Dynamická pevnost a životnost Přednášky

Podobné dokumenty
Dynamická pevnost a životnost Přednášky

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Návrh rozměru čelních ozubených kol je proveden podle ČSN ČÁST 4 PEVNOSTNÍ VÝPOČET ČELNÍCH A OZUBENÝCH KOL.

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování. KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ převody. Přednáška 6

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI NÁVRH A PEVNOSTNÍ VÝPOČET ČELNÍCH A KUŽELOVÝCH OZUBENÝCH KOL

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování. KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ převody. Přednáška 7

NÁVRH ČELNÍHO SOUKOLÍ SE ŠIKMÝMI ZUBY VŠB TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ, KATEDRA ČÁSTÍ A MECHANISMŮ STROJŮ. Vysokoškolská příručka

Šnekové soukolí nekorigované se šnekem válcovým a globoidním kolem.

Technologie výroby ozubení I.

Tvorba technické dokumentace

STROJNICKÉ TABULKY II. POHONY

Pastorek Kolo ii Informace o projektu?

PŘEVODY S OZUBENÝMI KOLY

Czech Raildays 2010 MODIFIKACE OZUBENÍ

1 Úvod do konstruování 3 2 Statistické zpracování dat 37 3 Volba materiálu 75 4 Analýza zatížení a napětí Analýza deformací 185

Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka - 5. kolokvium Josefa Božka 2009, Praha,

APEX DYNAMICS CZECH s.r.o. VYSOCE PRECIZNÍ OZUBENÉ HŘEBENY A PASTORKY

14.11 Čelní válcová soukolí se šikmými zuby

Netiskne se!!! strana 1

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Převody a mechanizmy. Ing. Magdalena Svobodová Číslo: VY_32_INOVACE_ Anotace:

Výpočet únosnosti šnekového soukolí (Výukový text výběr z normy DIN 3996)

10.1. Spoje pomocí pera, klínu. hranolového tvaru (u klínů se skosením na jedné z ploch) kombinaci s jinými druhy spojů a uložení tak, aby

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování. KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ převody. Přednáška 1

Příloha č. 1. Pevnostní výpočty

Obr. 1 Převod třecí. Obr. 2 Variátor s osami kolmými

APEX DYNAMICS CZECH s.r.o. VYSOCE PRECIZNÍ PASTORKY SE ŠIKMÝM OZUBENÍM

Pevnostní výpočet čelního soukolí s přímými evolventními symetrickými zuby pomocí MKP

10. PŘEVODY S OZUBENÝMI KOLY 10. TRANSMISSION WITH GEAR WHEELS

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

14.10 Čelní válcová soukolí s přímými zuby - korigovaná evolventní ozubení, vnitřní ozubení. Střední průmyslová škola strojnická Vsetín

Ozubené tyče / Ozubená kola / Kuželová soukolí

PŘÍLOHY K DIPLOMOVÉ PRÁCI DIPLOMA THESIS APPENDICES

STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA STROJÍRENSKÁ a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky, Kolín IV, Heverova 191. Obor M/01 STROJÍRENSTVÍ

MECHANICKÉ PŘEVODY STROJE STR A ZAŘÍZENÍ OJE ČÁSTI A MECHANISMY STROJŮ STR

Zhodnocení vlastností převodovky MQ 100 v porovnání s převodovkami zahraničních výrobců

Verifikace výpočtových metod životnosti ozubení, hřídelů a ložisek na příkladu čelní a kuželové převodovky

Technická dokumentace

Jméno: St. skupina: Datum cvičení: Autor cvičení: Doc. Ing. Stanislav Věchet, CSc., Ing. Petr Liškutín, Ing. Martin Petrenec,

Filosofie konstruování a dimenzování mechanických částí vozidel z hlediska jejich funkce a provozního zatěžování

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Převody a mechanizmy. Ing. Magdalena Svobodová Číslo: VY_32_INOVACE_ Anotace:

Optimalizace tvaru geometrie šikmých ozubených kol za pomoci MKP použitím podélných a příčných modifikací

NAUKA O MATERIÁLU I. Zkoušky mechanické. Přednáška č. 04: Zkoušení materiálových vlastností I

Obsah. Ozubené hřebeny 239. Čelní kola a hřebeny s šikmým ozubením 241. Čelní ozubená kola. Čelní ozubená kola plastová 254.

