Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství

Infuzní pumpa vypracoval: Jan Podloucký vedoucí práce: Ing.Pavel Ždímal,CSc Obor Aplikovaná mechanika Specializace Počítačová podpora konstruování 2005

strana 3 Vysoké učení technické v Brně, akulta strojního inženýrství Ústav: konstruování Akademický rok: 2004/2005 ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE pro Podloucký Jan. který/která studuje v magisterském studijním programu obor: M3905 04 Aplikovaná mechanika, Počítačová podpora konstruování Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č. 111/1998 o vysokých školách a se studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma diplomové práce: Infuzní pumpa Zásady pro vypracování: Vypracujte návrh konstrukčního řešení včetně pevnostních a kinematických výpočtů pohybového mechanizmu infuzní pumpy. Dodávka infuzní tekutiny je realizována lineárním adapterem, kterým je prováděno plynulé stlačování pístu standardní injekční stříkačky. Lineární pohyb řešte jako důsledek pohybu ozubeného hřebene nebo pohybu matice pohybového šroubu. Vstupem do mechanizmu je rotační pohyb pohonné jednotky. Základní parametry: Injekční stříkačka 60 ml Dávkování 600 ml/hod. Vstupní otáčky 1 200 ot./min. Max. síla na píst 80 N Životnost 8 000 hod. Při návrhu je nutno uvažovat s možností ruční korekce dávkování bez přerušení pracovní funkce adapteru. Dále je nutno respektovat požadavek vysoké spolehlivosti a skutečnost, že přístroj je provozován v prostředí vyžadujícím vysoké hygienické požadavky.

strana 4 Rozsah grafických prací: dle potřeby Rozsah průvodní zprávy: cca 50 stran Seznam odborné literatury: Boháček,. Části a mechanismy strojů I.-III., VUT SI, Brno 1997 Vedoucí diplomové práce: Ing. Pavel Ždímal, CSc. Termín odevzdání diplomové práce: 20.5.2005 Doc. Ing. Martin Hartl, Ph.D. ředitel ústavu Prof. Ing. Josef Vačkář, CSc. děkan SI V Brně dne: 15.10.2004

strana 5 Prohlášení: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci vypracoval samostatně. Použitou literaturu a zdroje uvádím v přehledu použité literatury. V Brně 20.5.2005

strana 7 Poděkování: Děkuji Ing. Pavlu Ždímalovi za odborné vedení a cenné připomínky při zpracování této práce.

strana 9 Infúzní pumpa je přístroj (zdravotnický prostředek) určený k regulaci průtokům kapalin do pacienta. Infúzní pumpa umožňuje přesné a bezpečné dávkování léčiv. Slouží k podávání léků jak na nemocničních lůžkách tak na oddělení ARO, JIP, či ve vozech rychlé záchranné pomoci. Infúzní pumpy jsou vyrobeny ze špičkových komponentů a mají spolehlivý vnitřní kalibrační systém. Mezi základní vlastnosti infúzní pumpy patří nastavitelná rychlost dávkování, znázornění celkového podaného objemu infúze, změnu rychlosti dávkování bez přerušení podávání infúze. The infusion pump is an instrument (medicical medium) specify to regulate of the flow s liquid to the patient. The infusion pump makes exact and safe dispenting of madicaments.it uses to give medicaments in the special hospital wards or it can use ithe ambulances. The infusion pumps are made of the best components with reliable calibre s systém. Basic qualities of The infusion pump is an adjustable speed of dispensing to illustrate whole capacity of the infusion to change speed of dispensing without discontinue of giving s infusion.

strana 11 OBSAH OBSAH...11 PŘEHLED POUŽITÝCH VELIČIN...13 1 ÚVOD...15 2 LITERÁRNÍ REŠERŽE INUZNÍ PUMPA...15 2.1 Důležité definice:...15 2.2 Infúzní pumpa - zadání...16 2.2.1 Základní parametry...16 3 NÁVRH PŘEVODU (VOLBA PŘEVODU)...17 3.1 Kinematický výpočet...18 3.1.1 Korunované kolo stojí...18 3.1.2 Korunované kolo se otáčí...19 3.1.3 Centrální kolo stojí...20 3.2 Určení převodu ze vstupních parametrů...21 3.2.1 Základní parametry:...21 3.2.2 Volba materiálu pastorku hřebene...22 3.2.3 Volba materiálu ostatních členů převodu...22 3.2.4 Návrhový výpočet modulu...22 3.2.4.1 Určení modulu pastorku hřebene...22 3.2.4.2 Určení modulu ostatních členů...23 3.2.5 Vypočet základních rozměrů pastorku hřebene:...24 3.3 Volba počtu zubů planetového mechanismu...25 3.3.1 Výpočet poměru počtu zubů u c...27 4 VÝPOČET GEOMETRIE ČELNÍHO SOUKOLÍ...27 4.1 Geometrie centrálního kola...27 4.2 Geometrie satelitu 4...28 4.3 Geometrie satelitu 3...29 4.4 Geometrie korunového kola (vnitřní ozubení)...30 4.5 Geometrie pastorku hřebene...31 5 URČENÍ ZÁKLADNÍCH PARAMETRŮ...32 5.1 Určení základních parametrů výstupního pastorku...32 5.2 Určení základních parametrů vstupního pastorku...32 5.3 Určení základních parametrů unášeče...33 5.4 Určení základních parametrů satelitu S 4...34 5.5 Určení základních parametrů satelitu S 3...35 5.6 Určení základních parametrů korunového kola...35 5.7 Posouzení účinnosti převodu...35 6 PEVNOSTNÍ KONTROLA PŘEVODU...36 6.1 Pevnostní kontrola centrálního kola a satelitu S 4...36 6.1.1 Kontrola únavy v dotyku...36 6.1.2 Kontrolní výpočet statické únosnosti v dotyku...36 6.1.3 Kontrola únavy v ohybu...37 6.1.4 Kontrolní výpočet statické únosnosti v ohybu...37 6.2 Pevnostní kontrola korunového kola a satelitu S 3...38 6.2.1 Kontrola únavy v dotyku...38 6.2.2 Kontrolní výpočet statické únosnosti v dotyku...38 6.2.3 Kontrola únavy v ohybu...39 6.2.4 Kontrolní výpočet statické únosnosti v ohybu...39

strana 12 6.3 Pevnostní kontrola výstupního pastorku...40 6.3.1 Kontrola únavy v dotyku...40 6.3.2 Kontrolní výpočet statické únosnosti v dotyku...40 6.3.3 Kontrola únavy v ohybu...41 6.3.4 Kontrolní výpočet statické únosnosti v ohybu...41 6.4 Návrh nejmenších průměrů hřídelů...41 7 NÁVRH JEDNOTLIVÝCH ČÁSTÍ...43 7.1 Vstupní hřídel s pastorkem...43 7.2 Dvojitý satelit...44 7.3 Korunové kolo...44 7.4 Unášeč...45 8 SESTAVENÍ JEDNOTLIVÝCH ČÁSTI MECHANISMU...46 8.1 Převodová skříň...46 8.2 Uložení hřebene...47 8.2.1 Zabránění zablokování adaptéru...49 8.3 Uchycení injekční stříkačky...49 9 RUČNÍ KOREKCE...50 9.1 Volba parametrů pro šnekový převod...51 9.1.1 Stanovení počtu zubů šnekového kola z převodového poměru i 7,6...51 9.1.2 Volba materiálů u šnekového soukolí...51 9.1.3 Návrh modulu šnekového soukolí...51 9.1.4 Výpočet roztečné osové vzdálenosti...52 9.2 Geometrie šneku...52 9.3 Geometrie šnekového kola...52 9.4 Výpočet silových poměrů u šnekového soukolí...53 9.4.1 Obvodové síly...53 9.4.2 Axiální síly...53 9.4.3 Radiální síly...53 9.5 Pevnostní výpočet šnekového soukolí...54 9.5.1 Kontrola bezpečnosti vůči tvorbě pittingu a vůči zadírání...54 9.5.2 Bezpečnosti proti tvorbě pittingu:...54 9.5.3 Bezpečnost proti zadírání:...54 9.5.3.1 Kontrola bezpečnosti proti únavovému lomu (ohyb)...55 9.6 Zabezpečení proti samootočení...55 10 CELKOVÝ NÁHLED...58 11 CELKOVÉ UCHYCENÍ...59 11.1 Celkové rozměry...60 12 POUŽITÁ LOŽISKA...60 13 ZÁVĚR...61 14 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY...61

