Pohon pásové pily pro kov

(1)

Pohon pásové pily pro kov

Bakalá ská práce

Studijní program: B2301 –Strojní inženýrství Studijní obor: 2301R000 – Strojní inženýrství

Autor práce: Marek Vlček

Vedoucí práce: doc. Ing. Vít zslav Fliegel, CSc.

Liberec 2017

(2)

Band saw for metal

Bachelor thesis

Study programme: B2301 – Mechanical Engineering Study branch: 2301R000 – Mechanical Engineering

Author: Marek Vlček

Supervisor: doc. Ing. Vít zslav Fliegel, CSc.

Liberec 2017

(3)

(4)

(5)

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalá skou práci se pln vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na v domí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalá ské práce pro vnit ní pot ebu TUL.

Užiji-li bakalá skou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem v dom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto p í-pad má TUL právo ode mne požadovat úhradu náklad , které vyna-ložila na vytvo ení díla, až do jejich skutečné výše.

Bakalá skou práci jsem vypracoval samostatn s použitím uvedené literatury a na základ konzultací s vedoucím mé bakalá ské práce a konzultantem.

Současn čestn prohlašuji, že tišt ná verze práce se shoduje s elektronickou verzí, vloženou do IS STAG.

Datum:

Podpis:

(6)

P od kování:

Rád bych cht l pod kovat mému vedoucímu bakalá ské práce doc. Ing. Vít zslavu Fliegelovi, CSc. z katedry částí a mechanism stroj za odborné vedení, podn tné rady, p ipomínky a pomoc p i psaní mé bakalá ské práce. Dále bych cht l pod kovat své rodin a p ítelkyni za podporu a pomoc.

(7)

Abstrakt:

Hlavním zam ením bakalá ské práce je konstrukce a návrh pohonného systému a p evodové sk ín pro pásovou pilu na kov dle zadaných parametr . Pohon je zde ešen pomocí vstupní h ídelové spojky, ozubených p evod v p evodovce a emenovým p evodem. Konstrukce sk ín p evodovky je t ídílná a je vyrobena litím do formy v kusové výrob . Hlavním cílem je navrhnout a vše vypočítat, následn zrealizovat provedení modelu. Práce obsahuje výpočtovou zprávu, 3D model návrhu pohonu a výkresovou dokumentaci vybraných díl . U h ídele je použita εKP (metoda konečných prvk ).

Klíčová slova:

P evodová sk í , ozubená kola, h ídel, ložiska, pásová pila na kov

Abstract:

The main focus of the bachelor thesis is the design and design of the drive system and gearbox for the band saw for metal according to specified parameters. The drive is designed here using an input shaft coupling, gear gears in the gearbox and a belt drive. The gear housing structure is three-part and is made by casting into a mold in piece production.

The main goal is to design and compute everything, then implement the model. The work includes a computational message, a 3D model of the drive design and drawing documentation of the selected parts. The MKP (Finite Element Method) is used for the shaft.

Key words:

Gearbox, gears, shaft, bearings, metal band saw

(8)

7

Obsah

1 Úvod ... 16

2 Cíl práce ... 16

2.1 Shrnutí zadaných parametr ... 17

3 Teorie d lení materiálu ezáním ... 17

3.1 Rozd lení strojních pil ... 17

3.2 Pásová pila ... 17

3.2.1 Základní části pásové pily ... 18

4 Vlastní návrh provedení ... 21

4.1 P evodová sk í ... 21

4.2 Volba elektromotoru ... 23

5 Výpočtová zpráva ... 24

5.1 schématický návrh pohonu a p evodovky ... 24

5.2 Zadané hodnoty ... 24

5.3 p evodové pom ry ... 24

5.3.1 Volba p evodových pom r ... 24

5.4 otáčky h ídel ... 25

5.4.1 Neredukovaný p evod ... 25

5.4.2 Redukovaný p evod ... 25

5.5 Krouticí momenty a výkony ... 25

5.6 Kuželové soukolí ... 27

5.6.1 Výpočet rozm r kuželového soukolí se šikmými zuby ... 27

5.6.2 Rozm ry virtuálního soukolí ... 30

5.6.3 Silové pom ry kuželového soukolí ... 31

5.6.4 Pevnostní kontrola ozubení ... 31

5.7 Čelní soukolí 1 ... 33

5.7.1 Výpočet rozm r čelního soukolí se šikmými zuby ... 33

5.7.2 Silové pom ry čelního soukolí ... 36

5.7.3 Pevnostní kontrola ozubení ... 36

5.8 Čelní soukolí 2 ... 38

5.8.1 Výpočet rozm r čelního soukolí se šikmými zuby (redukce) ... 38

5.8.2 Silové pom ry čelního soukolí ... 41

5.9 σávrh emenového p evodu: ... 43

(9)

8

5.10 reakce a momenty na h ídelích ... 46

5.10.1 Vstupní h ídel ... 46

5.10.2 P edlohový h ídel (neredukovaný) ... 48

5.10.3 P edlohový h ídel (50% redukce) ... 49

5.10.4 Výstupní h ídel (neredukovaný) ... 51

5.10.5 Výstupní h ídel (50% redukce) ... 53

5.10.6 h ídel hnané emenice ... 55

5.11 Výpočet ložisek ... 57

5.11.1 δožiska na vstupním h ídeli ... 57

5.11.2 δožiska na p edlohovém h ídeli ... 58

5.11.3 δožiska na výstupním h ídeli ... 59

5.11.4 δožiska na h ídeli hnané emenice ... 60

5.12 σávrh per a drážkování ... 61

5.12.1 Pera na vstupní h ídeli ... 61

5.12.2 Pera na p edlohovém h ídeli ... 62

5.12.3 Pera na výstupním h ídeli ... 62

5.12.4 Výpočet délky náboje na drážkovaném h ídeli (pod synchronem) ... 64

5.13 σávrh kotoučové spojky ... 64

5.14 σávrh spojky s axiálními kolíky ... 65

5.15 εetoda konečných prvk ... 66

6 Ekonomické zhodnocení ... 68

7 Záv r ... 70

(10)

9 Seznam obrázk a tabulek

τbrázek 1 - poloautomatická pásová pila na kov H-1616 od firmy FENOZA ... 18

τbrázek 2 - pilový pás Bi-metal ... 19

τbrázek 3 - Elektromotor 15 kW ... 20

τbrázek 4 – p evodovka p vodní návrh ... 21

τbrázek 5 - p evodovka p vodní návrh (pohled dovnit ) ... 21

τbrázek 6 - úprava p evodové sk ín ... 22

τbrázek 7 – zobrazení pravé části sk ín ... 23

τbrázek Ř – náhled p evodové sk ín ... 23

τbrázek ř – schéma pohonného systému ... 24

τbrázek 10 - navržené kuželové soukolí (Inventor 2015) ... 27

τbrázek 11 - čelní ozubená kola (neredukovaný p evod) ... 34

τbrázek 12 - čelní ozubená kola ( redukovaný p evod) ... 39

τbrázek 13 - schéma emenového p evodu ... 46

τbrázek 14 - schéma sil na vstupním h ídeli ... 46

τbrázek 15 - pr b h smykové síly vstupního h ídele ... 47

τbrázek 16 - pr b h ohybového momentu vstupního h ídele ... 47

τbrázek 17 – schéma sil na p edlohovém h ídeli (neredukovaný) ... 48

τbrázek 1Ř - pr b h smykové síly p edlohové h ídele ... 49

τbrázek 1ř - pr b h ohybového momentu p edlohové h ídele ... 49

τbrázek 20 – schéma sil na p edlohovém h ídeli p i 50% redukci ... 50

τbrázek 21 - pr b h smykové síly na p edlohovém h ídeli p i 50% redukci ... 50

τbrázek 22 - pr b h ohybového momentu na p edlohovém h ídeli p i 50% redukci ... 51

