Feladat címe: Szögmarófej tervezése MVM-7500 tip. horizont marógépre. Készítette: Sóskúti Dávid

Átírás

1 SZAKDOLGOZAT Feladat címe: Szögmarófej tervezése MVM-7500 tip. horizont marógépre Készítette: Sóskúti Dávid BSc szintű gépészmérnök szakos Szerszámgépészeti és Mechatronikai szakirányos hallgató 2013/2014 Tanév, 1. félév Tervezésvezető: Dr. Takács György tanszékvezető Miskolci Egyetem Szerszámgépek Tanszéke Konzulensek: Simon Gábor mérnöktanár Miskolci Egyetem Szerszámgépek Tanszéke Lakatos József ügyvezető SPAL Kft., Ózd 1

2 SZAKDOLGOZAT GESGT019B SÓSKÚTI DÁVID Gépészmérnöki alapszak, Szerszámgépészeti és Mechatronikai szakirány A FELADAT TÁRGYKÖRE: A FELADAT CÍME: Szerszámgéptervezés Szögfej tervezése MVM-7500 tip. horizont marógépre A FELADAT RÉSZLETEZÉSE: Tanulmányozza a Csepel gyártmányú MVM 7500-ös horizont fúró- marógép felépítését. Dolgozza ki egy a horizont marógépre szerelhető szögfej koncepcióját az alábbi főbb szempontok szerint: csatlakozás: ISO 50-es, csatlakoztathatási lehetőség a főorsó-szekrényhez kis befoglaló méret, megfelelő merevség, A készülék tervezése során alkalmazza a módszeres tervezés eszközrendszerét (változatok feltárása, kombinálása és kiválasztása, stb.). Dolgozza ki egy kiválasztott megoldás gyártási dokumentációját (Összeállítási rajzok, alkatrészrajzok, szükséges műleírások, darabjegyzékek stb.). Fogalmazza meg a továbbfejlesztés lehetséges irányait (pl. automatizálás, intelligens funkciók, rendszerbe illeszthetőség, stb.) TANSZÉKI KONZULENS: Név: Simon Gábor mérnöktanár IPARI KONZULENS: (TANSZÉKI KOZULENS_2): Név: Beosztás: Lakatos József ügyvezető (mérnök) VÁLLALAT ADATAI: (KÜLSŐ TÉMA ESETÉN) Neve: Címe: SPAL kft Ózd, Törzsgyár A FELADAT KIADÁSÁNAK IDŐPONTJA: A FELADAT BEADÁSÁNAK HATÁRIDEJE: Dr. Takács György tárgyjegyző, tanszékvezető 2

3 EREDETISÉGI NYILATKOZAT Alulírott.; Neptunkód:, a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős. szakos hallgatója ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy a Szögfej tervezése MVM-7500 tip. horizont fúró- marógépre című szakdolgozatom saját magam készítettem; az abban hivatkozott szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt. Tudomásul veszem, hogy szakdolgozat esetén plágiumnak számít: - szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül; - tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül; - más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése. Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem, hogy plágium esetén szakdolgozatom visszautasításra kerül. Miskolc- Egyetemváros, aláírás 3

4 1 Tartalomjegyzék 1 Tartalomjegyzék Bevezetés Marógép ismertetése MVM P7500-as CNC vízszintes főorsójú fúró- marógép ismertetése a gépkönyv adatai alapján Marógépek alkalmazása Forgácsoló gépek kihasználtságának, termelékenységének növelése : A módszeres géptervezés folyamata Vízszintes főorsójú fúró- marógépen függőleges főorsó kialakításának lehetőségei Metsződő tengelyvonalú fogaskerékhajtások Kúpfogaskerék kapcsolat Kitérő tengelyvonalú fogaskerékhajtások Csavarkerekes hajtás Hengeres csiga hajtás Hipoid kerekes hajtás Toroid hajtás Rang módszer alkalmazása Megoldásváltozatok értékelése a szempontok függvényében Kúpkerék értékelése Csavarkerék Hipoid kerék Csigakerék Toroid hajtópár Értékelés összefoglalása Kúpkerék hajtás tervezése Kúpkerék méretei Állandó fogmagasságú kúpkerékpárok A kúpkerekek kapcsolódása

5 5.3 Kúpkerék hajtások erőhatásai Forgácsolóerő meghatározása Forgácskersztmetszet meghatározása A forgácsolóerő tapasztalati képlete A forgácsolási teljesítmény számítása Kúpkerékpár szilárdságtani ellenőrzés Érintkezési feszültség számítása A fogtőfeszültség számítása: Tengelyek szilárdságtani ellenőrzése Csapágykiválasztás Kenés és Tömítés Szerelés, üzembehelyezés Konstrukciós elképzelés Szakdolgozat összefoglalása Irodalomjegyzék

6 2 Bevezetés Az ózdi S.P.A.L. kft. részére CSEPEL szerszámgépgyár által gyártott MVM 7500 CNC horizont fúró-marógépre egy régebbi szögfej helyére új funkciókat kielégítő, korszerűbb szögfej tervezése. A szerszámgép a főorsóra szerelt szögfej segítségével nehezen hozzáférhető helyeken is képes megmunkálást végezni nagy pontosság mellett, amit az alapgép csak egy újabb felfogásban tudna elvégezni, ami plusz előkészületi időt igényel. Ezzel a kiegészítő készülékkel az alapgéphez képest az előkészületi idő csökken, tehát a termelékenysége növelhető. A cég mérnökei úgy döntöttek, hogy a gép ezen eredeti tartozékának nehéz beszerezhetősége és gazdaságossági szempontok miatt új saját szögfej tervezése szükséges. Az alapgép kialakítása ismeretében az új szögfejen ISO 50-es szabványnak megfelelő felületeket kell létrehozni. Ez a szerszámbefogásnál a szabványos belső kúpfelületet, másrészt a szögfej kúpos behajtó szárára vonatkozó geometriát határozza meg. Magának a szögfejnek az alapgépre való rögzítése szorítótárcsákkal oldható meg. A megfelelő megmunkálási szöget a felszerelés szögégének mértéke határozza meg. A nehezen hozzáférhető (főleg belső felületek) miatt a befoglaló méretek minél kisebbek legyenek. Esetleges plusz funkció beépítése, hűtőfolyadék rávezetése a szerszámra/munkadarabra. Mindezek mellett az egyik legfontosabb tulajdonsága a merevsége legyen, a pontos megmunkálás érdekében. 2.1 Marógép ismertetése MVM P7500-as CNC vízszintes főorsójú fúró- marógép ismertetése a gépkönyv adatai alapján Főorsóra vonatkozó adatok : - Fordulatszám tartomány: min-1 - Névleges teljesítmény: 33.5 kw - Főorsó maximum nyomatéka: 910 Nm - Szerszámbefogás: ISO 50 - Szerszámbefogási erő: 10000N - Szerszám tisztítás: levegő-olaj köd(pára,gőz??) - Szerszámbefogás a főorsóba ANSI B.5.50 szerint 6

7 Elektronikai jellemzők: - Üzemi feszültség: 460V - Hálózati áramerősség: 105A - fázisok szám: 3 - Rendszerfrekvencia: 60 Hz - Működtető feszültség (AC): 110 V 60 Hz - Működtető feszültség (DC): 115V 60 Hz - Gépi könnyű feszültség: 24 V 60 Hz - Hálózati biztosíték: 160 A - Ellátó kábel: AWG 210 Vezérlés: SINUMERIK 8MCE (Siemens) Főhajtás: AC Mozgástartományok : - X tengelyen mozog az asztal (7500mm) - Y tengelyen függőlegesen mozog a szerszám (2000mm) - W tengelyen függőlegesen (300mm) - Z tengelyen szerszám keresztmozgása (800mm) Előtolósebesség : - X- tengelyen mm/min - Y és Z tengelyen mm/min - W tengelyen mm/min Maximális előtolási géperő: 12000N Mérőrendszer: - X-Y-Z tengelyen: Scale Heidenhain - W- tengelyen: Selsyn (Impulzus generátor) Hidraulikus tápegység: - Tartály kapacitása: 160dm3 - Üzemi nyomás: 70 bar - Folyadékszállítás: 70 dm3/min - Gép összsúlya: kg 7

8 2.1.2 Marógépek alkalmazása Ahhoz, hogy a tervezendő készüléket a kívánalmaknak megfelelően tudjuk megtervezni, ismernünk kell az alapgép működését, felépítését, legfontosabb funkcióit, alkalmazási területeit, a géppel szemben támasztott elvárásokat. Jelen esetben az alapgépünk egy vízszintes főorsóval rendelkező fúró- marómű, amit a cég előszeretettel alkalmaz, mivel kiválóan alkalmas nagy munkadarabok külső és belső felületeinek megmunkálására, illetve furatok készítésére. Marógépeken előállítható geometria: Alakos összetett felületek Síkfelületek (vízszintes-, függőleges-, ferde helyzetű) Síkbeli kontúr felületek (egyenesek és körívek kombinációjával) Hornyok, bemetszések, lépcsők, sík-, vagy külső-, belső forgásfelületeken Általános alakos felületek (vezérpályák, szerszámüregek, stb.) A marógépek felépítési és működési jellemzői: Nagyteljesítményű főhajtás, merev főorsó Három koordinátás lineáris szánrendszer (esetenként körasztallal vagy/és elforgatható orsófejjel, szögfejjel) [7] Nagy szabályozhatóságú mellékhajtás (gyorsjárattal, kúszómenettel) Egyéb szerkezeti jellemzők (orsóhelyzet, orsók száma, állvány, stb.) Vízszintes fúró- marógép jellemzői: A vízszintes fúró-marógép (1. ábra) közepes és nagyméretű szekrényes alkatrészeken lévő sík vagy hengeres felületek és ezek tengelyére merőleges (nagyon sokszor körgyűrű felületű) síkok készítésére alkalmas. Jellemzője, hogy a főorsó W irányban előtolható orsóhüvelyben van, hogy a gyakran előforduló rövid furatok fúrásakor ne kelljen a munkadarabot hordozó teljes szánrendszert mozgatni. Maga a szánrendszer általában igen nagy mozgástartományt ölel fel, többek között ez teszi lehetővé az igazán nagy munkadarabok egy felfogásban történő minél többféle anyagleválasztó művelet megvalósíthatóságát. Igen hasznos tagja a gépparkoknak, a korszerű változatoknak már CNC vezérlésűek. [5] 8

