Analýza namáhání rolniThe analysis of the cam straining of the sewing machine DECO 2000

(1)

Katedra textilních a jednoú

Studijní program:

Obor:

Zam

Vedoucí bakalá Konzultant bakalá

Poč Poč

Katedra textilních a jednoú

Studijní program:

Obor:

Zaměření:

Analýza namáhání rolni

The analysis of the cam

straining of the sewing machine DECO 2000

Vedoucí bakalá Konzultant bakalá

Počet stran:

Počet příloh:

Katedra textilních a jednoúč

Studijní program: B 2341 2302 R022 Stavba stroj

Analýza namáhání rolni

The analysis of the cam

straining of the sewing machine DECO 2000

Vedoucí bakalářské práce:

Konzultant bakalářské práce:

42 3

Katedra textilních a jednoúčelových stroj

B 2341 Strojírenství 2302 R022 Stroje a Stavba strojů

Analýza namáhání rolni

šicího stroje DECO 2000

The analysis of the cam

straining of the sewing machine DECO 2000

ské práce:

Fakulta strojní

elových strojů

Strojírenství Stroje a zařízení

Analýza namáhání rolničky va

šicího stroje DECO 2000

The analysis of the cam bearing ball

straining of the sewing machine DECO 2000

Jan Elsner KTS – B029

Ing. Martin Kone

doc. Ing. Martin Bílek, Ph.D.

Fakulta strojní

č ky vačkového mechanizmu šicího stroje DECO 2000

bearing ball

straining of the sewing machine DECO 2000

Jan Elsner B029

Martin Konečný, Ph.D.

Fakulta strojní

Studijní rok: 2009/2010

č kového mechanizmu šicího stroje DECO 2000

bearing ball mechanism straining of the sewing machine DECO 2000

čný, Ph.D.

kového mechanizmu

mechanism straining of the sewing machine DECO 2000

kového mechanizmu

mechanism

(2)

- 3 -

(3)

- 4 - Anotace:

Tato bakalářská práce se zabývá analýzou namáhání rolničky vačkového mechanismu šicího stroje DECO 2000. V současné době stroj pracuje v režimu 380 vpichů za minutu. Je však snaha navýšit počet vpichů až na hodnotu 500 za minutu.

Cílem této práce bylo zanalyzovat a ověřit zda rolnička vydrží namáhání i při vyšších otáčkách stroje a případně navrhnout vhodnou úpravu s cílem snížit namáhání rolničky.

Annotation:

This bachelor thesis is focused on the analysis of the cam bearing ball mechanism straining of the sewing machine DECO 2000. The machine is working these days in mode of 380 punctures per hour. But there is an effort to gross up the number of punctures till 500 punctures per a minute. The aim of this bachelor thesis was to analyse and to verify whether the cam would sustain the straining even during higher revolutions of the machine, and eventually to suggest an appropriate adjustment with the aim to lower the straining of the cam.

(4)

- 5 - Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje 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 případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

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

Datum:

Podpis:

(5)

- 6 - Declaration

I have been notified of the fact that Copyright Act. No. 121/2000 Coll. Applies to my thesis in full, in particular Section 60, School Work.

I am fully aware that the Technical University of Liberec is not interfering in my copyright by using my thesis for internal purposes of TUL.

If i use my thesis or grant a licence for its use, I am aware of the fact that I must inform TUL of this fact; in this case TUL has the right to seek that I pay the expense invested in the creation of my thesis to the full amount.

I compiled the thesis on my own with the use of the acknowledges sources and on the basis of consultation witn the head of the thesis and a konsultant.

Date:

Signature:

(6)

- 7 -

Poděkování:

Rád bych touto cestou poděkoval Ing. Martinu Konečnému, Ph.D. za vedení, pomoc a čas strávený při konzultacích mé bakalářské práce a Ing. Jiřímu Komárkovi za pomoc při práci se softwarem Pro/ENGINEER.

Největší dík patří mým rodičům, kteří mě během celého studia podporovali a bez jejichž pomoci bych nemohl studium absolvovat.

(7)

- 8 -

Seznam použitých symbolů:

Označení Název Jednotky

pmax Hertzův tlak MPa

q zatížení N

l délka kontaktu mm

P zatěžující síla N

ρ poloměr křivosti mm

δ pružnost materiálu MPa

µ Poissonova konstanta -

E modul pružnosti MPa

index v vačka -

index r rolnička -

σ_x napětí v ose x MPa

σ_y napětí v ose y MPa

σz napětí v ose z MPa

ζ koeficient -

(8)

- 9 -

Obsah

1. Úvod ... - 11 -

2. Rešerše vačkových mechanismů ... - 11 -

2.1. Vačkové mechanismy ... - 11 -

2.2. Rozdělení vaček ... - 11 -

2.3. Části vačkového mechanismu ... - 12 -

2.3.1. Vačka ... - 13 -

2.3.2. Zvedák ... - 13 -

2.4. Styk v obecné kinematické dvojici ... - 14 -

2.4.1. Silový styk ... - 14 -

2.4.2. Tvarový styk ... - 14 -

2.4.3. Dvojvačkový mechanismus ... - 14 -

2.5. Vačkové mechanismy v šicích strojích ... - 15 -

3. Šicí stroj DECO 2000 ... - 19 -

3.1. Popis šicího stroje ... - 19 -

3.2. Vačkový mechanismus v šicím stroji DECO 2000 ... - 20 -

3.3. Jehelní tyč ... - 21 -

4. Analýza rolničky ... - 22 -

4.1. Kinematická analýza rolničky ... - 22 -

4.2. Průběh zatěžující síly bez vlivu průpichové síly ... - 24 -

4.3. Průběh zatěžující síly s vlivem průpichové síly ... - 25 -

4.3.1. Průpichová síla ... - 25 -

4.3.2. Vstupní data pro analýzu ... - 26 -

4.3.3. Vliv průpichové síly na namáhání rolničky ... - 27 -

4.4. Namáhání rolničky ... - 28 -

4.4.1. Řešení kontaktní úlohy pomocí MKP ... - 28 -

(9)

- 10 -

4.4.2. Analytické řešení kontaktní úlohy ... - 29 -

4.4.3. Výsledky kontaktní úlohy ... - 32 -

4.5. Konstrukční návrh pro snížení namáhání ... - 36 -

5. Závěr ... - 40 -

6. Použitá literatura ... - 41 -

7. Seznam příloh ... - 42 -

(10)

- 11 -

1. Úvod

Šicí stroj se skládá z ústrojí (pohybu jehly, podávání šicího a šitého materiálu, pro pohon stroje atd.), které zajišťují vlastní proces šití. Každé ústrojí je poháněno od pohonu stroje mechanismem, který zajišťuje potřebný pohyb, zdvih, rychlost a zrychlení. U šicích strojů se nejvíce používají čtyřkloubové, kulisové a vačkové mechanismy.