ρ 490 [lb/ft^3] σ D 133 [ksi] τ D 95 [ksi] Výpočet pružin Informace o projektu ? 1.0 Kapitola vstupních parametrů

Příloha-výpočet motoru

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ

Dimenzování ozubených kol klasických automobilních diferenciálů

Pohon přímočaré pily

Organizace a osnova konzultace III-IV

Kumulace poškození termoplastického laminátu C/PPS při cyklickém zatížení a jeho posuzování

b) Křehká pevnost 2. Podmínka max τ v Heigově diagramu a) Křehké pevnosti

VY_32_INOVACE_C 08 09

Technologie výroby ozubení II.

Dynamická pevnost a životnost Přednášky

Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

SPOLEHLIVOST KONSTRUKCÍ & TEORIE SPOLEHLIVOSTI část 8: Normové předpisy

21A412: Optimalizace geometrických parametrů a pevnostních výpočtů ozubených kol automobilních převodovek zahrnující reálné provozní podmínky.

Plán přednášek a úkolů z předmětu /01

VY_32_INOVACE_C 08 08

Kapitola vstupních parametrů

Základy stavby výrobních strojů Tvářecí stroje I

ČVUT FS. Převodové ústrojí zadní nápravy nákladního automobilu (DP 2015 MV 04) Diplomová práce

3. Mechanická převodná ústrojí

OZUBENÁ KOLA ČELNÍ. Výroba ozubených kol

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ HŘÍDELE A ČEPY

Obsah šablony SPŠ na Proseku šablona-spš na Proseku.dwt

mezinárodní konference 60 LET PRO JADERNOU ENERGETIKU 60 let jaderného průmyslu a 65 let vysokého technického školství v Plzni

Čelní soukolí s přímými zuby

OZUBENÁ KUŽELOVÁ KOLA

Kuželová ozubená kola

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Základní parametry a vlastnosti profilu vačky

1 ČELNÍ PŘEVODOVKY VŠEOBECNÉHO UŽITÍ OBECNÝ POPIS OZNAČOVÁNÍ PŘEVODOVEK VÝBĚR VELIKOSTI PŘEVODOVKY..4

Obsah: 1. Technická zpráva ke statickému výpočtu 2. Seznam použité literatury 3. Návrh a posouzení monolitického věnce nad okenním otvorem

Čelně-kuželová převodovka pro nízkopodlažnou tramvaj

5. Únava Zatížení při únavě, Wöhlerův přístup a lomová mechanika, únosnost, vliv vrubů, kumulace poškození, přístup podle Eurokódu.

Bakalářská práce. Návrh planetové redukce pro vůz Formula Student

Stanovení požární odolnosti. Přestup tepla do konstrukce v ČSN EN

PŘEVODY S OZUBENÝMI KOLY KUŽELOVÝMI A ŠROUBOVÝMI PLANETOVÝ PŘEVOD

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A9. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

Střední škola technická Žďár nad Sázavou. Autor Milan Zach Datum vytvoření: Frézování ozubených kol odvalovacím způsobem

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování. KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ převody. Přednáška 12

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování. KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ mechanismy. Přednáška 9

Poděkování. Na závěr děkuji svým rodičům i přátelům za podporu po celou dobu mého dosavadního studia. - II -

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování. KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ převody. Přednáška 3

