Drti kovového odpadu z elektrospot ebi

(1)

Drti kovového odpadu z elektrospot ebi

Bakalá ská práce

Studijní program: B2301 – Strojní inženýrství Studijní obor: 2301R000 – Strojní inženýrství Autor práce: Marek Šikola

Vedoucí práce: Ing. Petr Lepšík, Ph.D.

Liberec 2018

(2)

Bachelor thesis

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

Author: Marek Šikola

Supervisor: Ing. Petr Lepšík, Ph.D.

Liberec 2018

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

(3)

Technick6 univerZita

v

Liberci Fakulta

strojnf

Akademickf rok: 2OL7 /2OL8

ZAD Axf gaKALARSKE _PR,ACE

(PROJEKTU, UMELECKEHO pil,A, UMELECKEHO VVKONU)

Jm6no _a

piijmeni: Marek

Sikola

Osobni

bislo;

S17000308

Studijni program: 82901

Strojni indenlrstvi

Studijni

obor: Strojni

inbenjrrstvi

Nd,zev

t6matu: ^Drtid

^kovov6hoodpadu z

elektrospotiebidt

Zaddvajici katedra:

Katedra

ddsti a mechanismri

strojri

Z6"sady pro vypracovdni:

Navrhndte kompletni pohonnf systdm drtide kovov6ho odpadu z elektrospotfebidri o vykonu 15 kW, vstupnich otS,dkd,ch 2880 ot/min,; vystupnich ot5,dkl"ch400 ot/min, s redukci nab0%.

Vie bude _uloZenona svalovan6m r5,nru,

Obsah bakald,iskd prd,ce 1, Piedstaveni irkolu

2, Prtzkum potencion6,lnich _ie5eni

3, Vypracovd,ni 3D sestavy pohonu, vfkresovd dokumentace sestavy vybranych

di|i

4, Vypodtovi" zpr6"va 5, Ekonomickd zhodnoceni 6, Z6,vdre(n6 zhodnoceni

(4)

Rozsah grafickych praci:

piflohy

_dle

potieby

Rozsah pracovni

zpr|vy:

b0

Forma zpracovdni bakal6isk6 prdce: ti5tdn6/elektronickd

Seznam odborn6 literatury:

[1] Pe5fk,

L.:

_C6sti

strojri.

1.

dil.

Liberec,

TU

200b.

ISI]N

80-2088-988-4 [2] Pexik,

L.: eristi strojri. 2.

dir. Liberec,

TU

2005.

ISI]N

80-2088-9g9-2

[3] Moravec

V.:

Konstrukce

strojri a

zaiizeni

2.

delni ozubend kola. Vysokd Bkola bdilskri, Technickd univerzita Ostrava, Fakulta

strojni,

2001, 2gtr. s.

[a] IVlrkvica

I.:

Soudasn6

trendy v obriibdni

ozubenj,ch koi. Vysokd Skola b6ilskd, Technickd univerzita ostrava, Fakulta

strojni,

zoLL,120 s.

[5] Leinveber,

J., v6vra, p.:

strojnick6 tabulky.

Albra,

_Uvaly_200b.

rsBN

80-736-01-6

[0] Bure5

M.: N6vrh

a pevnostni v;fpodet delnich a kuZelovych ozubenych kol.

Skriptum T'U Liberec Edidnf stiedisko 2006.

[7]Normy pro n6vrh a pevnostnf vypodet delnich a kuZelov;fch ozubenych kol

esN

014686-4 nebo

eSN

ISO 6336-S (or+os7)

vypodet fnosnosti

detnich oztben'Sch ko1 s

primymi

_{a Sikmf}_rni_zuby

-

ndkolik

dilfi,

nebo

ANSI/AGMA

20010888, 2001-c95 nebo normou 2001-D04, nebo

ANSr/AG\aa

^gos-esg.

[8]Normy pro mezni frchylky a tolerance ozubenfch kol a soukoli

eSN

ot46g2 nebo nov6jSi

eSN

ISO 1328-1

eelnf

ozubend kola

-

Soustava piesnosti ISO

a

eSN

OL 4676

-

^Ozubendkola

- Mdieni

ozubenfch

kol

delnich se Sikmym

i

zuby.

[9]v;ipodetrri programy

AutoDESK-

_Mechsoft,_KISS

soFT, MITCAIc,

[10] Databdze knihovny

TUL

Vedouci bakal6isk6 ordce: Ing.

Petr

Lep5fk, Ph.D.

Katedra ddsti a mechanismri strojri

13. listopadu 2Ot7 12. kvdtna 2OL9

Datum zaddni bakaliisk6 pr6ce:

Terrnin odevzddni bakaliisk6 ^pr6ce:

LS.

vedoucf katedry

V Liberci dne 13. listopadu 2017

(5)

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalá skou práci se pln vzta- huje zákon . 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 si v dom povinnosti informovat o této skute nosti TUL; v tomto p í- pad má TUL právo ode mne požadovat úhradu náklad , které vyna- ložila na vytvo ení díla, až do jejich skute né výše.

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

Sou asn estn prohlašuji, že tišt ná verze práce se shoduje s elek- tronickou verzí, vloženou do IS STAG.

Datum:

Podpis:

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org) Powered by TCPDF (www.tcpdf.org) Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

(6)

Pod kování

V první ad bych rád pod koval vedoucímu práce Ing. Petru δepšíkovi, Ph.D.

za odborné p ipomínky a vst ícný p ístup p i tvorb této bakalá ské práce. Dále bych cht l pod kovat své rodin , která mi byla oporou p i psaní této práce i po celou dobu studia.

(7)

Anotace

Cílem této bakalá ské práce je návrh a konstrukce pohonu drtiče určeného pro drcení kovového odpadu z elektrospot ebič . Nejprve jsou zde shrnuty teoretické informace o typech drtič a jejich možnosti pohon . σásledn je nastín no vlastní ešení konstrukce pohonu včetn výpočtu všech součástí. Práce také zahrnuje výkresovou dokumentaci včetn 3D modelu celkového drtiče.

Klíčová slova: p evodovka, h ídel, ozubené kolo, sk í , ložiska

Annotation

This bachelor thesis is focused on the design and contruction of drive of the metal waste shredder of electric appliances. Firstly, there are summarized theoretical informations about shredders and their possibilities of drives. Subsequently, there is shown own solution of the contruction, including calculations. This thesis also contains drawing documentation including 3D model of final shredder.

