Návrh pohonu zařízení přes šnekovou převoovku a pojistnou spojku Vojtěch TÁBORSKÝ Bakalářská práce 009
ABSTRAKT Abstrakt česky Tato práce se zabývá stuiem ozubených převoů blíže pak převoy šnekovými. Literární část je zaměřena na celkový přehle používaných šnekových soukolí a na jejich konstrukční proveení. Součástí práce je návrh a výpočet zabezpečovacího pohonu výrobního zařízení šnekovou převoovkou a pojistnou spojkou. Převoovka je voustupňová s čelním soukolím s přímými zuby a šnekovým převoem. Šnekový převo je realizován globoiním kolem a klasickým šnekem. Klíčová slova: šneková převoovka, šnekový převo, přímé soukolí s přímými zuby, třecí spojka ABSTRACT Abstrakt v anglickém jazyce This thesis eals with geare transmissions, especially with the worm-gearing.the theoretical part of the thesis provies the general survey of currently use worm-gearings an escribes the types of their constructions. The thesis contains the esign an the calculation of the safeguar rive system consisting of the worm-gear unit with the overrunning clutch. The two-spee gearbox has the spur gearing with the straight teeth an the worm gearing. The worm gearing is constructe of the globoial wheel an the worm. Keywors: worm-gear unit, worm gearing, simple gear train with straight teeth, fiction-coupling
Poěkování, motto Ze bych chtěl poěkovat Ing. rantišku Volkovi Csc., za ray a připomínky při tvoření mé bakalářské práce. Dále bych chtěl poěkovat své roině a přátelům za poporu.
OBSAH ÚVOD...0 I TEORETICKÁ ČÁST... PŘEVODY.... STAVEBNÍ STRUKTURA (ELEMENTÁRNÍ KONSTRUKČNÍ VLASTNOSTI)..... Kažý převo má ve své struktuře..... Mechanické převoy.... ZÁKLADNÍ VZTAHY..... Převoový poměr..... Účinnost...3..3 Silové poměry...3 OZUBENÉ PŘEVODY...5. ROZDĚLENÍ OZUBENÝCH PŘEVODŮ...5.. Pole ruhu čelní profilové křivky zubů:...5.. Pole tvaru boční čáry zubů:...6..3 Pole relativního pohybu záklaních členů:...6..4 Pole vzájemné polohy os:...6. PROIL OZUBENÍ...7.. Evolventní ozubení...8.. Cykloiní ozubení...8.3 ZÁKON OZUBENÍ...9.4 ZÁKLADNÍ PARAMETRY...0.4. Moul...0.4. Záklaní pojmy ozubení....4.3 Přehle výpočtu ozubení...3.5 PODŘEZÁNÍ A MEZNÍ POČET ZUBŮ...4.5. Druhy korekcí...4.5.. Výpočty korigovaných ozubených kol...5.5.. Určení honoty posunutí nástroje x...6.5..3 Soukolí pole jenotkových posunutí x...7.5..4 Součinitel záběru ε...7 3 ŠNEKOVÁ SOUKOLÍ...8 3. CHARAKTERISTIKA...8 3. DRUHY ŠNEKOVÝCH SOUKOLÍ...8 3.3 KONSTRUKČNÍ USPOŘÁDÁNÍ...30 3.3. Šneky...30 3.3.. Šneky spirální (Archimeovy)...30 3.3.. Šneky obecné (obr. 0)...3 3.3..3 Šneky evolventní (obr. )...3 3.3..4 Ostatní ruhy šneků...3 3.3. Šneková kola...3
3.4 VÝPOČET ŠNEKOVÉHO SOUKOLÍ (OBR. 3)...33 3.5 PARAMETRY PRO VOLBU ŠNEKOVÝCH PŘEVODŮ...35 3.6 MATERIÁLY PRO ŠNEKOVÉ SOUKOLÍ...36 3.7 SILOVÉ POMĚRY...37 4 HŘÍDELOVÉ SPOJKY...40 4. UNKCE SPOJEK...40 4. ROZDĚLENÍ HŘÍDELOVÝCH SPOJEK...40 4.. Mechanicky neovláané spojky...40 4.. Nepružné pevné spojky...40 4..3 Nepružné vyrovnávací spojky...4 4..4 Pružné spojky...4 4..4. Pružné spojky lineární...4 4..4. Pružné spojky nelineární...4 4..5 Mechanicky ovláané spojky...43 4..6 Výsuvné spojky...43 4..7 Pojistné spojky...43 4..8 Volnoběžné (rozběhové) spojky...45 4.3 VÝPOČET POJISTNÉ KOLIKOVÉ SPOJKY...46 II PRAKTICKÁ ČÁST...48 5 ZADÁNÍ...49 5. SCHÉMA...49 ELEKTROMOTOR PŘEVODOVKA POJISTNÁ SPOJKA...49 6. NÁVRH JEDNOTLIVÝCH OTÁČEK V PŘEVODOVCE...50 6 NÁVRH A VÝPOČET ŘEMENOVÉHO PŘEVODU...5 6. VOLBA ELEKTROMOTORU...5 6. VÝPOČET ŘEMENOVÉHO PŘEVODU...5 6.. Jmenovitý výkon Pj, typ řemenice a průměr malé řemenice p...5 6.. Výpočet převoového poměru...5 6..3 Výpočet obvoové rychlosti v...5 6..4 Výpočet průměru velké řemenice D p...5 6..5 Výpočet élky klínového řemene...5 6..6 Výpočet přesné osové vzálenosti řemenic A...5 6..7 Výpočet úhlu opásání malé řemenice β a velké řemenice γ...5 6..8 Výpočet počtu klínových řemenů z...53 6..9 Výpočet ohybové frekvence f...53 6..0 Výpočet obvoové síly...53 6.. Výpočet pracovního přepětí řemene u...54 6.. Výpočet mezí seřízení osové vzáleností...54 7 NÁVRH A VÝPOČET OZUBENÝCH PŘEVODŮ...55 7. NÁVRH JEDNOTLIVÝCH OZUBENÝCH PŘEVODŮ...56 7.. Výpočet zubů jenotlivých ozubených kol...56 7.. Jenotlivé kroutící momenty a přenášené výkony...56
7. VÝPOČET ČELNÍHO SOUKOLÍ S PŘÍMÝMI ZUBY...57 7.. Výpočet moulu pole Bacha...57 7.. Výpočet rozměrů čelního soukolí...57 7..3 Kontrola zubů čelního soukolí (ČSN 0 4686)...58 7..3. Únavová únosnost...58 7..3. Statická únosnost...59 7..3.3 Únavová únosnost paty zubu v ohybu...60 7..3.4 Statická bezpečnost v ohybu...6 7.3 VÝPOČET ŠNEKOVÉHO SOUKOLÍ...6 7.3. Výpočet moulu pole Bacha...6 7.3. Výpočet rozměrů šnekového soukolí...6 7.4 VÝPOČET SIL V OZUBENÝCH PŘEVODECH...63 7.4. Výpočet sil v převou s přímými zuby...63 7.4. Výpočet sil ve šnekovém převou...63 8 VÝPOČET. (HNACÍ) HŘÍDELE...64 8. VÝPOČET REAKCÍ V LOŽISCÍCH...64 8. VÝPOČET PRŮMĚRU HŘÍDELE POD PASTORKEM...65 8.3 VÝPOČET PERA POD VELKOU ŘEMENICÍ...65 8.4 VÝPOČET LOŽISKA V MÍSTĚ A...65 9 VÝPOČET. (ŠNEKOVÉ) HŘÍDELE...67 9. VÝPOČET REAKCÍ V LOŽISCÍCH ŠNEKOVÉ HŘÍDELE...67 9. VÝPOČET PRŮMĚRU HŘÍDELE POD OZUBENÝM KOLEM...68 9.3 VÝPOČET PER...68 9.4 VÝPOČET LOŽISKA V MÍSTĚ A...69 0 VÝPOČET 3. (HNANÉ) HŘÍDELE...70 0. VÝPOČET REAKCÍ V LOŽISCÍCH HNANÉ HŘÍDELE...70 0. VÝPOČET PRŮMĚRU HŘÍDELE POD ŠNEKOVÝM KOLEM...70 0.3 VÝPOČET PER PO ŠNEKOVÝM KOLEM...7 0.4 VÝPOČET LOŽISKA V MÍSTĚ A...7 VÝPOČET STŘIŽNÉ POJISTNÉ SPOJKY...73. VOLBA PER POD POJISTNOU SPOJKOU...73. VÝPOČET STŘIŽNÉ SÍLY NA ROZTEČNÉM PRŮMĚRU KOLÍKU...73.3 VÝPOČET A VOLBA PRŮMĚRU STŘIŽNÉHO KOLÍKU...73.4 PŘEPOČET ROZMĚRŮ STŘIŽNÉ SPOJKY...73 ZÁVĚR...75 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY...76 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK...77 SEZNAM OBRÁZKŮ...83
SEZNAM TABULEK...85 SEZNAM PŘÍLOH...86
UTB ve Zlíně, akulta technologická 0 ÚVOD Vžy se lié snažili ulehčit si práci využitím nějakých mechanických prostřeků. Mezi první používané mechanické prostřeky patří páka a klín. Těchto vou prostřeků se v jisté formě používá i u ozubených kol. Ozubená kola nejspíše byla známa už ve starověku, jelikož se řečtí učenci už ve třetím století př. Kr. zabývali složitými převoy. Šnekový převo popsal již Archimées. Leonaro Da Vinci se také zabýval šnekovým převoem, přičemž ospěl k poznatku, že šneky s malým stoupáním jsou samosvorné. V jeho skicách byli objeveny i náčrty globoiního šneku. Největší rozmach ozubených kol nastal ve vacátém století. Rychle se rozvíjela výroba a ozubené převoy se zokonalovali, jak po technologické stránce, tak i po stránce konstrukční. Po. světové válce byli poprvé použity vysoce legované oceli, kalené, broušené a leštěné. Po válce se vylepšila konstrukce i šnekového soukolí. O této oby se vývoj šnekových soukolí považoval za ukončený. Potřeby průmyslu si vyžáali moernizaci geometrie a technologie globoiních šnekových soukolí. V současnosti známe mnoho ruhů šnekových i globoiních soukolí. Jenotlivé ruhy se o sebe olišují geometrií ozubení, konstrukcí soukolí i technologií výroby, ale pro průmyslové využití se používají jen některé ruhy.
