Diplomamunka. Kormánymű megfogó készülék tervezése. Széplaki József. Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Szerszámgépek Tanszéke

Átírás

1 Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Szerszámgépek Tanszéke Diplomamunka Kormánymű megfogó készülék tervezése Készítette: Széplaki József Gépészmérnök jelölt Tervezésvezető: Dr. Takács György Konzulensek: Demeter Péter Gavallér József egyetemi docens egyetemi adjunktus okleveles gépészmérnök ZF Lenksysteme Hungária Kft. Miskolc, 010. november

2 NYILATKOZAT Alulírott Széplaki József a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának hallgatója kijelentem, hogy a Kormánymű megfogó készülék tervezése című és SZG-010/ N számon nyilvántartott diplomatervet saját magam készítettem. A diplomatervben minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelem, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen a forrás megadásával megjelöltem. Miskolc-Egyetemváros, 010. December. aláírás 1

3 Zusaenfassung Durchführung einer Greifer der ZF-Lenkung-Entwurfsplanung erforderlich. Systematisch studierte Grundsätze der Maschinenbau, umsichtige Verwendung von Greifer - bezüglich Möglichkeiten in Betracht koenden Versionen, die ich als die wichtigsten Aspekte genoen. Die Teilen sind Standard-Komponenten, soweit möglich ist, versuchte ich, von zu wählen, oder Tragung eine einfache Bestandteile, so dass der Greifer während der Operation durch Verschleiß oder Ausfall leicht wieder eingeholt werden. Ich stellte den Entwurf laut einer Entwicklung angesehen. Zu verschiedenen Arten der Steuerungen wegen Übergangs zu Ersatz kann man mit zwei Ringen durchgeführt werden. Das Gerät kann weiter ausgebaut werden mit pneumatische Elemente, da die Messgeräte mit 8 bar Druckluft-Netz verfügbar. Diese beansprucht zusätzliche technische Berechnungen, Planungen. Ich habe ein 3D-Modell der Greifer erstellt. Ich habe die D Zusaenbauzeichnung und Mehrheit der Werkhallezeichnung vorbereitet. Die fehlende Zeichnung von 3D Zusaenbauzeichnung kann schnell erstellt werden, bevor die Produktion stattfindet werden.

4 1; Tartalomjegyzék: 1; Tartalomjegyzék... 3 ; A ZF Lenksysteme GmbH történelmének rövid áttekintése ; A kormányberendezés mechanikus alkotóelemei ; A kormánymű fő funkciói ; A hidraulikus rásegítés elve ; Kormánymű típusok a ház kialakítása alapján ; A kormánymű alkotó elemei, szerepük ; Mérések a kormánymű járatásakor ; Tolóerő mérése ; Nyomódarab játék mérése ; Szelep jelleggörbe mérése a járatón ; Mérőberendezés leírása ; A berendezésű... 7; Az új konstrukció elvárásai ; A kormánymű megfogási lehetőségek ; Megvalósítási változatok ; A megvalósítandó konstrukció ; Elméleti kormány mű csere folyamatábrája ; A mérést végző személy feladata a készülék használatakor ; A készülék elemeinek méretezése ; Menetes kar méretezése ; Menet szükséges geometriai méreteinek meghatározása ; Terhelhetőség meghatározása felületi nyomásra ; Terhelhetőség meghatározása menettő hajlításra (orsó/kar) ; Menettő hajlítás (orsó/kar) ; Menettő hajlítás (anya/befogó) ; Terhelhetőség meghatározása összetett igénybevétel alapján

5 13 6; A tényleges terhelhetőség meghatározása: ; Menetes kar ellenőrzése önzárásra ; A menetes kar megfeszítéséhez szükséges nyomaték meghatározása 39 14; Szorítóerő meghatározása (befogó és szán között) ; Csavarkötés méretezése ; A rögzítéshez szükséges meghúzási nyomaték számítása ; Kormánymű ház ellenőrzése felületi nyomásra ; Befogók ellenőrzése ; Összefoglalás ; Irodalomjegyzék

6 ; A ZF Lenksysteme GmbH történelmének rövid áttekintése 1915 A Zeppelin GmbH Friedrichshafen megalapítja a Zahnradfabrik Friedrichshafen gyárát. 190: Szabadalmi bejelentés (manuális váltó). 191: A Zahnradfabrik Friedrichshafen részvénytársaság átalakítása a kft-vé. 196: A berlini gyár alapítása. 1. kép, Forrás:[1] 199: Elkezdődik a termelés Zf Aphongetriebes-nál. 1930: Beindul a szinkrongyűrű fejlesztés. 193: Linzben elkezdődik a kormányszerkezetek előállítása. 1937: A Schwäbisch Gmünd üzem megalapítása. 1946: A szétrombolt Friedrichshafen-i üzemterület újjáépítése. A 1000 munkás részvételével elkezdődik a termelés. 1950: Változás a ZF- tulajdonosi körében: a ZF- részvények 89,9%, a Zeppelin Alapítvány birtokába kerül. 1959: A ZF do Brasil S.A. in Sao Paulo megalapítása, Brasíliában. 1961: ZF fejlesztése: egy teljesen új automata sebességváltó a személygépkocsikhoz.. kép, Forrás:[1] 197: A ZF Getriebe GmbH alapítása, Saarbrücken-ben. 5

