Algoritmus řešení konstrukčního úkolu Na začátku každého spotřebního výrobku, každého stroje či strojního zařízení nebo rozsáhlého investičního celku je projekt a konstruktéři, kteří rozhodujícím způsobem určují technickou úroveň, kvalitu, výrobní náklady i konkurenční schopnost. Problematika konstruování je velmi různorodou disciplinou, která má zřejmě jediného společného jmenovatele, a to je vznik nového výrobku. Jeho vznik se skládá z těchto oblastí: požadavky trhu, tj. potřeba určitého výrobku; jeho projektování; konstrukce; výroba; prodej; opravy výrobku; vyřazení z provozu; likvidace včetně možnosti recyklace materiálu. Postup řešení konstrukčního úkolu lze vyjádřit zjednodušeným algoritmem. V předmětu Konstruování a CAD se realizuje s výjimkou realizace prototypu a výroby.
Zadání konstrukčního úkolu Splnění úkolu závisí na úplnosti, správnosti a reálnosti zadání. Je třeba jasně formulovat hlavní cíle díla (stroje, zařízení), stanovit jeho základní technické a ekonomické parametry, určit jeho (budoucí) provozní podmínky a dohodnout podmínky konstrukční práce, včetně výroby a zkoušek prototypu. Zadání ročníkového projektu - zubové čerpadlo viz PC1-1 - lamelová spojka viz PC1-2 - uložení ozubeného soukolí viz PC1-3 Sběr informací Shromáždění informací o dané problematice je vlastně studijní etapa započatá již při tvorbě zadání, často i dlouho před zadáním úkolu. Je nutno získat poznatky o současném stavu techniky v příslušné oblasti zadávaného úkolu, provést rozbor parametrů obdobných výrobků, prostudovat domácí i zahraniční literaturu z příslušné oblasti.
Zjišťují se trendy dosavadního vývoje. Analyzují se poznatky a zkušenosti z používání dosud realizovaných obdobných výrobků. V předmětu Konstruování a CAD je tato etapa nahrazena organizovaným přístupem informací formou přednášek a výkladů učitelů nebo skripty a další doporučenou literaturou. Dále to jsou různé prospekty, katalogy, metodické příručky apod. převážně však zajišťované školou. Literatura: 1 SVOBODA, P. - BRANDEJS, J.- PROKEŠ,F.: Základy konstruování. 4. vydání, přepracované. Brno, Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 2006. 200 s. ISBN 80-7204-458-3 2 SVOBODA, P. - BRANDEJS, J.- PROKEŠ,F: Výběr z norem pro konstrukční cvičení. 1. vydání, přepracované. Brno. Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 2006. 223 s. ISBN 80-7204-214-9 3 SOBEK, E. aj : Základy konstruování. Návody pro konstrukční cvičení. 6. vydání, přepracované. Brno, Akademické nakladatelství CERM, 2004. 164 s. ISBN 80-7204-331-5 4 Sigma Group, a.s. - Prospekty 5 ČSN ISO 214 (01 0148). Abstrakty pro publikace a dokumentaci 6 ČSN ISO 7144 (01 0161). Formální úprava disertací a podobných dokumentů 7 ČSN ISO 5966 (01 0173). Formální úprava vědeckých a technických zpráv. 8 ČSN ISO 2145 (01 0184). Číslování oddílů a pododdílů psaných dokumentů. 9 ČSN ISO 2108 (01 0189). Mezinárodní standardní číslování knih. 10 ČSN ISO 690 (01 0197). Bibliografické citace. Obsah, forma, a struktura. 11 ČSN ISO 31-0 (01 1300). Veličiny a jednotky. Část 0: Všeobecné zásady. 12 ČSN 01 6910-97 Úpravy písemností psaných strojem nebo zpracovaných textovými editory
ZUBOVÁ NÍZKOTLAKÁ ČERPADLA DO 1 MPa ZOP - ZOT
