vÝpoČtovÁ zprÁva: pohon talÍŘe
TRANSCRIPT
Katedra konstruování strojů
Fakulta strojní
KA 10 - VULKANIZAČNÍ LIS
VÝPOČTOVÁ ZPRÁVA: POHON TALÍŘE
doc. Ing. Martin Hynek, PhD. a kolektiv
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
verze - 1.0
Hledáte kvalitní studium?
Nabízíme vám jej na Katedře konstruování strojů Katedra konstruování strojů je jednou ze šesti kateder Fakulty strojní na Západočeské univerzitě v
Plzni a patří na fakultě k největším. Fakulta strojní je moderní otevřenou vzdělávací institucí
uznávanou i v oblasti vědy a výzkumu uplatňovaného v praxi.
Katedra konstruování strojů disponuje moderně vybavenými laboratořemi s počítačovou technikou,
na které jsou např. studentům pro studijní účely neomezeně k dispozici nové verze předních CAD
(Pro/Engineer, Catia, NX ) a CAE (MSC Marc, Ansys) systémů. Laboratoře katedry jsou ve všední dny
studentům plně k dispozici např. pro práci na semestrálních, bakalářských či diplomových pracích, i
na dalších projektech v rámci univerzity apod.
Kvalita výuky na katedře je úzce propojena s celouniverzitním systémem hodnocení kvality výuky, na
kterém se průběžně, zejména po absolvování jednotlivých semestrů, podílejí všichni studenti.
V současné době probíhá na katedře konstruování strojů významná komplexní inovace výuky, v rámci
které mj. vznikají i nové kvalitní učební materiály, které budou v nadcházejících letech využívány pro
podporu výuky. Jeden z výsledků této snahy máte nyní ve svých rukou.
V rámci výuky i mimo ni mají studenti možnost zapojit se na katedře také do spolupráce s předními
strojírenskými podniky v plzeňském regionu i mimo něj. Řada studentů rovněž vyjíždí na studijní stáže
a praxe do zahraničí.
Nabídka studia na katedře konstruování strojů:
Bakalářské studium (3roky, titul Bc.)
Studijní program B2301: strojní inženýrství („zaměřený univerzitně“)
B2341: strojírenství (zaměřený „profesně“)
Zaměření Stavba výrobních strojů a zařízení Dopravní a manipulační technika
Design průmyslové techniky Diagnostika a servis silničních vozidel Servis zdravotnické techniky
Magisterské studium (2roky, titul Ing.)
Studijní program N2301: Strojní inženýrství
Zaměření Stavba výrobních strojů a zařízení Dopravní a manipulační technika
Více informací naleznete na webech www.kks.zcu.cz a www.fst.zcu.cz
Západočeská univerzita v Plzni, 2014
ISBN © doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D.
Ing. Jakub Jirásko Ing. Šimon Pušman Ing. Zdeněk Raab, Ph.D. Ing. Petr Votápek, Ph.D.
Non-Commercial Use Only
Obsah:
1. Technická data
2. Výpočet výstupního momentu elektropřevodovky 2.1. Kontrola samosvornosti 2.2. Momenty od tření v závitech 2.3. Výpočet třecích momentů v kluzném uložení hřídele2.4. Skutečná rychlost pohybu nosného talíře dle navržené elektropřevodovky
3. Utahovací moment KM matice 3.1. Kontrola závitu na otlačení
4. Kontrola pouzder na otlačení
5. Kontrola spojky
6. Kontrola pera pastorku ozn.: 18E7x11x100
7. Výpočet ozubení pastorku a ozubeného kola
8. Kontrola hřídele
Přílohy:
Příloha 1 – MITCalc výpočet ozubení sestavy pohonu talíře
Příloha 2 – MITCalc kontrola hřídele sestavy pohonu talíře
Stránka 3
Non-Commercial Use Only
1. Technická data
Sestava pohonu talíře zajišťuje přenos točivého momentu na ozubení mechanismu nastavování formy. Sestava pohonu talíře viz obr. 3. Funkcí mechanismu nastavování formy je přesné nastavení formy dle její výšky. Mechanismus nastovavání formy a sestavu pohonu talíře zachycuje schéma obr. 1 a 2. Mechanismus pracuje následujícím způsobem. Na příčníku vulkanizačního lisu je připevněný elektromotor s převodovkou, ze kterého je vyveden poháněný hřídel zakončený pastorkem (komponenty sestavy pohonu talíře). Pastorek přenáší točivý moment na ozubené kolo, které je pevně připevněno k matici. Rotačním pohybem matice dochází k posuvnému pohybu nahoru nebo dolů v závislosti na smyslu rotace. Nosný talíř je veden v drážce, to zabraňuje jeho rotaci. Díky opačnému směru stoupání závitu matice na vnější a vnitřní straně koná nosný talíř posuvný pohyb směrem dolů. Otočení matice o jednu otáčku tedy způsobí zdvih o dvě stoupání použitého závitu. Návrhový výpočet pro volbu elektromotoru v sestavě pohonu talíře se tedy řídí požadovanou rychlostí přímočarého pohybu nosného talíře. Dle navrženého pohonu jsou pak kontrolovány ostatní komponenty sestavy pohonu talíře.Okrajové podmínky:
≔vTal =0.0005 ― 0.5 ―― rychlost pohybu nosného talíře s tolerancí +-0,1 mm/s
≔Lh 1000 životnost pastorku ozubení
≔ztalíř 345 zdvih talíře
Stránka 4
Obr. 1 - Schéma pohonu talíře a mechanismu nastavování formy
Obr. 2 - Schéma pohonu talíře a mechanismu nastavování formy ve spodní úvrati
Stránka 5
Non-Commercial Use Only
2. Výpočet výstupního momentu elektropřevodovky Potřebný výstupní moment z elektropřevodovky je vypočten z předpokladu tření v závitu v závitové dvojici matice - závěsný válec a matice - nosný talíř. Dále je uvažováno tření v kluzném uložení hřídele ve válcových plochách a v límci pouzder. Do výpočtu momentu je dále zahrnut výkon potřebný pro rovnoměrný pohyb talíře a matice.Jelikož zde nejsou kladeny nároky na rychlost rozběhu mechanismu a rychlost výstupního členu je nízká, není rozběhová část ve výpočtu zohledněna.Mechanismus je užíván jen při změně velikosti formy z tohoto důvodu není matice připojena na centrální mazání a je mazána manuálně. Za tohoto předpokladu je nutné uvažovat, že matice nemusí být vždy optimálně namazaná a pro výpočet momentu je tedy volen méně příznivý stav.