9 1. ábra (Vízszintes főorsójú CNC fúró- marógép) Forgácsoló gépek kihasználtságának, termelékenységének növelése: Mivel ezen termelő berendezések igen nagy fontossággal bírnak egy-egy cég életében, a cégek igyekeznek a gépeket hatékonyabban, minél több funkcióját termelékenyen kihasználva alkalmazni, ezért erre irányuló fontos fejlesztésekbe érdemes időt és pénzt fektetni, hiszen hosszútávon mindenképpen kifizetődő lesz. A legfontosabb fejlesztések tehát a nagyobb termelékenység, valamint az elérhető legnagyobb pontosság és speciális igények kielégítésére hegyeződnek ki. Az alapgépek fejlesztésének néhány termelékenységnövelő lehetősége: cserélhető többorsós fejek speciális orsóelőtétek, orsófejek (pl.: sokorsós fúrófej, síkesztergáló fej, síkmarófej, szögmaró fej, köszörű fej, nagyfordulatszámú fej,...) NC aggregátok és gépcsoportok [7] 2.2 A módszeres géptervezés folyamata A géptervezés folyamatát igen sok tényező befolyásolja és ezen tényezők nem mindegyike műszaki jellegű. A társadalmi hatások éppúgy hatással lehetnek az egész tervezőmérnöki tevékenységre, mint a természettudományok, a mérnöki ismeretek, a gyártási folyamat. Társadalmi igények alakítják a gazdaságot pillanatról pillanatra, a 9

10 társadalom pillanatnyi igénye határozza meg a piac alakulását, egy tervező mérnök pedig végső soron a piacnak tervez új eladható termékeket. Egy új termék megtervezéséhez a módszeres géptervezés folyamatát érdemes követni és alkalmazni. A módszeres géptervezés elemi szempontokat és utakat jelöl meg a követelmények ismeretében, ill. azok változásának függvényében. A tervezési folyamatot befolyásolja az is, hogy új konstrukció kialakításával vagy bizonyos fokú továbbfejlesztéssel bíztak meg minket illetve lehet, hogy a kettő közül nekünk kell választanunk gazdasági szempontokat figyelembe véve. A piacot tanulmányozva következtetéseket lehet levonni arra vonatkozóan, hogy egy teljesen új konstrukció tervezésének van-e értelme, vagy a piac már annyira telített, hogy csak nehezen tudnánk a terméket értékesíteni, ekkor a másik irányba mehetünk, amit a fejlesztés jelent. A tervezési folyamat kialakítására a szervezési feladatok megoldása is hatással van. Rendkívül fontos a megfelelő mennyiségű információ megszerzése, a szükséges tapasztalatcsere lebonyolítása. Ezek ismeretében végezheti a tervező a munkáját, miközben fontos, hogy állandó kapcsolatban legyen más kutatókkal, anyag- és gyártástechnológiában jártas kollégákkal, a gyártás-előkészítővel, a megrendelővel és eladóval is. A tervezői gyakorlat során tulajdonképpen kialakult három olyan konstrukció fajta, amelyek tökéletesen nem választhatók szét: új konstrukció: amely új megoldási elvet tartalmaz meglevő vagy új célkitűzés érdekében; illesztett konstrukció esetében ismert megoldási elvet alkalmazunk új körülményeknek megfelelve; variációs konstrukcióban egy régi ismert megvalósítási elvet újra alkalmazunk a régi körülményeknek megfelelve; A tervezői tevékenység, az előzőkből is látható sokrétűség következtében, csak akkor végezhető el megnyugtató gondossággal, ha a feladatot megoldani szándékozó mérnök valamilyen rendszert, módszert alkalmaz. Ilyen módszerek alkalmazásával biztosítani lehet a műszakilag és gazdaságilag is elfogadható termékek tervezésének szervezettségét és ellenőrizhetőségét. [1] A módszeres géptervezés a tervezőmérnök olyan segédeszköze, amellyel gyorsan sok megoldásváltozatot értékelhetünk, és működésképtelen változatokat zárhatunk ki. Módszeres géptervezés segítségével a következőket érhetjük el: ne véletlenszerű megoldást kapjunk; kiszűrhetjük a működésképtelen konstrukciókat 10

11 lehető legjobb megoldást válasszuk ki műszaki és gazdasági szempontokat együtt vizsgálhatjuk a vizsgálati szempontokat magunk választhatjuk meg A tervezési folyamat négy fő szakasza: 1. a feladat és célkitűzés pontos meghatározása; 2. az elképzelések, megoldásváltozatok generálása, értékelemzési módszer alkalmazása; 3. a célkitűzéseknek megfelelő gép, gépalkatrész megtervezése; 4. a gyártási dokumentáció készítése. [6] 3 Vízszintes főorsójú fúró- marógépen függőleges főorsó kialakításának lehetőségei A szögfejen belül olyan mechanikai kapcsolatot kell létrehoznunk, ami alkalmas arra, hogy a marási művelet függőleges főorsón legyen lehetséges, az eredeti vízszintes főorsó nyomatékát és teljesítményét átadva. Ilyen mechanikai kapcsolatokat a legegyszerűbben fogaskerekekkel hozhatunk létre. A következőkben a fogaskerékhajtások különféle típusait vizsgáljuk meg alkalmazhatóságuk függvényében, majd különböző értékelési szempontokat felállítva vizsgáljuk meg az egyes megoldásváltozatokat a Rang módszer segítségével. Alkalmazható fogaskerék kapcsolatok: Metsződő tengelyvonalú fogaskerékhajtások Kitérő tengelyvonalú fogaskerékhajtások 3.1 Metsződő tengelyvonalú fogaskerékhajtások Egymást metsző tengelyek között kapcsolatot kúpkerékpárral tudunk megvalósítani. A kapcsolódó kúpkerekek kapcsolószöge változó, leggyakrabban azonban a 90 -os kapcsolódást használjuk. Kúpkerekeket előszeretettel használnak az iparban, hiszen 11

12 sokoldalú felhasználási lehetőségeket tesz lehetővé azáltal, hogy általános metsződő helyzetű tengelyek közt tud mechanikai kapcsolatot létrehozni. Valamint további igényeknek is megfelelhet, ilyen a pontos, halk, akadás mentes járás, amit ferde, illetve íveltfogazattal érhetünk el. [1 ][2] Kúpfogaskerék kapcsolat Legtöbb esetben külső fogazatú kúpkereket használunk, de ritkán alkalmaznak belső fogazatú kúpkerekeket is. A kettő között határesetként megemlíthetjük a síkkereket, ahol valójában a kúpfelület síkká terül szét. A kúpkerekek méretezésekor gyakran számolunk egy a 90 -os tengelyszögű kúpkerékpárra illeszkedő síkkerék képzelt méreteivel és fogszámaival. Két külső fogazatú kúpkerék egymást metsző tengelyvonalai által bezárt szög a tengely szög, esetünkben ennek az értéke α = 90, de egyébként ettől eltérő szögek kapcsolására is alkalmas. A kúpkerék hajtópároknak 3 alapvető fajtáját különböztetjük meg fogazatuk alapján, ami a következő ábrákon látszik. [1 ][2] a.) egyenes fogazatú b.) ferde fogazatú c.) ívelt fogazatú 2. ábra Ez a fogaskeréktípus kiválóan alkalmas a függőleges főorsó fogaskerékpárral való hajtására, mivel a kúpkerekek kialakítása lehetővé teszi a megfelelő alakzárást, a tengelyeken fellépő fordulatszámok, forgatónyomatékok és teljesítmény átvitelét, valamint a megfelelő áttétel elérését. A különböző fogazatú kúpkerekek tulajdonságai és alkalmazási területeik eltérnek: Egyenes fogazatú kúpkerékpárokat alacsonyabb fordulatszámú szerkezeteknél használunk, pl.: emelőknél. 12

13 [1] [2] MISKOLCI EGYETEM Ferde fogazattal nyugodtabb, csendesebb futást érhetünk el a nagyobb átfedés miatt. Nagyobb fordulatszámú és teljesítményű hajtások megvalósítására alkalmas. Az ívelt fogazat a fogprofil geometriája miatt csak a fogszélesség egy része vesz részt a terhelésátvitelben, emiatt érzékenyebb a tengelytáv eltérésre. Alkalmazási területe leginkább a nagyteljesítményű hajtóművekben és járművek differenciál műveiben. 3.2 Kitérő tengelyvonalú fogaskerékhajtások Kitérő tengelyvonalú hajtásokat, másképpen nevezve csavarhajtásokat is alkalmazhatunk a készüléknél, hiszen a függőleges főorsó hajtására egyaránt alkalmasak lehetnek, viszont csapágyazásuk bonyolultabb és helyigényesebb. Alapvetően négy főcsoportra bonthatjuk az ilyen típusú kapcsolásokat: csavarkerekes hajtás hipoidkerekes hajtás hengeres csigahajtás Toroid hajtás [1] Csavarkerekes hajtás Kitérő tengelyvonalú külsőfogazatú hengeres kerékhajtások egyik megoldása a csavarkerékpár. A fogirány a két henger felületen ferde és azonos hajlású. A párosított kerekek fogfelületei elméletileg pontszerűen kapcsolódnak, ezért a terhelés a rugalmas deformáció ellenére is csak igen kis felületen oszlik meg. Így a felületi terhelés igen nagy, még kis átvitt teljesítmény esetén is, tehát csak kis teljesítmény átvitelre alkalmasak. A foghossz mentén csúszás lép fel, ez nagyobb súrlódási vesztességgel, kopással és hőképződéssel jár. De mindezek ellenére halk üzemű. 13

14 3. ábra (Csavarkerékpár) Esetünkben a csavarkerekes hajtás a függőleges főorsó megvalósítására alkalmas, de mivel a készülék amiben alkalmaznunk kellene nagy teljesítmény átvitelre tervezendő és a csavarkerekek legyártása sem egyszerű művelet, bonyolult technológia, ezért ezt a megoldást nem részesítjük előnyben. [1] Hengeres csigahajtás Kitérő tengelyeknél teljesítmény- és mozgásátvitelre csiga hajtópárokat is használhatunk. A csiga hajtópár egy csigából és egy csigakerékből áll, a két kitérő tengely általános helyzetű is lehet, de leggyakrabban a tengelykitérés hajlásszöge α = 90. A csiga forgásakor a menetemelkedésének megfelelően továbbtolja a csigakerék fogait és így a csigakereket forgásba hozza. Az érintkező felületek nagy csúszással kapcsolódnak, ezért nagy a súrlódási teljesítmény, a hőfejlődés, ill. általában rossz a hatásfok. Emiatt a teljesítményértékek aránylag korlátozottak. A nagymértékű csúszás következtében kedvező a hajtás rezgése és ennek következményeként csillapított és zajtalanabb a működése. Nagy áttételek is elérhetők (i max =100), valamint önzárásra is alkalmas lehet [1] 14