UTB ve Zlíně, akulta technologická I. TEORETICKÁ ČÁST
UTB ve Zlíně, akulta technologická PŘEVODY Převoový mechanismus umožňuje přenos sil, kroutícího momentu, energie, přípaně tuto energii přiváěnou z hnacího stroje na pracovní zařízení rozěluje.. Stavební struktura (elementární konstrukční vlastnosti).. Kažý převo má ve své struktuře a) vstupní člen (prvek) b) výstupní člen (prvek) Vstupní a výstupní člen jsou vzájemně propojeny přímo nebo nepřímo prostřenictvím alšího členu (prvku). Toto propojení může být obecně mechanické, elektrické, hyraulické nebo pneumatické. Dále bue uvažován pouze mechanický princip... Mechanické převoy tvarové (bez skluzu) - Tvarové spojení lze ále členit na přímé (kontaktní) a na nepřímé (s ruhým členem). K přímým převoům s tvarovým stykem patří ozubené převoy, k nepřímým převoy s ozubenými řemeny a řetězové převoy. třecí (se skluzem) Třecí nebo tzv. silové spojení může být také přímé (kontaktní), sem patří třecí převoy, nebo nepřímé (s ruhým členem), o této skupiny zařazujeme řemenové a lanové převoy. Do této skupiny také patří převoy ozubenými koly.. Záklaní vztahy.. Převoový poměr Záklaním parametrem převoů je převoový poměr. Převoy mají pole svého určení stálý nebo měnitelný převoový poměr, který se mění buď plynule nebo stupňovitě. Převoovky s plynule měnitelnými převoy se nazývají variátory. Stupňovitá regulace je však obyčejně jenoušší, spolehlivější a ekonomicky výhonější. Převoový poměr může kolísat např.: u převoů se skluzem.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 3 Definice: Převoový poměr i je poměr úhlové rychlosti hnací ku hnané (obr. ). n i, n z ϖ ϖ z Mk Mk obr. Rychlosti v převoech Pozn.: i > převo o pomala (reuktor), i < převo o rychla (multiplikátor) Druhým parametrem, který charakterizuje převo je účinnost. nenastane-li v převou prokluz je účinnost ieální. U skutečného převou se vžy objeví ztráty v ůsleku tření otýkajících se částí, ztráty třením v uložení při broěním v mazací kapalině at., tím se přenášený výkon v poměru který charakterizuje účinnost... Účinnost Účinnost η je ána poměrem výstupního a vstupního výkonu. η, P P n n [-]..3 Silové poměry a) přenáší-li jenouchý převo obvoovou sílu, při obvoové rychlosti v a výkonu P. 000 P - [ N,kW,m s ] v točivý moment Mt, otáčkami n, při výkonu P P Mt 59, n [ Nm]
UTB ve Zlíně, akulta technologická 4 b) složený převo Uspořááním několika jenouchých převoů za sebou vzniká složený převo (obr. ). i i i i... C 3 i n Mt i Mt, Mt i i Mt, Mt i i i Mt 3 4 3 η, P P 4, η3,4, η5,6 P P3 P P 5 6 η C η, η3,4 η5,6 obr. Otáčky složených převoů
UTB ve Zlíně, akulta technologická 5 OZUBENÉ PŘEVODY Jsou v technice nejvíce používané. Přenášejí otáčivý pohyb a mechanickou energii na hnaný člen bezprostřením stykem (tzv. tvarovým), tj. záběrem vou nebo více ozubených kol. Převo se uskutečňuje bez skluzu, takže obvoová rychlost na hnaném kole se rovná obvoové rychlosti na hnacím kole. Přenos kroutícího momentu se ěje tlakem v zubech o sebe zabírajících kol. S průměrem kola se mění otáčky kol. Dvojice spolu zabírajících kol, které o sebe zabírají, přestavují jenouchý převo a nazývá se soukolí, malé kolo se nazývá pastorek, ruhé je velké kolo (obr. 3). obr. 3 Ozubený věnec Ozubené kolo o nekonečně velkém poloměru, se nazývá hřeben. Ve spojení s ozubeným kolem umožňuje přeměnu otáčivého pohybu v posuvný a naopak (obr. 4/e).. Rozělení ozubených převoů.. Pole ruhu čelní profilové křivky zubů: evolventní cykloiní hyperboloiní (z výrobních ůvoů se nahrazují koly válcovými, kuželovými nebo globoiními)
UTB ve Zlíně, akulta technologická 6.. Pole tvaru boční čáry zubů: Kola s čelními zuby: se používá u pomaloběžných a silně namáhaných soukolí. U rychloběžných soukolí tam, ke by byly potíže se zachycením axiálních sil a není problém se zvýšenou hlučností. kola se šikmými zuby: pozvolný a plynulý vstup a výstup zubových vojic o i ze záběru, větší součinitel trvání záběru, klinější a tišší cho, menší ynamické účinky, vznik axiální síly - použití axiálních ložisek kola se šroubovými zuby kola s vojitě šikmými zuby (šípovými)..3 Pole relativního pohybu záklaních členů: soukolí valivá soukolí šroubová..4 Pole vzájemné polohy os: rovnoběžné (obr. 4/a, b, c, ) různoběžné (obr. 4/f, g) mimoběžné - soukolí válcová šroubová (obr. 4/g) - soukolí šneková (obr. 4/i) - soukolí šroubová kuželová-hypoiní (obr. 4/j) - soukolí spiroiní (obr. 4/k)
UTB ve Zlíně, akulta technologická 7 obr. 4 Rozělení ozubení pole polohy os hříelí. Profil ozubení Valivým pohybem roztečných válců po sobě se vytvoří společný styková přímka, bok zubu, jehož profil je ám stopou této přímky v čelní rovině válců. Křivka profilu zubu je potom průsečnice boku zubu s čelní rovinou kola. Povrch roztečného valivého válce ělí zub na hlavu a patu.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 8.. Evolventní ozubení Evolventní ozubení (obr. 5) tvoří libovolný bo tvořící přímky p, ovalující se po záklaní kružnici k B. obr. 5 Evolventní ozubení Evolventní ozubení se používá pro snanou, přesnou a levnou výrobu. Další výhoou evolventního ozubení je že má větší úhel záběru než ozubení cykloiní. Čím je větší úhel záběru, tím menší může být počet zubů, aniž by ošlo k pořezání paty zuby. Tím se však zkracuje také élka záběru a zhoršuje se klinost chou... Cykloiní ozubení Křivka profilu zubu cykloiního ozubení (obr. 6) je tvořena libovolným boem tvořící kružnice k P,, jenž se ovaluje po roztečné (záklaní) kružnici kola k b. pole vzájemné polohy tvořící a roztečné kružnice k, opisuje centrální valivý bo K: epicykloiu e: ovaluje-li se tvořící kružnice k P vně roztečné kružnice k hypocykloiu h: ovaluje-li se tvořící kružnice k P uvnitř roztečné kružnice k Výhoy cykloiní ozubení jsou, že se zuby po sobě více ovalují než u evolventního ozubení, z toho plynou výhoy rovnoměrnějšího chou a menšího opotřebení zubů. Vhonou korekcí lze u cykloiního ozubení zmenšit počet zubů až na z min 4. Nevýhoou je
UTB ve Zlíně, akulta technologická 9 rahá a pracná výhoa, složitá korekce zubů a náchylnost na přesnost vzálenosti os hříelí. obr. 6 Cykloiní profil boku zubu.3 Zákon ozubení Hnací ozubené kolo otáčející se stálou úhlovou rychlostí ω uílí hnanému kolu rovněž stálou úhlovou rychlost ω a přitom se křivky boků vou spolu zabírajících zubů otýkají v boě A. Díky úhlovým rychlostem působí obvoové rychlosti přímo v boě A. hnací kolo se střeem O V R. ω (složky síly V Vn a Vt ) hnané kolo se střeem O V R. ω (složky síly V Vn a Vt ) Z poobnosti trojúhelníků ( obr. 7) O N A ABC a O N A ABD vychází vztah: i ω ω D D z z n n