Vstupní hodnoty:
≔Ph 12 stoupání trapézového závitu
≔f 0.15 součinitel smykového tření v trapézovém závitu dle [1]
≔β 60 vrcholový úhel profilu závitu
≔fz =―――f
cos⎛⎜⎝―β
2
⎞⎟⎠
0.173 tření v závitu
≔k 1.4 součinitel bezpečnosti pro volbu elektropřevodovky, volený
≔ηoz 0.98 účinnost převodu přímého ozubení
≔mmat_a_ozub 445 hmotnost matice a ozubeného kola
≔mtal_a_forma 3427 hmotnost nosného talíře a formy
≔d21 474 střední průměr závitu závěsného válce
≔d22 394 střední průměr závitu nosného talíře
≔g 9.81 ―2
gravitační zrychlení
≔zpast 14 počet zubů pastorku
≔zkolo 148 počet zubů ozubeného kola na matici
Stránka 9
Non-Commercial Use Only
2.1. Kontrola samosvornostiU obou závitů je požadováno, aby byli samosvorné a nedošlo tak při předepínání lisu k prokluzu v závitech.
Výstupní hodnoty:
≔φ =atan⎛⎝fz⎞⎠ 9.826 třecí úhel trapézového závitu
≔α1 =atan⎛⎜⎝――Ph
⋅d21
⎞⎟⎠
0.462 úhel stoupání tr. závitu závěsného válce
≔α2 =atan⎛⎜⎝――Ph
⋅d22
⎞⎟⎠
0.555 úhel stoupání tr. závitu nosného talíře
=||||||
if
else
<α1 φ‖‖“samosvorný”
‖‖“nesamosvorný”
“samosvorný” =||||||
if
else
<α2 φ‖‖“samosvorný”
‖‖“nesamosvorný”
“samosvorný”
ZávěryZávity jsou samosvorné.
2.2. Momenty od tření v závitech
Síla působící na závit nosného talíře
≔F1 =⋅mtal_a_forma g 33.619
Třecí moment v závitu při pohybu talíře s formou
≔Mz_tal =⋅⋅F1 ――d22
2
⎛⎜⎝
+――Ph
⋅d22
fz⎞⎟⎠
1.211 ⋅
Síla působící na závit závěsného válce
≔F2 =⋅⎛⎝ +mtal_a_forma mmat_a_ozub⎞⎠ g 37.984
Třecí moment v závitu při pohybu matice
≔Mz_mat =⋅⋅F2 ――d21
2
⎛⎜⎝
+――Ph
⋅d21
fz⎞⎟⎠
1.632 ⋅
Celkový třecí moment přenášený na ozubené kolo matice
≔Moz_kolo =+Mz_tal Mz_mat 2.843 ⋅
Stránka 10
Převodový poměr ozubení
≔ipast_kolo =――zkolo
zpast10.571
Moment na hřídeli od třecích momentů mechanismu nastavování formy
≔Mhr =⋅―――Moz_kolo
ipast_kolo――1
ηoz
274.432 ⋅
2.3. Výpočet třecích momentů v kluzném uložení hřídele
Vstupní hodnoty:
≔Fspodni 27882 reakce ve spodním uložení poz. 9 obr. 3, velikost dle výpočtu v MitCalc, viz příloha 2
≔Fhorni 19107 reakce v horním uložení poz. 6 obr. 3, velikost dle výpočtu v MitCalc, viz příloha 2
≔dspodni 75 průměr spodního ložiska
≔dhorni 70 průměr horního ložiska
≔f 0.27 součinitel tření dle výrobce pouzder
≔FP 5000 předepnutí KM matice
≔dplo_spodni 81.5 střední průměr plochy límce spodního pouzdra
≔dplo_horni 76 střední průměr plochy límce horního pouzdra
Obr. 6 - Kluzné pouzdro
Stránka 11
Non-Commercial Use Only
Výstupní hodnoty:
Třecí moment ve spodním pouzdře
≔Mrad_spodni =⋅⋅Fspodni f ―――dspodni
2282.305 ⋅
Třecí moment v horním pouzdře
≔Mrad_horni =⋅⋅Fhorni f ――dhorni
2180.561 ⋅
Třecí moment v ploše límce spodního pouzdra
≔Mplo_spodni =⋅⋅FP f ―――dplo_spodni
255.013 ⋅
Třecí moment v ploše límce horního pouzdra
≔Mplo_horni =⋅⋅FP f ―――dplo_horni
251.3 ⋅
Celkový požadovaný výstupní moment elektropřevodovky≔Mhridel =⋅⎛⎝ ++++Mhr Mrad_horni Mrad_spodni Mplo_spodni Mplo_horni
⎞⎠ k 1.181 ⋅
Minimální výkon elektromotoru
≔isew 135.28 převodový poměr eletropřevodovky SEW:K77DRE90L4
≔not_hridel 11 min−1 výstupní otáčky elektropřevodovky
≔ηprev 0.95 předpokládaná účinnost převodovky
≔Pmotor =―――――――⋅⋅⋅Mhridel 2 not_hridel
ηprev
1.432 požadovaný výkon motoru
2.4. Skutečná rychlost pohybu nosného talíře dle navržené elektropřevodovkyOznačení vybrané elektropřevodovky dle výrobce SEW: K77DRE90L4 Výstupní otáčky: n=11Výstupní moment: M=1350N.mVýkon motoru: P=1,5kW
Vstupní hodnoty:
≔not_hridel 11 min−1 výstupní otáčky elektropřevodovky
≔Zdvih 345 zdvih mechanismu nastavování formy
=ipast_kolo 10.571 převodový poměr pastorek/kolo
Stránka 12
Non-Commercial Use Only
Výstupní hodnoty:
≔nmatice =―――not_hridel
ipast_kolo1.041 ――
1otáčky matice
≔vTal_skut =⋅⋅nmatice 2 Ph 24.973 ―― skutečná rychlost nosného talíře
=vTal_skut 0.41622 ――
≔tzdvih =―――Zdvih
vTal_skut13.815 doba zdvihu
ZávěryVýstupní moment elektropřevodovky je vyšší než požadovaný moment. Výstupní otáčky elektropřevodovky zajišťují požadovanou rychlost pohybu výstupního členu. Navržená elektropřevodovka ozn. dle výrobce SEW:K77DRE90L4 je vyhovující.
