KONSTRUKCE POHONNÉHO SYSTÉMU DOPRAVNÍKU

(1)

KONSTRUKCE POHONNÉHO SYSTÉMU DOPRAVNÍKU

Bakalářská práce

Studijní program: B2301 – Strojní inženýrství Studijní obor: 2301R000 – Strojní inženýrství Autor práce: Stanislav Amler

Vedoucí práce: prof. Ing. Ladislav Ševčík, CSc.

(2)

(3)

(4)

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vzta- huje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto pří- padě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vyna- ložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé bakalářské práce a konzultantem.

Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elek- tronickou verzí, vloženou do IS STAG.

Datum:

Podpis:

(5)

Poděkování

Děkuji vedoucímu bakalářské práce panu prof. Ing. Ladislavu Ševčíkovi, CSc.

za cenné rady, ochotu a čas, který mi věnoval při řešení dané problematiky.

(6)

Abstrakt

V této práci je proveden návrh pohonného systému pro pásový dopravník. Celý návrh konstrukce je rozdělen do několika částí. V první části je výpočet minimálního výkonu elektromotoru. Pak je zde uveden návrh modulu ozubených kol (čelních a kuželových) se šikmými zuby a výpočet základních rozměrů ozubených kol. Potom je vytvořen návrh klínového řemenu a výpočet jeho délky. Pak je proveden návrh spojek (kotoučová třecí a kuželová třecí). Také je zde uveden výpočet reakcí a bezpečnosti na hřídelích a k tomu související návrh kuželíkových ložisek. Na závěr je zde uveden návrh spojovacích součástí (těsná pera a rovnoboké drážkování).

Klíčová slova

Návrh převodovky, ozubené kolo, klínový řemen, spojka, kuželíkové ložisko, těsné pero, rovnoboké drážkování.

(7)

Abstract

In this thesis there is made design of drive system for the conveyor belt.

The whole design structure is divided into several parts. In the first part there is calculation of the minimum power the electric motor. Then there is show design of module gears (spur and bevel) with helical teeth and calculation of the basic dimensions of gears. Then there is made design of serpentine belt and calculate his length. Then there is executed design of clutch (disc friction and bevel friction). Also there is shows the calculation of reactions and safety on shafts and to related design of tapered roller bearings. In conclusion is here shows design of connecting parts (parallel keys and parallel key splines).

Keywords

Design of transmission, gear, serpentine belt, clutch, tapered roller bearings, parallel keys, parallel key splines.

(8)

Obsah

SEZNAM OBRÁZKŮ ... 9

SEZNAM TABULEK ... 10

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ ... 11

ÚVOD ... 16

Cíl práce ... 16

1 Rozdělení dopravníků ... 18

1.1 Pásový dopravník ... 18

2 Vlastní návrh převodu ... 20

2.1 Návrh elektromotoru ... 20

2.2 Návrh převodových poměrů ... 20

2.3 Návrh počtu zubů ozubených kol ... 21

2.4 Výpočet otáček hřídelů a rychlosti pásu dopravníku ... 21

2.5 Výpočet krouticích momentů ... 22

2.6 Výpočet průměrů hřídelů ... 23

2.7 Návrh modulu ozubených kol ... 24

2.7.1 Kuželové soukolí 12 ... 24

2.7.2 Čelní soukolí 34 ... 28

2.8 Základní rozměry ozubených kol ... 32

2.9 Silové poměry ozubených kol ... 37

2.10 Návrh řemenu ... 39

2.10.1 Typ řemene, rozměry řemenic, počet řemenů ... 39

2.10.2 Síly působící na řemenice ... 42

2.11 Návrh spojek ... 43

2.11.1 Kotoučová třecí spojka ... 43

(9)

2.11.2 Kuželová třecí spojka 1 ... 45

2.11.3 Kuželová třecí spojka 2 ... 48

2.12 Zatížení hřídelů ... 50

2.13 Návrh ložisek ... 62

2.14 Pevnostní kontrola hřídelů ... 71

2.15 Návrh spojovacích součástí ... 76

2.15.1 Návrh těsných per ... 76

2.15.2 Návrh drážkování ... 80

3 Cena pohonu dopravníku ... 83

ZÁVĚR ... 84

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ... 86

SEZNAM PŘÍLOH ... 87

(10)

SEZNAM OBRÁZKŮ

Obr. 1 Základní schéma převodu ... 17

Obr. 2 Schéma rozložení hřídelů a ložisek ... 22

Obr. 3 Součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubu kuželových kol podél šířky zubu pro dotyk ... 27

Obr. 4 Součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubů čelních kol ... 30