Klíčová slov: construction, gearbox, shaft, gears, bearings

(8)

8

Obsah

1 Úvod ... 16

2 Cíl práce ... 16

3 Pr myslové drtiče ... 17

3.1 Rozd lení drtič ... 17

3.1.1 Jednoh ídelové drtiče ... 17

3.1.2 Dvouh ídelové drtiče ... 18

3.1.3 Čty h ídelové drtiče ... 19

3.1.4 σožové mlýny ... 19

3.2 Pohony drtič ... 20

3.2.1 P ímé zapojení motoru na vstupní h ídel ... 20

3.2.2 Spojení emenovým p evodem ... 21

3.2.3 Spojení et zovým p evodem ... 22

3.2.4 Frekvenční m nič ... 23

3.2.5 Spojení p es p evodovku ... 23

4 σávrh vlastního ešení pohonné jednotky ... 24

4.1 Volba elektromotoru ... 24

4.2 σávrh spojky ... 24

4.3 σávrh a výpočet p evodovky ... 26

4.3.1 Schéma p evodovky ... 26

4.3.2 Výpočet p evodových pom r a otáček ... 27

4.3.3 Výpočet p evodových pom r a otáček redukčního p evodu ... 28

4.3.4 σávrh a kontrola et zového p evodu ... 28

4.3.5 σávrh a výpočet kuželového soukolí se šikmými zuby ... 31

4.3.6 σávrh čelního ozubeného soukolí b žného p evodu ... 39

4.3.7 σávrh čelního ozubení se šikmými zuby (redukce 50%) ... 43

4.3.8 σávrh t ecí spojky ... 46

4.3.9 σávrh drážkování ... 47

4.3.10 σávrh h ídel ... 49

4.3.11 σávrh ložisek ... 64

4.3.12 σávrh a výpočet per ... 68

4.3.13 σávrh p evodové sk ín ... 70

4.3.14 Metoda MKP ... 71

(9)

9 5 Ekonomické zhodnocení ... 73 6 Záv r ... 74

(10)

10

Seznam zkratek

Značka Název Jednotka

i p evodový pom r -

z počet zub -

n otáčky min^-1

P výkon W

Mk krouticí moment N m

úhel záb ru °

t čelní úhel záb ru °

úhel sklonu zub °

úhel roztečného kužele °

zv počet zub náhradního kola -

uv p evodový pom r náhradního soukolí -

b ší ka zubu mm

bWH pracovní ší ka ozubení pro výpočet na dotyk mm

bWF pracovní ší ka ozubení pro výpočet na ohyb mm

mm st ední modul mm

mmn normálový st ední modul mm

me čelní modul na vn jším kuželi mm

mmt tečný modul na st ední ší ce zubu mm

ha výška hlavy zubu mm

hf výška paty zubu mm

h výška zubu mm

d roztečný pr m r mm

de vn jší roztečný pr m r mm

da hlavový pr m r mm

df patní pr m r mm

dm st ední pr m r roztečné kružnice mm

db základní pr m r mm

dnm virtuální st ední pr m r roztečné kružnice mm

(11)

11

dnma virtuální pr m r hlavové kružnice mm

dnmb virtuální základní pr m r mm

a osová vzdálenost mm

aw pracovní osová vzdálenost mm

an virtuální osová vzdálenost mm

pt rozteč zub v čelní rovin mm

pn rozteč zub v normálové rovin mm

ptb základní rozteč zub v čelní rovin mm

pnb základní rozteč zub v normálové rovin mm

součinitel trvání záb ru -

součinitel záb ru profilu -

součinitel kroku -

Ft tečná síla N

F složka normálové síly N

FA axiální síla N

FN normálová síla N

FR radiální síla N

KA součinitel vn jších dynamických sil -

KH součinitel nerovnom rnosti zatížení zub -

KH součinitel p ídavných zatížení pro výpočet na dotyk - KF součinitel p ídavných zatížení pro výpočet na ohyb -

Hlim mez únavy v dotyku MPa

Flim mez únavy v ohybu MPa

HP p ípustné nap tí v dotyku MPa

FP p ípustné nap tí v ohybu MPa

fH pomocný součinitel -

fF pomocný součinitel -

d pom rový koeficient ší ky ozubení a st edního pr m ru -

L pom r ší ky ozubení a délky površky roztečného kužele -

m pom rový koeficient ší ky ozubení a st edního modulu -

ZE součinitel mechanických vlastností materiálu -

(12)

12

ZH součinitel tvaru spoluzabírajících zub -

ZV součinitel součtové délky dotykových k ivek bok zub - ZR součinitel výchozí drsnosti bok zub (p ed záb hem) -

SHmin nejmenší hodnota součinitele bezpečnosti MPa

HO nap tí v dotyku p i ideálním zatížení p esných zub MPa

H nap tí v dotyku MPa

HPmax p ípustné nap tí v dotyku p i nejv tším zatížení Ft1 MPa

Hmax nejv tší nap tí v dotyku vzniklé p sobením síly Ft1 MPa

Y součinitel sklonu zubu -

Y _min minimálnísoučinitel sklonu zubu -

Y součinitel vlivu záb ru profilu -

SFmin nejmenší hodnota součinitele bezpečnosti MPa

YFs součinitel tvaru zubu a koncentrace nap tí -

F nap tí v ohybu MPa

FPmax p ípustné nap tí v ohybu p i nejv tším zatížení MPa

p rozteč článk et zu -

j počet článk et zu -

d pr m r kol mm

úhel sklonu et zu rad

úhel opásání rad

L délka et zu mm

zR počet zub zabírajících s et zem -

Fv obvodová síla v tažné v tvi N

k bezpečnost -

Fp minimální pevnost N

v obvodová rychlost m/s

Fct odst edivá síla N

Fc celková síla N

DO dovolené nap tí v ohybu MPa

Dk dovolené nap tí v krutu MPa

Fa axiální síla N

(13)

13

Ft tečná síla N

Fr radiální síla N

Rx reakční síla ve sm ru x N

Ry reakční síla ve sm ru y N

Rz reakční síla ve sm ru z N

R výsledná reakce N

B bach v opravný součinitel -

MoRED redukovaný ohybový moment MPa

Mo ohybový moment MPa

dmin minimální pr m r h ídele mm

o nap tí v ohybu MPa

k nap tí v krutu MPa

Wo pr ezový modul v ohybu mm³

Wk pr ezový modul v krutu mm³

RED redukované nap tí MPa

tvarový součinitel -

c materiálová konstanta -

vr součinitel velikosti -

vg součinitel nerovnom rnosti chodu -

r polom r zaoblení vrubu -

q součinitel vrubové citlivosti -

součinitel jakosti povrchu -

vrubový součinitel podle δ-S -

*Co mez únavy MPa

k bezpečnost v ohybu -

k bezpečnost v krutu -

k konečná bezpečnost -

kp maximální bezpečnost -

Ka axiální zatížení N

Lh doba chodu v hodinách h

C dynamická účinnost kN

(14)

14

Co statická účinnost kN

Y koeficient zatížení axiální silou -

X koeficient zatížení radiální silou -

e výpočtový součinitel -

p koeficient tvaru t líska -

FrA radiální síla v bod A N

FrB radiální síla v bod B N

FaA axiální síla v bod A N

FaB axiální síla v bod B N

Pm ekvivalentní zatížení ložiska N

nm st ední hodnota otáček ložiska min^-1

q procentuální zatížení -

d pr m r h ídele mm

b ší ka pera mm

h výška pera mm

t hloubka drážky v h ídeli mm

tl hloubka drážky v náboji mm

l délka pera mm

l´ minimální délka pera mm

R polom r zaoblení hran drážky pera mm

pD dovolený tlak MPa

p2 tlak p sobící od náboje MPa

p1 tlak p sobící od h ídele MPa

F2 síla p sobící na náboj N

F1 síla p sobící na h ídel N

d pr m r h ídele mm

D pr m r roztečné kružnice mm

Da1 pr m r hlavové kružnice h ídele mm

Da2 pr m r hlavové kružnice náboje mm

Ds st ední pr m r mm

m modul mm

(15)

15

l délka drážkování mm

f´ účinná plocha mm

F1 síla na jeden zub N

Fs obvodová síla na st edním pr m ru N

p1 tlak na boku zub MPa

pD dovolený tlak MPa

Dk dovolené nap tí v krutu MPa

(16)

16

1 Úvod

Pohon je základem každého stroje. Jde o zp sob p enosu mechanického výkonu mezi pohyblivými komponenty stroje. Konstrukcí pohon je nep eberné množství, záleží na vkusu a zkušenostech každého konstruktéra, jaké ešení použije p i konkrétním návrhu stroje. Prvním požadavkem p i tvorb pohonu je výb r vhodného zdroje výkonu. Zdali vybrat elektromotor nebo spalovací motor záleží na typu stroje. Pokud bude pot eba m nit rychlost otáček b hem provozu, je nutný výb r vhodné strojní součásti pro zm nu otáček.