strana 13 PŘEHLED POUŽITÝCH VELIČIN0 Přehled použitých veličin b wf pracovní (aktivní) šířka ozubení pro výpočet na ohyb mm b wh pracovní (aktivní) šířka ozubení pro výpočet na dotyk mm d 1 průměr roztečné kružnice pastorku mm d 2 průměr roztečné kružnice kola mm f f pomocný součinitel pro výpočet modulu ozubení - f h pomocný součinitel pro výpočet roztečné kružnice pastorku - m n normální modul mm n převodové číslo ozubeného převodu - z 1 počet zubů pastorku chybové napětí v nebezpečném průřezu paty zubu MPa limb mez únavy v ohybu MPa limb1 mez únavy v ohybu pastorku (stanovená z limb1 ) MPa limb2 mez únavy v ohybu kola (stanovená z limb2 ) MPa max největší místní ohybové napětí v patě zubu MPa P přípustné napětí v ohybu MPa Pmax přípustné napětí v ohybu při největším zatížení (silou ) MPa St pevnost ohybu při největším zatížení MPa H napětí v dotyku (Hertzův tlak) ve valivém bodě MPa 0 Hlim mez únavy v dotyku MPa Hlim1 mez únavy v dotyku pastorku ( stanovená z Hlim1 ) MPa Hlim2 mez únavy v dotyku kola ( stanovená z Hlim2 ) MPa Hmax největší napětí v dotyku vzniklé působením síly MPa HO napětí v dotyku při ideálním zatížení (při K H 1,0) MPa HP přípustné napětí v dotyku (přípustný Hertzův tlak) MPa Hpmax přípustné napětí v dotyku při největším zatížení (silou ) Mpa t obvodová síla působící v čelním řezu na roztečné kružnici N t1 obvodová síla působící na roztečné kružnici odpovídající N 1. stupni zatížení K λ součinitel vnějších dynamických sil - K AS součinitel vnějších dynamických sil - K součinitel přídavných zatížení (pro výpočet na ohyb) - K ν součinitel vnitřních dynamických sil (pro výpočet na ohyb) - K α součinitel podílu zatížení jednotlivých zubů - K β součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubů po šířce - K H součinitel přídavných zatížení (pro výpočet na dotyk) - K Hν součinitel vnitřních dynamických sil (pro výpočet na dotyk) - K Hα součinitel podílu zatížení jednotlivých zubů - K H β součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubů po šířce - Rα výrazná mez kluzu MPa R p 0,2 smluvní mez kluzu MPa S min nejmenší hodnota součinitele bezpečnosti proti vzniku únavového lomu v patě zubu - S Hmin nejmenší hodnota součinitele bezpečnosti proti vzniku únavového poškození boků zubů -

strana 14 T 1 krouticí moment na pastorku Nmm T 2 krouticí moment na kole Nmm V HV tvrdost povrchu (boku) zubu HV Y S součinitel tvaru zubu a koncentrace napětí - Y β součinitel sklonu zubu - Y t součinitel vlivu záběru profilu (pro výpočet na ohyb) - Z E součinitel mechanických vlastností materiálu (spolu zabírajících ozubených kol) - Z H součinitel tvaru spolu zabírajících zubů - Z R součinitel výchozí drsnosti boků zubů (před záběhem) - Z t součinitel součtové délky dotykových křivek boků zubů -

strana 15 1 ÚVOD 1 Infúzní pumpa je přístroj (zdravotnický prostředek) určený k regulaci průtokům kapalin do pacienta. Infúzní pumpa umožňuje přesné a bezpečné dávkování léčiv. Slouží k podávání léků jak na nemocničních lůžkách tak na oddělení ARO, JIP, či ve vozech rychlé záchranné pomoci. Infúzní pumpy jsou vyrobeny ze špičkových komponentů a mají spolehlivý vnitřní kalibrační systém. Mezi základní vlastnosti infúzní pumpy patří nastavitelná rychlost dávkování, znázornění celkového podaného objemu infúze, změnu rychlosti dávkování bez přerušení podávání infúze. Cílem diplomové práce je vypracovat návrh konstrukčního řešení pohybového mechanismu infúzní pumpy. Dodávka infúzní tekutiny bude realizována lineárním adaptérem, kterým je prováděno plynulé stlačování pístu standartní injekční stříkačky. Lineární pohyb je řešen jako důsledek ozubeného hřebene. V návrhu je zahrnut požadavek na ruční korekci dávkování bez přerušení pracovní funkce adaptéru a dále i snaha o vysokou spolehlivost s ohledem na prostředí, ve kterém má být přístroj provozován. Ve své práci se snažím zachytit všechny fáze konstrukčního řešení včetně kinematických a pevnostních výpočtů pohybového mechanismu infúzní pumpy. Tato práce svým obsahem nahlíží na konstrukci infúzní pumpy z pohledu prototypu pro jehož uplatnění v praxi by bylo třeba dalšího zkoušení. 2 LITERÁRNÍ REŠERŽE INUZNÍ PUMPA 2 Infúzní pumpa je přístroj (zdravotnický prostředek) určený k regulaci průtoku kapalin do pacienta při přetlaku vyvozeném čerpadlem. Podle charakteru provozu jsou infúzní pumpy určeny: pouze pro trvalý průtok infuze, pouze pro přerušovaný průtok, kombinace obou předcházejících způsobů v jednom přístroji, pro diskrétní podání, tzv. profilová pumpa. 2.1 Důležité definice: 2.1 volumetrická infuzní pumpa - pumpa, u které je rychlost dávkování nastavena obsluhou a indikována jako objem za jednotku času, kapková infuzní pumpa - pumpa, u které je rychlost dávkování nastavena obsluhou a indikována jako počet kapek za jednotku času, stříkačková pumpa - přístroj pro řízenou infuzi kapalin do pacienta pomocí jedné nebo více stříkaček pro jedno použití nebo pomocí podobných kontejnerů, kde je rychlost dávkování nastavena obsluhou a indikována jako objem za jednotku času,

strana 16 ambulantní infuzní pumpa - přístroj určený k řízené infuzi kapalin do pacienta a k trvalému nošení pacientem, profilová infuzní pumpa - přístroj určený k řízené infuzi kapalin do pacienta naprogramovanou řadou rychlostí dávkování, infuzní souprava - prostředek vedoucí kapalinu ze zdroje přes přístroj k pacientovi. Obr. 2.1 Příklad infúzní pumpy Obr. 2.2 Příklad infúzní pumpy Obr. 2.3 Příklad infúzní pumpy 2.2 2.2 Infúzní pumpa - zadání Vypracujte návrh konstrukčního řešení včetně pevnostních a kinemat. výpočtů mechanizmu infúzní pumpy Dodávka infúzní tekutiny je realizována lineárním adapterem, kterým je prováděno plynulé stlačování pístu standartní injekční stříkačky. Lineární pohyb řešte jako důsledek pohybu ozubeného hřebene nebo pohybu matice pohybového šroubu Při návrhu je nutno uvažovat s možností ruční korekce dávkování bez přerušení pracovní funkce adaptéru 2.2.1 2.2.1 Základní parametry Injekční stříkačka: 60 ml Dávkování: 600 ml/hod. Vstupní otáčky: 1200 ot./hod. Max. síla na píst: 80 N Životnost: 8000 hod

strana 17 3 NÁVRH PŘEVODU (VOLBA PŘEVODU) 3 Jako převod infúzní pumpy je zvolen planetový mechanismus. Výhodou planetových převodů je možnost kinematických variací. Používají se pro funkci reduktorů, tak i multiplikátorů, kde se převodový poměr mění dle toho, který ze základních členů se zastaví. Této vlastnosti je využito při návrhu ruční korekce adaptérů bez zastavení chodu stroje. Další výhodou planetových mechanismů jsou podstatně menší rozměry a mají nižší hmotnost. V jednom stupni dosahují větších převodových poměrů. Pro konkrétní návrh je zvolen planetový mechanismus s dvojitým satelitem a pevným korunovaným kolem. Obr. 3.1 Kinematické schéma 1 Centrální kolo, vstupní otáčky 2 Pevné korunové kolo 3 První satelit 4 Druhý satelit U - Unášeč H Pastorek pohánějící ozub. hřeben

strana 18 3.1 3.1.1 3.1 Kinematický výpočet 3.1.1 Korunované kolo stojí Obr. 3.2 Kinematické schéma Kinematický rozbor: A: 61 41 42 + 21 C: 31 32 + 21 0 (odvalování) A: v 61 A v 41 A v 42 A + v 21 A C: 0 v 32 C + v 21 C v 61 A - v 42 A + v 21 A 0 v 32 C + v 21 C ω 61 r 6 - ω 32 r 4 +ω 21 r 5 0 ω 32 r 3 + ω 21 r 5 ω 32 ω 42 ; r 5 r 6 + r 3 + r 4 1 0 ω 42 r 3 + ω 21 r 5 -ω 42 r 3 ω 21 r 5 / r3 ω 21 r5 ω 42 r3