7 1973: Az eladások összforgalma alkalmazottal, először lépi át az egy milliárdos dollár határt. 1979: A ZF helyet szerez magának az USA-ban: megalapul a ZF North merica,inc. Chicago-ban, USA. 1984: Többségi részesedés Lemförder Metallwaren AG, Lemförde Osnabrück-nél. 1985: Elkezdődik a sebességváltók gyártása az USA-ban Pick-Up teherautókhoz. 3. kép, Forrás:[1] 1991: Az egykori "IFA-Getriebewerk Brandenburg" átszervezése, mint ZF Brandenburg GmbH. 199: A cég neve megváltozott "ZF Friedrichshafen AG." 4. kép, Forrás:[1] 1999: A kormánymű gyár kiválása ZF Lenksysteme GmbH-ba. Egy közös vállalat alapítása a Robert Bosch GmbH-val. 000: Legutóbb 000-ben alakult létesítmény a St. Thomas, Ontario (Kanada), működteti a haszongépjármű ügyfeleit a NAFTA-piacon. Ezzel a ZF Steering Systems GmbH erősíti pozícióját a piacon, így a világ három vezető gyártóinak az egyikévé nőtt, erősödik a bázisa, további globális növekedése. 6

8 001: ZF Steering Jinchen (Nanjing), mint vegyesvállalatot a kínai Nanjing Jincheng Corporation-nel közösen alapították. A Shanghai, a második közös vállalat Kínában. Gyártja és forgalmazza a személy-és tehergépkocsi-kormánymű szivattyúit. A berlini üzem fennállásának 75. évfordulóját ünnepli. 00: Nanjing (Kína) gyárnak felépítése és üzembe helyezése. Megkezdi működését az ügyfélszolgálat és a logisztikai központ. Elkezdődik az elektromos szervokormány (Servolectric ) gyártása a BMW Z4 sorozatához. 003: Elkezdődik az Aktivlenkung sorozatgyártása a BMW 5-ös sorozatához. Az elektromos szervokormány (Servolectric ) sorozatgyártása a PQ35 platform alapján a Volkswagen csoportnak. 1. ábra, Forrás:[1] 004: A 3-milliomodik haszongépjármű kormányszerkezet a Servocom -nak lett leszállítva. 006: Létrejön a ZF Coercial Vehicle Operatív Co. Ltd.., Jinan, Kínaban. 007: A vállalat a kormánymű gyártás 75 éves fennállását ünnepli a ZF-csoportban. 70 éves a sváb székhely. 7

9 3; A kormányberendezés mechanikus alkotóelemei. ábra, Forrás:[3] 3 1; A kormánymű fő funkciói -A gépkocsi első kerekeit alaphelyzetben egyenesen, párhuzamosan tartja. -A kormánykerék forgómozgását lineáris mozgássá alakítja, és a kerekek kormány összekötőire csatlakozva a kerekeket összhangban mozgatja. (Ezzel megoldva a gépjármű kanyarodását) -A vezetőnek visszajelzésekkel szolgál. (Pl.: az út csúszósságáról, felületminőségéről, úthibákról, sebességről stb.) -Egyes gépjárműveknél az alváz merevítésének feladatát is végzi. 8

10 3 ;A hidraulikus rásegítés elve A hidraulikus munkafolyadék összenyomhatatlan. A sárgával jelzett rendszerben a munkafolyadék szabályozva áramlik. A motor beindításával az ékszíj folyamatosan forgatja az olajszivattyút, amely a nyomóoldalán előállítja a rásegítéshez szükséges olajnyomást. Amennyiben a szelep középállásban van, nincs rásegítés (üresjárat) Az olaj a szaggatott vonallal jelzett úton áramlik: Olajtartály -Szivattyú Szelep - Olajtartály 3. ábra, Forrás:[3] A kormány elforgatásával, a rásegítés létrejön a kívánt hengertérben Az olaj a jelzett úton áramlik: Előre: Olajtartály - Szivattyú Szelep Csővezeték Nagynyomású hengertér Vissza: Alacsony-nyomású hengertér Csővezeték Szelep - Olajtartály 9

11 3 3; Kormánymű típusok a ház kialakítása alapján - Integrált ház 4. ábra, Forrás:[3] - Részben integrált ház 6. ábra, Forrás:[3] 7. ábra, Forrás:[3] 10

12 - Rápréselt hengercsöves ház 8. ábra, Forrás:[3] 4; A kormánymű alkotó elemei, szerepük Kormánymű ház fő feladata: A kormánymű alkatrészeinek rögzítése. A kormánymű rögzítése az autóban a ház felfogatási pontjain. A hidraulikus rásegítés munkahengeréül szolgál. 9. ábra, Forrás:[3] Anyaga: ötvözött alumínium, nyomásos öntvény Tűgörgős csapágy feladata: Szeleptengely alsó megvezetése. A fogasléctől érkező radiális erők felvétele. 10. ábra, Forrás:[3] 11