Podřezání zubů a korekce ozubení

Výroba ozubení - shrnutí

Navrhování konstrukcí z korozivzdorných ocelí

22. STT - Výroba a kontrola ozubení 1

Únava materiálu. únavového zatěžování. 1) Úvod. 2) Základní charakteristiky. 3) Křivka únavového života. 4) Etapy únavového života

Dynamická pevnost a životnost Přednášky

OPOTŘEBENÍ A TRVANLIVOST NÁSTROJE

Použitelnost. Žádné nesnáze s použitelností u historických staveb

NÁVRH VÝZTUŽE ŽELEZOBETONOVÉHO VAZNÍKU S MALÝM OTVOREM

1 Použité značky a symboly

ZKOUŠKY MECHANICKÝCH. Mechanické zkoušky statické a dynamické

Posouzení piloty Vstupní data

13. Zděné konstrukce. h min... nejmenší tloušťka prvku bez omítky

Transkript:

DPŽ 1 Dynamická pevnost a životnost Přednášky Milan Růžička, Josef Jurenka, Martin Nesládek, Jan Papuga mechanika.fs.cvut.cz martin.nesladek@fs.cvut.cz

DPŽ 2 Přednášky část 13 Ozubená soukolí únosnost a životnost Martin Nesládek mechanika.fs.cvut.cz martin.nesladek@fs.cvut.cz

DPŽ 3 Motivace Ozubené převody jsou velmi významné strojní komponenty zajišťující transformaci otáček a krouticího momentu. Mezi nejvýznamnější aplikace je možné zařadit: Energetická zařízení elektrárny (plynové, parní a větrné turbíny) Dopravní prostředky automobilová, letecká a lodní doprava Těžký průmysl válcovací stolice, těžební zařízení

DPŽ 4 Motivace Lodě:

DPŽ 5 Motivace Důlní zařízení:

DPŽ 6 Motivace http://www.sandia.gov/mstc/mems_info/movie_gallery.html

DPŽ 7 Motivace Parní turbíny:

DPŽ 8 Motivace Letadla:

DPŽ 9 Klasifikace poruch ozubených kol Provozní podmínky Opotřebení Degradace kontaktních povrchů zubů Zadírání Přetvoření (trvalá deformace) Pitting (kontaktní únava) Spalling (kontaktní únava) Lom zubů Únavový lom (cyklické zatěžování) Křehký lom (jednorázové přetížení)

DPŽ 11 Opotřebení

DPŽ 12 Zadírání http://machinedesign.com/article/recognizing-gear-failures-0621

DPŽ 13 Pitting

DPŽ 14 Pitting

DPŽ 16 Spalling Ding, Y.; Rieger, N.F.: Spalling formation mechanism for gears. Wear 254 (2003). pp. 1307-1317.

DPŽ 17 Únavový lom http://www.brighthubengineering.com/cad-autocad-reviews-tips/8443- failure-modes-in-gear-part-one/# http://motionsystemdesign.com/mechanical-pt/analysis-techniquesend-damage-0395/

DPŽ 18 Křehký lom http://en.wikipedia.org/wiki/tooth_interior_fatigue_fracture

DPŽ 19 Používané normativy a standardy pro navrhování a kontrolu ozubení [1] DIN 3990 T1 T5 Tragfähigkeitsberechnung von Stirnrädern. Teil 1 5. Deutsche norm 1987. [2] ISO 6336-1 5 Calculation of load capacity of spur and helical gears. Part 1 5. International standard first edition 1996. [3] ČSN 01 4686 část 1 5 Pevnostní výpočet čelních a kuželových ozubených kol. 1988. [4] ČSN ISO 6336-1 5 Výpočet únosnosti čelních ozubených kol s přímými a šikmými zuby. Překlad z roku 1998. [5] ČSN ISO 6336-5 Výpočet únosnosti čelních ozubených kol s přímými a šikmými zuby. Část 5. Údaje o pevnosti a kvalitě materiálů. ČTN srpen 2005. [6] DIN 3990 T41 Tragfähigkeitsberechnung von Stirnrädern, Anwendungsnorm fűr Fahrzeuggetriebe. Deutsche norm 1990.