15 4. ábra (Példa hengeres csigahajtásra) A csigahajtás alkalmas az elvárt funkció betöltésére, de a rossz hatásfok hátrány, valamint a nagyobb hőfejlődés miatt a szerkezet elemeiben hőtágulás, deformáció léphet fel, így a készülék pontatlan megmunkálást végezne, ami egyértelműen nem megengedett. Megfelelő áttételek létrehozásához ez a kapcsolat helyigényes, ami kis befoglaló méretekre irányuló igényt nem elégíti ki. [1] Hipoid kerekes hajtás Ugyancsak kitérő tengelyvonalú hajtások közé tartozik és a tengelyek közötti forgás- és nyomatékátvitelre alkalmasak. Elméletileg forgási hiperboloid felületre felvitt fogazatú kerekek. A gyakorlatban a forgási hiperboloidot kúpfelülettel közelítjük, vagyis ezek tulajdonképpen kúpkerekek kitérő tengelyen, többnyire 90 -os tengelyszöggel. A hipoidhajtásoknak számos előnyos tulajdonsága van a metsződő tengelyvonalú kúpkerékhajtásokkal szemben, amik a következők: A kiskerék méretei növelhetők ugyanazon áttételt véve. A kétoldali csapágyazás általában megvalósítható, ez a deformációk és a fogak helyesebb kapcsolódása szempontjából kedvező. 15

16 A kapcsolószám nagyobb így a kiskerék fogszáma kisebb lehet, és nagyobb áttételt lehet elérni. Az eredő csúszás iránya és nagysága nem változik olyan mértékben, mint más fogazatnál, és nem szakad meg a csúszás. Ez zajtalanabb járást eredményez, a kenőfilm kialakulási feltételei kedvezőbbek. Hátrányos tulajdonsága viszont, hogy valamivel rosszabb a hatásfoka. Gyártásuk költségesebb az egymást metsző tengelyvonalú kúpkerék hajtásokénál. 5. ábra (Példa hipoid kerekes hajtásra) Mindezeket összevetve a készülék funkcióját kiválóan ellátva, a főorsó függőleges helyzete megvalósul, a hiperbolikus kerekek kisebb hatásfoka miatt a kúpkerék hajtást előnyösebbnek találom. [1] Toroid hajtás A toroid tárcsának egy tórusfelület homorú oldalának megfelelő alakúra kiképzett fogazata van. A vele kapcsolódó toroid csiga fogai a toroid tárcsát a kerülete irányában körbeburkolják ugyanúgy, mint a toroid tárcsa fogai a toroid csiga fogait. Így nevezhetjük ezt a hajtást egymást kölcsönösen burkoló hajtásnak is. Leginkább alkalmazott típusa a globoid hajtópár. Előnyei és hátrányai megegyeznek a hengeres csigakerékhajtással. [1 ][2] 16

17 6. ábra (Példa globoid kerekes csigahajtásra) 4 Rang módszer alkalmazása A rangmódszer onnan kapta a nevét, hogy az értékelendő változatokat növekvő minőségi rangsorba állítjuk az összes értékelési szempont szerint. Az értékelendő változatokat és értékelési szempontokat táblázatba foglalva ábrázoljuk és a szempontokat pontozzuk. A pontozásokat összesítve rangsorolhatunk és kiválaszthatjuk a legoptimálisabb megoldásváltozatot. Alakulhat úgy is a pontozás, hogy két változat azonos összpontszámot kap, ekkor a mi meglátásainak megfelelőbbet választjuk a végleges kivitelezendő konstrukciónak. 1-5-ig terjedő pontszámokkal látom el az egyes változatokat minden felsorolt szempont függvényében. Az adott szempontból legjobbnak számító pontszám az 5, a legrosszabb az 1-es. A különböző vizsgálati szempontokra vonatkozó pontok összesítéséből látszik majd, hogy számunkra a megoldásváltozatok közül melyik lesz a legalkalmasabb a tényleges tervezésre, kivitelezésre. [6] 4.1 Megoldásváltozatok értékelése a szempontok függvényében Értékelési szempontok: C 1 Függőleges Főorsó megvalósíthatósága az adott mechanikai kapcsolattal C 2 Teljesítmény átvitel C 3 Beépítési helyigény C 4 Hatásfok Előállítási költségek C 5 17

18 4.1.1 Kúpkerék értékelése A kúpkerekes hajtóművek az egyik legnagyobb hatásfokkal bíró hajtások egymásra merőleges tengelyek meghajtásához (esetünkben a függőleges főorsó meghajtásához). Kiváló hatásfokuk lehetővé teszik a minimális villanymotor teljesítmény használatát, így jelentős energia megtakarítás érhető el velük. Mivel a hajtóművekben általában ferde vagy ívelt fogazású kúpkerékpár helyezkedik el, ezért a zajkibocsátásuk kedvezően alacsony. A szögfejben a függőleges főorsó két orsócsapágya közé és a behajtó szár végére konzolosan rögzítjük a kúpkerkekeket, így a legjobb a hely kihasználtsága. Előállítási költségük a fogazó eljárástól és megkívánt pontosságtól függően változik, de általában nem jelent kirívó költségeket. Érték C 1 Függőleges Főorsó megvalósíthatósága az adott mechanikai kapcsolattal 5 C 2 Teljesítményátvitel 5 C 3 Beépítési helyigény 3 C 4 Hatásfok 5 C 5 Előállítási költségek ábra (Példa kúpkerék beépítésére) 18

19 4.1.2 Csavarkerék Mivel csavarkerék hajtás esetén a fogfelületek elvileg egy pontban kapcsolódnak, ezért a terhelés viszonylag kis felületen oszlik meg, így a felület terhelése igen nagy, ez pedig azt eredményezi, hogy ilyen típusú hajtás inkább csak kis teljesítmény átvitelre alkalmas. A kapcsolódás során jelentős csúszás lép fel, ami magyarázza a rossz hatásfokot. Szerkezetbe való beépítése hasonlatos a kúpkerékhajtáséhoz, ám mivel a két kitérő tengelyt eltérő síkban csapágyazzuk, helyigénye nagy a szerkezet házán belül. Érték C 1 Függőleges Főorsó megvalósíthatósága az adott mechanikai kapcsolattal 5 C 2 Teljesítmény átvitel 2 C 3 Beépítési helyigény 2 C 4 Hatásfok 2 C 5 Előállítási költségek Hipoid kerék Tulajdonságai hasonlóak a kúpkerékhajtásra, de előnyük, hogy a átmenő tengelyeik mindkét oldalon csapágyazhatók, ami növeli a merevséget. Hatásfokuk valamivel rosszabb, az előállítási költségük pedig nem sokkal haladja meg kúpkerék hajtásokét. Érték C 1 Függőleges Főorsó megvalósíthatósága az adott mechanikai kapcsolattal 5 C 2 Teljesítmény átvitel 5 C 3 Beépítési helyigény 3 C 4 Hatásfok 4 C 5 Előállítási költségek Csigakerék Az érintkező felületek nagy csúszással kapcsolódnak, ezért nagy a súrlódási teljesítmény, a hőfejlődés, ill. általában rossz a hatásfok. Nagy áttéteket érhetünk el kis méretek esetén, így a helykihasználtsága jónak mondható. 19

20 Érték C 1 Függőleges Főorsó megvalósíthatósága az adott mechanikai kapcsolattal 5 C 2 Teljesítmény átvitel 4 C 3 Beépítési helyigény 5 C 4 Hatásfok 2 C 5 Előállítási költségek ábra (Példa csigakerék beépítésére) Toroid hajtópár Előnyei és hátrányai megegyeznek a hengeres csigahajtással, de előállítási költsége valamivel több. Érték C 1 Függőleges Főorsó megvalósíthatósága az adott mechanikai kapcsolattal 5 C 2 Teljesítmény átvitel 4 C 3 Beépítési helyigény 5 C 4 Hatásfok 2 C 5 Előállítási költségek

21 Függőleges FO. megvalósíthatósága Teljesítmény átvitel Beépítési helyigény Hatásfok Előállítási költségek MISKOLCI EGYETEM 4.2 Értékelés összefoglalása Az előző fejezetben tárgyalt megoldásváltozatokra vonatkozó pontok a vizsgálati szempontok függvényében az alábbi összefoglaló táblázatban láthatók: Minősítés pont Kúpkerék Csavarkerék Hipoid kerék Csigakerék Toroidhajtóp ár A pontozásból egyértelműen látszik, hogy a kúpkerék és a hipoidkerék hajtás a legalkalmasabb a szerkezetbe való beépítésre, a különbség csak a gyártási költségekben jelentkezik, valamint a beépítésnél a szögfej házának belső kialakítása egyszerűbb a kúpkerék hajtás esetén, ezért a kúpkerék hajtás választom a kivitelezendő megoldásnak. A továbbiakban a kúpkerékpár méretezésével, kapcsolódás vizsgálatával és a fellépő erőhatásokkal foglalkozok. A kúpkerékpár szilárdságtani ellenőrzését a szakdolgozatban részletesen dolgozom ki. 21

22 5 Kúpkerék hajtás tervezése A kúpkerék méretezését a régi cég által gyártott szögfej néhány adatát megtartom és azokkal számolok tovább. Ezek az adatok a normálmodul m mt =3mm, a fogszélesség b=20mm. A kiskerék fogszámát viszont módosítom z 1 =17 ről z 1 =18-ra, hogy a lassító áttétel fokozati tényezője szabványosra módosuljon. - A hajtóviszony a kúpkerék hajtásban: - Az áttétel értéke: k 0 = z 1 z 2 = = 0,5625 u = z 2 z 1 = 1 k 0 = 1,778 - Az alapgép főorsójának jellemző fordulatszámai: n min =30 min -1 n max =3000 min -1 Kritikus fordulatszám meghatározása: A hajtómotor teljesítményének meghatározásakor kritikus fordulatszámnak nevezzük azt a legnagyobb orsófordulatszámot, amelyen a hajtómű a legnagyobb nyomatékot még leadja. Az egyenáramú motorok kapocsfeszültséggel való szabályozásakor a motornyomaték állandó, a teljesítmény pedig a fordulatszámmal arányosan nő. A kritikus fordulatszám: M FO =910Nm (Főorsó maximális nyomatéka) P m =33,5 kw (A motor névleges teljesítménye) n krit = P m M FO 2 π = 33500W 910Nm 2 π = 5,859 s 1 = 351,54 min 1 - A függőleges főorsó jellemző fordulatszámai az áttétel függvényében: n fmin =k 0 *n min =0,5625*30=16,875 min -1 n fmax =k 0 *n max =0,5625*3000=1687,5 min -1 22

