GÉPSZERKEZETTAN - TERVEZÉS. Csigahajtások

Átírás

1 GÉPSZERKEZETTAN - TERVEZÉS Csigahajtások

2 Konstrukció (felsőcsigás hajtómű) Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 2

3 Konstrukció (alsócsigás hajtómű) Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 3

4 Műszaki jellemzők Az átvihető teljesítmény 40 W-120 kw, extrém esetben 1000 kw, egy lépcsőben Nagy áttétel valósítható meg i = 5-100, kinematikai hajtásoknál maximum 1000 Viszonylag kis méretek és tömeg jellemzi Csendes járású Önzárás lehetősége Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 4

5 Műszaki jellemzők és alkalmazás Hátránya a nagy csúszás, ami jelentős súrlódási veszteséget okoz, ennek rossz hatásfok lehet a következménye A hatás csökkentésére a csigakereket nemvas fémből, általában bronzból készítik és gyűrűként alakítják ki Csigahajtásokat használnak keverőkben, emelőművekben, textilgépekben, présekben, hajó propeller hajtásokban, járművekben, stb. Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 5

6 Csigahajtások típusai a) Hengeres csiga globoid csigakerékkel b) Globoid csiga hengeres csigakerékkel c) Globoid csiga globoid csigakerékkel d) Globoid csiga globoid csigakerékkel Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 6

7 Hengeres csigahajtás Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 7

8 Globoid csigahajtás Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 8

9 Hengeres csigák típusai a) Archimedesi csiga, ZA b) Konvolut csiga, ZN ZK csiga Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 9

10 Hengeres csigák típusai c) ZK csiga d) Evolvens csiga, ZI Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 10

11 ZA csiga A ZA csiga tengelymetszetben egyenes (trapéz) profilú A fogoldal enyhén konvex a normálmetszetben A profil homlokmetszetben archimedeszi spirális A tengelymetszetben szabványos paraméterekkel rendelkezik: m x =m, α x =α A csiga esztergálással előállítható A szerszám trapéz alakú és a tengelymetszet síkjában helyezik el Kicsiny teherbírású Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 11

12 ZN csiga A ZN csiga normálmetszetben egyenes profilú A normálmetszet a menethernyó csavarvonalára merőleges, vagy az árok csavarvonalára merőleges Tengelymetszetben a profil enyhén konvex Homlokmetszetben nyújtott, vagy hurkolt evolvens Normálmetszetben szabványos paraméterekkel rendelkezik: m n =m, α n =α Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 12

13 ZI csiga A ZI csiga homlokmetszetben evolvens profilú Az egyenes alkotók az alaphenger érintősíkjában helyezkednek el A fogoldalak a tengelymetszetben és a normálmetszetben egyaránt konvex profillal bírnak Normálmetszetben szabványos paraméterekkel rendelkezik: m n =m, α n =α Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 13

14 ZI csiga A ZI csiga egy ferde fogú hengeres fogaskeréknek tekinthető A szerszám vágóélei az alaphengeren lévő csavarvonalak érintői A fogoldalak sík felületű koronggal köszörülhetők Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 14

15 ZK és ZH csiga A ZK csigát kúpos ujjmaróval, vagy tárcsamaróval gyártják, ill. azonos alakú köszörűkorongokkal köszörülik A ZH csiga ívelt profillal rendelkezik, köszörülhető, nagy teherbírású, drága Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 15

16 Geometria-1 normálmetszet csiga Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 16

17 Áttétel: i Geometria-2 n 1, n 2 a csiga és a csigakerék fordulatszáma z 1, z 2 a csiga és a csigakerék fogszáma T 1, T 2 nyomaték a csigán és a csigakeréken η hatásfok = n n Menetemelkedési szög: γ m a menetemelkedési szög 1 2 p z1 menetemelkedés, p z1 = z 1 p x z 1 csiga menetszáma = u = z z 2 1 Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 17 = T2 T η 1 tanγ m = d pz1 π m1

18 Geometria-3 p x axiális osztás, p x = m x π m x axiális modul d m1 csiga osztókörátmérő Normálosztás, normálmodul: Csiga osztókörátmérő: d m1 = z1 mx z1 m = tanγ sin γ m n m p m = n p x = n m x cosγ cosγ m m Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 18

19 Geometria-4 Csiga fejkörátmérője: d a1 = d + 2 m m1 x Csiga lábkörátmérője: d f 1 d 2, 5 m m1 x Csiga fogszélessége (hossza): Csigakerék osztókörátmérője: b 1 2 mx z2 + d 2 = mt z 2 1 m t a csigakerék homlokmodulja, m t = m x Csigakerék fejkörátmérője: d = d + 2 a2 2 m x Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 19

20 Geometria-5 Csigakerék lábkörátmérője: d d 2, 5 f 2 2 m x Csigakerék külső átmérője: d + e2 = da2 m x Csigakerék szélessége Öntöttvas, acélöntvény, bronz koszorú esetén: b 2 0,45 ( d a mx ) Könnyűfémre: b m ) + 1, 8 m 0,45 ( da1 x x Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 20

21 Geometria-6 Tengelytáv: Axiális profilszög: dm + a = 2 1 d 2 tan α = x tanαn cosγ m Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 21

22 Erőhatások-1 Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 22

23 Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 23 Erőhatások-2 normálmetszet Kerületi erő a csigán: / a m eq t F d T F = = Kerületi erő a csigakeréken: / a eq t F d T F = = Radiális erő: ( ) sin tan r z m n t r F F F = + = ρ γ α

24 Erőhatások-3 Hajtónyomaték: Terhelőnyomaték: ahol T T = K 1eq A T 1 = K T u η 2eq A 1 az üzemtényező, K A a fogszámviszony, u az összhatásfok, η Az axiális erő a csigán, F a1 Az axiális erő a csigakeréken, F a2 Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 24

25 Hatásfok-1 A csigahajtás teljesítmény vesztesége a fogazat, a csapágyak és a tömítések veszteségeiből tevődik össze A számítások során a kenési és a hűtési rendszerből származó veszteségeket általában elhanyagolják A hatásfok a hajtott és a hajtó tag teljesítményének viszonyszáma Nagysága eltérő, ha a csiga vagy a csigakerék hajt Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 25

26 Hatásfok-2 Ha a csiga a hajtó tag: η 12 = tan(γ) / tan(γ + ρ) η max = tan(π/4-ρ/2) / tan(π/4+ρ/2) Amikor a csigakerék a hajtó tag: η 21 = tan(γ - ρ) / tan(γ) Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 26

27 Hatásfok-3 A csiga a hajtó tag A csigakerék a hajtó tag önzárás Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 27

28 Csigahajtás teherbírása A teherbírást meghatározó szempontok: Kopás Gödrösödés Fogtörés A csigatengely merevsége Melegedés Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 28

29 csiga: 16MnCr5E csigakerék: CuSn12Ni-GZ a=160mm; n 1 =500; i=20 görbék: ásványolaj: a) ν 40 =220 mm 2 /s b) ν 40 =460 [mm 2 /s] c) ν 40 =680 [mm 2 /s] szintetikus olaj: d) polyglykol Kopási teherbírás-1 Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 29

30 Kopási teherbírás-2 A kopást befolyásoló tényezők: Anyagpárosítás Olaj típusa Olajfilm vastagsága Terhelés változása Terhelés nagysága Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 30

31 Gödrösödési teherbírás-1 A kifáradási repedés a fogoldalra ható ismétlődő terhelés, valamint a csúszás közben fellépő súrlódó erő hatására alakul ki A gödrösödés számítási összefüggése kísérleti eredményekre és működtetési tapasztalatokra épül Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 31

32 Gödrösödési teherbírás-2 Vízszintes tengely: ciklusszám Függőleges tengely: a kigödrösödött terület a fogoldal területének %- ában csiga: 16MnCr5E; csigakerék: CuSn12Ni- GZ Szintetikus olaj; ν 1 =500; i=20; σ Hm = 330 MPa görbék: A) a=160 mm; B) a=100 mm; C) a=65 mm Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 32

33 Gödrösödési teherbírás-3 Érintkezési feszültség σ Hm σ Hm 4 π p m T2 10 eq a 3 Megengedett érintkezési feszültség σ HP 3 E red σ HP = σ H lim Z h Z v Z s Z oil Biztonsági tényező gödrösödésre σ S HP H = S = 1,0 σ Hm H min Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 33

34 Gödrösödési teherbírás-4 A megengedett érintkezési feszültséget befolyásoló tényezők: Z h élettartamtényező Z v sebességtényező Z s mérettényező Z oil kenési tényező Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 34

35 Fogtőteherbírás-1 A túl nagy fogtőfeszültség miatt a fog maradó alakváltozást szenved, ami az érintkezési terület eltolódását, majd fogtörést okoz A kutatásokat és a kísérleteket különböző tengelytávokra, áttételekre, átmérőhányadosokra és anyagokra végezték el Az ábra a kísérleti eredményeket és a DIN 3996 alapján számított értékeket mutatja Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 35

36 Vízszintes tengely: terhelési ciklusszám Függőleges tengely: terhelőnyomaték Csiga anyaga: 16MnCr5E Csigakerék anyaga: CuSn12Ni-GZ szintetikus olaj a=120, u=8; 20; 50 zöld: számítás a DIN alapján; kék: kísérleti eredmények, megbízhatóság 50 % Fogtőteherbírás-2 Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 36

37 Fogtőteherbírás-3 A kísérleti eredmények szerint nagyobb áttételnél kisebb terhelőnyomaték okoz károsodást Ez a nyomaték növekvő ciklusszámnál egyre kisebb A kísérletek azt mutatták, hogy bronz keréknél a fogtörés előtt mindig maradó alakváltozás keletkezett Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 37

38 Fogtőteherbírás-4 Nyírófeszültség a fogtőnél: τ F A megengedett nyírófeszültség a fogtőben: τ = tm2 Yε YF Yγ b2 mx FP F = τ lim Y F NL Y Y ε kapcsolószámtényező Y F fogalaktényező Y γ menetemelkedési tényező Y K koszorúvastagsági tényező Y NL élettartamtényező K Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 38

39 Csigatengely merevsége A lehajlás biztonsága: S D = f f meg max 1 Nemesített csigatengelyre: f meg 0,01 m x Edzett csigatengelyre: f meg 0,004 m x Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 39

40 Melegedési biztonság A melegedési biztonság: S ϑ ϑ = ϑ meg S 1,1 A megengedett olajhőmérséklet merülő olajkenésre: Ásványolaj esetén ϑmeg = 90 C Szintetikus olaj (polyglykol) esetén ϑ meg = C Gépszerkezettan, tervezés Csigahajtások 40