DPŽ 20 Návrh a pevnostní kontrola ozubených kol Lze postupovat podle ČSN 01 4686 platné pro čelní, hřebenová a kuželová soukolí z kovových materiálů, s vnějším i vnitřním evolventním ozubením (zuby přímé, šikmé, dvojitě šikmé nebo šípové) pro pracovní teploty od -40 do 100 C a mazání olejem. Podle normy ČSN 01 4686 je možné hodnotit ozubená soukolí s ohledem na: Únosnost zubů v ohybu (proti únavovému lomu). Únosnost boků zubů v dotyku (proti vzniku pittingu). Posuzování opotřebení ani zadírání není v normě obsaženo. Návrh a pevnostní výpočet (kontrola) musí být vždy proveden tak, aby byly splněny požadavky na spolehlivost ozubení v daných provozních podmínkách volba příslušných součinitelů bezpečnosti: Únosnost zubů v ohybu SFmin = 1,4 1,7 Únosnost boků zubů v dotyku SHmin = 1,1 1,2

DPŽ 21 Návrh a pevnostní kontrola ozubených kol Hodnota součinitele bezpečnosti je volena s ohledem na důležitost navrhovaného soukolí a následků případné poruchy a s ohledem na spolehlivost popisu okolních podmínek a zatížení. Čím je konstrukce důležitější tím vyšší hodnotu součinitele bezpečnosti volíme. Hodnotu součinitele bezpečnosti lze redukovat na základě spolehlivých znalostí vlivu provozních podmínek a materiálových vlastností. Mezi nejdůležitější požadavky na konstrukce obecně patří jejich spolehlivost za přiměřené pořizovací a servisní náklady.

DPŽ 22 Silové poměry: Návrh ozubených kol 1/3

DPŽ 23 Návrh ozubených kol 2/3 Návrhovým výpočtem se stanovuje průměr roztečné kružnice pastorku d 1 (vychází z namáhání zubu v dotyku) a velikost normálného modulu m n (vychází z namáhání zubu v ohybu):

DPŽ 24 Návrh ozubených kol 3/3 Průměr roztečné kružnice pastorku se vypočte podle: f H pomocný součinitel pro výpočet průměru roztečné kružnice (přímé/šikmé zuby) 770/690 K H = K A K H součinitel přídavných zatížení (pro výpočet na dotyk) K A součinitel vnějších dynamických sil Podklady 1 K H součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubů po šířce (pro výpočet na dotyk) Podklady 2 bd1 = b wh /d 1 pracovní šířka ozubení pro výpočet na dotyk/průměr roztečné kružnice Podklady 2 HP = 0,8 Hlim1 přípustné napětí v dotyku (přípustný Hertzův tlak) Hlim1 0 Hlim 0 Hlim mez únavy v dotyku odpovídající bázovému počtu zatěžovacích cyklů Podklady 3 T 1 krouticí moment na pastorku Vstup u převodové číslo ozubeného převodu Vstup součinitel závislý na tepelném zpracování kol, převodovém poměru a způsobu uložení kol

DPŽ 25 Podklady 1 Hodnoty součinitele K A pro vliv vnějších dynamických sil:

DPŽ 26 Podklady 2 Hodnoty součinitele K H pro dané uložení kol a tepelné zpracování: kola bez tepelného zpracování kola zušlechtěná

DPŽ 27 Podklady 2 Doporučené hodnoty (b wh /d 1 ) max a (b wf /m n ): Oboustranné symetrické uložení Oboustranné nesymetrické uložení Letmé uložení

DPŽ 28 Podklady 3 Meze únavy v dotyku σ 0 Hlim a v ohybu σ 0 Flimb (mez únavy referenčního kola σ FE ):