Většina částí šicího stroje je spolu úzce spojena kinematickými vazbami, vytvářející mechanismy. V těchto mechanismech se vyskytují výrobní a montážní nepřesnosti.

Tyto nepřesnosti mají za následek zvýšenou hlučnost stroje při pracovním procesu a větší opotřebení součástí. Je proto snaha tyto nepřesnosti minimalizovat, na základě výsledků analýzy jednotlivých části stroje nebo snížením počtu mechanismů například náhradou za servopohony.

Cílem této bakalářské práce je analýza vačkového mechanismu v šicím stroji DECO 2000, který zajišťuje pohyb jehelní tyče. Na základě výsledků této analýzy je pak možné vačkový mechanismus optimalizovat.

2. Rešerše vačkových mechanismů

2.1. Vačkové mechanismy

Vačkové mechanismy patří mezi křivkové mechanismy. Jako vačkový označíme mechanismus s jedním stupněm volnosti obsahující alespoň jednu vačku spojenou s ostatními členy minimálně jednou obecnou kinematickou dvojicí. Vačkových mechanismů se nejvíce používá k přeměně rotačního pohybu v kývavý pohyb periodický.

2.2. Rozdělení vaček

Vačky rozdělujeme podle tvaru pracovní plochy na rovinné a prostorové. Rovinné vačky jsou otevřené a uzavřené, jednoduché a oboustranné. Nejpoužívanější prostorové vačky jsou válcové (bubnové) uzavřené a otevřené, globoidní a vypuklé (konkávní).

Funkčně jsou vačkám obdobné palce posuvné nebo kývavé; slouží k přeměně periodického pohybu v jiný periodický pohyb. Příklady jsou uvedeny v tabulce 2.2-1.

(11)

- 12 -

Tab. 2.2-1 Příklady rovinných a prostorových vaček 2.3. Části vačkového mechanismu

U vačkových mechanismů lze z funkčního i kinematického hlediska vyznačit čtyři základní členy (obr. 2.3-1):

A) Vačka (2) – je zpravidla hnací člen celého mechanismu

B) Rám vačkového mechanismu (3) – člen, na kterém je uložena vačka a hnaný člen. Rám vačkového mechanismu se může oproti základnímu rámu (1) pohybovat.

C) Hnaný člen vačkového mechanismu (4) – vahadlo, posuvný zvedák nebo zvedák s obecným pohybem.

4. Kulisa

1. Válec s vnější křivkou

2. Válec s křivkovou drážkou 2. Kotouč s vnitřní křivkou

3. Válec s křivkovým výstupkem

4. Kužel s vnější křivkou 3. Kotouč s křivkovou drážkou

1. Kotouč s vnější křivkou

(12)

- 13 -

D) Pracovní člen (5) – člen, jenž realizuje daný technologický úkon, jehož pohyb je předepsán. Pracovní člen a hnaný člen vačkového mechanismu se mohou ztotožnit.

Obr. 2.3-1 Schéma vačkového mechanismu

2.3.1. Vačka

Vačkou nazýváme člen mechanismu, který pohybem své činné plochy vyvozuje prostřednictvím obecné kinematické dvojice pohyb hnaného členu. Vačka je neokrouhlý kotouč s profilem odpovídající předem naprogramovanému průběhu pohybu koncového členu mechanismu. Tento průběh dostaneme z kinematické analýzy resp. syntézy vačkového mechanismu. Vačka je obvykle hnací člen mechanismu.

2.3.2. Zvedák

Hnaný člen vačkového mechanismu je s vačkou spojen obecnou kinematickou dvojicí. Tento člen se nazývá zvedák a vyznačuje druh jeho pohybu (posuvný, obecný).

Zvedák s rotačním pohybem označujeme jako vahadlo. Zvedáku se používá buď s plochou, jenž se smýká po vačce, nebo plochou odvalující se po vačce (kladka), kde dojde ke snížení pasivních odporů, avšak neovlivní se pohyb hnaného členu.

(13)

- 14 -

2.4. Styk v obecné kinematické dvojici

Jedním z předpokladů správné funkce vačkového mechanismu je neustálý styk hnaného členu s vačkou během pohybu. Toho se docílí buď silovým, nebo tvarovým (nuceným) stykem.

2.4.1. Silový styk

Silový styk zajišťujeme např. vratnými pružinami, tíhovými silami nebo hydraulickými popř. pneumatickými prvky. Nevýhodou tohoto uspořádání je zvýšené silové namáhání celého mechanismu, způsobené nutným předpětím, které zaručuje styk kladky s vačkou.

2.4.2. Tvarový styk

Tvarový styk je zajištěn přidáním nadbytečné kinematické vazby. Příkladem je drážková vačka. Toto uspořádání je velmi jednoduché, avšak nevýhodou je změna smyslu rotace kladky uvnitř drážky při změně smyslu normálné reakce mezi kladkou a vačkou. Dochází ke změně pólu relativního pohybu a tím ke změně smyslu rotace kladky. Důsledkem je větší opotřebení boků drážky v místech změny smyslu rotace kladky (obr. 2.4.2-1).

2.4.3. Dvojvačkový mechanismus

Výhodnější je proto dvojvačkový mechanismus, u něhož vačka působí nejméně na dva hnané členy spojené buď tuhou, nebo kinematickou vazbou. Mechanismus je vhodný zejména pro rychloběžné stroje, kde by bylo třeba volit značná předpětí pružin u jednoduchých vaček.

(14)

- 15 -

Obr. 2.4.2-1 Pohyb kladky v drážce vačky 2.5. Vačkové mechanismy v šicích strojích

Vačkové mechanismy (spolu s dalšími mechanismy-kloubové, kulisové, šroubové) se u šicích strojů používají k vyvození pohybu přímočarého vratného a kývavého pohybu jehelní tyče, resp. jehly nebo hnacího ústrojí podávání nitě. Pro rotační pohyb jehelní tyče kolem své vlastní osy je mechanismus realizován například takto: Od hlavního hřídele přes šroubový převod je odvozen pohyb vačky (2). Od vačkového mechanismu s vahadlem (4) je převáděn pohyb na ozubený segment (5) se zabírajícím ozubeným kolem (6), spojeným s jehelní tyčí (obr. 2.5-1). Jehelní tyč se otočí kolem své geometrické osy o 180°. Tohoto pohybu jehelní tyče se používá zejména u strojů na obšívání knoflíkových dírek dvounitným řetízkovým stehem.

(15)

- 16 -

Obr. 2.5-1 Mechanismus pohybu jehelní tyče

Další použití vačkového mechanismu spolu s kulisou se využívá u šicích strojů s klikatým stehem pro vyvození stranového pohybu jehly. Na obrázku 2.5-2 je schematicky znázorněno spojení držáku (1) jehelní tyče (2) s táhlem (3), zakončený vidlicí (4) obepínající trojbokou vačku (5) na hřídeli kolmém k hlavnímu hřídeli (6) a poháněném šroubovými ozubenými koly s převodem 2:1. Na táhle (3) je v blízkosti vidlice čep (7), na němž je otočně nasazena kulisa (8). Kulisa se pohybuje ve vedení (9), které lze naklápět kolem otočného bodu, jehož osa prochází osou čepu (7) při středové poloze táhla (3). Tato kulisa se může posouvat v dalším neznázorněném vedení tak, že přesouvá pohyb držáku jehelní tyče do levé nebo pravé stranové polohy.