13 Szelep sziering feladata: Szelep alsó tömítése 11. ábra, Forrás:[3] Fogasléc feladata: A kormánykerék (közvetlenül a szelep fogas tengelyének) forgómozgását átalakítja hosszirányú mozgássá. Rögzítve van rá a hidraulikus rásegítés dugattyúja. Gumiharmonikák közötti nyomáskiegyenlítés. Anyaga: edzett acél Fogasléc-megvezető feladata: Fogasléc csapágyazása. Hidraulikus munkahenger egyik oldali tömítése a fogasléc megvezetőbe préselt sziering által. Egyik oldali végállás ütközı. Ugrasztó gyűrű feladata: A fogasléc-megvezetőt rögzíti a házban. Biztosítja a szétszerelhetőséget. 1. ábra, Forrás:[3] 1

14 Szelep feladata: A kormánykeréktől érkező forgómozgás továbbításának egyik eleme. Hidraulikus munkafolyadék továbbítása a rásegítő munkahenger megfelelő terébe. Rásegítő nyomás szabályozása Csővezetékek feladata: A nagy nyomású hidraulikus folyadék körben való áramlásának biztosítása, a dugattyú két térfele és a 13. ábra, Forrás:[3] szelep között. 5; Mérések a kormánymű járatásakor Tolóerő mérése, Nyomódarab játék mérése, Szelep jelleggörbe mérése, Esetenként zajmérés. 13

15 5 1; Tolóerő mérése Tolóerő diagra: Fogasléc elmozdításához szükséges erőt mutatja a fogasléc elmozdulásának a függvényében. A kormányműre jellemző tolerancia (tartományon belüli görbe a jó). A mérés felépítése: 5. kép, Forrás:[4] A mérés menete: A mérés során egy hidraulikus munkahenger segítségével mozgatjuk a kormányművet. A kormánymű és a munkahenger közé egy erőmérő cellát építünk, aminek a segítségével mérjük a kormánymű áttolási ellenállását (tolóerejét). 14

16 A mérést befolyásoló tényezők: A kormánymű hőmérséklete, olaj hőmérséklete, olaj viszkozitási értéke, mérés sebessége, nyomódarab játék értéke, alkatrészek illesztési pontossága, felfogatás pontossága (egy tengelyűség). 5 ; Nyomódarab játék mérése Nyomódarab vizsgálat feladata: A nyomódarab-játék beállítása és leellenőrzése (típustól függő érték, max. 0.1 ). Cél a fogasléc előírásoknak megfelelő előfeszítése. Mérés menete: (kézi) A gép fogaslécet 10 Nm nyomatékkal elfordítja, ezáltal a nyomódarab neki feszül az állító csavarnak. Ebben a pozícióban nulla pont fölvétele. Fogasléc visszafordítás. Nyomódarab állító csavarral a nyomódarab játék beállítása. Hossztengely irányú mozgatás megadja a nyomódarab játékot, diagramon látható formában. 15

17 Nyomódarab játék: A nyomódarab játék a szeleptengely szögelfordulásának és a fogasléc elmozdulásának a következménye. Mérés menete: A sori mérés folyamán a gép a fogaslécet mozgatja. Üres mozgatás jobbra-balra, Előfeszítés, Mérés (jobbra-balra mozgatás), Kiértékelés, grafikon, Az állítást a gép addig ismétli, míg az a tűrésmezőbe nem kerül. A mérés felépítése 14. ábra, Forrás:[4] 16

18 6. kép, Forrás: Saját készítés Nyomódarab játék beállítási hibák a járatón: A nyomódarab játék értéke nem beállítható: nyomórugó hiányzik, nyomódarab szorul, a nyomódarab játék diagra hullámos: szeleptengely görbe, a nyomódarab játék diagra ferde: fogasléc görbe. 7. kép, Forrás:[4] 17

19 5 3; Szelep jelleggörbe mérése a járatón Szelep jelleggörbe: A diagramon látható a rásegítési nyomás az elforgatási nyomaték függvényében. A piros vonalak által határolt terület a kormányművenként előírt, eltérő tolerancia tartomány. Csak a felfutási görbének kell a tűrésmezőn belül lenni. A mérés felépítése 8. kép: Forrás:[4] 9. kép, Forrás:[4] 18

20 Asszimetria érték: Egy meghatározott nyomásértéknél a jobb és baloldali nyomaték abszolút értékének a különbségét jelenti. A hiszterézis: Egy meghatározott nyomásértéknél (pl: 10, 30, 50 bar) a felfutó és a lefutó ág nyomaték értékei közötti különbségét jelenti. Kormányművenként meghatározott. (kb. 1 Nm) Szelep jelleggörbe hibák a járatás során - Szelep jelleggörbe túl széles: wandler hibás, vagy nincs csatlakoztatva, - Szelep jelleggörbe nem szietrikus, hidraulikus középállás a szelepben hibás, a mérőkar hibás, vagy a középállás beállítása nem megfelelő, - Jelleggörbében törés van, - A teflongyűrű mérete nem megfelelő. 6; Mérőberendezés leírása 10. kép, Forrás: Saját készítés 19