DPŽ 29 Podklady 3 Meze únavy v dotyku σ 0 Hlim a v ohybu σ 0 Flimb (mez únavy referenčního kola σ FE ):

DPŽ 30 Normálný modul ozubení m n : Návrh ozubených kol 2/2 f F pomocný součinitel pro výpočet modulu ozubení 18 K F = K A K H součinitel přídavných zatížení (pro výpočet na ohyb) K A součinitel vnějších dynamických sil Podklady 1 K F = K H součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubů po šířce (pro výpočet na ohyb) Podklady 2 m = b wf /m n pracovní (aktivní) šířka ozubení pro výpočet na ohyb/normálný modul Podklady 2 FP = 0,6 Flimb1 přípustné napětí v ohybu Flimb1 0 Flimb 0 Flimb mez únavy v ohybu odpovídající bázovému počtu zatěžovacích cyklů Podklady 3 z 1 počet zubů pastorku Vstup

DPŽ 31 Posouzení únosnosti ozubení Schopnost daného soukolí přenášet zatížení při daných provozních podmínkách. Podle normy ČSN 01 4686 je únosnost ozubení posuzována: Únosnost v ohybu zubů ozubených kol (F) Únosnost v dotyku boků zubů ozubených kol (H) Napětí v ohybu F Přípustné napětí v ohybu FP Napětí v dotyku H Přípustné napětí v dotyku HP Součinitel bezpečnosti v ohybu S F Minimální součinitel bezpečnosti v ohybu S Fmin Součinitel bezpečnosti v dotyku S H Minimální součinitel bezpečnosti v dotyku S Hmin

DPŽ 32 Nominální napětí v ohybu v patě zubu (místní ohybové napětí) při ideálním zatížení: Ft σ F 0 Y FS Y β Y ε b m wf Napětí v ohybu v patě zubu: n Únosnost v ohybu 1/2 Vliv tvaru zubu a koncentrace napětí,sklonu zubu a záběru profilu σ F σ F 0 K A K F β K F α K Fv Vliv dynamických sil a nerovnoměrnosti zatížení zubů K F K α Fv 1,2

DPŽ 33 Přípustné napětí v ohybu: Únosnost v ohybu 2/2 σ FP σ S F lim b F min Y NT Y R Y X Y δ Korekce na počet cyklů, velikost, vrubovou citlivost, drsnost povrchu Součinitel bezpečnosti v ohybu: S F σ F σ lim F b Y NT Y R Y X Y Korekce na počet cyklů, velikost, vrubovou citlivost, drsnost povrchu δ zjednodušený výpočet:

DPŽ 34 σ Označení veličin: F t obvodová síla působící v čelním řezu na roztečné kružnici Zadání b wf pracovní (aktivní) šířka ozubení pro výpočet na ohyb Zadání m n Normálný modul Zadání K A součinitel vnějších dynamických sil Podklady 1 K F = K H součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubů po šířce (pro výpočet na ohyb/dotyk) Podklady 2 K F součinitel podílu zatížení jednotlivých zubů (pro výpočet na ohyb) K F K Fv = 1,2 K Fv F t F 0 Y FS Y β Y F lim b ε σ b wf m F σ F 0 K A K F β K F α K Fv S Y Y Y Y F NT R X n F součinitel vnitřních dynamických sil (pro výpočet na ohyb) Y FS Součinitel tvaru zubu a koncentrace napětí Podklady 4 Y součinitel sklonu zubu Podklady 5 Y součinitel vlivu záběru profilu (pro výpočet na ohyb) Podklady 5 Flimb1 0 Flimb mez únavy v ohybu materiálu pastorku 0 Flimb mez únavy v ohybu odpovídající bázovému počtu zatěžovacích cyklů Podklady 3 S Fmin nejmenší hodnota součinitele bezpečnosti proti vzniku únavového lomu v patě zubu 1,4

DPŽ 35 Podklady 4 Součinitel tvaru zubu a koncentrace napětí Y FS (Platí pro α n = 20, h a0 = 1,25, ρ a0 = 0,2; nástroj: odvalovací fréza nebo obrážecí hřeben). Z V... náhradní počet zubů virtuálního kola

DPŽ 36 Součinitel sklonu zubu Y β : Podklady 5 Součinitel vlivu záběru profilu Y (pro výpočet na ohyb) podle hodnoty součinitele záběru kroku, kde je součinitel záběru profilu.

