VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY POHÁNĚNÁ HORIZONTÁLNÍ VÁLEČKOVÁ DRÁHA PRO SKLADOVOU DOPRAVU

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF ECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOOTIVE ENGINEERING POHÁNĚNÁ HORIZONTÁLNÍ VÁLEČKOVÁ DRÁHA PRO SKLADOVOU DOPRAVU HORIZONTAL DRIVEN ROLLER CONVEYOR FOR A TRANSPORT OF THE STORAGE BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR ADA NOVÁK Ing. JAROSLAV KAŠPÁREK, Ph.D. BRNO 2013

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 2012/2013 ZADÁNÍ BAKALÁRSKÉ PRÁCE student(ka): Adam Novák který/která studuje v bakalářském studijním programu obor: Stavba strojů a zařízení (2302R016) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem c.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce: v anglickém jazyce: Poháněná horizontální válečková dráha pro skladovou dopravu Horizontal driven roller conveyor for a transport of the storage Stručná charakteristika problematiky úkolu: Navrhnete poháněnou válečkovou dráhu pro přepravu kovového materiálu v rámci skladové a paletizační přepravy. Technické parametry: délka tratě 40 m rychlost předmětu na trati max. 1 m.s-1 půdorysný rozměr palety 0,8 x 1,2 m materiál palety - dřevo celková hmotnost přepravky a materiálu 500 kg Válečková trat je akumulační v rámci manipulace s materiálem. Cíle bakalářské práce: Proveďte: -funkční výpočet válečkové tratě, -určení hlavních rozměru tratě, -pevnostní výpočet pláště válečku a hřídele poháněného válečku, -návrh a kontrolu rámu tratě. Nakreslete: -sestavný výkres tratě, -sestavný výkres sekce tratě, -sestavu poháněného válečku, -detailní výkres hřídele a pláště poháněného válečku.

Seznam odborné literatury: Gajdůšek,J.; Škopán,.: Teorie dopravních a manipulačních zařízení, skripta VUT Brno, 1988 Dražan,F. a kol.: Teorie a stavba dopravníku, skripta CVUT Praha, 1983 Klimeš, P.: Části a mechanismy strojů, Akademické nakladatelství CER, 2003 Vedoucí bakalářské práce: Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2012/2013. V Brně, dne 31.10.2012 L.S. prof. Ing. Václav Píštek, DrSc. prof. RNDr. iroslav Doupovec, CSc., dr. h. c. Ředitel ústavu Dekan fakulty

ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA ABSTRAKT Tato bakalářské práce se zabývá návrhem poháněné horizontální válečkové dráhy pro skladovou dopravu, která bude dopravovat kovový materiál v rámci skladové a paletizační přepravy. Cílem práce je funkční výpočet tratě, určení hlavních rozměrů tratě, pevnostní výpočet pláště válečku a hřídele poháněného válečku, návrh a kontrola rámu. V přílohách je obsažena výkresová dokumentace sestavení tratě, sestavení sekce tratě, sestavení poháněného válečku a detailní výkresy hřídele a pláště poháněného válečku KLÍČOVÁ SLOVA Poháněná horizontální válečková dráha pro skladovou dopravu, válečková trať, řetězový převod, návrh pohonu, europaleta, pevnostní kontrola, poháněný váleček. ABSTRACT This thesis deal with proposal of driven horizontal roller conveyor for storage drive, that the will transport metal material in range of storage and pallet drive. Aim of this thesis is functional calculation of roller conveyor, determination of main parameters of conveyor, calculation of solidity of shell of driving roller and shaft, design and control of frame. The thesis contains drawing documentation of conveyor assembly, conveyor section assembly, driving roller assembly and detailed drawings of shaft and shell of driving roller. KEYWORDS Horizontal driven roller conveyor for a transport of the storage, roller conveyor,chain gear, design of driving mechanism, euro pallet, control of solidity, driving roller. BRNO 2013

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE BIBLIOGRAFICKÁ CITACE NOVÁK, A. Poháněná horizontální válečková dráha pro skladovou dopravu. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2013. XY s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D.. BRNO 2013

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že tato práce je mým původním dílem, zpracoval jsem ji samostatně pod vedením pana Ing. Jaroslava Kašpárka, Ph.D. a s použitím literatury uvedené v seznamu. BRNO 2013

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ V Brně dne 20. května 2013..... Adam Novák BRNO 2013

PODĚKOVÁNÍ PODĚKOVÁNÍ Rád bych poděkoval vedoucímu mé bakalářské práce panu Ing. Jaroslavu Kašpárkovi, Ph.D. za vstřícný přístup, odborné rady a konzultace při zpracování této práce. BRNO 2013

OBSAH OBSAH 1 Úvod... 13 2 Výpočet... 14 2.1 Určení základních parametrů tratě... 14 2.1.1 Délka tratě... 14 2.1.2 Šířka tratě... 14 2.1.3 Výška tratě... 14 2.1.4 Dopravní výkon tratě... 15 2.1.5 Rozteč válečků... 15 2.1.6 Rozdělení tratě... 16 2.1.7 Celkový počet poháněných válečků na trati... 16 2.1.8 Počet válečků na jeden úsek tratě... 16 2.2 Výpočet funkčních hodnot tratě... 17 2.2.1 Počet dopravovaných předmětů... 17 2.2.2 Počet válečků pod jedním předmětem... 18 2.2.3 Hmotnost předmětu připadající na jeden váleček... 18 2.2.4 Počet poháněných válečků pod jedním předmětem... 18 2.3 Odpory působící na váleček... 19 2.3.1 Složka vlastní tíhy předmětu (tj. síla potřebná ke zvedání, resp. ke spouštění předmětu)... 19 2.3.2 Odpor vlivem valivého a čepového tření... 20 2.3.3 Odpor vlivem výrobních nepřesností a nepravidelností stykové plochy předmětu 20 2.3.4 Celkový odpor na jednom válečku... 21 2.3.5 Přenos pohybu z válečku na předmět... 21 2.3.6 Účinnost řetězového převodu... 22 BRNO 2013 9

OBSAH 2.3.7 Celková účinnost mechanického převodu... 22 2.3.8 Potřebný výkon pro jeden poháněný úsek... 22 3 Návrh způsobu pohonu... 24 4 Poháněné válečky... 25 4.1 Volba válečku pro trať... 25 4.2 Konstrukce válečku... 25 5 Pohon stroje... 27 5.1 Volba pohonu... 27 5.2 Kontrola navrženého pohonu... 27 5.2.1 Celkový převod... 27 5.2.2 Výpočet doby rozběhu předmětu (čas smyku)... 28 5.2.3 Výpočet třecího momentu... 28 5.2.4 Výpočet momentu od zrychlujících sil přímočaře se pohybujících hmot... 29 5.2.5 Výpočet setrvačného momentu pláště válečku... 30 5.2.6 Výpočet úhlového zrychlení válečku... 30 5.2.7 Výpočet momentu od zrychlujících sil rotujících hmot... 30 5.2.8 Výpočet momentu od stálých odporů... 31 5.2.9 Výpočet momentu na hřídeli motoru při rozběhu... 31 5.2.10 Výpočet celkového rozběhového momentu motoru... 32 5.2.11 Kontrola podmínky rozběhu motoru... 32 6 Návrh řetězového převodu... 33 6.1 Otáčky válečku při zadané dopravní rychlosti... 33 6.2 Převodové číslo... 33 6.3 Počet zubů hnacího řetězového kola... 33 7 Návrh řetězu... 35 7.1 Volba řetězu... 35 7.2 Pevnostní kontrola řetězu... 35 BRNO 2013 10

OBSAH 7.2.1 Obvodová síla... 35 7.2.2 Výsledná tahová síla v řetězu... 36 7.2.3 Bezpečnost proti přetržení při statickém namáhání... 36 7.2.4 Bezpečnost proti přetržení při dynamickém namáhání... 36 7.2.5 Kontrola měrného tlaku v kloubu řetězu... 37 7.2.6 Výpočtový tlak... 37 7.2.7 Dovolený tlak... 37 8 Pevnostní kontrola válečku... 38 8.1 Výpočet od tíhy předmětu... 38 8.1.1 Výpočet reakcí působících v ložiscích válečku ze zatížení pláště... 38 8.1.2 Kontrola pláště válečku na ohyb... 39 8.1.3 Výpočet reakcí působících v bočnici tratě ze zatížení osy od reakcí ložisek... 41 8.1.4 VVÚ osy válečku... 42 8.2 Výpočet od obvodové síly řetězu... 44 8.2.1 Výpočet reakcí působících v ložiscích válečku ze zatížení obvodovou silou... 44 8.2.2 Výpočet reakcí působících v bočnici tratě ze zatížení obvodovou silou... 45 8.2.3 VVÚ osy válečku... 46 9 Pevnostní kontrola rámu tratě... 50 9.1 Pevnostní výpočet rámu tratě... 50 9.1.1 Výpočet reakcí působících ve stojinách ze zatížení od hmotnosti břemene... 50 9.1.2 Kontrola rámu tratě na ohyb... 51 9.2 Pevnostní kontrola stojiny... 52 10 Kontrolní výpočet ložiska... 55 10.1 Kontrola základní dynamické únosnosti ložiska... 55 10.2 Výpočet trvanlivosti ložiska... 55 Závěr... 56 Seznam použitých zkratek a symbolů... 59 BRNO 2013 11