strana 19 ω 21 r5 ω 61 r 6 r 4 + ω 21 r 6 r3 ω 21 r5 ω 61 r 6 + ω 21 r 6 / r3 ω 61 ω r5 r4 21 + ω 21 r3 r6 ω 61 ω r5 r4 21 + 1 r3 r6 1 r6 i c ω 61 r5 r4 1 + 21 3 6 ω r r kde: ω [s -1 ] - úhlová rychlost v [m/s] - obvodová rychlost r [mm] - poloměr 3.1.2 Korunované kolo se otáčí 3.1.2 Kinematický rozbor: A: 61 41 42 + 21 C: 51 31 32 + 21 Obr. 3.3 Kinematické schéma

strana 20 A: v 61 v 41 v 42 + v 21 C: v 51 v 31 v 32 + v 21 v 61 A - v 42 A + v 21 A v 51 C v 32 C + v 21 C ω 61 r 6 - ω 42 r 4 +ω 21 r 6 ω 42 (ω 21 - ω 61 ) ω 51 r 6 ω 32 r 3 +ω 21 r 5 r6 ω 51 r 5 (ω 21 - ω 61 ) r4 r 3 +ω 21 r 5 r6 r3 ω 51 (ω 21 - ω 61 ) r4 r5 +ω 21 r r 6 4 (ω 32 ω 42 ) kde: ω [s -1 ] - úhlová rychlost v [m/s] - obvodová rychlost r [mm] - poloměr 3.1.3 3.1.3 Centrální kolo stojí Kinematický rozbor: A: 61 41 42 + 21 0 C: 51 31 32 + 21 A: v 61 A v 41 A v 42 A + v 21 A 0 C: v 51 C v 32 C + v 21 C 0 - v A A 42 + v 21 v C 51 v C C 32 + v 21 0 - ω 42 r 4 +ω 21 r 6 ω 42 r 4 ω 21 r 6 ω 51 r 5 ω 32 r 3 + ω 21 r 5 (ω 32 ω 42 ) r6 ω 51 r 5 ω 21 r 3 ω 21 r 5 r4 ω 51 ω 21 r6 r3 + 1 r4 r5 ω 51 r6 r3 1 + ω 21 r4 r5 Pozn. Vektory rychlosti jsou kolmé k rovině nákresny. Základní směr volíme a) vektory rychlosti vstupující z roviny nákresny b) vektory, jejichž orientace směřuje z leva do prava

strana 21 3.2 Určení převodu ze vstupních parametrů 3.2.1 Základní parametry: 3.2 3.2.1 Injekční stříkačka 60m Dávkování 600 ml/hod. Vstupní otáčky 1 200 ot./hod. 20 ot./min. Maximální síla na píst 80 N Životnost 8 000 hod. Obr. 3.4 Injekční stříkačka ve stlačeném stavu Obr. 3.5 Injekční stříkačka v maximální délce Obr. 3.6 Injekční stříkačka s 60ml tekutiny Dávkování 600 ml/hod. 600 ml/60 min. 10 ml/min. Jedna injekční stříkačka 60 ml za 6 minut. K vyprázdnění této stříkačky je třeba posuv ozubeného hřebene o délku l 97 mm Protože neznáme výstupní krouticí moment M k a ani výstupní úhlovou rychlost ω, zvolíme základní parametry pastorku pohánějící ozubený hřeben.

strana 22 3.2.2 3.2.2 Volba materiálu pastorku hřebene 12 020 konstrukční ocel, uhlíková k cementaci, cementovaná kalená mez pevnosti v tahu R m 495 MPa mez kluzu v tahu R e 295 MPa mez únavy v dotyku 0 Hlim 1220MPa mez únavy v ohybu 0 lim 500 MPa tvrdost v jádře zubu J HV 155 tvrdost v boku zubu V HV 650 720 3.2.3 3.2.3 Volba materiálu ostatních členů převodu Volba materiálu satelitů, korunového kola a pastorku vstupního hřídele 12 050 konstrukční ocel, zušlechtěno mez pevnosti v tahu R m 640 MPa mez kluzu v tahu R e 390 MPa mez únavy v dotyku 0 Hlim 520MPa mez únavy v ohybu 0 lim 410 MPa tvrdost v jádře zubu J HV 200 tvrdost v boku zubu V HV 650 720 3.2.4 3.2.4.1 3.2.4 Návrhový výpočet modulu 3.2.4.1 Určení modulu pastorku hřebene Stanovení roztečného průměru d 1 z podmínky dotykové únosnosti a modul m n z podmínky ohybové únosnosti Volíme: z 1 17 d1 6,393 d1 mn z1 mn 0,376mm z 17 K H T1 u + 1 d f 3 7703 H HP u 1 1,5 0,272 4,56 + 1 2 0,6 968 4,56 1 ( b WH / d1 ) 6,393mm f H 770 bwh /d2 0, 6 u u 2, H 4, 56 K K K 1 1,5 1,5 H A Hβ 0 H lim H lim 1210MPa HP 0,8 H lim 0,8 520 968MPa T 1 Mk1 272 Nmm 0,272 Nm K T1 m f 3 18 3 ψm z 1,5 0,272 20 17 300 n 1 P 0 lim b ψ 20 m lim b1 0,285 500MPa P 0,6 lim b1 0,6 410 300MPa

strana 23 kde: K - součinitel přídavných zatížení K H - součinitel přídavných zatížení K A - součinitel pro respektování vnějších dynamických sil K HB - součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubu P [Mpa] - je dovolené napětí v ohybu HP [Mpa] - je dovolené napětí v dotyku ( WH n ) [mm] - šířkový poměr ψ m - relativní výška zubu vzhledem k modulu f H - pomocný součinitel: pro přímé zuby f H 770 T 1 [N.m] - kroutící moment T 1Mk 1 - počet zubů pastorku z 1 Obr. 3.7 Zabírající pastorek Volíme normalizovaný modul m 0,4 Minimální počet zubů pro úhel záběru α 20, z 2 17 3.2.4.2 3.2.4.2 Určení modulu ostatních členů Modul pro satelity, korunové kolo, pastorek vstupní hřídele. Stanovení roztečného průměru d 1 z podmínky dotykové únosnosti a modul m n z podmínky ohybové únosnosti. Výpočet modulu je vztažen na satelit, protože je nejvíce zatěžován. Volíme: z s 22 ds 7,201 ds mn zs mn 0,327mm z 22 K H Ts u + 1 d f 3 7703 H HP u s 1,5 0,048 5,4 + 1 2 0,6 416 5,4 s ( b WH / ds ) 7,201mm f H 770 bwh /d2 0, 6 u 5, 4 KH KA KHβ 1 1,5 1, 5

strana 24 0 H lim Hlim 520MPa HP 0,8 Hlim 0,8 520 416MPa T Mks 48,448 Nmm 0,048 Nm s K Ts m f 3 18 3 ψm z 1,5 0,048 20 22 246 n s P 0 limb ψ 20 m limb1 0,157 410MPa P 0,6 lim b1 0,6 410 246MPa Výsledný normalizovaný modul m 0,4 Volíme m 0,8 z důvodů velikosti injekční stříkačky kde: - součinitel přídavných zatížení - součinitel přídavných zatížení - součinitel pro respektování vnějších dynamických sil - součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubu P [Mpa] - je dovolené napětí v ohybu HP [Mpa] - je dovolené napětí v dotyku ( b / m WH n ) [mm] - šířkový poměr ψ m - relativní výška zubu vzhledem k modulu f H - pomocný součinitel: pro přímé zuby f H 770 T s [N.m] - kroutící moment T s Mk s - počet zubů satelitu K K H K A K HB z s Modul m 0,8 volíme i pro ostatní členy mechanismu 3.2.5 3.2.5 Vypočet základních rozměrů pastorku hřebene: d m z 0,4 17 6,8 mm d a d + 2h a m z + 2m 7,6 mm d f m z 2h f m z 2,5 m 5,8 mm p π 0,4 1,257 mm o p z 21,369 mm d - průměr roztečné kružnice d - průměr hlavové kružnice d - průměr patní kružnice h - výška paty zubu h - výška hlavy zubu p - rozteč na roztečné kružnici o - obvod na roztečné kružnici

strana 25 Potřebný počet otáček pastorku nutný ke stlačení celého objemu injekční stříkačky o objemu 60 ml získáme ze vztahu: n 2 o l l p. z 97 21,369 4,5393 ot /6 min. kde l - délka posuvu ozubeného hřebene potřebná ke stlačení stříkačky o - obvod pastorku na roztečné kružnici n 2 4,540 ot./6 min. 0,756 ot./min. Celkový převodový poměr mechanismu získáme: i c n 1 26,436 n 2 3.3 Volba počtu zubů planetového mechanismu 3.3 Dáno: i c 26,428 Volíme: m 0,8 Obr. 3.8 Základní kinematické schéma Především z důvodu odpovídající velikosti vzhledem k velikosti injekční stříkačky volíme modul celého převodu m 0,8. z 6 17 z 3 22 r 6 6,8 mm r 3 8,8 mm