DPŽ 37 Součinitel životnosti v ohybu Y NT : Podklady 6

DPŽ 38 Únosnost v dotyku 1/2 Nominální napětí ve valivém bodě dle Hertze při ideálním zatížení: σ H 0 Z E Z H Z ε b F wh t d 1 u u 1 Vliv tvaru zubu, délky záběru a materiálu Napětí ve valivém bodě (vnitřním bodě jednopárového záběru): σ H σ H 0 K A K H β K H α K Hv Vliv dynamických sil a nerovnoměrnosti zatížení zubů K F K α Fv 1,2

DPŽ 39 Přípustné napětí v dotyku: HP S Únosnost v dotyku 2/2 H H lim min Z NT Z L Z R Korekce na počet cyklů, mazací vrstvy, drsnosti a rychlosti Z v Minimální součinitel bezpečnosti v dotyku: S H H lim H Z NT Z L Z R Z v Korekce na počet cyklů, mazací vrstvy, drsnosti a rychlosti

DPŽ 40 Označení veličin: Z E součinitel materiálů Podklady 7 Z ε součinitel součtové délky dotykových křivek boků zubů Podklady 8 Z H součinitel tvaru zubu Podklady 8 F t obvodová síla Zadání K A součinitel vnějších dynamických sil Podklady 1 K F = K H součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubů po šířce (pro výpočet na dotyk) Podklady 2 K H součinitel podílu zatížení jednotlivých zubů (pro výpočet na dotyk) K H K Hv = 1,2 K Hv Hlim1 0 Hlim součinitel vnitřních dynamických sil (pro výpočet na dotyk) mez únavy v dotyku materiálu pastorku 0 Hlim mez únavy v dotyku odpovídající bázovému počtu zatěžovacích cyklů Podklady 3 S Hmin nejmenší hodnota součinitele bezpečnosti proti vzniku pittingu 1,4

DPŽ 41 Podklady 7 Součinitel mechanických vlastností materiálu spoluzabírajících ozubených kol Z E :

DPŽ 42 Podklady 8 Součinitel tvaru spoluzabírajících zubů Z H pro α n = 20 : Součinitel součtové délky dotykových křivek boků zubů Z :

DPŽ 43 Součinitel životnosti v dotyku Z NT : Podklady 9

DPŽ 44 Podklady 10 Součinitel drsnosti boků zubů Z R závisí na nerovnostech boků zubů a na hodnotách σ Hlim. Pro výšku nerovností profilu z deseti bodů Rz = 3 (odpovídá střední aritmetické úchylce profilu Ra = 0,8) má Z R hodnotu 1. Pro broušená kola Z R = 1,08 1,15, pro obrážená a ševingovaná kola Z R = 0,9 0,93 a pro frézovaná kola Z R = 0,8 0,9:

DPŽ 45 Únavové křivky, mez únavy Experimentální zkoušky ozubených kol: Pulzátorové zkoušky zubů: Pulzátorové zkoušky jednoduchých vzorků:

DPŽ 46 Únavové křivky, mez únavy Experimentální zkoušky reálných ozubených kol: Běhové (zkrácené) zkoušky Niemannův zkušební stav s uzavřeným silovým tokem:

DPŽ 47 Únavové křivky, mez únavy V závislost S-N křivky na způsobu měření:

DPŽ 48 Životnost ozubení