Stránka 13
Non-Commercial Use Only
3. Utahovací moment KM matice
KM matice viz obr. 3 pozice 5. Stanovení utahovacího momentu je důležité z hlediska nepřekročení předepínací síly definované v kapitole 2.4. Při překročení utahovacího momentu může dojít ke zvýšení měrných tlaků v límcích pouzder a k zvýšení třecího momentu v límcích pouzder což zvyšuje nároky na pohon.
Vstupní hodnoty:
≔Ph 2 stoupání závitu M60x2
≔dvnej 73 vnější průměr dosedací plochy matice
≔m 11 výška matice
≔d3_M60x2 57.546 malý průměr závitu
≔d2_M60x2 58.701 střední průměr závitu
≔dM60x2 60 průměr závitu
≔fz 0.3 součinitel tření v závitech voleno dle [2]
≔fM 0.2 součinitel tření v dosedací ploše matice voleno dle [2]
=FP 5 předepínací síla
≔βM60 60 vrcholový úhel závitu
≔ds =―――――+dvnej d3_M60x2
265.273 střední průměr v dosedací ploše matice
Výstupní hodnoty:
Třecí moment v závitu
≔Mz =⋅⋅⋅―1
2d2_M60x2 FP tan
⎛⎜⎜⎜⎝
+――――Ph
⋅d2_M60x2
――――fz
cos⎛⎜⎝――βM60
2
⎞⎟⎠
⎞⎟⎟⎟⎠
54.779 ⋅
Třecí moment v dosedací ploše matice
≔Mh =⋅⋅⋅―1
2ds FP fM 32.637 ⋅
Utahovací moment
≔Mu =+Mz Mh 87.415 ⋅
Stránka 14
Non-Commercial Use Only
3.1. Kontrola závitu na otlačení
Vstupní hodnoty:
≔Rm 410 minimální mez pevnosti matice dle [3]
≔pDz_poh 5 voleno dle dopuručených hodnot dle [2]
≔nz 5 počet závitů uvažovaných pro výpočet měrného tlaku dle [2]
Výstupní hodnoty:
Tlak v závitech
≔pz =―――――――――FP
⋅⋅nz ―――――――⎛⎝ −dM60x2
2 d3_M60x22 ⎞⎠
4
4.414
=||||||
if
else
<pz pDz_poh
‖‖“vyhovuje”
‖‖“nevyhovuje”
“vyhovuje”
ZávěryUtahovací moment byl stanoven na 87,5N.m. Byla provedena kontrola závitu KM matice na otlačení, vypočtená hodnota tlaku v závitu je nižší než dovolená hodnota, KM matice vyhovuje.
Stránka 15
4. Kontrola pouzder na otlačení
Vstupní hodnoty:
=Fspodni 27882 reakce ve spodním uložení poz. 9 obr. 3, velikost dle výpočtu v MitCalc, viz příloha 2
=Fhorni 19107 reakce v horním uložení poz. 6 obr. 3, velikost dle výpočtu v MitCalc, viz příloha 2
=FP 5 předepínací síla KM matice
≔lspodni 48 nosná délka spodního ložiska
≔lhorni 35 nosná délka horního ložiska
=dspodni 75 vnitřní průměr spodního ložiska, viz obr. 7
=dhorni 70 vnitřní průměr horního ložiska, viz obr. 7
≔dlim_sp 88 rozměr, viz obr. 7
≔dlim_sp_2 81 rozměr, viz obr. 7
≔dlim_hor 83 rozměr, viz obr. 7
≔dlim_hor_2 76 rozměr, viz obr. 7
≔pd 40 dovolený tlak dle výrobce dle obr. 8 při 180°C
Obr. 7 - Zatížení a rozměry kluzných pouzder
Stránka 16
Non-Commercial Use Only
Obr. 8 - Dovolený tlak na ložisko v závislosti na teplotě [4]
Výstupní hodnoty:
Tlak ve spodním ložisku ve válcové ploše
≔pspodni =―――――Fspodni
⋅dspodni lspodni7.745
Tlak ve spodním ložisku v ploše límce
≔pspodni_lim =―――――――FP
⋅――――――−dlim_sp
2 dlim_sp_22
4
5.381
Tlak v horním ložisku ve válcové ploše
≔phorni =――――Fhorni
⋅dhorni lhorni7.799
Tlak v horním ložisku v ploše límce
≔phorni_lim =――――――――FP
⋅―――――――−dlim_hor
2 dlim_hor_22
4
5.72
ZávěryHodnoty měrných tlaků v kluzných pouzdrech nepřevyšují hodnotu dovoleného tlaku dle výrobce kluzných pouzder. Kluzné pouzdra vyhovují.