strana 26 r i c 1+ r 5 3 r r r3 r6 59,84 r 3 + r6 15,6 4 6 r5 r r3 r 4 6 25,438 r5 r4 25,438. r3 r6 25,428. 59,84 1521,61 r 5 r 6 + r 3 + r 4 r 4 + 15,6 r5 r4 1521,61 r 5 r 4 15,6 r 5 r 4 + 15,6 (15,6 + r 4 ). r 4 1521,61 r 4 2 + 15,6. r 4 1521,61 0 D b 2 4.a.c 15,6 2 4. 1. (- 1521,61) D 6329,8 D 79,56 b ± D 2 a 15,6 ± 79,56 15,6 + 79,56 2 2 r4 r 4 32 mm r 5 15,6 + r 4 15,6 + 32 47,6 mm z 2 r m 2 32 0,8 4 4 80 2 r5 2 47,6 z5 119 m 0,8 z5 z4 Kontrola: i c 1+ z3 z6 119 80 9520 i c 1 + 1+ 1+ 25,454 26, 454 22 17 374 31,98 Souhrn: z4 80 z 6 17 z5 119 z 3 22 i c - celkový převod r 6 - poloměr centrálního kola na roztečné kružnici r 5 - poloměr korunového kola (vnitřní ozubení) na roztečné kružnici r 4 - poloměr satelitu 4 na roztečné kružnici r 3 - poloměr satelitu 3 na roztečné kružnici r 2 - poloměr pastorku hřebene na roztečné kružnici z 6 - počet zubů centrálního kola

strana 27 z 5 - počet zubů korunového kola (vnitřní ozubení) z 4 - počet zubů satelitu 4 z 3 - počet zubů satelitu 3 z 2 - počet zubů pastorku hřebene 3.3.1 Výpočet poměru počtu zubů u c 3.3.1 u z z 80 17 4 4,6 6 4,705 z 5 119 u 5,3 5,409 z 3 22 z5 z4 119 80 9520 u c i c 1+ 1 + 1+ 1+ 25,454 26, 454 z3 z6 22 17 374 4 VÝPOČET GEOMETRIE ČELNÍHO SOUKOLÍ 4.1 Geometrie centrálního kola 4 4.1 převodové číslo u z 4 /z 2 4,705 počet zubů z 1 17 modul m 0, 8 úhel profilu α 20 jednotkové posunutí základního profilu x 1 0 parametry základního profilu α 20 ; h 1 ; c 0,25 ; r 0, 38 a f šířka ozubení (volíme) b 8 rozteč p π m π 0.8 2, 513mm čelní rozteč p t p základní rozteč p b p cosα 2,513 cos20 2, 361mm výška hlavy zubu h a m 0,8 mm výška paty zubu h f 1,25m 1,0 mm výška zubu h h a + h f 1,8 mm průměr roztečné kružnice m z 0,8 17 13,6mm průměr základní kružnic průměr hlavové kružnice d 2 d 2 + 2 a 1 průměr patní kružnice d 2 d 2 1 b 2 d cosα 13,6 0,9397 12,77mm ( h + x y) m 13,6 + 2 ( 1+ 0 0) 0,8 15,2mm a d 2 d 2 2 a 1 ( h + c x ) m 13,6 2 ( 1+ 0,25 0) 0,8 11,6 mm f

strana 28 tloušťka zubu na roztečné kružnici (v normálné rovině) π π n 2 m + 2 x tanα 0,8 + 0 1,25mm 2 2 0,5 d + d 0,5 13,6 + 64 38,8 s 1 a 1 3 a v a + m x1 + x 2 38,8 + 1,5 0 + 0 osová vzdálenost roztečná ( ) ( ) mm osová vzdálenost výrobní ( ) ( ) 38,8mm osová vzdálenost ozubeného převodu cosα a a cosα cos20 38,8 cos20 t w tw inv tw invα t 38,8mm úhel záběru α 0,0149 jednotkové posunutí y 0 provozní úhel záběru α w α součinitel záběru ε ((d 2 a1 - d 2 b1) 0,5 ± (d 2 a4 - d 2 b4) 0,5-2aw sin αw ) 2pt ((231,04-163,07) 0,5 + (4303,36 3616,91) 0,5 2.38,8.sin20 ).1/5,026 1,575 4.2 4.2 Geometrie satelitu 4 převodové číslo u z 4 /z 2 4,705 počet zubů z 4 80 modul m 0, 8 úhel profilu α 20 jednotkové posunutí základního profilu x 1 0 parametry základního profilu α 20 ; h 1 ; c 0,25 ; r 0, 38 a f šířka ozubení (volíme) b 7,5 rozteč p π m π 0.8 2, 513 mm čelní rozteč p t p základní rozteč p b p cosα 2,513 cos20 2, 361mm výška hlavy zubu h a m 0,8 mm výška paty zubu h f 1,25m 1,0 mm výška zubu h h a + h f 1,8 mm průměr roztečné kružnice m z 0,8 80 64mm průměr základní kružnic d 4 4 d b 4 d 4 cosα 64 0,9397 60,14mm průměr hlavové kružnice d 2( h + + x y) m 64 + 2 ( 1 + 0 0) 0,8 65,6mm d a 4 4 a 1 průměr patní kružnice d 4 d 4 2 h a + c x1 m 64 2 1+ 0,25 0 0,8 tloušťka zubu na roztečné kružnici (v normálné rovině) π π s n 4 m + 2 x1 tanα 0,8 + 0 1,25mm 2 2 0,5 d + d 0,5 13,6 + 64 38,8 ( ) ( ) 62mm f a 1 3 osová vzdálenost roztečná ( ) ( ) mm

strana 29 osová vzdálenost výrobní a + m ( x + x ) 38,8 + 1,5 ( 0 + 0) 38,8mm osová vzdálenost ozubeného převodu cosα a a cosα a v 1 2 cos20 38,8 cos20 t w tw inv tw invα t 38,8mm úhel záběru α 0,0149 jednotkové posunutí y 0 provozní úhel záběru α w α součinitel záběru ε ((d 2 a1 - d 2 b1) 0,5 ± (d 2 a4 - d 2 b4) 0,5-2aw sin αw ) 2pt ((231,04-163,07) 0,5 + (4303,36 3616,91) 0,5 2.38,8.sin20 ).1/5,026 1,575 4.3 Geometrie satelitu 3 4.3 převodové číslo u z 5 /z 3 4,705 počet zubů z 3 22 modul m 0, 8 úhel profilu α 20 jednotkové posunutí základního profilu x 1 0 parametry základního profilu α 20 ; h 1 ; c 0,25 ; r 0, 38 a f šířka ozubení (volíme) b 7,5 rozteč p π m π 0.8 2, 513mm čelní rozteč p t p základní rozteč p b p cosα 2,513 cos20 2, 361mm výška hlavy zubu h a m 0,8 mm výška paty zubu h f 1,25m 1,0 mm výška zubu h h a + h f 1,8 mm průměr roztečné kružnice m z 0,8 22 17,6mm průměr základní kružnic d 3 d 3 3 b 3 d cosα 17,6 0,9397 16,53mm průměr hlavové kružnice d 2( h + + x y) m 17,6 + 2 ( 1 + 0 0) 0,8 19,2mm d a 3 3 a 1 průměr patní kružnice d 2 ( h + c x ) m 17,6 2 ( 1+ 0,25 0) 0,8 15,6mm d f 3 3 a 1 tloušťka zubu na roztečné kružnici (v normálné rovině) π π s n 3 m + 2 x1 tanα 0,8 + 0 1,25mm 2 2 0,5 d d 0,5 95,2 17,6 osová vzdálenost roztečná ( ) ( ) 38,8mm a 5 3 osová vzdálenost výrobní a + m ( x + x ) 38,8 + 1,5 ( 0 + 0) 38,8mm osová vzdálenost ozubeného převodu cosα a a cosα a v 1 2 cos20 38,8 cos20 t w tw inv tw invα t 38,8mm úhel záběru α 0,0149