OBSAH Seznam příloh... 63 BRNO 2013 12

1 ÚVOD Cílem práce navrhnout poháněnou válečkovou dráhu pro přepravu kovového materiálu v rámci skladové a paletizační přepravy. V mém případě je přepravující břemeno uloženo na paletě o rozměrech 0,8 x 1,2 m. Obr. 1 Ukázka poháněné válečkové dráhy [15] Válečková trať je dopravní zařízení určené k přepravě a skladování kusového materiálu. Válečková trať je tvořena soustavou otočných válečků, jejichž osy jsou uloženy v rámu tratě. Dopravované předměty spočívají na válečkách a pohybují se kolmo na jejich osy. Příčinou pohybu může být, buď složka vlastni tíhy předmětu do směru pohybu (gravitační tratě) nebo mají válečky nucený pohon, takže hnací silou je stykové tření mezi předmětem s poháněnými válečky (poháněné tratě). Pohon může být individuální, je-li každý váleček vybaven samostatným motorem, nebo skupinový, je-li hnací motor společný pro určitý počet válečků. Válečková trať nemusí být pouze přímá, může mít také oblouky v místech změny směru dopravní trasy. V oblouku nahrazujeme válečky valivými tělesy kónickými s povrchovými přímkami v rovině tratě (obvodová rychlost vzrůstá úměrně s rostoucí vzdáleností od středu křivosti oblouku). Válečkových tratí se používá k mechanizaci vnitropodnikové dopravy jako součásti různých výrobních linek nebo tvoří souvislou dopravní linku ve slévárnách, hutích, při výrobě stavebních hmot apod. BRNO 2013 13

2 VÝPOČET 2.1 URČENÍ ZÁKLADNÍCH PARAETRŮ TRATĚ 2.1.1 DÉLKA TRATĚ Délka tratě dle zadání L c = 40 m. (1) 2.1.2 ŠÍŘKA TRATĚ Šířka tratě se volí dle rozměru dopravovaného předmětu, přičemž musí být dodržena podmínka dle literatury [1]. B b 0,8 Dopravovaným předmětem je paleta, na které se přepravuje kovový materiál, tudíž při výpočtu uvažuji rozměry palety 0,8 B 1 m 0,8 b [m] šířka palety dle zadání B [m] šířka pláště válečku. (2) 2.1.3 VÝŠKA TRATĚ Volím pracovní výšku tratě H = 0,84 m z důvodu snadné obsluhy a údržby stroje. Trať je vybavena stavitelnými nohami pro nastavení na nerovnoměrném terénu. Obr. 2 Základní rozměry válečkové tratě BRNO 2013 14

2.1.4 DOPRAVNÍ VÝKON TRATĚ Dopravní výkon tratě se spočítá, jako čas potřebný k přesunutí jedné palety t 1 o svoji délku L p a je odvozen z obecného vztahu pro rychlost. v p L p t1 t 1 L v p p (3) t 1,2 1 1 t 1 1,2 s t 1 [s] v p [m.s -1 ] Lp [m] čas potřebný k přesunutí jedné palety o svoji délku rychlost předmětu na trati dle zadání. délka palety dle zadání. Bude-li mezi paletami časový interval t 2 = 3s, tak platí pro maximální dopravní výkon N vztah z [2], str. 111. 3600 N t t (4) N 1 2 3600 1,2 3 N 857 ks.hod -1 N [ks.hod -1 ] t 1 [s] maximální dopravní výkon tratě čas potřebný k přesunutí jedné palety o svoji délku t 2 [s] časový interval mezi paletami volím t 2 = 3 s. 2.1.5 ROZTEČ VÁLEČKŮ Rozteč válečků je jejich osová vzdálenost, která ovlivňuje klidnost a rovnoměrnost pohybu předmětu na trati. Pod dopravovaným předmětem by měly být vždy nejméně dva válečky. Rozteč válečků je volena T v = 250 mm. BRNO 2013 15

2.1.6 ROZDĚLENÍ TRATĚ Ttrať rozdělena na několik úseků. Zvolená délka jednoho úseku L u = 4 m. Z toho vyplývá, že trať bude mít celkový počet úseků U. L c U (5) L u 40 U 4 U 10 ks U [ks] L c [ks] celkový počet úseků délka tratě dle zadání L u [ks] délka jednoho úseku volím L u = 4 m. 2.1.7 CELKOVÝ POČET POHÁNĚNÝCH VÁLEČKŮ NA TRATI L v Počítáno dle literatury [6], str 8. c k (6) k T 40 0,250 k 160 ks k [ks] L c [ks] celkový počet válečků na trati celková délka tratě dle zadání T v [m] rozteč mezi válečky kapitola 2.1.5 2.1.8 POČET VÁLEČKŮ NA JEDEN ÚSEK TRATĚ Vzhledem k rozteči válečků T v a dálce úseku tratě L u je určen celkový počet válečků na sekci tratě k u. L u ku (7) Tv BRNO 2013 16

k u ku 4 0,250 16 ks k u [ks] počet válečků na jednom 4 metrovém úseků tratě L u [ks] délka jednoho úseku kapitola 2.1.6 T v [m] rozteč mezi válečky kapitola 2.1.5. 2.2 VÝPOČET FUNKČNÍCH HODNOT TRATĚ 2.2.1 POČET DOPRAVOVANÝCH PŘEDĚTŮ Celkový počet dopravovaných předmětů na trati je počítán dle literatury [6], str.8. N c N Lc 3600 v p (8) N c 857 40 3600 1 N 10 ks c N c [ks] celkový dopravovaný počet předmětů na trati N [ks.hod -1 ] maximální dopravní výkon tratě vztah (4) L c [ks] v p [m.s -1 ] celková délka tratě dle zadání rychlost předmětu na trati dle zadání Protože je válečková trať rozdělena na jednotlivé sekce s vlastními pohony, je pro stanovení výkonu motoru nutné vypočítat počet předmětů dopravovaných na jednom úseku N u. N u N Lu 3600 v p (9) N u 857 4 3600 1 N 1 ks u N u [ks] počet předmětů na jeden úsek tratě BRNO 2013 17

N [ks] maximální dopravní výkon tratě vztah (4) L u [m] délka jednoho úseku kapitola 2.1.6 v p [m.s-1] rychlost předmětu na trati dle zadání. 2.2.2 POČET VÁLEČKŮ POD JEDNÍ PŘEDĚTE L p k1 (10) T k 1 v 1,2 0,250 k 1 4,8 ks volím 4 válečky pod předmětem k 1 [ks] L p [m] počet válečků pod jedním předmětem délka přepravovaného předmětu, palety dle zadání T v [m] rozteč mezi válečky kapitola 2.1.5 2.2.3 HOTNOST PŘEDĚTU PŘIPADAJÍCÍ NA JEDEN VÁLEČEK Dopravovaný předmět se přepravuje na k 1 otáčejících se válečcích, tak předpokládám, že hmotnost předmětu m p se rovnoměrně rozloží mezi zatížené válečky a na 1 váleček tedy připadá zatížení q, dle zdroje [6], str. 8. m p q (11) k 1 500 q 4 q 125 kg q [kg] m p [kg] hmotnost předmětu připadající na jeden váleček hmotnost předmětu (tj. paleta + kovový materiál) dle zadání. k 1 [ks] počet válečků pod jedním předmětem vztah (10) 2.2.4 POČET POHÁNĚNÝCH VÁLEČKŮ POD JEDNÍ PŘEDĚTE Zdroj [6], str. 10. Z celkového počtu válečků pod 1 předmětem k 1, nechť je k p předmětů poháněno. BRNO 2013 18

k p e f č rč mv f č rč 0,005 R v q Rv k1 e f č rč mv f č rč 0,005 R v q Rv (12) kp k p 0,0012 0,05 0,0175 21 0,005 0,0665 125 4 0,0012 0,05 0,0175 0,35 0,005 0,0665 0,05 0,0175 0,0665 21 125 0,05 0,0175 0,0665 0,396 = 1 je nutné pohánět 1 váleček pod předmětem k p [ks] počet poháněných válečků pod jedním předmětem k 1 [ks] počet válečků pod jedním předmětem vztah (10) e [-] součinitel valivého tření ocel-dřevo ze zdroje [8] f č [-] součinitel čepového tření ocel-ocel ze zdroje [5], str. 34 r č [m] R v [m] m v [kg] poloměr čepů hřídele pod ložiskem dle konstrukce válečku volím r č = 0,0175 m poloměr pláště válečku volím ze zdroje [11], kde R v = 0,0665 m hmotnost rotujících částí válečku dle konstrikce válečku m v = 21 kg q [kg] hmotnost předmětu připadající na jeden váleček vztah (11) μ [-] součinitel tření ocel-dřevo ze zdroje [9]. 2.3 ODPORY PŮSOBÍCÍ NA VÁLEČEK Počítáno podle zdroje [6], str. 8. 2.3.1 SLOŽKA VLASTNÍ TÍHY PŘEDĚTU (TJ. SÍLA POTŘEBNÁ KE ZVEDÁNÍ, RESP. KE SPOUŠTĚNÍ PŘEDĚTU) Tato síla se bere v úvahu pouze u tratí šikmých, znaménko + platí pro pohyb směrem vzhůru, znaménko pro pohyb směrem dolů. Trať je vodorovná, proto platí β = 0. W q g sin (13) 1 W 1125 9,81 sin 0 W 1 0 N BRNO 2013 19