23 MISKOLCI EGYETEM Ha a tengelyek középvonalai metszik egymást, akkor közöttük a forgás, ill. a teljesítmény átszármaztatása kúpkerékpárral történik. A kerekek gördülő felületei körkúpok. Ezek csúszásmentesen gördülnek egymáson, mivel a csúcspontjaik egybeesnek a tengelyvonalak metszéspontjával. A hajtás tengelyszögét (jele ) a kúpszögek (jele 𝛿) összege (kúpszögön tkp. a félkúpszöget kell érteni) adja, ami az esetünkben =90, így a következőkben csak ezekkel foglalkozunk. [2] =𝛿1 + 𝛿2 Az áttétel, ill. a fogszámviszony az ismert kifejezések mellett kiszámítható az osztókúpszögek segítségével is (elemi fogazatnál az osztó- és a gördülőkúpok egybeesnek): 𝑢= 𝑛1 𝜔1 𝑑𝑤2 𝑧2 1 = = = = = tan 𝛿2 𝑛2 𝜔2 𝑑𝑤1 𝑧1 tan 𝛿1 𝑢= 𝑧2 32 = = 1,778 𝑧1 18 Mivel a kúpkerekeknél profileltolásnak nincs olyan jelentősége, mint a hengeres kerekeknél, így főleg az elemi kúpkerék hajtásokkal foglalkozunk. Ha ismert a fogszámviszony, az osztókúpszögek meghatározhatók: 1 tan 𝛿1 = é𝑠 𝛿2 = 90 𝛿1 𝑢 1 1 tan 𝛿1 = = = 0,56243, 𝛿1 = 29,3547 𝑢 1,778 𝛿2 = 90 29,3547 = 60,6453 Mivel a kúpkerekek fogprofiljai gömbfelületen helyezkednek el, a profil gömbi evolvens, amelyet a kerekek 𝛿𝑏 kúpszögű alapkúpján legördített alkotósík egy pontja (a fogfelületet egy vonala) képezi le. Ez a sík közös érintősíkja a kerékpár alapkúpjainak, így azoknak a kapcsolósíkja is, a fogprofilok kapcsolóvonala pedig a kapcsolósík és a gömb metszésvonala, azaz a gömb egyik főköre (10. ábra). A kapcsolósík átmegy a kerékpár fővonalán és a alap profilszöggel hajlik az osztókúpok közös érintősíkjához. A kapcsolódás bármelyik pontjában a gömbi evolvensek közös normálisa átmegy a főponton (ez a normális is a gömbön helyezkedik el, tehát körív alakú). [2] 23

24 A gömbi evolvens leképzése 9. ábra Mivel a kúpkerekek főbb fogalmai azonosak a hengeres kerekek megfelelő fogalmaival, azokkal később a tényleges méretek meghatározásánál foglalkozunk. Azonban vannak olyan fogalmak, amelyek csak a kúpkerekekre jellemzőek, ezért ezeket a következőkben ismertetjük. Az osztókör a fog hosszában változó. A legnagyobb a külső fogvégen van, ez a külső osztókör, míg a legkisebb a belső osztókör, amely a belső fogvégen foglal helyet. A fogközép síkjában helyezkedik el a középső osztókör. A külső fogvéghez tartozó elemek jelei e, a belsőhöz i, a fogközéphez tartozók pedig m indexet kapnak. Egyenes fogazatnál az e (és a többi) indexet általában el szoktuk hagyni. Ha a fogaskerék vagy a fog bármelyik elemének a hovatartozását nem hangsúlyozzuk ki külön, akkor azt mindig a külső fogvéghez tartozónak kell tekinteni. [2] A kúpkerék osztókörei 10. ábra 24

25 5.1 Kúpkerék méretei A kúpkerék méretezéséhez felhasználok néhány olyan adatot, amit a cég által tervezett és kivitelezett régi kúpkerék pár méretezésekor alkalmaztak. Ilyen a normálmodul m mt =3mm, a foghajlásszög β = 30, a fogszélesség b=20mm és a fogszámok z 1 =18, z 2 =32. A fogszámok ismeretében tehát az áttétel számítható, ez pedig elegendő adat a további számításokhoz. A kúpkerék fogazatának adatait és méreteit az osztókúphoz viszonyítva határozzuk meg. Mint már az előbbiekben láttuk, egy kúpkerékpár osztókúpszögeit kifejezhetjük a fogszámviszony függvényében: tan δ 1 = z 1 z 2 = 1 u, és tan δ 2 = z 2 z 1 = u Az osztókúp csúcsa egybeesik a fejkúp és a lábkúp csúcsával. A kúpkerék fogtető felületét a fejkúp, míg a fogfenék felületét a lábkúp képezi. A kúpkerék méretei 11. ábra 25

26 Az osztókúpszög és a fejszög összege adja a fejkúpszöget: δ a = δ + θ f az osztókúpszög és a lábszög különbsége pedig a lábkúpszöget határozza meg: δ f = δ θ f. a lábszöget a külső fogvégen levő lábmagasságból számítjuk ki: tan θ f = fe R e Az előbbi kifejezésekben Re a külső osztókúphossz, amely az osztókúpalkotó hossza az osztókúp csúcsától a külső fogvégig, azaz a külső hátkúpig (ezen kívül ismeretes még a belső és a középső osztókúphossz is). d m1 R e = 2 sin δ 1 A hátkúp azon kúp, amelynek alkotója merőleges az osztókúp alkotójára és a tengelyvonala egybeesik az osztókúp tengelyvonalával. Megkülönböztetünk külső, belső és középső hátkúpot, amelyek értelemszerűen a külső és a belső fogvégig, ill. a fogközépig mennek. A b/re hányadost fogszélesség tényezőnek (jele k b ) nevezzük, melynek szokásos értéke: k b = b R e = 0,25 0,33 Ettől nagyobb értékeket nem szabad felvenni, mert a fogárkokat kimunkáló szerszám a szomszédos fog ellentétes profilját a belső fogvég közelében megsértheti, mivel a fogárok szélessége csökken a kúp csúcsa felé. A fogazatfajtától függően, a méreteket általában a külső vagy a középső homlokmetszetben vizsgáljuk: A külső osztókör átmérője: míg a középső osztóköré: d e1 = z 1 m et = 18 4,008mm = 72,16mm d e2 = z 2 m et = 32 4,008mm = 128,28mm d m1 = z 1 m mt = 18 3,464mm = 62,35mm d m2 = z 2 m mt = 32 3,464mm = 110,85mm 26

27 E két átmérő között az összefüggés: d e = d m + b sin δ Az átmérők számításánál m et a külső, m mt pedig a középső homlokmodul, melyek között az összefüggéshez előbbi egyenlet alapján: - m mt =3mm -re, b=20mm -re választva: m et = m mt + b sin δ 1 20mm sin 29,35 = 3,464mm + = 4,0086mm z 1 18 Ha ismerjük a külső osztókör átmérőjét, a külső osztókúphossz: R e = d e1 = 72,16mm 2 sin δ 1 2 sin 29,35 = 73,61mm Az R e külső osztókúphossz és a fogszélesség (b=20mm) értéke megfelelő, mert a fogszélesség tényező (k b =0,25..0,33) megengedett intervallumába beleesnek: k b = b R e = 20mm 73,61 = 0,2717 R e ismeretében kiszámolhatjuk a középső osztókúphossz értékét is: R m = R e b 2 = 73,61mm 20mm 2 = 63,61mm Egyenes fogazatnál a külső, ferde és ívelt fogazatnál a középső homlokmetszetre van szükségünk, de ezeknél már vizsgálni kell a normálmetszetet is. E két metszet között összefüggést a β m (30 ) középső foghajlásszög segítségével lehet létrehozni. Így pl. a középső homlokmodul a középső normálmodulból számítva: m mt = m mn cos β m ; m mn = m mt cos β m = 3,464mm cos 30 = 2,999mm A középső működő fogmagasság (h wm ): wm = k 1 m mt R m cos β R m = 2 3,464mm 63,61mm cos 30 = 5,185mm e 73,61mm A fogmagasság tényező k 1 =2. A középső fogmagasság: m = m mt 2 a + c = 3,464mm ,25 = 7,7942mm 27

28 Lábhézag (c),k 2 =0,125 a lábhézag tényező: c = k 2 wm = 0,125 5,185 = 0,6481 A szükséges középső fejmagasság: am 1 = m mt a + x = 3, ,224 mm = 4,24mm am 2 = m mt a x = 3, ,224 mm = 2,6881mm A szükséges középső lábmagasság: fm 1 = m am 1 = 7,7942mm 4,24mm = 3,5542mm fm 2 = m am 2 = 7,7942mm 2,6881mm = 5,1061mm Egyenértékű áttétel: m 90 = z 2 cos δ 1 z 1 cos δ 2 = 32 cos 60,65 18 cos 29,35 = 1,0615 Középső fejmagasság: c 1 = 0,21 + 0,29 m 90 = 0,47103 A fogfejszögek kiszámításához szükséges a középső fejmagasság: θ a1 = tan 1 am 1 R m θ a2 = tan 1 am 2 R m 4,24mm 1 = tan 63,59mm = 3,8147 2,6881mm 1 = tan 63,59mm = 2,4206 A foglábszög kiszámításához szükséges a középső lábmagasság.: θ f1 = tan 1 fm 1 R m θ f2 = tan 1 fm 2 R m 3,5542mm 1 = tan 63,59mm = 3,199 = tan 1 5,1061mm 63,59mm = 4,591 28

29 MISKOLCI EGYETEM Az osztókúpszögek tehát most már számíthatók: Fejkúpszögek: 𝛿𝑎1 = 𝛿1 + 𝜗𝑓2 = 29,35 + 4,591 = 33,95 𝛿𝑎2 = 𝛿2 + 𝜗𝑓1 = 60,65 + 3,199 = 63,84 Lábkúpszögek: 𝛿𝑓1 = 𝛿1 𝜗𝑓1 = 29,35 3,199 = 26,159 𝛿𝑓2 = 𝛿2 𝜗𝑓2 = 60,65 4,591 = 56,052 További fontos méretek még a külső láb- és fejmagasságok: 𝑎𝑒 1 = 𝑎𝑚 1 + 0,5 𝑏 tan 𝜗𝑓2 = 4,24𝑚𝑚 + 0,5 20𝑚𝑚 tan 4,591 = 5,043𝑚𝑚 𝑎𝑒 2 = 𝑎𝑚 2 + 0,5 𝑏 tan 𝜗𝑓1 = 2,6881𝑚𝑚 + 0,5 20𝑚𝑚 tan 3,199 = 3,247𝑚𝑚 𝑓𝑒 1 = 𝑓𝑚 1 + 0,5 𝑏 tan 𝜗𝑓1 = 3,5542𝑚𝑚 + 0,5 20𝑚𝑚 tan 3,199 = 4,113𝑚𝑚 𝑓𝑒 2 = 𝑓𝑚 2 + 0,5 𝑏 tan 𝜗𝑓2 = 5,1061𝑚𝑚 + 0,5 20𝑚𝑚 tan 4,591 = 5,909𝑚𝑚 Ezen értékekből számítható tovább a közös fogmagassága fogvégen: 𝑒 = 𝑎𝑒 1 + 𝑎𝑒 2 = 5,043𝑚𝑚 + 3,247𝑚𝑚 = 8,29𝑚𝑚 és a fogmagasság értéke: = 𝑎𝑒 1 + 𝑓𝑒 1 = 5,043𝑚𝑚 + 4,113𝑚𝑚 = 9,156𝑚𝑚 Az 12. ábrán látható kúpkerék, amelynél mindhárom kúp csúcsa egybe esik, a régebben kialakult forma. Ma már ez nem használatos. Ennek egyik oka, hogy a külső fogvégtől a belső fogvég felé haladva, a lábhézag fokozatosan csökken, ami magában rejti a fokozott fogtő interferencia veszélyét. A másik ok, hogy a fogazó szerszámok viszonylag nagy fejél lekerekítéssel készülnek, így a belső fogvég felé a határpont mind közelebb kerül a fogtetőhöz, ami csökkenti a használható fogmagasságot. Annak érdekében, hogy ezek a hátrányok megszűnjenek, megalkották az állandó lábhézaggal, és az állandó fejmagassággal rendelkező kúpkerékpárokat. [2] 29

