naČrtovanje stroja za odelavo kolutnih ŠČetktemeljilo na analitičnih preračunih kritičnih...
TRANSCRIPT
NAČRTOVANJE STROJA ZA OBDELAVO
KOLUTNIH ŠČETK
Magistrsko delo
Študent: Boštjan VIDMAR
Študijski program 2. stopnje: Strojništvo
Smer: Proizvodne tehnologije in sistemi
Mentor: doc. dr. Aleš BELŠAK
Somentor: izr. prof. dr. Ivan PAHOLE
Maribor, september 2016
II
III
I Z J A V A Podpisani Boštjan Vidmar, izjavljam, da:
je magistrsko delo rezultat lastnega raziskovalnega dela,
predloženo delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli
izobrazbe po študijskem programu druge fakultete ali univerze,
so rezultati korektno navedeni,
nisem kršil avtorskih pravic in intelektualne lastnine drugih,
soglašam z javno dostopnostjo magistrskega dela v Knjižnici tehniških fakultet ter
Digitalni knjižnici Univerze v Mariboru, v skladu z Izjavo o istovetnosti tiskane in
elektronske verzije zaključnega dela.
Maribor,_____________________ Podpis: ________________________
IV
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju Alešu Belšaku in somentorju
Ivanu Paholetu za pomoč in vodenje pri opravljanju
magistrskega dela. Zahvaljujem se tudi staršem, ki so
mi omogočili študij, in vsem, ki so pomagali z nasveti
pri izdelavi magisterskega dela.
V
NAČRTOVANJE STROJA ZA OBDELAVO KOLUTNIH ŠČETK
Ključne besede: Konstruiranje, stroj za rezanje, žične ščetke
UDK: 621.8-11:621.9.02(043.2)
POVZETEK
V magistrskem delu je bilo obravnavano konstruiranje stroja za obdelavo kolutnih žičnatih
ščetk. Stroj je zasnovan tako, da obreže surovce ščetk na točno določen premer. V nalogi je
opisan potek zasnove stroja po smiselnih sklopih. Pri ključnih komponentah so bili opravljeni
predpisani preračuni za preverjanje njihove ustreznosti. Trdnostni in ostali preračuni so
pokazali, da komponente ustrezajo vsem zahtevam. Ob koncu naloge je predstavljen še
izdelani stroj. Glavna cilja magistrskega dela sta bila izdelava konstrukcije stroja za obdelavo
kolutnih ščetk in priprava potrebne tehnične dokumentacije.
VI
DESIGNING OF MACHINE FOR WHEEL BRUSH PROCESSING
Key words: Constructing, cutting machine, wire brushes
UDK: 621.8-11:621.9.02(043.2)
ABSTRACT
In the master’s thesis, the construction of a machine for the processing of wheel wire brushes
was discussed. The machine is designed to crop stocks of brushes on exact diameter. In
thesis, the design course of the machine in meaningful clusters was described. With key
components, the regulatory calculations were done to check their adequacy. Strength and
other calculations showed that components meet every requirement. At the end of the thesis
the constructed machine is presented. The main objectives of the master’s thesis were the
construction of the machine for the procession wheel brushes and the preparation of
necessary technical documentation.
VII
KAZALO
1 UVOD .................................................................................................................... - 1 -
1.1 Opis splošnega področja magistrskega dela ............................................................ - 1 -
1.2 Opredelitev magistrskega dela ................................................................................ - 1 -
1.3 Pregled podobnih obstoječih strojev na trgu .......................................................... - 2 -
2 ZAHTEVNIK ............................................................................................................ - 3 -
3 IZBIRA POGONSKIH MOTORJEV .............................................................................. - 5 -
4 PRERAČUN REZALNIH SPOSOBNOSTI GLEDE NA ZAHTEVE ....................................... - 6 -
4.1 IZRAČUN SIL, KI SE POJAVIJO ................................................................................... - 7 -
4.1.1 Izračun sile na obodu nožev ............................................................................. - 7 -
4.1.2 Izračun rezultante obodnih sil nožev na točki dotikališča nožev ..................... - 7 -
4.1.3 Strižna sila krožnega noža ................................................................................ - 8 -
4.2 IZRAČUN PEREZA, KI GA JE MOGOČE PRESTRIČI ..................................................... - 8 -
5 GRED ....................................................................................................................- 11 -
5.1 IZRAČUN SIL V ZOBNIŠKI DVOJICI .......................................................................... - 12 -
5.2 ANALITIČEN IZRAČUN SIL, KI DELUJEJO NA GRED ................................................. - 12 -
Določitev reakcijskih sil v ležajnih mestih ..................................................................... - 13 -
6 OGRODJE MIZE STROJA .........................................................................................- 21 -
7 OHIŠJE GONILA NOŽEV ..........................................................................................- 22 -
8 SESTAVA REZALNEGA DELA ...................................................................................- 23 -
9 MIZA ZA NASTAVLJANJE DIMENZIJE ŠČETK ............................................................- 24 -
9.1 Preračun vodil in izračun njihovega povesa .......................................................... - 25 -
9.1.1 Izračun reakcij za primer, ko je miza postavljena na sredino vodil: ............... - 25 -
9.1.2 Izračun reakcij za primer, ko je miza postavljena na skrajno desno stran: .... - 26 -
9.1.3 Izračun maksimalnega momenta: .................................................................. - 27 -
9.1.4 Izračun maksimalnega dopustnega povesa: .................................................. - 27 -
9.1.5 Izračun minimalnega prereza vodila: ............................................................. - 27 -
9.2 Končna oblika ......................................................................................................... - 28 -
10 PRIJEMALO ŠČETK .................................................................................................- 29 -
10.1 Vpetje ščetk ........................................................................................................ - 29 -
VIII
10.1.1 Izračun življenske dobe ležaja [3]: .................................................................. - 31 -
10.1.2 Čeljusti za vpetje ščetke ................................................................................. - 32 -
10.1.3 Kontrola striga v zatičih: ................................................................................. - 32 -
10.2 Jermen pogona ščetk ........................................................................................ - 33 -
10.2.1 Preračun potrebnega jermena: ...................................................................... - 33 -
10.2.2 Ustreznost jermena po proizvajalčevih pregledinicah: .................................. - 35 -
10.2.3 Napetje jermena:............................................................................................ - 36 -
10.3 Sestava prijemala ščetk ...................................................................................... - 37 -
11 KORITO ZA ODREZKE .............................................................................................- 38 -
12 SESTAVA SKELETA STROJA .....................................................................................- 39 -
13 OHIŠJE STROJA ......................................................................................................- 40 -
13.1 Vrata ................................................................................................................... - 40 -
14 KONČNA SESTAVA STROJA ....................................................................................- 41 -
15 TEHNIČNA DOKUMENTACIJA .................................................................................- 43 -
16 IZDELANI STROJ.....................................................................................................- 44 -
17 ZAKLJUČEK ............................................................................................................- 46 -
18 LITERATURA ..........................................................................................................- 47 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 1 -
1 UVOD
1.1 Opis splošnega področja magistrskega dela
Vsebina magistrskega dela je konstruiranje stroja za obdelavo krožnih žičnatih ščetk na
ustrezne dimenzije.
Konstruiranje pomeni pretvarjanje svojih idej in zamisli v praktično izvedbo oz.
konkretni izdelek. Najprej je ideja za izdelavo, nato s pomočjo svojega znanja o strojnih
elementih, statiki, trdnosti, načinih izdelave, idr. oblikujemo posamezne sestavne dele, ki se
na koncu sestavijo v celoto. Pri dimenzioniranju delov si lahko pomagamo na dva osnovna
načina, in sicer z analitičnimi preračuni posameznih kritičnih elementov in z računalniškimi
simulacijami.
Cilj te magistrske naloge ni v optimiziranju stroja, saj se bosta izdelala samo dva
takšna stroja. Zaradi tega ne bo potrebna računalniška simulacija, konstruiranje pa bo
temeljilo na analitičnih preračunih kritičnih komponent stroja.
1.2 Opredelitev magistrskega dela
Podjetje, ki se ukvarja z izdelavo vseh vrst krožnih ščetk, se z večanjem proizvodnje srečuje z
investicijami v nove stroje. Eden od strojev za izdelavo krožnih ščetk je tak, da jih na koncu
obreže na željen premer. Ker gre za specifični stroj, ki ga uporablja malo podjetij, je
posledično na trgu zelo majhna izbira teh strojev. Zaradi lastnih želja o določenih značilnostih
stroja je bilo smotrno razmišljati o razvoju novega. S tem raziskovalnim problemom se
ukvarja tudi ta magistrska naloga.