Jako vyhovující ešení se nabízí p evodovka, což je ústrojí, které m ní rychlost a smysl otáček mezi hnacím a hnaným za ízením. V d sledku zm ny otáček dochází také ke zm n krouticích moment . σávrh správné p evodovky je velice sofistikovaná záležitost. Je zde mnoho zásad a parametr , které je nutno p ed návrhem zohlednit.

σap íklad hmotnost, velikost nebo poloha stroje. Samotný návrh spočívá ve výpočtu ozubených kol, h ídel a jiných součástí. Dalším d ležitým parametrem je technologie výroby p evodové sk ín , která spočívá ve vhodném návrhu „obalu“. Zde je d ležité dodržení určitých technologických zásad, aby bylo možné v bec sk í vyrobit. Každý konstruktér pohlíží na problematiku návrhu pohonu jinak, avšak společným kritériem by m lo být ešení v souladu s platnými normami.[1]

2 Cíl práce

Cílem této práce je návrh pohonu pro drtič odpadu z elektrospot ebič pro zadané parametry. Vše má být uloženo na sva ovaném rámu. σejpodstatn jší částí této práce je návrh integrovaného mechanického p evodu, který se skládá z dvoustup ové p evodovky a et zového p evodu na výstupu. P evodovka bude tvo ena ozubenými koly se šikmými zuby a to jedním kuželovým soukolím a dv ma čelními soukolími, díky kterým bude umožn na redukce otáček. Šikmé zuby budou vybrány pro tišší chod a pro minimalizaci dynamických projev soukolí. azení rychlostních stup bude provád no za chodu drtiče, jelikož by bylo značn nevýhodné p i každém pokusu o za azení jiné rychlosti zastavovat stroj. Toto nám umožní synchronizační spojka, která je známá nap íklad z automobilové p evodovky. Součástí návrhu p evodovky je i samotná konstrukce

(17)

17 p evodové sk ín , kde by m la být zohledn na četnost výroby. Prvním členem pohonného systému bude elektromotor o výkonu 15 kW, který bude p ipojen pomocí kotoučové spojky k p evodovce. σa výstupu z p evodovky má být et zový p evod, který bude navržen a zkontrolován. Veškeré komponenty včetn rámu budou vymodelovány v programu Autodesk Inventor 2016 jako 3D modely. Kontrola jedné h ídele bude provedena pomocí metody konečných prvk (εKP). Součástí práce bude výkresová dokumentace a ekonomické zhodnocení.

Tabulka 1: Zadané hodnoty

Zadané parametry:

Výkon motoru 15 kW

Vstupní otáčky 2880 ot/min

Výstupní otáčky b žného p evodu 400 ot/min

Výstupní otáčky redukovaného p evodu 200 ot/min

Trvanlivost 8000 hod

Rozd lení p evod 60/40 %

3 Pr myslové drtiče

Pr myslové drtiče jsou strojní za ízení používány pro drcení r zných materiál na požadovaná zrna. Je zde mnoho typ drtič , jejichž konstrukce a velikost je navržena podle materiálu, který zpracovávají. εohou sloužit k drcení pneumatik, kamen , plast , kov a dalších.[5]

3.1 Rozd lení drtič

Existuje ada r zných typ drtič a lze je rozd lit podle r zných hledisek.

V následující části budou popsány n které z nich.

3.1.1 Jednoh ídelové drtiče

Tento typ drtič pracuje na principu st ihání materiálu, který je p ivád n mezi pohán nou rotující h ídel a desku. σa h ídeli jsou upevn ny b ity a deska je osazena ost ím ve tvaru h ebene. Pod drtičem m že být umíst no síto, které slouží k požadované redukci nadrcených kousk . Tento typ drtiče je často používán na drcení pevných odpad - kov , plast , kabel a d eva. [6]

(18)

18

3.1.2 Dvouh ídelové drtiče

Dvouh ídelové drtiče mají zpravidla v tší výkon a slouží k drcení v tších a pevn jších materiál . Princip je podobný jako u jednoh ídelových drtič , avšak se zde nevyskytuje statická část ve form desky, ale ob funkční části jsou rotující h ídele s r znou úhlovou rychlostí osazené b itovými segmenty, mezi které je vtlačován materiál, který je umíst n v násypce. Výstupem z drtiče jsou pásky nebo kousky odpadu, jejichž velikost závisí na typu vstupního média a na ší ce segment na h ídelích. Tyto drtiče jsou v tšinou pohán ny p evodovkou p es elektromotory nebo hydromotory.[7]

Obrázek 1- Pohled na jednoh ídelový drtič značky TERIER[4]

Obrázek 2 - Pohled na dvouh ídelový drtič DRU 2400 s p ítlakem značky Odes [5]

(19)

19

3.1.3 Čty h ídelové drtiče

Čty h ídelové drtiče se používají pro drcení velkých objem materiálu.

Konstrukce využívá dvoustup ové vertikální uložení dvou dvouh ídelových drtič . Princip drcení je obdobný jako u jednoh ídelových a dvouh ídelových, avšak drcení na čty h ídelovém drtiči se využívá hlavn v p ípad požadavku na menší výslednou frakci.

Toto v praxi funguje tak, že v prvním stupni se materiál podrtí na hrubší frakci, která následn postupuje do druhého stupn , kde se podrtí na jemn jší frakci. Jiným typem konstrukce m že být drtič, který má čty i drtící h ídele se segmenty. Horní dvojice slouží jako podávací a spodní dvojice jako drtící.[8]

Obrázek 3 - Čty h ídelový drtič značky TOPMACHINES [15]

3.1.4 Nožové mlýny

σožové mlýny slouží k drcení velkého množství jednodruhového odpadu.

Konstrukce je výrazn odlišná od p edchozích typ . Základem je drtící komora, kde je rotující tlustost nný válec, osazený drtícími segmenty. Tyto segmenty mohou mít tvar nož anebo kladívek. σože se používají u drtič , které slouží k drcení v tví a travin, což je t eba b žný zahradní drtič. Další použití m že být pro drcení elektroodpadu a plastu.

Tyto nože musí být z vysoce kvalitní oceli. Pokud jsou použity kladívka, drtič je vhodný

(20)

20 pro drcení k ehkých materiál jako nap íklad rašeliny a sut . σení zde použit žádný statický ani rotační protikus. εateriál je pot eba p ivád t postupn , aby nedošlo k ucpání drtící komory. Proto je jasné, že nelze použít mechanický nebo hydraulický dotlak, protože by došlo k zahlcení a následné havárii drtiče.[9]

Obrázek 4 - Pohled na nožový mlýn značky Terier [10]

3.2 Pohony drtič

Existují r zné varianty, jak pohán t tyto stroje. Vhodnost použití záleží nejen na konstrukci samotného stroje, ale i na jeho umíst ní. V této kapitole budou popsány n které varianty pohon drtič , které jsou skutečn pr myslov vyráb ny.