30 5.1.1 Állandó fogmagasságú kúpkerékpárok Ez a fogazatfajta főleg az európai ívelt fogú kúpkerékpárokra jellemző. Számításuk egyszerűbb, mint a többi kúpkeréké, mivel a fejkúpszög és a lábkúpszög egyenlő az osztókúpszöggel, ezért a fejszög és a lábszög egyenlő nullával. (h a =h am és h f =h fm,h=h m ) ) Állandó fogmagasságú kúpkerék 12. ábra Ezeknél a kerekeknél a lábkúp q értékkel megrövidül, míg a fejkúp ugyanekkorával megnyúlik: A fejkörátmérők: q 1 = a1 sin δ 1, ill. q 2 = a2 sin δ 2 q 1 = 5,043mm sin 29,35 = 1,339mm q 2 = 3,25mm sin 60,65 = 0,834mm d a1 = d e1 + 2 a1 cos δ 1 = 72,159mm + 5,043mm cos 29,35 = 80,95mm d a2 = d e2 + 2 a2 cos δ 2 = 128,28mm + 2 3,25mm cos 60,65 = 131,467mm 30

31 A fejélsíkok távolsága a közös osztókúpcsúcstól: K 1 = d a1 2 tan δ 1 q 1, ill. K 2 = d a2 2 tan δ 2 q 2, K 1 = 80,95mm 1,339mm = 70,6393mm 2 tan 29,35 K 1 = 131,467mm 0,834mm = 36,129mm 2 tan 60,65 A fejéltávok pedig: A fogszélesség vetületek: C 1 = K B1 K 1, ill. C 2 = K B2 K 2 L 1 = b cos δ 1 és L 2 = b cos δ 2 L 1 = 20 cos 29,35 = 17,43mm L 1 = 20 cos 60,65 = 9,8029mm A többi méretet ugyanúgy számítjuk ki, mint az előbbi kúpkerékpároknál, figyelembe véve a szögek megfelelő értékeit. [2] 5.2 A kúpkerekek kapcsolódása A gömbi fogprofilok térgeometriai problémáját síkgeometriaivá egyszerűsítjük, ha a profilok vizsgálatánál közelítéssel élünk, amelyet az angol Tredgold javaslatára vezettek be. Ez abban nyilvánul meg, hogy a valóságos profilok helyett a hátkúpok palástján jelentkező profilokat vizsgáljuk, a kúpkerékpár hátkúpjainak közös érintősíkjára kiterítve (11 ábra). A síkra vetített méretekkel ezután úgy számolhatunk, mint a hengeres kerékpárnál, ezért ezt a kúpkerékpár képzelt hengeres kerékpárjának nevezzük, amelynek elemei jelölésénél v indexet használunk. Attól függően, hogy a külső vagy a középső hátkúp segítségével végezzük el az egyszerűsítést, megkülönböztetünk külső fogvégre vonatkoztatott képzelt hengeres kereket (ezeknél a v index után még e indexet írunk) és fogközépre vonatkoztatott képzelt hengeres kereket (ezeknél a v index után m indexet írunk). 31

32 A képzelt osztókör átmérők: d v1 = d m1 cos δ 1, ill. d v2 = d m2 cos δ 2 d v1 = 62,35mm cos 29,35 = 71,542mm d v2 = 110,85mmmm cos 60,65 a képzelt hengeres kerékpár tengelytávja: = 226,106mm a v = d v1 + d v2 2 = 71,542mm + 226,106mm 2 = 148,82mm a képzelt fogszámok, ferde és ívelt fogú kerekeknél: z v1 = z 1 cos δ 1 cos 3 β m és z v2 = z v1 = z v2 = z 2 cos δ 2 cos 3 β m 18 cos 29,35 cos 3 = 31,79 = cos 60,65 cos 3 = 100,63 = A képzelt hengeres kerékpár leképzése 13. ábra 32

33 A képzelt fogszámviszony: Σ=90 esetén cos δ 1 = sin δ 2, így u v =u 2. u v = z v2 z v1 = u cos δ 1 cos δ 2 = = 3,156 Ebből látszik, hogy az osztókúpszög növekedésével mind később jelentkezik az alámetszés. A fogközépre vonatkoztatott profil kapcsolószám ε Vα = r vam 1 r vbm 1 + r vam 2 r vbm 2 a v sin α w π m mt cos α mt Mivel az osztókör átmérő a fogszélesség mentén az osztókúphosszal arányosan változik, a fogközépre vonatkoztatott képzelt osztókör sugarak: A képzelt tengelytáv: r vam 1 = d v1 2 Rm Re = 71,542mm 63,59mm 2 73,59mm = 30,91mm r vam 1 = d v2 2 Rm Re = 226,106mm 63,59mm 2 73,59mm = 97,691mm a vm = r vam 1 + r vam 2 = 30,91mm + 97,691mm = 128,601mm A homlok-alapprofilszög, ferde és ívelt fogaknál: tan α mt = tan α tan 20 = cos β m cos 30 = 0,42028 α mt = 22,79 A fogközépnek megfelelő középső képzelt alapkör sugarak: r vbm 1 = r vam 1 cos α mt = 30,91mm cos 22,79 = 28,496mm r vbm 2 = r vam 2 cos α mt = 97,691mm cos 22,79 = 90,061mm A fogközépre vonatkozó normál- és homlokmodul közötti összefüggés: m mn = m mt cos β m = 3,464 cos30 = 3mm 33

34 A fogközépre vonatkoztatott profilkapcsolószám: ε Vα = 30,912 28, , , ,82 sin 22,79 π 3,464 cos 22,79 = 4,966 A többi elem ugyanúgy számítható ki, mint a hengeres kerekeknél. Ferde és ívelt fogaknál az átfedést is ki kell számítani, amelyet a képzelt síkkerék osztósíkjára vonatkoztatunk és szögekkel fejezünk ki : ε Vβ = φ τ φ az átfedési szög és τ a síkkerék szögosztása, melynek nagysága, ha síkkerék fogszáma z p : z p = z 1 18 = sin δ 1 sin 29,35 = 36,72 τ = 360 z p = ,72 = 9,8039 Ha β m >25, akkor az átfedés közelítőleg meghatározható a ferde fogú hengeres kerekek átfedéséhez használt összefüggéssel is ε Vβ = b sin β m m mn π = 20mm sin 30 3mm π = 1,061 A kúpkerékpár összkapcsolószáma: ε = ε Vα + ε Vβ = 4, ,061 = 6,027 a.)ferde fogazat 14. ábra b.)ívelt fogazat 34

35 MISKOLCI EGYETEM 5.3 Kúpkerék hajtások erőhatásai Az Fnm normál fogerő a közös osztókúp alkotóra merőleges síkban a fogközépen, a fognak az osztókúpon levő profilpontjában koncentrálva hat. Ezt az erőt három, egymásra merőleges összetevőre bonthatjuk. Ezek az Ftm kerületi (tangenciális), az Fr sugárirányú (radiális) és az Fa tengelyirányú (axiális) erők. Az egyenes fogaknál jelentkező erőket az 15. ábra szemlélteti. [2] A fogakat terhelő erők 15. ábra A kerületi erőt az ismert forgatónyomatékból számítjuk ki: 2 𝑀𝑐𝑠 ,95𝑁𝑚 1000 = = 12027,27𝑁 𝑑𝑚1 62,35𝑚𝑚 tan 𝛼 (𝛼 = 20 ) az axiális összetevők 𝐹𝑡𝑚 = Mivel, 𝐹𝑛 = 𝐹𝑡𝑚 𝐹𝑎1 = 𝐹𝑡𝑚 tan 𝛼 sin 𝛿1, 𝑖𝑙𝑙. 𝐹𝑎2 = 𝐹𝑡𝑚 tan 𝛼 sin δ2, 𝐹𝑎1 = 12027,27N tan 20 sin 29,35 = 2146,04N 𝐹𝑎2 = 12027,27N tan 20 sin 60,65 = 3815,18N 35

36 míg a radiális erők: Ha a tengelyszög = 90, akkor F r1 = F tm tan α cos δ 1, ill. F r2 = F tm tan α cos δ 2 F a1 = F r2 és F a2 = F r1 A kerületi erő- csavaró- és hajlító- igénybevételnek, a radiális erő hajlító igénybevételnek, míg az axiális erő hajlító és húzó- vagy nyomó igénybevételnek teszi ki a tengelyt, ugyanúgy, mint ahogyan azt már a hengeres kerekeknél láttuk. 6 Forgácsoló erő meghatározása A tervezendő szögmarófej szilárdságtani ellenőrzéséhez ismernünk kell a megmunkálás közben fellépő forgácsolási viszonyokat. A készüléket leginkább homlok és palástmarásra használnák legfeljebb 200 [mm] átmérőjű lapkás maró-val. Ehhez a szerszámhoz tapasztalati úton 2 [mm]-es fogásmélységet és 150 [mm/perc]-es előtolást alkalmaznának 200 [1/perc]- es főorsó fordulat mellett. Ezekből a technológiai paraméterekből és az ismert megmunkálandó anyagminőségből már számíthatunk forgácsolási erőket, erőrendszereket, ami a szilárdságtani számításokhoz fontosak. 6.1 Forgácskersztmetszet meghatározása Elméleti forgácskeresztmetszet: A c = a p f = b mm 2 Fogásmélység: Előtolás: a p =2mm f=150 mm/min=2,5 mm/s A forgácskeresztmetszet alakja a K r szerszám elhelyezési szög nagysága szerint különböző lehet, amellett hogy a forgácskeresztmetszet nagysága ugyanaz marad. Szerszámra jellemző szerszámelhelyezési szög: K r =60 Forgács vastagság: = f sin K r = 2,5 sin 60 = 2,165 mm 36