Zubová nízkotlaká čerpadla jsou určena všeobecně na dopravu olejů a jiných viskózních látek s mazací schopností, které nejsou agresivní a neobsahují podíly mechanických nečistot povahy vydírající a obrusné (popílek, písek, krystaly apod.) Typová řada ZOP Typová řada ZOT představuje běžné provedení pro široké použití při představuje provedení s topným štítem, určené čerpání olejů a dále různých netuhnoucích a zejména na dopravu látek tuhnoucích do teploty nekrystalizujících viskózních kapalin do teploty 80 C, jako 130 C, které vyžadují ohřev pro jejich udržení v např. tuků, mýdlových vod, emulzí, louhů, atd. - ve čerpatelném tekutém stavu, jako např. asfalty, dehty, strojírenských oborech, v některých chemických,zela, barvy, laky a jiné viskózní a husté látky. Topný provozech aj. Výhodné je jejich použití také jako plášť slouží hlavně pro nahřívání čerpadla a zbylé tlakového zdroje v nízkotlakých olejových hydraulických kapaliny v čerpadle před jeho spuštěním nebo po systémech a hlavně v mazacích a chladících zařízeních. dobu provozních přestávek
Čerpadla ZOP - ZOT 1 Těleso čerpadla 2 Ucpávkový štít 3 Zadní štít 4 Hřídel hnací 5 Hřídel hnaný 6 Ozubené kolo hnací 7 Ozubené kolo hnané 8 Ložiskové pouzdro 9 Pero spojky 10 Víko ucpávky 11 Spojovací šroub 12 Šroub ucpávky 13 Středící kolík 14 Provazcové těsnění 15 Topný štít (u typové řady "ZOT")
Konstrukce Konstrukce obou typových řad je založena na unifikaci podstatné části staveních dílů. Společným znakem je horizontální patkové provedení s ozubenými koly s vnějším ozubením, kde hnací hřídel je uložen nad hřídelem hnaným. Oba kalené hřídele jsou uloženy oboustranně v zalisovaných ložiskových pouzdrech s nuceným mazáním dopravovanou kapalinou. Ozubená kola jsou upevněna na hřídelích nalisováním. Ucpávka hnacího hřídele je měkká (stlačovaná) a je za provozu odsávána. Odlehčením ucpávky do sacího prostoru je zamezeno pronikání dopravované kapaliny kolem hnacího hřídele. Hrdla mají vnitřní trubkový závit. Doporučený způsob připojení čerpadel na potrubí je utěsněnou závitovou trubkou s přírubou. Možno též použít fitinkového šroubení, případně příslušných závitových přírub podle ČSN. U čerpadel ZOT je zadní štít zvlášť upraven pro vytvoření vytápěného prostoru, jenž je uzavřen s otvory pro přívod a odvod topného media. Smysl otáčení. Standardní provedení čerpadel je pravotočivé při pohledu za strany pohonu. Na zvláštní požadavek může být čerpadlo upraveno jako levotočivé - s opačným směrem proudění dopravované kapaliny. Jediné čerpadlo nelze však použít pro oba směry točení. Pohon. Čerpadla je možno dodat samotná nebo s elektromotory, s nimiž jsou umístěna na společné základové desce. Elektromotory jsou třífázové, asynchronní s rotorem nakrátko a v provedení IP 44/g, to je zavřené s vlastním povrchovým chlazením, pro napětí 380V, 50Hz. Přenos kroutícího momentu je pružnou spojkou. Při nižších provozních otáčkách, tj. pod 720 ot.min -1 je jako pohonu použito převodových elektromotorů. Materiál hlavních dílů. Těleso čerpadla, štíty, topný štít - šedá litina. Ozubená kola - konstrukční ocel nelegovaná (uhlíková) nebo legovaná (tř. 14), kalená. Hřídele - konstrukční ocel nelegovaná (uhlíková); povrchově kalená v místech ložisek. Ložisková pouzdra - bronz nebo ložisková slitina. Pojišťovací zařízení. Čerpadla ZOP a ZOT nemají vlastní pojistné zařízení proti možnosti překročení maximálního dopravního tlaku čerpadla. Provoz čerpadla vyžaduje, aby bylo výtlačné potrubí v jeho blízkosti opatřeno pojistným ventilem.