strana 30 jednotkové posunutí y 0 provozní úhel záběru α w α součinitel záběru ε ((d 2 a5 - d 2 b5) 0,5 ± (d 2 a3 - d 2 b3) 0,5-2aw sin αw ) 2pt -1 ((9063,04 8002,99) 0,5 - (368.64 273,24) 0,5 2.38,8.sin20 ).1/5,026 1,572 4.4 4.4 Geometrie korunového kola (vnitřní ozubení) převodové číslo u z 5 /z 3 5,409 počet zubů z 5 119 modul m 0, 8 úhel profilu α 20 jednotkové posunutí základního profilu x 1 0 parametry základního profilu α 20 ; h 1 ; c 0,25 ; r 0, 38 a f rozteč p π m π 0.8 2, 513mm čelní rozteč p t p základní rozteč p b p cosα 2,513 cos20 2, 361mm výška hlavy zubu h a m 0,8 mm výška paty zubu h f 1,25m 1,0 mm výška zubu h h a + h f 1,8 mm průměr roztečné kružnice m z 0,8 119 95.2mm průměr základní kružnic průměr hlavové kružnice d 2 h d 5 5 d b 5 d5 cosα 95,2 0,9397 89,45mm ( + x y) m 95,2 + 2 ( 1+ 0 0) 0,8 93,6mm d a 5 5 a 1 průměr patní kružnice d + 2 ( h + c x ) m 95,2 2 ( 1+ 0,25 0) 0,8 97,2mm d f 5 5 a 1 tloušťka zubu na roztečné kružnici (v normálné rovině) π π s n 5 m + 2 x1 tanα 0,8 + 0 1,25mm 2 2 0,5 d + d 0,5 13,6 + 64 osová vzdálenost roztečná ( ) ( ) 38,8mm a 1 3 osová vzdálenost výrobní a + m ( x + x ) 38,8 + 1,5 ( 0 + 0) 38,8mm osová vzdálenost ozubeného převodu cosα a a cosα a v 1 2 cos20 38,8 cos20 t w tw inv tw invα t 38,8mm úhel záběru α 0,0149 jednotkové posunutí y 0 provozní úhel záběru α w α součinitel záběru ε ((d 2 a5 - d 2 b5) 0,5 ± (d 2 a3 - d 2 b3) 0,5-2aw sin αw ) 2pt ((9063,04 8002,99) 0,5 - (368.64 273,24) 0,5 2.38,8.sin20 ).1/5,026 1,572

strana 31 4.5 Geometrie pastorku hřebene 4.5 počet zubů z 2 17 modul m 4 úhel profilu α 20 jednotkové posunutí základního profilu x 2 0 parametry základního profilu α 20 ; h 1 ; c 0,25 ; r 0, 38 a f šířka ozubení (volíme) b 9 rozteč p π m π 0. 1, 25 mm čelní rozteč p t p základní rozteč p b p cosα 2,513 cos20 1, 18 mm výška hlavy zubu h a m 0,4 mm výška paty zubu h f 1,25m 0,5 mm výška zubu h h a + h f 0,9 mm průměr roztečné kružnice m z 0,8 17 6,8mm průměr základní kružnic průměr hlavové kružnice d 2 d 2 + 2 a 1 průměr patní kružnice d 2 2 db 2 d2 cosα 6,8 0,9397 6,389mm ( h + x y) m 6,8 + 2 ( 1 + 0 0) 0,4 7,6mm a d 2 d 2 2 a 1 ( h + c x ) m 6,8 2 ( 1+ 0,25 0) 0,4 5,8mm f tloušťka zubu na roztečné kružnici (v normálné rovině) π π s n 2 m + 2 x1 tanα 0,4 + 0 0,628mm 2 2 úhel záběru invα tw invα t 0,0149 jednotkové posunutí y 0 provozní úhel záběru α w α Obr. 4.1 Pastorek s opěrným ložiskem + hřeben

strana 32 5 5.1 5 URČENÍ ZÁKLADNÍCH PARAMETRŮ 5.1 Určení základních parametrů výstupního pastorku Dáno: t2 80 N n 2 0,756 ot./min. z 2 17 m 0,4 m z2 0,4 17 r2 3,4 mm 2 2 2 π n 2 π 0,756 ω 2 0,079 s -1 60 60 v2 ω 2 r2 0,079 3,4 0,269 mm/s Mk 2 t r 80 3,4 272 N.mm P2 Mk 2 ω 2 272 0,0792 21,56 W kde: t2 [N] - obvodová síla na roztečném válci n 2 [ot/min] - vstupní otáčky z 2 [-] - počet zubu m [-] - modul r 2 [mm] - poloměr roztečné kružnice v 2 [mm/s] - obvodová síla Mk 2 [Nmm] - kroutící moment P 2 [W] - výkon ω 2 [s -1 ] - úhlová rychlost 5.2 5.2 Určení základních parametrů vstupního pastorku Určení základních parametrů vstupního pastorku z podmínky P 1 P 2 Předpokládáme ideální bezztrátový převodový mechanismus, kde ω1 n1 Mk 2 ic ω 2 n2 η Mk1 η - účinnost převodu, předpoklad η 1 n 1 1200 ot./hod. 20 ot./min. z 1 17 m 0,8 m z1 0,8 17 r1 6,8 mm 2 2 2 π n 2 π 20 ω 1 2,094 s -1 60 60 v1 ω 1 r1 2,094 6,8 14,242 mm/s Mk 2 272 Mk1 10,292 N.mm ic 26,428

strana 33 Mk1 10,292 t 1 1,514 N r1 6,8 P1 P2 Mk1 ω 1 10,292 2,094 21,56 W kde: t1 [N] - obvodová síla na roztečném válci n 1 [ot/min] - vstupní otáčky z 1 [-] - počet zubu m [-] - modul r 1 [mm] - poloměr roztečné kružnice v 1 [mm/s] - obvodová síla Mk 1 [Nmm] - kroutící moment P 1 [W] - výkon ω 1 [s -1 ] - úhlová rychlost 5.3 Určení základních parametrů unášeče 5.3 kde: n u 0,756 ot./min. ru 38,8 mm ω u ω 2 0,079 s -1 vu ω u ru 0,0793 38,8 3, 076 mm/s Mku Mk 2 272 N.mm Pu Mku ω u 272 0,0792 21,56 W Mku 272 u 7,01 N ru 38,8 tu [N] - obvodová síla na roztečném válci n u [ot/min] - vstupní otáčky z u [-] - počet zubu r u [mm] - poloměr roztečné kružnice v u [mm/s] - obvodová síla Mk u [Nmm] - kroutící moment P u [W] - výkon ω u [s -1 ] - úhlová rychlost Obr. 5.1 Unášeč

strana 34 Obr. 5.2 Silový plán 5.4 5.4 Určení základních parametrů satelitu S 4 r4 32 mm v4 14,242 ω 4 0,445 s -1 r4 32 v4 v1 14,242 mm/s Mk4 4 r4 1,514 32 48,448 N.mm 4 1 1,514 N P4 Mk 4 ω 4 48,448 0,445 21,56 W kde: t4 [N] - obvodová síla na roztečném válci n 4 [ot/min] - vstupní otáčky z 4 [-] - počet zubu r 4 [mm] - poloměr roztečné kružnice v 4 [mm/s] - obvodová síla Mk 4 [Nmm] - kroutící moment P 4 [W] - výkon ω 4 [s -1 ] - úhlová rychlost

strana 35 5.5 Určení základních parametrů satelitu S 3 5.5 kde: r3 8,8mm ω 3 ω 4 0,445 s -1 v3 ω 3 r3 0,445 8,8 3, 916 mm/s Mk3 Mk 4 48,448 N.mm Mk3 48,448 3 5,505 N r3 8,8 P3 Mk3 ω 3 48,448 0,445 21,56 W t3 [N] - obvodová síla na roztečném válci n 3 [ot/min] - vstupní otáčky z 3 [-] - počet zubu r 3 [mm] - poloměr roztečné kružnice v 3 [mm/s] - obvodová síla Mk 3 [Nmm] - kroutící moment P 3 [W] - výkon ω 3 [s -1 ] - úhlová rychlost 5.6 Určení základních parametrů korunového kola r5 47,6mm ω 5 0 s -1 v5 ω 5 r5 0 47,6 0 mm/s Mk5 5 r5 5,505 47,6 262,038 N.mm 5 4 5,505 N P3 Mk3 ω 3 0 W kde: 5 [N] - obvodová síla na roztečném válci n 5 [ot/min] - vstupní otáčky z 5 [-] - počet zubu r 5 [mm] - poloměr roztečné kružnice v 5 [mm/s] - obvodová síla Mk 5 [Nmm] - kroutící moment P 5 [W] - výkon ω 5 [s -1 ] - úhlová rychlost 5.7 Posouzení účinnosti převodu 5.6 5.7 Důležitou součásti návrhu planetového převodu je posouzení jeho účinnosti,protože u některých kinematických schémat, zejména při vyšších převodových poměrech, značně klesá účinnost.také se musí uvažovat ztráty v ozubení, ztráty v ložiskách, ztráty hydraulické a případně ventilační. Všeobecně bývá účinnost planetových převodů vyšší než účinnost obyčejných převodů. V návrhu předpokládáme účinnost rovnu jedné a zanedbáváme tření. Ve skutečnosti se dá předpokládat malý ztrátový výkon a to z důvodu přenášení malý výkonů mechanismem.