τbrázek 23 - schéma sil na výstupní h ídele ... 51

τbrázek 24 - pr b h smykové síly na výstupním h ídeli ... 52

τbrázek 25 - pr b h ohybového momentu na výstupním h ídeli ... 52

τbrázek 26 - schéma sil na výstupní h ídeli p i 50% redukci ... 53

τbrázek 27 –pr b h smykové síly na výstupní h ídeli p i 50% redukci ... 53

τbrázek 2Ř - pr b h ohybového momentu na výstupní h ídeli p i 50% redukci ... 54

τbrázek 2ř - schéma sil na h ídeli hnané emenice ... 55

τbrázek 30 - pr b h smykové síly na h ídeli hnané emenice ... 56

τbrázek 31 - pr b h ohybového momentu na h ídeli hnané emenice ... 56

τbrázek 32- spojka s axiálními kolíky (Inventor 2015 ) ... 66

τbrázek 33 - h ídel hnané emenice (okrajové podmínky) ... 67

τbrázek 34 – výsledné nap tí εKP ... 67

τbrázek 35 - výsledná bezpečnost εKP ... 67

τbrázek 36 - konstrukce pohonu pásové pily ... 69

τbrázek 37 - návrh pásové pily se zakrytováním ... 69

(11)

10

P ehled použitých veličin a jednotek

Značky použité pro výpočet ozubených kol Značka Jednotka σázev

a [mm] τsová vzdálenost

av [mm] Virtuální osová vzdálenost

b [mm] Ší ka zubu

d [mm] Pr m r roztečné kružnice

d´an [mm] Pr m r hlavové kružnice virtuálního kola d´bn [mm] Pr m r základní kružnice virtuálního kola d´n [mm] Pr m r virtuálního kola

da [mm] Pr m r hlavové kružnice

de [mm] Vn jší roztečný pr m r

df [mm] Pr m r patní kružnice

dm [mm] Pr m r st ední roztečné kružnice

Fa [N] Axiální síla

fF [-] Součinitel pro výpočet modulu ozubení fH [-] Součinitel pro výpočet kružnice pastorku

Fn [N] σormálová síla

Fr [N] Radiální sila

Ft [N] Tečná síla

F [N] Složka normálové síly

ha [mm] Výška hlavy zubu

hf [mm] Výška paty zubu

i [-] P evodový pom r

ic [-] P evodový pom r na čelním soukolí i [-] P evodový pom r na emenovém soukolí Ik [-] P evodový pom r na kuželovém soukolí KA [-] Součinitel vn jších dynamických sil KH [-] Součinitel p ídavných zatížení

KH [-] Součinitel nerovnom rnosti zatížení zub po ší ce

n [ot/min] τtáčky

Mk [Nm] Krouticí moment

mn [mm] σormálový modul

(12)

11

mnm [mm] σormálový st ední modul

mt [mm] Tečný modul

mte [mm] Čelní modul na vn jším kuželu mtm [mm] Tečný st ední modul

P [mm] Rozteč

Pbt [mm] Čelní rozteč

P´tmb [mm] Základní rozteč virtuálního kola Ptmb [mm] Základní rozteč

r´an [mm] Polom r hlavové kružnice virtuálního kola r´bn [mm] Polom r základní kružnice virtuálního kola

Re [MPa] Mez kluzu

rm1 [mm] Polom r kola

z [-] Počet zub

[°] Úhel záb ru

mn [°] St ední normálový úhel záb ru

n [°] σormálový úhel záb ru

t [°] Čelní úhel záb ru

[°] Úhel stoupání zubu

m [°] St ední úhel sklonu zubu

[°] Úhel roztečného kužele [-] Součinitel záb ru zubu [-] Součinitel záb ru profilu [-] Součinitel kroku

[-] Součinitel jakosti povrchu Fp [MPa] P ípustné nap tí v ohybu

Hlim [MPa] εez únavy v dotyku materiálu ozubeného kola HP [MPa] P ípustné nap tí v dotyku

m [-] Pom r mezi ší kou zubu a normálovým modulem [rad s-1] Úhlová rychlost

Značky použité pro pevnostní kontrolu ozubených kol Značka Jednotka σázev

b [mm] Ší ka zubu

dm [mm] St ední roztečný pr m r

(13)

12

KA [-] Součinitel vn jších dynamických sil

Kas [-] Součinitel vn jších dynamických sil pro výpočet s ohledem na trvalou deformaci, vznik trhliny nebo k ehkého lomu z jednorázového p etížení

KF [-] Součinitel p ídavných zatížení (pro ohyb) KH [-] Součinitel p ídavných zatížení (pro dotyk) KHV [-] Součinitel vnit ních dynamických sil

KH [-] Součinitel podílu zatížení jednotlivých zub KH [-] Součinitel nerovnom rnosti zatížení zub po ší ce

m [mm] Modul

SFmin [-] σejmenší hodnota součinitele bezpečnosti proti vzniku únavového lomu v pat zubu

SHmin [-] σejmenší hodnota součinitele bezpečnosti proti vzniku únavového poškození bok zub

YFS [-] Součinitel tvaru zubu a koncentrace nap tí

Y [-] Součinitel sklonu zubu

Y [-] Součinitel vlivu záb ru profilu

ZE [-] Součinitel mechanických vlastností materiál ZH [-] Součinitel tvaru spolu zabírajících zub ZR [-] Součinitel výchozí drsnosti bok zub

Z [-] Součinitel součtové délky dotykových k ivek bok zub [-] Součinitel záb ru profilu

F [MPa] τhybové nap tí v nebezpečném pr ezu paty zubu Flim [MPa] εez únavy v ohybu materiálu kola

FP [MPa] P ípustné nap tí v ohybu

H [MPa] σap tí v dotyku (Hertz v tlak) ve valivém bod Hlim [MPa] εez únavy v dotyku materiálu ozubeného kola Hτ [MPa] σap tí v dotyku p i ideálním zatížení (KH=1) HP [MPa] P ípustné nap tí v dotyku (p ípustný Hertz v tlak)

(14)

13 Značky použité pro výpočet emenového p evodu

Značka Jednotka σázev

ap [mm] P edb žná osová vzdálenost

a [mm] Skutečná osová vzdálenost

c1 [-] Součinitel úhlu opásání

c2 [-] Součinitel provozního zatížení c3 [-] Součinitel délky klínového emene

dp [mm] Pr m r malé emenice

d2 [mm] Pr m r velké emenice

f [-] Součinitel t ení

fk [-] T ení v klínové drážce

F0 [N] P edp tí emene

Ft [N] τbvodová síla

FVR [N] Zatížení h ídele

Lp [mm] Délka emene

Mk [Nm] Krouticí moment

n [min-1] τtáčky malé emenice

Pr [kW] Výkon p enášený jedním emenem Wp [mm] Výpočtová ší ka klínové drážky emenice

z [-] Počet emen

[°] Úhel drážky emenice

[-] Účinnost

Značky použité pro výpočet a kontrolu h ídel Značka Jednotka σázev

d [mm] εalý pr m r h ídele

D [mm] Velký pr m r h ídele

Fa [N] Axiální síla

Fr [N] Radiální síla

k [-] Celková bezpečnost

kk [-] Bezpečnost v krutu

(15)