Obr. 5 Diagram pro určení průřezu řemene ... 39

Obr. 6 Schéma zatížení hřídele I ... 50

Obr. 7 Schéma zatížení hřídele II při sepnuté kuželové třecí spojce 1 ... 51

Obr. 8 Schéma zatížení hřídele II při sepnuté kuželové třecí spojce 2 ... 53

Obr. 9 Schéma zatížení hřídele III při sepnuté kuželové třecí spojce 1 ... 54

Obr. 10 Schéma zatížení hřídele III při sepnuté kuželové třecí spojce 2 ... 55

Obr. 11 Schéma zatížení hřídele IV při sepnuté kuželové třecí spojce 1 ... 57

Obr. 12 Schéma zatížení hřídele IV při sepnuté kuželové třecí spojce 2 ... 58

Obr. 13 Schéma zatížení hřídele V při sepnuté kuželové třecí spojce 1 ... 59

Obr. 14 Schéma zatížení hřídele V při sepnuté kuželové třecí spojce 2 ... 61

(11)

SEZNAM TABULEK

Tab. 1 Orientační hodnoty součinitele KA ... 25

Tab. 2 Příklady pracovních strojů s různým charakterem zatěžování převodovky ... 25

Tab. 3 Příklady hnacích strojů s různým charakterem zatěžování převodovky ... 26

Tab. 4 Doporučené hodnoty ΨH a ΨF pro letmo uložená soukolí ... 26

Tab. 5 Doporučené hodnoty ΨH a ΨF pro oboustranně symetricky uložená soukolí ... 29

Tab. 6 Minimální výpočtové průměry řemenic pro jednotlivé velikosti klasického průřezu klínového řemene ... 40

Tab. 7 Součinitel C_k přihlížející k počtu řemenů v převodu ... 41

Tab. 8 Součinitel úhlu opásání řemenem ... 41

Tab. 9 Součinitel vlivu délky řemene ... 41

Tab. 10 Axiální zatížení jednořadých kuželíkových ložisek ... 64

Tab. 11 Rozměry hřídelového pera a drážky ... 77

Tab. 12 Jmenovité rozměry rovnobokého drážkování lehké řady ... 81

Tab. 13 Odhadovaná cena převodovky ... 83

(12)

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ

[mm] osová vzdálenost

[mm] skutečná opěrná plocha drážek [mm] požadovaná osová vzdálenost

[mm] délka kuželové površky, šířka ozubeného kola [mm] šířka těsného pera

[N] dynamická únosnost [-] součinitel úhlu opásání

[-] součinitel počtu řemenů v převodu [-] součinitel vlivu délky řemene

[-] součinitel dynamičnosti a pracovního režimu

[mm] průměr drátu, průměr roztečné kružnice, průměr řemenice, malý průměr drážkování

[mm] velký průměr drážkování, střední průměr pružin, průměr hřídele [mm] průměr hlavové kružnice

[mm] vnější průměr stykové plochy kotoučů [mm] průměr bubnu pásového dopravníku

[mm] průměr hlavové kružnice vnější [mm] průměr základní kružnice [mm] průměr roztečné kružnice vnější [mm] průměr patní kružnice

[mm] průměr patní kružnice vnější

[mm] vnitřní průměr stykové plochy kotoučů [mm] průměr pro klíč

[mm] střední průměr

[mm] průměr otvoru pro šroub [mm] střední průměr

[mm] střední průměr závitu šroubu [mm] malý průměr závitu šroubu [mm] zkosení drážek

[-] součinitel tření mezi stykovými plochami, součinitel tření

(13)

[-] pomocný součinitel pro výpočet modulu ozubení [-] pomocný součinitel pro výpočet roztečného průměru [-] součinitel tření v klínové drážce

[-] součinitel tření pro stykovou plochu matice a kotouče [N] předpětí ve šroubu

[N] radiální síla

[N] radiální síla zatěžující hřídel [N] tečná síla

[N] síla v tažné větvi řemene

[N] síla v odlehčené větvi

[-] součinitel tření pro stykovou plochu závitů šroubu a matice [N] síla předpětí řemene

[N] pracovní síla pružiny

[N] maximální pracovní síla pružiny [MPa] modul pružnosti ve smyku [mm] zdvih pružiny

[mm] výška těsného pera [mm] výška hlavy zubu

[mm] výška hlavy zubu vnější [mm] výška paty zubu

[mm] výška paty zubu vnější

[-] poměr vinutí, počet šroubů, převodový poměr [-] celkový převodový poměr

[-] skutečný převodový poměr [-] celková bezpečnost

[N/mm] tuhost pružiny

[-] korekční součinitel, počet řemenů [-] součinitel vnějších dynamických sil [-] součinitel přídavných zatížení

[-] součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubů po šířce [-] součinitel bezpečnosti přenosu

[-] bezpečnost v ohybu

(14)

[mm] délka drážkování

[mm] délka pera, délka řemene [hod] základní trvanlivost ložiska

[hod] požadovaná trvanlivost ložiska při 10 % času záběru

[hod] požadovaná trvanlivost ložiska při 90 % času záběru [hod] požadovaná trvanlivost ložiska

[mm] volná délka pružiny [mm] montážní délka pružiny [Nm] krouticí moment na hřídeli