UTB ve Zlíně, akulta technologická 0 obr. 7 Zákon ozubení.4 Záklaní parametry Jestliže bueme zvětšovat jeno z kol soukolí až přeje v ozubený hřeben, ostaneme zákla ozubeného kola s tímto hřebenem. Ozubený hřeben-kolo s nekonečně velkým poloměrem se nazývá záklaní profil Z. Kružnice a evolventy přecházejí o přímky. Rozměry záklaního profilu jsou normalizovány le ČSN..4. Moul Profily Z jsou sestaveny o řay jejích kažý člen je určen číselnou honotou, kterou nazýváme moul. Moul je část roztečné kružnice připaající na jeen zub kola. m Moul je rozměr ozubení o něhož se všechny alší rozměry ozubení ovozují. Mouly jsou normalizovány v několika řaách. D z
UTB ve Zlíně, akulta technologická Řaa Řaa Řaa Řaa Řaa Řaa Řaa Řaa 0,05 0,5 5 50 0,06 0,055 0,6 0,55 6 5,5 60 55 0,08 007 0,8 0,7 8 7 80 70 0, 0,09 0,9 0 9 00 90 0, 0,,5 0,5 0,5 0,4,5 0,375 6 4 0, 0,8,75 0 8 0,5 0,,5,5 5 0,3 0,8 3,75 3 8 0,4 0,35 4 3,5 40 36 0,45 4,5 45 tabulka : Mouly řay se používají přenostně. ČSN 0 4608.4. Záklaní pojmy ozubení Čára záběru (obr. 8): Je to čára, po které se pohybuje otykový bo C zabírajících zubů. U evolventního ozubení je rahou záběru přímka t, která tvoří společnou tečnu záklaních kružnic obou kol. obr. 8 Čára záběru spolu zabírajících kol
UTB ve Zlíně, akulta technologická Úhel záběru α: Ostrý úhel, jenž svírá společná normála v boě otyku s přímkou veou pólem P, kolmo na spojnici střeů je označována jako úhel záběru α ω (obr. 7). Tento úhel se během záběru mění, protože normála kyne kolem bou P. pouze u evolventního profilu zůstává úhel α konstantní. Rozteč P (obr. 9): Je vzálenost stejnolehlých boků souseních zubů, kterou měříme na roztečné kružnici. (pozn.: rozteč P lze značit t, ále používám P) P π m [mm] obr. 9 Rozteč ozubeného hřebene Průměr roztečné kružnice D: Jená se o průměry valivých (roztečných) válců o roviny kolmé k její ose. U skutečných ozubených kol se neají pořáně měřit, přesto jsou velice ůležité pro jejich konstrukci a výrobu. D z m [mm] Průměr patní kružnice D f : Jená se o nejmenší průměr ozubeného kola D D [mm] f h f Průměr hlavové kružnice D a : Jená se o největší průměr ozubeného kola D D + [mm] a h a Šířka zubu b: šířka ozubení b ψ m [mm] ke ψ je součinitel uložení soukolí
UTB ve Zlíně, akulta technologická 3 Výška zubu h: jená se o rozíl mezi hlavovou a patní kružnicí. Výšku zubu ělíme na výšku hlavy zubu h a a na výšku paty zubu h f. h h + h h f,5 m [mm] h m a f a.4.3 Přehle výpočtu ozubení Název Označení Pastorek Kolo počet zubů z z z moul m m úhel záběru α α 0 výška paty zubu h f h f,5 m výška hlavy zubu h a h a m hlavová vůle c a c a 0,5 m průměr roztečné kružnice m z m z průměr patní kružnice f f - h f f - h f průměr hlavové kružnice a a + h a a + h a průměr záklaní kružnice b b cos α b cos α rozteč P P π m záklaní rozteč P b P b P cos α tloušťka zubu S S P/ šířka zubové mezery e e S šířka ozubení b b ψ m vzálenost os a a ( + )/ převoový poměr i z z i D D n n tabulka : Přehle výpočtu ozubení
UTB ve Zlíně, akulta technologická 4.5 Pořezání a mezní počet zubů Nástroj na výrobu ozubených kol má profil jako ozubený hřeben (záklaní profil) zvětšený o hlavovou vůli c a, aby vytvořil vůli mezi hlavovou kružnicí ozubeného kola D a a patní kružnicí pastorku f. při malém počtu zubů a u malých průměrů kol tato,,nástavba pořezává zub.pořezaný zub má nesprávný tvar, kterým se poruší záběrové poměry. Jenak je zub zeslabený v patě, jenak na vzniklé ploše ochází ke koncentraci napětí. (viz...) obr. 0 Směrnice pro volbu minimálního počtu zubů Pořezání paty zubu lze zabránit: Zvětšením úhlu záběru α (nevýhoou je nenormalizovaný řezný nástroj). Snížení výšky zubu (zhoršují se záběrové poměry). Použití čelních kol se šikmými zuby Posunutím řezného nástroje při výrobě ozubeného kola (korekce). U evolventního ozubení nejjenoušší a nejvýhonější působ..5. Druhy korekcí Pole polohy roztečné přímky řezného nástroje vzhleem k roztečné kružnici vyráběného kola vzniká (obr. ):
UTB ve Zlíně, akulta technologická 5 a) kolo N (nekorigované): nulové posunutí řezného nástroje při výrobě. Ozubený hřeben a ozubené kolo při záběru se otýkají roztečná přímka a roztečná kružnice ozubeného kola. Soukolí při záběru vou ozubených kol se otýkají ve valivém boě. Výpočty uveené v tabulce platí pro tento ruh kol. b) kolo +V (klaná korekce): posunutí řezného nástroje při výrobě ozubeného kola o jeho střeu o m x +. Ozubený hřeben a ozubené kolo při záběru je roztečná přímka a roztečná kružnice posunutá o honotu m x +. Soukolí při záběru vou ozubených kol jsou roztečné kružnice posunuty o honotu m x +, takže nemají žáný společný bo. Tloušťka paty zubu se zvětší a zub se stává špičatějším. Výpočet je uveen v ostavci 5... c) kolo V (záporná korekce): posunutí řezného nástroje při výrobě ozubeného kola o jeho střeu o m x. Ozubený hřeben a ozubené kolo při záběru je roztečná přímka a roztečná kružnice posunutá o honotu m x +. Soukolí při záběru vou ozubených kol jsou roztečné kružnice posunuty o honotu m x +, takže mají va společné boy. Tloušťka paty zubu se zmenší a zub se stává tlustějším. Výpočet je uveen v ostavci.5....5.. Výpočty korigovaných ozubených kol klaná korekce záporná korekce f f a a a a f a a f a h h z m m c c m h h h m x c m h m x m h + + + + + 0,5 f f a a a a f a a f a h h z m m c c m h h h m x c m h m x m h + + + + + 0,5
UTB ve Zlíně, akulta technologická 6 obr. Korigovaná ozubení.5.. Určení honoty posunutí nástroje x a) proti pořezání zubu, tzv. nejmenší korekce. Tyto korekce se používají nejčastěji. pro praktické posunutí: x p z p z z t 4 z 7 pro teoretické posunutí: x t z t z z t 7 z 7 b) ke zlepšení vlastností ozubených kol i kyž mají počet zubů z p 4, tzv. nejvýhonější korekce buď: x 0,0 (30 z ) x z 0,04 z