14

ko [-] Bezpečnost v ohybu

M [Nmm] Výsledný moment

Mk [Nmm] Krouticí moment

Mo [Nmm] τhybový moment

q [-] Součinitel vrubové citlivosti

r [mm] Polom r zaoblení

R [N] Výsledná reakce

rm [mm] Polom r kola

Rx [N] Reakce ve sm ru osy x

Ry [N] Reakce ve sm ru osy y

Rz [N] Reakce ve sm ru osy z

vo [-] Součinitel velikosti

Wk [-] Pr ezový modul v krutu

Wo [-] Pr ezový modul v ohybu

[-] Součinitel tvaru

o [-] Součinitel vrubu

o [-] Součinitel povrchu

o [MPa] σap tí v ohybu

co* [MPa] εez únavy skutečné součásti Do [MPa] Dovolené nap tí v ohybu DK [MPa] Dovolené nap tí v krutu kl [MPa] εez kluzu tečného nap tí

K [MPa] σap tí v krutu

Značky použité pro výpočet pot ebné délky drážkování a per Značka Jednotka σázev

b [mm] Ší ka pera

d [mm] Pr m r h ídele

f [-] Sražení hran

F [N] Síla

f´ [mm2] Účinná plocha drážky

h [mm] Výška pera

l [mm] Délka pera

(16)

15

lmin [mm] εinimální délka drážkování

Mk [Nmm] Kroutící moment

N [-] Počet zub

p [MPa] Tlak

pD [MPa] Tlak dovolený

S [mm2] Plocha

z [-] Počet zub

[MPa] Smykové nap tí

DK [MPa] Dovolené nap tí v krutu DS [MPa] Dovolené nap tí ve smyku

S [MPa] Smykové nap tí

Značky použité pro výpočet ložisek Značka Jednotka σázev

C [kN] dynamická únosnost

C0 [kN] statická únosnost

e [-] Výpočtový součinitel

Fa [N] Radiální síla

fo [-] koeficient zatížení ložiska

Fr [N] Radiální síla

Ka [N] Axiální zatížení

Lh [hod] trvanlivost ložiska v hodinách

n [min-1] τtáčky ložiska

nm [min-1] Ekvivalentní otáčky

p [-] koeficient tvaru t líska Pm [N] ekvivalentní zatížení ložiska X [-] koeficient zatížení radiální silou Y [-] koeficient zatížení axiální silou

(17)

16

1 Úvod

V dnešní dob je nezbytn d ležité, aby konstruktér nebo strojní inženýr dokázal co nejlépe navrhnout a zkonstruovat správný a funkční model pohonu či stroje. Velice zásadní je jeho bezporuchový a hospodárný chod stroje. Konstruktér musí dávat pozor na dodržení rozm r , navrhnout dostačující výkon, dodržet požadovanou živostnost součástí a to vše za minimálních náklad . τhledn finanční stránky je d ležité, se rozhodnout mezi tím, zda součástka bude z kvalitn jšího materiálu a tím pádem dražší nebo volit mén kvalitní materiál, kde se musí p idat na robustnosti součástky. To vše závisí na typu stroje, druhu vykonané práce, a také na umíst ní jednotlivých součástek a díl . Kv li složitosti konstrukčního procesu se mnoho vad a chyb za ízení projeví až p i jeho používání v praxi. V současnosti se proto využívá r zných parametrických, 3D modelových a simulačních program , které nám návrhy a celkovou práci ulehčí. Je nezbytn nutné t mto program m v dnešní moderní dob porozum t a naučit se s nimi pracovat, tak aby práce byla co nejúčinn jší. A to dokážeme pouze praxí a učením se nových v domostí a dovedností.

σa základ mé bakalá ské práce p edstavím v teoretické části d lení materiálu ezáním, základní funkční části pily aj. Ve výpočtové části se budu zabývat návrhem a výpočtem kuželových a čelních kol se šikmými zuby, návrhem emenového p evodu, výpočtem a určením reakcí a moment na h ídelích, návrhem a kontrolou zvolených ložisek, kontrolou per, návrhem spojek a metodou konečných prvk u dané h ídele.

Dále sestavím 3D model pohonu s výkresovou dokumentací p evodovky a pot ebných díl .

2 Cíl práce

Cílem této práce je navržení pohonného systému pásové pily na kov o výkonu 15 kW a výstupních otáčkách 720 ot/min a s redukcí otáček na 50%. Jednotlivé strojní součásti musí být navrženy a konstruovány tak aby spl ovali daná kritéria a danou živostnost.

Součástí pohonného systému je p evodová sk í s ozubenými koly pohán ná elektromotorem. Elektromotor pohání p es vhodnou spojku dvourychlostní p evodovku, která se skládá z kuželového soukolí a dvou čelních soukolí se šikmými zuby, kde se

(18)

17

provádí redukce otáček. P evodovka umož uje zm nu rychlostních stup za chodu pomocí zubové synchronní spojky, aby se pásová pila nemusela vypínat. P evod mezi p evodovkou a mechanismem pily je zajišt n pomocí emen , které slouží jako pojistný člen a tlumí rázy vznikající ezáním kovu. Celý pohon je umíst n na sva ovaném rámu, který je součástí celé pásové pily.

2.1 Shrnutí zadaných parametr

Výstupní otáčky: 720/360 (min^-1)

Životnost pohonu 8000 (h)

Četnost výroby kusová

3 Teorie d lení materiálu ezáním

τdd lování materiálu ezáním bývá často ve strojírenství prvním krokem v mnohých výrobních operacích a postupech. Roz ezáváme z tyčí, odlitk , výkovk , nebo polotovar . ezat se dají i jiné materiály než kovy a to nap íklad (kámen, horniny, d evo, plasty). Technické materiály se roz ezávají n kolika zp soby. Každý z nich je zvláš vhodný pro určité p ípady, jež je pot eba dob e znát, aby byla vybrána pro práci vhodná pila i správné ezné podmínky.

3.1 Rozd lení strojních pil

 rámová pila

 pásová pila

 pásová t ecí pila

 kotoučová pila

 kotoučová t ecí pila

 brusné kotouče

 anodomechanická pila

Pozn. (Jednotlivé druhy zde nebudou zmín ny, zam ím se na pásovou pilu.)

3.2 Pásová pila

ezným nástrojem je nekonečný pilový pás, který koná hlavní ezný pohyb a dle zp sobu provedení m že vykonávat také hlavní posuv. Rozlišují se vodorovné a svislé pily jinak ečeno pily horizontální a vertikální, které rozlišujeme podle polohy pilového pásu. Pás obíhá mezi dv ma koly umíst nými v pilovém rameni. Jedno kolo je hnací a

(19)

18

druhé napínací. Celé pilové rameno se pohybuje ve svislých vedeních, umíst ných v pilovém mostu a tím se nastavuje hloubka ezu. V ezu je pilový pás vedený pomocí kalených a broušených vodících kladek. Tento systém je pln nastavitelný a zaručuje p esnou polohu pohyblivé vodící kladky v jakékoli poloze.

Pásové pily prod lali v posledních dvou desetiletí plno inovací a vývoje.