Naloga stroja bo avtomatiziran proces vpenjanja, podajanja, obrezovanja in
izpenjanja izdelka s pomočjo strege delavca s surovci in odlaganja končnih izdelkov.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 2 -
1.3 Pregled podobnih obstoječih strojev na trgu
Pri pregledu spleta, kjer smo iskali že obstoječe podobne stroje, je bilo ugotovljeno, da je teh
na trgu zelo malo. Razlog je razumljiv, saj gre za specifični stroj, ki ni namenjen široki
uporabi.
Podjetje Wöhler sicer izdeluje takšne stroje, ki v večini primerov nudijo celotno izdelavo
ščetke, kar pa v našem primeru ni potrebno. Pri nobenem od strojev ni bilo zaslediti tako
velikega razpona velikosti ščetk, kot smo jih želeli v zahtevniku (v naslednjem poglavju), kar
kaže na to, da je takšen stroj zahteven za izdelavo. V dveh primerih je ta razpon 100–250 mm
in 100–360 mm. Podatki o največji debelini žice ustrezajo tudi našim zahtevam.
Slika 1.1: Stroj za obdelavo in izdelavo ščetk podjetja Wöhler
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 3 -
2 ZAHTEVNIK
Pred samim začetkom konstruiranja smo morali določiti zahtevnik, v katerem so zapisani vsi
ključni elementi stroja in v kakšnih okvirih morajo biti. Z atributi, ki smo jih dodelili
posameznim zahtevam, smo določili, kako pomembno je dosledno upoštevanje vsake
zahteve.
Preglednica 1.1: Zahtevnik
Zahteva Vrednost Enota Oznaka
Pogon nožev
Moč motorja 1,1 kW M
Vrtljaji nožev 90 min-1 B
Proizvajalec Watt drive Ž
Obratovalna napetost 400 V B
Pogon ščetk
Moč motorja 0,25 kW M
Vrtljaji nožev 112 min-1 B
Proizvajalec Watt drive Ž
Obratovalna napetost 400 V B
Sposobnost stroja
Minimalen premer ščetke 75 mm M
Maksimalen premer ščetke 450 mm M
Maksimalen premer žice 1 mm M
Izvedba gonila
Pomik pogonske gredi v aksialni smeri za nastavitev zračnosti
15 mm B
Energija za delovanje stroja
Pogon motorjev 400 V B
Pogon aktuatorjev Komprimiran zrak Ž
Senzorji in ventili 24 V Ž
Varnost
Vsi gibajoči deli morajo biti zaščiteni
B
Celoten stroj mora biti v ohišju B
Zapiranje okna po pritisku tipke START
B
Drugo
Možnost prenosa z viličarjem Ž
Barva ohišja 6011 ral B
Barva ogrodja 7035 ral B
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 4 -
Legenda:
Preglednica 2.2: Razlaga atributov
B Brezpogojno Zahteva mora biti izpolnjena
Ž Željeno Željeno je, da se zahteva izpolni
M Minimalno Zahteva more biti izpolnjena vsaj tako ali boljše
Podjetje, ki je izdalo zahtevnik, je podatke črpalo iz lastnih izkušenj s takšnimi stroji. Tako je
podatek za moč motorja in vrtljaje noža podalo glede na stroj, s katerim imajo dobre
izkušnje. Prav tako tudi podatke za motor pogona ščetke. Podatki o energiji izhajajo iz virov,
ki so jim na voljo v proizvodni delavnici.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 5 -
3 IZBIRA POGONSKIH MOTORJEV
Z aplikacijo na spletni strani podjetja Watt drive [7] smo po vpisu željenih parametrov dobili
na izbiro nekaj elektromotorjev z gonili. Pri izbiri enega izmed njih smo se ravnali po
najbližjem številu vrtljajev glede na želene. Preglednici 3.1 in 3.2 prikazujeta nekaj osnovnih
podatkov izbranih dveh motorjev z gonili za pogon nožev in ščetke.
Motor za pogon nožev:
Preglednica 2.1: Podatki motorja in gonila za pogon nožev
Podatki motorja Vrednost Enota
moč motorja 1,1 kW
nazivni vrtljaji 945 1/min
nazivni moment 11 Nm
napetost 400 V
Podatki gonila vrednost enota
izhodna hitrost 90 1/min
izstopni moment 106 Nm
prestavno razmerje 10,53
votla gred 40H7 mm
Motor za pogon ščetk:
Preglednica 3.2: Podatki motorja in gonila za pogon ščetk
Podatki motorja Vrednost Enota
moč motorja 0,25 kW
nazivni vrtljaji 900 1/min
nazivni moment 2,6 Nm
napetost 400 V
Podatki gonila vrednost enota
izhodna hitrost 116 1/min
izstopni moment 18 Nm
prestavno razmerje 7,76
votla gred 25H7 mm
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 6 -
4 PRERAČUN REZALNIH SPOSOBNOSTI GLEDE NA ZAHTEVE
Na sliki 4.1 so prikazane razmere obremenitev pri rezanju žičnih spletov.
Vse oznake s številom 1 v indeksu se nanašajo na gonilno gred, s številom 2 pa na gnano gred.
Slika 4.1: Prikaz delovanja sil na nožu
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 7 -
4.1 IZRAČUN SIL, KI SE POJAVIJO
4.1.1 Izračun sile na obodu nožev
(4.1)
[Nm] moment gonila na motorju
[N] obodna sila kolutnega noža
[m] radij kolutnega noža
4.1.2 Izračun rezultante obodnih sil nožev na točki dotikališča nožev
Kot med tangentama skozi dotikališče nožev: 20°
Rezultanto izračunamo s pomočjo kosinusnega izreka, ki pravi, da lahko v trikotniku, kjer
poznamo dolžino dveh stranic in kot med njima, izračunamo velikost tretje stranice.
( ) (4.2)
( )
(
( )
[N] rezultanta obodnih sil
[°] kot med silo in rezultanto
[°] kot med silo in rezultanto
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 8 -
4.1.3 Strižna sila krožnega noža
( )
( )
(4.3)
[N] strižna sila noža 1 in 2
[°] kot med silama in
4.2 IZRAČUN PEREZA, KI GA JE MOGOČE PRESTRIČI Pri izračunu maksimalnega premera žice je bilo treba določiti lastnosti žic, ki se bodo
najpogosteje uporabljale. V preglednici 4.1 so prikazane lastnosti teh materialov.
Preglednica 3.1: Mehanske lastnosti uporabljenih materialov [1]
Material
Rm
[N/mm2] Re
[N/mm2]
[N/mm2]
E335 (1.0060)
590 335 201
CuZn37 (2.0321)
410 210 126
X46Cr13 (1.4034)
850–1000 650 390
Izračun za najpogosteje uporabljen material E335:
(4.4)
[N/mm2] dopustna strižna napetost
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 9 -
Izračun maksimalnega prereza:
(4.5)
[mm2] maksimalni prerez
Izračun maksimalnega premera:
√
√
(4.6)
[mm] maksimalni premer žice
Preglednica 4.2: Izračunan maksimalni prerez in premer za posamezni material
Material
Amax
[mm2] dmax
[mm]
E335 (1.0060)
15,3 4,4
CuZn37 (2.0321)
24,5 5,6
X46Cr13 (1.4034)
7,9 3,2
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 10 -
Dobljeni maksimalni premer ustreza, saj zahtevnik naročnika določa, da je maksimalni
premer žice v ščetki 1 mm. Žice so sicer v določenih primerih lahko spletene v šope nekoliko
večjega premera, pri čemer pa zaradi nazobčane oblike noža zobje v nobenem primeru ne
zajamejo šopa premera, večjega od 4,4 mm. Pri nerjavnem jeklu je zaradi bistveno večje
trdnosti materiala maksimalni premer žice manjši, in sicer 3,2 mm. Ta vrednost je še vedno
večja od zahtevanih vrednosti o premeru žic v ščetki. Pri medenini dobimo izračunan
maksimalni možni premer polne žice 5,6 mm. Kot je ugotovljeno, tudi tukaj zaradi oblike
noža nikoli ne pride do rezanje večjega premera naenkrat. V preglednici 4.2 so zbrane
izračunane vrednosti za vse tri materiale.
Slika 4.2: Slika nazobčane oblike noža
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 11 -
5 GRED
Pri preračunu gredi se bomo osredotočili na gonilno gred. Gnana stran je praktično simetrična gonilni.