UTB ve Zlíně, akulta technologická 7 Pro soukolí použijeme to posunutí x, které vychází větší. Je to z ůvoů lepších vlastností soukolí, např.: soukolí může přenést větší zatížení, větší trvanlivost a životnost než soukolí nekorigované se stejnými parametry..5..3 Soukolí pole jenotkových posunutí x Soukolí N: jenotková posunutí x x 0, ky roztečná kružnice je i valivou kružnicí. Soukolí VN: pastorek je +V a kole je V, x + x 0 x x. Vzálenost os a je stejná jako u soukolí N. Soukolí V: pastorek je +V, kolo může být ±V,N. U soukolí V se pole ruhu použitých kol mění osová vzálenost o honoty y a k. Ke y je jenotkový změna vzálenosti a k součinitel jenotkového posunutí. Ozubení šnekového kola se vyrábí tvarovou frézou, jenž je kopií šneku. vzájemná poloha kola a nástroje při výrobě na obr. obr. Vzájemná poloha šroubové frézy a kola.5..4 Součinitel záběru ε Vyjařuje záběrové poměry v ozubení. Plynulost záběru je zaručena jestliže násleující pár zubů soukolí přichází o záběru říve něž přecházející pár zubů ze záběru výje. Tuto skutečnost vyjařujeme honotou ε, přičemž ε α < ε K <. Běžně se vyžauje ε α,4,6.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 8 3 ŠNEKOVÁ SOUKOLÍ 3. Charakteristika Šneková soukolí slouží k vytvoření kinematické a silové vazby mezi věma mimoběžnými hříeli v místě nejkratší příčky. Úhel mimoběžných os bývá nejčastěji 90. Šneková soukolí jsou speciálním přípaem šroubového soukolí, ke snížením počtu zubů pastorku přeje tento v jenochoý nebo vícechoý šroub, který se nazývá šnek. Protikolo je ve strojírenské terminologii nazýváno jako šnekové kolo. Šířka šneku mnohonásobně překračuje jeho roztečný průměr. Jením šnekový soukolím lze osáhnout převoového poměru i 0 80, u kinematických převoů i 500 000. vyznačují se tichým a plynulým choem v různém spektru otáček. Lze přenášet velké výkony a osáhnout samosvornosti. 3. Druhy šnekových soukolí Soukolí válcová (obr. 3): Obě kola mají tvar válců. Používají se pouze v pořaných přípaech. Dotyk zubů v ozubení je teoreticky boový. Soukolí je nejjenoušší konstrukce i výroby. obr. 3 Soukolí válcová Válcový šnek + globoiní šnekové kolo (obr. 4): Nejpoužívanější přípa a soukolí je normalizováno. Dotyk zubů je přímkový po celé šířce šnekového kola. Tvoří kompromis mezi cenou a provozními vlastnostmi.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 9 obr. 4 Válcový šnek + globoiní šnekové kolo Globoiní šnek + válcové kolo (obr. 5): tato kombinace se velmi málo používá. Používá se tam ke je se na ozubení neklaou veliké nároky např.: ruční pohon. obr. 5 Globoiní šnek + válcové kolo Globoiní šnek + globoiní kolo (obr. 6): Nejpřesnější, nejúnosnější ale nejražší. Obě kola jsou globoiní, soukolí má velkou účinnost, přenáší největší výkony vůči příznivému otyku zubů. Použití je výjimečné. obr. 6 Globoiní šnek + válcové kolo Soukolí globoiní je schopno při zachování stejných rozměrů přenášet až trojnásobný výkon oproti soukolí válcovému. Má několika násobně větší stykovou plochu proto je vhoné pro přenos rázovitého zatížení.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 30 Zvláštní přípa (obr. 7): šnek se šnekovým hřebenem obr. 7 Šnek + šnekový hřeben 3.3 Konstrukční uspořáání 3.3. Šneky Šneky mohou být až vanáctichoé, přičemž závity šneku mohou být pravé i levé stoupání. Vzhleem ke svým průměrům se šnek ve většině přípaů vyrábí jako součást hříele. Výjimečně se vyrábí jako utý (obr. 8). Spojení s hříelí je potom většinou pomocí pera. obr. 8 Náčrt šneku 3.3.. Šneky spirální (Archimeovy) Křivka profilu zubu v čelní rovině je Archiméova spirála. V přípaech ky se boky zubů tepelně neupravují, je úhel stoupání u spirálních šneků (obr. 9) je γ 0º. Normalizovány jsou prvky m x a α x v osovém řezu. obr. 9 Spirální šnek
UTB ve Zlíně, akulta technologická 3 3.3.. Šneky obecné (obr. 0) Obecné ozubení se používá pro šneky s větším úhlem stoupání a pro šneky s tepelně upravenými boky zubů jenž vyžaují broušení. Čelní řez vee k obecné evolventní křivce, normalizovány jsou prvky m n, α n v rovině normálové. V praxi se obvykle používá proveení b. obr. 0 Obecný šnek 3.3..3 Šneky evolventní (obr. ) Evolventní ozubení se obvykle používá u šneků s větším počtem zubů (z 4). obr. Evolventní šnek
UTB ve Zlíně, akulta technologická 3 3.3..4 Ostatní ruhy šneků Konkávní šneky: menší ztráty třením, větší oolnost proti opotřebení větší oolnost proti lomu zubu z ůvou tlustější paty zubu Duplexní šneky: z ůvou rozílného stoupání pravého a levého boku zubu se plynule zvětšuje zubová mezera, to umožňuje nastavit vůli mezi šnekem a ozubeným kolem bez změny vzálenosti os. 3.3. Šneková kola Šnekové kolo má větší průměr, než šnek. Poku je ze šeé litiny, prováí se jako olitek z jenoho kusu (obr. /a). Skláá se, poobně jako velká čelní kola, z náboje, isku a věnce. Velikosti se volí le stejných zása jako u čelních kol. Poobné tvary mají šneková kola ocelová. Šneková kola bronzová (obr. /b), se z ekonomických ůvoů (cena bronzu) ělají ělená. Věnec se ělá z bronzu, isk a náboj z oceli (šeé litiny). Spojení věnce s iskem se ělá pomocí šroubů a kolíků. Ve vnitřní části náboje jsou rážky pro přenos kroutícího momentu. obr. Konstrukce šnekového kola
UTB ve Zlíně, akulta technologická 33 3.4 Výpočet šnekového soukolí (obr. 3) obr. 3 Hlavní rozměry šnekového soukolí osový řez šneku ve stření rovině šnekového kola normálový řez 3 čelní řez šneku 4 stření roviny šnekového kola Úhel profilu α: normalizovaný α 0º osový α arct ( tgα / cosγ ) x n Geometrie ozubení šneku ZN ZN ZI ZA ZK, ZK Označení úhlu profilu α nt α ns α n α x α o Úhel profilu α 0º tabulka 3: Úhel profilu jeho značení pro jenotlivé geometrie ozubení šneků Stoupání šroubovice P z : π m z Pz Osová rozteč P x : Px π m z Záklaní rozteč P b : Pb Px cosγ b π m cosγ b P z
UTB ve Zlíně, akulta technologická 34 Průměry kružnic: Šnek (w- korigovaný průměr) Kolo: ( ) 0, c + + c m tg z m tg tg m m q f b b b a w γ γ γ ( ) ( ) 0, c cos + + + + c m m x m m x m z w f b b a ae a w γ Vzálenost os a: a +. řaa 40 50 63 80 00 5 60 00 50 35 400 500. řaa 45 56 7 90 40 80 4 80 355 450 - tabulka 4: Vzálenost os šnekových soukolí a [mm]. Posunutí x: x x volí se -0,5 x 0,5 Délka šneku b :,5 + z m b Šířka ozubení kola b : ) (0,5,5 + + q m b Ke q je součinitel průměru šneku (viz.: tabulka 5).. řaa 6.3 8,0 0,0,5 6 0 5. řaa - 9,0, 4,0 8 - - tabulka 5: Součinitel průměru šneku Pozn: a). řaa se používá přenostně b) záklaní součinitel je q 0 c) pole možností nepoužívat q 6,3 a q 5