Stránka 17
5. Kontrola spojky Spojka přenáší točivý moment z výstupní hřídele elektromotoru na hřídel poz. 8 viz obr. 3. Přenos točivého momentu na horní kotouč spojky poz. 2, z hřídele elektromotoru je zajištěn perem. Oba kotouče mají stejný průměr otvoru pro hřídel a stejně dlouhé pero. Přenos točivého momentu z horního kotouče poz. 2 na spodní kotouč poz. 4 je zajištěn pomocí čtyř vložek poz. 3. Spojka je kontrolována na měrné tlaky při předpokladu trojúhelníkového zatížení viz obr. 10. Ve výpočtu je uvažována nepřesnost výroby snížením počtu vložek na tři.
Materiál vložek pro přenášení momentu ČSN 11 600 Rm=588MPa, Re=314MPaMateriál kotoučů spojek ČSN 11 523 Rm=510MPa, Re=333MPaMateriálové hodnoty jsou pro tepelně nezpracovaný materiál.
Vstupní hodnoty:
≔Mhridel ⋅1350 max. moment přenášený spojkou
≔hhranol 5 nosná výška hranolu dle obr. 9
≔Dsp 137.5 průměr, viz obr. 10
≔dsp 57.5 průměr, viz obr. 10
≔nvlozek 3 uvažovaný počet zatížených vložek
≔r =−――Dsp
2⋅―
1
3
⎛⎜⎝―――
−Dsp dsp
2
⎞⎟⎠
55.417 rameno působiště síly
≔Re11600 314 mez kluzu materiálu ČSN 11600 dle [5]
≔ksp 3 součinitel bezpečnosti vůči mezi kluzu, volený
≔pd =―――Re11600
ksp
104.667 dovolený měrný tlak
Obr. 9 - Detail spojky v řezu
Stránka 18
Non-Commercial Use Only
Obr. 10 - Schéma zatížení vložek, rozměrové parametry
Výstupní hodnoty:
≔Svlozka =⋅⎛⎜⎝―――
−Dsp dsp
2
⎞⎟⎠
hhranol 200 2 styková plocha vložky
≔pmax_sp =―――――⋅2 Mhridel
⋅⋅nvlozek Svlozka r81.203
=||||||
if
else
<pmax_sp pd
‖‖“vyhovuje”
‖‖“nevyhovuje”
“vyhovuje”
ZávěryVypočtený měrný tlak ve styčné ploše je menší než tlak dovolený. Spojka je vyhovující.
Stránka 19
Non-Commercial Use Only
6. Kontrola pera pastorku ozn.: 18E7x11x100 Materiál pera a hřídele ČSN 11 600 Rm=588MPa, Re=314MPaMateriálové hodnoty ČSN 11600 jsou pro tepelně nezpracovaný materiál.Materiál pastorku, povrchově kalený ČSN 12 051 Rm=640MPa, Re=390MPaPro výpočet pera je uvažována nejnižší hodnota meze kluzu ve spoji. Pero viz obr. 3 poz. 11.
Vstupní hodnoty:≔dhr_pastorek 65 průměr hřídele
≔lst 82 styková délka pera
≔hst 4.9 styková výška pera
≔Re11600 314 minimální mez kluzu materiálu ve spoji [5]
≔kpero 2 součinitel bezpečnosti vůči mezi kluzu volený dle [2]
≔pD =―――Re11600
kpero
157 dovolený měrný tlak
Výstupní hodnoty:
≔ppero =――――
――――Mhridel
――――dhr_pastorek
2
⋅lst hst
103.381 měrný tlak ve styčné ploše
=||||||
if
else
<ppero pD
‖‖“vyhovuje”
‖‖“nevyhovuje”
“vyhovuje”
ZávěryMěrný tlak ve stykové ploše pera je menší než hodnota dovoleného měrného tlaku. Pero je vyhovující.
Stránka 20
Non-Commercial Use Only
7. Výpočet ozubení pastorku a ozubeného kola Materiál pastorku a kola je povrchově kalená ocel ČSN 12 051, Rm=640MPa, Re=390MPa. Výpočet je proveden v softwaru MitCalc. Zde jsou uvedeny pouze primární zátěžové parametry pro výpočet ozubení. Podrobně jsou jednotlivé hodnoty nastavení výpočtu obsaženy ve výstupu z programu. Výstup z programu MitCalc je uveden v příloze 1.
Základní vstupy výpočtu v programu MitCalc:
≔Lh 1000 požadovaná životnost ozubení
=Mhridel⎛⎝ ⋅1.35 103 ⎞⎠ ⋅ výstupní moment elektropřevodovky udávaný výrobcem
=not_hridel 11 ――1
otáčky pastorku
ZávěryZadané minimální hodnoty pro jednotlivé bezpečnostiKoeficicient bezpečnosti na únavu v dotyku: 1,25Koeficicient bezpečnosti na únavu v ohybu: 1,5
Vypočtené minimální hodnoty pro navržené ozubeníKoeficicient bezpečnosti na únavu v dotyku: 1,38Koeficicient bezpečnosti na únavu v ohybu: 3,16
Vypočtené koeficienty bezpečnosti jsou větší než požadované hodnoty bezpečnosti. Ozubení vyhovuje.