Slika 5.1: Prerez sestave gonilne gredi z nekaj osnovnimi merami
Slika 5.3: Shematski prikaz delovanja sil na gonilno gred
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 12 -
[N] strižna sila noža 1
[N] aksialna sila noža 1
[N] radialna sila zobnika 1
[N] radialna sila v ležaju A v smeri y
[N] aksialna sila v ležaju A v smeri z
[N] radialna sila v ležaju A v smeri x
[N] radialna sila v ležaju B v smeri y
[N] radialna sila v ležaju B v smeri x
[N] obodna sila zobnika 1
[N] obodna sila noža 1
5.1 IZRAČUN SIL V ZOBNIŠKI DVOJICI
Izračun sil v zobniški dvojici je bil izveden s programom zobnik (priloga). Pri preračunu je bil
upoštevan skrajni primer, ki se lahko zgodi, tj. prenos celotne moči na gnano gred.
obodna sila zobnika
radialna sila zobnika
aksialna sila zobnika
5.2 ANALITIČEN IZRAČUN SIL, KI DELUJEJO NA GRED
Določitev aksialne sile na nožu:
Iz teorije sledi, da je nastavitev zračnosti na rezilih približno 8 % debeline rezanega materiala.
Tako je iz trikotnika sil razvidno, da znaša aksialna sila na rezila 8 % strižne sile.
(5.1)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 13 -
Določitev reakcijskih sil v ležajnih mestih [3]:
Ravnina x-z:
∑ (5.3)
∑ (5.4)
Ravnina y-z:
∑ ( ) (5.5)
∑ (5.6)
∑ ( ) (5.2)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 14 -
Skupni radialni sili v podporah
√
√ (5.7)
√
√ (5.8)
Določitev upogibnih momentov v označenih prerezih:
Ravnina x-z:
(5.9)
(5.10)
[N] upogibni moment prereza 1 okoli osi y
[N] upogibni moment prereza 2 okoli osi y
Ravnina y-z:
(5.11)
(5.12)
[N] upogibni moment prereza 1 okoli osi x
[N] upogibni moment prereza 2 okoli osi x
Rezultirajoči upogibni momenti:
√
√ (5.13)
√
√ (5.14)
[N] rezultirajoči upogibni moment v prerezu 1
[N] rezultirajoči upogibni moment v prerezu 2
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 15 -
Kontrola napetosti v prerezu 1:
Prerez 1 je obremenjen z upogibnim in vzvojnim momentom.
(5.15)
[N/mm2] upogibna napetost v prerezu 1
(5.16)
[mm3] upogibni odpornostni moment prereza 1
za gladko gred (tabela 10.3) [2]
(5.17)
[N/mm2] največja vzvojna napetost v prerezu 1
(5.18)
[N/mm2] vzvojni odpornostni moment prereza 1 za
gladko gred (tabela 10.3) [2]
(5.19)
[N/mm2] rezultirajoči upogibni moment v prerezu 1
(5.20)
[mm2] površina prereza 1
(5.21)
[N/mm2] največja rezultirajoča normalna napetost
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 16 -
(5.22)
[/] karakteristika nihajoče normalne obremenitve
√ ( ) (5.23)
√ ( )
[N/mm2] največja primerjalna normalna napetost
( ) (5.24)
[/] korekturni obremenitveni koeficient pri utripni vzvojni obr.
( )
(5.25)
[N/mm2] amplitudna primerjalna normalna napetost
(5.26)
[N/mm2] oblikovna dopustna upogibna napetost v prerezu 1
(5.27)
[N/mm2] upogibna trajna dinamična izmenična trdnost iz tabele 10.1 [2]
za jeklo S235
[/] koeficient velikosti premera iz tabele 10.4 [2] za
[/] koeficient kvalitete površine iz tabele 10.5 [2] za brušeno
površino in jeklo S235 z
iz tabele 10.1 [2]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 17 -
(5.28)
[/] koeficient zareznega učinka pri normalni obremenitvi
[/] oblikovni koeficient pri normalni obremenitvi iz slike
10.8 za prehod iz manjšega na večji premer za
⁄ in ⁄
(5.29)
[mm] premer gredi v prerezu 1
[mm] premer gredi, na katerega se poveča premer iz prereza 1
(5.30)
[mm] radij zaokrožitve na prehodu iz manjšega premerov
[mm] razdalja povečanja polmera gredi na prehodu
[/] dinamični odpornostni koeficient iz tabele 10.6 [2]
[/] varnostni koeficient proti trajnemu lomu
Primerjava:
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 18 -
Kontrola napetosti v prerezu 2:
Prerez 2 je obremenjen z upogibnim in vzvojnim momentom.
(5.31)
[N/mm2] upogibna napetost v prerezu 2
(5.32)
[mm3] upogibni odpornostni moment prereza 2
za gladko gred (tabela 10.3) [2]
(5.33)
[N/mm2] največja vzvojna napetost v prerezu 2
(5.34)
[N/mm2] vzvojni odpornostni moment prereza 2 za
gladko gred (tabela 10.3) [2]
(5.35)
[N/mm2] normalna napetost zaradi delovanja aksialne sile v prerezu 2
[mm2] površina prereza 2
(5.36)
[N/mm2] največja rezultirajoča normalna napetost v prerezu 2
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 19 -
(5.37)
[/] karakteristika nihajoče normalne obremenitve
√ ( ) (5.38)
√ ( )
[N/mm2] največja primerjalna normalna napetost
( ) (5.39)
[/] korekturni obremenitveni koeficient pri utripni vzvojni obr.
( )
(5.40)
[N/mm2] amplitudna primerjalna normalna napetost
[N/mm2] oblikovna dopustna upogibna napetost v prerezu 2
(5.41)
[N/mm2] upogibna trajna dinamična izmenična trdnost iz tabele 10.1 [2]
za jeklo S235
[/] koeficient velikosti premera iz tabele 10.4 [2] za
[/] koeficient kvalitete površine iz tabele 10.5 [2] za brušeno
površino in jeklo S235 z
iz tabele 10.1 [2]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 20 -
(5.42)
[/] koeficient zareznega učinka pri normalni obremenitvi
[/] oblikovni koeficient pri normalni obremenitvi iz slike
10.8 za prehod iz manjšega na večji premer za
⁄ in ⁄
(5.43)
[mm] premer gredi v prerezu 1
[mm] premer gredi, na katerega se poveča premer iz prereza 1
(5.44)
[mm] radij zaokrožitve na prehodu iz manjšega premerov
[mm] razdalja povečanja polmera gredi na prehodu
[/] dinamični odpornostni koeficient iz tabele 10.6 [2]
[/] varnostni koeficient proti trajnemu lomu
Primerjava:
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 21 -
6 OGRODJE MIZE STROJA
Za ogrodje stroja smo izbrali klasično obliko mize. Da bi bila konstrukcija primerno toga, je
zvarjena iz kvadratnih cevi dimenzij 60 x 60 x 5. K ogrodju sta privarjena dva kotnika 60 x 5, ki
služita kot vodili predala za odrezke. Da bi bilo celoten stroj mogoče prevažati z viličarjem,
sta 100 mm od tal prečno privarjeni kvadratni cevi, na kateri se lahko naslonijo vilice viličarja.
Za niveliranje celotnega stroja služijo štiri standardne gibljive noge z navojem M16 x 70 mm.
Višina mize je prilagojena tako, da omogoča delavcu ergonomično delo ob stroju.
Slika 6.1: Ogrodje podstavne mize stroja
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 22 -
7 OHIŠJE GONILA NOŽEV
Zaradi izdelave samo dveh takšnih strojev smo se odločili za varjeno izvedbo ohišja gonila, saj
je ta najbolj ekonomsko upravičena. Gre za gonilo s prestavo 1, s pomočjo katerega
izvedemo vrtenje dveh krožnih nožev v nasprotni smeri z enako vrtilno hitrostjo. Ohišje je
sestavljeno iz 10 mm in 15 mm debelih plošč konstrukcijskega jekla. Te so oblikovane tako,
da je bilo mogoče celotno ohišje zvariti s kotnimi zvari a = 5 mm. Poravnava ležišča ohišja in
izvrtine za pritrditev ležajnih ohišij so bile izdelane s CNC-rezkalnim strojem. Na notrajnih
straneh izvrtin za ležajna ohišja so ojačitveni obroči, s katerim povečamo debelino plošče za
zmanjševanje površinskega tlaka med ohišjem gonila in ležajnim ohišjem.
Slika 7.1: Ohišje gonila nožev
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 23 -
8 SESTAVA REZALNEGA DELA
Slika 8.1 prikazuje celotno sestavo rezalnega dela stroja. V ohišje gonila sta vstavljeni dve
gredi. Zgornja gnana gred je uležajena v svojem ležajnem sistemu, ki je privijačeno na ohišje.