UTB ve Zlíně, akulta technologická 35 Obvoová rychlost šneku a kol v / : Šnek Kolo: v n π v π n Kluzná rychlost v k : v v v k cosγ sin γ 3.5 Parametry pro volbu šnekových převoů Převo. číslo Počet choů Počet zubů Součinitel prů- Směrná hono- u šneku z kola z měru šneku q ta účinnosti η c 8 3 8 0,87 0,95 0 4 40 0 0,86 093,5 50,5 085 09 6 3 8 0,79 0,9 0 40 0 0,77 0,9 5 50,5 0,73 0,9 3,5 3 8 0,68 0,87 40 50 40 50 0,5 0,64 0,86 0,57 0,83 63 63 6 0,53 0,78 tabulka 6: Parametry pro volbu šnekových převoů Pozn: Nižší účinnost se volí pro nižší n.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 36 3.6 Materiály pro šnekové soukolí Provozní poměry Šnekové kolo Šnek [m/s] materiál E [MPa] ocel HRC 050 0 Stření a velké výkony pro zatížení kliné a proměnlivé vk < 4 vk 4 0 vk > 0 Cu Sn0 P 4 30 cínové Cu Sn bronzy 4 33 (0,75 ) 05 Cu Sn0 Ni P Cu Sn6 Zn6 Pb3 4 335 Cu Sn5 Zn5 Pb5 4 337 Cu Al9 e3 hliníkové 4 345 bronzy Cu Al0 e4 Ni4 0,75 05 4 347 Cu Al6 e3 Mn mosaz 4 347 Cu58 Mn Pb (0,9 ) 05 4 333 4 40 4 33 6 40 5 56 aj. 050 6 40 aj. 45 56 4 40 4 33 aj. 45 50 4 33 aj. Malé výkony, kliné zatížení vk < šeá litina 4 45 4 40 4 45 4 430 (0,75 ) 05 050 aj. 35 38 tabulka 7: Materiály pro šnekové soukolí
UTB ve Zlíně, akulta technologická 37 3.7 Silové poměry Vzájemné silové působení šneku a šnekového kola. Vychází se z normálového řezu n-n, ke normálová zatěžující síla N se nahraí složkami n, r. Pozn.: Inex šnek, - kolo. ( ) ( ) cos sin cos sin cos t V a a V t n V n n n n n n N r r r n N n T tg f T tg + + + ϕ γ ϕ γ ϕ α α α α Pozn.: T třecí síla [ N ], f součinitel tření [ - ] obr. 4 Silové poměry ve šnekovém soukolí
UTB ve Zlíně, akulta technologická 38 Vzájemné působení šnekového ozubení je určeno trojicí ortogonálních vektor šneku t ( o ), a a r pro šnek, nebo obobnou trojicí sil kola. Je-li zaán kroutící moment M k na šneku, nebo M k na šnekovém kole: Obvoové složky: o M k ; o M k Axiální složky: a a tg t ( γ + ϕ ) tg( γ + ϕ ) t Raiální složky: r r t t tgα n sin γ + cosγ tgϕ tgα n cosγ sinγ tgϕ t t α x tgγ + tgϕ α x tgγ + tgϕ Výrazy s α x se používá pro spirální ozubení, α n se používá pro ozubení obecné. Vyšetření reakcí v popěrách ložisek: obr. 5 Schéma silového působení ve šnekovém soukolí
UTB ve Zlíně, akulta technologická 39 Dvojice sil t r w je vyvážena kroutícím momentem M t, ale vojice sil a r w vyvolá reakce v popěrách ložisek. A a B b a l r w Ke l je vzálenost ložisek. Ve svislé rovině vystupují též reakce o síly r (A r ; B r ). které se vyšetří ze záklaních pomínek rovnováhy a které se pak složí ze silami A a ; B b ve výslenice A y a B y. změna smyslu otáčení vyvolá změnu smyslu otáčení a a tím i změnu smyslu jejich reakcí A a ; B b. A B y y A B r r + + A B a b Výslené reakce v ložiskách potom určíme: A B ( Ax + Ay ) ( B + B ) Obobně postupuje u vyšetřování reakcí šnekového kola. x y
UTB ve Zlíně, akulta technologická 40 4 HŘÍDELOVÉ SPOJKY Spojky přenášejí otáčivý pohyb a kroutící moment z hnacího hříele na hnaný. Hříelové spojky se skláají z hnané a hnací části. Spojky se vyrábějí oléváním nebo zápustkovým kováním. 4. unkce spojek přenos kroutícího momentu a otáček spojení louhých hříelí, které neje vyrobit z jenoho kusu ochrana mechanismu pře přetížením ( pojistné spojky) vyrovnávání ochylek souososti tlumení rázů a chvění plynulý rozběh strojů a zařízení 4. Rozělení hříelových spojek 4.. Mechanicky neovláané spojky Neumožňují rozpojení hříelí za kliu ani za provozu. 4.. Nepružné pevné spojky Pevně a trvale spojující va souosé hříele bez možnosti axiálního posuvu. Spojení hříele se spojkou je silovým stykem. Točivý moment se má přenášet pouze vyvozením třením. Používají se tam ke se na spojení neklaou zvláštní nároky. Jsou konstrukčně jenouché levné. Trubková spojka (obr. 6) obr. 6 Trubková spojka
UTB ve Zlíně, akulta technologická 4 Korýtková spojka Kotoučová spojka (obr. 7) Přírubová spojka Spojka s čelními zuby obr. 7 Kotoučová spojka 4..3 Nepružné vyrovnávací spojky Vyrovnávací spojky ovolují posuv spojovaných hříelí ve směru osy hříele, spojení nesouosých hříeli nebo spojení mimobežných hříelí. axiální zubová nebo trubková spojka raiální ozubcová spojka univerzální spojka 4..4 Pružné spojky Přenos točivého momentu se ěje pomocí uložení pružných spojovacích prvků pryže, kůže, plastu a kovu (pružinová ocel). Tyto pružné články se rázy nejříve eformují, pohltí jejich energii částečně ji převeou na tepelnou energii a částečně v eformační práci. Pružné spojky tlumí rázy a vibrace, které se pak nepřenášejí ále, jsou schopny vyrovnat nesouosost hříelí a připouští malé axiální posuvy s úhlovými výchylkami. Pružné spojky se ělí pole závislosti na točivého momentu na úhlu φ vzájemného pootočení obou částí spojky a pole spojovacích členů.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 4 4..4. Pružné spojky lineární se šroubovými pružinami s haovitě vinutými pružinami (obr. 8) obr. 8 Spojka s haovitě vinutými pružinami (Bibi) Kotoučová čepová spojka s nekovovými pouzry 4..4. Pružné spojky nelineární Kotoučová spojka s kruhovou vložkou Haryho spojka Obručová spojka (obr. 9) obr. 9 Obručová spojka ( Periflex)
UTB ve Zlíně, akulta technologická 43 4..5 Mechanicky ovláané spojky 4..6 Výsuvné spojky Výsuvné spojky mají jenu část axiálně posuvnou. Spojení a rozpojení lze provést buď za kliu (zubové spojky) nebo za provozu (třecí spojky). Mechanické zubové (obr. 30) a třecí spojky obr. 30 Výsuvná zubová spojka Hyraulické spojky Pneumatické spojky Elektronické spojky 4..7 Pojistné spojky Pojistné spojky brání přetížení při překročení nastaveného zatížení buď porušením spojovacího elementu, prokluzem třecích ploch nebo vysmeknutím spojovacího elementu. Pojistná kolíková spojka (obr. 3): va kotouče jsou spojené střižnými kolíky. Velikost přenášeného točivého momentu lze ovlivnit počtem kolíků a jejich průměrem. Tato spojka se používá pro přenos velkých točivých momentů.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 44 obr. 3 Náčrt pojistné spojky kolíkové.- hříel 5.- střižný kolík. - levá příruba 6. - pravá vložka 3.- pojistný šroub 7. - pravá příruba 4.