[mm] normálový modul

[mm] normálový modul při kontrole na ohyb

[mm] normálový modul při kontrole na dotyk

[mm] normálový modul střední při kontrole na ohyb

[mm] normálový modul střední při kontrole na dotyk [Nm] ohybový moment

[mm] čelní modul

[mm] tečný modul vnější

[mm] tečný modul střední [Nm] utahovací moment

[Nm] odporový třecí moment [-] počet činných závitů [min^-1] otáčky hřídele

[W] výkon přenášený jedním řemenem v podmínkách provozu [-] počet závěrných závitů

[W] jmenovitý výkon převodu s jedním řemenem [MPa] tlak ve stykové ploše kotoučů

[N] ekvivalentní dynamické zatížení ložisek [kW] přenášený výkon

[MPa] dovolený tlak [mm] stoupání závitu

[kW] minimální výkon elektromotoru [mm] čelní rozteč

(15)

[mm] poloměr umístění šroubů [MPa] mez kluzu

[MPa] mez pevnosti

[mm] střední poloměr stykové plochy [mm] hloubka drážky v náboji

[-] převodové číslo kuželového soukolí [m/s] rychlost pásu pásového dopravníku [-] součinitel velikosti součásti

[-] součinitel pro valivá ložiska [mm] pracovní deformace pružiny [mm] maximální deformace pružiny

[-] počet drážek

[-] počet zubů ozubeného kola [°] normálový úhel záběru

[°] úhel záběru kuželového ozubeného kola [°] čelní úhel záběru

[°] úhel sklonu zubu [-] součinitel vrubu

[°] úhel sklonu zubu na středním průměru [rad] úhel stoupání závitu

[°] úhel roztečného kužele kuželového ozubeného kola [-] součinitel trvání záběru

[-] část součinitele trvání záběru [-] část součinitele trvání záběru [-] součinitel povrchu součásti [-] účinnost jednotlivých převodů

[-] celková účinnost převodu [MPa] mez únavy v ohybu [MPa] ekvivalentní napětí

[MPa] mez únavy v ohybu

[MPa] přípustné napětí v ohybu

[MPa] mez únavy v dotyku přípustné napětí v dotyku

(16)

[MPa] napětí v ohybu [MPa] napětí v tahu

[MPa] dovolené napětí v tahu

[°] úhel os rotace kuželových ozubených kol

[MPa] dovolené napětí v krutu

[MPa] napětí v krutu, smykové napětí

[°] poloviční vrcholový úhel stykové plochy [rad] třecí úhel

[-] poměr šířky ozubení ke střednímu modulu [-] poměr šířky ozubení k roztečnému průměru

(17)

ÚVOD

Každý z nás se setkal s manipulací materiálu. V životě jednotlivce se jedná o ruční zvedání materiálu a jeho následném přesunu tj. z místa nákupu do místa spotřeby. Ve všech odvětví průmyslu práci s manipulací materiálu usnadňují různé typy dopravníků. Velký prostor pro využití technických a praktických poznatků z techniky lze využít při konstrukci dopravníků. Zvolíme pak určitý typ dopravníku, který bude nejefektivnější pro dopravu určitého materiálu.

Cíl práce

V práci je řešen návrh mechanického převodu pro pásový dopravník.

Mechanický převod musí na vstupu obsahovat spojku, minimálně jedno kuželové a čelní soukolí se šikmými zuby a řemenový převod. Celý převod musí obsahovat přídavnou vlastnost – redukci výstupních otáček na 50%. Zadanými parametry pro převod jsou přenášený výkon , vstupní otáčky , výstupní otáčky a redukované výstupní otáčky . Dalšími zadanými parametry jsou požadovaná trvanlivost ložisek , osová vzdálenost řemenového převodu a průměr bubnu pásového dopravníku .

Pro funkčnost celého pohonného systému dopravníku a návrh této soustavy je nezbytné provést určité výpočty za pomoci určitých matematických vzorců a Strojnických tabulek. Musí se spočítat minimální výkon a otáčky elektromotoru, rychlost pásu při prvním a druhém převodu, navrhnout moduly ozubených kol dle ČSN 01 4686 a počtu zubů jednotlivých kol. Následně se musí spočítat základní rozměry všech ozubených kol. Dále je potřeba určit bezpečnost jednotlivých hřídelů a ještě navrhnout:

 typ řemene, průměry řemenic a vypočítat délku řemene a počet řemenů

 kotoučovou třecí spojku a zkontrolovat u ní tlak ve stykové ploše kotoučů a napětí v tahu u použitých šroubů

 kuželové třecí spojky a určit minimální axiální přítlačnou sílu, tuhosti

(18)

 kuželíková ložiska ze silových poměrů v soustavě a zkontrolovat základní trvanlivosti ložisek s požadovanou trvanlivostí

 těsná pera pro spojení všech hřídelů s nábojem

 rovnoboké drážkování pro spojení hřídele s kuželovou třecí spojkou a určit minimální délku náboje

Obr. 1 Základní schéma převodu Zdroj: Zpracováno autorem

(19)

1 Rozdělení dopravníků

Dopravníky jsou základním článkem dopravy. Jsou důležité pro mechanizaci a automatizaci linek. Volba vhodného způsobu dopravy se stanoví podle charakteristických vlastností přepravovaného materiálu. Přepravujeme nejen pevné látky (kusové, plošné, tyčové a vláknité předměty), ale i tekuté (kapaliny, pasty, sypké látky).

