Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ převody Přednáška 3
Obsah Výroba oubených kol Systém oubení. Materiály oubených kol. Technologie používané pro výrobu oubených kol. Tepelné a chemicko tepelné pracování. Dokončovací operace. Lícování oubených kol. Převodové mechanismy s oubenými koly Oubené soukolí. Sériové řaení soukolí. Sériově-paralelní řaení soukolí. Planetové převodové mechanismy.
Výroba oubených kol It is much easier to design than to perform. SAMUEL JOHNSON
Systém oubení Systém oubení je definován úhlem áběru α = 0 a soustavou proporcí (součinitelů) popisujících ákladní profil ákladního oubeného hřebene. U tohoto hřebene evolventní profily boků ubů přecháejí v přímky a počet ubů neovlivňuje tvar boků. Všechny délkové roměry hřebenového nástroje jsou odvoeny e ákladního oubeného hřebene násobením modulem m. Základní profil ISO 53:974 Hřebenový nástroj součinitel výšky hlavy ubu h = a součinitel radiální vůle c = 0,5 součinitel výšky paty ubu h =,5 f součinitel poloměru aoblení r = 0,38 f π s = m; h = h m; h = h m; c = c m; r = r m a a f f f f Komerčně jsou běžně dostupné hřebenové nástroje s moduly ;,5;,5; ;,5; 3; 4; 5; 6; 8; 0; ; 6; 0; 5; 3; 40; 50 mm. Přednáška 3 - Výroba oubených kol
Velikost ubů versus modul, resp. diametral pitch Přednáška 3 - Výroba oubených kol
Materiály oubených kol šedá (např. 4 45) a tvárná (např. 4 307) litina pro menší neproměnná namáhání a malé obvodové rychlosti uby mají malou pevnost v ohybu a špatně snášejí ráy dobrá odolnost proti vniku pittingu a proti adírání níkáhlučnost litinová kola se běžně kombinují s ocelovými pastorky oceli nejčastěji užívaný materiál pro méně namáhaná kola se používají oceli třídy kola oceli třídy se párují s pastorky ocelí třídy nebo 3 pro vyšší kroutící momenty se používají ušlechtěné oceli ( 060, 5 40) a oceli pro povrchové kalení ( 600, 050) kola namáhaná otěrem se vyrábějí cementační oceli ( 00) kola jejichž uby nele brousit se vyrábějí nitridační oceli (4 340) Přednáška 3 - Výroba oubených kol
Materiály oubených kol plastické hmoty (např. nylon nebo polyformaldehyd) vhodné spíše pro kinematické převody níká únosnost v ohybu i dotyku špatná tepelná vodivost níká hmotnost, dobrá odolnost vůči koroi a chemickým vlivům necitlivost na nepřesnosti výroby kolo plastu se často kombinuje s kolem ocelovým či litinovým mosai a brony pro oubená kola kinematických převodů v jemné mechanice vykaují větší deformace ubů a tím i lepší roložení atížení často se kombinuje ocelový pastorek s bronovým kolem slinuté kovy pro kinematicképřevody průměr kol je omeen na přibližně 80 mm Přednáška 3 - Výroba oubených kol
Fréování dělícím působem Při dělícím působu se profily ubových meer oubeného kola vytvářejí tvarovou fréou postupně jedna ubová meera a druhou. Protože pro každou velikost oubení je apotřebí speciálního nástroje, jsou výrobní náklady vysoké. Technologie se používá ejména u kusové dílenské výroby pro kola s malou přesností výroby. Kotoučová fréa Fréka s dělícím přístrojem Čepová fréa h h α r α r Přednáška 3 - Výroba oubených kol
Odvalovací fréování Nástrojem je odvalovací fréa, která má tvar evolventního šneku a jejíž profil v normálové rovině je tvořen ákladním hřebenem. Oubení se vyrábí na odvalovacích frékách, kdy fréa s obráběným kolem představuje áběr šroubového soukolí. Tato technologie je vhodná pro výrobu čelních a šnekových oubených kol. Odvalovací fréka Odvalovací fréa odvalovací fréa obrobek otočný upínací stůl fréovací suport Přednáška 3 - Výroba oubených kol
Odvalovací obrážení Odvalovací pohyb mei nástrojem a obrobkem je aložen na principu áběru ákladního hřebene s oubeným kolem (hřebenový nůž), resp. na vájemném odvalování dvou oubených kol (kotoučový nůž). Obrážení je vhodné pro výrobu čelních oubených kol s přímými, šikmými a šípovými uby s vnějším i vnitřním oubením. Obrážení kotoučovým nožem Obrážení Kotoučový hřebenovým nůž nožem kotoučový nůž obrobek otočný upínací stůl hřebenový nůž Přednáška 3 - Výroba oubených kol
Výroba oubených kol vstřikováním Při vstřikování se práškový termoplast ve vytápěné tlakové komoře vstřikovacího lisu spojí a odtud se ve stavu polotekutém vstříkne tlakem pístu úkým kanálkem do vychlaené formy. Vstřikování se používá k výrobě malých oubených kol s níkou přesností. Jeho výhodou je níká cena. Vstřikovací lis Oubené Kotoučový kolo uvnitř nůžformy obrobek otočný upínací stůl Přednáška 3 - Výroba oubených kol
