napětí v ohybu... [] σ D,t Dovolené napětí v tahu... [] σ co Mez únavy vzoru.. [] σ c * Korigovaná mez únavy... [] σ Max. veliost amplitudy napětí při daném středním napětí... [] σ Normálové napětí v místě pružiny [] σ M Max. veliost středního napětí při dané amplitudě napětí. [] - 9 -

30 τ Napětí v rutu. [] τ B Tečné napětí v místě B pružiny [] τ C Tečné napětí v místě C pružiny [] τ D, Dovolené napětí v rutu. [] φ Nalopení hřídele... [rad] ω Úhlová rychlost [rad s - ] - 0 -

31 6. SEZNM POUŽITÉ LITERTURY, ZDROJE [] [] [] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [0] [] LEINVEBER, J., VÁVR, P.: Strojnicé tabuly. Třetí doplněné vydání. Úvaly, lbra, s. ISBN SHIGLEY, J. E., a ol.: Konstruování strojních součástí. Brno, Vutium, s. ISBN Sripta Střední šoly průmyslové, hotelové a zdravotní v Uhersém Hradišti. Stavba a provoz strojů I, pro studijní obor -4-M/00, roční druhý. Vypracovala: Ing. lena Burdová. KLÁB K.: Návrh a výpočet řemenového převodu. Vysoošolsá příruča VŠB. Ostrava, s. Dostupné na Internetu: < [cit. 0-0-] SVOBOD, P., BRNDEJS, J., a ol.: Zálady onstruování. Brno, Cerm, s. ISBN SVOBOD, P., BRNDEJS, J., a ol.: Výběry z norem pro onstruční cvičení. Brno, Cerm, 009. s. ISBN Motor SIEMENS L7. Dostupné na Internetu: < SIEMENS/Motor-4W-905ot-min-patovy-L7-K0_g8.html> [cit. 0-0-] Pilový otouč Ф500x,x KV5. Dostupné na Internetu: < azvercaj.cz/404-pilovy-otouc-na-drevo-50-56v5-/559-pilovy-otouc-nadrevo-500x-x v5-/> [cit. 0-0-] Kolečo PL Ф00x0x. Dostupné na Internetu: < serie-plppl--levna-pryzova-ola-s-plechovym-disem.aspx> [cit. 0-0-] Ložisová jednota SY 5 M. Dostupné na Internetu: < productcatalogue/orwarder?action=ppp&lang=cs&imperial=false&windowname=null& perfid=504&prodid=50405> [cit. 0-0-] Řemenice SPZ 90/-8H7 a SPZ /-0H7. Dostupné na Internetu: < [cit. 0-0-] - -