W 1 [N] složka vlastní tíhy předmětu q [kg] hmotnost předmětu připadající na 1 váleček vztah (10) g [m.s -2 ] tíhové zrychlení g = 9,81 m.s -2 β [ ] úhel sklonu tratě dle zadání β = 0. 2.3.2 ODPOR VLIVE VALIVÉHO A ČEPOVÉHO TŘENÍ W W e q g cos f r m g f r č č č č 2 v (14) Rv Rv 2 0,0012 0,05 0,0175 0,05 0,0175 125 9,81 cos 0 21 9,81 0,0665 0,0665 W 2 44,7 N W 2 [N] odpor vlivem valivého a čepového tření q [kg] hmotnost předmětu připadající na 1 váleček vztah (10) g [m.s -2 ] tíhové zrychlení g = 9,81 m.s -2 β [ ] úhel sklonu tratě dle zadání β = 0 e [-] součinitel valivého tření ze zdroje [8] f č [-] součinitel čepového tření ze zdroje [5], str. 34 r č [m] poloměr čepů hřídele pod ložiskem kapitola 2.2.4 R v [m] poloměr pláště válečku kapitola 2.2.4 m v [kg] hmotnost rotujících částí válečku kapitola 2.2.4. 2.3.3 ODPOR VLIVE VÝROBNÍCH NEPŘESNOSTÍ A NEPRAVIDELNOSTÍ STYKOVÉ PLOCHY PŘEDĚTU Tento odpor nelze matematicky přesně vyjádřit, proto se uvádí jako 0,5 % normálového zatížení válečku. W 0,005 q g cos (15) 3 W 3 0,005 125 9,81 cos 0 W 3 6,1 N BRNO 2013 20

W 3 [N] odpor vlivem výrobních nepřesností a nepravidelností styk. plochy předmětu q [kg] hmotnost předmětu připadající na 1 váleček vztah (10) g [m.s -2 ] tíhové zrychlení g = 9,81 m.s -2 β [ ] úhel sklonu tratě dle zadání β = 0. 2.3.4 CELKOVÝ ODPOR NA JEDNO VÁLEČKU W c W c W (16) 1 W2 W3 0 44,7 6,1 W 50,8 N c Wc [N] celkový odpor na jednom válečku W 1 [N] složka vlastní tíhy předmětu vztah (13) W 2 [N] odpor vlivem valivého a čepového tření vztah (14) W 3 [N] odpor vlivem výrobních nepřesností a nepravidelností styk. plochy předmětu vztah (15). 2.3.5 PŘENOS POHYBU Z VÁLEČKU NA PŘEDĚT Dle literatury [4], str. 107 je síla přenášena smykovým třením z povrchu válečku na poháněný předmět rovna F q g k (17) s p F s 1259,8110,35 F 430 N s F s [N] síla přenášená na předmět smykovým třením mezi předmětem a poháněnými válečky q [kg] hmotnost předmětu připadající na 1 váleček vztah (10) g [m.s -2 ] tíhové zrychlení g = 9,81 m.s -2 k p [ks] počet poháněných válečků pod jedním předmětem vztah (12) μ [-] součinitel tření ocel-dřevo ze zdroje [9] BRNO 2013 21

Tato síla musí být větší nebo rovna celkovému odporu otáčení válečku proti pohybu dopravovaných předmětů ze vzorce (16). F s W 430 N 50, 8N c vyhovuje 2.3.6 ÚČINNOST ŘETĚZOVÉHO PŘEVODU Řetězový převod podle literatury [3], str.1020 má celou řadu výhod a velmi vysokou účinnost (98 až 99%). Bude-li na jedné hnané válečkové sekci celkem s = 11 řetězových smyček (1 hnací a 10 hnaných), pak bude celková účinnost řetězového převodu η ře rovna. s (18) ře 0, 98 11 ře 0,98 ře 0,801 η ře [-] účinnost řetězového převodu s [-] počet řetězových smyček na poháněném úseku 2.3.7 CELKOVÁ ÚČINNOST ECHANICKÉHO PŘEVODU Výpočet celkové účinnosti mechanického převodu se vypočítá jako součin účinnosti řetězového převodu η ře a účinnosti převodovky η př.. (19) c c c př ře 0,8.0,801 0,641 ηc [-] celková účinnost mechanického převodu η ře [-] účinnost řetězového převodu vztah (18) η př [-] účinnost převodovky ze zdroje [10]. 2.3.8 POTŘEBNÝ VÝKON PRO JEDEN POHÁNĚNÝ ÚSEK Ze zdroje [6], str. 9. Budou se pohánět dva 4 metrové úseky tratě jedním pohonem, z toho vyplívá, že výpočet výkonu provedu pouze pro jeden poháněný úsek. BRNO 2013 22

P N e f r f r č č č č p u1 q g sin cos. 0,005 mv g ku R 1. (20) v R v 1000 c 0,0012 0,05 0,0175 0,05 0,0175 1 P 2 125 9,81 sin0 cos0 0,005 21 9,81 32 0,0665 0,0665 1000 0,641 P 0,690 kw P P P [kw] potřebný výkon pro jeden poháněný úsek N u1 [ks] maximální počet předmětů na jeden poháněný úsek (tj. na 2 čtyřmetrové úseky) volím N u1 = 2 předměty k u1 [ks] počet válečků na jeden poháněný úsek (tj. na 2 čtyřmetrové úseky) volím k u1 = 32 válečků g [m.s -2 ] tíhové zrychlení g = 9,81 m.s -2 β [ ] úhel sklonu tratě dle zadání β = 0 k 1 [ks] počet válečků pod jedním předmětem vztah (10) v p [m.s -1 ] rychlost předmětu na trati dle zadání η c [-] celková účinnost mechanického převodu vztah (19) f č [-] součinitel čepového tření zdroj [8], str. 34 r č [m] poloměr čepů hřídele pod ložiskem kapitola 2.2.4 R v [m] poloměr pláště válečku kapitola 2.2.4 m v [kg] hmotnost rotujících částí válečku kapitola 2.2.4 e [m] součinitel valivého tření zdroj [5] q [kg] hmotnost předmětu připadající na 1 váleček vztah (10) v BRNO 2013 23

3 NÁVRH ZPŮSOBU POHONU U poháněné válečkové trati pro dopravu materiálu na paletách budu používat pohon pomocí řetězu. U dopravníků poháněných řetězem je síla přenášena pomocí smyček. Každá smyčka obepíná 4 řetězová kola válečků připojené k dalším 4 řetězovým kolám válečků a způsobuje tak jejich rotaci. Tento druh převodu volím s ohledem na stálý převodový poměr, bezpečný přenos obvodové síly (bez skluzu), necitlivost vůči vnějšímu prostředí (vlhkost, prach, teplota), velké účinnosti, snadnou montáž, výměnu řetězu a velkou trvanlivost. Obr. 3 Způsob pohonu BRNO 2013 24