8. Kontrola hřídele Hřídel je vyrobena z materiálu ČSN 11 600, Rm=588MPa, Re=314MPaVýpočet je proveden v softwaru MitCalc. Ve výpočtu není uvažováno silové zatížení hřídele od předepnutí KM maticí, jelikož hodnota napětí vzniklá předepnutím je zanedbatelná vzhledem k ostatním zatížením. Dále je zanedbán závitový otvor ve spodní části hřídele v oblasti pastorku. Závitový otvor může být zanedbán, jelikož se nenachází v zatížené oblasti hřídele a na výslednou bezpečnost tedy nemá rozhodující vliv.Z ozubení pastorku je na hřídel přenášena radiální reakce. Je uvažován nejméně příznivý stav, kdy je ozubené kolo ve své dolní poloze a ohybový moment na hřídeli dosahuje v této poloze ozubeného kola svého maxima.Hřídel je dále zatížena točivým momentem od elektropřevodovky.Podrobně jsou jednotlivé hodnoty nastavení výpočtu obsaženy ve výstupu z programu. Výstup z programu MitCalc je uveden v příloze 2.
Základní vstupy výpočtu v programu MitCalc
=not_hridel 11 ――1
otáčky pastorku
≔M =Mhridel⎛⎝ ⋅1.35 103 ⎞⎠ ⋅ výstupní moment elektropřevodovky udávaný výrobcem
≔FR 8775 radiální reakce v ozubení
Stránka 21
Zatížení:Hřídel je zatížena dle schématu viz obr. 11. Hřídel je zatěžována momentem M a radiální silou od ozubení Fr. Fspodni a Fhorni jsou reakce v uložení hřídele, které program dopočítává.
Obr. 11 - Rozměry a zatížení hřídele pro výpočet v MitCalc
Stránka 22
Non-Commercial Use Only
ZávěryZadané minimální hodnoty pro jednotlivé bezpečnostiStatická bezpečnost: 2Dynamická bezpečnost: 1,5
Vypočtené minimální hodnoty bezpečnostíStatická bezpečnost: 2,43Dynamická bezpečnost: 1,72
Vypočtené koeficienty bezpečnosti jsou větší než požadované hodnoty bezpečnosti. Hřídel vyhovuje.
Stránka 23
Non-Commercial Use Only
Použité zdroje[1] BENEŠ, V., KLŮNA, J. . 1.vyd. Úvaly: Albra, 2008.[2] Hosnedl, Stanislav a Krátký, Jaroslav.
Vyd 1. Praha: Computer Press, 1999.[3] DRASTÍK, F. . Vyd 2. Ostrava: Monatex, 1999.[4] Katalog a podkladové materiály firmy igus®[5] Knihovny materiálů programu MITCalc
Stránka 24
Čelní ozubení s přímými a šikmými zuby [mm/ISO]
i Pastorek Kolo
ii
?
1.0
1,1 Přenášený výkon Pw [kW] 1,555 1,540
1,2 Otáčky pastorku / kola n [/min] 11,0 1,0 [/min]
1,3 Krouticí moment (pastorek / kolo) Mk [Nm] 1350,02 14134,38 [Nm]
1,4 Požadovaný převodový poměr / z tabulky i 10,57
1.5 Skutečný převodový poměr / odchylka i 10,57 0,01%
2.0
2.0 Označení materiálu podle normy :
2.1 Materiál pastorku :
2.2 Materiál kola :
2.3 Typ zatížení převodovky od hnacího stroje
2.4 Typ zatížení převodovky od poháněného stroje
2.5 Typ uložení soukolí
2.6 Stupeň přesnosti - ISO1328 | Ra max | v max.
2.7 Koeficient jednorázového přetížení KAS
2,8 Požadovaná životnost Lh [h]
2.9 Koeficient bezpečnosti (dotyk/ohyb) SH / SF 1,25 1,50
2.10 Automatický návrh
3.0
3.1 Normalizovaný nástroj
3.2 Výška hlavy nástroje ha0* 1,250 1,250 [modul]
3.3 Výška paty nástroje hf0* 1,000 1,000 [modul]
3.4 Poloměr zaoblení hlavy ra0* 0,380 0,380 [modul]
3.5 Poloměr zaoblení paty rf0* 0,000 0,000 [modul]
3.6 Zkoseni paty cha* 0,000 0,000 [modul]
3.7 Zkoseni paty chb* 0,000 0,000 [modul]
3.8 Výška protuberance δ0* 0,000 0,000 [modul]
3.9 Úhel protuberance αnp 0,000 0,000 [°]
3.10 Min. jednotková hlavová vůle ca*min 0,2500 0,2500 [modul]
3.11 Jednotková hlavová vůle ca* 0,2500 0,2500 [modul]
Zkontrolujte řádek:4.5;4.11;
Informace o projektu
Kapitola vstupních parametrů
1000
Parametry profilu nástroje a zubu
Volba základních vstupních parametrů
Volba materiálů, režimu zatížení, provozních a výrobních parametrů.