21 A próbapad a személygépjárművek hidraulikus kormányművének audit vizsgálatára alkalmas. A próbapadot, mint vizsgálóberendezést a ZF Lenksystem követelményeinek megfelelően lett kialakítva. A próbapaddal terheléses vizsgálatokat lehet végezni, például a teherbírás vizsgálatot a ZF Lenksystem termékleírásának megfelelően. A kísérletekkel elsősorban a főbb alkatrészek rajzi paramétereit vizsgálják üzemi körülmények között. A teljes kormányműnél ellenőrizhető, vizsgálható illetve kiértékelhető a mérési eredmény. Minden esetben beállítható a megrendelő által megadott terhelési profilok, melyeket a kormányművel szemben követel. A megrendelő feltételei alkalmazásával, üzemi körülmények között, a gépjármű paramétereinek megfelelően lehet szimulálni a kormányzást: 11. kép, Forrás: Saját készítés 0

22 - Operatív szög elfordulás, - Fordulatszám-, nyomaték, - Fogasléc erő / útvonal mindkét nyomtávrúd, - Nyomás a kormányon, - Olajhőmérséklet. Említett fizikai mennyiségek mérőberendezésekkel regisztrálhatók, ellenőrizhetők és dokumentálhatók. 6 1; A berendezés A vizsgáló felépítése - A kormánymű befogó berendezés 360 -kal elforgatható, a beszerelt helyzetben pozícionálni kell. A kormánymű befogó készülék a munka asztalon szabadon mozgatható. - Az irányváltást a szimuláció közben a kormánykerék mozgatásával végezhető. - Hegesztett hosszanti bordázaton keresztül áramlik az olaj az olajteknőbe. Terhelőrendszer - Két dinamikus szervo-henger, névleges adatai + / - 100, + / - 0 kn, a felerősítés nagysága manuálisan állítható. - Hidraulikus kormányszerkezet. Állítható nyomatékhatárolás a tápnyomással. - Hidraulikus táp a két munkahengert táplálja. Kormánymű ellátás - Hidraulikus táp 3ponton felügyeli az olajhőmérsékletet Átáramlási sebesség állítható max: 18 l / perc (pontosság + / - 0,3%). - a hőmérséklet szabályzók pontossága (+ / - 5 C). 1

23 A berendezés mérési tartományai - Csavaró nyomaték 150Nm a szög érzékelő mellé kormánymű meghajtó, - nyomásmérő (00 bar és 50 bar), - erőmérő 0kN, - végállás kapcsolók beépítve a szervo hengerekbe. Mérőberendezés, 19 "szekrény felépítése - 5 ZF Lenksystem-DMS mérőerősítő, - 3csatornás hőmérséklet jeladó erősítő, - erősítő, induktív jelátalakításhoz, - a mérő számítógép: - 19 ipari-pc, - kimenetek plug-in kártyák, - 16 analóg bemenet + /-10V, - 8 analóg kimenet + /-10V, - 16 digitális bemenet, - 16 digitális kimenet.

24 7; Az új konstrukció elvárásai - A cég által gyártott kormánymű típusok zöme befogható legyen, - egyszerű és gyors befogás, - a befogás egy kézzel is létrejöhessen, - bővíthető legyen, - felszerelhető legyen az adott gépasztalra, - és integrálható legyen a mérőrendszerbe, - minden mérésre alkalmazható legyen, - biztosítsa a gyors átállás lehetőségét más kormánymű típus mérése esetén, - minimális változtatásokat igényeljen a kormánymű típus váltása esetén, - biztosítani kell, hogy a különböző hosszúságú és átmérőjű házak középvonala ugyanazon magasságba kerüljön, - a készüléknek alkalmasnak kell lennie meghatározott nagyságú axiális irányú erő felvételére, - biztosítani kell továbbá, a kormányművek méréséhez a különböző mérő készülékek felszerelhetőségét a kormányműre, - biztosítani kell, hogy a befogás közben ne sérüljön a kormánymű. 8; A kormánymű megfogási lehetőségek - Kormányművet a jelenlegi mérőberendezésbe a kormánymű ház felfogatási pontjain rögzítik (képen az 1 eset). Ez 3-4 rögzítő szemet jelent. Egyéb megfogási lehetőségek: - a kormánymű palástján, a két végén (képen a. eset), - a kormánymű homlokfelületén (képen a 3. eset). 3

25 15. ábra, Forrás:[3] Az első esetet használja a jelenlegi befogó konstrukció. Alkalmas az összes típus befogására, de a befogáshoz nagy át alakírásra van szükség és így a mérési idő a sok kormánymű típus függvényében időigényes. Mivel a mérések és járatások során a kormányművet csak axiális erő terheli így a megfogáshoz a kormánymű ház homlokfelületét fogom felhasználni. 4