Obr. 2.5-2 Kulisový mechanismus klikatého stehu

(16)

- 17 -

Zjednodušeně jsou jednotlivé polohy kulisy nastavené na nulový výkyv držáku jehelní tyče znázorněny na obr 2.5-3.

Obr. 2.5-3 Polohy kulisy při levé, středové a pravé poloze klikatého stehu

Pravá poloha klikatého stehu je označena I, středová poloha II a levá poloha III.

Trojboká vačka je v jednotlivých polohách natočena tak, aby bylo zřejmé, v jaké poloze musí být osa jejího otočného bodu vzhledem k čepu na táhle.

Nevýhodou takovéhoto systému, používající pro vyvození stranového pohybu jehly trojbokou vačku je přímý styk stěn vidlice s povrchem vačky, čímž dochází ke špatnému mazaní místa styku, snadno dochází k opotřebení ploch vidlice a tím k vytvoření vůlí mezi vačkou a vidlicí. Vůle mají za následek zvýšení hlučnosti a rázů celého stroje. Z těchto důvodů jsou trojboké vačky výhodné pouze u středootáčkových šicích strojů s počtem stehů maximálně 3 800 ÷ 4 000 za minutu.[4]

Naopak výhodou tohoto systému je jednoduchá a plynulá regulace šířky klikatého stehu od 0 do maxima a současně nastavení středové i stranových poloh klikatého stehu.

V současné době je však znám pouze jeden „dokonalý“ mechanismus, pro tvorbu klikatého stehu, který odstranil nevýhodu již zmíněného kuliso-vačkového mechanismu, a vyhovuje tak náročným požadavkům na technickou úroveň i časový průběh stranového pohybu jehly v návaznosti na její pohyb ve směru podélné osy. Tento mechanismus je patentem firmy Singer. Na obrázku 2.5 – 4 je schéma takového mechanismu a je zde uveden pro porovnání ke kuliso-vačkovému mechanismu. Vačka

(17)

- 18 -

je nahrazena mechanismem tvořeným dvěma klikami (excentry) na jednom hřídeli, které jsou proti sobě pootočeny o 80°. Na pozici (1) je příčný hřídel, na kterém jsou pevně uloženy dvě kliky (excentry) (2). Přes hřídel (3) je ovládaný posuv držáku (4) jehelní tyče (5). Na konci táhla (6) je vytvořen náboj s pouzdrem pro uložení čepu smykadla (7). Na hlavním hřídeli (8) je ozubené kolo (9) tvořící s ozubeným kolem (10) šroubové soukolí, které pohání příčný hřídel (1) s převodovým poměrem 2:1 do pomala.

Obr. 2.5 – 4 Uspořádání mechanismu klikatého stehu u stroje SINGER 457 Vačkových mechanismů se dále používá u ústrojí podávání šicího materiálu. Schéma takového mechanismu je na obrázku 2.5-5. Mechanismus je složen z bubnové váčky (2) a vahadla (3) na němž je umístěné očko, jehož trajektorie ko je část kružnice. Tuto trajektorii zajišťuje ve vačce vyfrézovaná drážka, v níž se pohybuje kladička (rolnička) (4) vahadla (3), které je vychylováno na jednu nebo druhou stranu. Rychlost a zrychlení očka závisí na profilu drážky v bubnové vačce. Z hlediska použití tohoto mechanismu je limitující síla N, která působí mezi stěnami drážky vačky (2) a kladičky (4). Síla vzniká ze setrvačných sil působících na niťové vahadlo (3). Je příčinou opotřebení stěn drážky a ploch kladičky, čímž se vytvoří vůle mezi ve stykových plochách drážky a kladičky a poruší se kinematická vazba. Tím vznikají rázy, které se přenáší na vahadlo, které následkem těchto rázů kmitá. Je zřejmé, že kmity vahadla budou tím větší, čím větší budou otáčky stroje, resp. vačky.

5 4

6

2

3 10

0 1 7

8 9

(18)

- 19 -

Obr. 2.5-5 Schéma mechanismu ústrojí podávání šicího materiálu

3. Šicí stroj DECO 2000

3.1. Popis šicího stroje

Stroj DECO 2OOO je produktem firmy AMF Reece, která tento stroj vyvinula v USA. Základní představa popisovaného stroje je na obrázku 3.1 – 1. Rám stroje je svařen z plechových profilů, ke kterému je připevněn ve spodní části rámu pohon, v horní části pak pracovní deska a vlastní šicí stroj. Systém, který právě zajišťuje imitaci ručního stehu, se nazývá plovoucí jehla. Je to dvojitá (oboustranná) jehla, která má středové očko, skrz které je veden šicí materiál.

Obr. 3.1 – 1 Šicí stroj DECO 2000

(19)

- 20 -

Vlastní šití je realizováno předáváním této jehly mezi dvěma jehelními tyčemi skrz šitý materiál. Tímto způsobem je tvořen steh s vyšší kvalitou a podstatně rychleji než je tomu u ručního šití. Na obrázku 3.1 – 2a je znázorněna jehelní tyč s jehlou v horní úvrati na obrázku 3.1 – 2b je jehelní tyč v dolní úvrati bez jehly, která je v jehelní tyči zrcadlově otočená pod pracovní deskou.

Obr. 3.1-2a Jehelní tyč s jehlou

Ovládání šicího stroje DECO 2000 zajišťuje mikroprocesor s grafickým dotykovým displejem. Ten zajišťuje obsluze stroje snadné a rychle nastavení šicích parametrů jako je styl stehu nebo rychlost šití. Rychlost šití stehů je přibližně 10x rychlejší než u ručního šití, další výhodou je možnost přesného polohování jehly.

Aplikace: Okrajové šití – kabátů, sak a kapes

Standardní šití – sak, kabátů, dámských sak, límců Dekorativní šití – všechny látkové svršky a kůže 3.2. Vačkový mechanismus v šicím stroji DECO 2000

Mechanismus pohybu jehelní tyče je zajištěn vačkovým mechanismem (Obr 2.6-1).

Ten převádí pomocí dvouramenné páky (3) rotační pohyb vačky (2) na přímočarý vratný pohyb jehelní tyče (7). Dvouramenná páka (3) je uložena na hřídeli (9), kolem které se může volně otáčet. Páka je na hřídeli uložena v kluzných pouzdrech. Na pravé straně páky je rolnička (4), která je s pákou spojena čepem. Rolnička (4) se pohybuje v drážce vačky (2), a tím určuje časování pohybu jehelní tyče (7). Pohyb vačky obstarává třífázový asynchronní motor o výkonu 0,37 kW přes klínový řemen. [5].