V oblasti zpracování ocelí a kov je pásová pila dnes tou nejlepší volbou pro univerzální použití, ale i pro sériové ezání, ezání pokosu a k tomu všemu je pot eba spolehlivých a robustních stroj , které by m li být snadno ovladatelné a kompaktní.

3.2.1 Základní části pásové pily

V této kapitole popisuji funkční části, které jsou nezbytné pro konstrukci pásové pily. Pro p ehlednost zvolím obrázek z internetového zdroje [1], na kterém p edstavím jednotlivé základní funkční části pily (obr. 1).

Obrázek 1 - poloautomatická pásová pila na kov H-1616 od firmy FENOZA

3.2.1.1 Rám

Základem každého stroje je zpravidla co nejpevn jší a nejtužší rám pro zajišt ní požadované p esnosti ezu, také však co nejlehčí pro usnadn ní manipulace se strojem.

Rám Most

Pilové rameno zakrytované Pilový pás

τvládací panel Bezpečnostní kryty

(20)

19

Rám m že tvo it vedení mostu nebo ramena a slouží také k uložení pohyblivých element pot ebných k posuvu ezaného sortimentu. σa rámu je upevn no za ízení sloužící k upevn ní a manipulaci s ezaným materiálem. Rám často bývá namáhán na ohyb a tlak. V tšinou je sva en nebo smontován z ocelových nebo z hliníkových profil , aby se dosáhlo co nejmenší hmotnosti stroje.

3.2.1.2 Most

Vyráb jí se dv provedení mostu. První z nich je pevný most, kde je pevn spojen s rámem a druhé provedení je pohyblivé, kde se most pohybuje ve vedení v rámu. εost slouží pro nesení pilového ramena, které se pohybuje ve svislém sm ru ve vedení. Konstrukce mostu musí být dostatečn tuhá a p esná. σa základ t ení mezi mostem a vedením stroje se most pohybuje na p esných kolečkách a kladkách s valivými nebo kluznými ložisky pro snížení nežádoucího t ení.

3.2.1.3 Pilové rameno

Pilové rameno je tvo eno malým pohyblivým rámem, kde je uložen hlavní pohon stroje včetn motoru a p evodovky. Pilový pás v pilovém rameni obíhá mezi dv ma koly. Jedním z nich je kolo hnací a druhé kolo napínací. τb kola a pilový pás, které leží mimo záb r, jsou zakryty bezpečnostním krytem. Pro p esn jší vedení pilového pásu se používají vodící kladky.

3.2.1.4 Pilový pás

Pilový pás je ezný nástroj, který vykonává hlavní ezný pohyb. Je vyráb n lisováním zub požadovaného tvaru do kalené pásky. σásleduje sva ení na požadovaný rozm r na automatické svá ečce. εísto svaru musí být tepeln zpracováno a zabroušeno. Po zabroušení se pás rovná a válcuje, aby celou plochou doléhal na kola stroje (obr. 2).

Obrázek 2 - pilový pás Bi-metal

(21)

20 3.2.1.5 Motor

Hlavní ezný moment vyvozuje motor, který na vstupní h ídel p evodovky p enáší nap íklad st ižnou spojkou. εotor je p evážn elektrický. σejčast ji se používá motor t í fázový a asynchronní s kotvou nakrátko (obr. 3).

Obrázek 3 - Elektromotor 15 kW

3.2.1.6 P evodovka

P evodovka m že upravovat točivý moment a otáčky, které p enáší z motoru na hnací kolo. Jako p enosový člen se u pásových pil používá nejčast ji klínový nebo plochý emen. τzubená kola p evodovky jsou často spojeny se vstupním a výstupním h ídelem pomocí pera a drážky. P evodovky pásových pil jsou konstruované tzv. do pomala, to znamená, že p evodový pom r je i > 1.

3.2.1.7 Ovládací panel

Zajiš uje plné ovládání všech funkcí pily. Dle technologie a vývoje m že obsahovat r zné ovládací prvky.

3.2.1.8 Bezpečnostní kryty

Tyto kryty slouží k zakrytí rotujících částí, které jsou mimo hlavní ezný proces.

Slouží hlavn k zamezení dotyku obsluhy s pilovým pásem nebo koly. Chrání proti lítajícím t ískám. Ideálními bezpečnostní kryty jsou takové, které m žeme snadno a rychle vyjmout, aby obsluha mohla zkontrolovat nebo vym nit pilový pás.

(22)

21

4 Vlastní návrh provedení

V této kapitole se zam uji na vlastní návrh p evodové sk ín a p ikládám obrázky optimalizované konstrukce, kde se zam uji na snížení náklad na výrobu sk ín . V textu je použit vlastní popis a komentá k jednotlivým obrázk m p evodové sk ín .

4.1 P evodová sk í

Již d íve ve studiu na st ední škole a pak na vysoké škole jsem se učil jak navrhovat p evodové sk ín . Jednalo se o jednoduché provedení s d lící rovinou v ose h ídel (obr. 4) které bylo použito v minulosti v mých pracích. Když se zam íme na počet součástí, je pot eba hodn víček na zakrytování, velký počet šroub na uchycení spodní části sk ín s vrchní částí.

Obrázek 4 – p evodovka p vodní návrh

Obrázek 5 - p evodovka p vodní návrh (pohled dovnit )

τvšem vedoucí mé práce mi poradil, jak se dá sk í lépe navrhnout a snížit tak náklady na výrobu p evodové sk ín a také jednodušší smontování. Upravená p evodová sk í se skládá pouze ze t í částí, které se nechají vylít do ocelových forem.

(23)

22

σásledn frézovat a soustružit na požadované rozm ry. Ve vstupním víčku jsou vložena kuželíková ložiska v páru a zajišt ní pozic a to i na h ídeli (obr. 6).

Obrázek 6 - úprava p evodové sk ín

Dále na (obr. 7) je zobrazen pohled na pravou část sk ín s víčkem. σejv tší problém pro m byla konstrukce takto realizovatelné p evodovkové sk ín v SW Inventor 2015. εusel jsem kuželové kolo otočit na druhou stranu a ložisko na p edlohovém h ídeli umístit tak aby bylo vloženo p ímo v dí e pravé části sk ín (obr.

6). Další úprava byla výpočetní a to zm na kuličkového ložiska na výstupu za válečkové ložisko. D vodem bylo veliké zatížení od napínání emene (obr. 7).

Kuželíková ložiska Válečkové ložisko

Kuličková ložiska

(24)

23

Obrázek 7 – zobrazení pravé části sk ín

Obrázek 8 – náhled p evodové sk ín

4.2 Volba elektromotoru

V práci jsem zvolil elektromotor od firmy Siemens. Byl vybrán motor o výkonu 15 kW (20hp) a otáčkách 1200 min^-1viz zadání, tyto otáčky se neliší více než o 5%. [11] τznačení elektromotoru je SIετTICS GP100A Cast Iron Frame.