Zaradi tanjšanja nožev pri brušenju mora biti spodnja gred pomična v aksialni smeri.
Pomikamo jo s pomočjo matice, ki je nameščena med zobnikom in ohišjem. Pri pomiku
moremo najprej sprostiti nosilec motorja in zaporo matice, nato z vrtenjem matice
primikamo noža skupaj ali ju po potrebi odmikamo narazen ter s tem nastavljamo zračnost.
Celoten zobniški sklop je pod pločevinastim zaščitnim pokrovom za preprečitev nezgod. Kot
je bilo že omenjeno, je izbran standardni motor z gonilom, s katerim smo na izstopni gredi že
dobili želeno vrtilno hitrost. Tako ni potrebe po dodatnih prestavah, kar bi podražilo izvedbo
gonila.
Slika 8.1: Sestava motroja in gonila z rezili
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 24 -
9 MIZA ZA NASTAVLJANJE DIMENZIJE ŠČETK
Pri nastavljanju dimenzij ščetk smo se osredotočili na dve rešitvi. Prva je pomikanje
podajalnega mehanizma ščetk k nožem in od njih, druga pa pomikanje rezalnega dela ščetk
(nožev) k ščetki in od nje. Na podlagi težavnosti izvedbe smo izbrali eno od rešitev. Ker je
rezalni del izveden bolj kompaktno, tj. v ohišju, ga je lažje pomikati.
Prvotna ideja pomične mize je bila, da so na spodnji plošči pritrjena vodila, po katerih se s
pomočjo navojnega vretena pomika zgornja plošča z rezalnim sklopom (slika 9.1).
Slika 9.1: Prvotna ideja pomične mize
Po premisleku je bilo ugotovljeno, da bi v primeru rezanja večje dimenzije ščetk bila vodila že
pod noži in bi odrezki padali nanje. Zaradi tega bi bilo treba načrtovati še zaščitni pokrov za
vodila, ki bi bil v napoto podajalnemu mehanizmu ščetk. Tako se je porodila preprosta
rešitev, in sicer celoten sklop obrnjen na glavo (slika 9.2).
Slika 9.2: Druga ideja pomične mize
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 25 -
9.1 Preračun vodil in izračun njihovega povesa
Skupna masa komponent, ki bodo na pomični mizi, je izračunana s pomočjo programske
opreme za modeliranje, teža motorja z gonilom pa je odčitana s podatkovnega lista motorja.
Masa zgornjega dela mize, pritrjenega na vodila, se ocenjuje na 50 kg. Vse skupaj znaša
230 kg, kar je enako 2300 N. Ker bosta vodili dve in ker predpostavljamo, da se na vsako
stran vodila prenese približno polovica teže, ki deluje nanjo, pri izračunu uporabimo eno
četrtino te teže.
9.1.1 Izračun reakcij za primer, ko je miza postavljena na sredino vodil:
Slika 9.3: Shema za prikaz delovanja sil na vodila pomične mize v srednji legi
∑ ( ) (9.1)
Ker je shema vodil simetrična, velja tudi:
[N] reakcijska sila v podpori B v smeri y
[N] reakcijska sila v podpori A v smeri y
[N] četrtina sile teže rezalnega sklopa
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 26 -
9.1.2 Izračun reakcij za primer, ko je miza postavljena na skrajno desno stran:
Slika 9.4: Shema za prikaz delovanja sil na vodila pomične mize v skrajni legi
∑ ( ) (9.2)
∑ ( ) (9.3)
[N] reakcijska sila v podpori B v smeri y
[N] reakcijska sila v podpori A v smeri y
[N] četrtina sile teže rezalnega sklopa
Ker smo v drugem primeru dobili najvišjo reakcijsko silo (v podpori B), bomo dalje
obravnavali ta primer.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 27 -
9.1.3 Izračun maksimalnega momenta:
Maksimalen moment se pojavi pri podpori B
(9.4)
[Nm] maksimalni moment, ki se pojavi v vodilu
[m] razdalja od podpore do sile
9.1.4 Izračun maksimalnega dopustnega povesa:
Za vodila se bo uporabil material 42CrMo4 z modulom elastičnosti
(9.5)
[mm] maksimalni dopustni poves
9.1.5 Izračun minimalnega prereza vodila:
(9.6)
√
(9.7)
√
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 28 -
[mm] poves vodila
[N/mm2] modul elastičnosti
[mm4] vztrajnostni moment vodila z okroglim prerezom
[mm] premer vodila
Izbrali smo premer vodil 40 mm. Toliko večji premer smo izbrali zato, da je togost in
nosilnost stroja nekoliko večja, saj je lahko predpostavljena obremenitev nekoliko večja. Pri
kontinuiranem rezanju žičk nastajajo tudi vibracije, česar pri rezanju pločevine ni.
9.2 Končna oblika
Mizo sestavljata dve plošči debeline 20 mm. Spodnja je pritrjena na ogrodje stroja, na njej pa
so drsne puše, ki omogočajo natančno vodenje. Na zgornjo ploščo so pritrjene brušene in
polirane vodilne palice premera 40 mm. Celoten rezalni sklop, vključno s pogonskim
motorjem, je pritrjen na izdelana ležišča v zgornji plošči. Natančen pomik mize in s tem
nastavitev dimenzije ščetke, omogoča navojno vreteno s trapeznim navojem. Pomik se ročno
izvede s pomočjo ročice. Celoten pomik znaša 210 mm, kar zadošča za celoten razpon
premerov ščetk.
Slika 9.5: Pomična miza za nastavitev premera ščetk
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 29 -
10 PRIJEMALO ŠČETK
Prijemalo ščetk je predstavljalo najkompleksneši sestavni del stroja. Zagotavljati mora več
funkcij, in sicer: vpetje ščetke, pomik ščetke k nožem, krožno podajalno gibanje ščetke in
višinsko nastavitev ščetke. Pri vsem tem je bila največja ovira motor z gonilom, saj je njegova
masa relativno velika (19,4 kg), kar pri hitrih gibih predstavlja veliko masno vztrajnost.
Za izvedbo tega prijemala smo se osredotočili na dve možnosti izvedbe pomika ščetke
k nožem. Izvedba z linearnimi vodili, kjer bi bil pomik ščetke vzporeden z noži, in pa izvedba z
ročico, kjer se ščetka pomakne k nožu z vrtenjem okoli tečaja. Za slednjo rešitev smo se tudi
odločili, saj nam tako ni treba uporabiti vodil, ki so relativno drag sklop.
Kot je že bilo omenjeno, je največji problem predstavljala postavitev motorja in
njegova teža. Da bi njegova teža predstavljala čim manjši vpliv na gibanje, ga je bilo treba
postaviti tako, da je njegovo težišče čim bolj sovpadalo z vrtiščem ročice. Ker je zgornje
prijemalo ščetke pomično, smo naredili gnano spodnje prijemalo, in sicer s pomočjo
zobatega jermena. Zaradi različnih dimenzij ščetk je tako potrebno tudi prilagajanje obodne
hitrosti ščetk, da se uskladi z rezalno hitrostjo nožev. To je izvedeno s pomočjo frekvenčnega
regulatorja, ki omogoča zvezno nastavitev vrtljajev motorja v ustreznem območju.
10.1 Vpetje ščetk
Vpetje ščetk mora biti izvedeno s pnevmatskimi cilindri. Želja naročnika je, da je sila vpetja
pri največjih ščetkah okoli 600 N in delovni tlak do maksimalno 7 barov.
Izračun potrebnega premera bata:
(10.1)
√
√
[N] vpenjalna sila
[N/m2] tlak komprimiranega zraka
[ ] premer bata
[ ] površina bata
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 30 -
Pri izračunu potrebnega premera bata smo dobili minimalni potrebni premer 33 mm.
Najbližji standardni premer bata je 32 mm, vendar smo zaradi ocene potrebne sile in
možnosti, da se pojavi nižji tlak, izbrali naslednji večji premer, ki znaša 40 mm. Za lažje
vstavljanje ščetke v čeljusti znaša hod batnice 200 mm. Izbrani standardni (ISO 15552)
pnevmatski cilinder: DSBC-40-200-PA
Pri vpetju ščetke se je pojavila še ena dodatna zahteva, in sicer, da se ob vrtenju
ščetke ne sme vrteti bat pnevmatskega cilindra. Zato smo morali načrtovati še vmesni člen,
ki omogoča, da se čeljust vrti, batnica pa miruje. Vse skupaj je bilo treba skonstruirati čim
manjše (slika 10.1).