Čelní ozubení s přímými a šikmými zuby [mm/ISO]
2,00
-12,00
-10,00
-8,00
-6,00
-4,00
-2,00
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
-15,00 -10,00 -5,00 0,00 5,00 10,00 15,00
Stránka 26
4.0
4.1 Počty zubů pastorku / kola z 14 148
4.2 Normálný úhel záběru α [°]
4.3 Základní úhel sklonu zubů β [°]
4.4 Nastavení poměru šířky pastorku k průměru4.5 Poměr šířky pastorku k jeho průměru ψd / max 0,8 < 0,6
4.6 Modul ozubení / normalizovaná hodnota mn 8 [mm]
4.7 Průměr roztečné kružnice pastorku / kola d1/d2 112,00 1184,00 [mm]
4.8 Doporučená šířka ozubení [mm]
4.9 Šířka pastorku / kola b1/b2 170,00 40,00 [mm]
4.10 Pracovní šířka ozubení bw [mm]
4.11 Poměr šířky pastorku k jeho průměru ψd / max 1,52 < 0,6
4.12 Pracovní vzdálennost os aw [mm]
4.13 Přibližná hmotnost soukolí (plné válce) m [kg]
4.14 Minimální koeficient bezpečnosti SH / SF 1,38 3,16
4.15 Boční vůle v ozubení (normálná)
4.16 - Doporučená min | max. hodnota 0,153 0,611 [mm]
4.17 - Zvolená boční vůle jn [mm]
72 - 67
20
0
40
648,000
356,369
0,0000
Návrh modulu a geometrie ozubení
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
-500 0 500 1000 1500 2000 2500
Stránka 27
5.0
5.1 Typy korekcí
5.2 - Přípustné podříznutí zubu (min. hodnota) 0,000 -0,905 Σ= -0,905
5.3 - Zabraňující podřezání zubu (min. hodnota) 0,214 -0,885 Σ= -0,671
5.4 - Zabraňující zúžení zubu (min. hodnota) 0,518 -8,154 Σ= -7,636
5.5 Nastavení jednotkového posunutí pastorku
5.6 Jednotkové posunutí pastorku a kola x 0,3200 -0,3200 [modul]
5.7 Součet jednotkových posunutí | min.hodnota Σx 0,0000 > -3,317 [modul]
5.8 Součinitel záběru v čelní rovině / celkový εα/εγ 1,5665 1,5665
5.9 Jednotková tloušťka zubu na hlavové kružnici sa* 0,4699 0,8338
5.10 Velikost měrného skluzu na patě ϑA1/ϑE2 -4,4816 -1,3821
5.11 Velikost měrného skluzu na hlavě ϑE1/ϑA2 0,5802 0,8176
5.12 Součet všech měrných skluzů Sum|ϑ|
5.13 Koeficient bezpečnosti na únavu v dotyku SH 1,38 1,45
5.14 Koeficient bezpečnosti na únavu v ohybu SF 9,84 3,16
5.15 Zobrazení zubu a natočení nástroje pro : 0 [°]
6.0
6.1 Počty zubů pastorku / kola z 14 148
6.2 Šířka pastorku / kola b 170 40 [mm]
6.3 Normálný modul mn [mm]
6.4 Tečný modul mt [mm]
6.5 Normálná rozteč p [mm]
6.6 Čelní rozteč pt [mm]
6.7 Základní rozteč ptb [mm]
6.8 Osová vzdálenost (roztečná) a [mm]
6.9 Osová vzdálenost (výrobní) av [mm]
6.10 Osová vzdálenost (pracovní) aw [mm]
6.11 Úhel záběru α [°]
8
7,2615
648,0000
648,0000
8,0000
Kapitola výsledků
23,617
25,133
648,0000
25,133
20,00
Korigování ozubení
Základní rozměry ozubení
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
0
5
10
15
20
-20
-15
-10
-5
0
-15,0
-10,0
-5,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
-10,0 -5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0
Stránka 28
6.12 Čelní úhel záběru αt [°]
6.13 Valivý úhel záběru normálný αwn [°]
6.14 Valivý úhel záběru čelní αwt [°]
6.15 Úhel sklonu zubů β [°]
6.16 Základní úhel sklonu β b [°]
6.17 Průměr hlavové kružnice da 133,1200 1194,8800 [mm]
6.18 Průměr roztečné kružnice d 112,0000 1184,0000 [mm]
6.19 Průměr základní kružnice db 105,2456 1112,5961 [mm]
6.20 Průměr patní kružnice df 97,1200 1158,8800 [mm]
6.21 Průměr valivé kružnice dw 112,0000 1184,0000 [mm]
6.22 Výška hlavy zubu ha 10,5600 5,4400 [mm]
6.23 Výška paty zubu hf 7,4400 12,5600 [mm]
6.24 Tloušťka zubu na hlavové kružnici sna 3,7594 6,6704 [mm]
6.25 Tloušťka zubu na hlavové kružnici sta 3,7594 6,6704 [mm]
6.26 Tloušťka zubu na roztečné kružnici sn 14,4299 10,7028 [mm]
6.27 Tloušťka zubu na roztečné kružnici st 14,4299 10,7028 [mm]
6.28 Tloušťka zubu patní kružnici sb 13,9603 27,7482 [mm]
6.29 Jednotková tloušťka zubu na hlavové kružnici sa* 0,4699 0,8338 [modul]
6.30 Jednotkové přisunutí kol dY [modul]
6.31 Celková jednotková korekce x1+x2 [modul]
6.32 Jednotkové posunutí x 0,3200 -0,3200 [modul]
7.0
8.0
8.1 Součinitel záběru v čelní rovině / osové rovině εα | εβ 1,5665 0,0000
8.2 Součinitel celkového záběru εγ8.3 Koeficient odlehčení kola Cdi/df 0,00 0,00