4 POHÁNĚNÉ VÁLEČKY 4.1 VOLBA VÁLEČKU PRO TRAŤ Volím průměr pláště válečku ϕ 133 mm [11], o délce pláště 1000 mm ze vztahu (2). Složení válečku: - ocelový hřídel se zakončením typu A o ϕ 35 mm, závit 20 - ocelový plášť s tloušťkou stěny 4 mm - ocelové řetězové kolo dvouřadé pro řetěz 16B, počet zubů 15, roztečná kružnice ϕ 122,6 mm - ocelový náboj pro druhý konec válečku - kuličková ložiska SKF 6307, pojistné kroužky 80x2,5 mm a těsnění - hmotnost válečku 31 kg 4.2 KONSTRUKCE VÁLEČKU Poháněný váleček je hlavní funkční součást válečkové tratě (viz. Obr. 4). Je složen z pevně uloženého hřídele (pozice 1), otočně uloženého pláště (pozice 2), ložisek (pozice 9), pojistných kroužků (pozice 10) a ochranného krytu (pozice 5). Hřídel je navržena z kruhové tyče o celkovém rozměru ϕ40-1100mm z oceli E335 (11 600), na které jsou uloženy náboje (pozice 3, 4) otáčející se na valivých jednořadých kuličkových ložiskách. V nábojích je uložen otočný plášť válečku. Vzhledem k jeho kinematickým vlastnostem je vhodný dostatečně velký průměr a nízká hmotnost. Je navržen z trubky bezešvé o rozměrech ϕ 133x4-1005 mm, volené z [11] a materiál je S235T (11 353.0). Z katalogu SKF [12], str. 306 volím jednořadé kuličkové ložisko 6307 se základní dynamickou únosností C = 35,1 kn a základních rozměrech d 1 =35 mm, D 1 =80mm, b 1 =21 mm. Kuličkové ložisko je zajištěno proti posunutí pojistnými kroužky pro díry dle ČSN 02 2931 z [5], str. 458. Pro dokonalé utěsnění prostoru ložiska je použit ochranný kryt proti vniknutí nečistot. Uchycení hřídele k rámu je provedeno pomocí šroubů 20 x 80 dle ČSN 02 1111-8.8 z [5]. BRNO 2013 25

Obr. 4 Konstrukce poháněného válečku Kroutící moment z elektromotoru bude přenášen na poháněné válečky řetězovým převodem, tudíž jsou použita dvě řetězová kola o z 2 = 15 zubech a roztečné kružnici D p2 = 122, 6 mm, materiál E295 (11 500). BRNO 2013 26

5 POHON STROJE 5.1 VOLBA POHONU Ze zdroje [10]. Jako pohon poháněného úseku tratě volím šnekový převodový motor od firmy SEW- EURODRIVE CZ s.r.o. s těmito parametry: Označení S67DRE1126 Výkon P m = 2,2 kw Otáčky motoru n m = 955 min -1 Výstupní otáčky n 1 = 126 min -1 Výstupní kroutící moment k = 152 N.m Převodové číslo pohonu i m = 7,56 z Poměrný záběrný moment 2, 3 Hmotnost m m = 64 kg n Šnekové převodovky SEW-EURODRIVE jsou založeny na kombinaci čelních kol a šneků a proto mají výrazně vyšší účinnost než čistě šnekové převodovky. Díky vynikající účinnosti naleznou tyto pohony uplatnění v každém oboru s individuálně nastavenými otáčkami a krouticím momentem. S vysokými převodovými poměry šnekových převodů a velmi tichým chodem jsou tyto převodové motory cenově výhodným řešením pro jednoduché požadavky. Výhodami jsou hospodárnost, nízká hlučnost a velké přípustné radiální síly na výstupní hřídel [16]. 5.2 KONTROLA NAVRŽENÉHO POHONU Ze zdroje [6]. 5.2.1 CELKOVÝ PŘEVOD i v n n m v Dv n 60 v p m (21) BRNO 2013 27

i v i v 3,14 0,133 955 60 1 i v [-] 6,65 celkový převod D v [m] průměr pláště válečku kapitola 2.2.4 n m [min-1] otáčky motoru kapitola 5.1 v p [m.s -1 ] rychlost předmětu na trati dle zadání 5.2.2 VÝPOČET DOBY ROZBĚHU PŘEDĚTU (ČAS SYKU) Je to doba, za kterou dosáhne dopravovaný předmět požadované rychlosti. v p v p v p a t s (22) t s a k p 2e k 1 g cos sin k1 Dv k p t s 1 1 20,0012 9,81 cos 00,35 4 0,133 t 1,23 s s t s [s] v p [m.s -1 ] doba rozběhu předmětu 1 sin 0 4 rychlost předmětu na trati dle zadání k p [ks] počet poháněných válečků pod jedním předmětem vztah (12) k 1 [ks] počet válečků pod jedním předmětem vztah (10) g [m.s -2 ] tíhové zrychlení g = 9,81 m.s -2 β [ ] úhel sklonu tratě dle zadání β = 0 e [m] součinitel valivého tření zdroj [5] μ [-] součinitel tření ocel-dřevo ze zdroje [9] D v [m] průměr pláště válečku kapitola 2.2.4 5.2.3 VÝPOČET TŘECÍHO OENTU Vyjadřuje velikost třecího momentu t při rozběhu stroje. BRNO 2013 28

t t N k q g cos R v u1 p (23) iv c 0,0665 2 4 125 9,81 cos 0 6,65 0,641 13,4 N.m t t [N.m] třecí moment při rozběhu stroje N u1 [ks] maximální počet předmětů na jeden poháněný úsek kapitola 2.3.8 k p [ks] počet poháněných válečků pod jedním předmětem vztah (12) q [kg] hmotnost předmětu připadající na 1 váleček vztah (10) g [m.s -2 ] tíhové zrychlení g = 9,81 m.s -2 β [ ] úhel sklonu tratě dle zadání β = 0 μ [-] součinitel tření ocel-dřevo ze zdroje [9] R v [m] poloměr pláště válečku kapitola 2.2.4 i v [-] celkový převod vztah (21) η c [-] celková účinnost mechanického převodu vztah (19) 5.2.4 VÝPOČET OENTU OD ZRYCHLUJÍCÍCH SIL PŘÍOČAŘE SE POHYBUJÍCÍCH HOT zp v R p v zp Nu 1 mp (24) ts iv c 1 0,0665 2 500 1,23 6,65 0,641 12,7 N.m z p zp [N.m] moment od zrychlujících sil přímočaře se pohybujících hmot N u1 [ks] maximální počet předmětů na jeden poháněný úsek kapitola 2.3.8 m p [kg] v p [m.s -1 ] hmotnost předmětu (tj. paleta + kovový materiál) dle zadání rychlost předmětu na trati dle zadání R v [m] poloměr pláště válečku kapitola 2.2.4 i v [-] celkový převod vztah (21) η c [-] celková účinnost mechanického převodu vztah (19) t s [s] doba rozběhu předmětu vztah (22) BRNO 2013 29

5.2.5 VÝPOČET SETRVAČNÉHO OENTU PLÁŠTĚ VÁLEČKU 2 2 Dv sv J mv R s mv (25) 2 0,133 0,004 J 21 2 J 0,087 kg.m 2 J [kg.m -2 ] 2 moment setrvačnosti pláště válečku m v [kg] hmotnost rotujících částí válečku kapitola 2.2.4 D v [m] průměr pláště válečku kapitola 2.2.4 s v [m] tloušťka stěny pláště válečku ze zdroje [11] 5.2.6 VÝPOČET ÚHLOVÉHO ZRYCHLENÍ VÁLEČKU v p (26) t s 2 v t s D 2 1 1,23 0,133 12,24 rad.s -2 ε [rad.s -2 ] v p [m.s -1 ] v úhlové zrychlení válečku rychlost předmětu na trati dle zadání t s [s] doba rozběhu předmětu vztah (22) D v [m] průměr pláště válečku kapitola 2.2.4 5.2.7 VÝPOČET OENTU OD ZRYCHLUJÍCÍCH SIL ROTUJÍCÍCH HOT zr zr 1 ku1 J. (27) i v 1 32 0,087 12,24 6,65 0,614 c 8 N.m zr zr [N.m] moment od zrychlujících sil rotujících hmot BRNO 2013 30

k u1 [ks] počet válečků na jeden poháněný úsek kapitola 2.3.8 J [kg.m -2 ] moment setrvačnosti pláště válečku vztah (25) ε [rad.s -2 ] úhlové zrychlení válečku vztah (26) i v [-] celkový převod vztah (21) η c [-] celková účinnost mechanického převodu vztah (19) 5.2.8 VÝPOČET OENTU OD STÁLÝCH ODPORŮ o o P 60 P 2 n m 60 690 2 3,14 955 m (28) 6,9 N.m o o [N.m] moment od stálých odporů P [W] potřebný výkon ja jeden poháněný úsek vztah (20) n m [min -1 ] otáčky motoru kapitola 5.1 5.2.9 VÝPOČET OENTU NA HŘÍDELI OTORU PŘI ROZBĚHU m m z n Pm z 60 Pm 2 n m 60 2200 2,3 2 3,14 955 n m (29) 50,6 N.m m m [N.m] moment na hřídeli motoru při rozběhu z [N.m] poměrný záběrný moment kapitola 5.1 n P m [W] výkon motoru kapitola 5.1 n m [min -1 ] otáčky motoru kapitola 5.1 BRNO 2013 31