(25)

24

5 Výpočtová zpráva

5.1 s chématický návrh pohonu a p evodovky

Obrázek 9 – schéma pohonného systému

5.2 Zadané hodnoty

;

5.3 p evodové pom ry

5.3.1 Volba p evodových pom r č

(26)

25

� č

č �

i … p evodový pom r celkový

ir… p evodový pom r celkový redukovaný i_k… p evodový pom r na kuželovém soukolí i_č… p evodový pom r na čelním soukolí i … p evodový pom r na emenovém p evodu

i_čr… p evodový pom r na čelním soukolí p i redukci na 50%

5.4 otáčky h ídel

5.4.1 Neredukovaný p evod

č

�

5.4.2 Redukovaný p evod

č

�

5.5 Krouticí momenty a výkony

Vstupní výkon:

(27)

26 Účinnost:

τzubená kola p ímá: = 0,řŘ τzubená kola kuželová: = 0,ř6

emenový p evod: = 0,ř6

Mk1… krouticí moment na vstupním h ídeli M_k2… krouticí moment na p edlohovém h ídeli

M_k3… krouticí moment neredukovaný na výstupním h ídeli M_k3R… krouticí moment redukovaný na výstupním h ídeli M_k4… krouticí moment neredukovaný na výstupu z emenice M_k4R… krouticí moment redukovaný na výstupu z emenice

(28)

27

5.6 Kuželové soukolí

5.6.1 Výpočet rozm r kuželového soukolí se šikmými zuby Návrhový výpočet:

εateriál pastorku (1) a kola (2): konstrukční ocel slitinová 15 230 (τb kola nitridovaná)

Mez pevnosti v tahu: R_m = 800 MPa Mez kluzu v tahu: R_e = 600 MPa εez únavy v dotyku Hlim = 1180 MPa εez únavy v ohybu Flimb = 705 MPa

Tvrdost V_HV = 800

Obrázek 10 - navržené kuželové soukolí (Inventor 2015)

(29)

28 Vstupní hodnoty:

ů počet zub druhého kola

z i z zubů

Výpočet modulu z kontroly na dotyk:

Volené tabulkové hodnoty:

Koeficienty a součinitelé vyplývají z [2]

m = (bwF/mn) = 12 KA= 1,5

K_{H = 1,4} K

Výpočet modulu z kontroly v ohybu:

m = (b_wF/m_n) = 12 KA= 1,5

K_H=1,4 K

Výpočet tečného modulu na st edním pr m ru:

(30)

29

m cαs cαs

Výpočet tečného modulu na vn jším pr m ru:

m

Volba rozm r soukolí:

m čelní modul na vn jším kuželu

b ší ka zub

úhel sklonu zub

Úhly roztečných kužel

st ední tečný úhel záb ru:

tan tan

cαs tan

cαs

tan cαs Pr m ry roztečných kružnic:

d d

Pr m ry st edních roztečných kružnic:

d d sin sin

Tečný modul na st edním pr m ru:

m d

z

Normálový modul na st edním kuželi:

m m cαs cαs

Výška hlavy:

Pr m ry hlavových kružnic:

d d h cαs cαs mm

(31)

30

d d h cαs cαs mm

Pr m ry základních kružnic:

d d cαs

Výška paty:

h m mm

Pr m ry patních kružnic:

d d h cαs cαs mm

Výška zubu:

h h h mm

5.6.2 Rozm ry virtuálního soukolí

Pr m ry roztečných kružnic náhradních kol:

d d

cαs cαs

d d

cαs cαs

Pr m ry hlavových kružnic náhradních kol:

d d h mm

Pr m ry základních kružnic náhradních kol:

d d cαs cαs mm

Virtuální osová vzdálenost:

a d d

mm Rozteče zubu:

P m mm

P m cαs cαs mm

Výpočet součinitele trvání záb ru:

r r r r a sin

β

(32)

31

sin b tg

β

tg

Z d vodu že součinitel záb ru není celočíselný, volím ší ku 27,47 mm P epočet součinitele trvání záb ru:

b tg β

tg

5.6.3 Silové pom ry kuželového soukolí Tečná síla:

F F M

N Normálová síla:

F F F

cαs cαs cαs cαs N

Radiální síla:

F F F

cαs tg cαs sin sin

cαs tg cαs sin sin N

Axiální síla:

F

5.6.4 Pevnostní kontrola ozubení Únavová únosnost – nap tí v dotyku:

z z z F

b d i

i Volené tabulkové hodnoty:

(33)

32

�

z

K

K K

K K K K K

MPa

s MPa

MPa MPa podmínka je spln na Kontrola na dotyk p i jednorázovém p sobení nejv tšího zatížení:

K K

K

MPa MPa podmínka je spln na Únavová únosnost – nap tí v ohybu:

F

b m � � � K

K K

� 501

(34)

33

� �

� s

MPa

s MPa

MPa MPa MPa podmínka je spln na Kontrola na ohyb p i jednorázovém p sobení nejv tšího zatížení

MPa MPa podmínka je spln na

5.7 Čelní soukolí 1

5.7.1 Výpočet rozm r čelního soukolí se šikmými zuby Návrhový výpočet:

εateriál pastorku (3) a kola (4): 12 051 (τb kola povrchov tvrzená)

Mez pevnosti v tahu: Rm = 640 MPa Mez kluzu v tahu: Re = 390 MPa εez únavy v dotyku Hlim = 1140 MPa εez únavy v ohybu Flim = 390 MPa

Tvrdost V_HV = 600- 675

(35)

34

Obrázek 11 - čelní ozubená kola (neredukovaný p evod)

Vstupní hodnoty:

č ů

úhel sklαnu zubu

počet zub druhého kola:

z ič z zubů

= (bwH/d1) = 0,4 KA= 1,5

K_H=1,4 K

Výpočet roztečné kružnice pastorku uprost ed ší ky zubu:

Normálový modul:

Volím modul mn= 4 mm.

(36)

35 Ší ka ozubení:

P epočet roztečného pr m ru

εinimální ší ka ozubení:

b d mm vαlím mm

Výpočet tečného modulu:

cαs cαs

Osová vzdálenost:

Volím osovou vzdálenost aw =120 mm

Úhel sklonu zub pro zvolenou osovou vzdálenost:

arcαs m

a z z arcαs

p epočet tečného modulu:

cαs cαs

Záb rový úhel v čelní rovin :

cαs cαs

Rozteč zub :

P m mm

P m cαs cαs mm

Pastorek (3) z3 = 25

d z m mm

d d mm

d d cαs

d d

z z

cαs cαs

kolo (4) z4 = 30

d z m mm

d d mm

d d cαs

d d

z z

cαs cαs

(37)

36 Výpočet součinitele trvání záb ru:

r r r r a sin

β

sin b tg

β

tg

Z d vodu že součinitel záb ru není celočíselný, volím ší ku 4Ř,67 mm P epočet součinitele trvání záb ru:

b tg β

tg

5.7.2 Silové pom ry čelního soukolí Tečná síla:

F F M

N Radiální síla:

F F F

cαs tg cαs tg N

Axiální síla:

F F tan tan N

5.7.3 Pevnostní kontrola ozubení Únavová únosnost – nap tí v dotyku:

z z z F

b d i

�

(38)

37 z

z

�

K

K K

K K K K K

MPa

s MPa

K K

2600 MPa

K

MPa MPa podmínka je spln na Únavová únosnost – nap tí v ohybu:

F

b m � � � K Volené tabulkové hodnoty:

K K

�

(39)

38

�

� �

� s

MPa

s MPa

MPa MPa MPa podmínka je spln na Kontrola na ohyb p i jednorázovém p sobení nejv tšího zatížení

5.8 Čelní soukolí 2

5.8.1 Výpočet rozm r čelního soukolí se šikmými zuby (redukce) Návrhový výpočet:

εateriál pastorku (5) a kola (6): 14 140 (povrchov kalená)

Mez pevnosti v tahu: Rm = 785 MPa Mez kluzu v tahu: Re = 539 MPa εez únavy v dotyku Hlim = 1140 MPa εez únavy v ohybu Flim = 450 MPa

Tvrdost VHV = 600- 675

(40)

39

Obrázek 12 - čelní ozubená kola ( redukovaný p evod)

Vstupní hodnoty:

č ů

úhel sklαnu zubu

počet zub druhého kola:

z ič z zubů

P epočet p evodového pom ru:

č

= (bwH/d5) = 0,4 KA= 1,5

K_H=1,16 K

(41)

40

Výpočet rozteční kružnice pastorku uprost ed ší ky zubu:

Normálový modul:

Volím modul mn= 3 mm.