3.2.1 P ímé zapojení motoru na vstupní h ídel

Jedná se asi o nejjednodušší spojení vstupní h ídele drtiče s motorem. Toto spojení lze uskutečnit t eba pomocí kotoučové t ecí spojky, která je velice jednoduchá na montáž a údržbu. σevýhodou tohoto spojení je absence regulace otáček a krouticího momentu pomocí zm ny p evodového pom ru. Elektromotory používané k pohán ní drtič jsou značn výkonné a nemožnost regulace otáček je vzhledem k pot eb velkého krouticího momentu problém.[10]

(21)

21

3.2.2 Spojení emenovým p evodem

emenový p evod je hojn rozší ený pro p enos krouticího momentu mezi dv ma h ídeli. σejv tší výhody tohoto p evodu jsou nízké výrobní a provozní náklady. εají klidný a tichý chod. Výkon lze p enášet mezi vzdálenými h ídeli a tlumí momentové rázy v d sledku pružnosti emene, což je velká výhoda u drtič , jelikož k ráz m dochází pom rn často. Podle vzájemné vazby emene rozlišujeme p evody s t ecí nebo tvarovou vazbou. σevýhodou je nutnost p edp tí emene, což má za následek v tší zatížení h ídelí a ložisek. Tato podstatná nevýhoda se také musí ešit zabudováním napínacího mechanismu. U tohoto spoje lze m nit p evodový pom r zm nou velikosti emenic.

U emen s t ecí vazbou se p enáší výkon prost ednictví t ecí síly, která vzniká jako fyzikální t ení mezi stykovými plochami emenice s emenem. emen m že být klínový nebo plochý. Zatímco vedení emene na emenici je u klínových emen zajišt no drážkou, u plochých se využívá vypuklého tvaru emenice. Klínové emeny se vyráb jí jako pryžové pásy, které mají lichob žníkový pr ez a jejich délka je typizovaná. σosným prvkem emene jsou polyamidová vlákna nebo ocelová lanka. Ploché emeny se vyrábí jako pásy obdélníkového pr ezu. Výhodou plochého emene je nízká hmotnost, což vede k malé odst edivé síle a možnosti použití p i vysokých obvodových rychlostech.[2]

Obrázek 5 - Pohled na emenový p evod drtiče značky TERIER [7]

(22)

22

3.2.3 Spojení et zovým p evodem

V principu jsou et zové p evody podobné emenovými s tím rozdílem, že vazba et zového kola a et zu je vždy tvarová a transparentním prvkem výkonu je et z tvo ený články. Články jsou nejčast ji tvo eny válečky. Válečkové et zy mají vnit ní ocelové pásky navzájem spojené nalisovanými pouzdry, na kterých jsou umíst ny válečky.

Velikost et zu se určuje na základ výkonového diagramu od výrobce a je dána roztečí článku, která se udává z historických d vod v palcích. τproti emenovým p evod m mohou et zové p evody p enášet výkony p i v tších krouticích momentech a menších otáčkách, což je velice výhodné u n kterých drtič . Výhodou je nejen trvanlivost, ale i velká odolnost v či nep íznivému prost edí. P i provozu et zového p evodu není t eba p edp tí, postačuje vymezení v lí. Tažná v tev et zu je obvykle v horní části a osy et zových kol jsou vodorovné. σerovnom rnost chodu se minimalizuje zv tšením počtu zub et zového kola. S ohledem na únosnost et zu je vhodné volit místo jedno adého

et z více adý.[2]

Obrázek 6 - Pohled na et zový p evod drtiče LBG – 300 [11]

(23)

23

3.2.4 Frekvenční m nič

Jednoduchých zp sobem jak m nit otáčky motoru, je pomocí frekvenčního m niče, který je p ímo implementován v 3 - fázovém elektromotoru. σa vstupu je m nič napájen st ídavým nap tím. Ve vnit ních obvodech je nap tí usm rn no a na výstupu m niče st ídačem p evedeno na t ífázové st ídavé nap tí o požadované frekvenci. Využití frekvenčního m niče lze naleznout i v úspo e energie. Tento zp sob ízení otáček by se mohl zdát jako nejjednodušší ešení, ale má i pár nevýhod, které by byly pro pohán ní drtič zásadní a jednou z nich je setrvačnost motoru. Ve vinutí statoru je sice proud, který se nastaví na m niči, avšak rotor na zadané otáčky reaguje s prodlevou. Toto by mohl být problém v p ípad havárie, kdy by bylo nutné okamžit zastavit motor. Další negativní vlastnost m niče je pokles momentu p i zm n otáček, což je problém pro pohán ní drtiče, kde je pot eba m nit otáčky. [3]

Obrázek 7 - Elektromotor s frekvenčním m ničem [12]

3.2.5 Spojení p es p evodovku

Pr myslov vyráb né p evodovky jsou hojn využívány u r zných druh drtič . εohou být r zných koncepcí – čelní, šnekové, planetové. Jejich velkou výhodou je možnost azení p evodových stup , což je vhodné p i r zném charakteru vstupního odpadu. Další výhodou je koncepce t chto p evodovek, kdy se výrobci snaží tyto p evodovky vyráb t v jednoduchých tvarech, aby je bylo možné p ípadn vym nit nebo opravit. [2]

(24)

24

Obrázek 8 - Pohled na drtič GR280 s p evodovkou [13]

4 Návrh vlastního ešení pohonné jednotky

Tato práce se zabývá vlastním návrhem pohonné jednotky pro drtič odpadu.

V následujících kapitolách bude podrobn popsáno navrhnuté ešení.

4.1 Volba elektromotoru

S ohledem na zadané parametry byl zvolen motor 1LA7 164-2AA o výkonu P = 15 kW z katalogu SIEMENS. Vlivem účinnosti bude výkon drtiče o pár procent menší, což nebude mít na provoz za ízení zásadní vliv.

4.2 Návrh spojky

V zadání práce je i návrh spojky, díky které bude možno adit rychlosti b hem provozu drtiče. Pro tento p ípad byla zvolena synchronizační spojka. Tato spojka je v principu zubová spojka, avšak je vylepšená o synchronizační kroužky, díky kterým lze vyrovnat otáčky h ídelí za chodu stroje a následn za adit požadovaný rychlostní stupe .

(25)

25 1- p esuvná objímka, 2-synchronizační kroužek, 3- t ecí člen, 4- pojiš ovací

kroužek, 5- jádro spojky

Obrázek 9 - Model rozebrané synchronizační spojky

Obrázek 10 - Synchronizační spojka s ozubenými koly

(26)

26

4.3 Návrh a výpočet p evodovky

Hlavním prvkem této práce je návrh integrovaného mechanického p evodu s redukcí výstupních otáček. Pr b h veškerých výpočt jednotlivých komponent je uveden v následujících kapitolách.