5.2.10 VÝPOČET CELKOVÉHO ROZBĚHOVÉHO OENTU OTORU roz roz (30) t zp zr 13,4 12,7 8 6,9 41 N.m roz roz [N.m] o celkový rozběhový moment motoru t [N.m] třecí moment při rozběhu stroje vztah (23) zp [N.m] moment od zrychlujících sil přímočaře se pohybujících hmot vztah (24) zr [N.m] moment od zrychlujících sil rotujících hmot vztah (27) o [N.m] moment od stálých odporů vztah (28) 5.2.11 KONTROLA PODÍNKY ROZBĚHU OTORU Aby motor uvedl do chodu dopravované předměty, musí překonat celkový rozběhový moment motoru a musí platit podmínka m roz 50,6 N.m 41 N.m zvolený pohon vyhovuje BRNO 2013 32

6 NÁVRH ŘETĚZOVÉHO PŘEVODU Přenos kroutícího momentu z převodovky na poháněné válečky je navržen pomocí řetězového převodu z důvodů jeho spolehlivosti, dlouhé životnosti a vysoké účinnosti. 6.1 OTÁČKY VÁLEČKU PŘI ZADANÉ DOPRAVNÍ RYCHLOSTI v p n2 (31) D n n 2 1 3,14 0,133 v 1 1 2 2,39s 143,6 min n 2 [min-1] v p [m.s -1 ] otáčky válečku rychlost předmětu na trati dle zadání D v [m] průměr pláště válečku kapitola 2.2.4 6.2 PŘEVODOVÉ ČÍSLO n 1 i (32) n 2 126 i 143,6 i 0,877 i [-] převodové číslo n 1 [min -1 ] výstupní otáčky převodovky kapitola 5.1 n 2 [min -1 ] otáčky válečku vztah (31) 6.3 POČET ZUBŮ HNACÍHO ŘETĚZOVÉHO KOLA z z 2 1 i (33) z 1 15 0,877 BRNO 2013 33

z1 17, 095 volím 17 zubů Volím řetězové kolo s 17 zuby o roztečném průměru D p1 = 138,2 mm pro řetěz 16B, materiál 1.0050 (11 500). z1 [-] počet zubů hnacího řetězového kola z 2 [-] počet zubů hnaného řetězového kola válečku kapitola 4.1 i [-] převodové číslo vztah (32) BRNO 2013 34

7 NÁVRH ŘETĚZU 7.1 VOLBA ŘETĚZU Volím jednořadý válečkový řetěz 16B ČSN 02 3311 z [17]. Parametry řetězu: Rozteč P ř = 25,4 mm Hmotnost 1 metru m ř = 2,75 kg.m -1 Síla při přetržení F př = 60 kn Plocha kloubu A ř = 210 mm 2 Obr. 5 Jednořadý válečkový řetěz zdroj [17] 7.2 PEVNOSTNÍ KONTROLA ŘETĚZU Ze zdroje [13]. 7.2.1 OBVODOVÁ SÍLA F o 2 k (34) D p1 F o 2 152 0,1382 F 2199 N o F o [N] obvodová síla k [N.m] výstupní kroutící moment pohonu kapitola 5.1 BRNO 2013 35

D p1 [m] roztečný průměr hnacího řetězového kola kapitola 6.3 7.2.2 VÝSLEDNÁ TAHOVÁ SÍLA V ŘETĚZU F c = F o = 2199 N (35) F c [N] výsledná tahová síla v řětězu F o [N] obvodová síla vztah (34) 7.2.3 BEZPEČNOST PROTI PŘETRŽENÍ PŘI STATICKÉ NAÁHÁNÍ Fpř k stat 7 (36) F k stat c 60000 7 2199 k 27,3 7 statická bezpečnost vyhovuje stat k stat [-] bezpečnost proti přetržení při statickém namáhání F př [N] síla při přetržení kapitola 7.1 F c [N] výsledná tahová síla v řětězu vztah (35) 7.2.4 BEZPEČNOST PROTI PŘETRŽENÍ PŘI DYNAICKÉ NAÁHÁNÍ Fpř k dyn 5 (37) F Y k dyn c 60000 5 2199 2 k 13,6 5 dynamická bezpečnost vyhovuje dyn k dyn [-] bezpečnost proti přetržení při dynamickém namáhání F př [N] pevnost při přetržení kapitola 7.1 F c [N] výsledná tahová síla v řetězu vztah (35) Y [-] součinitel rázů (dopravník pro kusový materiál => Y=2) zdroj [13], str. 7 BRNO 2013 36

7.2.5 KONTROLA ĚRNÉHO TLAKU V KLOUBU ŘETĚZU Výsledná tahová síla v řetězu se přenáší pomocí kloubu přes plochu A čepu a pouzdra, na které působí měrný tlak a nastává tak vzájemný pohyb čepů a pouzdra. ezi čepem a pouzdrem tak dochází ke tření, nežádoucímu opotřebení a prodlužování řetězu. 7.2.6 VÝPOČTOVÝ TLAK F c pv (38) Ař p v 2199 210 p 10,5 Pa v p v [Pa] výpočtový tlak F c [N] výsledná tahová síla v řetězu vztah (35) A ř [mm 2 ] plocha kloubu v řetězu kapitola 7.1 7.2.7 DOVOLENÝ TLAK p D p (39) p D 26,1 0,8 p 20,9 Pa D p 10,5 20, 9 měrný tlak v kloubu řetězu vyhovuje v p D p D [Pa] dovolený tlak p [Pa] měrný tlak v kloubech řetězu zdroj [13], str. 11 λ [-] součinitel tření zdroj [13], str. 11 BRNO 2013 37

8 PEVNOSTNÍ KONTROLA VÁLEČKU Váleček je zatížen tíhou předmětu a obvodovou silou řetězu. Tato zatížení způsobují pouze ohybový moment, ke kterému bude počítána pevností kontrola. 8.1 VÝPOČET OD TÍHY PŘEDĚTU 8.1.1 VÝPOČET REAKCÍ PŮSOBÍCÍCH V LOŽISCÍCH VÁLEČKU ZE ZATÍŽENÍ PLÁŠTĚ Ve výpočtu uvažuji sílu F q, což je síla působící na plášť válečku způsobena od hmotnosti předmětu. Obr. 6 Úplné uvolnění 1 Výpočet síly F q z hmotnosti předmětu F q F q q g (40) 125 9,81 Fq 1226 N F q [N] zatěžující síla od hmotnosti předmětu působící na jeden váleček q [kg] hmotnost předmětu připadající na 1 váleček vztah (10) g [m.s -2 ] tíhové zrychlení g = 9,81 m.s -2 Dané parametry: Předpokládám, že síla F q působí v polovině šířky pláště válečku, a proto vzdálenosti k ložiskům jsou: BRNO 2013 38

l A1 = 545 mm l B1 = 490 mm l celkova1 = 1035 mm Hledané parametry: Reakce v ložiscích F A1 a F B1 =? Počítám z rovnic SR: ΣF x = 0 ΣF y = 0: F F F 0 => F F F 1226 646 580 N (41) A1 B1 q Σ za = 0: A1 q B1 Fq l A1 1226 545 F q l A1 FB 1 lcelkova 1 0 => F B1 646 N (42) l 1035 celkova1 F q [N] zatěžující síla od hmotnosti předmětu působící na jeden váleček vztah (40) F A1 [N] síla v bodě A F B1 [N] sila v bodě B l A1 [mm] vzdálenost od působiště síly F q do bodu A l B1 [mm] vzdálenost od působiště síly F q do bodu B l celkova1 [mm] celková vzdálenost mezi body A a B (mezi ložisky) 8.1.2 KONTROLA PLÁŠTĚ VÁLEČKU NA OHYB Obr.7 VVÚ pláště válečku BRNO 2013 39

aximální ohybový moment pláště válečku o o max 1 max 1 o max 1 F l (43) A1 A1 580 545 omax1 [N.mm] 316100 N.mm maximální ohybový moment pláště válečku F A1 [N] síla v bodě A vztah (41) l A1 [mm] vzdálenost od působiště síly F q do bodu A kapitola 8.1.1 odul průřezu v ohybu W o1 D 32 4 v d D v 4 v (44) W o1 4 133 125 32 133 W 50756 o1 mm 3 W o1 [mm 3 ] 4 modul průřezu v ohybu D v [mm] vnější průměr pláště válečku kapitola 2.2.4 d v [m] vnitřní průměr pláště válečku ze zdroje [11] Obrázek plášť válečku rozměry Ohybové napětí pláště válečku o1 W o max 1 o1 316100 o1 50756 6,2 o1 Pa σ o1 [Pa] ohybové napětí pláště válečku omax1 [N.mm] maximální ohybový moment pláště válečku vztah (43) W o1 [mm 3 ] modul průřezu v ohybu vztah (44) (45) BRNO 2013 40