26 9; Megvalósítási változatok Szánszetkezet összeállítása Szánszerkezet egy darabból Szánszerkezet kialakítása 1 vezetőszán 1 támasztószán vezetőszán Rögzítési mód Szorítólapos rögzítés Szorítólapos rögzítés Rögzítés típusa Csavarral Excenterrel Csavarral Excenterrel 1. táblázat, Forrás: Saját szerkesztés Befogólapok mozgása 1 billenő befogólap 1 fix befogólap billenő befogólap fix befogó 1 billenő befogólap 1 fix befogólap billenő befogólap fix befogó 1 billenő befogólap 1 fix befogólap billenő befogólap fix befogó 1 billenő befogólap 1 fix befogólap billenő befogólap fix befogó Befogólapok kialakítása A fix hasított 5

27 Szánszerkezet egy darabból Szánszerkezet több darabból támasztószán 1vezetőszán 1támasztószán Szorítólapos rögzítés Szorítólapos rögzítés Csavarral Excenterrel Csavarral Excenterrel. táblázat, Forrás: Saját szerkesztés 1 billenő befogólap 1 fix befogólap billenő befogólap fix befogó 1 billenő befogólap 1 fix befogólap billenő befogólap fix befogó 1 billenő befogólap 1 fix befogólap billenő befogólap fix befogó 1 billenő befogólap 1 fix befogólap billenő befogólap fix befogó 6

28 Szánszerkezet több darabból vezetőszán támasztószán Szorítólapos rögzítés Szorítólapos rögzítés Csavarral Excenterrel Csavarral Excenterrel 3. táblázat, Forrás: Saját szerkesztés 1 billenő befogólap 1 fix befogólap billenő befogólap fix befogó 1 billenő befogólap 1 fix befogólap billenő befogólap fix befogó 1 billenő befogólap 1 fix befogólap billenő befogólap fix befogó 1 billenő befogólap 1 fix befogólap billenő befogólap fix befogó 7

29 10; A megvalósítandó konstrukció A szürkével jelült konstrukciós kialakítást találtam a legjobb megoldásnak, az alábbi megfontolásokat figyelem bevéve: - A szánszerkezetet 3 részre bontottam, egy alaplapra, és két szánra. Így egyszerűbb a szánszerkezet megmunkálása. A szánnak az alsó és felső felületét is használni fogom a konstrukcióban, a felső felületen fog mozogni a befogólap, az alsó felületen pedig a szorítólap. A szánokat illesztő szegek használatával (oldalanként 5-5 darab) illesztem és belső kulcsnyílású csavarok alkalmazásával (oldalanként darab) rögzítem az alaplaphoz. - Az egyik szán vezetőszán, a másik pedig támasztó szán. Így egyértelműen meghatározott az a sík és irány, ahol a két szorítólap mozoghat. Elkerülve a véletlenszerű befeszülést mint két vezetőszán alkalmazásával vagy mint a alulhatározottságot két támasztószán használatával. - A befogólapok vízszintes felületeivel és a szorítólapokkal rögzítem a befogólapokat. Mely két elemet két darab csavar segítségével szorítom össze. Így elegendő szorítóerőt tudok kifejteni ahhoz, hogy az üzemi körülmények között a befogók ne mozdulhassanak el. - Mivel a munkahengert a homlokfelületén rögzítem így mindenképpen álló befogólapra van szükség. Így kihasználva azt, hogy a terhelés a munkahenger kör gyűrű felületén adódjon át, ezzel elkerülve a munkahenger sérülését a vizsgálatok során. -A munkahenger behelyezése után a kellő mértékű előfeszítés létrehozásához egy menetes kart alkalmazok. Mely elviseli az üzemi terhelést. A hasított vagy sliccelt befogólap a menet miatt nem lett volna megfelelő megoldás, mivel nagy mértékű kikönnyítést eredményezett volna és így nem tudtam volna menettel megoldani a munkahenger kellő mértékű előfeszítését. -A bal oldali befogólapba a központosító gyűrűt egy rögzítő csavar segítségével rögzítem. Míg a mások befogóban a központosító gyűrűt a menetes kar rögzíti. 8

30 E megfontolások figyelembevételével az általam kialakított kormánymű megfogó készülék 16. ábrán látható. 9

31 16. ábra, Forrás: Saját szerkesztés 30

32 11; Elméleti kormánymű csere folyamatábrája 17. ábra, Forrás: Saját szerkesztés 31

33 1; A mérést végző személy feladata a készülék használatakor: 1; A kormánymű típusához tartozó központosító gyűrű kiválasztása. ; A bal befogó rögzítése a két csavar és a nyomatékkulcs segítségével a szánhoz. 3; A bal befogóba való gyűrű behelyezése a befogóba. Rögzítése a csavar segítségével. 4; A jobb befogónál a menetes kar alaphelyzetbe történő állítása. Majd a befogóba való gyűrű behelyezése. 5; A kormánymű behelyezése a készülékbe. Úgy hogy a kormányművet először a bal befogóba helyezi be, majd a jobb befogót ütközteti a kormánymű házon. 6; A jobb befogó rögzítése a szánhoz a két csavar és a nyomatékkulcs segítségével. 7; A megfogás előfeszítése a menetes kar segítségével. 8; A méréshez szükséges berendezések, vezetékek, szenzorok elhelyezése a kormányművön. 3