Na levé straně je dvouramenná páka (3) opatřena kamenem (6), který je veden v kulise fixované na jehelní tyči (7). Přesné vedení jehelní tyče je zajištěno vodícími pouzdry (5) a (8).

Obr. 3.1-2b Jehelní tyč v dolní úvrati

(20)

časování v který je zrcadlov materiál. Oba

připevn závislosti va úvrat

smě

posouvala do horní úvrat 3.3

Vačkový mechanismus pohybuje jehelní ty časování v dráze

který je zrcadlov materiál. Oba

3.3. Jehelní ty

Jehelní tyč připevněny k závislosti vač úvratě kleštiny ot směrem do horní úvrat posouvala do horní úvrat

3.3 – 2 na pozici 12. Konstrukce a složení jehelní ty kový mechanismus pohybuje jehelní ty

dráze vačky

který je zrcadlově položen pod vodorovnou pracovní desku stroje, v materiál. Oba dva zrcadlové mechanismy jsou pohán

Obr. 2.6 Jehelní tyč

Jehelní tyč šicího stroje DECO 2000 se pohybuje v ny k rámu stroje. P

závislosti vačky. Konstrukce jehelní ty kleštiny otevíraly a

rem do horní úvratě posouvala do horní úvrat

na pozici 12. Konstrukce a složení jehelní ty kový mechanismus pohybuje jehelní ty

čky je nutné ke správnému p

položen pod vodorovnou pracovní desku stroje, v dva zrcadlové mechanismy jsou pohán

Obr. 2.6-1 Mechanismus pohybu jehelní ty

šicího stroje DECO 2000 se pohybuje v rámu stroje. Přímočarý vratný pohyb jehelní ty

Konstrukce jehelní ty

víraly a v dolní úvrati byly p rem do horní úvratě se kleštiny uzavíraly, posouvala do horní úvratě. Fixaci jehly zajiš

na pozici 12. Konstrukce a složení jehelní ty

- 21 - kový mechanismus pohybuje jehelní ty

je nutné ke správnému p

položen pod vodorovnou pracovní desku stroje, v dva zrcadlové mechanismy jsou pohán

1 Mechanismus pohybu jehelní ty

šicího stroje DECO 2000 se pohybuje v čarý vratný pohyb jehelní ty Konstrukce jehelní tyče je ř

dolní úvrati byly p se kleštiny uzavíraly,

. Fixaci jehly zajišťují kleštiny v na pozici 12. Konstrukce a složení jehelní ty

-

kový mechanismus pohybuje jehelní tyčí mezi horní a dolní úvratí. Správné je nutné ke správnému předání jehly druhému mechanismu, položen pod vodorovnou pracovní desku stroje, v

dva zrcadlové mechanismy jsou poháněny spole

1 Mechanismus pohybu jehelní ty

šicího stroje DECO 2000 se pohybuje v arý vratný pohyb jehelní ty

e je řešena tak, aby se p dolní úvrati byly připraveny

se kleštiny uzavíraly, jehlu fixovaly a jehelní ty . Fixaci jehly zajišťují kleštiny v

na pozici 12. Konstrukce a složení jehelní tyče je na obrázku 3.3

í mezi horní a dolní úvratí. Správné edání jehly druhému mechanismu, položen pod vodorovnou pracovní desku stroje, v

ěny společnou vač

1 Mechanismus pohybu jehelní tyče

kluzných ložiscích, které jsou arý vratný pohyb jehelní tyče je odvozen od zdvihové

ešena tak, aby se př

ipraveny uchopit jehlu, p jehlu fixovaly a jehelní ty ují kleštiny v podobě kuli

e je na obrázku 3.3

í mezi horní a dolní úvratí. Správné edání jehly druhému mechanismu, položen pod vodorovnou pracovní desku stroje, v jejíž rovině

nou vačkou (2). [

kluzných ložiscích, které jsou e je odvozen od zdvihové ešena tak, aby se při pohybu do dolní uchopit jehlu, při pohybu jehlu fixovaly a jehelní tyč

ě kuliček na obrázku e je na obrázku 3.3 – 1.

í mezi horní a dolní úvratí. Správné edání jehly druhému mechanismu, jejíž rovině je šit

[5]

kluzných ložiscích, které jsou e je odvozen od zdvihové i pohybu do dolní ři pohybu jehlu fixovaly a jehelní tyč se dál ek na obrázku

(21)

Pohyb jehelní ty

(13), (4), (15), (6), (11), (3), (10), (17), (16). Základní poloha mechanismu otvírání kleštin je odvozena od polohy drážek v

(11).

4.

v 1).

poloze

ohyb jehelní ty

jehelní tyče (2), pomocí

(11).

4. Analýza roln

4.1. Kinemati

V grafech 4.1 režimu SPEED 500

1). Tyto grafy poslouží jako vstupní poloze ve vač

jehelní tyče je generován pomocí če (2), pomocí

Analýza rolničky

Kinematická analýza

grafech 4.1 – 1a,b,c jsou zobrazeny režimu SPEED 500 (kinematické veli

Tyto grafy poslouží jako vstupní vačce je rolnič

Obr. 3.3 –

Obr 3.3 je generován pomocí e (2), pomocí šroubu (8).

č ky

cká analýza rolni 1a,b,c jsou zobrazeny

(kinematické veli Tyto grafy poslouží jako vstupní

je rolnička nejvíce namáhána

- 22 -

– 1 Konstrukce jehelní ty

Obr 3.3 – 2 Části jehelní ty je generován pomocí součásti

šroubu (8). Mechanismus otvírání kleštin je složen z

(13), (4), (15), (6), (11), (3), (10), (17), (16). Základní poloha mechanismu otvírání kleštin je odvozena od polohy drážek v dílech (4), (1) a silovým p

rolničky 1a,b,c jsou zobrazeny

(kinematické veličiny rolni Tyto grafy poslouží jako vstupní informace

ka nejvíce namáhána.

-

1 Konstrukce jehelní ty

Části jehelní tyče

součásti (7), která je napevno s Mechanismus otvírání kleštin je složen z

(13), (4), (15), (6), (11), (3), (10), (17), (16). Základní poloha mechanismu otvírání dílech (4), (1) a silovým p

1a,b,c jsou zobrazeny základní kinematické veli iny rolničky v režimu SPEED 380 informace k určení, v

.