Slika 10.1: Prerez vrtljive sklopke za preprečevanje vrtenja batnice
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 31 -
10.1.1 Izračun življenske dobe ležaja [3]:
Osnovni podatki izbranega ležaja [8]:
6001-2Z
Določitev dinamične ekvivalentne obremenitve ležaja:
(10.2)
}
[N] dinamična ekvivalentna obremenitev ležaja
[N] radialna obremenitev
[N] aksialna obremenitev
[/] dinamični radialni koeficient
[ ] dinamični aksialni koeficient
[ ] površina bata
Določitev približne življenske dobe ležaja:
(
)
(
)
(10.3)
osnovna življenska doba ležaja
eksponent za krogljični ležaj
temperaturni koeficient ležaja iz tabele 11.18 za
[h] življenska doba ležaja
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 32 -
Izračunana življenska doba ležaja znaša 52257 ur, kar je 2177 dni neprestanega obratovanja.
Ta doba je visoko nad pričakovano, zato je ta ležaj ustrezen za vgradnjo.
10.1.2 Čeljusti za vpetje ščetke
Čeljusti, ki vpenjajo ščetke, so za vsak tip drugačne, saj imajo ščetke različne premere
vpenjalnih lukenj. Tako je bilo treba narediti vpetje čeljusti tako, da jih je mogoče hitro
zamenjati. Zgornja čeljust se natakne na ležišče in skozi sredino privijači. Spodnja čeljust
mora prenašati še vrtilni moment, zato sta vstavljena dva zatiča, s katerima se prenese vrtini
moment iz gredi na čeljust (slika 10.2).
Slika 10.2: Prerez pogona spodnje čeljusti
10.1.3 Kontrola striga v zatičih:
Iz podatkov motorja z gonilom (Preglednica 3.2):
(10.4)
[Nm] moment motorja za pogon ščetk
[N] strižna dvojica sil
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 33 -
(10.5)
Primerjava:
⁄
Sornika ustrezata.
10.2 Jermen pogona ščetk
10.2.1 Preračun potrebnega jermena:
Izbira velikosti jermena za
(10.6)
(10.7)
(10.8)
[/] koeficient obratovanja zobatih jermenov
koeficient obratovanja slika 1.12 [5] za:
pogonski stroj: el. motor z majhnim zagonskim momentom
delovni stroj: lahki sunki
vrsta gonila: jermensko
čas obratovanja: 3 ure dnevno
[kW] moč motorja
korekturni koeficient za zobate jermene s HTD-profilom
koeficient prestavnega razmerja za
[ ] dinamični aksialni koeficient
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 34 -
Izbrani profil jermena za in je 5M
Potrebna širina jermena:
(10.9)
[mm] širina jermena
[N] obodna sila
[N] dopustna obodna sila na milimeter širine jermena
[/] koeficient števila zob v obiru za
[/] koeficient dolžine jermena iz tabele 3.29 [5]
(10.10)
[m/s] hitrost jermena
(10.11)
[/] število zob jermenice
[min-1] nazivno število vrtljajev jermenice
[mm] delitev zob jermena
(
) (10.12)
(
( )
)
}
}
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 35 -
[mm] širina jermena
korekturni koeficient za zobate jermene s HTD-profilom
koeficient prestavnega razmerja za
[ ] dinamični aksialni koeficient
(10.13)
[/] število zob v obiru na manjši jermenici
[/] število zob manjše jermenice
[°] objemni kot na manjši jermenici
Izračunana vrednost širine jermena znaša 35,4 mm. To velja za pogoje, kadar je jermen
maksimalno obremenjen. Največja standardna širina za velikost jermena 5M znaša 25 mm.
Ker pogon omogoča enako obodno hitrost ščetke, kot je rezalna hitrost, in so izkušnje pri
podobnih strojih pokazale, da tudi brez pogona noži sami zavrtijo ščetko, menimo, da tudi
širina 25 mm ustreza.
10.2.2 Ustreznost jermena po proizvajalčevih pregledinicah:
Število zob jermenice: 30
Nazivni vrtljaji: 120 min-1
Profil jermena 5M
Odčitki maksimalnih moči za jermen iz preglednice proizvajalca (podatki v preglednici veljajo
za širino jermena 25 mm):
Preglednica 10.1: Proizvajalčevi podatki o maksimalni moči za jermen (celotna preglednica v prilogi)
28 [zob] 30 [zob]
100 [min-1] 0,188 [kW] 0,221 [kW]
300 [min-1] 0,497 [kW] 0,587 [kW]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 36 -
Linearna interpolacija vrednosti za naš primer:
28 zob:
( )
( ) (10.14)
32 zob:
( )
( ) (10.15)
30 zob:
(10.16)
Iz odčitka iz tabel je razvidno, da je največja dovoljena moč večja od vgrajenega motorja z
gonilom. Po proizvajalčevih podatkih jermen ustreza.
10.2.3 Napetje jermena:
V proizvajalčevem katalogu je navedena maksimalna sila napetja 208 N za tip in profil
jermena HTD 5M. Ta vrednost je podana za širino jermena 10 mm.
Maksimalna sila napetja za naš primer:
(10.17)
[N] maksimalna sila napetja
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 37 -
10.3 Sestava prijemala ščetk
Slika 10.3 prikazuje končno sestavo prijemala ščetk. Na zgornjem delu tečaja je vijak z
zaporo, ki omogoča nastavitev celotnega prijemala po višini za 15 mm. Zaradi različnih tipov
in debelin ščetk je treba nastaviti tako višino, da sredina ščetke sovpada s sredino nožev.
Dodana je še zaščita jermena, saj bi drugače odrezki (kosi žice) prišli med jermen in
jermenico in ju tako poškodovali.
Slika 10.3: Sestav prijemala in pogona ščetk
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 38 -
11 KORITO ZA ODREZKE
Ker stroj ustvarja veliko odrezkov, je za te potrebno imeti ustrezno mesto. Za ta namen je
pod celotnim rezalnim delom nameščeno korito v obliki predala. Korito leži na vodilih,
narejenih iz kotnikov, po katerih ga izvlečemo ven, da ga lahko izpraznimo. To je mogoče
storiti tudi z viličarjem, če je le dovolj prostora za njegov dostop s te strani stroja. Korito je
narejeno iz treh kosov 3 mm debele krivljene pločevine in zvarjeno skupaj (slika 11.1).
Slika 11.1: Korito za odrezke
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 39 -
12 SESTAVA SKELETA STROJA
Ko so bili skonstruirani in pridobljeni vsi standardni sestavni deli in sklopi, se je pričela
sestava v celoto. Najprej se je sestavil funkcionalni del stroja, nato pa se je dodalo še zaščitno
ohišje.
Slika 12.1 prikazuje sestavljen funkcionalni del stroja. Kot je razvidno že iz prejšnjih
poglavij, stroj sestoji iz mize, na katero je pritrjena pomična miza za nastavljanje premera
ščetk, na tej pa je pogonski motor z gonilom in krožnikastimi škarjami. Na nasprotni strani je
na mizo pritrjen podajalni in vpenjalni mehanizem ščetk.
Slika 12.1: Sestava stroja brez ohišja
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 40 -
13 OHIŠJE STROJA
Za zagotavljanje varnosti pred poškodbami operaterja na stroju je celoten stroj zaprt v
pločevinasto ohišje. To ohišje preprečuje operaterju, da ga gibljivi deli ne poškodujejo.
Operater streže stroj skozi okno, ki je v stanju pripravljenosti odprto. Operater vstavi surovec
in pritisne tipko start. Okno se avtomatsko zapre in po zaprtju se opravi celoten delovni
proces. Šele ko je celoten delovni proces končan, se okno odpre in operater lahko vzame
ščetko.
13.1 Vrata
Za omogočanje vzdrževalnih del so na stroju vrata. Vrata imajo vgrajeno varnostno stikalo, ki
blokira celoten stroj, če se vrata odprejo. Na vratih smo morali narediti okno, skozi katero
operater streže stroj. Odpiranje okna je izvedeno s pomočjo pnevmatskega cilindra, in sicer
tako, da se okno pomakne navzdol. Zaradi omejitve z višinami je lahko pomičnega dela okna
le dobra polovica, ostali del mora biti fiksen. Največja težava, ki se je tukaj pojavila, je zunanji
premer cilindra, ki je moral biti manjši od debeline vrat. Zaradi varnostnega stikala na vratih
ni potrebne ključavnice, tako je zapiranje izvedeno z vijakom, ki ga je mogoče priviti z roko.