strana 36 6 6.1 6.1.1 6 PEVNOSTNÍ KONTROLA PŘEVODU 6.1 Pevnostní kontrola centrálního kola a satelitu S 4 6.1.1 Kontrola únavy v dotyku Dynamická bezpečnost v dotyku: Centrální kolo S Z K S Z K S Hlim R H H min H min HO H 520 1 52,31 3,78 5,11 H lim H 1 R HO1 H H K A K Hβ K Hα K Hv 2,1 1,5 1,2 3,78 Z R 1 K t1 u + 1 1,513 4,705 + 1 HO 1 ZE ZH Zε 190 2,55 0,83 52,31MPa b d u 13,6 8 4,705 2 Mk d w 2 10,29 13,6 1 t 1 1 1 1,513N S 1,3 Satelit S 4 S ZR K 520 1 26,86 3,78 Hlim H 4 HO 4 H 2 Mk d 2 48,448 64 4 4 4 HO4 ZE ZH Zε 4 b d w 1,514N u + 1 u 9,95 1,514 4,705 + 1 190 2,75 0,83 26,86MPa 64 7,5 4,705 4 6.1.2 6.1.2 Kontrolní výpočet statické únosnosti v dotyku Pevnostní podmínka: H max t max HO K H HP max HP max 4 V HV 4 650 2600MPa t

strana 37 1max 3,026 H max1 HO1 K H 52,31 3,15 131,3MPa 1,513 1 4 max 3,028 H max 4 HO 4 K H 26,86 3,15 67,4MPa 1,514 max1 max 4 2 2 1,513 3,026N 1 2 4 4 2 1,514 3,028N 6.1.3 Kontrola únavy v ohybu 6.1.3 Dynamická bezpečnost v ohybu: S lim 1 1 1 w n lim S Smin Smin 1,4 410 200,3 2,05 t1 K A K β K α K v YS1 Yβ Yε b m 1,513 2,1 1,5 1,2 4,1 0,84 0,6651 2,05MPa 8 0,8 0,8 0,8 pro ε p 1 Yε 0,2 + 0,2 + 0,6651 ε 1,72 S 410 2,18 lim 4 4 187,8 α 4 1,514 4 K A K β K α K v YS2 Yβ Yε 2,1 1,5 1,2 3,7 0,84 0,6651 2,18MPa b m 0,8 7,5 w n 6.1.4 Kontrolní výpočet statické únosnosti v ohybu 6.1.4 Pevnostní podmínka: t max max P max P max 0,8 st 0,8 410 328MPa t

strana 38 max 1 3,026 max1 1 2,05 4,1MPa 1 1,513 max 4 3,028 max 4 4 2,18 4,36MPa 4 1,514 Pozn. Popis jednotlivých veličin a koeficientů se nachází v přehledu veličin 6.2 6.2.1 6.2 Pevnostní kontrola korunového kola a satelitu S 3 6.2.1 Kontrola únavy v dotyku Dynamická bezpečnost v dotyku: korunové kolo S Z K S Z K S Hlim R H H min H min HO H 520 1 32,86 3,78 Hlim H 5 R 8,13 HO1 H H K A K Hβ K Hα K Hv 2,1 1,5 1,2 3,78 Z R 1 K 5 u + 1 5,502 5,409 + 1 HO 5 ZE ZH Zε 190 2,75 0,74 32,86MPa b d u 8 95,2 5,409 5 5,5018N w 5 S 1,3 Satelit S 4 S Z K 520 1 93,1 3,78 H lim H 3 R HO3 H 2 Mk d 2 48,448 17,6 3 3 3 5,502N 2,873 3 u + 1 5,502 5,409 + 1 HO 3 ZE ZH Zε 190 2,75 0,83 93,1MPa b d u 8 17,6 5,409 w 3 6.2.2 6.2.2 Kontrolní výpočet statické únosnosti v dotyku Pevnostní podmínka: H max t max HO K H HP max HP max 4 V HV 4 650 2600MPa t

strana 39 5max 11 H max 5 HO5 K H 32,86 3,15 82,47MPa 5,5 5 3max 11 H max 3 HO3 K H 93,1 3,15 233,6MPa 5,5 3 max 5 max 3 2 5 2 3 2 5,502 11,004N 2 5,502 11,004N 6.2.3 Kontrola únavy v ohybu 6.2.3 Dynamická bezpečnost v ohybu: S 410 7,44 lim 5 5 5 w 55,08 lim S Smin Smin 1,4 5 K A K β K α K v YS1 Yβ Yε b m 5,502 2,1 1,5 1,2 4,1 0,84 0,6651 7,44MPa 8 0,8 0,8 0,8 pro ε p 1 Yε 0,2 + 0,2 + 0,6651 ε 1,72 α S 410 7,16 lim 3 3 3 w 57,26 3 K A K β K α K v YS2 Yβ Yε b m 5,502 2,1 1,5 1,2 3,7 0,84 0,6651 7,16MPa 0,8 7,5 6.2.4 Kontrolní výpočet statické únosnosti v ohybu 6.2.4 Pevnostní podmínka: t max max P max P max 0,8 st 0,8 410 328MPa t

strana 40 max 5 11 max 5 5 7,44 14,88MPa 5 5,5 max 3 11 max 3 3 7,16 14,32MPa 3 5,5 Pozn. Popis jednotlivých veličin a koeficientů se nachází v přehledu veličin 6.3 6.3.1 6.3 Pevnostní kontrola výstupního pastorku 6.3.1 Kontrola únavy v dotyku Dynamická bezpečnost v dotyku: S Z K S Hlim R H H min H min HO H S 1,3 výstupní pastorek S ZR K 1210 1 376,22 3,78 H lim H 2 1,654 HO 2 H H K A K Hβ K Hα K Hv 2,1 1,5 1,2 3,78 Z R 1 K 2 u + 1 80 4,52 + 1 HO 2 ZE ZH Zε 190 2,45 0,64 376,22MPa b d u 9 6,8 4,52 5 80N w 2 6.3.2 6.3.2 Kontrolní výpočet statické únosnosti v dotyku Pevnostní podmínka: H max t max HO K H HP max HP max 4 V HV 4 650 2600MPa t K 197 160 3,15 80 2 max H max 2 HO 2 H 2 max 2 2 2 2 80 160N 494,46MPa

strana 41 6.3.3 Kontrola únavy v ohybu 6.3.3 Dynamická bezpečnost v ohybu: S 500 192,4 lim 2 2 2 b m K K 2,59 K lim S Smin Smin 1,4 K 80 2,1 1,5 1,2 4,1 0,84 0,6651 192,40MPa 9 0,4 0,8 0,8 pro ε p 1 Yε 0,2 + 0,2 + 0,6651 ε 1,72 Y Y Y 2 A β α v S1 β ε w α 6.3.4 Kontrolní výpočet statické únosnosti v ohybu 6.3.4 Pevnostní podmínka: t max max P max P max 0,8 st 0,8 500 400MPa t max 2 160 max 2 2 192,4 384,8MPa 2 80 Pozn. Popis jednotlivých veličin a koeficientů se nachází v přehledu veličin 6.4 Návrh nejmenších průměrů hřídelů 6.4 Návrh nejmenších průměrů hřídelů z pevnostní podmínky pro krut (D 1, D 2 ). τ K T W j K 16 T π D j 3 j D j 3 16 T π τ K j Pastorek materiál 12 050 (zušlechtěno) R 390MPa ; τ K 30MPa ; Mk1 T1 e 16 T π τ 16 10,29 π 30 1 D1 3 3 K kde: 1,2mm 10,29Nmm

strana 42 Hřídel 2 materiál 12 020 (konstrukční ocel, cementována, kalená) 390MPa ; τ 30MPa ; Mk T 272Nmm R e K 2 2 16 T π τ 16 272 π 30 2 D 2 3 3 K 3,5mm kde: R e [MPa] - mez kluzu D [mm] - průměr hřídele Mk [Nmm] - kroutící moment τ [MPa] - dovolené napětí K Obr. 6.1 Unášeč se satelity

strana 43 7 NÁVRH JEDNOTLIVÝCH ČÁSTÍ 7 Tato kapitola obsahuje návrhy jednotlivých částí planetového mechanismu. Tyto části jsou zde vykresleny jen pro celkovou představu principu fungováni tohoto mechanismu infuzni pumpy. 7.1 Vstupní hřídel s pastorkem 7.1 Obr. 7.1 Vstupní hřídel Obr. 7.2 Vstupní hřídel 3D pohled

strana 44 7.2 7.2 Dvojitý satelit Obr. 7.3 Satelit 3D pohled Obr. 7.4 Dvojitý satelit 7.3 7.3 Korunové kolo Obr.7.5 Korunové kolo Obr.7.6 Korunové kolo 3D pohled

strana 45 7.4 Unášeč 7.4 Obr.7.7 Unášeč Obr.7.8 Unášeč 3D pohled Unášeč se skládá ze dvou samostaných částí, které jsou vzájemně sešrobovány. Všechny tyto části dohromady vytvářejí planetový mechanismus infúzní pumpy. Jedná se o nejdůležitější část konstrukčního návrhu mechanismu infúzní pumpy, protože určuje výsledný převod. Převod a následná rychlost stlačování injekční stříkačky, patří mezi nejdůležitější vlastnosti infúzní (stříkačkové) pumpy. A proto této problematice byla věnována největší část konstrukčního řešení. Obr.7.9 Planetový mechanismus