1 Konstrukce jehelní tyče

ásti jehelní tyče

(7), která je napevno s Mechanismus otvírání kleštin je složen z

(13), (4), (15), (6), (11), (3), (10), (17), (16). Základní poloha mechanismu otvírání dílech (4), (1) a silovým působením pružin (15),

kinematické veli režimu SPEED 380 čení, v jakém

(7), která je napevno spojena s Mechanismus otvírání kleštin je složen z

(13), (4), (15), (6), (11), (3), (10), (17), (16). Základní poloha mechanismu otvírání ůsobením pružin (15),

kinematické veličiny rolni režimu SPEED 380 – př

jakém časovém úseku pojena s dílem

dílů (1), (13), (4), (15), (6), (11), (3), (10), (17), (16). Základní poloha mechanismu otvírání sobením pružin (15),

iny rolničky příloha č.

asovém úseku a

(22)

- 23 -

Graf 4.1 – 1a Poloha rolničky v režimu SPEED 500

Graf 4.1 – 1b Rychlost rolničky v režimu SPEED 500

Graf 4.1 – 1c Zrychlení rolničky v režimu SPEED 500 -5

0 5 10 15 20 25 30

0 0,05 0,1 0,15 0,2

Poloha (°)

Čas (s)

Poloha rolničky

-2500 -2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500

0 0,05 0,1 0,15 0,2

Rychlost (°/s)

Čas (s)

Rychlost rolničky

-300000 -200000 -100000 0 100000 200000 300000

0 0,05 0,1 0,15 0,2

Zrychlení (°/s2)

Čas (s)

Zrychlení rolničky

(23)

- 24 -

Z uvedených grafů je zřejmé, že největší namáhání je v prvním úseku otáčky vačky, kde rolnička nabíhá do polohy maximálního zdvihu jehelní tyče, tedy jehelní tyč se pohybuje směrem dolů k šitému materiálu a dochází k průpichu, také je v tomto úseku otáčky vačky největší rychlost, které se využívá při průpichu šitého materiálu.

4.2. Průběh zatěžující síly bez vlivu průpichové síly

Rolnička je namáhaná silou vyvozenou pohybem jednotlivých částí mechanismu, dále pak průpichovou silou, silami v pružinách a v neposlední řadě také gravitační silou.

V grafu 4.2 – 1a,b jsou znázorněny průběhy sil namáhajících rolničku v režimech SPEED 380 a SPEED 500.

Graf 4.2 – 1a Průběh zatěžující síly v režimu SPEED 500

Graf 4.2 – 1b Průběh zatěžující síly v režimu SPEED 380 -200

-150 -100 -50 0 50 100 150 200

0 0,025 0,05 0,075 0,1 0,125 0,15 0,175 0,2 0,225

Zatěžující síla (N)

Čas (s)

Namáhání rolničky v režimu SPEED 500

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

Čas (s)

Namáhání rolničky v režimu SPEED 380

(24)

Z vě 500.

1c) otáč

úseku také p rolni

Síla namáhající rolni protože rolni

rolni

dynamickými ú úseku je vyvozena 2).

přes mechanismus zajiš ve va

realizovaného pro grafů je zřejmé, že v

větší oproti režimu SPEED 380 500. Protože nejv

1c) je v první t otáčkou, ale pouze v úseku také pů rolničce. Výbě

Graf 4.2 –

Síla namáhající rolni protože rolnič rolničku nepř dynamickými ú úseku je vyvozena 2).

4.3. Průbě

Při procesu šití prochází jehla skrz šitý materiál, který klade odpor. Ten se od jehly, přes mechanismus zajiš

ve vačce. Pro stanovení velikosti 4.3.1. Pr

V této práci byly použity hodnoty získané z realizovaného pro

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200

0

je zřejmé, že v

oproti režimu SPEED 380 Protože největší namáhání

první třetině otá

kou, ale pouze v časovém úseku od 0 do 0,06 s úseku také působí průpichová síla, která nepatrn

Výběrem časového úseku otá

– 2 Průběh zat Síla namáhající rolničku v

protože rolnička je v takové poloze ve va ku nepřenáší žádná jiná síla.

dynamickými účinky jednotlivých úseku je vyvozena od pružin v

ůběh zatěžující síly s

i procesu šití prochází jehla skrz šitý materiál, který klade odpor. Ten se od jehly, es mechanismus zajišť

Pro stanovení velikosti Průpichová síla

V této práci byly použity hodnoty získané z realizovaného pro řešení

0 0,01

Namáhání rolni

režimu SPEED 500 je oproti režimu SPEED 380, proto se v

tší namáhání (graf 4.2

ě otáčky vačky, nebudeme v časovém úseku od 0 do 0,06 s ůpichová síla, která nepatrn časového úseku otá

ěh zatěžující síly v čku v prvním

takové poloze ve va enáší žádná jiná síla.

jednotlivých č pružin v jehelní ty

ěžující síly s

i procesu šití prochází jehla skrz šitý materiál, který klade odpor. Ten se od jehly, es mechanismus zajišťující pohyb jehelní ty

Pro stanovení velikosti prů pichová síla

V této práci byly použity hodnoty získané z řešení diplomové práce

0,01 0,02

Namáhání rolni

- 25 - režimu SPEED 500 je

, proto se v další (graf 4.2 – 1a) ky vačky, nebudeme v asovém úseku od 0 do 0,06 s pichová síla, která nepatrn

asového úseku otáčky se také podstatn

žující síly v režimu SPEED 500 prvním časovém úseku je vyvozena takové poloze ve vačce, kdy se p enáší žádná jiná síla. Síla v

jednotlivých částí jehelního mechanismu jehelní tyči, které zajiš

vlivem prů

i procesu šití prochází jehla skrz šitý materiál, který klade odpor. Ten se od jehly, ící pohyb jehelní tyč

průpichové síly bylo provedeno m

V této práci byly použity hodnoty získané z diplomové práce^[5]

0,02

Čas (s)

Namáhání rolničky v režimu SPEED 500

-

režimu SPEED 500 je maximální další části práce zam

1a) a největší zrychlení ky, nebudeme v dalších výpo asovém úseku od 0 do 0,06 s (Graf 4.2 pichová síla, která nepatrně ovlivň

ky se také podstatně

režimu SPEED 500 úseku je vyvozena čce, kdy se p íla v druhém časovém ástí jehelního mechanismu

či, které zajišťuj

vlivem průpichové síly

i procesu šití prochází jehla skrz šitý materiál, který klade odpor. Ten se od jehly, ící pohyb jehelní tyče přenáší na kladi

síly bylo provedeno m

V této práci byly použity hodnoty získané z

[5]. Z tohoto experimentu byly získány 0,03

Čas (s)

ky v režimu SPEED 500

maximální namáhání rolni

ásti práce zaměříme na režim SPEED ětší zrychlení rolni

dalších výpočtech po (Graf 4.2 – 2) ovlivňuje průběh zat ky se také podstatně zkrátí doby výpo

režimu SPEED 500 – časový úsek 0 úseku je vyvozena pouze

ce, kdy se přes dvouramennou páku na časovém úseku je zp

ástí jehelního mechanismu a síla ve t ťují rozevření kleštin

pichové síly

i procesu šití prochází jehla skrz šitý materiál, který klade odpor. Ten se od jehly, enáší na kladičku, která se pohybuje síly bylo provedeno měř

V této práci byly použity hodnoty získané z dřívějšího experimentu, tohoto experimentu byly získány

0,04

ky v režimu SPEED 500

namáhání rolničky o 82,83N ěříme na režim SPEED

rolničky (graf 4.1 čtech počítat s

2). V tomto č

ůběh zatěžující síly na zkrátí doby výpočtů

asový úsek 0 – 0,06 s pouze gravitační es dvouramennou páku na

úseku je způ a síla ve třetím č

ření kleštin (graf 4.2

i procesu šití prochází jehla skrz šitý materiál, který klade odpor. Ten se od jehly, čku, která se pohybuje

ěření. [5]

ř ějšího experimentu, tohoto experimentu byly získány

0,05

ky v režimu SPEED 500

ky o 82,83N íme na režim SPEED (graf 4.1 – čítat s celou tomto časovém žující síly na

čtů.