Obrázek 11 - Model p evodovky

4.3.1 Schéma p evodovky

P i návrhu p evodovky je nejprve nutno vy ešit kompoziční uspo ádání jednotlivých součástí. σa obrázku níže je zobrazeno kinematické schéma, kde je znázorn no rozložení jednotlivých p evod . σa schématu je také vid t, že bylo použito jedno kuželové soukolí a dv čelní ozubené soukolí, z nichž jedno plní funkci redukce p evodu.. Všechna soukolí mají ozubení se šikmými zuby, což zajiš uje plynulý a tichý chod p i záb ru. P enos výkonu mezi p evodovkou a h ídelí drtiče bude zajišt n

et zovým p evodem.[1]

(27)

27

Obrázek 12 - Schéma p evodovky

4.3.2 V ýpočet p evodových pom r a otáček

Prvním krokem výpočtu p i návrhu p evodovky je volba p evodových pom r . Tato volba se odvíjí od vstupních a výstupních parametr otáček. Zvolené p evodové pom ry byly vybrány na základ pr zkumu dostupných ešení p evodovek s podobnými parametry.[1]

ic1 = = 7,2 i12 = 2,5; i34 = 1,4; i = 2,05

i n

n n αt min

M �

Nm

n1 = 1152 αt min Mk1 = 124 Nm n2 = 822 αt min Mk2 = 174 Nm n3 = 401 αt min Mk3 =357 Nm

(28)

28

4.3.3 V ýpočet p evodových pom r a otáček redukčního p evodu

ic1r = = 14,4 i12 = 2,5, i56 = 2,8, i = 2,05

n1 = 1152 αt min Mk1 = 124 Nm n2 = 411 αt min Mk2 = 348 Nm n3 = 200 αt min Mk3 = 716 Nm

4.3.4 Návrh a kontrola et zového p evodu

P i volb et zu a prvním návrhu et zu se vychází z výkonového diagramu, kde je na svislé ose výkon a na vodorovné ose otáčky malého et zového kola. σásledná kontrola et zu spočívá v porovnání součinitele bezpečnosti s dovolenou hodnotou.[3]

Zvolené a vstupní hodnoty i = 2,05

z1 = 23 zub P = 15 kW Mk1 = N m Mk2r = 348 N m

n αt min – otáčky malého et zového kola p i redukčním p evodu a = 370 mm

Podle výkonu a vstupních otáček malého et zového kola volím et z 16 B dle ČSσ 02 3311

Rozteč článk p = 25,40 mm, minimální pevnost F^p = 58 kN, Výpočet počtu zub druhého kola

i z z i zub

(29)

29 Výpočet počtu článk et zu

j z z β

a

z z a

β

j

j článk

Volím nejbližší vyšší počet sudých počet článk j = 68 článk

Výpočet pr m r kol

d β

εin z εin mm

d β

εin z εin mm

P epočet osové vzdálenosti pro 68 článk

Výpočet úhl opásání

εin d d

a εin

Výpočet p ibližné délky et zu:

L d d

a cαε

L cαε mm

(30)

30 Počet zub zabírajících s et zem

z δ

β zubů

z δ

β zubů

Výpočet obvodové síly v tažné v tvi

F M

δ N

F M

δ N

Výpočet bezpečnosti

k F

F

k F

F

Výpočet obvodové rychlosti

v δ n

δ m

v δ n

δ m

Výpočet odst edivé

F q v N

Výpočet celkové síly

F F F N

F F N

(31)

31

4.3.5 Návrh a výpočet kuželového soukolí se šikmými zuby

σa vstupu do p evodovky je umíst no kuželové soukolí, jehož osy svírají úhel 90°. P i návrhu soukolí s šikmým ozubením je žádané, aby byl součinitel trvání záb r celočíselný, protože nebude docházet ke st ídání počtu spolu zabírajících pár zub , což má podstatný význam pro plynulost záb ru a minimalizaci dynamických projev soukolí.

Toto bylo dosaženo úpravou ší ky ozubení, která se podstatn liší od vypočtené hodnoty.[4]

Tabulka 2: Volba základních parametr kuželového soukolí

Pastorek 1 Kolo 2

Materiál Ocel 15 241- kalená Ocel 12 051 - kalená

VHV [-] 600 600

Rm [MPa] 1 000 640

Re [MPa] 850 390

Hlim [MPa] 1160 1140

Flim [MPa] 528 390

z [-] 23 57

kH 1,6 1,6

P evodový pom r i

Úhly roztečných kružnic aδctg εin

i cαε aδctg εin

cαε

Počet zub virtuálních kol

cαε cαε

Virtuální p evodový pom r

i z

z

Pomocný součinitel pro výpočet modulu ozubení fF = 18 - kalené

(32)

32 P ípustné nap tí v ohybu

M�a P ípustné nap tí v dotyku

M�a Volba charakteristického pom ru

βδα ku elαvé εαukαlí vαlím i

Pom r ší ky zubu ke st ednímu modulu b

m

z i

Návrh modulu

^:

Normálový modul podle návrhu pro dotyk

m f K M

bm z

i i

m mm

Normálový modul podle návrhu pro ohyb

m f K M

bm z

m mm

Vn jší modul:

m m

i mm

(33)

33 Tečný modul na st edním pr m ru

m m

cαε cαε mm

Tečný modul na vn jším pr m ru

m m

z z mm

Ší ka ozubení

b m 15,72 mm

Z konstrukčních d vod volím ší ku ozubení b = 37 mm Čelní modul

m mm

Úhel sklonu = 20 Úhel profilu

= 20

Výška hlavy zubu

h m mm

Výška paty zubu

h m mm

Úhly roztečných kružnic aδctg εin

i cαε aδctg εin

cαε

Pr m ry vn jších roztečných válc

d m z mm

Pr m ry st ední roztečné kružnice

d d b εin εin mm

(34)

34 Modul na st edním pr m ru

m d

z mm

Normálový modul na st edním roztečném pr m ru

m m cαε cαε mm

Pr m ry hlavových kružnic

d d h cαε cαε mm

Výška zubu

h h h mm

Pr m ry patních kružnic

d d h cαε cαε mm

Pr m ry roztečných kružnic virtuálního soukolí

d d

cαε cαε mm

d d

cαε cαε mm

P epočet osové vzdálenosti virtuálního soukolí

a d d

mm Pr m ry hlavových kružnic náhradního soukolí

d d h mm

Tečný úhel záb ru

aδctgtan

cαε aδctgtan

cαε

(35)

35 Normálový úhel záb ru ve st ední plošin

tg tg cαε tg cαε

aδctg

Pr m ry základních kružnic virtuálních kol

d d cαε cαε mm

Tečná patní rozteč zub na st edovém pr m ru

β m cαε cαε mm

Tečná rozteč zub náhradního soukolí

β m mm

Součinitel trvání záb ru

d d d d a εin

β

εin

b εin β

εin

Silové pom ry

Tečná síla

F F M

d N

Normálová síla

F F F

cαε cαε cαε cαε N

(36)

36 Radiální síla

F F

cαε tan cαε εin εin

F cαε tan cαε εin εin N F

Axiální síla

F F

cαε tan cαε εin εin

F cαε tan cαε εin εin N F

Pevnostní kontrola ozubení

P i pevnostní kontrole ozubených kol se vycházelo ze zjednodušených vztah podle ČSσ 01 46Ř6. Toto zjednodušení má za následek snížení p esnosti výsledk a proto je d ležité, aby t chto vztah bylo použito pouze p i prokazování provozuschopnosti takových ozubených p evod , které nemohou v p ípad poruchy ohrozit zdraví obsluhy stroje. σeznámé koeficienty byly zvoleny z výukového textu od pana Doc.Ing εiroslava Bureše. CSc.[4]