strana 46 8 8.1 8 SESTAVENÍ JEDNOTLIVÝCH ČÁSTI MECHANISMU 8.1 Převodová skříň Převodová skříň se skládá ze třech samostatných částí, ktéré jsou navzájem zešroubovány. Materiál těchto části volíme dle způsobu výroby (odlévání,obrábění). Protože adaptér má pracovat v hygienicky čisté místě je třeba povrchové úpravy materiálu skříně (např. chromování nebo ochranný nátěr). K přední části je přišroubováno ochranné víčko obsahující gufero, které zabraňuje vstupu nečistot z okolí. Unášeč je spojen s přední častí prostřednictví ložiska, které je nalisováno na unášeči. Na střední část je nalisováno ložisko obsahující korunové kolo. Je to základní část, ke které jsou přidělány obě zbývající části. Zadní část je rotační součástka. Nejdůležitější funkcí zadní časti je uložení unášeče a především zadní část obsahuje vedení, kterým prochází ozubený hřeben. V tomto místě jsou velké nároky na přesnost a kvalitu obrobení. Mazání tohoto vedení musí být zohledněno na prostředí, ve kterém lineární adaptér pracuje. Obr.8.1 Převodová skříň Obr.8.2 Převodová skříň

strana 47 Obr. 8.3 Celkový návrh 8.2 Uložení hřebene 8.2 Hřeben je uložen v zadní části adptéru. Pohybuje se ve vyfrézované drážce. Jeho rychlost pohybu je dána převodem planetového mechanismu. Ozubený hřeben je poháněn ozubeným pastorkem unášeče. Hřeben se skládá ze tří částí. První je ozubený hřeben s modulem m 0,4 h a m 0,4 mm h f 1,25. m 0,5 mm h h a + h f 0,9 mm p π 0,4 1,257 mm z h 108 l h p z h 1,25 108 135 mm

strana 48 kde: h a - vyška hlavy zubu h f - vyška paty zubu h - vyška zubu p - rozteč zubu z h - počet zubu hřebene l h - délka ozubení Obr.8.4 Hřeben Obr.8.5 Hřeben 3D pohled Materiál ozubeného hřebene volíme 12 050 (ocel na ozubená kola), u kterého jsou pevnostní vlastnosti stejné jako u ozubeného pastorku unášeče. Další částí je vodící profil, ke kterému je ozubený hřeben přišroubován. Při sestavování musí být dohlíženo na správné lícování ozubeného hřebene a vodícího profilu. Vodící profil (např. 11600, nedochází k zatěžování ) musí být vyroben s největšími nároky na přesnost. Třetí část je přišroubována k vodícímu profilu. Tato část umožňuje stlačování injekční stříkačky.

strana 49 8.2.1 Zabránění zablokování adaptéru 8.2.1 V případě, že dojde k úplnému stlačení injekční stříkačky, mohlo by dojít k destrukci celého mechanismu. Tato možnost je vyloučena omezením počtu zubu ozubeného hřebene. Je zde podmínka, aby nedošlo k poškození, je třeba nasát do injekční stříkačky asi o mililitr tekutiny více. Na konci stlačování dojde k tomu, že se ozubený pastorek dostane ze záběru s ozubeným hřebenem a v injekční stříkačce zůstane zbytek tekutiny, která tam byla navíc. Proto nemusíme přesně odměřovat objem nasáté tekutiny. Vysvětlení: Pro podání objemu 60ml standartní injekční stříkačkou je nutno stlačit ozubený hřeben o 97mm (1ml je 1,61mm). Délce ozubení 97mm odpovídá asi 77 zubů (m 0,4, rozteč zubu 1,257mm). Proto, když nasajem 61ml bude tomu odpovídat délka 98,6mm. Při této délce stlačení se poslední zub hřebene dostane ze záběru a není nutno vypínat vstupní pohonou jednotku adaptéru. Dále také není nutno dohlížet nad celou infuzí. 8.3 Uchycení injekční stříkačky 8.3 Stříkačka je uchycena pomocí externího uchycení, které je přišroubováno k zadní části adaptéru pomocí čtyř šroubu. Kromě uchycení má další funkci a to, opěrný bod injekční stříkačky. Působí proti pohybu ozubeného hřebene. Uchycení může být vyroben z drátu či jiného materiálu s dostatečnou pevností. Obr. 8.6 Úchyt injekční stříkačky

strana 50 Obr. 8.7 Uchycení injekční stříkačky 9 9 RUČNÍ KOREKCE Ruční korekce využívá vlastnosti planetového převodu. A to konkrétně vlastnosti změny převodového poměru dle toho, který ze základních členů je zastaven. Při běžném provozu stojí korunové kolo mechanismu. Při ruční korekci dojde k pohybu korunového kola a tedy ke změně převodu. Následně můžeme zrychlovat či zpomalovat chod infúze dle toho, jak rychle otáčíme korunovým kolem. Pohyb korunového kola dosahujem pohybem šnekového soukolí. Šnekové kolo je společné s kolem korunovým. Obr. 9.1 Šnek a šnekové kolo v záběru

strana 51 9.1 Volba parametrů pro šnekový převod 9.1 počet chodů šneku z 7 4 součinitel průměru šneku q 10 9.1.1 Stanovení počtu zubů šnekového kola z převodového poměru i 7,6 Převodový poměr musí zajistit citlivost regulace pomocí ručního ovládání. 9.1.1 i 7,6 33,75 z6 i7,6 z7 33,75 4 135 Výpočet poměru zubů u 7,6 z6 135 u7,6 33,75 z 4 7 9.1.2 Volba materiálů u šnekového soukolí 9.1.2 Materiál šneku: 12 020 konstrukční ocel, uhlíková k cementaci, cementovaná kalená mez pevnosti v tahu R m 495 MPa mez kluzu v tahu R e 295 MPa mez únavy v dotyku 0 Hlim 1220MPa mez únavy v ohybu 0 lim 500 MPa tvrdost v jádře zubu J HV 155 tvrdost v boku zubu V HV 650 720 9.1.3 Návrh modulu šnekového soukolí Volíme: m n 0,8 9.1.3 Výpočet úhlu stoupání šroubovice na roztečném válci γ a výpočet průměrů roztečných kružnic d 3 a d 4 z 7 q sin γ d d 7 6 q m mn cosγ z 7 γ arcsin q n 10 0,8 8mm z 6 4 arcsin 10 o 21,801 0,8 135 108mm cos21,801

strana 52 9.1.4 9.1.4 Výpočet roztečné osové vzdálenosti d + d 2 8 + 108 2 7 6 a 7,6 58mm 9.2 9.2 Geometrie šneku převodový poměr z 6 135 i6,7 33, 75 z7 4 počet zubů z 7 4 (zvoleno) modul m 0,8 součinitel průměru šneku q 10 normálný modul mn m cosγ 0,742 par. zákl. profilu šneku α 20 ; h 1 ; c 0,25 ; r 0, 38 roztečný průměr hlavový průměr a f d7 q mn 10 0,8 8mm d d + 2h m 8 + 2 1 0,8 a 7 7 a n 9,6mm patní průměr d d 2( h + c ) m 8 2( 1+ 0,25) 0,8 6mm valivý průměr výška hlavy zubů d f 7 7 a n w 7 d7 + 2xmn 8 + 0 8mm a 7 h a mn 1 0,8 0,8mm h výška paty zubů h ( h + c ) m ( 1+ 0,25) 0,8 1mm f 7 a n z7 4 úhel stoupání sin γ γ arcsin 21, 801 q 10 tloušťky zubů a šířka mezer v rovině normálné a osové s e 0,5 π m 0,5 π 0,8 1,256mm n 7 n7 n mn 0,8 s 7 ex7 0,5 π 0,5 π cosγ 0,928 12,5 + 0,09z m 12,5 + 0,09 135 0,8 x 1,353mm délka šneku l ( ) ( ) 19,72mm součinitel posunutí profilu x 0 a 0,5 d 1 6 n osová vzdálenost ( + d ) + x m 0,5( 8 + 108) + 0 58mm w 7 6 n 9.2 9.3 9.3 Geometrie šnekového kola z 6 135 převodový poměr i6,7 33, 75 z 4 par. zák. profilu šneku α 20 ; h 1 ; c 0,25 ; r 0, 38 roztečný průměr hlavový průměr 7 a f mn 0.742 6 z 135 108mm cosγ 0,928 d 6 da 6 d6 + 2ha m 108 + 2 1 0,8 109,6mm patní průměr d d 2( h + c ) m 108 2( 1+ 0,25) 0,8 106mm valivý průměr f 6 6 a d 6 w 6 d + 2xm 108 + 0 108mm