- levá vložka 8. - pero Lamelová spojka (obr. 3): Lamelové spojky jsou čelní třecí spojky, jejichž třecí plocha je ána plochou třecích kotoučů, tzv. lamel. Lamely mají tvar mezikruží. Vnější lamely 5 mají na vnějším obvou unášecí zářezy, které zasahují o hnacího bubnu 7. Vnitřní lamely 6 mají unášecí zářezy na vnitřním obvou a jsou unášeny hnaným kotoučem. Vnější a vnitřní lamely se v poélném směru stříají. Lamely jsou (při mechanickém ovláání) na sebe v axiálním směru přitlačovány vouramennou pákou 3, stlačovanou v raiálním směru posuvnou objímkou 4. Počet lamel bývá až 0 i více; jsou z ocelového plechu. Otvory v lamelách se plní grafitem, který zabraňuje zaření lamel. Lamelové spojky jsou jenouché a mají i pro velké výkony poměrně malé rozměry. Používá se jich často např. u obráběcích strojů, kompresorů, opravníků apo.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 45 obr. 3 Lamelová spojka Kuličková spojka (obr. 33): Při překročení ovoleného točivého momentu oje k,,zamáčknutí kuliček. Velikost přenášeného točivého momentu lze nastavit silou tlačné pružiny. obr. 33 Kuličková pojistná spojka 4..8 Volnoběžné (rozběhové) spojky Umožňují plynulý rozběh stroje bez zatížení. Při osažení stanovených otáček oje k propojení hnací a hnané části pomocí volných unášecích segmentů, které jsou vlivem ostřeivé síly posunou a přitlačí k třecí ploše hnané části spojky (obr. 34). Jsou-li otáčky vnitřní hnací části větší něž otáčky hnané, kuličky nebo válečky se zaklíní o zužující se mezery a propojí obě části spojky. Není-li tomu tak, spojky pracují jako volnoběžné, přenášejí točivý moment jen v jenou směru.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 46 obr. 34 Volnoběžná (rozběhová) spojka Další ruhy rozběhových spojek: s řízeným záběrem, s neřízeným záběrem, s programovatelným záběrem, zápakové spojky, se vzpěrnými kolíky nebo tělísky, třecí závitové spojky 4.3 Výpočet pojistné kolikové spojky Výpočet průměru hříele : P Mk π n Mv Mk k 6 Mv π τ Dk Průměr volím normalizovaný le ČSN. Výpočet a návrh per pro spojení hříele s nábojem spojky: Mv S S p S l S t p D S p S D Délku pera volím le ČSN 0 56. Výpočet střižné síly S na roztečném průměru kolíku R: R Mv x R S S Mv R
UTB ve Zlíně, akulta technologická 47 Výpočet průměru střižného kolíku k : S k S τ s 4 S π Kolík volím normalizovaný le ISO 8734 St. Je-li průměr kolíku malý můžeme jeho velikost korigovat přiáním alších kolíků.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 48 PRAKTICKÁ ČÁST
UTB ve Zlíně, akulta technologická 49 5 ZADÁNÍ Cílem této práce je návrh a výpočet pohonu výrobního zařízení přes šnekovou převoovku a pojistnou spojku. Zaané honoty: Převoový poměr i 60 Výstupní otáčky n 45 min - Výkon P 5 kw 5. Schéma obr. 35 Schéma převoovky elektromotor převoovka pojistná spojka
UTB ve Zlíně, akulta technologická 50 6. NÁVRH JEDNOTLIVÝCH OTÁČEK V PŘEVODOVCE Dáno: i C 60 > i, 6; i 3,4 0 n 4 45 min - (výstupní otáčky) n n 4 n i n 3,4 3 3 n n i, 3 n n 4 i 3,4 n 3 45 0 450 min i, 450 6 700 min Vstupní otáčky o převoovky jsou n 700 min -.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 5 6 NÁVRH A VÝPOČET ŘEMENOVÉHO PŘEVODU 6. Volba elektromotoru Volím elektromotor LA9 30-LA. Dáno: P N 9 kw η 88,5 % P PN η 6500 0,85 7, 83kW 6. Výpočet řemenového převou 6.. Jmenovitý výkon Pj, typ řemenice a průměr malé řemenice p Dáno: P 7,83 kw c, P j P P c 7830, 9396W Volím řemen typu SPZ a průměr řemenice p 80mm. 6.. Výpočet převoového poměru Dáno: n M 95 min - n 700 min - n i n M 95,08 700 6..3 Výpočet obvoové rychlosti v Dáno: n M 95 min - p 80 mm p nm v 900 80 95,m / s 900
UTB ve Zlíně, akulta technologická 5 6..4 Výpočet průměru velké řemenice D p Dáno: p 80 mm i ř,08 D p p iř 80,08 86, 4mm 6..5 Výpočet élky klínového řemene Dáno: p 80 mm D p 86,4 mm 0,7 0,7 ( D + ) A ( D + ) p ( 86,4 + 80) A ( 86,4 + 80) 6,48 A p 33,8 p p L L p p Přeběžnou osovou vzálenost A volím 70 mm. A +,57 70 +,57 ( D + ) p p + ( 86,4 + 80) ( D + ) + p 4 A p ( 86,4 + 80) 4 70 86,88mm Dle ČSN 0 3 volím élku klínového řemene Lp 900mm. 6..6 Výpočet přesné osové vzálenosti řemenic A Dáno: p 80 mm D p 86,4 mm L p 900 mm A p + p p 0,5 L p q 0,5 ( D q 59,6 + 0,393 ( D p p ) p + 59,6 p 5, 39,8mm ) 0,5 900 0,393 (86,4 + 80) 59,6mm 0,5 (86,4 80) 5, mm Osovou vzálenost A volím 30 mm. 6..7 Výpočet úhlu opásání malé řemenice β a velké řemenice γ Dáno: p 80 mm
UTB ve Zlíně, akulta technologická 53 D p 86,4 mm A 30 mm D p p 86,4 80 β 80 60 80 60 78,8 A 30 o o γ 360 β 360 67,73 8, o Úhel opásání malé řemenice β 78,8. Úhel opásání velké řemenice γ 8,. 6..8 Výpočet počtu klínových řemenů z Dáno: P j 9 396 W P r 60 W c 0,99 c 3 0,88 Pj 9396 z 4,3 5 P c c 60 0,99 0,88 z r 3 Volím 5 x řemen SPZ 93 L a le ČSN 0 3. 6..9 Výpočet ohybové frekvence f Dáno: L p 900 mm v, m/s f 000 v 000, 7,3s L 900 p 6..0 Výpočet obvoové síly Dáno: P j 9 396 W v, m/s 0 Pj 9,8 093969,8 770kN v.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 54 6.. Výpočet pracovního přepětí řemene u Dáno: 770 kn (,5 ),75 770 kn u 347 6.. Výpočet mezí seřízení osové vzáleností Dáno: L p 900 mm x 0,03 L p y 0,05 L 0,03 900 x 7mm p 0,05 900 y 3,5mm
UTB ve Zlíně, akulta technologická 55 7 NÁVRH A VÝPOČET OZUBENÝCH PŘEVODŮ n 4 45 min - n 700 min - n,3 450 min - obr. 36 Schéma ozubených převoů
UTB ve Zlíně, akulta technologická 56 7. Návrh jenotlivých ozubených převoů 7.. Výpočet zubů jenotlivých ozubených kol Dáno: i C 60 n 700 min - (vstupní otáčky) n 4 45 min - (výstupní otáčky) i, 6 i 3,4 0 (šnekový převo) Volím z 7, z 3 4 (choy šneku). z z 4 i i, 3,4 z z 3 0 6 0 0 4 40 7.. Jenotlivé kroutící momenty a přenášené výkony Dáno: P 7 830 W n 700 min - 45 s - n,3 450 min - 7,5 s - n 4 45 min - 0,75 s - η o 0,9 M P M P 4 M k P 59, n P k k 4 3 M 3 P η 78300,9 7047W k 3 P η O O P 59, n 7830 59, 770Nmm 45 P 59, n 70470,9 634W 4 4,3,3 7047 59, 49584Nmm 7,5 634 59, 34595Nmm 0,75
UTB ve Zlíně, akulta technologická 57 7. Výpočet čelního soukolí s přímými zuby 7.. Výpočet moulu pole Bacha Obvoová síla namáhá zub na ohyb, proto musíme kontrolovat zub na ohybové napětí. Ke kontrole požiji rovnici výpočet ohybové pevnosti le Bacha. Dáno: M k 7 70 Nmm ψ 5 mm σ Do 5 MPa (materiál 5 4) z 0 σ c 7 Do m 0,86 5 6,MPa 7 M k c ψ z 0,86 770 6, 5 7,7 Dle ČSN 0 4608 volím moul m,. 7.. Výpočet rozměrů čelního soukolí Dáno: m, z 0 z 0 c 0,5 m p π m π 6,8mm p b b a f w o p cosα 6,8 cos 0 z m 0 40mm cosα 40 cos 0 + m 40 + 44mm m 40mm o 5,9mm 37,58mm ( + c ) 40 ( + 0,5) 35mm