Ší ka ozubení:

P epočet roztečného pr m ru

εinimální ší ka ozubení:

Volím b = 30mm Výpočet tečného modulu:

cαs cαs

Osová vzdálenost:

Volím osovou vzdálenost aw =120 mm

Úhel sklonu zub pro zvolenou osovou vzdálenost:

arcαs m

a z z arcαs

p epočet tečného modulu:

cαs cαs

Záb rový úhel v čelní rovin :

cαs cαs

Rozteč zub :

P m mm

P m cαs cαs mm

(42)

41 Výpočet jednotlivých pr m r :

Pastorek (5) z5= 22

d z m mm

d d mm

d d cαs

d d

kolo (6) z6= 53

d z m mm

d d mm

d d cαs

d d

Výpočet součinitele trvání záb ru:

r r r r a sin

β

sin b tg

β

tg

Z d vodu že součinitel záb ru není celočíselný, volím ší ku 39,9 mm P epočet součinitele trvání záb ru:

b tg β

tg

5.8.2 Silové pom ry čelního soukolí Tečná síla:

F M

N Radiální síla:

F F F

cαs tan cαs tan N

(43)

42 Axiální síla:

F F tan tan N

Pevnostní kontrola ozubení

Únavová únosnost – nap tí v dotyku:

z z z F

b d i

�

z

�

K

K K

K K K K K

MPa

s MPa

K K

2600 MPa

K

(44)

43 Únavová únosnost – nap tí v ohybu:

F

b m � � � K Volené tabulkové hodnoty:

K K

�

� �

� s

MPa

s MPa

MPa

MPa MPa podmínka je spln na Kontrola na ohyb p i jednorázovém p sobení nejv tšího zatížení

5.9 Návrh emenového p evodu:

Rozhodl jsem se použít emenový p evod umíst ný za p evodovou sk í místo et zového p evodu. emenový p evod má klidný a tichý chod a jeho výhody spočívají v nízkých a výrobních nákladech. emen p enáší na velké vzdálenosti výkon a tlumí momentové rázy v d sledku odpružení emene.

(45)

44

i = 1,21 - požadovaný p evodový pom r n = 434 min^-1 - otáčky na malé emenici p i redukci a_p=300 mm -zvolená osová vzdálenost

volím úzký klínový emen typu SPB DIN 7753 – voleno z tabulek [5] a navrhnuto v SW Autodesk Inventor Professional 2015.

dp= 170 mm - pr m r malé emenice

Pr = 4,82 kW - základní jmenovitý výkon p enášený jedním emenem Výpočet pr m ru v tší emenice:

i_� D

d D i_� d

D mm

Výpočet délky emene:

L a D d D d

a

L mm

vαlím mm

Skutečná osová vzdálenost:

a L D d

L D d D d

a

a mm

Pot ebný počet emen :

kW

… účinnost kuželového a čelního soukolí Dané součinitelé vyplívají z tabulek [5]

(46)

45 c₁= 0,řř …součinitel úhlu opásání

c₂= 1,2 …součinitel provozního zatížení c3= 0,Ř4 …součinitel délky klínového emene Pot ebný počet emen :

volím z = 5 Obvodová síla F:

F M

r N

Úhly opásání:

sin D d

a

sin

rad t ení v klínové drážce:

součinitel t ení f volím z katalogu emen f=0,Ř =34º

sin sin

Minimální p edp tí emene:

F F e

e

e N

Zatížení h ídele za klidu:

F F cαs N

Zatížení h ídele za pohybu:

F F F N

Aby nedošlo k prokluzu emene, musí být spln na podmínka daná Eulerovým vztahem pro vláknové t ení.

(47)

46

F F e

Podmínka spln na, nedochází k prokluzu emenu.

F F F F F cαs

F cαs

Rozložení do složek:

F F N

F N

Obrázek 13 - schéma emenového p evodu

5.10 reakce a momenty na h ídelích

5.10.1 Vstupní h ídel

r mm M Nm F N F N

F N

Obrázek 14 - schéma sil na vstupním h ídeli

Rovnice rovnováhy:

(48)

47

1) x � F

2) y � � F

3) z � � F

4) M � F

5) M � F F

� F N

� F

� F F

� F �

� F � N

Výsledné reakce v uloženích:

� � � N

M Nm

Obrázek 15 - pr b h smykové síly vstupního h ídele

Obrázek 16 - pr b h ohybového momentu vstupního h ídele

Určení pr m ru h ídele:

(49)

48

mat.: 11 500, MPa MPa

Redukovaný ohybový moment:

M M M Nm

d M

mm í

5.10.2 P edlohový h ídel (neredukovaný)

r mm r mm M Nm F N

F N F N; F N F N F N

Obrázek 17 – schéma sil na p edlohovém h ídeli (neredukovaný)

1) x F � F

2) y � � F F

3) z � � F F

4) M � F F

5) M � F F F F

� F F N

� N

� � F F

�

� F F �

(50)

49 Výsledné reakce v uloženích:

� � � N

Obrázek 18 - pr b h smykové síly p edlohové h ídele

Obrázek 19 - pr b h ohybového momentu p edlohové h ídele

M Nm

M M M

Nm

d M

mm í

5.10.3 P edlohový h ídel (50% redukce)

r mm r mm M Nm F N

F N F N; F N F N F N

(51)

50

Obrázek 20 – schéma sil na p edlohovém h ídeli p i 50% redukci

1) x F � F

2) y � � F F

3) z � � F F

4) M � F F

5) M � F F F F

� F F N

� N

� � F F

�

� F F �

Výsledné reakce v uloženích:

� � � N

Obrázek 21 - pr b h smykové síly na p edlohovém h ídeli p i 50% redukci

(52)

51

Obrázek 22 - pr b h ohybového momentu na p edlohovém h ídeli p i 50% redukci

M Nm

M M M Nm

d M

mm í

5.10.4 Výstupní h ídel (neredukovaný)

r mm r mm M Nm F N

F N F N ; F F N; F N

Obrázek 23 - schéma sil na výstupní h ídele

1) x � F

2) y � � F F

3) z � � F

4) M � F

(53)

52

5) M � F F F

� N

� F

N

�

� N

�

� � � N

Obrázek 24 - pr b h smykové síly na výstupním h ídeli

Obrázek 25 - pr b h ohybového momentu na výstupním h ídeli

M Nm

M M M Nm

d M

mm í

(54)

53 5.10.5 Výstupní h ídel (50% redukce)

r mm M Nm ; F N F N F N;

F N; F N

Obrázek 26 - schéma sil na výstupní h ídeli p i 50% redukci

1) x � F

2) y � � F F

3) z � � F

4) M � F

5) M � F F F

� F N

� N

� � � N

Obrázek 27 –pr b h smykové síly na výstupní h ídeli p i 50% redukci

(55)

54

Obrázek 28 - pr b h ohybového momentu na výstupní h ídeli p i 50% redukci

M Nm

M M M Nm

d M

mm í

Kontrola pr m ru výstupního h ídele:

M Nm

D= 45 mm d= 40 mm

zápich tvaru G-R =0,8 mm kp= 1,5

Kontrola na st ídavý ohyb:

r

d D

d

q r �

q r � �

q q q

q

v sαučinitel velikαsti sαučinitel βαvrchu

(56)

55

� v

MPa M

d MPa

k

Kontrola na statický krut:

� MPa

MPa

k

Celková bezpečnost:

k č �í

5.10.6 h ídel hnané emenice

Pro snazší a rychlejší výpočet jsem použil generátor komponent h ídele SW Autodesk Inventor 2015, kde odečtu p ímo z grafu reakce (síly) na ložiska.