0,06 s gravitační silou, es dvouramennou páku na úseku je způsobena časovém (graf 4.2 –

i procesu šití prochází jehla skrz šitý materiál, který klade odpor. Ten se od jehly, ku, která se pohybuje

jšího experimentu, tohoto experimentu byly získány

0,06

(25)

- 26 -

výsledky pro různé druhy materiálu šitých v různých režimech SPEED. Pro analýzu byly vybrány hodnoty průpichových sil pro materiál černá kůže, o tloušťce 1,5mm.

V grafu 4.2.1 – 1 jsou zobrazeny průběhy sil pro režim SPEED 380 bez šitého a s šitým materiálem, a pro režim SPEED 500 s materiálem. Je vidět, že v režimu SPEED 380 je průpichová síla o 2N větší než u režimu SPEED 500, což je dáno zřejmě působením větších setrvačných sil při větších zrychleních mechanismu pohybu jehelní tyče, protože je však rozdíl maximálních zatěžujících sil v různých režimech v desítkách newtonů je rozdíl průpichové síly téměř zanedbatelný.

Graf 4.3.1 – 1 Průběh průpichových sil

4.3.2. Vstupní data pro analýzu

Před započetím vlastní analýzy namáhání rolničky je třeba sjednotit průběh experimentálně zjištěné síly za čas s průběhem zdvihu reps. natočení vačky výpočtového modelu. Po této synchronizace následuje odfiltrování průpichové síly z grafu 4.3.1 – 1. Výsledný průběh průpichové síly po odfiltrování a synchronizaci je vidět v grafu 4.3.2 – 1.

0 10 20 30 40 50 60 70

2,94688 2,99688 3,04688 3,09688 3,14688 3,19688

Síla (N)

Čas (s)

PRŮBĚHY SIL

režim SPEED 380 černá kůže režim SPEED 500 černá kůže režim SPEED 380 bez materiálu

(26)

- 27 -

Graf 4.3.2 – 1 Výsledný průběh průpichové síly

4.3.3. Vliv průpichové síly na namáhání rolničky

Pro stanovení namáhání rolničky bylo třeba zjistit velikost maximální síly působící na rolničku. Předpokládalo se, že průpichová síla bude mít podstatný vliv na zvýšení maximální síly namáhající rolničku, avšak z výsledků analýzy zobrazené v grafu 4.3.3 – 1 je zřejmé že průpichová síla nemá prakticky významný vliv na maximální zatěžující sílu, zato však způsobuje časový posun průběhu k větším hodnotám. To způsobuje odpor materiálu při průpichu.

Graf 4.3.3 – 1 Průběh síly působící na rolničku

Z grafu 4.3.3 – 1 lze také určit maximální sílu působící na kladičku s hodnotou 195,1635 N.

0 5 10 15 20 25

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

Síla (N)

Čas (s)

Průběh průpichové síly

-200 -100 0 100 200

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

Čas (s)

Namáhání roličky v režimu SPEED 500

s průpichovou silou bez průpichové síly

(27)

- 28 -

4.4. Namáhání rolničky

Pro zjištění deformace a napětí v místě největšího namáhání na rolničce byl sestaven výpočtový model v softwaru Pro/ENGINEER v modulu Mechanica. Úloha byla řešena jako kontaktní.

4.4.1. Řešení kontaktní úlohy pomocí MKP

Na obrázku 4.4.1 – 1 je zobrazen model pro řešení této úlohy. Model se skládá z vačky (1), která je fixovaná ve všech směrech a rotacích na vnitřním otvoru (4) a z čepu (2), který je pohyblivý pouze ve směru normálném na kontaktní plochu mezi rolničkou a vačkou. S čepem je napevno slícovaná rolnička (3). Umístění rolničky ve vačce ve výpočtovém modelu odpovídá poloze v čase 0,020875s (viz graf 4.2.).

Zatěžující síla (5) je umístěna na válcovou část čepu, sloužící k uchycení na dvouramennou páku. Při tvorbě sítě byl kladen důraz na místo kontaktu rolničky s vačkou, kde byla síť zhuštěna tak abychom dostali co nejpřesnější a nejreálnější výsledky. Na výpočtovém modelu se však objevila singularita v oblasti dotyku hrany rolničky s vačkou. Tato singularita do jisté míry ovlivňuje výsledky výpočtu, a proto byly prvky se singularitou odebrány z konvergence.

Obr. 4.4.1 – 1 Výpočtový model

5 4 2

3

1

(28)

- 29 - 4.4.2. Analytické řešení kontaktní úlohy

Analytické řešení je založeno na Hertzově teorii kontaktu. Protože byla teorie odvozena na základě zjednodušujících předpokladů, vypočtené hodnoty se mírně liší od skutečných. Mezi základní zjednodušující předpoklady patří úvaha o zanedbání tření a statickém zatěžování. V počáteční fázi kontaktu se tělesa dotýkají v jediném bodě, případně mají liniový dotyk. Kontaktní tělesa jsou z materiálu, který je homogenní, izotropní a lineárně elastický. Analytický výpočet byl proveden pro kontrolu výsledků z numerického řešení. Nejdůležitější veličinou kontaktní úlohy je maximální Hertzův tlak a je dán vzorcem

||

1

kde q je rovnoměrné rozložení zatížení v délce kontaktu l a vypočítá se dle vztahu

2

_, je poloměr křivosti kontaktních ploch a

_, je veličina charakterizující pružnost materiálu a určí se dle vztahu

_, 1 _,

_, 3

kde µr,v je Poissonova konstanta a Er,v moduly pružnosti.

V následujících výpočtech byly použity vzorce (1), (2), (3) s dosazením konkrétních hodnot pro daný režim.