Slika 12.1: Vrata
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 41 -
14 KONČNA SESTAVA STROJA
Ko so bili skonstruirani vsi sestavni deli, je sledila še končna sestava modela. Sliki 12.2 in 12.3
prikazujeta dokončno sestavljen model. Sestava oz. stroj vsebuje vse strojne elemente, ki so
potrebni za delovanje stroja, razen električnega dela in pnevmatskega krmilja. V ta namen je
bila dograjena elektroomara z vso električno in pnevmatsko opremo ter s krmilno omaro.
Na sliki 12.2 se vidi del stroja, ki ni zaprt v ohišju. To je narejeno zaradi lažjega
nastavljanja velikosti ščetk in dostopa do elektro motorja. Na tem delu so prav tako zaščiteni
vsi nevarni deli. Tukaj je tudi mogoče dostopati do predala z odrezki, da se ga po potrebi
izprazni.
Slika 12.2: Končna sestava stroja 1
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 42 -
Avtomatsko pomično okno omogoča pogled operaterja na območje obdelave (slika 12.3).
Kot je že bilo omenjeno, je zgornji del okna fiksen, spodnji pa je v stanju čakanja odprt
(spuščen navzdol) in se med procesom delovanja zapre, da onemogoči poseganje operaterja
v nevarno območje.
Slika 12.4: Končna sestava stroja 2, pogled operaterja na delovno območje
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 43 -
15 TEHNIČNA DOKUMENTACIJA
Ko je bil 3D-model stroja končan, se je začela izdelovati tehnična dokumentacija. Celotna
tehnična dokumentacija je bila narejena v skladu z navodili in napotki tehničnega risanja,
povzetih po standardih SIST ISO, ki jih je prevzel Urad za standardizacijo in meroslovje
Slovenije in po ustreznih nemških standardih DIN [4].
Za različne namene uporabljamo različne risbe, ki so klasificirane po SIST ISO 10209. V
začetku so nastajale skice, ki so bile narejene prostoročno, za upodobitev nastalih idej.
Kasneje je bilo pri izdelavi tehnične dokumentacije izdelanih 12 sestavnih risb in 62
delavniških risb. Uporabljeni so bili formati risb od A4 do A1.
Slika 13.1 prikazuje primer delavniške risbe, po kateri je bilo izdelano ohišje zgornje
gredi v gonilu.
Slika 13.1: Delavniška risba ohišja zgornje gredi
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 44 -
16 IZDELANI STROJ
Ko je bila izdelana celotna dokumentacija, je šel stroj v izdelavo. Izdelava je stekla po
smiselno urejenih sklopih. Izdelava pločevinastega ohišja je potekala na drugi lokaciji kot
ostali del. Istočasno z začetkom izdelave je bilo treba naročiti vse standardne sestavne dele,
kot so na primer: ročaj, kolesce za vrtenje, vreteno, nastavljive noge, motorja, pnevmatska
cilindra, jermen, itd. Večina standardnih delov je od proizvajalca Mädlerja.
Slika 14.1 prikazuje dokončani stroj, ki je pripravljen za uporabo.
Slika 14.1: Izdelani stroj
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 45 -
Za delovanje stroja je potreben še električni in pnevmatski del, ki se nahaja v elektroomari,
kjer je vgrajeno vso krmilje in napajanje elektromotorjev. Vgrajeno ima glavno stikalo, s
katerim odvzamemo električno napetost celotnemu stroju. Desno nad omaro je pnevmatska
pripravna skupina za oskrbo s komprimiranim zrakom.
Slika 14.2: Krmilna omara in pnevmatska pripravna skupina
Na vratih je pritrjen komandni pult (slika 14.3), s katerim operater nastavlja hitrost vrtenja
ščetke in čas rezanja ščetke. Vsebuje tudi tipko start za zagon delovnega cikla, ustavitev cikla
in zasilni izklop.
Slika 14.5: Komandni pult
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 46 -
17 ZAKLJUČEK
Pri nalogi smo naleteli na različne izzive, na primer: kako rešiti problem pomikanja gonilne
gredi v osni smeri za nastavitev zračnosti nožev ali kako izvesti uležajenje ščetke za tako velik
razpon velikosti ščetk in še mnoge druge. Z ogledi že obstoječega stroja in posvetovanji z
drugimi smo prišli do rešitev, ki so se v času testiranja stroja pokazale za dobre. Med samo
izdelavo se je sicer pokazalo, da je mogoče narediti še kakšne manjše spremembe, ki
pripomorejo k lažji izdelavi, na funkcionalnost pa nimajo vpliva.
Ob morebitnem večjem povpraševanju po stroju tega tipa bi bilo treba narediti še
kakšne optimizacije, kjer bi zaradi manjše porabe materiala in lažje izdelave lahko
privarčevali nekaj denarja.
V času pisanja magistrske naloge je bil dokončno izdelan en stroj in dobavljen kupcu,
drugi pa je bil v fazi sestavljanja vseh komponent v celoto.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Magistrsko delo
- 47 -
18 LITERATURA
[1] B. Kraut, Krautov strojniški priročnik, 13. izdaja. Ljubljana: Littera picta, 2001.
[2] Z. Ren, S. Glodež, Strojni elementi: I. del. Maribor: Založništvo Fakultete za
strojništvo, 2001.
[3] Z. Ren, A. Belšak, Zbirka nalog iz strojnih elementov: I. del. Maribor: Založništvo
Fakultete za strojništvo, 2012
[4] S. Glodež, Tehnično risanje 5. izdaja. Ljubljana: Tehniška založba Slovenije, 2012.
[5] Z. Ren, S. Glodež, Strojni elementi: Torna, jermenska in verižna gonila. Maribor:
Fakulteta za strojništvo, 2007
[6] Z. Ren, S. Glodež, A. Belšak, Zbirka nalog iz strojnih elementov: Torna, jermenska in
verižna gonila. Maribor: Fakulteta za strojništvo, 2007
[7] E-katalog Watt drive, dosegljivo: http://www.wattdrive.com/en/e-catalog-
cat4cad.html [datum dostopa: 16. 12. 2015]
[8] E-katalog SKF, dosegljivo: http://www.skf.com/group/products/bearings-units-
housings/ball-bearings/deep-groove-ball-bearings/single-row-deep-groove-ball-
bearings/single-row/index.html [datum dostopa: 23. 3. 2016]
[9] E-katalog Mädler, dosegljivo: http://info.maedler.de/ [datum dostopa: 15. 11. 2015]
ZOBGON 6.0
Program za preračun valjastih zobnikov
Univerza v Mariboru,
Fakulteta za strojništvo
OSNOVNI PODATKI O GONILU
Vhodna moč P1 = 1,000 kW
Izhodna moč P2 = 0,964 kW
Vstopni moment T1 = 106,103 Nm
Izstopni moment T2 = 102,240 Nm
Vhodna vrtilna hitrost n1 = 90,000 min-1
Izhodna vrtilna hitrost n2 = 90,000 min-1
Število zob - zobnik 1 z1 = 48
Število zob - zobnik 2 z2 = 48
Željeno prestavno razmerje i = 1,000