ZUBOVÁ MONOBLOKOVÁ STŘEDOTLAKÁ ČERPADLA DO 2,5 MPa ZOL - ZTL Zubová čerpadla jsou určena všeobecně na dopravu olejů a jiných chemicky neaktivních kapalin a látek s mazací schopností bez mechanických nečistot. Typová řada ZOL představuje základní provedení pro široké použití při čerpání olejů a dále různých netuhnoucích a nekrystalizujících viskózních kapalin, jako např. tuků mýdlových vod, emulzí, louhů atd. ve strojírenských oborech, v některých chemických provozech apod. Výhodné je jejich použití také jako tlakového zdroje v olejových hydraulických systémech, zejména v mazacích a chladicích zařízeních různých strojů a mechanizmů. Maximální dopravní tlak...2,5 MPa Maximální teplota čerpané kapaliny... 80 C
1 Těleso čerpadla 2 Ucpávkový štít 3 Štít 4 Hnací hřídel 5 Hnaný hřídel 6 Ozubené kolo hnací 7 Ozubené kolo hnané 8 Ložiskové pouzdro 11 Víko ucpávky 15 Spojovací šroub (ZOL) 16 Šroub ucpávky 18 Středící kolík 19 Pero spojky 20 Ucpávkové těsnění
Typová řada ZTL představuje provedení s topným štítem, určené především na dopravu viskózních, rychleji tuhnoucích látek, které vyžadují ohřev pro jejich udržení v čerpatelném stavu, jako asfalty, dehty, mýdla, tuky, barvy, laky apod. Topný štít slouží pro nahřívání čerpadla a zbylé látky v čerpadle před jeho spuštěním nebo po dobu provozních přestávek. Maximální dopravní tlak... 1 MPa Maximální teplota čerpané kapaliny... 130 C Maximální teplota ohřívané kapaliny... 130 C Maximální přetlak ohřívací kapaliny... 0,3MPa 27 Štít (ZTL) 28 Topný plášť 30 Spojovací šroub (ZTL)
Konstrukce Konstrukce obou typových řad je založena na unifikaci podstatné části stavebních dílů. Společným znakem je přírubové provedení s ozubenými koly s vnějším ozubením. Hřídele jsou uloženy oboustranně v ložiskových pouzdrech s nuceným mazáním dopravovanou kapalinou. Ucpávka hnacího hřídele je měkká a je za provozu odsávána. Odlehčením ucpávky do sacího prostoru je zamezeno pronikání dopravované kapaliny kolem hnacího hřídele. Hrdla mají vnitřní trubkový závit. Doporučený způsob připojení čerpadel na potrubí je utěsněno závitovou trubkou s přírubou. Možno též použít fitinkové šroubení nebo příslušné závitové příruby podle ČSN. Čerpadla typové řady ZTL mají zadní štít upraven pro vytvoření vytápěného prostoru, jenž je uzavřen víkem s otvory pro přívod a odvod topné kapaliny. Materiálové provedení. Jako standardní je materiálové provedení "LO" pro kapaliny chemicky neaktivní, kde hlavní díly jsou v těchto materiálových jakostech: těleso čerpadla, štíty a topný štít jsou ze šedé litiny; ozubená kola a hřídele jsou z konstrukční oceli; ložisková pouzdra jsou z bronzu nebo legované litiny. Pohon. Čerpadla ZOL, ZTL možno dodat s volným koncem hřídele, zásadně však pro přímý pohon s přenosem kroutícího momentu pružnou spojkou, s vyloučením jakéhokoliv radiálního nebo axiálního zatížení hnacího hřídele.tyto podmínky platí i pro čerpadla dodávaná s nejběžnějším typem elektromotorů jako standardní čerpací soustavy, nesené spojovací lucernou s upevňovací patkou pro usazení na základ. Elektromotory jsou trojfázové, asynchronní, s rotorem nakrátko, provedení IP 44/g, to je zavřené s vlastním povrchovým chlazením, pro napětí 380 V, 50 Hz. Rezerva ve výkonech elektromotorů připouští při otáčkách do 720 min -1, případně i 960 min -1 v určitých případech použití soustrojí na kapaliny s vyšší hodnotou viskozity, než je v tabulce technických údajů uvedený rozsah běžných viskozit - po předchozí konzultaci s výrobcem. Na zvláštní požadavek mohou být typy elektromotorů dodány v úpravě pro práci v prostředí s nebezpečím výbuchu 1(SNV-1). Smysl otáčení. Smysl otáčení hnacího hřídele čerpadla je jednoznačně vpravo při pohledu do pohonu. Případná změna směru průtoku čerpané kapaliny je dosažitelná způsobem, který je vysvětlen v odstavci "Poloha hrdel".