34 13; A készülék elemeinek méretezése 13 1; Menetes kar méretezése: A mérés folyamán a menetes kar rögzíti a kormányművet és veszi fel az üzemi terhelést. Így a menetet felületi nyomásra, összetett igénybevételre, menettő hajlításra és önzárásra ellenőrzöm. A menetes kar anyaga: Fe 490- melynek szakítószilárdsága: R eh 95N/, befogólapok anyaga: A50 szakítószilárdsága: R eh 60N/ A méretezés során a biztonsági tényezőt: n3-ra választottam. A menet típusa: M64xx17 finom métermenet. A menet néveleges adatainak meghatározásakor az MSZ 04-es szabványt használtam. Menetes kar (orsó): Befogó (anya): Magátmérő: d 3 61,546 D 1 61,835 Közepes átmérő: d 6,701 D 3 6,701 Menetemelkedés: P Profilszög: β60 Anyamagasság: h a ; Menet szükséges geometriai méreteinek meghatározása Érintkező menetek száma: ha Z P 17 8,5 Menettő hajlítás karja: d d3 6,701 61,546 l0 0, 5775 Menettő vastagság: 33

35 P β 60 S0 + * l0 * tg + *0,5775 * tg 1, 6667 Másodrendű nyomaték: d * π * S 6,701 * π * 1 3 ( 1,6667 ) 4 3 I , ; Terhelhetőség meghatározása felületi nyomásra Az orsó és anya menetei között a terhelés hatására felületi nyomás keletkezik. A számítás alapösszefüggése az ábra alapján: p p meg, ahol p Ft z * A Egy menetre eső erő: 18. ábra, Forrás:[13] Ft 3000 Ft1 35, 941N z 8,5 p meg 0 N Az érintkező csavarfelület F erő irányába eső vetülete: ( d D )* π ( 64) ( 61,835 ) )* π A z 4 A felület nyomására megengedhető maximális terhelés: N Ftmeg pmeg * A 0 *1818, , 594N F 36374,594N > F N megfelelő tmeg t ,797 34

36 13 4; Terhelhetőség meghatározása menettő hajlításra (orsó/anya) ; Menettő hajlítás (orsó/kar) A hajlító nyomaték az ábra alapján és ebből a feszültség egyensúly: M σ hj l 0 M Ft z Kσ hjmeg 95 N 3 hj eh hj σ meg K R n N A keresztmetszeti tényező: K d3π s 6 o 61,546 π 6 ( 1,6667 ) 3 89, ábra, Forrás:[13] terhelőerő: Az orsóra menettő hajlításából megengedhető F tmeg d π s o 6l 61,546 π 3 σ 0 p hjmeg h a ( 1,6667 ) 98, ,5775 N N 35

37 13 4 ; Menettő hajlítás (anya/befogó) F 0. ábra, Forrás:[13] tmeg D 4 64 π π s σ 0 6l 0 p hjmeg h ( 1,6667 ) A hajlító nyomaték az ábra alapján és ebből a feszültség egyensúly: M σ hj 6 0,5775 a l 0 F z 60 t Kσ N 3 hjmeg Keresztmetszeti tényező: hjmeg N ( 1,6667 ) 3 D4 π s0 64 π K 93, Az anyára menettő hajlításból megengedhető terhelő erő: N ,1337 N 13 5; Terhelhetőség meghatározása összetett igénybevétel alapján: 1. ábra, Forrás:[13] 36

38 A orsót és az anyát axiális irányban Ft nyomóerő, valamint Mcs csavarónyomaték terheli. A számítás alapösszefüggése: σ red σ meg σ R eh n 95 N 3 meg N A redukált feszültség és a feszültségi egyensúly HMH szerint: R ahol: β 3 n eh σ meg σ red σ h, ny + βτ cs A nyomófeszültség: σ h. ny d F t 3 4 π A csavaró feszültség a csavaró nyomatékból: τ M cs cs K p M d cs 3 π 16 µ 0,18 ahol: µ 0, 18, µ 0, 078 β 60 cos cos d ρ + α ahol: M cs Ft tg( ) ρ arctgµ arctg 0,078 11, 7389 tgα P d π 3 61,546 0,01034 π. ábra, Forrás:[6] α 0,594 37

39 38 Átalakítás, behelyettesítés után egyenlőséget feltételezve: ( ) π α ρ β π σ d F tg d d F t t meg melyből az összetett igénybevételre megengedhető terhelés: ( ) π α ρ β π d tg d d n R F eh t ( ) ( ) ( ) , ,7389 * 6, , π π tg N F t N N N N F t 738, , , ,9 10 1, ,109 95, ,

40 13 6; A tényleges terhelhetőség meghatározása A különböző igénybevételekre kapott terhelési értékek közül összetett igénybevételre adódik a legkisebb érték, ezért a szerkezeti elemkapcsolat maximális terhelhetését az összetett igénybevétel adja. Felületi nyomás: 36374,954N Menettő hajlítás: Orsó: 1956,9646N Anya: ,1337N Összetett igénybevétel: 738,3867N A megengedhető terhelés (kerekített érték): F t 7000N 13 7; Menetes kar ellenőrzése önzárásra A lejtőre helyezett test tartásához nem kell külső erőt alkalmazni (elegendő a súrlódásból származó súrlódási erő is), ha a lejtő hajlásszöge nem nagyobb, mint a súrlódási kúp fél nyílás szögénél. A csavarkötés önzáró, ha a csavar-anya elempár nyugalmi állapotának meghatározásához elegendő a kötőfelületek közti súrlódás. µ 0,1 (súrlódási tényező acél és acél között) A csavar középátmérője és a menetemelkedés: 3. ábra, Forrás:[6] 39