UTB ve Zlíně, akulta technologická 58 w w s b a f w, z m 0 40mm cosα 40 cos 0 + m 40 + 44mm m 40mm π m π 3,4 mm ( + ) ( 40 + 40) a a a α α ε α ε α a 44 n b + 37,58 o 5,5mm ( + c ) 40 ( + 0,5) a + p o bw sin β 35 sin 0 ε b π m π 40mm b b α sinα 0mm w 44 + 5,5 5,9 w 0 o sin 0 35mm o 6,89mm 7..3 Kontrola zubů čelního soukolí (ČSN 0 4686) 7..3. Únavová únosnost Dáno: 40 mm M k 7 70 Nmm b w 35 mm i, 6 σ Hlim 50 MPa M k 770 t oz 385N 40 a) napětí v otyku σ OH t 385 σ HO Z E Z H Z ε 90,5,5 0,5 5, 08MPa i, + 6 + bw 35 40 i 6,
UTB ve Zlíně, akulta technologická 59 b) součinitel tvaru zubů Z H,5 c) součinitel mech. vlast. materiálů Z E 90,5 MPa ) součinitel součtové élky otyk. křivek boků zubů Z ε 0, e) výpočtové napětí v otyku σ H σ H σ OH K H 5,08,037 54, 0MPa f) součinitel příavných zatížení K H K H K A K v K Hα K Hβ,037,0,0,037 g) součinitel vnějších ynamických sil K A h) součinitel rychlosti K v K v K + K p A b w t + K Q z v 00 i + i 4,94 35 4 0,3 + + 0,093 385 00 6 + 6,037 i) součinitel poílu zatížení jenotlivých zubů na otyk K Hα j) součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubu poél šířky pro otyk K Hβ k) bezpečnost proti tvorbě pittingů S S S H, H, H, σ σ H lim, H 0,9S 80 0,9 40,43,5, až, H,, až, 7..3. Statická únosnost Dáno: σ HO 5,8 MPa oz t 385 N q H 0 a) největší napětí v otyku σ Hmax t max qh 908,5 0 σ H max σ HO 5,8 4MPa 385 t
UTB ve Zlíně, akulta technologická 60 b) jenorázové maximální zatížení tmax t max t t max, t 908, 5N c) soukolí je provozuschopné platí-li σ Hnax σ HP max 4MPa 35MPa 7..3.3 Únavová únosnost paty zubu v ohybu a) ohybové napětí σ K Ys Yβ Yε t,037 4,05 0,3 385 σ 6, 59MPa b m 35 W n b) provozní součinitel K K K A K v K α K β,037,0,0,037 c) součinitel tvaru zubu a koncentrace napětí Yε Y s (součinitel tvaru zubu a koncentrace napětí) 4,05 Y β (součinitel sklonu zubu) Y ε 0,8 0,8 0, + 0, + 0,3 ε 6,89 α ) bezpečnost proti únavovému lomu S S σ lim Y Y 780,6,3,4 6,59MPa 6,0,4 N σ δ Y X,4 σ lim 780 MPa Y N (součinitel životnosti),6 Y δ (součinitel vrubové citlivosti),3 Y X (součinitel velikosti pro ohyb)
UTB ve Zlíně, akulta technologická 6 7..3.4 Statická bezpečnost v ohybu S S max St St max 950,5 56,47 34,53,5 σ σ σ σ,5 σ,5 t σ t lim max 908,5 6,59 56,47MPa 385,5 780 950MPa 7.3 Výpočet šnekového soukolí 7.3. Výpočet moulu pole Bacha Dáno: M k3 49 584 Nmm c 3 MPa ψ 7 mm z 3 4 M k 3 49584 m 0,860 3 0,860 3 3,4 0,4 c ψ z 3 7 4 3 Dle ČSN volím moul. 7.3. Výpočet rozměrů šnekového soukolí Dáno: i 0 z z 3 4 z z 4 40 q 0 m Úhel profilu: normalizovaný α 0 z 4 tg γ γ q 0 o,8
UTB ve Zlíně, akulta technologická 6 osový α x o tgα n tg0 arctg arctg cosγ cos,8 o,4 o Stoupání šroubovice: Osová rozteč: Záklaní rozteč: p z π m z π 4 50, 79mm p x π m π 37, 7mm o p b π m cos γ π cos,8 35mm Průměry kružnic: šnek kolo a q m 0 0mm 0mm w a + m ( + x) + m 0 + 44mm z 480 + m 40 480mm ( + 0) 504mm f 0 c 0, m ( + c) ( 0,) 00,8mm w ae f a a w 504 504mm + m 504 + 56mm m ( + c) ( + 0,) 475,mm vzálenost os: a + w 0 + 504 3mm élka šneku: šířka ozubení kola b : b,5 m z +,5 40 + 9, 09mm b,5 m (0,5 + q + ),5 (0,5 + 0 + ) 49, 75mm obvoová rychlost šneku a kola: šnek: kolo: v π n π 0, 7,5,8m / s v π n π 0,48 0,75,3 m / s kluzná rychlost v k : v v k k v v,8 cosγ sin γ cos,8 3,04 3,04 o,3 sin,8 o
UTB ve Zlíně, akulta technologická 63 7.4 Výpočet sil v ozubených převoech 7.4. Výpočet sil v převou s přímými zuby Dáno: M k 7 70 Nmm M k 49 584 Nmm 40 mm 40 mm oz oz M M k k 770 385N 40 49584 46,5N 40 7.4. Výpočet sil ve šnekovém převou Dáno: M k3 49 584 Nmm f 0,056 3 0 mm α 0 γ,8 obvoová síla šneku (axiální síla šnekového kola): M k3 49854 o 3 a 4 497, 5N 0 obvoová síla šnekového kola (axiální síla šneku): f tgϕ cosα n tg 3 0,056 cos 0 o 0,06 ϕ 3,4 497,5 o4 a3 o3 o o ( γ + ϕ ) tg(,8 + 3,4 ) raiální síla šneku (raiální síla šnekového kola): o 5305,05N o o tgα cosϕ tg0 cos 3,4 r 3 r 4 o 4 5305,05 30, 37N o cos n o ( γ + ϕ ) cos(,8 + 3,4 )
UTB ve Zlíně, akulta technologická 64 8 VÝPOČET. (HNACÍ) HŘÍDELE 8. Výpočet reakcí v ložiscích Dáno: materiál 600 σ Do 45 MPa oz 385 N M k 7 70 mm a 53,5 mm b 47,45 mm c 86,45 mm mmmm R R oř A B M D oř M oř y 0 + R i A oř A a + p + 0 oř k oz obr. 37 Reakce hnací hříele 770 64, N 86,4 oz oz b R a + c + R R B oz B 64, + 385 363,4 64,9N B 0 ( b + c) 0 b 64, 53,5 + 385 47,45 363,4N 86,45
UTB ve Zlíně, akulta technologická 65 8. Výpočet průměru hříele po pastorkem Dáno: materiál 600 σ Do 45 MPa oz 385 N oř 64, N M k 7 70 mm a 53,5mm b 47,45 mm M M M o max ore ore 3 M 368Nmm 3 M π σ oř Do a + oz b 64, N 53,5mm + 385N 47,45mm 343Nmm + 0,75 o max ore 3 ( 0,8 M ) 343 + 0,75 ( 0,8 770) k 3 039,7 3,73mm π 45 Z konstrukčních ůvoů volím průměr hříele po pastorkem 30 mm. 8.3 Výpočet pera po velkou řemenicí Dáno: materiál 600 p D 0 MPa M k 7 70 mm t,5 mm b 6 mm 0 mm (volím) M k l t p D 770 0,07mm,5 0 0 l l + b 0,07 + 8 3,09mm Volím PERO 6e7x6x0 le ČSN 0 56. 8.4 Výpočet ložiska v místě A Dáno: volím LOŽISKO 6406 ČSN 0 4630 C 33 500 N
UTB ve Zlíně, akulta technologická 66 C o 3 600 N a 0 N R R A 630,4 N L h 50 000 ho n 45 s - C P C C r a o a r V V 0 e 0 0 e X ; Y 0 ( X V + Y ) ( 630,4 + 0 0) P r C L r 3 H a n 3,6 000 630,4 50000 45 3,6 000 630,4N 3743,7N 3743,7N 33500N Zvolené ložisko splňuje pomínku únosnosti. Ložisko v místě B volím stejné jako v místě A, kontrola není nutná, jelikož R A > R B. 3
UTB ve Zlíně, akulta technologická 67 9 VÝPOČET. (ŠNEKOVÉ) HŘÍDELE 9. Výpočet reakcí v ložiscích šnekové hříele Dáno: oz 46,5 N r3 30,37 N a3 5 305,05 N a 46,5 mm b 303,5 mm c 565,55 mm R R R Ax A y By M oz x obr. 38 Reakce šnekové hříele 0 y i A a3 0 a + oz oz 0 R 0 r3 r3 b R a + c + R r3 Ax By B y a3 0 R c 0 R Ax A y 5305,05N oz + R b 46,5 46,5 + 30,37 303,5 96N 588,5 r3 By 46,5 + 30,37 96 8N
UTB ve Zlíně, akulta technologická 68 9. Výpočet průměru hříele po ozubeným kolem Dáno: oz 46,5 N R Ay 8 N M k 49 584 Nmm a 46,5 mm b 303,5 mm materiál 600 σ Do 45 MPa M M M M o max o max ore ore 3 R Ay 86Nmm M 44656Nmm 3 M π σ a o max ore Do oz + 0,75 3 ( b a) 8 46,5 46,5 ( 303,5 46,5) ( 0,8 M ) ( 86) + 0,75 ( 0,8 49584) 3 44656 π 45 k 5,8mm Z konstrukčních ůvoů volím průměr 40 mm. 9.3 Výpočet per Dáno: materiál 600 p D 0 MPa Mk 49 584 Nmm 40 mm t 3,4 mm b mm M k l t p D 49584 3,4 40 0 l l + b 0 + 3mm 0mm Pro oz. kolo volím élku pera 36 mm a volím PERO e7x8x36 ČSN 0 56.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 69 9.4 Výpočet ložiska v místě A Dáno: volím LOŽISKO 3307 ČSN 0 470 α 0 n 0,75 s - r R ay 3 N a 5 305,05 N C 6 000 N C o 53 000N e,5 tgα,5 tg0 P C C r a r a r V V 5305,05,48 3 e X 0,4 o Y 0,4 cot gα 0,4 cot g0 0,45 ( X V + Y ) ( 0,4 3 + 5305,05 0,45 ) P r C L 3 H n 3,6 000 796,5N 6000N r a o 0,54 6 3 50000 7,5 3,6 000 6N 796,5N Zvolené ložisko splňuje pomínku únosnosti. Ložisko v místě B volím stejné jako v místě A, kontrola není nutná, jelikož R Ay > R By.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 70 0 VÝPOČET 3. (HNANÉ) HŘÍDELE 0. Výpočet reakcí v ložiscích hnané hříele Dáno: r3 r4 30,37 N o3 a4 497,5 N a 30,5 mm b 33 mm a b R R R Ax A y r 4 By x M obr. 39 Reakce hnané hříele 0 y i A a4 0 r 4 0 a R 0 R + R By B y b 0 Ax a4 0 R 497,5N r 4 R B y r 4 a 30,37 30,5 938,5N b 33 A y 30,37 938,5 9,87 N 0. Výpočet průměru hříele po šnekovým kolem Dáno: r4 497,5 N M k4 345 95 Nmm