37 Forgács szélesség: b = Az átlagos forgácskeresztmetszet: a p = 2mm = 2,309 mm sin K r sin 60 A c = a p f = 2,165mm 2,309mm = 4,998 5 mm 2 A forgácsvastagság és a forgácskeresztmetszet a forgácsolástechnika egyik alapvető paramétere. Alapja az erő és teljesítmény, gazdaságosság és a hatékonyság számításának. [4] 6.2 A forgácsoló erő tapasztalati képlete A forgácsoló erőt a gyakorlatban méréssel határozzák meg, elsősorban azért, mert az elméleti összefüggésekbe tartozó mennyiségek nem mindegyike ismeretes. A kísérleti eredmények adatait feldolgozva nyerhetők a forgácsoló erő illetve összetevőinek így pl.: a főforgácsoló erőnek (F c ) tapasztalati képletei. A gyakorlatban kétfajta tapasztalati képlet terjedt el. [4] a.) A fajlagos forgácsoló erővel számított forgácsoló erő Fajlagos forgácsoló erőnek (k c ) nevezik az egységnyi forgácskeresztmetszetre ható forgácsoló erőt: k c = F c A = τ c cot θ + tan θ + ω Ez nem más, mint a fajlagos forgácsoló energia (u), ami térfogat egységnyi anyag leforgácsolásához szükséges munka: A főforgácsoló erő tehát: u = E V = F c v c t A v c t = F c A = k c F c = k c A A fajlagos forgácsoló erőt az anyag olyan mechanikai tulajdonságával igyekeznek kapcsolatba hozni, mely viszonylag könnyen meghatározható. Így a k c értékére az alábbi ajánlásokat adják meg: 37

38 -Szívós, képlékeny anyagokra (acél): k c =(2..4)*R m, k c =2 értékkel számolok. A50-es szabványos szerkezeti acél szakítószilárdsága: R m =500 MPa k c = MPa = 1000 N/mm 2 Így a kialakuló forgácsoló erő : F c = k c A = 1000 N mm 2 5mm2 = 5000 N ahol: b.) A főforgácsoló erő hatványkitevős képlete F c = k c1 xf b Yf k c1 : mértékszámát tekintve azonos azzal a forgácsoló erővel, mely egységnyi forgácsvastagságú és egységnyi forgácsszélességű forgács keresztmetszeten ébred, szokás a fajlagos forgácsoló erő főértékének is nevezni. x F,y F : a forgácsvastagság és a forgácsszélesség kitevői, adott feltételek mellett állandóak Gyakorlatban elterjedt szerkezeti anyagok (acél, öntöttvas, acélöntvény, különféle ötvözetek, színes és könnyűfémek, stb.) forgácsolásakor a forgácsszélesség és a forgácsoló erő között lineáris kapcsolat van, ugyanakkor a forgácsvastagság növelésével a forgácsoló erő degresszíven nő. x F < y F Öntöttvas és acél forgácsolásakor érvényesnek tekinthetők az alábbi értékek: x F =0,75 y F =1,0 6.3 A forgácsolási teljesítmény számítása [4] A forgácsoló erőnek csak az F c komponense mértékadó teljesítményfelvétel szempontjából. Ha az F c főforgácsoló erőt [N]-ban, a v c forgácsolósebességet [m/min]-ban helyettesítjük, akkor a szerszám élén jelentkező un. tiszta forgácsolási teljesítmény (hasznos vagy nettó teljesítmény) közelítőleg: 38

39 P = MISKOLCI EGYETEM F m c v c 5000 N 125,66 = min = 10,47 kw A villamos motor által felvett teljesítmény ennél nagyobb. Ha η m a motor hatásfoka és η g a szerszámgép hatásfoka, akkor P ö = F c v c η m η g = m 5000 N 125,66 min = 13,96 kw 0,75 Ha a P ö összes felvett teljesítményt műszerrel megmérjük, akkor a fenti képletből a főforgácsoló erőt is kiszámíthatjuk: F c = P ö η m η g v c N A hatásfok figyelembevétele az ipari gyakorlatban legtöbbször becslés, vagy gyakorlati tapasztalatok alapján történik. Ha nincsenek pontosabb adataink, közelítéssel az ηm ηg = 0,75 értékben vehető fel. Vágósebesség: v c = D sz π n FO 1000 Maró szerszám átmérő: Főorsó fordulatszám: = 200mm π 3,33 1/s 1000 D sz =200 [mm] n FO =200[1/min]=3,333 [1/s] = 2,09418 m s = 125,65 m min 7 Kúpkerékpár szilárdságtani ellenőrzés 7.1 Érintkezési feszültség számítása A számítások a [3] as számú irodalom alapján. σ c = C p C b σ c : érintkezési feszültség [MPa] C p : rugalmassági tényező *MPa T D C a C s C m C xc C f C v b d 1 2 I T 1 T D z C p = 1 π 1 v 1 2 E + 1 v E 2

40 C b : feszültség-kiegyenlítési tényező (C b =0,634) T D : Tervezési nyomaték [Nm] (Optimális hordképet adó nyomaték) T 1 : működő nyomaték kiskeréken *Nm+ (Feltételezzük, hogy T 1 =T D ) C a : külső dinamikus tényező (C a =1,25) C v : belső dinamikus tényező C vmin = 2 π tan 1 v t 1,7 ε β 1, v t : kerületi sebesség [m/min] ε β : átfedés b: fogszélesség [mm] d 1 : kiskerék osztókörátmérője *mm+ C s : mérettényező (C s =1) C m : terhelés-eloszlási tényező C m = 1,2 C mf C mf =1,32 (egyik kerék konzolosan csapágyazott) C xc : foghossz-menti korrekciós tényező, (C xc =1,5 lokalizált hordkép esetén) z: terhelési kitevő (z=1, lokalizált hordképre) I: geometriai tényező (Meghatározása az ábra alapján) 40

41 Kúpkerékpár fogszámai a leolvasáshoz: (z 1 =18; z 2 =32) Már meglévő adatok: C b =0,634 d 1 =0,06235 m C a =1,25 b=0,02 m C s =1 ε β =1,061 C xc =1,5 v t =69,67 m/s C mf =1,32 I=0,09 ν=0,28 E 1 =E 2 =207000MPa Kiszámítandó: C m = 1,2 C mf = 1,2 1,32 = 1,58 C vmin = 2 π tan 1 69,65 m min 1,7 1,061 1, = 55,42 C p = 1 π 1 0, MPa + 1 0, MPa = 190,272 41

42 σ c = C p C b 2000 T D C a C s C m C xc C f C v b d 1 2 I T 1 T D z σ c = 190,27 0, ,95Nm 1,25 1 1,584 1,5 1 55,42 0,02m 0,06235m 2 0, = 383,27MPa Megengedett érintkezési feszültség: σ cmeg : megengedett feszültség [MPa] σ Dc : kifáradási határ [MPa]; (σ Dc =460MPa) σ cmeg = C L C H σ Dc C T C R C L : élettartam tényező; C L =0,7 (Meghatározása ábra alapján) C H : keménységi viszony tényező (C H =1, ha a két kerék keménysége közel azonos) C T : hőmérséklet tényező (C T =1, ha az üzemi hőmérséklet kisebb, mint 120 celsius) C R : megbízhatósági tényező (C R =1, ha a megbízhatóság 99%.) Terhelés ismétlődési szám N L =60*n1*L, ahol n1 a kiskerék fordulatszáma [1/min], L a tervezett élettartam óra. N L = , üó = 1, perc Élettartam tényező: C L =0,85 42

43 MISKOLCI EGYETEM 𝜎𝑐𝑚𝑒𝑔 = 0, = 391 𝑀𝑃𝑎 1 1 Biztonsági tényező: 𝑛𝑐 = 𝜎𝑐𝑚𝑒𝑔 391 𝑀𝑃𝑎 = = 1,02088 𝜎𝑐 383 𝑀𝑃𝑎 7.2 A fogtőfeszültség számítása: 𝜎𝑓 = 2000 𝑇1 𝐶𝑎 1 𝐶𝑠 𝐶𝑚 𝐶𝑣 𝑏 𝑑1 𝑚𝑡 𝐾𝑥 𝐽 σf: fogtőfeszültség *MPa+ T1: működő nyomaték a kiskeréken *Nm+ Ca: külső dinamikus tényező Cv: belső dinamikus tényező b: fogszélesség [mm] d1: kiskerék osztókörátmérője *mm+ mt: homlokmodul [mm] Cs: mérettényező Cm: terhelés-eloszlási tényező (Cm) Kx: foghossz-menti görbületi tényező 𝑞= 𝑟𝑐 𝐾𝑥 = 0,211 𝑅𝑚 𝑞 0,279 0,279 = = 0,9268 𝑙𝑔 sin 𝛽𝑚 𝑙𝑔 sin 30 1,89 + 0,789 = 0,211 63,59𝑚𝑚 0, ,789 = 1,083 rc: késfejsugár [mm]. (Megválasztása: rc=d2/2) A Gleason szabványosított késfej sorozata (a méretek inch-ben értendők) rc=0,25; 0,55; 0,75; 1,0; 1,375; 1,75; 2,25; 2,5; 3,0; 3,125; 3,75; 4,5; 5,25; 6,0; 7,0; Rm: középső osztokúphossz *mm+ A Kxmin=1 és a Kxmax=1,15 lehet, tehát a az intervallumba beleesik a számolt érték. 43

44 J: geometriai tényező (Meghatározása a. ábra alapján. Mindkét fogaskerékre külön meg kell határozni) Geometriai tényező M cs1 =375 Nm m t =3,545 mm C a =1,25 C s =1 C v =4,951 C m =1,584 b=20 mm K x =26,799 d 1 =62,35 mm r c =1,89 R m =63,59 mm J=0,218-0,208 σ f = 2000 T 1 K a K v 1 K s K m b d 1 m t K x J σ f = Nm 1,25 55, mm 62,35mm 3, ,584 = 26,26 MPa 1,083 0,21 Megengedett fogtőfeszültség: σ fmeg = σ fmeg = K L σ Df K T K R 0, MPa 1 1 = 391MPa 44