41 d 6,701; P A menet profilszöge:β60 A csavar középhengerén a menetemelkedés szöge: p α arctg arctg π d π * 6,701 * A látszólagos súrlódási tényező: µ v µ 0, β 60 cos cos A látszólagos kúp fél nyílásszöge: ρ v arctgµ v arctg Mivel a csavar középhengerén a menetemelkedés szöge kisebb, mint a látszólagos súrlódási kúp fél nyílásszöge; α < ρ v, a kötés önzáró. 13 8; A menetes kar megfeszítéséhez szükséges nyomaték meghatározása Az előfeszítésnek akkorának kell lenni, hogy az összefogott elemek az üzemi terhelés hatására ne lazuljanak meg. A kötés előfeszítése Fa tengelyirányú erővel történi. Adatok: M64xx17 β 60 >menetprofil szög µ 0,5 >súrlódási tényező F3000N d 6,701 >terhelőerő >menet középátmérője A menet középhengerén a menet emelkedés szöge: p α arctg arctg 0, 596 d π 61,546 * π A látszólagos súrlódási tényező és a látszólagos súrlódási kúp fél nyílásszöge: 40

42 µ v µ β cos 0,5 cos30 ρ v arctgµ v 16, 098 0,886 Támasztó felület középátmérője: d + d w 61, d a 54, 773 A meghúzáshoz szükséges nyomaték: d M cmeg Fa tg( α + ρv ) + µ F 6, N tg a da 54,773 ( 0, ,098 ) + 0,5 3000N 8199,984N ,875N 48739,859N 50Nm 14; Szorítóerő meghatározása (befogó és szán között) Az ábrán az egyszerűsített vázlata látszik a szorítólap és a szán kapcsolata. A Szorítólap a szánokon csúszik. A rögzítése két M0-as csavar és egy szorítólap segítségével történik. A két csavar segítségével akkora szorító erőt kell biztosítani, hogy a mérési erő (F3000N) hatására a szorítólap ne mozduljon el. A szorítólap és a szánok egy máshoz viszonyítva nyugalomba vannak (nem csúsznak egy máson). Így a számításhoz 4. ábra, Forrás: Saját szerkesztés acél-acél között keletkező nyugvó súrlódási tényezővel számolok (µ0.1). Coulomb-féle súrlódási törvényt alkalmazva: a súrlódási ellenállás az Fn összes szorító erőnek (azaz az érintkező felületek normálisába eső összeszorító erőnek) és a µ súrlódási tényezőnek a szorzata. 41

43 F F s + F mivel szietrikusan helyezkednek el. 1 s F Fs F 1500N F s µ ahol µ 0, 1 F n Fs 1500 Fn 15000N µ 0,1 Végeredményben a csavaroknak 15000N erőt kell elviselniük. 14 1; Csavarkötés méretezése A befogó rögzítéséhez használt csavarkötés méretezése a csavarorsó és a csavaranya méretezéséből áll. A csavarorsó igénybevétele húzás amihez a kötés lazításakor, feszítésekor csavarás is hozzájárul. A kötőcsavart tiszta húzó igénybevételre méretezem. A csavarorsót méretezése során a magátmérőjével azonos d 3 átmérőjű hengerrel helyettesítem. A hatlapfejű csavar adatait az MSZ EN ISO 4014 szabvány felhasználásával az alábbiak: A csavar jellemzői: M0x,5x os szilárdsági csoport Magátmérő: d 3 16,933 Biztonsági tényező: n e,5 Csavarkötés terhelése: F hz 15000N > R m 400MPa, R eh 40MPa A hengerben ébredő húzófeszültség az F hz és az A 3 keresztmetszet ismeretében: R 40MPa eh σ húzó < σ meg σ meg 96 ne.5 σ σ F 4 Fhz A d π húzó N 66, 609 Húzó N ( 16,933) π N 4

44 10 N N σ 66, 609 meg > σ húzó > Húzásra megfelel! 14 ; A rögzítéshez szükséges meghúzási nyomaték számítása β 60 µ 0,5 F15000N d 18,376 d át 0,5 d w 7,7 A menetemelkedés szöge: 5. ábra, Forrás: Saját szerkesztés p,5 α arctg arctg, 4769 d π 18,376 * π A ρ súrlódási fél kúpszög az anya és az orsó között µ súrlódási tényezőismeretében számítható: µ β cos 0,5 cos30 ρ v arctgµ v ahol µ v 0, 89 ρ v arctg0,89 16, 11 Anya felfekvő felületének meghatározása: d d + d 0,5 + 7,7 4, át w a 1 43