Tepelné a chemicko-tepelné pracování Povrchové kalení - Zjišťuje tvrdý, otěru vdorný povrch ubů při achování relativně měkčího a houževnatého jádra. Povrchovému kalení předcháí ušlechťování. Tvrdost povrchové oblasti ubů je HRC = 45 až 55. Cementování - Používá se u velmi namáhaných kol. Umožňuje dosažení načné tvrdosti povrchové vrstvy HRC = 60 až 63. Tloušťka cementované vrstvy δ se obvykle volí v ávislosti na modulu: δ = (0, 0,5) m δ = 0,5 m pro m pro m > 4 mm 4 mm Nevýhodou cementování jsou deformace oubení, které vedou k nutnosti ařadit dokončovací operace. Nitridování - Umožňuje dosáhnout minimálně stejné tvrdosti boků ubů jako cementování, tj. HRC = 60 až 65. Vhledem k malé tloušťce povrchové vrstvy je však její únosnost v dotyku nižší. Nitridování nevyvolává deformace a proto pravidla nevyžaduje dokončovací operace. Nitridovaná kola jsou vhodná pro přenos středních a větších atížení spíše klidného charakteru, a hlavně v případech, kdy se požaduje malé opotřebení boků ubů. Přednáška 3 - Výroba oubených kol
Dokončovací operace Ševingování je dokončovací operace pro měkké oubení. Je aloženo na principu áběru dvou šikmoubých kol s mimoběžnými osami, přičemž materiál je odebírán pomocí radiálních řených drážek na nástroji a skluem mei nástrojem a obrobkem. Ševingování lepšuje přesnost o stupeň dle ISO. r Diskontinuální odvalovací broušení α α r l obrobek nástroj Broušení se používá jako dokončovací operace pro kalená oubená kola. Zuby čelních kol se brousí buď profilovým (dělícím) nebo odvalovacím broušením. Odvalovací broušení se používá v sériové a hromadné výrobě. Dosahovaná přesnost dle ISO je 4 až 7 třída přesnosti. Přednáška 3 - Výroba oubených kol
Lícování oubených kol Stupeň přesnosti oubení je dán souhrnem kinematické přesnosti, plynulosti chodu a dotykem ubů. ČSN - ISO, resp. DIN třídí oubená kola do stupňů přesnosti. Lícování dále tvoříboční vůle a úchylka vdálenosti os. výrobní náklady Výrobní náklady versus stupeň přesnosti 0 jednotková cena jednotková cena stupeň přesnosti AGMA hranice broušení hranice ševingování hranice fréování stupeň přesnosti ISO broušení ševingování fréování náklady jsou úměrné přesnosti Stupně přesnosti dle ISO nejvyšší dosažitelná přesnost - 3 vysoká přesnost 4-5 střední vyšší přesnost 6-7 střední přesnost 8-9 níká přesnost 0 - velmi níká přesnost Příklady použití letecké převody 4-5 průmyslové převody 6-7 automobilové převodovky 8-9 převody elektrických motorů 8-9 pomaluběžné převody 0 - Přednáška 3 - Výroba oubených kol
Převodové mechanismy s oubenými koly http://www.sfu.ca/immr/ Look long on an engine, it is sweet to the eyes. MACKNIGHT BLACK
Oubené soukolí Oubené soukolí je nejjednodušší formou převodového mechanismu a ákladní stavební jednotkou pro složitější mechanismy. Sestává dvojice oubených kol - menší se onačuje jako pastorek, větší jako kolo. Změnu otáčivého pohybu realiovanou soukolím charakteriuje převodové číslo u. Jediným oubeným soukolím le dosáhnout převodového čísla maximálně 0. Soukolí s vnějším áběrem pastorek kolo Soukolí s vnitřním áběrem ω r r r ω pastorek kolo r ω ω (+) ( ) u = ω ω r = r = u < př. do rychla u > př. do pomala ω ω u = = = r r Přednáška 3 - Převodové mechanismy
Sériové řaení soukolí Při sériovém řaení soukolí je celkové převodové číslo u dáno poměrem počtu ubů prvního a posledního kola. Vložená kola nemají vliv na velikost převodového čísla, ale poue na smysl otáčení. Je-li počet vložených kol lichý, otáčí se hnací i hnaný hřídel v témže smyslu; je-li sudý, otáčejí se v opačném smyslu. Obvykle se nepoužívá více než jedno vložené kolo. 3 4 5 u = u u u u 3 34 45 = 3 4 5 u = 3 4 5 vložené kolo Přednáška 3 - Převodové mechanismy
Sériově-paralelní řaení soukolí V případě sériově-paralelního řaení soukolí nese alespoň jeden hřídel dvě nebo více oubená kola. V ávislosti na velikosti převodového čísla u se používá převod dvoustupňový (6 u 40), třístupňový (40 u 00) nebo vícestupňový. Podle vájemné polohy vstupního a výstupního hřídele může být převod uspořádán paralelně nebo koaxiálně. 5 6 koaxiální uspořádání 3 4 7 8 u = u u u u 34 56 78 u = 4 6 8 3 5 7 paralelní uspořádání Přednáška 3 - Převodové mechanismy
Planetové převodové mechanismy Planetové mechanismy se skládají centrálního kola, korunového kola s vnitřním oubením a satelitů otočně uložených na unašeči. Satelity konají dva současné pohyby - otáčejí se na čepech unašeče a současně s ním i okolo centrální osy převodu. Výhodou planetových převodů je přenos velkých výkonů a realiace vysokých převodových čísel při relativně malých roměrech a níké hmotnosti převodového ústrojí. centrální kolo unašeč A satelit korunové kolo 3 4 B Bod A v = v v 3 34 + v 4 = v Bod B v = 0 r ω + r ω = r ω r ω 3 34 4 3 r ω = ω = ω 4 r + r + rr ω = ω = r r + r + v 3 34 + v 34 4 = 0 + rω ω 34 ( ) ( ) 3 3 ω + r ω = ω = ω 3 r = ω + ω r = r r 3 34 4 3 3 3 Přednáška 3 - Převodové mechanismy 4 = 0