Dopravníky jsou tedy strojní zařízení určená pro nepřetržitou dopravu sypkých nebo kusových materiálů. Materiály se dopravují do vzdálenosti několika metrů až kilometrů. Zařízení se nemusí zastavovat při nakládání a vykládání materiálů.

Doprava materiálu se může uskutečňovat ve vodorovném, šikmém nebo svislém směru.

Podle konstrukčního hlediska se dopravníky dělí na dopravníky:

 s tažným elementem – pásový, článkový korečkový, závěsný, žlabový dopravník a redlery

 bez tažného elementu – vibrační, šnekový, válečkový dopravník, kladičkové tratě a dopravní skluzy

1.1 Pásový dopravník

Tažným i nosným orgánem je nekonečný pás vedený a poháněný bubny a podpíraný válečky nebo rovinou plochou. Slouží k přemisťování sypkých i kusových materiálů ve směru vodorovném a šikmém.

Pásové dopravníky mohou být:

 stabilní – používají se pro přepravu velkého množství materiálu na velkou vzdálenost až 5 000 m

 pojízdné a přenosné – používají se pro přepravu materiálu na kratší vzdálenost.

Často se u nich mění místo nakládky a vykládky.

(20)

Podle sklonu a tvaru trasy rozdělujeme dopravníky na vodorovné, šikmé a lomené. Podle směru dopravy materiálu hovoříme o dopravníku jednosměrném nebo reverzním (směr dopravy se střídá).

Příčný průřez pracovního pásu je rovný nebo korýtkový. Průřez nezatížené větve je pokaždé rovný. Materiál pásů tvoří pryž s textilní, syntetickou nebo kovovou vložkou, PVC, ohebný ocelový pás nebo drátěné pletivo. Většina pásů má tři vrstvy:

 nosná – zajišťuje polohu materiálu na pásu

 tažná – přenáší tažnou sílu

 oběžná – přenáší moment z hnacího bubnu na pás

(21)

2 Vlastní návrh převodu

2.1 Návrh elektromotoru

Pro výpočet minimálního výkonu elektromotoru je zvolena účinnost jednotlivých převodů .

Celková účinnost převodu:

Minimální výkon elektromotoru:

K dané převodovce je nutné připojit elektromotor s otáčkami a minimálním výkonem , tak aby byl přenesen požadovaný výkon .

2.2 Návrh převodových poměrů

Převodový poměr kuželového soukolí 12 je zvolen na a převodový poměr řemenového převodu 78 je zvolen na . Následně je dopočten převodový poměr čelního soukolí 34 pro výstupní otáčky a převodový poměr čelní soukolí 56 pro výstupní redukované otáčky .

Celkový převodový poměr:

Převodový poměr čelního soukolí 34:

Celkový převodový poměr (redukce):

(22)

Převodový poměr čelního soukolí 56:

2.3 Návrh počtu zubů ozubených kol

Počet zubů u pastorku pro jednotlivá soukolí je zvolen na , , a následně jsou dopočteny počty zubů a skutečné převodové poměry.

Počet zubů kol:

Počty zubů , , byly zvoleny, tak aby u každého soukolí byl vždy jeden počet zubů liché číslo a druhý sudé číslo.

Skutečné převodové poměry:

2.4 Výpočet otáček hřídelů a rychlosti pásu dopravníku

Otáčky hřídele II a IV při sepnuté kuželové třecí spojce 1:

(23)

Otáčky hřídele III a V při sepnuté kuželové třecí spojce 2:

Otáčky hřídele V při sepnuté kuželové třecí spojce 1:

Otáčky hřídele IV při sepnuté kuželové třecí spojce 2:

Obr. 2 Schéma rozložení hřídelů a ložisek Zdroj: Zpracováno autorem

Rychlost pásu při sepnuté kuželové třecí spojce 1:

Rychlost pásu při sepnuté kuželové třecí spojce 2:

2.5 Výpočet krouticích momentů

Krouticí moment na hřídeli I:

(24)

Krouticí moment na hřídeli II a IV při sepnuté kuželové třecí spojce 1:

Krouticí moment na hřídeli IV při sepnuté kuželové třecí spojce 2:

Kroutící moment na hřídeli III a V při sepnuté kuželové třecí spojce 2:

Kroutící moment na hřídeli V při sepnuté kuželové třecí spojce 1:

2.6 Výpočet průměrů hřídelů

Pro výpočet průměrů hřídelů je zvoleno dovolené napětí v krutu pro materiál hřídelů 11 600.

Průměry hřídelů:

√

(25)

Průměry hřídelů jsou zvoleny následovně , ,

a .

2.7 Návrh modulu ozubených kol

Návrh modulu kuželového ozubeného kola a čelních ozubených kol je proveden dle ČSN 01 4686. Návrh spočívá ve dvou částech a to z kontroly zubu namáhaného na dotyk a na ohyb. Z těchto dvou vypočtených modulů je vybrán ten větší a zaokrouhlen na nejbližší vyšší normalizovaný modul.