Bezpečnost pláště válečku k k1 Re o1 230 k k1 6,2 (46) k 36, 9 bezpečnost pláště válečku vyhovuje k1 k k1 [-] bezpečnost pláště válečku σ o1 [Pa] ohybové napětí pláště válečku vztah (45) R e [Pa] mez kluzu pro materiál S235T (11 353) ze zdroje [5] 8.1.3 VÝPOČET REAKCÍ PŮSOBÍCÍCH V BOČNICI TRATĚ ZE ZATÍŽENÍ OSY OD REAKCÍ LOŽISEK Obr. 8 Úplné uvolnění 2 Dané parametry: F A1 = 580 N vztah (41) F B1 = 646 N vztah (42) l C1 = 52 mm l D1 = 45 mm l celkova1 = 1035 mm Hledané parametry: BRNO 2013 41

Reakce v bočnici tratě F C1 a F D1 =? Počítám z rovnic SR: ΣF x = 0 ΣF y = 0: F F F F 0 => F F F F 646 580 647 579 N (47) C1 A1 D1 q Σ zc = 0: C1 B1 A1 D1 l l F l l l O FA 1 lc 1 FB 1 celkova 1 C1 D1 celkova 1 C1 D1 => FA 1 lc1 FB 1 lcelkova 1 lc1 580 52 646 1035 52 F D1 647 N (48) l l l 1035 52 45 celkova1 C1 D1 F C1 [N] síla v bodě C F D1 [N] sila v bodě D F A1 [N] síla v bodě A vztah (41) F B1 [N] sila v bodě B vztah (42) l C1 [mm] vzdálenost od působiště síly F A1 do bodu C l D1 [mm] vzdálenost od působiště síly F B1 do bodu D l celkova1 [mm] celková vzdálenost mezi body A a B (mezi ložisky) 8.1.4 VVÚ OSY VÁLEČKU Obr. 9 VVÚ osy válečku 1 BRNO 2013 42

Úsek č. 1: Obr. 10 Řež I N=O F C1 T = O => T = F C1 (49) o F C1. x 1 = O => o = F C1. x 1 (50) T = 579 N o = 579. 52 = 30 136 N.mm Úsek č. 2: Obr. 11 Řež II N=O F C1 - F A1 T = O => T = F C1 F A1 (51) o F C1. x 2 + F A1. (x 2 l C1 ) = O => o = F C1. x 2 F A1. (x 2 l C1 ) (52) T = 579 580 = -1 N o = 579. 1087 580. (1087 52) = 29 102 N.mm Úsek č. 3: Obr. 12 Řež III; N=O T + F D1 = O => T = - F D1 (53) - o + F D1. x 3 = O => o = F D1. x 3 (54) T = - 647 N o = 647. 45 = 29 102 N.mm Výsledné ohybové momenty v místech reakcí F A1 a F B1 o A1 = 30 136 N.mm vztah (50) o B1 = 29 102 N.mm vztah (52) BRNO 2013 43

8.2 VÝPOČET OD OBVODOVÉ SÍLY ŘETĚZU 8.2.1 VÝPOČET REAKCÍ PŮSOBÍCÍCH V LOŽISCÍCH VÁLEČKU ZE ZATÍŽENÍ OBVODOVOU SILOU Obr. 13 Úplné uvolnění 3 Z výpočtu (34) známe, že obvodová síla F o = 2199 N Dané parametry: l o = 10 mm l c = 1013 mm Hledané parametry: Reakce v ložiscích F A a F B =? Počítám z rovnic SR: ΣF x = 0 ΣF y = 0: A B 0 => F A F0 FB 2199 47 2178 N (55) Σ za = 0: F0 l0 2199 22 F 0 l0 FB l c lo 0 => F B 22 N (56) l l 1035 F A [N] síla v bodě A F B [N] sila v bodě B F o [N] obvodová síla (34) c o BRNO 2013 44

l o [mm] l c [mm] vzdálenost od působiště síly F o do bodu A vzdálenost mezi silou F o a bodem B 8.2.2 VÝPOČET REAKCÍ PŮSOBÍCÍCH V BOČNICI TRATĚ ZE ZATÍŽENÍ OBVODOVOU SILOU Obr. 14 Úplné uvolnění 4 Dané parametry: F A = 2178 N vztah (55) F B = 22 N vztah (56) l C1 = 52 mm l D1 = 45 mm l celkova = 1035 mm Hledané parametry: Reakce v bočnici F C a F D =? Počítám z rovnic SR: ΣF x = 0 ΣF y = 0: F F F F 0 => F F F F 22 2178 144 2079 N (57) C A Σ zc = 0: D B C B l l F l l l O FA lc FB celkova 1 C1 D celkova 1 C1 D1 => A D FA lc FB lcelkova 1 lc1 2178 52 22 1035 52 F D 121 N (58) l l l 1035 52 45 celkova1 C1 F C [N] síla v bodě C D1 BRNO 2013 45

F D [N] sila v bodě D F A [N] síla v bodě A vztah (55) F B [N] sila v bodě B vztah (56) l C1 [mm] vzdálenost od působiště síly F A do bodu C l D1 [mm] vzdálenost od působiště síly F B do bodu D l celkova1 [mm] celková vzdálenost mezi body A a B (mezi ložisky) 8.2.3 VVÚ OSY VÁLEČKU Obr. 15 VVÚ osy válečku 2 Úsek č. 1: Obr. 16 Řež I N=O F C T = O => T = F C (59) o F C. x 1 = O => o = F C. x 1 (60) T = 2079 N o = 2079. 52 = 108 083 N.m BRNO 2013 46

Úsek č. 2: Obr. 17 Řež II N=O F C - F A T = O => T = F C F A (61) o F C. x 2 + F A. (x 2 l C1 ) = O => o = F C. x 2 F A. (x 2 l C1 ) (62) T = 2079 2178 = -99 N o = 2141. 1087 2178. (1087 52) = = 5 431 N.mm Úsek č. 3: Obr. 18 Řež III N=O T + F D = O => T = - F D (63) - o + F D. x 3 = O => o = F D. x 3 (64) T = - 121 N o = 121. 45 = 5 431 N.mm Výsledné ohybové momenty v místech reakcí F A a F B o A = 108 083 N.mm vztah (60) o B = 5 431 N.mm vztah (62) Celkové ohybový moment v bodě A V bodě A je největší ohybový moment oca 2 2 (65) oa1 oa oca 30136 2 108083 2 112206 N.mm oca oca [N.mm] celkový ohybový moment v bodě A oa1 [N.mm] výsledný ohybový moment v působišti síly F A1 vztah (50) BRNO 2013 47

oa [N.mm] výsledný ohybový moment v působišti síly F A vztah (60) odul průřezu v ohybu v kritické místě Kritické místo je v místě vnitřního závitu hřídele W oa d 32 4 č d d č 4 z (66) W oa 35 32 W 3760 mm 3 oa W oa [mm 3 ] 4 20 35 4 modul průřezu v ohybu v kritickém místě d č [mm] průměr hřídele válečku kapitola 2.2.4 d z [m] závit 20 dle konstrukce válečku volím d z = 20 mm Ohybové napětí v kritickém průřezu oa W oca oa 112206 oa 3760 29,8 Pa oa σ oa [Pa] ohybové napětí v kritickém průřezu oca [N.mm] celkový ohybový moment v bodě A vztah (65) W oa [mm 3 ] modul průřezu v ohybu v kritickém místě vztah (66) (67) Bezpečnost hřídele válečku k k 2 k k 2 R e oa 295 29,8 (68) k 9, 9 bezpečnost hřídele válečku vyhovuje k 2 BRNO 2013 48

k k2 [-] bezpečnost hřídele válečku σ oa [Pa] ohybové napětí v kritickém průřezu vztah (67) R e [Pa] mez kluzu pro materiál E335 (11 600) ze zdroje [5] BRNO 2013 49

9 PEVNOSTNÍ KONTROLA RÁU TRATĚ Rám tratě je složen z bočnic L 150x75x9 mm o délce 4 m [18], ke kterým jsou připevněny poháněné válečky. Tíhová síla od hmotnosti břemene F r je přenášena z válečku přes bočnice, stojiny a stavitelné nohy. 9.1 PEVNOSTNÍ VÝPOČET RÁU TRATĚ 9.1.1 VÝPOČET REAKCÍ PŮSOBÍCÍCH VE STOJINÁCH ZE ZATÍŽENÍ OD HOTNOSTI BŘEENE Obr. 19 Kritické zatížení rámu tratě Výpočet síly F r z hmotnosti předmětu F r F r Fr F r [N] m g (69) p 500 9,81 4905N m p [kg] zatěžující síla od hmotnosti předmětu hmotnost předmětu (tj. paleta + kovový materiál) dle zadání g [m.s -2 ] tíhové zrychlení g = 9,81 m.s -2 Dané parametry: Předpokládám, že síla F r působí v polovině délky bočnice, kde nastane největší namáhání rámu stroje. BRNO 2013 50