8.4 Kritické otáčky nE1 [ /min]
8.5 Resonanční poměr N
8.6 Přibližná hmotnost soukolí (plné válce) m [kg]
8.7 Účinnost převodového soukolí µ8.8 Doporučená viskozita oleje v50 527 527 [mm2/sec]
9.0
10.0
10.1 Na únavu v dotyku SH 1,38 1,45
10.2 Na únavu v ohybu SF 9,84 3,16
10.3 V dotyku při jednorázovém přetížení SHst 1,38 1,45
10.4 V ohybu při jednorázovém zatížení SFst 10,85 2,67
10.5 Variační součinitel pro výpočet pravděpodobnosti poruchy vH/vF 0,08 0,1
10.6 Pravděpodobnost poruchy P [%]
10.7 Jmenovité napětí v dotyku SigmaH0 [MPa]
10.8 Výpočtové napětí v dotyku SigmaH 1233,01 1172,17 [MPa]
10.9 Mez únavy v dotyku SigmaHG 1700,76 1700,76 [MPa]
10.10 Dovolené napětí v dotyku SigmaHP 1360,61 1360,61 [MPa]
10.11 Jmenovité napětí v ohybu v patě zubu SigmaF0 55,98 227,51 [MPa]
10.12 Výpočtové napětí v ohybu v patě zubu SigmaF 67,59 274,74 [MPa]
10.13 Mez únavy v ohybu SigmaFG 665,16 868,17 [MPa]
10.14 Dovolené napětí v ohybu SigmaFP 443,44 578,78 [MPa]
11.0
11.1 Počet zubů přes které se měří zw 2 17
11.2 Počet zubů přes které se měří zw 2 17
11.3 Rozměr přes zuby W 38,7453 404,5128 [mm]
11.4 Průměr válečku/kuličky dt 14,0000 14,0000 [mm]
11.5 Průměr válečku/kuličky dt 14,0000 14,0000 [mm]
11.6 Rozměr přes válečky/kuličky M 135,2343 1199,2822 [mm]
20,0000
20,0000
Kvalitativní ukazatele ozubení
Součinitele pro výpočet koeficientů bezpečnosti
356,3692
0,0000
0,0000
Doplňkové parametry ozubení
99,04%
Koeficienty bezpečnosti
20,0000
1034,99
Kontrolní rozměry ozubení
1,5665
0,0000
6812,59
0,00
0,44
0,00
Stránka 29
12.0
12.1 Obvodová síla Ft [N]
12.2 Normálná síla Fn [N]
12.3 Axiální síla Fa [N]
12.4 Radiální síla Fr [N]
12.5 Ohybový moment Mo 0,00 0,00 [Nm]
12.6 Obvodová rychlost na roztečné kružnici v | vmax 0,06 < 15 [m/s]
12.7 Šířkové zatížení / měrné zatížení wt | wt* 602,69 75,34 [N/mm | MPa]
13.0
13.1 Hustota Ro 7870 7870 [kg/m^3]
13.2 Modul pružnosti (tah, tlak) E 206 206 [GPa]
13.3 Mez pevnosti v tahu Rm 640 640 [MPa]
13.4 Mez kluzu v tahu Rp0.2 390 390 [MPa]
13.5 Poisonova konst. 0,3 0,3
13.6 Mez únavy v dotyku SHlim 1140 1140 [MPa]
13.7 Mez únavy v ohybu SFlim 605 605 [MPa]
13.8 Tvrdost zubu na boku VHV 600 600 [HV]
13.9 Tvrdost zubu v jádře JHV 200 200 [HV]
13.10 Bázový počet zatěžovacích cyklů v dotyku NHlim 1,00E+08 1,00E+08
13.11 Exponent Wohlerovy křivky pro dotyk qH 10 10
13.12 Bázový počet zatěžovacích cyklů v ohybu NFlim 3,00E+06 3,00E+06
13.13 Exponent Wohlerovy křivky pro ohyb qF 9 9
24107,55
25654,72
8774,43
Silové poměry (síly působící na ozubení)
0,00
Parametry zvoleného materiálu
Stránka 30
iii Informace o projektu
?
1.0
1.1
1.2 [kW] 1.6
1.3 [/min]
1.4 [Nm] 1.7
1.5 [mm]
2.0
2.1
2.2 Tabulka 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Počátek 0,00 188,00 245,00 345,00 354,30 408,00 414,20 416,60 464,00 556,00
L 188,000 57,000 100,000 9,300 53,700 6,200 2,400 47,400 92,000
ø Da 65,000 88,000 75,000 75,000 70,000 57,000 57,000 60,000 50,000
ø Db 65,000 88,000 75,000 70,000 70,000 57,000 60,000 60,000 50,000
ø da 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000
ø db 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000
R 1,000 1,000 0,100 0,100 1,000 1,000 1,000 0,100
2.3 556,00 [mm] 2.6
2.4 Volná 270,00 [mm]
2.5 Pevná 394,00 [mm]
3.0
3.1 588,0 [MPa]
3.2 0,45
3.3
X[mm] d[mm] β c β b β t1,00 1,00 1,00
1,00 1,00 1,00
3.4
X[mm] d[mm] r[mm] β c β b β t245,00 74,40 0,80 1,57 1,58 1,31
1,00 1,00 1,00
1,00 1,00 1,00
3.5
X[mm] b[mm] β c β b β t43,00 100,00 1,64 1,64 1,37
471,00 80,00 1,64 1,64 1,37
424,00 40,00 1,78 1,78 1,00
1,00 1,00 1,00
1,00 1,00 1,00
3.6
1 2 3 4 5 6 7 8 9
β c 2,10 2,02 1,00 1,00 1,94 1,00 1,00 3,76 1,00
β b 1,91 1,88 1,00 1,00 1,80 1,00 1,00 3,38 1,00
β t 1,47 1,44 1,00 1,00 1,40 1,00 1,00 2,18 1,00
Zkontrolujte řádek:7.4;7.5;
Návrh a výpočet hřídele
Celková délka hřídele
Tvar a rozměry hřídele
Povrch hřídele (Drsnost Ra)
X-ová souřadnice levé podpory (ložiska)
C. Obecný vrub
X-ová souřadnice pravé podpory (ložiska)
Kapitola vstupních parametrů