2.7.1 Kuželové soukolí 12

Pro návrh modulu kuželového soukolí je zvoleno několik parametrů a to úhel os rotace kol , úhel sklonu zubů na středním průměru a úhel záběru

. Materiál ozubených kol je zvolen na 12 051. Kola budou povrchově kalena po boku. Pro zvolený materiál je mez únavy v dotyku a mez únavy v ohybu .

Parametry potřebné pro výpočet:

- pomocný součinitel pro výpočet roztečného průměru pro šikmé zuby - součinitel vnějších dynamických sil (Tab. 1, Tab. 2, Tab. 3) - součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubů po šířce (Obr. 3) - poměr šířky ozubení k roztečnému průměru (Tab. 4) - pomocný součinitel pro výpočet modulu ozubení - poměr šířky ozubení ke střednímu modulu (Tab. 4)

(26)

Tab. 1 Orientační hodnoty součinitele K_A

Zatěžování převodovky hnacím strojem

Zatěžování převodovky hnaným (pracovním) strojem plynulé

s malou nerovno- měrností

se střední nerovno- měrností

s velkou nerovno- měrností

plynulé 1 1,25 1,5 1,75

s malou

nerovnoměrností 1,1 1,35 1,6 1,85 se střední

nerovnoměrností 1,25 1,5 1,75 2

s velkou

nerovnoměrností 1,5 1,75 2 2,25

Zdroj: LEINVEBER, J. A KOL.: Strojnické tabulky

Tab. 2 Příklady pracovních strojů s různým charakterem zatěžování převodovky

Zatěžování

převodovky Druh pracovního stroje

plynulé

generátor, dopravník (pásový, deskový, šnekový), lehký výtah, soukolí posuvu obráběcího stroje, větrák,

turbodmychadlo, turbokompresor, míchadlo na materiál konstantní hustoty

s malou

nerovnoměrností generátor, zubové čerpadlo, rotační čerpadlo

se střední

nerovnoměrností

hlavní pohon obráběcího stroje, těžký výtah, otoč jeřábu, důlní větrák, napáječka, míchadlo na materiál s

proměnnou hustotou, víceválcové pístové čerpadlo

s velkou

nerovnoměrností

lis, nůžky, kalandr na pryž, válcovací stolice, lopatové rýpadlo, těžká odstředivka, těžká napáječka, vrtná soustava, briketovací lis, hnětací stroj

(27)

Tab. 3 Příklady hnacích strojů s různým charakterem zatěžování převodovky

Zatěžování převodovky Druh hnacího stroje

plynulé elektromotor, parní turbína, plynová turbína

s malou nerovnoměrností hydromotor, parní turbína, plynová turbína se střední nerovnoměrností víceválcový spalovací motor

s velkou nerovnoměrností jednoválcový spalovací motor

Tab. 4 Doporučené hodnoty ΨH a ΨF pro letmo uložená soukolí

Tepelné zpracování ΨH

ΨF

i

1 2 4 8

obě kola normalizačně

žíhaná 0,8 26 až 48 23 až 44 20 až 40 18 až 36

obě kola zušlechtěná 0,7 22 až 42 20 až 39 18 až 35 15 až 32

pastorek povrchově tvrzený (mimo nitridaci), kolo povrchově netvrzené

0,7 15 až 28 14 až 25 12 až 22 11 až 20

obě kola povrchově tvrzená (s výjimkou nitridace)

0,6 9 až 14 8 až 13 7 až 11 6 až 10

obě kola nitridovaná 0,4 10 až 16 8 až 14 7 až 12 6 až 10

(28)

Obr. 3 Součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubu kuželových kol podél šířky zubu pro dotyk

Pozn.: Křivky a platí pro uložení v kuličkových ložiskách, křivky b v kuželíkových ložiskách, plné čáry platí pro přímé zuby, čerchované pro šikmé a zakřivené zuby.

Zdroj: LEINVEBER, J. A KOL.: Strojnické tabulky Úhly roztečných kuželů:

Součinitel přídavných zatížení:

Přípustné napětí v dotyku:

(29)

Převodové číslo kuželového soukolí:

Střední průměr pastorku:

√

Normálový modul střední při kontrole na dotyk:

Přípustné napětí v ohybu:

Normálový modul střední při kontrole na ohyb:

√

Tečný modul střední:

Tečný modul vnější:

(

√ ) (

√ )

Pro kuželové soukolí 12 dle ČSN 01 4608 je zvolen modul .

2.7.2 Čelní soukolí 34

Pro návrh modulu čelního soukolí 34 je zvoleno několik parametrů a to úhel sklonu zubu , požadovaná osová vzdálenost a normálový úhel záběru . Materiál ozubených kol je zvolen na 12 051. Kola budou povrchově

(30)

kalena po boku. Pro zvolený materiál je mez únavy v dotyku a mez únavy v ohybu .