45 MISKOLCI EGYETEM σfmeg: megengedett feszültség [MPa] σdf: kifáradási határ [MPa] (σdf=460mpa) KL: élettartam-tényező (KL=0,85) CT: hőmérséklet-tényező (CT=1) CR: megbízhatósági tényező (CR=1) Biztonsági tényező: 𝑛𝑓 = 𝜎𝑓𝑚𝑒𝑔 391 𝑀𝑃𝑎 = = 14,889????? 𝜎𝑓 26,26 𝑀𝑃𝑎 Értékelés: A kúpkerékpár szilárdsági szempontból megfelel, ha 𝑛𝑐 𝑛𝑐𝑚𝑖𝑛 112 3,795, tehát megfelel. 8,998 𝑛𝑓𝑚𝑖𝑛 A minimálisan szükséges biztonság: 𝑛𝑐𝑚𝑖𝑛 = 1,2 1,4 𝑛𝑓𝑚𝑖𝑛 = 1,6 2,0 A számítások [3]-as irodalom alapján. 8 Tengelyek szilárdságtani ellenőrzése A kúpkerék kapcsolatnál fellépő és a forgácsolásnál kialakuló erőket és nyomatékokat, már az előző fejezetekben meghatároztuk, most a csapágyaknál fellépő erőket számolom és ábrázolom igénybevételi ábrákon. A kapott eredményekből a tengelyek szilárdságtani ellenőrzése következik majd. 45

46 A számításokhoz szükséges már ismert értékek: Főforgácsoló erő: F c 5000 N Kúpkeréken ébredő kerületi erő F tm N Kúpkeréken ébredő radiális erők: F r1 2146,04 N F r2 3815,18 N Kúpkeréken ébredő axiális erők: F a1 2146,04 N F a2 3815,18 N A behajtásnál ébredő kerületi erő: F ker1 8151,15 N FO.-t terhelő csavarónyomaték: M csfo 666,66 Nm Kúpos szárat terhelő csavarónyomaték: M csk 374,95 Nm Kúpos szár X-Z síkban 46

47 A tengelyen fellépő távolságok: - a=35 mm - b=48 mm - c=41,5 mm Axiális erőkből adódó hajlítónyomaték: M 1 = F a1 d m1 = 2146N 0,06235m = 66,91Nm A kis kúpkerék középső osztókör átmérője: (d m =62,35mm) A fenti ábra már tartalmazza az igénybevételi ábrákat is. A kapott eredmények igazolása a számítások alapján: Az egyensúlyi nyomatéki egyenletet felírva az A csapágyazásnál kapjuk, hogy ebből kifejezhetjük az F Bx -t: F Bx = M a = 0 = M 1 F r1 a + F ker 1 b + c + F Bx b F Bx = F r1 a + M 1 F ker 1 b + c b 2146,04N 0,035m + 66,91Nm 8151,15N 0,0895m 0,048m Alkalmazva ezt az számítást a B csapágyazásnál: ebből kifejezhetjük az F Ax -t: M b = 0 = M 1 + F ker 1 c F r1 a + b F Ax b = 12239,8N F Ax = F Ax = F ker 1 c F r1 a + b M 1 b 8151,15N 0,0415m 2146,04N 0,083m 66,91Nm 0,048m Felírva a vetületi egyenletet kapjuk, hogy: = 1942,6N F = F ker 1 + F r1 + F Ax + F Bx = 0 Tehát az erőegyensúly teljesül. 47

48 Kúpos szár Y-Z síkban Az Y-Z síkon az axiális erő nem fejt ki nyomatékot így csak Y irányú erőkomponensek adódnak. A fenti ábra már tartalmazza az igénybevételi ábrákat is. A kapott eredmények igazolása a számítások alapján: Az egyensúlyi nyomatéki egyenletet felírva az B csapágyazásnál kapjuk, hogy ebből kifejezve az F Ay : F Ay = M b = 0 = F tm 1 a + b + F Ay b F ker 1 c F Ay = F ker 1 c F tm 1 a + b b 8151,15N 0,0415m 12026,63N 0.083m 0,048m = 13748,7 N 48

49 Alkalmazva ezt a számítást az A csapágyazásnál: ebből kifejezve az F By -t: F By = M a = F tm 1 a F By b F ker 1 b + c b F By = F r1 a F tm 1 b + c b 12026,63N 0,035m 8151,15 0,0895m 0,048 Felírva a vetületi egyenletet kapjuk, hogy: = 6429,1N F = F ker 1 + F r1 + F Ay + F By = 0 Tehát az erőegyensúly teljesül. Minimális tengelyátmérő meghatározása: A fenti egyenletek alapján a tengelyt terhelő hajlító nyomaték a veszélyes keresztmetszetben (A-jelű csapágyazásnál): M I. = M x 2 + M y 2 = = 539,89Nm A redukált nyomaték: M redi = M 2 cs + M 2 I. = ,89 2 = 657Nm A szükséges keresztmetszeti tényező: A minimális tengelyátmérő: K szüks = M redi. 657Nm 103 = = 2526,9mm 2 τ meg 260 d mini. = 3 M redi ,1 τ meg = 3 657Nm ,1 260MPa = 29,345mm A tengely legkisebb átmérőjét d mini. =30 mm-re választva, biztosan megfelel. 49

50 Főorsó Z-X síkban A tengelyen fellépő távolságok: - a=103 mm - b=30 mm - c=82 mm Axiális erőkből adódó hajlítónyomaték: M 2 = F a2 d m2 2 = 3815,18N 0,06235m 2 = 118,95Nm A kis kúpkerék középső osztókör átmérője: (d m2 =110,85mm) 50

51 A fenti ábra már tartalmazza az igénybevételi ábrákat is. A kapott eredmények igazolása a számítások alapján: Az egyensúlyi nyomatéki egyenletet felírva az D csapágyazásnál kapjuk, hogy ebből kifejezhetjük az F Cz -t: M d = 0 = F forg (a + b + c) F Cz b + c F r2 c + M 2 F Cz = F Cz = F forg a + b + c F r2 c + M 2 b + c 5000N 0,215m 3815, ,95Nm 0,112m Alkalmazva ezt az számítást a C csapágyazásnál: = 11329N ebből kifejezhetjük az F Dz -t: M c = 0 = F forg a + F r2 b F Dz b + c + M 2 F Dz = F Dz = F forg a F r2 b M 2 b + c 5000N 0,103m 3815,18N 0,03m 118,95Nm 0,112m Felírva a vetületi egyenletet kapjuk, hogy: = 2514N F = F ker 1 + F r1 + F Ax + F Bx = 0 Tehát az erőegyensúly teljesül. 51

52 Főorsó Y-X síkban Az Y-X síkon az axiális erő nem fejt ki nyomatékot így csak Y irányú erőkomponensek adódnak. A fenti ábra már tartalmazza az igénybevételi ábrákat is. A kapott eredmények igazolása a számítások alapján: Az egyensúlyi nyomatéki egyenletet felírva az D csapágyazásnál kapjuk, hogy ebből kifejezve az F Cy : F Cy = M d = 0 = F forg (a + b + c) F Cy b + c F tm 2 c F Cy = F forg a + b + c F tm 2 c b + c 5000N 0,215m 12026,63N 0.082m 0,112m Alkalmazva ezt az számítást a C csapágyazásnál: M C = F forg a F tm 2 b F Dy b + c 52 = 18403,4N

53 ebből kifejezve az F Dy -t: F Dy = Felírva a vetületi egyenletet kapjuk, hogy: F Dy = F forg a F tm 2 b b + c 5000N 0,103m 12026,63 0,03m 0,112 = 1376,79N F = F ker 1 + F r1 + F Ay + F By = 0 Tehát az erőegyensúly teljesül. Minimális tengelyátmérő meghatározása: A fenti egyenletek alapján a tengelyt terhelő hajlító nyomaték a veszélyes keresztmetszetben (A-jelű csapágyazásnál): M II. = M z 2 + M y 2 = = 728Nm A redukált nyomaték: M redii. = M 2 cs + M 2 I. = 666, = 987 Nm A szükséges keresztmetszeti tényező: A minimális tengelyátmérő: K szüks = M redii. τ meg = 987Nm 260 = 3796mm2 d minii. = 3 M redii ,1 τ meg = 3 987Nm ,1 260MPa = 33,61mm A tengely átmérőjét d minii. =34 mm-re választva, biztosan megfelel. 53

54 9 Csapágykiválasztás MISKOLCI EGYETEM A gördülőcsapágy szabványos gépelem, kereskedelmi forgalomban kapható, alkalmazása a felhasználó szempontjából nagyon kényelmes. A gördülőcsapágyak kevés karbantartást igényelnek, könnyen és gyorsan szerelhetők, kenőanyag szükségletük kicsi. A gördülőcsapágyak hátránya, hogy lökésszerű igénybevételre viszonylag érzékenyek. További hátrányuk, hogy a szennyeződésekre érzékenyek, ezért a tömítésüket nagyon gondosan kell kialakítani. A gördülőcsapágyaknak számos változata létezik és az egyes változatok sajátos tulajdonságokkal rendelkeznek, a kiválasztásnál ezeket a tulajdonságokat kell a követelmény szempontjából mérlegelni. [8] A tervezendő szögmarófejben a csapágyakra mind radiális, mind axiális erők is hatnak, így figyelembe kell vennünk, hogy a csapágyak annál nagyobb tengelyirányú erő átadására alkalmasak, minél nagyobb a gördülőtestek érintkezési helyén az átadott erő irányát meghatározó hatásszög. Kisebb tengelyirányú terhelés átadására az egysoros mélyhornyú golyóscsapágyak és a beálló golyós és görgős csapágyak is alkalmasak. Nagyobb sugárirányú és tengelyirányú terhelés átadására képesek a kúpgörgős csapágyak. Egyes gépek, mint például a szerszámgépek, vagy a nagy fordulatszámú tengelyek fokozott pontosságú csapágyakat igényelnek Az ismert csapágyterhelések, fordulatszám és tengelyátmérő ismeretében számolhatunk csapágy élettartamot és dinamikus alapterhelést. Kúpos száron lévő orsócsapágyakra: F Ax 1942,6 N F Ay 13748,7 N F Bx 12239,8 N F By 6429 N F Bz 2146 N n 355,6 1/min d t1 40 mm A tervezett élettartam: L h =5000 üó (üzemóra), mivel a készülék rövid ideig vagy csak szakaszosan üzemel. L 10 = 60 n L 10 6 = ,6 min 5000 üó 10 6 = 106,68 mkf (millió körülfordulás) 54