Kontrola z hlediska únavy v dotyku

Aby na bocích zub nedocházelo k progresivní tvorb pittingu, musí být spln na podmínka

K

� � � F

b d i

i

� M�a – součinitel mechanických vlastností pro ocel

� dle αβδacαvaných bαků zubů bδαušené zuby

� εαučinitel εαučtαvé délky dαtykαvých k�ivek bαků zubů

� dle αβδacαvaných bαků zubů bδαušené zuby

(37)

37 M�a

�

� M�a

M�a K

K K K K K

K – součinitel pro vliv vn jších dynamických sil pro st ední nerovnom rnost K

K K

K K K K K

M�a 435,Ř εPa ≤ Ř77 εPa

Kontrola na dotyk p i jednorázovém p sobení nejv tšího zatížení

Aby p i p sobení jednorázového nejv tšího zatížení nedošlo k trvalé deformaci nebo ke k ehkému lomu povrchové vrstvy boku zubu, musí být spln na podmínka

F K K

F K

P ípustné nap tí v dotyku p i nejv tším zatížení

V M�a -

Nejv tší nap tí v dotyku vzniklé p sobením síly

F F K N

M�a

(38)

38

Kontrola z hlediska únavy v ohybu

Aby nedošlo k únavovému lomu v oblasti paty zubu, musí být spln na podmínka F

b m K Y Y Y

K K

Součinitel sklonu zubu Y

� Y Y

= 390 MPa

Součinitel vlivu záb ru profilu

Y

P ípustné nap tí v ohybu

� M�a

M�a Únava v ohybu:

M�a M�a

Kontrola na ohyb p i jednorázovém p sobení nejv tšího zatížení

P ípustné nap tí v ohybu p i nejv tším zatížení

M�a M�a Nejv tší místní ohybové nap tí v pat zubu, vzniklé p sobením síly F^t1

P i jednorázovým p sobením nejv tšího zatížení m že dojít k trvalé deformaci nebo ke vzniku počátečních trhlin v oblasti paty zubu, aby tomu tak nebylo, musí platit

(39)

39

F K

F

F K

F M�a M�a

F K

F M�a

Navržené soukolí vyhovuje.

4.3.6 Návrh čelního ozubeného soukolí b žného p evodu

Tabulka 3: Parametry čelního soukolí

Kolo 3 Kolo 4

Materiál Ocel 15 241 - kalená Ocel 12 051 - kalená

VHV [-] 600-675 600-675

Rm [MPa] 1 000 640

Re [MPa] 850 390

Hlim [MPa] 1160 1140

Flim [MPa] 528 390

z [-] 44 61

kH 1,6 1,6

Návrh modulu

^:

Návrh pro dotyk

Pom r ší ky zubu ke st ednímu modulu

P ípustné nap tí v dotyku ^HP= 0,Ř Hlim= 0,Ř 1140 = ř12 εPa

P ípustné nap tí v ohybu M�a

Součinitel vn jších dynamických sil KA = 1,5 Součinitel nerovnom rnosti zatížení zub KH = 1,2

Součinitel p ídavných zatížení KH = KA KH = 1,5 1,2=1,Ř

(40)

40

m f K M

z

i

i mm

Návrh pro ohyb

m f K M

z mm

Úhel sklonu zub = 16°

Normálový modul

vαlím nαδmalizαvaný mαdul m mm Tečný modul

m m

cαε cαε mm

b m mm

Z konstrukčního hlediska volím ší ku ozubení b = 48 mm

Výpočet geometrie soukolí

Pr m r roztečné kružnice

d z m mm

h m mm

Pr m r hlavové kružnice

d d h mm

(41)

41 Pr m r patní kružnice

d d h mm

Výška zubu

h h h mm

Úhel záb ru zub aδctg tan

cαε aδctg tan

cαε Pr m r základní kružnice

d d cαε cαε mm

Osová vzdálenost

a d d

mm Normálová rozteč zub

β m mm

Tečná rozteč zub

β m mm

Patní tečná rozteč zub

β β cαε cαε mm

d d d d a εin

β

εin

b tan

β

tan

,00

(42)

42

Silové pom ry

Tečná síla

F M

d N

F F

Radiální síla

F F

cαε tan cαε tan N

Axiální síla

F F tan tan N

Pevnostní kontrola ozubení

Výsledky ostatních kontrol ozubení jsou pouze shrnuty v p ehledných tabulkách.

Tabulka 4: Volené koeficienty pro kontrolu ozubeného soukolí

� 190 MPa K 1,05

� 2,3 K K 1,2

� 0,83 K 2

� 1 Y 0,9

K 1,5 Y 0,62

YFS3 4,4 YFS4 3,9

Tabulka 5: Výsledky provedené kontroly ozubení

Kolo 3 Kolo 4

K 1,89 1,89 MPa

892 MPa 877 MPa MPa

≤

2 400 MPa F N

MPa - -

≤

Kolo 3 Kolo 4 Kolo 3 Kolo 4

377 MPa 278,6 MPa 64,7 MPa 57,33 MPa

≤

(43)

43

1320 MPa 975 MPa 1056 MPa 780 MPa

194 MPa 172 MPa - -

≤

4.3.7 Návrh čelního ozubení se šikmými zuby (redukce 50%)

Tabulka 6: Parametry čelního soukolí redukovaného p evodu

Kolo 5 Kolo 6

Materiál Ocel 15 241 - kalená Ocel 12 051 - kalená

VHV [-] 600-675 600-675

Rm [MPa] 1 000 640

Re [MPa] 850 390

Hlim [MPa] 1160 1140

Flim [MPa] 528 390

z [-] 23 65

kH 1,6 1,6

i

Návrh modulu

^:

Návrh pro dotyk

Pom r ší ky zubu ke st ednímu modulu

P ípustné nap tí v dotyku ^HP= 0,Ř Hlim= 0,Ř 1140 = ř12 εPa

P ípustné nap tí v ohybu M�a

Součinitel vn jších dynamických sil K^A = 1,5

Součinitel nerovnom rnosti zatížení zub KH = 1,2

Součinitel p ídavných zatížení K^H = KA KH = 1,5 1,2=1,Ř

m f K M

z

i

i mm

Návrh pro ohyb

m f K M

z mm

Úhel sklonu zub = 20°

(44)

44 Normálový modul

vαlím nαδmalizαvaný mαdul m mm Tečný modul

m m

cαε cαε mm

b m mm

Z konstrukčního hlediska volím ší ku ozubení b = 4Ř mm Výpočet geometrie soukolí

Pr m r roztečné kružnice

d z m mm

h m mm

Pr m r hlavové kružnice

d d h mm

Pr m r patní kružnice

d d h mm

Výška zubu

h h h mm

Úhel záb ru zub aδctg tan

cαε aδctg tan

cαε Pr m r základní kružnice

d d cαε cαε mm

(45)

45 Osová vzdálenost

a d d

mm Normálová rozteč zub

β m mm

Tečná rozteč zub

β m mm

Patní tečná rozteč zub

β β cαε cαε mm

d d d d a εin

β

εin

b tan

β

tan

Silové pom ry

Tečná síla

F M

d N

F F

Radiální síla

F F

cαε tan cαε tan N

(46)