- pomocný součinitel pro výpočet roztečného průměru pro šikmé zuby - součinitel vnějších dynamických sil (Tab. 1, Tab. 2, Tab. 3) - součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubů po šířce (Obr. 4) - poměr šířky ozubení k roztečnému průměru (Tab. 5) - pomocný součinitel pro výpočet modulu ozubení - poměr šířky ozubení ke střednímu modulu (Tab. 5)

Tab. 5 Doporučené hodnoty ΨH a ΨF pro oboustranně symetricky uložená soukolí

Tepelné zpracování ΨH

ΨF

i

1 2 4 8

obě kola

normalizačně žíhaná 1,6 51 až 96 46 až 88 40 až 80 35 až 72

obě kola zušlechtěná 1,4 45 až 84 41 až 77 35 až 70 31 až 63

pastorek povrchově tvrzený (mimo nitridaci), kolo povrchově netvrzené

1,4 31 až 55 28 až 50 24 až 45 21 až 40

obě kola povrchově tvrzená (s výjimkou nitridace)

1,1 17 až 26 15 až 23 13 až 20 11 až 18

obě kola nitridovaná 0,8 19 až 32 17 až 26 15 až 25 13 až 21

(31)

Obr. 4 Součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubů čelních kol Pozn.: a) pro netvrzená kola (VHV ≤ 370), b) pro tvrzená kola (VHV > 370)

Zdroj: LEINVEBER, J. A KOL.: Strojnické tabulky Součinitel přídavných zatížení:

Průměr roztečné kružnice pastorku.

√

Normálový modul při kontrole na dotyk:

(32)

Přípustné napětí v ohybu:

Normálový modul při kontrole na ohyb:

√

Pro čelní soukolí 34 dle ČSN 01 4608 je zvolen modul .

2.7.3 Čelní soukolí 56

Pro návrh modulu čelního soukolí 56 je zvoleno několik parametrů a to úhel sklonu zubu , požadovaná osová vzdálenost a normálový úhel záběru . Materiál ozubených kol je zvolen na 12 051. Kola budou povrchově kalena po boku. Pro zvolený materiál je mez únavy v dotyku a mez únavy v ohybu .

- pomocný součinitel pro výpočet roztečného průměru pro šikmé zuby - součinitel vnějších dynamických sil (Tab. 1, Tab. 2, Tab. 3) - součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubů po šířce (Obr. 4) - poměr šířky ozubení k roztečnému průměru (Tab. 5) - pomocný součinitel pro výpočet modulu ozubení - poměr šířky ozubení ke střednímu modulu (Tab. 5) Součinitel přídavných zatížení:

Průměr roztečné kružnice pastorku.

√

(33)

Normálový modul při kontrole na dotyk:

Normálový modul při kontrole na ohyb:

√

Pro čelní soukolí 56 dle ČSN 01 4608 je zvolen modul .

2.8 Základní rozměry ozubených kol 2.8.1 Kuželové soukolí 12

Průměr roztečné kružnice vnější:

Výška hlavy zubu vnější:

Průměr hlavové kružnice vnější:

Výška paty zubu vnější:

(34)

Průměr patní kružnice vnější:

Šířka věnce:

Je zvolena šířka .

Střední průměr:

2.8.2 Čelní soukolí 34

Úhel sklonu zubu:

( )

Čelní modul:

Průměry roztečných kružnic:

Výška hlavy:

(35)

Průměry hlavových kružnic

Výška paty:

Průměry patních kružnic:

Čelní úhel záběru:

Průměry základních kružnic:

Čelní rozteč:

Základní rozteč:

Šířka kol:

(36)

Část součinitele trvání záběru:

√( ) ( ) √( ) ( )

Součinitel trvání záběru:

2.8.3 Čelní soukolí 56

Úhel sklonu zubu:

( )

Čelní modul:

Průměry roztečných kružnic:

Výška hlavy:

(37)

Průměry hlavových kružnic

Výška paty:

Průměry patních kružnic:

Čelní úhel záběru:

Průměry základních kružnic:

Čelní rozteč:

Základní rozteč:

Šířka kol:

(38)

√( ) ( ) √( ) ( )

√( ) (

) √( ) ( )

Součinitel trvání záběru:

2.9 Silové poměry ozubených kol 2.9.1 Kuželové soukolí 12

Kolo se bude otáčet ve stejném smyslu, jako je smysl vinutí šroubovice zubů.

Tečná síla:

Axiální síla:

( )

(39)

Radiální síla:

( )

2.9.2 Čelní soukolí 34

Tečná síla:

Radiální síla:

Axiální síla:

2.9.3 Čelní soukolí 56

a) při sepnuté kuželové třecí spojce 1

Tečná síla:

Radiální síla:

Axiální síla:

(40)

b) při sepnuté kuželové třecí spojce 2

Tečná síla:

Radiální síla:

Axiální síla:

2.10 Návrh řemenu

2.10.1 Typ řemene, rozměry řemenic, počet řemenů

Podle Obr. 5 je vybrán typ řemene C pro přenášený výkon a otáčky malé řemenice .

Obr. 5 Diagram pro určení průřezu řemene Zdroj: LEINVEBER, J. A KOL.: Strojnické tabulky

(41)

Pro řemen typu C je z Tab. 6 zvolen minimální výpočtový průměr řemenice .