Dobljeno prestavno razmerje id = 1,000
Odstopanje prestavnega razmerja = 0,000 %
Medosna razdalja a = 192,000 mm
Dovoljeno odstopanje medosne razdalje = +0,036/-0,036 mm
Izkoristek zobniškega para ηz = 99,351 %
Celotni izkoristek ηs = 96,351 %
Stopnja profilnega ubiranja εp = 1,748
Stopnja bočnega ubiranja εq = 0,000
Stopnja celotnega ubiranja εs = 1,748
Vsota koeficientov profilnih premaknitev x1+x2 = 0,000
Normalni modul mn = 4,000 mm
Čelni modul m = 4,000 mm
Nagibni kot bočnic na:
Razdelnem krogu
Kinematičnem krogu
Osnovnem krogu
β0 =
β =
βB =
0,000
0,000
0,000
°
°
°
Ubirni kot v normalnem prerezu na:
Razdelnem krogu
Kinematičnem krogu
αn =
αcn =
20,000
20,000
°
°
Ubirni kot v celotnem prerezu na:
Razdelnem krogu
Kinematičnem krogu
α0 =
α =
20,000
20,000
°
°
Normalni razdelek tn = 12,566 mm
Razdelek v čelnem prerezu t0 = 12,566 mm
Osnovni razdelek v:
Normalnem prerezu
Čelnem prerezu
tnb =
tb =
11,809
11,809
mm
mm
Kvaliteta izdelave ozobja : 8
GEOMETRIJSKI PODATKI ZOBNIKA 1
Normalni modul mn = 4,000 mm
Število zob z1 = 48
Kinematični premer dw1 = 192,000 mm
Razdelni premer d1 = 192,000 mm
Osnovni premer db1 = 180,420 mm
Temenski premer da1 = 200,000 mm
Vznožni premer df1 = 182,000 mm
Koeficient profilne premaknitve x1 = 0,000
Profilna premaknitev x1*mn = 0,000 mm
Širina zobnika b1 = 30,000 mm
Višina korena zoba hf1 = 5,000 mm
Višina vrha zoba ha1 = 4,000 mm
Debelina vrha glave zoba skn1 = 0,800 mm
Temenski razstop c1 = 1,000 mm
PODATKI O MATERIALU ZOBNIKA 1
Material
Ck 45_______
(C.1531)
Shl=1100
Sfl=350
Trajna dinamična trdnost za Hertzov tlak σHlim1 = 1100,000 N/mm2
Trajna dinamična trdnost za utripno napetost v
zobnem korenu σFlim1 = 350,000
Poissonovo število ν1 = 0,300 N/mm2
Modul elastičnosti E1 = 210000,000
Povprečna srednja višina neravnosti Rz1 = 3,000 μm
Trdota jedra zoba : 220
Trdota zobnih bokov : 400
Toplotna obdelava : Nitrirano v
kopeli
GEOMETRIJSKI PODATKI ZOBNIKA 2
Normalni modul mn = 4,000 mm
Število zob z2 = 48
Kinematični premer dw2 = 192,000 mm
Razdelni premer d2 = 192,000 mm
Osnovni premer db2 = 180,420 mm
Temenski premer da2 = 200,000 mm
Vznožni premer df2 = 182,000 mm
Koeficient profilne premaknitve x2 = 0,000
Profilna premaknitev x2*mn = 0,000 mm
Širina zobnika b2 = 30,000 mm
Višina korena zoba hf2 = 5,000 mm
Višina vrha zoba ha2 = 4,000 mm
Debelina vrha glave zoba skn2 = 0,800 mm
Temenski razstop c2 = 1,000 mm
PODATKI O MATERIALU ZOBNIKA 2
Material
Ck 45_______
(C.1531)
Shl=1100
Sfl=350
Trajna dinamična trdnost za Hertzov tlak σHlim2 = 1630,000 N/mm2
Trajna dinamična trdnost za utripno napetost v
zobnem korenu σFlim2 = 460,000 N/mm2
Poissonovo število ν2 = 0,300 N/mm2
Modul elastičnosti E2 = 210000,000
Povprečna srednja višina neravnosti Rz2 = 3,000 μm
Trdota jedra zoba : 270
Trdota zobnih bokov : 720
Toplotna obdelava : Nitrirano v
kopeli
SILE NA ZOBE V KINEMATIČNEM POLU C
Sile na zobe zobnika 1:
Obodna sila
Radialna sila
Aksialna sila
Fo1 =
Fr1 =
Fa1 =
1105,241
402,275
0,000
N
N
N
Sile na zobe zobnika 2:
Obodna sila
Radialna sila
Aksialna sila
Fo2 =
Fr2 =
Fa2 =
1105,241
402,275
0,000
N
N
N
PODATKI O MAZANJU
Kinematična viskoznost olja pri 50°C ν = 150,000 mm2/s
Gostota olja pri 15°C ρ = 900,000 kg/m3
Delovna temperatura olja Td = 60,000 °C
Temperatura okolice Td = 20,000 °C
IZGUBE MOČI IN IZKORISTKI
Izguba moči v ozobju Pvz = 0,005 kW
Izguba moči v prostem teku Pvzo = 0,000 kW
Izguba moči v ležajih in tesnilih Pvlt = 0,030 kW
Skupna izguba moči Pv = 0,036 kW
Izkoristek ozobja ηz = 99,351 %
Celotni izkoristek ηg = 96,351 %
TRDNOSTNA KONTROLA ZOBNIŠKE DVOJICE PO DIN 3990
TRDNOSTNA KONTROLA NA HERTZOV TLAK
ZOBNIK 1:
Imenski bočni tlak
Dejanski bočni tlak
Dopustni bočni tlak
Dopustni bočni tlak je izračunan za TRAJNO
trdnost!
Varnost proti jamničenju
Minimalna varnost proti jamničenju
Varnost proti jamničenju USTREZA!
σH01 =
σH1 =
σHP1 =
SH1 =
SHmin1 =
256,620
537,463
1093,936
2,035
1,000
N/mm2
N/mm2
N/mm2
ZOBNIK 2:
Imenski bočni tlak
Dejanski bočni tlak
Dopustni bočni tlak
Dopustni bočni tlak je izračunan za TRAJNO
trdnost!
Varnost proti jamničenju
Minimalna varnost proti jamničenju
Varnost proti jamničenju USTREZA!
σH02 =
σH2 =
σHP2 =
SH2 =
SHmin2 =
256,620
537,463
1628,264
3,029
1,000
N/mm2
N/mm2
N/mm2
TRDNOSTNA KONTROLA NA LOM V KORENU ZOBA
ZOBNIK 1:
Imenska napetost v korenu zoba
Dejanska napetost v korenu zoba
Dopustna napetost v korenu zoba
Dopustna napetost je izračunana za TRAJNO
trdnost!
Varnost proti lomu v korenu zoba
Minimalna varnost proti lomu v korenu zoba
Varnost proti lomu v korenu zoba USTREZA!
σF01 =
σF1 =
σFP1 =
SF1 =
SFmin1 =
27,138
99,222
700,000
7,054
1,400
N/mm2
N/mm2
N/mm2
ZOBNIK 2:
Imenska napetost v korenu zoba
Dejanska napetost v korenu zoba
Dopustna napetost v korenu zoba
Dopustna napetost je izračunana za TRAJNO
trdnost!
Varnost proti lomu v korenu zoba
Minimalna varnost proti lomu v korenu zoba
Varnost proti lomu v korenu zoba USTREZA!
σF02 =
σ F2 =
σFP2 =
SF2 =
SFmin2 =
27,138
99,222
920,000
9,272
1,400
N/mm2
N/mm2
N/mm2
MERILNE VELIČINE ZOBNIŠKE DVOJICE
Minimalni krožni razstop jmin = 0,134 mm
Maksimalni krožni razstop jmax = 0,586 mm
MERILNE VELIČINE ZOBNIKA 1:
Označba za kontrolo in tolerance po DIN3967
S' 8 d 28
Ločna debelina zob na temenskem krogu v:
čelnem prerezu sk1 = 3,092 mm
normalnem prerezu snk1 = 3,092 mm
Ločna debelina zob na razdelnem krogu v:
čelnem prerezu st1 = 6,283 mm
normalnem prerezu sn1 = 6,283 mm
Tetivna debelina zob na razdelnem krogu
v normalnem prerezu scn01 = 6,282 mm
globina merjenja hn01 = 4,051 mm
Tetivna debelina zob na premeru dy1 = 192,mm
v normalnem prerezu scny1 = 6,282 mm
globina merjenja hny1 = 4,051 mm
Zgornji odstopek debeline zob Asne1 = -0,080 mm
Spodnji odstopek debeline zob Asni1 = -0,280 mm
Število zob, ki čeznje merimo k1 = 6,000 mm
Mera čez zobe Wk1 = 67,635 mm
Zgornji odstopek mere Awe1 = -0,033 mm
Spodnji odstopek mere Awi1 = -0,115 mm
Premer merilne kroglice-valjčka dM1 = 7,000 mm