strana 53 výška hlavy zubů h a 6 h a m 1 0,8 0,8mm výška paty zubů h ( h + c ) m ( 1+ 0,25) 0,8 1mm f 6 a n tloušťky zubů a šířky mezer v rovině normálné a osové s e 0,5 π m 0,5 π 0,8 n 6 n6 n 1,256mm mn 0,8 sx 6 ex6 0,5 π 0,5 π 1,353mm cosγ 0,928 0,67 1+ 2/10 d 0,67 1+ 2/10 8 6.43 b6 7 a 0,5 d7 + d6 + x mn 0,5 8 + 108 + 0 délka šneku ( ) ( ) mm osová vzdálenost ( ) ( ) 58mm 9.4 Výpočet silových poměrů u šnekového soukolí Šnekové soukolí: 9.4.1 Obvodové síly T 6 T 5 Mk 5 48,448Nmm 2 T6 2 48,448 t6 0,897N d 108 t7 6 t6 0,897N 9.4.2 Axiální síly t6 0,897 a6 tan γ + ϕ tan 21,801+ 4,866 f tanϕ cosα a7 a6 ( ) ( ) n 0,08 cos20 1,786N 9.4.3 Radiální síly 1,786N 0,085 ϕ 4,866 9.3 9.3.1 9.3.2 9.3.3 r6 r7 t6 tanαn sin γ + cosγ tanϕ r6 0,725N tan 20 0,897 0,725N sin 21,801+ cos21,801 tan 4,866 kde: t [N] obvodová síla a [N] axiální síla r [N] radiální sila T [Nmm] kroutící moment d [mm] roztečný průměr γ [ ] úhel stoupání α [ ] úhel profilu

strana 54 9.5 9.5.1 9.5 Pevnostní výpočet šnekového soukolí 9.5.1 Kontrola bezpečnosti vůči tvorbě pittingu a vůči zadírání Napětí v dotyku: Z Z Z K K Z Z Z t6 K b d 169 2,405 0,734 0,897 1,79 6,4 108 H H E H ε 6 6 E H ε 169 4cosγ sin cosγ ε 1 K ε ( 2α ) 1 ε 1,88 3,2 α z6 K K K K H Hα Hβ A ε α V z 1+ θ 6 n α 4 cos21,801 2,405 sin 40 cos21,801 0,734 1,72 1 cosγ 1,88 3,2 cos21,801 1,72 135 K 2,1 1,1 0,7752 1 1,79 1 0,7752 0,75 1,72 3 Hα Hβ 135 94 ( 1 κ ) 1+ ( 1 1) 1 3 14,378MPa 9.5.2 9.5.2 Bezpečnosti proti tvorbě pittingu: S H Z Hlim H N 199 1,428 19,3 1,1 14,378 25 10 Z 8 N L L 60 L n h 5 6 7 25 10 8 1,428 14400000 60 8000 30 14400000 9.5.3 9.5.3 Bezpečnost proti zadírání: S H Z HZ lim H N 199 1,428 19,3 1,1 14,378

strana 55 9.5.3.1 Kontrola bezpečnosti proti únavovému lomu (ohyb) Napětí v ohybu: 9.5.3.1 t6 K m b Y 0,897 2,1 1,4 0,8 6,4 A 6 Bezpečnost: 0,515MPa S Y lim N 200 1,208 4,8 1,4 0,515 7 7 25 10 25 10 Y 9 9 N 1,428 L 14400000 Pozn. Popis jednotlivých veličin a koeficientů se nachází v přehledu veličin 9.6 Zabezpečení proti samootočení 9.6 Aby nedocházelo k samovolnému otáčení korunového kola, dá se využít vlastnosti šneku. Mezi vlastnosti šneku patří samosvornost. V případě, že samosvornost šneku je nedostačující, je celé šnekové soukolí jištěno pojistným mechanismem. Principem pojistného mechanismu je využití přítlačné pružiny. Při běžném provozu pružina stlačuje ovládání korekce. Toto ovládání je vybaveno drážkou, které se opírá při běžném provozu o výstupek na krytu adaptéru. Tento výstupek zabraňuje samovolnému otáčení šneku resp. šnekového (korunového) kola. Výběžek se nachází na krytu, který zabraňuje vstupu nečistot dovnitř adaptéru. Chceme-li měnit rychlost podávané infuze, tak stačí pouze povytáhnout ovládání korekce a prostým otáčením regulovat rychlost infuze. Při otáčení se ovládání opírá o pero, které je vlisováno do hřídele šneku. Obr. 9.2 Ruční korekce

strana 56 Obr. 9.3 Střední část adaptéru s ručním ovládáním Obr. 9.4 Střední část adaptéru s ručním ovládáním

strana 57 Obr. 9.5 Ruční ovládání-krytka, pružina, pero,šroub,podložka Obr. 9.6 Ruční ovládání - ovládání

strana 58 10 10 CELKOVÝ NÁHLED Obr. 10.1 Celkový pohled na infuzní pumpu Obr. 10.2 Celkový pohled na infuzní pumpu v řezu

strana 59 Obr. 10.3 Celkový pohled na infuzní pumpu 11 CELKOVÉ UCHYCENÍ 11 Uchycení adaptéru závisí na způsobu připojení k pohonné jednotce. Je možné na spodní část přišroubovat plech, s vyvrtanými dírami, pro uchycení k pevné podložce šrouby (či nějaké jiné uchycení). Pomocí toho plechu (nebo jiné) lze pak adaptér připojit pevně k pohonné jednotce. Obr. 11.1 Možná varianta uchycení

strana 60 Převod rotačního pohybu z pohonné jednotky může být proveden pomocí pohonné růžice, spojky, či pomocí jiného převodu. 11.1 11.1 Celkové rozměry Obr. 11.2 Celkové rozměry 12 12 POUŽITÁ LOŽISKA V mechanismu jsou použita kuličková ložiska SK jednořadá d 20 mm D 32 mm B 7 mm SK 61804 2 kusy d 10 mm D 19 mm B 5 mm SK 61804 2 kusy d 4 mm D 9 mm B 2,5 mm SK 61804 3 kusy d 105 mm D 130 mm B 13 mm SK 61804 1 kusy d 5 mm D 11 mm B 3 mm SK 61804 1 kusy d 4 mm D 12 mm B 4 mm SK 61804 2 kusy V důsledku malých sil se dá předpokládat, že životnost těchto ložisek bude dostačující, aby vyhověla požadované životnosti. Kde: D [mm] malý průměr ložiska d [mm] velký průměr ložiska B [mm] šířka ložiska

strana 61 13 ZÁVĚR 13 Výsledkem mé diplomové práce je návrh prototypu infúzní pumpy (resp. stříkačkové pumpy). V tomto návrhu je kladen důraz hlavně na kinematiku planetového mechanismu, určení správného převodového poměru pro zadané zadání a určení pevnostních podmínek v ozubení mechanismu. Výsledkem této práce je konkrétní návrh infuzní pumpy pro konkrétní zadání.především pro konkrétní převodový poměr. Proto je snahou vysvětlit základní principy fungování infuzní pumpy. V důsledku malých sil na jednotlivé členy mechanismu jsou vynechány pevnostní výpočty méně namáhaných členů. Z výsledků pevnostních výpočtů v ozubení planetového mechanismu je patrno velké předimenzování jednotlivých členů ozubeného převodu. V návrhu je obsaženo vysvětlení principů ručního ovládání, uchycení injekční stříkačky, zabránění stlačování injekční stříkačky po ukončení infúze a uchycení celého adaptéru k pohonné jednotce. Aby bylo možné nasazení této infúzní pumpy v běžném provozu, je třeba sestrojení prototypu. Na tomto prototypu provést simulovaný zkušební provoz při plném zatížení a odstranit chyby. 14 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 14 1 SVOBODA, P. - KOVÁŘÍK, R. - BRANDEJS, J.: Základy konstruování. Brno, Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 2001. 186 s. ISBN 80-7204-212-2 2 SVOBODA, P. aj.: Základy konstruování. Výběr z norem pro konstrukční cvičení. Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 2001. 288 s. ISBN 80-7204-214-9 3 SOBEK, E. aj : Základy konstruování. Návody pro konstrukční cvičení. 5. vydání, přepracované. Brno, VUTIUM, 2002. 164 s. ISBN 80-214-2090-1 4 KŘÍŽ, R.: Strojnické tabulky - Pohony. 1. vydání,ostrava, Montanex,a.s.,1997. 213 s. ISBN 80-85780-51-8 3 BOHÁČEK,. a kolektiv : Části a mechanismy strojů III - Převody. 1. vydání, Brno, VUT Brno, 1982. 255 s. ISBN 55-595-82 4 Bicels, a.s. - Prospekty http://www.bicels.cz