Pojišťovací zařízení. Čerpadla nemají vlastní pojišťovací zařízení. Při nebezpečí překročení jmenovitého, resp. maximálního tlaku čerpadla a výkonu elektromotoru vyžaduje provoz čerpadla aby výtlačné potrubí bylo v jeho blízkosti opatřeno pojistným ventilem. Poloha hrdel. Poloha hrdel a tím i směr průtoku čerpané kapaliny při jinak nezměněném smyslu otáčení hřídele čerpadla jsou měnitelné, což je dáno možností pootáčení vlastního čerpadle po 90 na přírubě spojovací lucerny. Je tedy možno situovat sací a výtlačné potrubí vůči čerpadlu vodorovně nebo svisle a v obou případech pak ještě v různém směru. Všechny možné varianty poloh hrdel u standardních soustrojí z hlediska směru průtoku čerpané kapaliny ukazuje rozměrové vyobrazení. Základní soustrojí, ve kterém je běžně dodáváno, má sací hrdlo vlevo (S 270) a výtlačné hrdlo vpravo (T 90) při pohledu od motoru (viz rozměrové náčrtky). Úpravy 1, 2, 3 lze provést snadno na místě po uvolnění čtyř spojovacích šroubů v přírubě čerpadla a spojovací lucerně a příslušným pootočením čerpadla, což také umožňuje volně zasouvatelná dvojdílná spojka mezi motorem a čerpadlem.při dodávce v rozsahu minimální výrobní série může výrobce provést některou z těchto nestandardních úprav polohy hrdel čerpadla již při montáži ve výrobě.
Zubová monobloková ZOM čerpadla nízkotlaká do 1 MPa Zubová čerpadla ZOM jsou určena na dopravu olejů a jiných chemických neaktivních kapalin a látek s mazací schopností bez mechanických nečistot. Čerpadla se s výhodou používají v mazacích a chladicích systémech strojů a mechanismů, případně v nízkotlakých systémech hydraulických nebo také přečerpávacích soustrojích pro všeobecné použití. Maximální teplota čerpané kapaliny... 60 C Maximální dopravní tlak čerpadla... 1 MPa Kinematická viskozita čerpané kapaliny do... 228 mm 2.s -1 1 Těleso čerpadla 2 Ucpávkový štít 3 Štít 4 Hřídel hnací 5 Hřídel hnaný 6 Ozubené kolo hnací 7 Ozubené kolo hnané 8 Středicí kolík 9 Ložiskové pouzdro 10 Spojovací lucerna 11 Poddajná spojka 12 Kroužek Gufero
Konstrukce Zubové čerpadlo ZOM je přírubové konstrukce, s ozubenými koly s vnějším ozubením, která jsou uspořádána v jednoduché dvojici. U největší typové velikosti 1 1/2" - ZOM - 125 jsou ozubená kola dvojitá s širokým ozubením složený do šípu. Oba kalené hřídele jsou uloženy oboustranně v ložiskových pouzdrech s nuceným mazáním dopravovanou kapalinou. Ucpávku hnacího hřídele tvoří dva kroužky Gufero, odlehčené odsáváním prostoru před nimi zpět do sání, čímž je také zamezeno pronikání dopravované kapaliny kolem hnacího hřídele mimo čerpadlo. Hrdla mají vnitřní trubkový závit. Doporučený způsob připojení čerpadel na potrubí je utěsněnou závitovou trubkou s přírubou. Možno též použít fitinkového šroubení, popřípadě příslušných závitový přírub podle ČSN. Provedení a způsob pohonu. Čerpadlo tvoří s přírubovým elektromotorem standardní čerpací soustrojí, nesené spojovací lucernou s upevňovací patkou pro usazení na základ nebo letmé upevnění na konstrukci, konzolou apod. Elektromotor je trojfázový, asynchronní s rotorem nakrátko pro přímé připojení na síť, zavřeného provedení s vlastním povrchovým chlazením pro napětí 380 v, 50 Hz. Materiálové provedení. Jako standardní materiálové provedení s označením "LO", kde hlavní díly čerpadla jsou v těchto materiálových jakostech: těleso čerpadla a spojovací lucerna jsou ze šedé litiny; hřídele jsou z uhlíkové oceli, povrchově kalené; ozubená kola jsou z uhlíkové oceli; ložisková pouzdra jsou z legované litiny. Smysl otáčení. Smysl otáčení hnacího hřídele čerpadla je jednoznačně vpravo při pohledu od pohonu. řípadná změna směru průtoku čerpané kapaliny je dosažitelná způsobem, který je vysvětlen v odstavci "Poloha hrdel". (viz. čerpadla ZOL, ZTL.) Pojišťovací zařízení. Čerpadlo nemá vlastní pojišťovací zařízení a není opatřeno přípojkami pro měřicí přístroje. Pojistný ventil a měřicí přístroje nejsou příslušenstvím čerpadla, ale výtlačného řadu. Při nebezpečí překročení nebezpečného resp. maximálního tlaku čerpadla a výkonu poháněného motoru vyžaduje provoz čerpadla, aby výtlačné potrubí bylo opatřeno pojistným ventilem, který se umístí bezprostředně za výtlačným hrdlem čerpadla. Mezi pojistným ventilem a čerpadlem nesmí být žádný uzavírací orgán.