46 Axiální síla

F F tan tan N

Pevnostní kontrola ozubení

Tabulka 7: Volené koeficienty pro kontrolu ozubeného soukolí

� 190 MPa K 1,07

� 2,3 K K 1,2

� 0,87 K 3

� 1 Y 0,9

K 1,5 Y 0,66

YFS5 4,4 YFS6 3,9

Tabulka 8: Výsledky provedené kontroly ozubení

Kolo 5 Kolo 6

K 1,92 1,92 MPa

MPa 877 MPa MPa

≤

2 400 MPa F N

MPa - -

≤

377 MPa 278,6 MPa 96,34 MPa 85,39 MPa

≤

1320 MPa 975 MPa 1056 MPa 780 MPa

289 MPa 256 MPa - -

≤

4.3.8 Návrh t ecí spojky

P i návrhu p evodovky bylo pot eba vymyslet, jakým zp sobem bude spojená h ídel vystupující z elektromotoru s h ídelí z p evodovky. Pro svojí konstrukční jednoduchost a spolehlivost byla vybrána kotoučová t ecí spojka, jelikož je zajišt na souosost obou h ídelí. Tato spojka pat í do skupiny pevných spojek s t ecí vazbou, která je vytvo ena dv ma kotouči pomocí šroubových spoj .[2]

εateriál: 11 600

n αt min

(47)

47 k voleno z tabulek

Mβa

M N m

Výpočet točivého momentu spojky

M k M N m

Výpočet pr m ru h ídele z krouticího momentu

M W

M

d d M

d d mm

Pr m r díry pro h ídel volím 25 mm.

Ze strojnických tabulek volím, podle pr m ru h ídele, rozm ry spojky.

D mm

l mm

L _í mm

Počet a velikost šroub volím: 4xM8

4.3.9 Návrh drážkování

Evolventní drážkování na synchronizační spojce p enáší moment ze spojky na ozubené kolo. Drážkování bylo zvoleno dle pr m ru jádra a následn bylo zkontrolováno na tlak ve stykové ploše.

Evolventní drážkování na synchronizační spojce Drážkování bylo zvoleno dle pr m ru jádra d = 70 mm.

(48)

48 Dle strojnických tabulek bylo vybráno drážkování mm mm g

Mat.: 11 600, Mβa, β M�a

Výpočet hlavového pr m ru h ídele a náboje:

D D m mm

Výpočet st edního pr m ru

D D D

mm Výpočet síly na jeden zub:

F M

z D N

Kontrola tlaku na boku zub :

β F

D D l M�a

á á í !

Drážkové spojení rovnoboké na p edlohovém h ídeli

Rovnoboké drážkování na p edlohové h ídeli slouží k p enosu krouticího momentu z h ídele na spojku.

Drážkování bylo zvoleno dle pr m ru h ídele d = 40 mm.

Ze strojnických tabulek bylo vybráno drážkování Materiál: 11 600, M�a, β M�a

Výpočet st edního pr m ru profilu drážkování h ídele

D D d

mm

Výpočet obvodové síly na st edním pr m ru drážkování

F M

D N

(49)

49 Výpočet účinné plochy bok drážek délky 1 mm

z D d

f mm

Pevnostní kontrola

β F

f l M�a

á á í !

4.3.10 Návrh h ídel

P i návrhu h ídelí se musí nejd íve sestavit rovnice rovnováhy, ze kterých se zjistí reakce v uloženích. σásledn se vypočte celkový ohybový moment, který je pot eba pro zjišt ní minimálního pr m ru h ídele. Nakonec bude provedena pevnostní kontrola.

Vstupní h ídel

Obrázek 13 - Rozložení sil na vstupní h ídeli

F N

δ mm

a = 65 mm b = 35 mm c = 80 mm

(50)

50 Výpočet reakcí

R F

R R F

R a F b

R a F a b F δ

R F N

R F b

a N

R F δ F a b

a N

R F R N

R R R N

Výpočet moment Moment kolem osy z M

M R a Nm

M R a b R b Nm

Moment kolem osy y M

M R a Nm

M R a b R b Nm

M

M M M Nm

(51)

51 Celkový ohybový moment

Obrázek 14 - Graf ohybového momentu na vstupní h ídeli

M Nm

Návrh rozm ru vstupní h ídele

P i návrhu minimálního rozm ru h ídele použijeme výpočet pro redukovaný ohybový moment, kde musíme zohlednit hodnotu Bachova opravného součinitele. Jelikož je naše za ízení pohán no elektromotorem, což znamená, že bude krouticí moment tém konstantní a nap tí od n j bude statické, lze zvolit hodnotu toho součinitele .[3]

εateriál: 11 600 M�a

� M�a

M Nm

M Nmm

M M M = Nm

d M

mm

Pr m r h ídele volím d = 25 mm

(52)

52 Určení nap tí h ídele

M W

M

d M�a

M W

Mk

d M�a

Obrázek 15 - Vrub na vstupní h ídeli

Vrubová kontrola

Zm ny pr ez vynucené konstrukčními požadavky jako jsou osazení, drážky, zápichy, apod., se nazývají konstrukční vruby. Tyty vruby zp sobují lokální poruchu napjatosti v daném pr ezu součásti. P i této kontrole se musí určit koeficienty, které definují daný typ vrubu. σásledn se vypočte vrubový součinitel.[14]

Koeficienty odečtené z diagram :

δ q

Vrubový součinitel q

Mez únavy v ohybu

R M�a

Bezpečnost v ohybu

k

(53)

53 Kontrola h ídele na statický krut

R

Bezpečnost v krutu

k

Provedení bezpečnostní kontroly

k k k

k k

P edlohová h ídel – 1. rychlost

Obrázek 16 - Rozložení sil na p edlohové h ídeli - 1.rychlost

F N

(54)

54

F N

δ mm

a = 58 mm b = 141 mm c = 45 mm Výpočet reakcí

R F F

R F F R

F a R a b c F a b

F a F δ R a b c F a b F δ

R N

R R R N

(55)

55

Obrázek 17 – Graf ohybového momentu na p edlohové h ídeli – 1.rychlost

Maximální ohybový moment

M Nm

P edlohová h ídel – 2. rychlost

Obrázek 18 - Rozložení sil na p edlohové h ídeli - 2.rychlost

F N

(56)

56

F N

δ mm

a = 58 mm b = 60 mm c = 126 mm Výpočet reakcí

R F F

R F F R

F a b R a b c F a

F a b F δ R a b c F a F δ

R N

R R R N

(57)

57

Obrázek 19 -Graf ohybového momentu na p edlohové h ídeli - 2.rychlost

M Nm

Návrh rozm ru p edlohové h ídele εateriál: 11 600

M�a

� M�a

M Nm

M Nmm

M M M = Nm

d M

mm

(58)

M W

M

d M�a

M W

Mk

d M�a

Obrázek 20 - Vrub na p edlohové h ídeli

Koeficienty odečtené z diagram :

δ q

R M�a

k

Kontrola h ídele na statický krut R

(59)

59 Bezpečnost v krutu

k

k k k

k k

Výstupní h ídel – 1. rychlost

Obrázek 21 - Rozložení sil na výstupní h ídeli - 1.rychlost

F N

δ mm

a = 73 mm b = 181 mm c = 61 mm

(60)

60 Výpočet reakcí

R F R F N

F R F R R N

R F R F R N

R b c F b F a R N

F a b c R b c F δ F c R

R N

R R R N

Obrázek 22 - Graf ohybového momentu na výstupní h ídeli - 1.rychlost

(61)