Hledané parametry: Reakce ve stojnách F E a F F =? Počítám z rovnic SR: ΣF x = 0 ΣF y = 0: F F F 0 => F F F 4905 2452,5 2452, 5 N (70) E r F E r F Σ ze = 0: Lu F 4905 F r FF Lu 0 => F r F 2452, 5 N 2 2 3 (71) F r [N] zatěžující síla od hmotnosti předmětu F E [N] síla v bodě E vztah (70) F F [N] sila v bodě F vztah (71) L u [mm] vzdálenost bodu E a F kapitola 2.1.6 9.1.2 KONTROLA RÁU TRATĚ NA OHYB aximální ohybový moment rámu tratě o o max max F E LU 2 2452,5 4000 2 4905000 o max N.mm omax [N.mm ] maximální ohybový moment F E [N] síla v bodě E vztah (70) L u [mm] vzdálenost bodu E a F kapitola 1.1.6 (72) odul průřezu v ohybu rámu W 46800mm 3 o W o [mm 3 ] modul průřezu v ohybu volím dle zdroje [18] BRNO 2013 51

Ohybové napětí rámu o o o max W o 4905000 46800 104,8 Pa o σ o [Pa] ohybové napětí rámu omax [N.mm] maximální ohybový moment rámu tratě vztah (72) W o [mm 3 ] modul průřezu v ohybu (73) Bezpečnost rámu tratě k k3 Re o 220 k k3 104,8 (74) k 2, 1 bezpečnost rámu tratě vyhovuje k3 k k3 [-] bezpečnost rámu tratě σ o [Pa] ohybové napětí rámu tratě vztah (73) R e [Pa] mez kluzu pro materiál S235JR (11 375) ze zdroje [5]. 9.2 PEVNOSTNÍ KONTROLA STOJINY Stojiny jsou součástí nosného rámu. Jsou vyrobeny z polotovaru o rozměrech U 200 a délce l s = 500 mm ze zdroje [19]. Výpočet poloměru setrvačnosti průřezu prutu Výpočet proveden dle [3], str. 232 i s I min (75) S i s 1910 10 3229,5 4 BRNO 2013 52

is 76,9 mm i s [mm] poloměr setrvačnosti průřezu prutu I min [mm 4 ] minimální moment setrvačnosti stojiny ze zdroje [19] S [mm 2 ] plocha průřezu stojiny ze zdroje [19] Redukovaná délka l l r lr Pro redukovanou délku l r dle literatury [5], str. 36 platí vztah 2 (76) r l s 2 500 1000 mm l r [mm] redukovaná délka stojiny zdroj [5], str. 36 l s [mm] délka stojiny voleno l s = 500 mm Výpočet štíhlosti prutu l i r s 1000 76,9 13 λ 40 60, bude stojina počítána na prostý tlak, kde maximální zatížení je síla F r = 4205 N (71) λ [-] štíhlost prutu l r [mm] redukovaná délka stojiny vztah (76) i s [mm] poloměr setrvačnosti průřezu stojiny vztah (75) (78) aximální napětí ve stojině F r d S (79) BRNO 2013 53

d 4905 3229,5 1,52 Pa d σ d [Pa] maximální napětí ve stojině F r [N] zatěžující síla od hmotnosti předmětu vztah (71) S [mm 2 ] plocha průřezu stojiny ze zdroje [19]. Bezpečnost stojiny k k 4 Re d 180 k k 4 1,52 (80) k 118, 4 bezpečnost stojiny vyhovuje k 4 k k4 [-] bezpečnost rámu tratě σ d [Pa] ohybové napětí rámu tratě vztah (79) R e [Pa] mez kluzu pro materiál S205T (11 343) ze zdroje [5] BRNO 2013 54

10 KONTROLNÍ VÝPOČET LOŽISKA 10.1 KONTROLA ZÁKLADNÍ DYNAICKÉ ÚNOSNOSTI LOŽISKA Kontrola základní dynamické únosnosti ložiska C [kn] je používána pro ložiska dynamicky namáhána. Vyjadřuje zatížení, při kterém ložisko dosáhne základní trvanlivosti 10 6 otáček. C > P = Fr F o 2 4,905 C > 2, 199 2 31,2 kn > 4,7 kn základní dynamická únosnost ložiska vyhovuje C [kn] základní dynamická únosnost ložiska ze zdroje [12] P [kn] ekvivalentní dynamické zatížení ložiska F r [kn] zatěžující síla od hmotnosti předmětu vztah (71) F o [kn] obvodová síla vztah (34) (81) 10.2 VÝPOČET TRVANLIVOSTI LOŽISKA Výpočet dle [14], str. 31 L 10h p 6 C 10 (82) P 60 n 2 L 10h 3 31,2 4,7 L10 h 33952 hod. L 10h [hod] 6 10 60 143,2 trvanlivost ložiska C [kn] základní dynamická únosnost ložiska zdroj [12] P [kn] ekvivalentní dynamické zatížení ložiska vztah (81) p [-] exponent rovnice trvanlivosti ložiska, p = 3 pro ložiska s bodovým stykem n 2 [min -1 ] otáčky válečku vztah (31) BRNO 2013 55

ZÁVĚR ZÁVĚR V této práci jsem provedl návrh poháněné válečkové dráhy pro přepravu kovového materiálu. Provedl jsem návrh a pevnostní výpočty pro vybrané části válečkové dráhy, určení hlavních rozměrů společně s funkčním výpočtem válečkové dráhy. Funkční výpočet obsahoval návrh pohonu dráhy s kontrolou rozběhu pohonu a navržení mechanických převodů. Pevnostní výpočet byl proveden u řetězových převodů, pláště a hřídele otočného válečku a rámu dráhy. Jednotlivé části dle výpočtu vyhovují. Z vypočítaných a zkontrolovaných parametrů byla vymodelována dráha v 3D programu Audesk Inventor Professional, následně jsem vytvořil výkresovou dokumentaci ve 2D programu AutoCAD, která je složena z výkresu sestavy dráhy, sestavy sekce dráhy, poháněného válečku a jednotlivých dílů, které jsou nutné pro jasné zdokumentování válečkové dráhy. BRNO 2013 56

SEZNA POUZITYCH ZKRATEK A SYBOLŮ POUŽITÉ INFORAČNÍ ZDROJE [1] GAJDŮŠEK, J., ŠKOPÁN,. Teorie dopravních a manipulačních zařízení. 1. vyd. Brno: rektorát Vysokého učení technického v Brně, 1988. 277str. [2] ALÍK, V. Válečkové tratě v teorii a praxi. Praha: SNTL-SVTL, 1963. 276 s. [3] SHIGLEY, J. E.; ISCHKE, C. R.; BUDYNAS, R. G. Konstruování strojních součástí. Brno: VUTIU, 2012. 1159 s. ISBN 978-80-214-2629-0. [4] KAŠPÁREK, Jaroslav. Dopravní a manipulační zařízení: Elektronické skripta [online]. Brno: VUT Brno, 2000 [cit. 2013-05-21]. Dostupné z: http://www.iae2.fme.vutbr.cz/opory/dz-sylaby.pdf [5] LEINVEBER, J., VÁVRA,. Strojnické tabulky. 4. vyd.: Albra, 2008. 914 s. ISBN 978-80-7361-051-7 [6] POKORNÝ, Přemysl. Dopravní a manipulační zařízení: (řešené příklady) [online]. Elektronická skripta. FSI VUT Brno, 2002 [cit. 2013-05-21]. Dostupné z: http://www.iae2.fme.vutbr.cz/opory/dz-priklady.pdf [8] Převody jednotek. ConVERTER [online]. [cit. 2013-05-21]. Dostupné z: http://www.converter.cz/tabulky/valive-treni.htm [9] Převody jednotek. ConVERTER [online]. [cit. 2013-05-21]. Dostupné z: http://www.converter.cz/tabulky/smykove-treni.htm [10] SEW-EURODRIVE, s.r.o. DrivenGate [online]. [cit. 2013-05-21]. Dostupné z: https://www.drivegate.biz/cz/?devis=configurator [11] Ferona, a.s. Sortimentní katalog [online]. [cit. 2013-05-21]. Dostupné z: http://www.ferona.cz/cze/katalog/detail.php?id=27839 BRNO 2013 57