45 A csavaranya meghúzásához szükséges nyomaték: d d a M cmeg Fa tg( α + ρv ) + µ Fa 18,376 4, N tg(, ,11 ) + 0, N 46346,477N ,5N 91533,977 N 100Nm 15; Kormánymű ház ellenőrzése felületi nyomásra Üzemi körülmények között a kormánymű ház a teherhordó közeg. A két homlokfelületén körgyűrű felületen veszi fel a terhelést. Így felületi nyomásra méretezem. A ház anyaga EN AB Az MSZ EN 1676 szabványból az anyag szakítószilárdsága: R eh 50MPa. (Forrás: [8]) p R MPa N p p meg, ahol meg eh *0,1 50 *0,1 5 Érintkező felület keresztmetszete: ( D d )* π ( 65,5) ( 59,) )* π A 617, A tényleges felületi nyomás meghatározása: Ft 3000N N p 4, 861 A 617,0166 N N p 4,861 pmeg 5 megfelel 44

46 16; Befogók ellenőrzése A befogókat véges elemes módszer segítségével ellenőriztem. Az ellenőrzéshez az I-DEAS program véges elemes modulját használtam. Mind a két befogót külön vizsgáltam. Oly módon, hogy a csúszó síkokra és a csavar anya felfekvő felületénél befalazást feltételeztem, hisz a mérés folyamán nem megengedhető, hogy a befogólap elmozduljon. Ez a 14 fejezetben számított 15000N-os szorító erő biztosítja. A terhelést pedig a központosító gyűrű felületén (ahol a kormánymű ház felfekszik), mint felületen megoszló terhelést alkalmaztam, irányítása z irányú, nagysága pedig 3000N. Az analízis futtatása után megállapítottam, hogy a legveszélyesebb pontok azok, amikre számítottam, de az érzékelt alakváltozás nem lépte túl a bal befogó esetén a 0,01-t, a jobb befogó esetén pedig a 0,00051-t! Ez elhanyagolható mértékű alakváltozás. Így a befogók véges elemes analízisének eredményeit a 8-as, 30-as ábra szemlélteti. 45

47 6. ábra: Bal befogó véges elemes hálója Forrás: Saját szerkesztés 46

48 7. ábra: Bal-befogó véges elemes analízisének eredménye Forrás: Saját szerkesztés 47

49 8. ábra: Jobb-befogó véges elemes hálója Forrás: Saját szerkesztés 48

50 9. ábra: Jobb-befogó véges elemes analízisének eredménye Forrás: Saját szerkesztés 49

51 17; Összefoglalás A Zf-Lenksystem Hungária Kft által igényelt kormánymű megfogó konstrukciós tervezését végeztem el. Módszeres géptervezési alapelvek megfontolt alkalmazásával megvizsgáltam a kormánymű megfogási lehetőségeinek szóba jöhető változatait, az általam legfontosabbnak ítélt szempontok szerint. Az alkatrészeket lehetőség szerint megpróbáltam szabványos alkatrészek közül kiválasztani, vagy a kopó alkatrészeket egyszerű alkatrésznek kialakítani, hogy a megfogó működése során keletkező kopás vagy egyéb meghibásodás esetén könnyen újra beszerezhető legyen. Az általam bemutatott konstrukció egy előfejlesztésnek tekinthető. Az eltérő kormánymű típusokra való átállás kettő darab gyűrű cseréjével elvégezhető. A berendezés tovább bővíthető pneumatikus elemekkel, hiszen a mérőgépen elérhető a 8 bar-os sűrített levegős hálózat. Ez további mérnöki számításokat, tervezést igényel. A megfogó készülék 3Dmodelljét elkészítettem. A D összeállítási rajzot és a műhelyrajzok többségét is elkészítettem. A hiányzó rajzok a 3D összeállítási rajzból gyorsan generálhatók, mielőtt gyártásra kerülne a sor. 50

52 18; Irodalomjegyzék: [1.] ismeretlen szerző: [online] [.] ismeretlen szerző: Lebensdauerprüfstand für PKW-ZHL-Lenkungen [3.] ismeretlen szerző: Termékoktatási segédlet ZF Lenksysteme [4.] ismeretlen szerző: Járatási segédlet ZF Lenksysteme [5.] Munkadarab befogó Készülékek Műszaki Könyvkiadó Budapest 1970 [6.] Péter József: Géptervezés alapjai Miskolci Egyetemi kiadó 008 [7.] Ungvári Tamás Vida András: Segédlet a gépelemek I-II kötetéhez Nemzeti Tankönyvkiadó Budapest 006 [8.] ismeretlen szerző: Alumínium és alumíniumöntvények, Ötvözött alumíniumtömb. Követelmények MSZ EN1676 http// [online] [9.] ismeretlen szerző: http//raffmetal.it.serverplan-test.com/en/products.html [online] [10.] Diószegi György: Gépszerkezetek Méretezési zsebkönyve, Műszaki könyvkiadó Budapest 1979 [11.] Baksa Attila: Bevezetés az I-DESA végeselem moduljának használatába [1.] Ocskó Gyula: Géprajzi alapismeretek, Műszaki Könyvkiadó, Budapest 1999 [13.] MSZ Szabvány gyűjtemény 51