Koncepční návrh Koncepční návrh je bez propracování podrobností. Velmi často je prováděn v několika variantách s různými principy řešení. Obvykle takový návrh zahrnuje náčrty hlavních jednotek (částí), předběžné provozní a rozměrové výpočty, návrh materiálů důležitých součástí, předpokládanou výrobní kooperaci. Ukázka návrhu řešení je v (3, s. 67). Výběr varianty (optimální varianta řešení) Pro rozhodnutí o výběru optimální varianty se stanovují kritéria, podle kterých má být rozhodnuto o výběru varianty řešení. Kromě splnění parametrů zadání mohou být dalšími kritérii: cena, vzhled výrobku, termín splnění úkolu, možnost rychlejší realizace nebo míra účinku výrobku atd. V předmětu KaCAD jsou etapy koncepčních návrhů a výběru optimálních variant z časových důvodů velmi zjednodušeny. Při praktické konstrukční činnosti se vychází z výrobku, který se osvědčil v provozu (tzv. konstrukční vzor). Pak návrh "nové" konstrukce je převzatý bez podstatných změn, případně s uplatněním nových řešení. Obojí je závislé na kvalitě studenta.
Poznámka: Výchova ke konstruování ve škole má odlišné podmínky od procesu konstruování v praxi a to zejména v těchto činnostech: student se učí myslet, získávat poznatky a zkušenosti na zadané úloze, která bude hodnocena známkou, bez realizace; úspěšnost realizace v praxi nahrazuje ve škole klasifikace; student využívá poznatky z přednášek, cvičení, učebnice či skript, konzultací s učitelem, spolužáky a samostatné práce ve škole i mimo ni. Poznatky jsou mu řízeně podávány; složitost řešeného problému se týká převážně jednodušších součástí a montážních jednotek; čas k řešení úlohy je omezen v rozsahu hodin či desítek hodin; novost a původnost se více méně nehledá, ale aplikují se prověřené poznatky a zkušenosti. Návrhový výkres Koncepční návrh, (pokud je realizován) je třeba zpřesnit a doplnit tak, aby mohl být podkladem pro tvorbu výrobních výkresů. Hlavní části této etapy je návrhový výkres (sestava) - viz PC2.
Až do uzavření této etapy se jedná o zvlášť náročnou činnost, kterou vykonávají zkušení konstruktéři s delší praxí. V podmínkách předmětu Konstruování a CAD ve čtvrtém semestru tomu odpovídá celosemestrový projekt (zubová čerpadla, hřídelové spojky, uložení ozubeného soukolí) a ve vyšších ročnících projekty v předmětu Části a mechanismy strojů a projekty v dalších předmětech, v závěru studia pak diplomová práce. Výrobní výkresy Podle návrhové sestavy se vytváří výrobní technická dokumentace: Výkresy součástí /1, s.176 až 182/ - také viz PC7 Výkresy sestavení /1, s. 182 až 183/ - také viz PC9-2 Seznam položek /1, s. 186 až 188/ - také viz PC9-2 Technická zpráva V etapě tvorby návrhové sestavy se souběžně zpracovává technická zpráva, která je z hlediska rozhodování o úspěšnosti řešení úkolu velmi důležitým podkladem viz PC9-1
Prototyp Podle výkresů součástí a výkresů sestavení montážních jednotek je vyroben zkušební vzorek - prototyp, podle charakteru úkolu někdy i několik kusů. Ve srovnání s předpokládanou budoucí sériovou výrobou je prototyp zhotoven s mimořádnou pečlivostí a obvykle i jinými technologickými postupy. Přesto musí prototyp sloužit k prověření, zda je dosaženo všech zadaných parametrů, vyzkoušení, zda je výrobek schopný pracovat v předpokládaných podmínkách (při zkouškách se obvykle navozují úmyslně horší podmínky); ověření správnosti výrobních výkresů. Podle výsledků zkoušek prototypu provádějí se případné nutné úpravy, tj. výkresů součástí a výkresů sestavení montážních jednotek a seznamů položek. Tato konstrukční dokumentace je pak předána technologickým útvarům k následnému vypracování technologické dokumentace a zahájení sériové výroby. Ve výuce úspěšnost realizace nahrazuje klasifikace. Poněvadž se nebude vyrábět, je důležitá míra odpovědnosti při zpracování úkolu.