55 Gördülőcsapágyak egyenértékű dinamikus terhelése: A jelű csapágy terhelése radiális jellegű és két erőkomponensből adódik P A = F Ax 2 + F Ay 2 = 1942, ,7 2 = 13885,26N B jelű csapágy terhelése radiális és axiális erőhatásoknak is ki van téve: F radb = F Bx 2 + F By 2 = 12239, = 13825,5N F axb = 2146N P B = X F radb + Y F axb Az FaxB komponenst elhanyagolva kapjuk hogy : P B = 13825,5N Az élettartam egyenlet: A gördülőcsapágy L 10 élettartama, a csapágyra ható P egyenértékű terhelés és a csapágy C dinamikus alapteherbírása között az összefüggést az élettartam-egyenlet fejezi ki: L 10 = C P p, ahol p az élettartam-egyenlet kitevője (golyóscsapágyakra: p=3) A gördülőcsapágy kiválasztása az élettartam-egyenlet segítségével: A csapágy tervezett élettartamának és egyenértékű terhelésének ismeretében a csapágy dinamikus alapteherbírása az élettartam egyenletből: C sz = P L 10 3 A csapágyak dinamikus alapteherbírásának meghatározása: C sza = P A L 10 1/3 = 13885,26N 106,68mkf 1/3 = 65,85 kn C szb = P B L 10 1/3 = 13825,5N 106,68mkf 1/3 = 65,57 kn 55

56 Az adott átmérőhöz az SKF csapágykatalógusból csak C=50kN dinamikus alapterhelésű csapágyat találtam, így az élettartam jelentősen csökkenni fog. A választott csapágy : SKF 7308, amelynek jellemző terhelései: - C=50kN (dinamikus alapterhelés maximuma) - C 0 =32,5kN (statikus alapterhelés maximuma) L 10A = C P A p = 50000N 13885,26N 3 = 46,695 mkf L A = 106 L 10A 60 n = ,695 = 2188,55 üó ,6 L 10B = C P B p = 50000N 13825N 3 = 47,306 mkf L B = 106 L 10B 60 n = , ,6 = 2217,19 üó Az ismert csapágyterhelések, fordulatszám és tengelyátmérő ismeretében számolhatunk csapágy élettartamot és dinamikus alapterhelést. Főorsó C és D helyen lévő orsócsapágyaira: F Cx 3815 N F Cy N F Cz N F Dx 3815 N F Dy 1377 N F Dz 2514 N n 200 1/min d t2 ( C jelű csapágynál) 85 mm d t3 ( D jelű csapágynál) 60 mm A tervezett élettartam: L h =5000 üó (üzemóra) L 10 = 60 n L 10 6 = üó min 10 6 = 60 mkf (millió körülfordulás) 56

57 Gördülőcsapágyak egyenértékű dinamikus terhelése: C jelű csapágy terhelése radiális és axiális erőhatásoknak is ki van téve: P C = F Cy 2 + F Cz 2 = = 21610N F axc = 3815N D jelű csapágy terhelése radiális és axiális erőhatásoknak is ki van téve: F radb = F Dy 2 + F Dz 2 = = 13825,5N F axd = 3815N P B = X F radb + Y F axb Az F axc és FaxD komponenst elhanyagolva kapjuk hogy : Az élettartam egyenlet: P C = 21610N és P D = 2866N A gördülőcsapágy L 10 élettartama, a csapágyra ható P egyenértékű terhelés és a csapágy C dinamikus alapteherbírása között az összefüggést az élettartam-egyenlet fejezi ki: L 10 = C P p, ahol p az élettartam-egyenlet kitevője (gördülőcsapágyra: p=10/3) A gördülőcsapágy kiválasztása az élettartam-egyenlet segítségével: A csapágy tervezett élettartamának és egyenértékű terhelésének ismeretében a csapágy dinamikus alapteherbírása az élettartam egyenletből: C sz = P L 10 3/10 A csapágyak dinamikus alapteherbírásának meghatározása: C szc = P C L 10 1/3 = 21610N 60mkf 3/10 = 73,807kN C szd = P D L 10 1/3 = 2866N 60mkf 3/10 = 9,79 kn 57

58 A C jelzésű csapágy helyén d t2 =85mm tengelyátmérőhöz SKF típusú kúpgörgős orsócsapágyat választom. A választott csapágy : SKF 30217, amelynek jellemző terhelései: - C=176kN (dinamikus alapterhelés maximuma) - C 0 =220kN (statikus alapterhelés maximuma) L 10C = C P C p = N 21610N 10/3 = 1086,9 mkf L C = 106 L 10C 60 n = , = 9575 üó A D jelzésű csapágy helyén d t3 =60mm tengelyátmérőhöz SKF típusú kúpgörgős orsócsapágyat választom. A választott csapágy: SKF 30212, amelynek jellemző terhelései: - C=112kN (dinamikus alapterhelés maximuma) - C 0 =114kN (statikus alapterhelés maximuma) L 10D = C P D p = N 2866N 10/3 = mkf L D = 106 L 10D 60 n = = ~ üó 16. ábra SKF J2/Q típusú orsócsapágy. Az SKF Jelű orsócsapágy ugyan ilyen konstrukció, csak a méretei mások 58

59 17. ábra SKF 7308 BEP típusú orsócsapágy. Ebből egy pár O elrendezésben kerül beépítésre a kúpos szárra. 10 Kenés és Tömítés Tömítésre mind egyszerű használati tárgyakban, mind bonyolult gépezetekben szükség van. A tömítések megakadályozzák az elválasztott részek között a gázok, gőzök, folyadékok, lebegő szilárd részecskék stb. áramlását. A nyugvó tömítések egymáshoz képest álló elemek között helyezkednek el. Ezek egy része roncsolás nélkül, másik része csak roncsolással bontható. Az egymáshoz képest elmozduló mozgó részeket mozgó tömítésnek nevezzük, ennek a gépeleme a tömítőgyűrű. A Főorsó és fedél között lévő tömítéseknél mozgó érintkező tömítésekről beszélhetünk. A tömítőgyűrűk szerkezeti kialakítása rendkívül gazdag, a feladat és a körülmények gondos mérlegelése alapján lehet közülük választani. Esetemben a szögfej főorsója és a fedelek között O-gyűrűs tömítést alkalmazok, ami tökéletesen ellátja feladatát, hiszen túl nagy fordulatszámok a megmunkálások során nem fordulnak majd elő. A másik fontos tömítést és kenést igénylő gépelemek a szerkezeten belül a kúpkerekek és a gördülőcsapágyak. A csapágyakat védeni kell szennyeződések ellen, ezzel is biztosítva a megfelelő súrlódási viszonyokat. Mivel a szögmarófejen belüli kenés úgy néz ki, hogy az egész ház gépolajjal van feltöltve, külön a csapágyak tömítése nem szükséges. A kenőolaj tehát megfelelően keni a kúpkerekeket és a csapágyakat is, a gépolaj leeresztése egy tömített furaton lehetséges a ház alján. Az O-gyűrűs tömítés megoldásra a következő szempontok miatt jutottam: Túl nagy sebesség viszonyok nem alakulnak ki az egymáson elmozduló gépelemek között. A tengelyek túlságosan nem deformálódnak terhelés hatására. Könnyen szerelhető, egyedi méretekkel, minőségben gyártható. Viszonylag kicsi a szükséges rendelkezésre álló hely. Kicsi az érintkező tömítések okozta veszteség. 59

60 Az üzemi hőmérséklet a viszonylag kicsi fordulatszám miatt alacsony. Olcsó A fedelek menti tömítésre továbbá méretre vágott gumilapokat alkalmazok, amik a ház és fedél közé lesznek szorítva. Néhány kép a tömítésekről: b.) a.) [8] 18. ábra A főorsónál lévő tömítések: a.) O-gyűrű b.) Gumilap 11 Szerelés, üzembehelyezés A szögfej három fő egységből áll. A házból, a főorsóból és a kúpos szárból. A szerelést a főorsóval és a hozzá kapcsolódó gépelemekkel kezdjük, legelőször a D jelű csapágyat rögzítjük a külső gyűrű mentén a házban megfelelő minőségűre köszörült felületen. A csapágy méretétől, beszerelési helyétől és az üzemi alkalmazástól függően nagyon különböző lehet a beépítési mód. Gyakran előfordul, hogy csak különleges célszerszámokkal szerelhető a csapágy, melyek beszerzése nagyon költséges, használatuk pedig különleges szakértelmet kíván. Ebben az esetben célszerű a szerelést speciálisan képzett szakemberekre bízni, mert a szerelés költsége bőségesen megtérül a várható lényegesen hosszabb működési élettartam alatt. A szerelőszerszámok lehetővé teszik a gördülőcsapágyak gyors, biztonságos és sérülésmentes szerelését. Esetünkben a csapágyakat erre a célra vásárolt ütő gyűrűkkel, 60

61 csövekkel és kalapáccsal illesztjük a helyükre. Ennek a szerelési módnak jó néhány előnyös tulajdonsága van többek közt, hogy az ütőgyűrűk speciális geometriájának köszönhetően egyenletes az erőátvitel, így a szerelt csapágyon nem lép fel mechanikai sérülés. 19. ábra D csapágy illesztése mechanikus préssel a ház köszörült felületére. Ezután a főorsó csőtengelyére felfűzzük a C jelű csapágyat majd a nagy kúpkereket és azt orientáló és rögzítő reteszeket majd végül a távtartó gyűrűt ami a nagy kúpkerék és a D jelű csapágy belső gyűrűje között helyezkedik el és előfeszítő szerepe is van a hézagolásnak köszönhetően. 20. ábra Főorsóra felfűzzük, a C jelű csapágyat, a kúpkereket a reteszekkel és a távtartó gyűrűt. 61

62 A következő lépés, hogy a már felfűzött főorsót át ütjük a D jelű csapágy belső gyűrűjén majd rögzítjük a csőtengely végére szerelendő két orsóanyával. 21. ábra A főorsó a helyére került. Végül a főorsó szerszámfelőli oldálára a fedélet szereljük fel a tömítés közbeiktatásával. A fedél rögzítésével a C jelű csapágy külső gyűrűje is a helyére erősíthető és a későbbiekben finoman állítható. A főorsó másik oldalán is tömítünk az O-gyűrűvel és a fedéllel. 62

63 22. ábra A másik főelem a kúpos szár, amit a következő módon szerelünk: A szárra sorban felfűzzük az alkatrészeket: A fedelet a tömítéssel, a B jelű orsócsapágyat, a távtartó gyűrűket, az A jelű orsócsapágyat a kis kúpkereket a retesszel, majd végül a tengelyvégtárcsát rögzítjük csavarokkal. 23. ábra A szárra felfűzünk sorban minden alkatrészt, a csapágyakat ütőgyűrűvel illesztjük a a tengelyre. Ezután a felfűzött szárat mechanikus módon betoljuk a ház megfelelően kiképzett belső felületére, úgy hogy a szár végén lévő kis kúpkerék megfelelően kapcsolódjon a nagyobb kúpkerékhez, ez többszöri próbálkozással, finom állítgatással tudjuk pontosan beállítani. Végső lépésként a fedelet rögzítjük csavarokkal a házhoz, ezáltal az orsócsapágyak külső gyűrűje is megtámasztódik. 24. ábra 63