SEZNA POUZITYCH ZKRATEK A SYBOLŮ [12] SKF Ložiska, a.s. Produkty [online]. [cit. 2013-05-21]. Dostupné z: http://www.skf.com/files/515051.pdf [13] KALÁB, Květoslav. Návrh a výpočet řetězového převodu: Vysokoškolská příručka [online]. [cit. 2013-05-21]. Dostupné z: http://www.347.vsb.cz/files/kal01/prirucka-retez.pdf [14] KLIEŠ, Pavel. Části a mechanismy strojů ll. Brno: CER, 2003, 70 s. ISBN 80-214 2422-2. [15] STRAND s.r.o. Válečková trať poháněná řemenem přímá [online]. 2013 [cit. 2013-05- 23]. Dostupné z: http://strand.cz/vyrobky/valeckova-trat-pohanena-remenem-prima-120/ [16] SEW-EURODRIVE CZ s.r.o. Výrobky [online]. 2012 [cit. 2013-05-23]. Dostupné z: http://www.sew-eurodrive.cz/produkt/s-nekov-p-evodov-motor.htm [17] KOVOS. Válečkové řetězy jednořadé [online]. 2008-2013 [cit. 2013-05-23]. Dostupné z: http://www.kovos-retezy.cz/retezy-valeckove-jednorade.asp [18] Ferona, a.s. Sortimentní katalog [online]. 2004 2013 [cit. 2013-05-23]. Dostupné z: http://www.ferona.cz/cze/katalog/detail.php?id=34120 [19] Ferona, a.s. Sortimentní katalog [online]. 2004 2013 [cit. 2013-05-23]. Dostupné z: http://www.ferona.cz/cze/katalog/detail.php?id=25584 BRNO 2013 58

SEZNA POUZITYCH ZKRATEK A SYBOLŮ SEZNA POUŽITÝCH ZKRATEK A SYBOLŮ z n [N.m] poměrný záběrný moment A ř [mm 2 ] plocha kloubu v řetězu b [m] šířka palety B [m] šířka pláště válečku. C [kn] základní dynamická únosnost ložiska d č [mm] průměr hřídele válečku D p1 [m] roztečný průměr hnacího řetězového kola d v [m] vnitřní průměr pláště válečku D v [mm] vnější průměr pláště válečku d z [m] průměr závitu 20 e [m] součinitel valivého tření F A [N] síla v bodě A F A1 [N] síla v bodě A F B [N] sila v bodě B F B1 [N] sila v bodě B F c [N] výsledná tahová síla v řetězu F C1 [N] síla v bodě C f č [-] součinitel čepového tření ocel-ocel F D [N] sila v bodě D F D1 [N] sila v bodě D F E [N] síla v bodě E F F [N] sila v bodě F F o [N] obvodová síla F př [N] pevnost při přetržení řetěze F q [N] zatěžující síla od hmotnosti předmětu působící na jeden váleček F r [N] zatěžující síla od hmotnosti předmětu F s [N] síla přenášená na předmět smykovým třením mezi předmětem a poháněnými válečky g [m.s -2 ] tíhové zrychlení i [-] převodové číslo BRNO 2013 59

SEZNA POUZITYCH ZKRATEK A SYBOLŮ I min [mm 4 ] minimální moment setrvačnosti stojiny i s [mm] poloměr setrvačnosti průřezu prutu i v [-] celkový převod J [kg.m -2 ] moment setrvačnosti pláště válečku k [ks] celkový počet válečků na trati k 1 [ks] počet válečků pod jedním předmětem k dyn [-] bezpečnost proti přetržení při dynamickém namáhání k k1 [-] bezpečnost pláště válečku k k2 [-] bezpečnost hřídele válečku k k3 [-] bezpečnost rámu tratě k k4 [-] bezpečnost rámu tratě k p [ks] počet poháněných válečků pod jedním předmětem k stat [-] bezpečnost proti přetržení při statickém namáhání k u [ks] počet válečků na jednom 4 metrovém úseků tratě k u1 [ks] počet válečků na jeden poháněný úsek L 10h [hod] trvanlivost ložiska l A1 [mm] vzdálenost od působiště síly F q do bodu A l B1 [mm] vzdálenost od působiště síly F q do bodu B L c [ks] délka tratě l C1 [mm] vzdálenost od působiště síly F A1 do bodu C l celkova1 [mm] celková vzdálenost mezi body A a B (mezi ložisky) l D1 [mm] vzdálenost od působiště síly F B1 do bodu D Lp [m] délka palety l r [mm] redukovaná délka stojiny l s [mm] délka stojiny L u [ks] délka jednoho úseku k [N.m] výstupní kroutící moment pohonu m [N.m] moment na hřídeli motoru při rozběhu o [N.m] moment od stálých odporů oa [N.mm] výsledný ohybový moment v působišti síly F A oa1 [N.mm] výsledný ohybový moment v působišti síly F A1 oca [N.mm] celkový ohybový moment v bodě A omax [N.mm] maximální ohybový moment BRNO 2013 60

SEZNA POUZITYCH ZKRATEK A SYBOLŮ omax1 [N.mm] maximální ohybový moment pláště válečku m p [kg] hmotnost předmětu (tj. paleta + kovový materiál) roz [N.m] celkový rozběhový moment motoru t [N.m] třecí moment při rozběhu stroje m v [kg] hmotnost rotujících částí válečku zp [N.m] moment od zrychlujících sil přímočaře se pohybujících hmot zr [N.m] moment od zrychlujících sil rotujících hmot N [ks.hod -1 ] maximální dopravní výkon tratě n 1 [min -1 ] výstupní otáčky převodovky n 2 [min -1 ] otáčky válečku N c [ks] celkový dopravovaný počet předmětů na trati n m [min -1 ] otáčky motoru N u [ks] počet předmětů na jeden úsek tratě N u1 [ks] maximální počet předmětů na jeden poháněný úsek p [-] exponent rovnice trvanlivosti ložiska, p = 3 pro ložiska s bodovým stykem P [kn] ekvivalentní dynamické zatížení ložiska P p [kw] potřebný výkon pro jeden poháněný úsek p [Pa] měrný tlak v kloubech řetězu p D [Pa] dovolený tlak P m [W] výkon motoru p v [Pa] výpočtový tlak q [kg] hmotnost předmětu připadající na jeden váleček r č [m] poloměr čepů hřídele pod ložiskem R e [Pa] mez kluzu R v [m] poloměr pláště válečku s [-] počet řetězových smyček na poháněném úseku S [mm 2 ] plocha průřezu stojiny s v [m] tloušťka stěny pláště válečku t 1 [s] čas potřebný k přesunutí jedné palety o svoji délku t 2 [s] časový interval mezi paletami t s [s] doba rozběhu předmětu T v [m] rozteč mezi válečky BRNO 2013 61

SEZNA POUZITYCH ZKRATEK A SYBOLŮ U [ks] celkový počet úseků v p [m.s -1 ] rychlost předmětu na trati W 1 [N] složka vlastní tíhy předmětu W 2 [N] odpor vlivem valivého a čepového tření W 3 [N] odpor vlivem výrobních nepřesností a nepravidelností styk. plochy předmětu Wc [N] celkový odpor na jednom válečku W o [mm 3 ] modul průřezu v ohybu W o1 [mm 3 ] modul průřezu v ohybu W oa [mm 3 ] modul průřezu v ohybu v kritickém místě Y [-] součinitel rázů z 1 [-] počet zubů hnacího řetězového kola z 2 [-] počet zubů hnaného řetězového kola β [ ] úhel sklonu tratě ε [rad.s -2 ] úhlové zrychlení válečku ηc [-] celková účinnost mechanického převodu η př [-] účinnost převodovky η ře [-] účinnost řetězového převodu λ [-] součinitel tření μ [-] součinitel tření ocel-dřevo σ d [Pa] maximální napětí ve stojině σ o [Pa] ohybové napětí rámu σ o1 [Pa] ohybové napětí pláště válečku σ oa [Pa] ohybové napětí v kritickém průřezu BRNO 2013 62

SEZNA PŘÍLOH SEZNA PŘÍLOH 0-BP-13/000 0-BP-13/001 3-BP-13/002 3-BP-13/01 3-BP-13/02 K-4-BP-000/01 K-4-BP-001/01 K-4-BP-001/02 K-4-BP-001/03 K-4-BP-001/04 K-4-BP-002/01 Válečková dráha (výkres sestavení) Sekce válečkové dráhy (výkres sestavení) Poháněný váleček (výkres sestavení) Hřídel válečku (výkres součásti) Plášť válečku (výkres součásti) Válečková dráha (kusovník) Poháněná sekce (kusovník) Poháněná sekce (kusovník) Poháněná sekce (kusovník) Poháněná sekce (kusovník) Poháněný váleček (kusovník) BRNO 2013 63