F N F N F N F N M Nm

Obrázek 29 - schéma sil na h ídeli hnané emenice

1) x �

(57)

56

2) y � � F F �

3) z � � �

4) M � �

5) M F � F �

Obrázek 30 - pr b h smykové síly na h ídeli hnané emenice

RG = 2395,87 N R_H= 1990,98 N RCH = 4988,13 N

Obrázek 31 - pr b h ohybového momentu na h ídeli hnané emenice

M Nm

M M M Nm

d M

mm

Z d vodu velkého namáhání od napínání pilového pásu a od emenového p evodu jsem zvolil dmin = 45 mm.

(58)

57

5.11 V ýpočet ložisek

požadavky:

L C

P n hαd

5.11.1 Ložiska na vstupním h ídeli 5.11.1.1 ložisko v míst A

 Volím kuželíkové ložisko z katalogu SKF 32 009 XC/P5 [6]

n[min^-1] Ka[N] FrA[N] FrB[N] Co[N] C[N] p e Y 1250 1496,5 1690 4300 80000 58300 10/3 0,4 1,5 F

� F

�

F

� F

�

F F

� N

F

F e

P F N

L C

P n h L h

5.11.1.2 ložisko v míst B

 Volím kuželíkové ložisko z katalogu SKF 32 009 XC/P5 [6]

F F K N

F

F e

P F � F N

L C

P n h L h

Zvolená kuželíková ložiska SKF 30209 J2/Q vyhovují.

(59)

58 5.11.2 Ložiska na p edlohovém h ídeli 5.11.2.1 Ložisko v míst C

 Volím kuličkové ložisko z katalogu SKF 6307 [5]

n[min^-1] C_o[N] C[N] p

1041,6 19000 33200 3

P i neredukovaném rychlostním stupni:

Časové rozložení = 50%

Radiální síla Fr = Rc = 1670 N P i redukovaném rychlostním stupni:

Radiální síla Fr = Rc = 3722 N σa toto ložisko nep sobí axiální síla.

Ekvivalentní zatížení (b hem provozu se m ní pouze zatížení):

P P q

N

L C

P n h L h

Zvolené kuličkové ložisko SKF 6307 vyhovuje.

5.11.2.2 Ložisko v míst D

 Volím kuličkové ložisko z katalogu SKF 6308 [5]

n[min^-1] Co[N] C[N] p

1041,6 24000 41000 3

Radiální síla Fr = RD =3670 N Axiální síla F_a =1239 N F

C e � �

P � F � F N

P i redukovaném rychlostním stupni:

Radiální síla Fr = RD = 3154N Axiální síla F_a =1575 N

(60)

59 F

C e � �

P � F � F N

Ekvivalentní zatížení (b hem provozu se m ní pouze zatížení):

P P q

N

L C

P n h L h

5.11.3 Ložiska na výstupním h ídeli 5.11.3.1 Ložisko v míst E

 Volím jedno adé válečkové ložisko z katalogu SKF NU 2209 EC [5]

C_o[N] C[N] p

81500 73700 10/3

τtáčky n=868 min^-1

Radiální síla Fr = RE = 7629 N P i redukovaném rychlostním stupni:

τtáčky n = 434 min^-1 Časové rozložení = 50%

Radiální síla Fr = RE = 9259 N

Na toto ložisko nep sobí axiální síla. B hem provozu se m ní zatížení i otáčky.

Ekvivalentní otáčky:

n n q

min

Ekvivalentní zatížení:

P P n

n

q N

L C

P n h L h

Zvolené jedno adé válečkové ložisko SKF NU 2209 EC vyhovuje.

(61)

60 5.11.3.2 Ložisko v míst F

 Volím kuličkové ložisko z katalogu SKF 6308 [5]

Co[N] C[N] p

24000 41000 3

τtáčky n=Ř6Ř min^-1 Časové rozložení = 50%

Radiální síla Fr = RF =2883 N Axiální síla Fa =1056 N F

C e � �

P � F � F N

P i redukovaném rychlostním stupni:

τtáčky n=434 min^-1 Časové rozložení = 50%

Radiální síla Fr = RF = 3104N Axiální síla Fa =1392 N F

C e � �

P � F � F N

B hem provozu se m ní zatížení i otáčky.

n n q

min

Ekvivalentní zatížení

P P n

n

q N

L C

P n h L h

5.11.4 Ložiska na h ídeli hnané emenice

 Volím radiální kuličková ložiska typu UC209 [9]

C_o[N] C[N] p

20400 34500 3

(62)

61

Radiální síla na jednotlivá ložiska RG=P_0G= 2395,9 N R_H=P_0H= 1991 N RCH=P0CH= 4988 N B hem provozu se m ní pouze otáčky.

n n q

min

L C

P n h

L C

P n h

L C

P n h

L L L L h

Zvolená radiální kuličková ložiska typu UC209 vyhovují.

5.12 Návrh per a drážkování

5.12.1 Pera na vstupní h ídeli

5.12.1.1 Pero pod st ižnou spojkou a kuželové kolo (1) εateriál pera ČSσ 11 500 pd=120 εPa; DS= 60 MPa

F

�

M

d l h l M

d β h M

minimální délka pera:

l í

kontrola pera na smyk:

M d l b

Kontrola pera na otlačení:

(63)

62 Volím pero 12x 8x 32 DIN 6885 A

5.12.2 Pera na p edlohovém h ídeli 5.12.2.1 Pero pod kuželové kolo (2)

εateriál pera ČSσ 11 500 pd=120 εPa; DS= 60 MPa M

l í

M d l b

Volím pero 12x 8x 32 ČSN 022562 A

5.12.3 Pera na výstupním h ídeli

5.12.3.1 Pero pod čelní ozubené kolo (4)

l í

M d l b

(64)

63 Volím pero 12x 8x 40 ČSN 02 2562 A 5.12.3.2 Pero pod čelní ozubené kolo (6)

l í

M d l b

Výpočet ov en v Inventoru 2015

Volím pero 14x 9x45 ČSN 02 2562 A 5.12.3.3 Pero pod hnací emenové kolo

εateriál pera ČSσ 11 500; pd=120 εPa; DS= 60 MPa

M Nmm

d mm

b mm

h mm

l í

M d l b

(65)

64 Výpočet ov en v Inventoru 2015

Zvoleno pero 14x 9x56 ČSN 02 2562 A

5.12.4 Výpočet délky náboje na drážkovaném h ídeli (pod synchronem) P edlohový h ídel: ČSσ 11 500 pd=120 εPa; DS= 60 εPa; DK= 70 MPa M

Výpočet minimálního pr m ru:

d M

mm Z konstrukčních d vod volím d= 36 mm

 rovnoboké drážkování 8x36x40 ISO 14 (lehká ada) účinná plocha S bok drážek délky 1 mm:

� z D d

f z βαčet zubů

f … rozm r zkosení

kontrola na otlačení bok zub :

l M

D d β � mm

Volím l = 14 mm

Kontrola na smyk zub v pat zubu:

vyhαvuje

5.13 Návrh kotoučové spojky

Vstupní spojka: Materiál ocel 11500

R … roztečný polom r [mm]

b … ší ka kotouče v míst šroubového spoje [mm]

i … počet šroub [-]

Ds… dovolené smykové nap tí [εPa]

(66)

65 p_Dov… dovolený tlak[εPa]

Zat žující síla na jeden šroub:

� M

i � N

Výpočet pr m ru šroubu z podmínky na st ih:

�

Volím šestihranný šroub M6x30 ČSσ 02 1201 Tlak p sobící na šroub:

� d b β

MPa MPa

Navržená kotoučová spojka vyhovuje.