Mera čez kroglici-valjčka Mdk1 = 202,032 mm
Zgornji odstopek mere AMde1 = -0,198 mm
Spodnji odstopek mere AMdi1 = -0,693 mm
MERILNE VELIČINE ZOBNIKA 2:
Označba za kontrolo in tolerance po DIN3967
S' 8 d 28
Ločna debelina zob na temenskem krogu v:
čelnem prerezu sk2 = 3,092 mm
normalnem prerezu snk2 = 3,092 mm
Ločna debelina zob na razdelnem krogu v:
čelnem prerezu st2 = 6,283 mm
Tetivna debelina zob na razdelnem krogu
v normalnem prerezu scn02 = 6,282 mm
globina merjenja hn02 = 4,051 mm
Tetivna debelina zob na premeru dy2 = 192,mm
v normalnem prerezu scny2 = 6,282 mm
globina merjenja hny2 = 4,051 mm
Zgornji odstopek debeline zob Asne2 = -0,080 mm
Spodnji odstopek debeline zob Asni2 = -0,280 mm
Število zob, ki čeznje merimo k2 = 6,000 mm
Mera čez zobe Wk2 = 67,635 mm
Zgornji odstopek mere Awe2 = -0,033 mm
Spodnji odstopek mere Awi2 = -0,115 mm
Premer merilne kroglice-valjčka dM2 = 7,000 mm
Mera čez kroglici-valjčka Mdk2 = 202,032 mm
Zgornji odstopek mere AMde2 = -0,198 mm
Spodnji odstopek mere AMdi2 = -0,693 mm
134 ®
14 16 18 20 24 28 32 36 40 44 48 56 64 72 80 22,28 25,46 28,65 31,83 38,20 44,56 50,93 57,30 63,66 70,03 76,39 89,13 101,86 114,59 127,32
6 8 9 12 15 19 22 25 32 40 50 0,18 0,25 0,29 0,42 0,54 0,72 0,86 1,0 1,32 1,69 2,14
20 0,005 0,006 0,009 0,012 0,015 0,017 0,020 0,022 0,025 0,028 0,030 0,035 0,040 0,045 0,050 40 0,009 0,012 0,017 0,022 0,027 0,032 0,037 0,042 0,047 0,052 0,056 0,066 0,075 0,084 0,093 60 0,013 0,017 0,024 0,032 0,039 0,046 0,054 0,061 0,068 0,075 0,082 0,095 0,109 0,122 0,135 100 0,020 0,026 0,038 0,050 0,062 0,074 0,085 0,096 0,107 0,118 0,129 0,151 0,172 0,193 0,214 200 0,036 0,048 0,071 0,093 0,115 0,137 0,158 0,179 0,200 0,220 0,240 0,280 0,320 0,358 0,397 400 0,065 0,087 0,130 0,171 0,212 0,252 0,291 0,330 0,369 0,406 0,444 0,517 0,590 0,660 0,730 600 0,091 0,122 0,184 0,244 0,302 0,359 0,415 0,471 0,525 0,579 0,632 0,736 0,838 0,937 1,035 800 0,115 0,155 0,235 0,312 0,387 0,461 0,533 0,604 0,674 0,742 0,810 0,942 1,070 1,194 1,315 1000 0,13 0,19 0,28 0,38 0,47 0,56 0,64 0,73 0,81 0,89 0,98 1,13 1,29 1,43 1,57 1400 0,18 0,24 0,37 0,50 0,62 0,74 0,86 0,97 1,08 1,18 1,29 1,49 1,67 1,85 2,01 1600 0,20 0,27 0,42 0,56 0,69 0,83 0,96 1,08 1,20 1,32 1,43 1,64 1,84 2,02 2,19 2000 0,23 0,33 0,59 0,67 0,84 0,99 1,14 1,29 1,43 1,56 1,69 1,92 2,13 2,31 2,45 2400 0,32 0,41 0,59 0,76 0,92 1,08 1,22 1,36 1,51 1,64 1,77 2,02 2,26 2,49 2,71 2850 0,35 0,46 0,67 0,86 1,04 1,22 1,39 1,55 1,71 1,86 2,00 2,29 2,55 2,81 3,06 3600 0,41 0,54 0,79 1,02 1,23 1,44 1,64 1,83 2,01 2,19 2,36 2,69 3,00 3,29 3,58 4000 0,44 0,58 0,85 1,09 1,33 1,55 1,765 1,97 2,16 2,35 2,54 2,89 3,22 3,53 3,83 5000 0,51 0,67 0,98 1,27 1,55 1,81 2,05 2,29 2,52 2,73 2,95 3,35 3,72 4,07 4,41 6000 0,56 0,75 1,11 1,44 1,75 2,04 2,32 2,58 2,84 3,08 3,31 3,76 4,17 4,56 4,93 8000 0,80 1,03 1,46 1,84 2,19 2,52 2,82 3,09 3,34 3,57 3,77 4,12 4,39 4,57 4,66 10000 0,89 1,16 1,65 2,09 2,48 2,83 3,15 3,43 3,68 3,89 4,07 4,34 4,47 4,47 4,33 12000 0,97 1,27 1,81 2,29 2,71 3,07 3,39 3,66 3,88 4,06 4,19 4,30 4,21 - - 14000 1,03 1,36 1,94 2,45 2,88 3,24 3,50 3,78 3,96 4,07 4,11 3,99 - - -
20 0,016 0,020 0,024 0,028 0,036 0,044 0,051 0,059 0,066 0,074 0,081 0,095 0,110 0,124 0,138 40 0,031 0,038 0,046 0,053 0,068 0,082 0,097 0,111 0,125 0,139 0,153 0,180 0,207 0,234 0,261 60 0,044 0,055 0,065 0,076 0,098 0,119 0,140 0,160 0,181 0,201 0,221 0,261 0,300 0,339 0,377 100 0,068 0,085 0,103 0,120 0,154 0,188 0,221 0,254 0,286 0,319 0,351 0,414 0,476 0,538 0,599 300 0,171 0,219 0,266 0,313 0,406 0,497 0,587 0,675 0,762 0,848 0,934 1,101 1,266 1,426 1,584 400 0,216 0,278 0,340 0,401 0,521 0,638 0,754 0,868 0,980 1,091 1,200 1,413 1,621 1,823 2,020 600 0,299 0,388 0,477 0,564 0,736 0,903 1,068 1,229 1,386 1,540 1,691 1,984 2,263 2,528 2,779 800 0,374 0,490 0,604 0,716 0,936 1,149 1,357 1,559 1,756 1,946 2,131 2,481 2,805 3,101 3,366 1000 0,44 0,58 0,72 0,86 1,12 1,38 1,62 1,86 2,09 2,31 2,51 2,90 3,23 3,52 3,75 1400 0,68 0,84 0,98 1,14 1,43 1,71 1,98 2,25 2,51 2,77 3,02 3,51 3,99 4,44 4,89 1600 0,76 0,90 1,10 1,26 1,59 1,90 2,21 2,51 2,80 3,08 3,36 3,91 4,43 4,93 5,41 2000 0,89 1,10 1,31 1,51 1,90 2,27 2,64 2,99 3,34 3,68 4,01 4,65 5,25 5,83 6,37 2400 1,03 1,27 1,50 1,74 2,19 2,62 3,04 3,45 3,85 4,24 4,61 5,33 6,00 6,63 7,21 2850 1,16 1,44 1,71 1,98 2,50 2,99 3,47 3,94 4,38 4,82 5,23 6,02 6,74 7,40 7,99 3600 1,37 1,70 2,04 2,36 2,98 3,57 4,13 4,67 5,19 5,68 6,15 7,01 7,75 8,39 8,90 4000 1,48 1,84 2,20 2,54 3,21 3,85 4,46 5,03 5,58 6,09 6,57 7,44 8,17 8,74 9,17 5000 1,71 2,14 2,57 2,98 3,76 4,49 5,18 5,81 6,40 6,94 7,42 8,22 8,77 9,05 9,04 6000 1,97 2,42 2,89 3,36 4,23 5,04 5,77 6,44 7,02 7,53 7,95 8,52 8,69 8,42 8,26 8000 2,63 3,14 3,53 4,00 4,92 5,62 6,38 6,65 6,96 7,12 7,12 7,02 - - - 10000 2,92 3,49 4,03 4,51 5,33 5,95 6,36 6,53 6,46 6,12 6,00 - - - - 12000 3,32 3,73 4,27 4,74 5,46 5,86 5,93 5,62 - - - - - - - 14000 3,62 3,93 4,35 4,76 5,27 5,30 4,83 - - - - - - -
10 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 56 64 72 80 9,55 11,46 15,28 19,10 22,92 26,74 30,56 34,38 38,20 42,02 45,84 53,48 61,12 68,75 76,39
Profile 3M, Performance Figures in kW/25 mm Timing Belt Width
HTD Timing-Belt Drives (Metric Pitch)
Profile 5M, Performance Figures in kW/25 mm Timing Belt Width
The permissible performance figures for any timing belt width can be calculated by multiplying the figures in the table above with the respective width factors.
Teeth No. of Small Pulley
Effective Diameter mm
Speed of small pulley (min-1)
Teeth No. of Small Pulley
Effective Diameter mm
Speed of small pulley (min-1)
Width Factors 3M and 5M
In this area of the table the service life might be shortened with increasing torque and a ratio close to 1 : 1. Please ask for more information.
Refers to cases where both circumstance come together. (shorter service life and no pulleys made from cast iron).
Speeds higher than 30 m/s. Cast iron pulleys cannot be used in this range.
Timing Belt Width Width Factor