Tab. 6 Minimální výpočtové průměry řemenic pro jednotlivé velikosti klasického průřezu klínového řemene

Průřez řemene Dmin [mm]

Z 63

A 90

B 125

C 200

D 355

E 500

Zdroj: LEINVEBER, J. A KOL.: Strojnické tabulky

Pro další výpočty je zvolen součinitel tření .

Průměr řemenice 8:

Je zvolen normalizovaný průměr .

Úhel:

Délka řemene:

( ) ( ) ( )

( )

Je zvolena katalogová hodnota délky řemene . V důsledku zvětšení délky řemene jsou změněny průměry řemenic na a . Řemen bude napínán napínací kladkou. Přítlačná síla napínací kladky bude vyvozena závažím.

(42)

Pro výpočet počtu řemenů je určeno několik součinitelů (viz Příloha č. 1, Příloha č. 2, Tab. 7 až Tab. 9): jmenovitý výkon převodu s jedním řemenem , součinitel úhlu opásání , součinitel vlivu délky řemene , součinitel dynamičnosti a pracovního režimu , součinitel počtu řemenů v převodu .

Tab. 7 Součinitel Ck přihlížející k počtu řemenů v převodu Počet řemenů v převodu Ck [-]

1 1,00

2 až 3 0,95

4 až 6 0,90

7 a více 0,85

Zdroj: LEINVEBER, J. A KOL.:

Strojnické tabulky

Tab. 8 Součinitel úhlu opásání řemenem Úhel opásání α

(stupně) 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 Součinitel Ca 1 0,89 0,95 0,92 0,89 0,86 0,82 0,78 0,73 0,68 0,62 0,56

Tab. 9 Součinitel vlivu délky řemene

Lp [mm] CL pro řemeny o průřezu

Z A B C D E

2000 1,25 1,03 0,98 0,88 - -

2240 1,28 1,06 1,00 0,91 - -

2500 1,29 1,09 1,03 0,93 - -

Zdroj: LEINVEBER, J. A KOL.: Strojnické tabulky Výkon přenášený jedním řemenem v podmínkách provozu

(43)

Počet řemenů

Počet řemenů je zvolen na .

2.10.2 Síly působící na řemenice

Tečná síla na hnací řemenici:

Součinitel tření v klínové drážce:

Síla předpětí řemene:

( )

Síla v tažné větvi řemene:

Síla v odlehčené větvi řemene:

Síla zatěžující hřídel:

√

(44)

Tečná síla na hnací řemenici:

Síla předpětí řemene:

( )

Síla v tažné větvi řemene:

Síla v odlehčené větvi řemene:

Radiální síla zatěžující hřídel:

√

2.11 Návrh spojek

2.11.1 Kotoučová třecí spojka

Spojka bude spojena šesti šrouby ( ) se závitem M8 (stoupání , střední průměr závitu , malý průměr šroubu , průměr otvoru pro šroub a průměr příslušný otvoru klíče pro matici M12 ). Dovolené napětí v tahu šroubu je zvoleno na . Součinitel tření pro stykovou plochu závitů šroubu a matice bude stejný jako součinitel pro stykovou plochu matice a kotouče a jejich hodnota bude

.

(45)

Zvolené rozměry a parametry spojky:

- součinitel bezpečnosti přenosu

- poloměr umístění šroubů

- vnější průměr stykové plochy kotoučů - vnitřní průměr stykové plochy kotoučů - součinitel tření mezi stykovými plochami - dovolený plak ve stykové ploše Předpětí ve šroubu:

Úhel stoupání závitu:

Třecí úhel:

Střední průměr:

Utahovací moment:

[ ( ) ] [

( )

]

Odporový třecí moment:

( )

( ) Napětí v tahu:

(46)

Napětí v krutu:

Ekvivalentní napětí:

√ √

Tlak ve stykové ploše kotoučů:

( )

Navrhnutá kotoučová třecí spojka vyhovuje, protože dovolené napětí v tahu

je větší než ekvivalentní napětí a zároveň dovolený tlak ve stykové ploše je větší než vypočtený tlak ve stykové ploše . Šrouby musí být utaženy utahovacím momentem .

2.11.2 Kuželová třecí spojka 1

- délka kuželové površky

- střední poloměr stykové plochy - součinitel tření ve stykové ploše kotoučů - poloviční vrcholový úhel stykové plochy Tlak ve stykové ploše kotoučů:

Axiální přítlačná síla:

(47)

Zvolené rozměry a parametry pružiny:

- materiál pružiny 12 090

- dovolené napětí v krutu - modul pružnosti ve smyku - střední průměr pružiny

- zdvih pružiny

- počet závěrných závitů Maximální pracovní síla pružiny:

Předběžný průměr drátu:

√

Poměr vinutí:

Korekční součinitel:

Korekce průměru drátu na přídavný ohyb:

√ √

Je zvolen průměr drátu pružiny .

Tuhost pružiny:

(48)

Počet činných závitů pružiny:

Počet činných závitů je zvolen na .