Režim SPEED 380

P= 112,32 N l = 14 mm µv= 0,25 µr= 0,27 ρv= 12,8 mm ρr= 78,15 mm E_v= 144000 MPa E_r= 210000 MPa

1 0,25

144000 6,51 10^"# $% 4

1 0,27

210000 4,41 10^"# $% 5

112,32

14 8,02 ( 6

(29)

- 30 -

8,02|78,15| 12,8

6,51 10^"# 4,41 10^"# 12,8 78,15 123,6 $% 7

Režim SPEED 500

P= 195,16 N l = 14 mm µv= 0,25 µr= 0,27 ρ_v= 12,8 mm ρ_r= 78,15 mm E_v= 144000 MPa E_r= 210000 MPa

1 0,25

144000 6,51 10^"# $% 8

1 0,27

210000 4,41 10^"# $% 9

195,16

14 13,94 ( 10

13,94|78,15| 12,8

6,51 10^"# 4,41 10^"# 12,8 78,15 162,9 $% 11

Režim SPEED 500 po konstrukční úpravě P= 195,16 N l = 14 mm

µ_v= 0,25 µ_r= 0,27 ρ_v= 19,8 mm ρ_r= 85,39 mm Ev= 144000 MPa Er= 210000 MPa

1 0,25

144000 6,51 10^"# $% 12

1 0,27

210000 4,41 10^"# $% 13

195,16

14 13,94 ( 14

13,94|85,39| 19,8

6,51 10^"# 4,41 10^"# 19,8 85,39 125,6 $% 15

Stav napjatosti v rovině symetrie xz charakterizují hlavní napětí σ_x, σ_y, σ_z. Tato napětí jsou většinou tlaková. Vypočítají se podle následujících vzorců

* |+|

, 16

(30)

- 31 - kde z je vzdálenost od povrchu

a b šířka stykové plošky.

- 2 ./1 * *0 17

-₁ 21 2 *

/1 * 2 *3 18

-₄ 1

/1 * 19

Redukované napětí dle HMH

-₅₆ 78- -₁9 8-₁ -₄9 -₄ - 20

V následujících výpočtech byly použity vzorce (17), (18), (19) a (20) s dosazením konkrétních hodnot pro daný režim.

Režim SPEED 380 z = 0 mm => ζ = 0

- 2 ./1 * *0 2 0,25 123,6 61,8 $% 21

-₁ 21 2 *

/1 * 2 *3 123,6 $% 22

-₄ 1

/1 * 123,6 $% 23

-₅₆ 78- -₁9 8-₁ -₄9 -₄ -

/61,8 123,6 123,6 123,6 123,6 61,8 87,4 $% 24

Režim SPEED 500 z = 0 mm => ζ = 0

- 2 ./1 * *0 2 0,25 162,9 81,5 $% 25

-₁ 21 2 *

/1 * 2 *3 162,9 $% 26

-₄ 1

/1 * 162,9 $% 27

-₅₆ 78- -₁9 8-₁ -₄9 -₄ -

/81,5 162,9 162,9 162,9 162,9 81,5 115,1 $% 28

(31)

- 32 - Režim SPEED 500 po úpravě

z = 0 mm => ζ = 0

- 2 ./1 * *0 2 0,25 125,6 62,8 $% 29

-₁ 21 2 *

/1 * 2 *3 125,6 $% 30

-₄ 1

/1 * 125,6 $% 31

-₅₆ 78- -₁9 8-₁ -₄9 -₄ -

/62,8 125,6 125,6 125,6 125,6 62,8

88,8 $% 32

4.4.3. Výsledky kontaktní úlohy

Na obrázcích 4.4.3 – 1 a,b,c,d jsou zobrazeny výsledky namáhání rolničky a vačky pro režim SPEED 380.

Obr. 4.4.3 – 1a Kontaktní tlak na rolničce – režim SPEED 380

Maximální hodnota kontaktního tlaku je 170 MPa, na obrázku 4.4.3 – 1a je na pozici (1). Průměrná hodnota je 115 MPa což se blíží hodnotám teoretickým (7), vypočteným podle Hertzovi teorie.

1

(32)

- 33 -

Obr. 4.4.3 – 1b Tlakové namáhání rolničky – režim SPEED 380

Na obrázku 44.3 – 1b je zobrazeno rozložení tlakového namáhání rolničky s maximální hodnotou 180 MPa vyznačenou na pozici (1). Průměrná hodnota je 120 MPa blížící se hodnotám teoretickým (24), vypočteným podle Hertzovi teorie.

Obr. 4.4.3 – 1c Kontaktní tlak na vačce - režim SPEED 380

Maximální hodnota kontaktního tlaku je 160 MPa, na obrázku 4.4.3 – 1c na pozici (1).

Průměrná hodnota je 110 MPa, a blíží se hodnotám teoretickým (7), vypočteným podle Hertzovi teorie.

1

(33)

- 34 -

Obr. 4.4.3 – 1d Tlakové namáhání vačky – režim SPEED 380

Na obrázku 4.4.3 – 1d je zobrazeno rozložení tlakového namáhání vačky s maximální hodnotou 170 MPa vyznačenou na pozici (1). Průměrná hodnota je 115 MPa blízká hodnotám teoretickým (24), vypočteným podle Hertzovi teorie.

Na obrázcích 4.4.3 – 2 a,b,c,d jsou zobrazeny výsledky namáhání rolničky a vačky v režimu SPEED 500.

Obr 4.4.3 – 2a Kontaktní tlak na rolničce – režim SPEED 500

Maximální hodnota kontaktního tlaku je 215 MPa, na obrázku 4.4.3 – 2a na pozici (1).

Průměrná hodnota je 145 MPa což se blíží hodnotám teoretickým (11), vypočteným podle Hertzovi teorie.

1

(34)

- 35 -

Obr. 4.4.3 – 2b Tlakové namáhání rolničky – režim SPEED 500

Na obrázku 4.4.3 – 2b je zobrazeno rozložení tlakového namáhání rolničky s maximální hodnotou 200 MPa vyznačenou na pozici (1). Průměrná hodnota je 125 MPa a blíží se hodnotám teoretickým (28), vypočteným podle Hertzovi teorie.

Obr. 4.4.3 -2c Kontaktní tlak na vačce – režim SPEED 500

Maximální hodnota kontaktního tlaku je 210 MPa, na obrázku 4.4.3 – 2c na pozici (1).

Průměrná hodnota je 145 MPa blížící se hodnotám teoretickým (11), vypočteným podle Hertzovi teorie.

1

(35)

- 36 -

Obr. 4.4.3 – 2d Tlakové namáhání vačky – režim SPEED 500

Na obrázku 4.4.3 – 2d je zobrazeno rozložení tlakového namáhání vačky s maximální hodnotou 220 MPa vyznačenou na pozici (1). Průměrná hodnota je 150 MPa. Tato hodnota se blíží hodnotám teoretickým (28), vypočteným podle Hertzovi teorie.

Při porovnání namáhání v režimu SPEED 380 a SPEED 500 je z výsledků zřejmé, že namáhání v režimu SPEED 500 je v řádech desítek MPa větší. Namáhání se tak blíží k hodnotě meze kluzu materiálu vačky a může docházet k jejímu rychlejšímu opotřebení. Ke snížení namáhání mezi rolničkou a vačkou bylo navrženo konstrukční řešení.