1,56
Jednotky výpočtu
Předběžný návrh průměru hřídele
Přenášený výkon Typ zatížení hřídele
1350,02
Otáčky hřídele
Krouticí moment
Měřítko průměru zobrazeného hřídele 1:1 Jednotky výpočtu
Informace o projektu
Materiál hřídele (pevnost v tahu)
11
Předběžný min. průměr 71,21
Vruby a zápichy na hřídeli
Mez pevnosti v tahu (Su, Rm)
B. Zápich
Koeficient citlivosti materiálu (q)
D. Zaoblení mezi válcovými úseky hřídele
A. Průchozí díra
-100 0 100 200 300 400 500 600
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
-100 0 100 200 300 400 500 600
Výpočet hřídele Čistit tabulku výsledků
Stránka 32
4.0
4.1 Zatížení X Fx F alfa Mt Mb alfa Q b alfa
[mm] [°] [°] [N/mm] [mm] [°]
1 93,00 1350,00
2 511,00 -1350,00
3 0,00 8775,0
4
5
6
7
8
9
10
5.0
6.0
6.1 6.17
[MPa] 6.18 20
6.2 Su/Rm 588 [MPa] 6.19 α0 0,70
6.3 SY/Re 341 [MPa] 6.20
6.4 SYb/Reb 443 [MPa] 6.21 1,70
6.5 SYs/Res 239 [MPa] 6.22 1,70
6.6 6.23 1,70
6.7 σC 223 [MPa] 6.24 1,70
6.8 σeC 288 [MPa] 6.25
6.9 τC 206 [MPa] 6.26
6.10 6.27
6.11 σhC 335 [MPa] 6.28
6.12 σehC 432 [MPa] 6.29
6.13 τhC 237 [MPa] 6.30
6.14 Ro 7850,0 [kg/m^3] 6.31
6.15 E 210000 [MPa] 6.32
6.16 G 80000 [MPa] 6.33
Pro míjivé zatížení
Mez únavy - tah/tlak
Zatížení posouvající silou
Ohyb
Posouvající síla
Zatížení ohybovým momentem
Zatížení krouticím momentem
[N]
Zatížení hřídele
Mez únavy - ohyb
Mez únavy - krut
Mez únavy - krut
Součinitel namáhání
Mez kluzu v tahu
Rotující hmoty
Zatížení tahovou/tlakovou silou
Dynamická kontrola
Vliv povrchu hřídele
[Nm]
Max. zobrazený součinitel bezpečnosti
Materiál a způsob namáhání
Součinitel max. zatížení
Zatížení vlastní vahou
Krut
Tah/Tlak
Zatěžovací podmínky
Materiál hřídele (Pevnost v tahu min-max)
Vliv velikosti hřídele
Vliv koncentrace napětí (vrub)
Mez pevnosti v tahu
Mez kluzu v ohybu
Pro střídavé zatížení
Mez únavy - tah/tlak
Mez únavy - ohyb
Měrná hmotnost
Modul pružnosti v tahu
Modul pružnosti ve smyku
Mez kluzu ve smyku
-100 0 100 200 300 400 500 600
Stránka 33
?
7.0
x y z ΣΣΣΣ y+z 7.17
7.1 0 0 -27881,855 27881,8548 [N]
7.2 0 0 19106,8548 19106,8548 [N]
7.3 m 15,68 [kg]
7.4 y 0,2775 [mm]
7.5 ϕ 0,2404 [°]
7.6 ϑ 0,0175 [°]
7.7 ϑ 0,0093 [°]
7.8 σe 61,5 [MPa]
7.9 τs 5,0 [MPa]
7.10 τt 57,9 [MPa]
7.11 σg 0,0 [MPa]
7.12 σr 70,2 [MPa]
7.13 SFSt 2,43
7.14 SFD 1,72
7.15 nc 0,0 [/min]
nc 42843,2 [/min]
nc 31820,6 [/min]
7.16 0,00 100,00 200,00 250,00 300,00 400,00 500,00 510,00
0,27749739 0,13210681 0,03524219 0,00787476 -0,0059843 0,00084123 0,01700676 0,01862331
20 3,52218919 7,36684766 3,74387153 4,49105424 20 20 20
20 4,05203722 7,72327769 4,15585816 4,48428205 7,0055894 2,42540449 2,42540449
0 49,6881212 29,6152712 57,2403665 50,4052278 24,3034778 70,1986771 70,1986771
0 0 0 0 0 0 0 0
8.0
9.0
10.0
11.0
12.0 Graf - Úhel zkroucení, Redukované napětí, Koeficient bezpečnosti
Graf - Osová síla, Krouticí moment
Dynamická bezpečnost Statická bezpečnost
Celková hmotnost hřídele
Úhel zkroucení [°]
Graf - Ohybový moment, Napětí v ohybu
Maximální průhyb
Maximální zkroucení
Graf - Průhyb, Ohybový úhel
Graf - Posouvající síla, Napětí ve střihu
Redukované napětí [MPa]
Reakce v podpoře R1
Reakce v podpoře R2
Výsledky - shrnutí
Graf
Rezonanční otáčky (A)
Rezonanční otáčky (B)
Rezonanční otáčky (C)
Max. napětí ve střihu
Výsledky v souřadnici X =
Max. napětí v krutu
Max. napětětí v tahu/tlaku
Max. redukované napětí
Min. statická bezpečnost
Min. dynamická bezpečnost
Naklopení v R1
Kapitola výsledků
Naklopení v R2
Max. napětí v ohybu
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 100 200 300 400 500 600
0
5
10
15
20
25
0
5
10
15
20
25
0 100 200 300 400 500 600
0
5
10
15
20
25
0
5
10
15
20
25
0 100 200 300 400 500 600
Stránka 34
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu
č. CZ.1.07/2.2.00/28.0056 „Ukázkové vývojové projekty z praxe pro posílení praktických znalostí budoucích strojních inženýrů“.
doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D.,
Ing. Petr Votápek Ph.D., Ing. Šimon Pušman
Ing. Jakub Jirásko Ing. Zdeněk Raab Ph.D.