61

Výstupní h ídel – 2. rychlost

Obrázek 23 - Rozložení sil na výstupní h ídeli - 2.rychlost

F N

δ mm

a = 73 mm b = 90,5 mm c = 151,5 mm Výpočet reakcí

R F R F N

F R F R R N

R F R R N

R b c F m R N

F a b c R b c F b F δ R

R

(62)

62

R R R

Obrázek 24 - Graf ohybového momentu na výstupní h ídeli - 2.rychlost

M Nm

Návrh rozm ru výstupní h ídele εateriál: 11 600

M�a

� M�a

M Nm

M M M = Nm

d M

mm

(63)

M W

M

d M�a

M W

Mk

d M�a

Obrázek 25 - Vrub na výstupní h ídeli

Koeficienty odečtené z diagram

δ q

R M�a

k

Kontrola h ídele na statický krut R

(64)

64 Bezpečnost v krutu

k

k k k

k k

4.3.11 Návrh ložisek

P í návrhu ložisek je vhodné si uv domit, jakým zp sobem se budou m nit otáčky na h ídelích. Jelikož má stroj dva rychlostní stupn , otáčky nebudou konstantní. To znamená, že se b hem provozu bude m nit ekvivalentní dynamické zatížení ložisek. Je tedy nutno vypočítat st ední hodnotu zatížení. Tento výpočet se týká pouze ložisek na p edlohové a výstupní h ídeli.

Návrh ložisek na vstupním h ídeli

Vstupní hodnoty:

n αt min , d mm , R N R N

F N , L h

Volba ložiska 6305 ( )

Bod A:

R � N

L L n L L n

h

L C

� C L � h

C C Ložisko vyhovuje.

(65)

65 Bod B:

Volba ložiska 6405 ( )

F

C tabulky výδαbce e X Y

� X R Y F N

L L n L L n

h

L C

� C L � h

C C

Ložisko vyhovuje.

Návrh ložisek na p edlohovém h ídeli

n αt min , n αt min d _� mm, L h

1. rychlostní stupe

R N R N

R N, R N

P edb žná volba ložiska 6306 ( )

Hodnoty p i 1. rychlostním stupni Bod C

F R N

� F N

Bod D

F R N F

C e X Y

(66)

66

� X F Y F N

Hodnoty p i 2. rychlostním stupni Bod C

F R N

� F N

Bod D

F R N

F

C e X Y

� X F Y F N

Bod C:

� � q

N

L C

� n h

Bod D:

� � q

N

L C

� n h

Návrh ložisek na výstupním h ídeli

n αt min , n αt min d _� mm, L h

R N R N

(67)

67 2. rychlostní stupe

R , R N

P edb žná volba ložiska 6309 ( )

Hodnoty p i 1. rychlostním stupni Bod E

F R N F

C e X Y

� X F Y F N

Bod F

� F R N Hodnoty p i 2. rychlostním stupni Bod E

F R N

F

C e X Y

� X F Y F N

Bod F

� F R N

St ední hodnota otáček:

n n q

αt min

Bod E:

� � q

N

L C

� n h

(68)

68 Bod F:

� � q

N

L C

� n h

4.3.12 Návrh a výpočet per

P enos krouticího momentu mezi h ídelem a nábojem ozubeného kola je zajišt no t sným perem. σávrh vychází z výpočtu minimální délky pera, která je následn zkontrolována na otlačení a na st ih.

Pero kuželového pastorku a kotoučové spojky Volba pera pro pr m r h ídele d = 25 mm

b = 8; h = 7; t= 4,1; t1 = 3,1; R = 0,6 mm; pD = 120 MPa, M�a Výpočet délky pera

l M

d β h mm

Volím délku l = 25 mm.

Kontrola na otlačení

β M

d l h M�a

Kontrola na st ih M

d l h M�a M�a

Zvolené pero vyhovuje!

Pero 2. kuželového kola

Volba pera pro pr m r h ídele d = 35 mm

b = 10; h = 8; t= 4,7; t1 = 3,3; R = 0,6 mm; pD = 120 MPa, M�a

(69)

69 Výpočet délky pera

l M

d h mm

β M

d l h M�a

d l h M�a M�a

Pero 6. ozubeného kola

l M

d h mm

β M

d l h M�a

d l h M�a M�a

Pero 4. ozubeného kola

b = 16; h = 10; t= 6,2; t1 = 3,8; R = 0,6 mm; pD = 120 MPa, M�a

(70)

70 Výpočet délky pera

l M

d β h mm

β M

d l h M�a

d l h M�a M�a

Pero pod et zovým kolem

l M

d β h mm

β M

d l h M�a

d l h M�a M�a

4.3.13 Návrh p evodové sk ín

P i návrhu p evodovky je nutné navrhnout vhodnou konstrukci p evodové sk ín . Pro její výrobu byla zvolena technologie odlévání z litiny ČSσ 42 2415. Sk í se skládá ze dvou podobných částí. Rozdíly jsou však patrné na první pohled. Spodní část obsahuje ukotvení, do kterého jsou vyvrtány otvory pro šrouby z d vodu zajišt ní stability p evodovky. Jelikož má p evodovka hmotnost cca 40 kg, ruční manipulace je

(71)

71 vyloučena. Proto vrchní díl sk ín obsahuje záv sné oko, které nám ulehčí manipulaci se sestavenou p evodovkou pomocí kladkového zvedáku.

Obrázek 26 - Pohled na p evodovou sk í

4.3.14 Metoda MKP

Výstupní h ídel byla zkontrolována metodou konečných prvk . Jelikož byla h ídel vytvo ená v programu Autodesk Inventor 2016, jehož součástí je i modul pro výpočet εKP, nebylo t eba CAD model h ídele vytvá et znovu v jiném programu.

σejprve bylo pot eba rozd lit model na určitý počet prvk , které nám vytvo í sí . Tato sí obsahuje ř0 066 prvk s 130 772 uzly. Poté byly definovány okrajové podmínky v místech ložisek, a p íslušné síly v místech p sobení ozubených kol a et zového kola.

(72)

72

Obrázek 27 - Okrajové podmínky na výstupní h ídeli

Obrázek 28 - Nap tí Von Mises

(73)

73

Obrázek 29 - Součinitel bezpečnosti

Po provedení simulace bylo zjišt no, že se kritické místo nachází v drážce pro pero u et zového kola, což bylo správn p edpokládáno i p i pevnostním výpočtu. σejvyšší nap tí dosahovalo hodnoty 103,1 εPa a bezpečnost v kritickém míst byla 2,01. Z toho vyplývá, že návrh h ídele z pevnostního hlediska vyhovuje jak z ohledu ručního výpočtu, tak pomocí metody konečných prvk .

5 Ekonomické zhodnocení

P i návrhu každého stroje je nutno vzít v potaz jeho jednoduchost, účinnost a v neposlední ad jeho náklady na výrobu, obsluhu a údržbu. Veškeré komponenty tohoto drtiče byly vybrány a navrženy s d razem na co nejnižší cenu p i zachování požadované životnosti. Z tohoto d vodu bylo použito mnoho normalizovaných díl , které se dají snadno objednat u prodejc , kte í mají v nabídce nespočet katalog se známými cenami.

Drti kovového odpadu z elektrospot ebi