Výsledná tuhost pružiny:

Pracovní síla pružiny:

Pracovní deformace pružiny:

Maximální deformace pružiny:

Volná délka pružiny:

Montážní délka pružiny:

Navrhnutá pružina vyhovuje, protože pracovní síla pružiny je větší než potřebná axiální přítlačná síla pro přenos krouticího momentu kuželovou třecí spojkou 1.

(49)

2.11.3 Kuželová třecí spojka 2

- délka kuželové površky

- střední poloměr stykové plochy - součinitel tření ve stykové ploše kotoučů - poloviční vrcholový úhel stykové plochy Tlak ve stykové ploše kotoučů:

Axiální přítlačná síla:

Zvolené rozměry a parametry pružiny:

- materiál pružiny 12 090

- dovolené napětí v krutu - modul pružnosti ve smyku - střední průměr pružiny

- zdvih pružiny

- počet závěrných závitů Maximální pracovní síla pružiny:

Předběžný průměr drátu:

√

Poměr vinutí:

(50)

Korekční součinitel:

Korekce průměru drátu na přídavný ohyb:

√ √

Je zvolen průměr drátu .

Tuhost pružiny:

Počet činných závitů pružiny:

Počet činných závitů je zvolen na .

Výsledná tuhost pružiny:

Pracovní síla pružiny:

Pracovní deformace pružiny:

Maximální deformace pružiny:

(51)

Volná délka pružiny:

Montážní délka pružiny:

Navrhnutá pružina vyhovuje, protože pracovní síla pružiny je větší než potřebná axiální přítlačná síla pro přenos krouticího momentu kuželovou třecí spojkou 2.

2.12 Zatížení hřídelů

Hřídel I

Obr. 6 Schéma zatížení hřídele I Zdroj: Zpracováno autorem

Rovnice rovnováhy pro hřídel I:

( )

(52)

Reakce:

( )

Výsledné velikosti reakcí:

√ √

√ √( )

Hřídel II

Obr. 7 Schéma zatížení hřídele II při sepnuté kuželové třecí spojce 1 Zdroj: Zpracováno autorem

(53)

Rovnice rovnováhy pro hřídel II:

Reakce:

( )

√ √ ( )

√ √( )

(54)

Obr. 8 Schéma zatížení hřídele II při sepnuté kuželové třecí spojce 2 Zdroj: Zpracováno autorem

Rovnice rovnováhy pro hřídel II:

Reakce:

( )

(55)

√ √ ( )

√ √( )

Hřídel III

Obr. 9 Schéma zatížení hřídele III při sepnuté kuželové třecí spojce 1 Zdroj: Zpracováno autorem

Rovnice rovnováhy pro hřídel III:

(56)

Reakce:

( ) Výsledné velikosti reakcí:

√ √( ) ( )

√ √ ( )

Obr. 10 Schéma zatížení hřídele III při sepnuté kuželové třecí spojce 2 Zdroj: Zpracováno autorem

(57)

Rovnice rovnováhy pro hřídel III:

Reakce:

( ) Výsledné velikosti reakcí:

√ √( ) ( )

√ √ ( )

(58)

Hřídel IV

Obr. 11 Schéma zatížení hřídele IV při sepnuté kuželové třecí spojce 1 Zdroj: Zpracováno autorem

Rovnice rovnováhy pro hřídel IV:

Reakce:

(59)

√ √( )

√ √

Obr. 12 Schéma zatížení hřídele IV při sepnuté kuželové třecí spojce 2 Zdroj: Zpracováno autorem

Rovnice rovnováhy pro hřídel IV:

(60)

Reakce:

√ √( )

√ √

Hřídel V

Obr. 13 Schéma zatížení hřídele V při sepnuté kuželové třecí spojce 1 Zdroj: Zpracováno autorem

(61)

Rovnice rovnováhy pro hřídel V:

( )

Reakce:

( )

( )

( )

( ) Výsledné velikosti reakcí:

√ √

√ √( ) ( )

(62)

Obr. 14 Schéma zatížení hřídele V při sepnuté kuželové třecí spojce 2 Zdroj: Zpracováno autorem

Rovnice rovnováhy pro hřídel V:

( )

Reakce:

( )

(63)

( )

( ) Výsledné velikosti reakcí:

√ √( )

√ √ ( )

2.13 Návrh ložisek

Výpočet ložisek je zde uveden pouze pro případ sepnuté kuželové třecí spojky 2.

Tento převod je 90 % času v záběru a trvanlivost ložisek je . Pro případ sepnuté kuželové třecí spojky 1 zde uveden není, protože výpočet je naprosto stejný, jenom se použijí síly, které mají v horním indexu čárku. Tento převod je 10 % času v záběru a trvanlivost ložisek je .

Hřídel I

Jsou zvolena dvě kuželíková ložiska v místě A 320/32 X/Q a v místě B 320/32 X/Q z katalogu ložisek výrobce SKF. Ložiska budou umístěny čely k sobě (do „X“) o parametrech: , , , .

Silové poměry v uložení ložisek: