Erőátvitel tervezése. Tengelykapcsoló. Magdics G. (LuK Savaria) Trencséni B. (BME)

Átírás

1 Erőátvitel tervezése Tengelykapcsoló Magdics G. (LuK Savaria) Trencséni B. (BME) 1

2 Tervezési feladat 1. Méretezéshez szükséges járműadatok meghatározása: Motornyomaték, beépítési környezet, csatlakozó méretek, működtetőerő, járműtömeg, váltóáttételek, kerékméret. 2. Nyomatékátviteli biztonsági tényező számítása. 3. Hőterhelés számítása. 4. Tányérrugó geometria és beépítési helyzet meghatározása. 5. Betétrugózási jelleggörbe kiválasztása. 6. Áttétel, nyomólap-elemelkedés meghatározása 7. Laprugók méretezése (merevség, előfeszítés). 8. Szegecsek ellenőrzése nyírásra. 9. Kuplung-jelleggörbék analitikus számítása új állapotban és kopásban: működtetőerő, szorítóerő, nyomólap-elemelkedés. 10. Torziós jelleggörbe meghatározása. 11. Szerelhetőség ellenőrzése. 12. Kopási tartalék ellenőrzése. 13. Összeállítási rajz elkészítése (lendítőkerék, váltóharang, kuplungszerkezet, kuplungtárcsa, kinyomócsapágy, működtető mechanizmus) 2 2

3 Tervezési feladat 3 3

4 1. Kiindulási adatok, jelölések M m : Motornyomaték i 1 : 1. fokozat áttétele i d : Differenciálmű áttétele R k : Kerék gördülési sugara - számítandó a kerékméretből m : a jármű megengedett legnagyobb össztömege n m : Elinduláskor használt fordulatszám - ~ /perc x p : pedálút mm x a : Kinyomócsapágy útja (kinyomási út) mm d k : Súrlódó felület külső, és d b : Belső átmérője v : Szükséges kopási tartomány - 1,5.. 2 mm s : Biztonsági tényező - 1,3.. 1,5 c z : Tányérrugó nyelvek merevsége - számítandó (analitikus / FEM) c d : Fedél merevsége - számítandó (FEM) d A : Kinyomócsapágy átmérője - Ø40.. Ø50 mm F Ax : Kuplungszerkezet szorítóereje - számítandó (2. pont) z : Súrlódó felületek száma µ : Súrlódási tényező - 0,3.. 0,35 r m : Közepes súrlódási sugár - számítandó 4 4

5 1. Kiindulási adatok, jelölések v o : Járműsebesség n m fordulatszámnál F L : Laprugóelófeszítés adott üzemi pontban B : A tányérrugó mindenkori beépítési helyzete (lásd 4. pont) B 0 : A tányérrugó beépítési helyzete új állapotban B k : A tányérrugó beépítési helyzete kioldott állapotban B v : A tányérrugó beépítési helyzete kopott súrlódó betétek esetén F TR : A tányérrugó mindenkori előfeszítése N l BR : Betétrugózás hossza - 0,6.. 0,9 mm a : A nyomólap elemelkedése a zárt állapotból, a tk. működtetésekor 1,3.. 1,6 mm F A : Kinyomóerő, a kinyomócsapágyon N F D : Fedélerő (a tányérrugó és a fedél között ébredő erő) h AL : Nyomólapfül magassága a felcsavarozási felülettől h DL : Laprugó felfekvő felületének magassága a fedélen EM : A tengelykapcsoló beállítási mérete: a felcsavarozási felület és a súrlódó felület távolsága. 5 5

6 1. Kiindulási adatok, jelölések h DL h AL A y + FL x FAx FTR B MTF FTR FD l1 l2 dbk da dkk C FA 6 6

7 2. Nyomatékátviteli biztonsági tényező számítása M = F m r kuplung Ax m z, ahol r m = 1 3 d d 3 k 2 k - - d d 3 b 2 b s = M kuplung M m Cél: F Ax meghatározása oly módon, hogy: s =1,3...1,5 7 7

8 3. Hőterhelés számítása Cél: W < A 40J / cm 2 sík úton, és W mn < 25 KJ / kg, ahol A : az összes súrlódó felület nagysága, és m n : a nyomólap tömege. 8 8

9 3. Hőterhelés számítása A kuplungrendszerben elinduláskor hővé alakuló munkaveszteség : W = 1 M d 2 i m v0, ahol 2 M - M i Y M ψ M i Cél: : a váltó behajtó tengelyére redukált fékezőnyomaték (számítandó a menetellenállásokból) : a motor által n m fordulatszámon leadott nyomaték sík úton, (nyomatékjelleggörbe alapján, ennek hiányában: 0,95 M m dízelmotorra 0,85 M m benzinmotorra W < 40J / cm A 2 sík úton A m9 n : az összes súrlódó felület nagysága, és : a nyomólap tömege 9

10 3. Hőterhelés számítása 10 10

11 4. Tányérrugó geometria meghatározása Változtatható paraméterek (bekeretezve): B 10 s10 dbk dkk Kritériumok: - anyagvastagság változtatása 0,05 mm-es lépcsőkben lehetséges; 11 - meredekség változtatása 0,01 mm-es lépcsőkben lehetséges. 11

12 4. Tányérrugó geometria meghatározása A tányérrugó jelleggörbéjének számítására az Almen László képlet alkalmazandó. Ez jó közelítést ad a tányérrugó út-erő jelleggörbéjére, és az egyes élekben ébredő feszültségekre is

13 4. Tányérrugó geometria meghatározása A tányérrugó geometriáját oly módon kell meghatározni, hogy a mellékelt ábra szerint számítható σ m és σ a megengedhetőek legyenek a választott anyagra. F TR B k -B 0 =a+f kmax c z σ a σ m 13 B 0 B Inflexiós pont, sík állapot. 13

14 4. Tányérrugó geometria meghatározása Cél: Jelleggörbe kiszámítása az előző oldal szerint meghatározott geometriával a következő feltételek szerint: min. v F TR min. F Ax +F L 14 B 0 B v B Inflexiós pont, sík állapot. 14

15 5. Betétrugózási jelleggörbe kiválasztása A motornyomaték függvényében kiszámított szorítóerő alapján történik. Az erő és a szükséges áttétel ismeretében határozandó meg. Kezdeti meredeksége döntően befolyásolja a jármű indíthatóságát. F Ax Oldott tk. 15 l BR Zárt tk. Nyomólap elmozdulás 15

16 6. Áttétel, nyomólap-elemelkedés meghatározása A nyomólap elemelkedése oldott állapotban: x - F c a c Cél: a K max - FTR0 ik amin = l BR + 0,7 d 16 16

17 7. Laprugók méretezése Egy laprugó merevsége: C LR = E b s 3 L ( l - d ) 3 s L b d l 17 17

18 7. Laprugók méretezése Cél: - Kiemelt kuplungnál a laprugók legyenek képesek megtartani kb. a nyomólap súlyát. - Szállítási helyzetben a hajlítófeszültség ne haladja meg a választott anyag folyáshatárát. A szállítási helyzetet az az állapot határozza meg, amikor a tányérrugó nyelvek felütköznek a fedél belső átmérőjén (C pont), vagy ha a laprugók lépcsős szegeccsel vannak szerelve, akkor ezek felütköznek a fedélen (A pont). Ezt a helyzetet úgy kell meghatározni, hogy lehetővé tegye a teljes kopási tartomány kihasználását, de a laprugók a lehető legkisebb hajlító igénybevételt szenvedjék el. - A laprugók a motornyomaték felét átviszik a fedélről a nyomólapra. Elhelyezésüket a motor forgásirányának ismeretében úgy kell meghatározni, hogy húzásra legyenek igénybe véve. - A laprugókat szükséges kihajlásra méretezni. A számítás során a mindkét végén befogott rúd esetét kell alkalmazni. A terhelő erőt a max. motornyomaték 10- szereseként kell figyelembe venni

19 Feladat: 7. Laprugók méretezése - A laprugómerevség ismeretében a laprugóerő jelleggörbe felrajzolása - A nyomólap és a fedél geometriájának ismeretében (hal, hdl, EM) az egyes pontok berajzolása a laprugó-jelleggörbébe. FB 1. Új állapot 2. Kinyomott állapot (a) 3. Kopás (v) 4. Szállítási helyzet (t) a v t Δh 19

20 8. Szegecsek méretezése A laprugószegecseket a motornyomaték nyírásra veszi igénybe, ezért szükséges ennek az ellenőrzése. Mivel a motornyomaték fele a lendítőkerékről közvetlenül a tárcsára adódik, a laprugóknak a motornyomaték felét kell átvinniük a fedélről a nyomólapra. A szegecseket (és a laprugókat) terhelő erő optimálása érdekében a laprugót a nyomólaphoz és a fedélhez rögzítő szegecsek gyakran nem azonos átmérőn helyezkednek el. Cél: - 2-es biztonsági tényező nyírásra, a motor forgatónyomatékából származó igénybevétellel szemben. - A szegecsszárak átmérője általában 5, 6 vagy 7 mm

21 8. Szegecsek méretezése A súrldó betétet a rugószegmensekhez és a szegmenseket a menesztőtárcsához rögzítő szegecseket hasonló módon nyírásra szükséges ellenőrizni. Ezeknek azonban a teljes motornyomatékot át kell vinniük. A tk. tárcsákon általában 8 (vagy 8x2) rugószegmens található, így a motornyomaték 16 szegecs között oszlik meg a betéten

22 9. Kuplung jelleggörbék analitikus számítása Meghatározandó a tengelykapcsoló szorítóerő (F Ax ), működtetőerő (F A ), nyomólap- elemelkedés (a) és fedélerő (F D ) jelleggörbéje a kinyomócsapágy által megtett út függvényeként. Képletek a mellékletben, még le kell ellenőriznem

23 10. Torziós jelleggörbe meghatározása (H - hiszterézis) 23 23

24 10. Torziós jelleggörbe meghatározása M 4 M zár 1 5 M ef β

25 10. Torziós jelleggörbe meghatározása Meghatározandó a torziós jelleggörbe a fenti peremfeltételekkel. A hiszterézis (súrlódó nyomaték) létrehozása tányérrugóval (6) történik, mely nyelvekkel kapcsolódik az 5 (tárcsához), hogy elfordulás ellen biztosítva legyen. A súrlódó erő/nyomaték a (7) műanyag gyűrűn ébred. Cél, kritériumok: - nyomórugók száma 4 vagy 6 - a maximális elfordulást a (3) távtartócsapon felütköző (4) agykarima kell korlátozza oly módon, hogy a rugó menetei nem ütközhetnek fel egymáson

26 10. Torziós jelleggörbe meghatározása A valóságban gyakran alkalmaznak többfokozatú jelleggörbét (általában max. 4) a jobb izoláció eléréséhez alacsony terheléseknél

27 10. Torziós jelleggörbe meghatározása 27 27

28 10. Torziós jelleggörbe meghatározása Az F előfeszítő erőt a (4) agykarima és az (5) ellentárcsa által előfeszített (6) tányérrugó biztosítja. m r2 r1 MR F M [Nm] M R M R H 2 Súrl.erő: Köz. súrl. sugár: 6 FR = F x m rm = (r1 + r2) / 2 7 Súrl. nyomaték Hiszterézis 28 MR = FR x rm H = 2 x MR a [ ] 3 28