UTB ve Zlíně, akulta technologická 7 a 30,5 mm materiál 600 σ Do 45 MPa M M 3 o max 3 ore 3 3 r 4 M 3 M π σ a 497,5 30,5 3955Nmm o max 3 ore 3 Do + 0,75 3 ( 0,8 M ) 3955 + 0,75 ( 0,8 34595) k 4 3 999045 π 45 4,07mm 986349Nmm Z konstrukčních ůvoů volím průměr hříele 3 50 mm. 0.3 Výpočet per po šnekovým kolem Dáno: materiál 600 p D 0 MPa Mk 4 345 95 Nmm 3 50 mm t 3,8 mm b 6 mm M k 4 l t p 3 D 34595 4,9mm 3,8 50 0 3 Volím 3 ks pera PERO 6e7x0x63 ČSN 0 56 élky l 45 mm. 0.4 Výpočet ložiska v místě A Dáno: volím LOŽISKO 709 ČSN 0 4645 α 0 n 4 0,75 s - r R ay 7,35 N a 497,5 N C 40 000 N C o 33 500 N
UTB ve Zlíně, akulta technologická 7 e,5 tgα,5 tg0 P C C r a r a r V V e X 0,43 Y ( X V + Y ) ( 0,437,37 + 497,5 ) r C 497,5 7,35 P L 3 H n 3,6 000 5497,35N 33500N r,05 a o 0,54 300,97N 3 50000 7,5 3,6 000 300,97N 5497,35N Zvolené ložisko splňuje pomínku únosnosti. Ložisko v místě B volím stejné jako v místě A, kontrola není nutná, jelikož R Ay > R By.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 73 VÝPOČET STŘIŽNÉ POJISTNÉ SPOJKY. Volba per po pojistnou spojkou Volím 3 ks pera PERO 6e7x0x63 ČSN 0 56 élky l 45 mm. (viz. 0.3). Výpočet střižné síly na roztečném průměru kolíku Dáno: 3 50 mm x,85 M k4 345 95 Nmm R 3 x 50,85 07,5mm M k 4 34595 S 53N R 07,5.3 Výpočet a volba průměru střižného kolíku Dáno: S 53 N τ s 500 MPa S S τ k s 53 5,06mm 500 4 S 4,878 5,64mm 6mm π π Volím KOLÍK 6 x 4 A ISO 8734 St.4 Přepočet rozměrů střižné spojky Dáno: Mk 4 345 95 Nmm S 53 N τ s 500 MPa k 6 mm
UTB ve Zlíně, akulta technologická 74 Mk4 34595 Rs 95, 5mm π k π 6 τ s 500 4 4
UTB ve Zlíně, akulta technologická 75 ZÁVĚR V teoretické části je obecný přehle jenotlivých ruhů převoů,ozubených převoů, šnekových převoů a spojek. První převo je uskutečněn pomocí řemenic z ůvoů snaného osažení požaovaných otáček při vstupu o převoovky. V samotné převoové skříni je první převo realizován čelním ozubeným převoem s přímými zuby. Hnací hříel je uložena v kuličkových ložiscích. Šneková hříel je uložena v jenořaých kuželíkových ložiscích. Pro ruhý převo je použité globoiního kolo a klasický šnek. Třetí hříel je opět uložena v jenořaých kuželíkových ložiscích. Pro pojištění proti přetížení je použitá pojistná střižná spojka. Skříň je svařenec z ocelového plechu. Po skříni je umístěn výpustný šroub pro mazací olej. Víko skříně je připevněno svorníky s okem pro snanou manipulaci s převoovkou.
UTB ve Zlíně, akulta technologická 76 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [] Části a mechanizmy strojů, Lukovics I., Sýkorová L., Volek., Vysoké učení technické v Brně akulta technologická ve Zlíně ISBN 80-4-566-5 [] Leinveber J., Řasa J., Vrána P., Strojnické tabulky, Scientia, ISBN 80-783-64-6 [3] Strojní příručka programu MechSoft 000 for AutoCAD 000 [4] web.stránka: http://www.mitcalc.cz/oc/gear/help/cz/geartxt.htm [5] web.stránka: http://www.elprim.cz/04/inex.htm [6] web.stránka: http://kovotech.kvalitne.cz/view.php?cisloclanku0050340 [7] Pohon výrobního zařízení se šnekovou převoovkou a pojistnou spojkou, Raek Kučera, Bakalářská práce T UTB Zlín, 007 [8] Průmyslové převoovky a typy soukolí, Aam Škrobák, Semestrální práce, Zákla y zpracovatelských procesů, T UTB Zlín, 005
UTB ve Zlíně, akulta technologická 77 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK Symbol Název Jenotka. Záklaní vztahy i převoový poměr [ - ] ω úhlová rychlost [ ra/s ] η účinnost [ - ] P výkon [ kw, W ] obvoová síla [ N ] v obvoová rychlost [ m s - ] Mt točivý moment [ N m ].3 Zákon ozubení R poloměr hnacího kola [ mm ] R poloměr hnaného kola [ mm ] D roztečný průměr hnacího kola [ mm ] D roztečný průměr hnaného kola [ mm ] z počet zubů hnacího kola [ - ] z počet zubů hnacího kola [ - ] n otáčky hnacího kola [ s - ] n otáčky hnaného kola [ s - ] 4.3 Výpočet kolíkové spojky τ Dk ovolené napětí v krutu [ MPa ] P výkon [ W ] n otáčky [ min - ] k provozní součinitel [ - ] M k jmenovitý točivý moment [ N mm ]
UTB ve Zlíně, akulta technologická 78 M v výpočtový točivý moment [ N mm ] průměr hříele [ mm ] s střižná síla pera [ N ] p D ovolený tlak [ MPa ] b šířka pera [ mm ] h výška pera [ mm ] t výška styčné plochy pera s nábojem [ mm ] l výpočtová élka pera [ mm ] l skutečná élka pera [ mm ] τ S střižná síla [ MPa ] s střižná síla v kolíku [ MPa ] x koeficient vzálenosti kolíku o hříele [ - ] R poloměr na kterém leží kolík [ mm ] D průměr kolíku [ mm ] 7. Výpočet řemenového převou A osová vzálenost řemenic [ mm ] p výpočtový malý průměr řemenice [ mm ] D p výpočtový průměr velké řemenice [ mm ] n m otáčky elektromotoru [ min - ] η m účinnost elektromotoru [ % ] P j jmenovitý výkon elektromotoru [ W, kw ] c součinitel úhlu opásání [ - ] c součinitel provozního zatížení [ - ] c 3 součinitel élky klínového řemene [ - ] β úhel opásaní malé řemenice [ ]
UTB ve Zlíně, akulta technologická 79 L p výpočtová élka klínového řemene [ mm ] z počet klínových řemenů [ ks ] Pr výkon přenášený jením řemenem [ W, kw ] f ohybová frekvence [ s - ] obvoová síla [ N ] u pracovní přepětí řemene [ N ] x mez seřízení osové vzálenosti v ose x [ mm ] y mez seřízení osové vzálenosti v ose y [ mm ] 8. Návrh jenotlivých ozubených převoů z počet zubů [ ks ] M k kroutící moment [ Nmm ] P výkon [ kw ] i převoový poměr [ - ] 8. Výpočet čelního soukolí s přímými zuby z počet zubů [ ks ] M k kroutící moment [ Nmm ] Ψ součinitel přesnosti zubů c materiálová konstanta [ MPa ] m, moul čelního soukolí s přímými zuby σ Do ovolená napětí v ohybu [ MPa ] p rozteč [ mm ] p b záklaní rozteč [ mm ] průměr roztečné kružnice [ mm ] b průměr záklaní kružnice [ mm ] f průměr patní kružnice [ mm ]