4.5. Konstrukční návrh pro snížení namáhání

Protože namáhání rolničky v režimu SPEED 500 se blíží k mezi kluzu materiálu, bylo navrženo konstrukční řešení pro snížení namáhání. V první fázi návrhu byl zvětšen průměr rolničky z původní hodnoty 26mm na hodnotu 30mm. Toto řešení však nebylo optimální, protože na rolničce se stále projevovalo velké namáhání. V druhé fázi návrhu byl průměr rolničky zvětšen na hodnotu 40mm. Toto řešení je již přijatelné, protože velikost namáhání rolničky se snížila na hodnoty blížící se hodnotám v režim SPEED 380. Na obrázcích 4.5 – 1 a,b,c,d jsou znázorněny výsledky namáhání rolničky a vačky v režimu SPEED 500 po konstrukční úpravě.

1

(36)

- 37 -

Obr. 4.5 – 1a Kontaktní namáhání rolničky – režim SPEED 500 po úpravě

Na obrázku 4.5 – 1a je zobrazeno rozložení kontaktního tlaku na rolničce s maximální hodnotou 180 MPa vyznačenou na pozici (1). Průměrná hodnota je 120 MPa což se blíží hodnotám teoretickým (15), vypočteným podle Hertzovi teorie.

Obr. 4.5 – 1b Tlakové namáhání rolničky - režim SPEED 500 po úpravě

Na obrázku 4.5 – 1b je zobrazeno rozložení tlakového namáhání rolničky s maximální hodnotou 160 MPa vyznačenou na pozici (1). Průměrná hodnota je 110 MPa a blíží se hodnotám teoretickým (32), vypočteným podle Hertzovi teorie.

1

(37)

- 38 -

Obr. 4.5 – 1c Kontaktní namáhání vačky – režim SPEED 500 po úpravě

Na obrázku 4.5 – 1c je zobrazeno rozložení kontaktního tlaku na vačce s maximální hodnotou 180 MPa vyznačenou na pozici (1). Průměrná hodnota je 115 MPa blížící se hodnotám teoretickým (15), vypočteným podle Hertzovi teorie.

Obr. 4.5 – 1d Tlakové namáhá vačky – režim SPEED 500 po úpravě

Na obrázku 4.5 – 1d je zobrazeno rozložení tlakového namáhání vačky s maximální hodnotou 170 MPa vyznačenou na pozici (1). Průměrná hodnota je 120 MPa což se blíží hodnotám teoretickým (32), vypočteným podle Hertzovi teorie.

1

(38)

- 39 -

Tvar rozložení namáhání není obdélníkový, jak by se dalo předpokládat, ale má tvar trojúhelníku. To je dáno tím, že na vnitřní straně má vačka větší tuhost protože je zde větší tloušťka materiálu. V tomto místě je namáhání větší. Naproti tomu, na vnější straně vačky, v místě menší tloušťky materiálu kde je zároveň tuhosti vačky menší, je namáhání menší a plocha namáhání se zužuje.

(39)

- 40 -

5. Závěr

V úvodu bakalářské práce je uvedeno použití vačkových mechanismů v šicích strojích, a popsán vačkový mechanismus jako takový.

V další části je seznámení s šicím strojem DECO 2000 a jeho aplikací. Dále je podrobně popsán mechanismus jehelní tyče, jehož součástí je vačkový mechanismus.

V současné době stroj pracuje v režimu SPEED 380 tedy 190 ot/min vačky, snahou výrobce je však stroj provozovat v režimu SPEED 500 tedy 250 ot/min. Stroj v tomto režimu pracuje bez vnějších zásahů, jednotlivé části mechanismů jsou však více namáhány.

Proto byla provedena kinematická a dynamická analýza vačkového mechanismu, pro zjištění namáhání rolničky ve vačce. Při tom byl kladen důraz na vliv průpichové síly, přenášející se od šitého materiálu přes mechanismus jehelní tyče na rolničku. Výsledky však nepotvrdily předpoklady, že průpichová síla podstatně zvyšuje maximální zatěžující sílu na rolničce, ukázalo se, že průpichová síla nemá prakticky žádný vliv na zatěžující sílu.

Po zjištění maximální síly zatěžující rolničku byla provedena pevnostní analýza řešená jako kontaktní úloha pomocí MKP. Výsledky této analýzy ukázaly, že namáhání se blíží k mezi kluzu materiálu vačky. To by pravděpodobně vedlo k rychlému opotřebení vačky. Jako poslední je v této práci uveden konstrukční návrh pro snížení namáhání. Byl zvětšen průměr rolničky z původní hodnoty 26mm na hodnotu 40mm.

Toto zvětšení má za následek rozložení napětí na větší kontaktní plochu a tedy snížení namáhání na hodnoty blížící se hodnotám v režimu SPEED 380.

(40)

- 41 -

6. Použitá literatura

[1] MOTEJL, V. – TEPŘÍK O.: Šicí stroje v oděvní výrobě. Praha, NTL 1973 [2] KOLOC, Z. – VÁCLAVÍK, M.: Vačkové mechanismy. Praha, SNTL 1988 [3] PETRŮ, K.: Vačkové mechanismy pro výrobní stroje. Praha, SNTL 1962

[4] KOLEKTIV AUTORŮ KATEDRY TEXTILNÍCH STROJŮ: Textilní a oděvní stroje II.

/skripta/ Liberec, VŠST 1991

[5] KRPEŠ, P.: Návrh systému předávání jehly u šicího stroje DECO 2000. /Diplomová práce/

Liberec, TUL 2010

[6] MAREK, J.: Simulátor Hertzova kontaktu. /Bakalářská práce/ Brno, VUT 2009

[7] PEJCHAR, K.: Analýza a optimalizace dynamického chování šicího stroje DECO 2000.

/Diplomová práce/ Liberec, TUL 2008

[8] JULIŠ, K. – BREPTA, R. a kol.: Mechanika II. Díl – Dynamika, SNTL 1987

(41)

- 42 -

7. Seznam příloh

Příloha č. 1 Kinematické veličiny v režimu SPEED 380 Příloha č. 2 Namáhání rolničky

Příloha č. 3 Výkresová dokumentace

(42)

- 43 -

Příloha č. 1

(43)

- 44 - -5

0 5 10 15 20 25

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

Poloha (°)

Čas (s)

Poloha rolničky v režimu SPEED 380

-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

Rychlost (°/s)

Čas (s)

Rychlost rolničky v režimu SPEED 380

-200000 -150000 -100000 -50000 0 50000 100000 150000 200000 250000

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

Zrychlení (°/s2)

Čas (s)

Zrychlení rolničky v režimu SPEED 380

(44)

- 45 -

Příloha č. 2

(45)

- 46 - -200

-100 0 100 200 300

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

Zatěžijící síla (N)

Čas (s)

Namáhání rolničky v režimu SPEED 500

namáhání s gravitací namáhání bez gravitace

(46)

- 47 -