29 10. Torziós jelleggörbe meghatározása A nyomórugók geometriáját úgy kell meghatározni, hogy a menetek M zár nyomaték hatására bekövetkező elfordulás esetén se ütközzenek fel egymáson. Ezt a terhelést a (3) távtartócsapok kell felvegyék. Ezeket az M zár nyomaték által okozott nyírásra kell ellenőrizni. A másik fontos szempont a méretezésük során a középső hengeres rész hosszának meghatározása. Ez és az (5) ellentárcsa geometriája határozza meg a (6) tányérrugó előfeszítését. Utóbbit úgy kell megállapítani, hogy a (7) műagyag gyűrű néhány tized mm-es kopása esetén is legyen elég szorítóereje a szükséges hiszterézis létrehozásához

30 11. Szerelhetőség ellenőrzése Ellenőrizni kell a tervezett szerkezet sorozatgyártásra való alkalmasságát. - a rugók előfeszítése megoldható e - a távtatócsapok, szegecsek betalálnak e a számukra kialakított furatokba - tk. csavar hossza elegendő e a tányérrugó előfeszítéséhez - a szegecskötések alkalmasak e arra, hogy a szegecselés során a szerszám ellentarthasson a szegecselő bélyegnek 1 - megoldandó az egyes alkatrészek pozicionálása, központosítása pl. a tárcsa súrlódó gyűrűje, vagy a tk. tányérrugója

31 12. Kopási tartalék ellenőrzése A súrlódó betétek axiális méretét úgy kell meghatározni, hogy a tk. kopási tartományát kihasználva is maradjon légrés a súrlódó felület és a betétszegecsek feje között. Mivel a lendítőkerék tömege általában nagyobb, mint a nyomólapé, ezért kevésbé melegszik fel, így a tárcsa motoroldali betétjén általában kisebb kopás jelentkezik, mint a váltóoldali betéten. min. v/

32 13. Működtető rendszer Kiegyenlítő tartály Holtponti rugó Kuplung ház Csillapítók Vezeték Pedálbox Kuplungpedál Hidraulikus kuplung kinyomó munkahenger Hidraulikus kuplung kinyomó csapágy Sebességváltó hajtótengely Tengelykapcsoló szerkezet 32 Lendítőkerék Kuplungtárcsa 32

33 13. Működtető rendszer Dugattyú két mozgó tömítéssel: 33 33

34 13. Működtető rendszer Központi kinyomócsapágy munkahenger műanyag házzal, acél vezetőpersellyel: 34 34

35 14. Összeállítási rajz Tartalmazza a tengelykapcsoló, és a tárcsa keresztmetszetét zárt, oldott állapotban, és kopásban, lásd 3. oldal. Felülnézet mindkét alkatrészről: - kuplungszerkezet: a felcsavarozási kép ábrázolásával, - kuplungtárcsa: a rugók elhelyezésének és az elfordulási szöget behatároló agykarima/távtartócsapok ábrázolásával. Oldalnézet a laprugók környezetéről. Kinyomócsapágy, működtető mechanizmus (pedálig)

36 14. Összeállítási rajz Ellenőrzendők a következők: - tányérrugó pozíciója kinyomott állapotban (nem ütközhet a tárcsával, és nem érhet hozzá a kinyomócsapágyhoz a kinyomási átmérőn kívül), - kinyomott állapotban a nyomólap és a tányérrugó nem ütközhetnek a fedélnek. - Ellenőrizni kell a kinyomócsapágy működési tartományát. A két legszélső pozíciója lehetővé kell tegye a tk. teljes oldását, ill. kopott állapotban sem ütközhet fel a visszanyomott munkahenger. - Az egyes rendszerelemek között megfelelő távolságokat kell biztosítani kopott betétek esetén is: - kopott betéteknél ellenőrzendő a tányérrugó mozgási tartománya. Nem ütközhet a fedélnek vagy a váltóháznak, - a tárcsa csillapító / agy része a betétek kopásával párhuzamosan elmozdul a motor felé (zárt tk. esetén), a lendítőkerék felé ehhez helyet kell biztosítani. - Oldott tk.nál a tárcsa a betétrugózás miatt elmozdul a váltó irányába, a tk. felé ennek helyet kell biztosítani