5.14 Návrh spojky s axiálními kolíky

Výstupní spojka: εateriál ocel 11500

R … roztečný polom r [mm]

b … ší ka kotouče v míst spoje [mm]

i … počet pojistných kolík [-]

Ds… dovolené smykové nap tí [εPa]

pDov… dovolený tlak [MPa]

(67)

66

Obrázek 32- spojka s axiálními kolíky (Inventor 2015 )

Zat žující síla na jeden kolík:

� M

i � N

Výpočet pr m ru kolíku z podmínky na st ih:

�

Volím kolík 8x55 ČSN EN ISO 2338 Tlak p sobící na šroub:

� d b β

MPa MPa

Navržená spojka s axiálními kolíky vyhovuje.

5.15 Metoda konečných prvk

εetoda konečných prvk (εKP) je numerická metoda sloužící k simulaci pr b h nap tí, deformací na vytvo eném fyzikálním modelu. Její princip spočívá v diskretizaci spojitého kontinua do určitého počtu prvk , p ičemž zjiš ované parametry jsou určovány v jednotlivých uzlových bodech. εKP je užívána pro kontrolu již navržených za ízení, nebo pro stanovení kritického místa konstrukce. [10]

(68)

67

Zvolená H ídel hnané emenice je analyzována z d vodu velkého namáhání od napínání pilového pásu a od emenového kola. τkrajové podmínky jsou dány uložením h ídele v daných ložiskách. Výpočet jsem provedl v programu Autodesk Inventor Professional 2015 kde je p ímo funkce pevnostní analýza. Po provedení simulace je zjišt no, že maximální nap tí dosahuje 33,67 MPa. σap tí je značn menší než mez únavy a minimální bezpečnost 6,15(-).

Obrázek 33 - h ídel hnané emenice (okrajové podmínky)

Obrázek 34 – výsledné nap tí MKP

Obrázek 35 - výsledná bezpečnost MKP

(69)

68

6 E konomické zhodnocení

V této kapitole se v nuji shrnutí ceny pohonu pasové pily včetn všech komponent . Všechny použité σormalizované díly se dají koupit od r zných výrobc součástek na internetu. Výrobní cena p evodovky je t žce stanovitelná, protože dílčí nenormalizované části p evodovky musejí být vyrobeny na zakázku. Nejnákladn jším dílem celého pohonu je elektromotor od firmy Siemens. Druhým nejnákladn jším dílem je p evodová sk í , která se bude vyráb t v kusové výrob a to litím do ocelové formy. To znamená vyšší cena odlitku ale lepší kvalita povrchu a p esnost. Uvedené ceny jsou celkovou částkou za všechny dané součásti použité v sestav .

Tabulka 1 - ceny pro pohon pásové pily

Součást Cena (CZK)

Elektromotor Siemens 36 799Kč P evodová sk í 14 500 Kč

Vstupní víko 550 Kč

H ídele 5650 Kč

Kuželová soukolí 1350 Kč Čelní soukolí 4200 Kč emenový p evod 48ř0 Kč Kotoučová spojka 9ř0 Kč

azení, synchron 57ř0 Kč

δožiska 4400 Kč

Gufera 650 Kč

Rám, kryt 7000 Kč

Šrouby, matice 7Ř0 Kč

Pera 125 Kč

Pojistné kroužky 155 Kč τb žná kola pro pilový

pás

3500 Kč

Pilový pás 1000 Kč

CELKEM 92 329 Kč

(70)

69

Obrázek 36 - konstrukce pohonu pásové pily

Obrázek 37 - návrh pásové pily se zakrytováním

(71)

70

7 Záv r

V bakalá ské práci byl spočítán a navržen pohonný systém pásové pily pro kov dle zadaných parametr . Konstrukce se skládá z elektromotoru, h ídelové spojky, p evodové sk ín , emenového p evodu a sva ovaného rámu.

σa začátku práce byla stručn popsána pásová pila a její funkční části. První, čemu jsem se v noval, byla p evodová sk í a její úprava, abych docílil co nejlepší optimalizace a použití nejmenšího počtu součástek. Poda ilo se mi navrhnout p evodovou sk í tak, aby byla pouze ze dvou částí a jednoho vstupního víčka. Dalším krokem byla volba elektromotoru od firmy Siemens o výkonu 15kW. Ve výpočtové části jsem navrhnul a spočítal kuželová soukolí se šikmými zuby a čelní ozubená soukolí se šikmými zuby.

Výpočet byl ov en v SW Autodesk Inventor 2015 podle normy (ISO 6336:1996).

σavrhl jsem emenový p evod s úzkým emenem pro p enos v tšího výkonu, a také zajistil napínání emenu. Ve 3D modelu je navržen celý pohon (elektromotor a p evodovka), který je umíst n na lineárním vedení. σapínání emenu je vymyšleno p es šroub a zajišt no po stranách p íčnými kolíky v rámu. Součástí byl i výpočet sil a moment na h ídelích, který byl proveden a graficky zpracován. δožiska byla navrhnuta tak, aby trvanlivost p ekračovala minimáln 8000 hodin dle zadání. azení rychlostních stup za chodu je zajišt no zubovou synchronní spojkou, která je umíst na na p edlohové h ídeli mezi čelními koly a aretace azení je v krytu p evodovky, viz 3D model sestavy. Pera pod ozubenými koly (pod emenicí a u h ídelové spojky) byla zkontrolována, viz kapitola 5.12. Další možností je otev ení 3D modelu v SW Inventor a nahlédnutí do výpočt per pod danými ozubenými koly.

Poté jsem zkontroloval vstupní h ídelovou spojku se šrouby a st ižnou spojku s kolíky, která je umíst ná na výstupu pod ob žným kolem pásové pily. St ižná spojka zajiš uje p enos krouticího momentu a zabra uje poškození p evodovky nebo dalších komponent pohonu p i zaseknutí pásové pily do materiálu. Všechny výpočty byly provedeny jako ruční výpočet, tak v SW Autodesk Inventor 2015. Po vypracování 3D modelu pásové pily, byla vytvo ena výkresová dokumentace p evodovky a jednotlivých daných díl .

σa záv r práce jsem vykonal ekonomické zhodnocení jednotlivých komponent.

P i návrhu a konstrukci pohonu pásové pily pro kov jsem dodržel požadované parametry, tudíž zadání bakalá ské práce bylo spln no.