Gép és szerkezeti elemek 1.

Átírás

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gép és Terméktervezés Tanszék Gép és szerkezeti elemek 1. Hidraulikus munkahenger tervezése Tantermi gyakorlat Dr. Grőb Péter Grőb Péter

2 Energiaközvetítés Erőgép Energiaközvetítés Munkagép mechanikus (szíj, lánc, fogaskerék stb. hajtás), pneumatikus, hidraulikus, elektromos. Grőb Péter

3 Hidraulikus rendszerek Az erőgép és a munkagép közötti energiaközvetítés a folyadék nyomásváltozásának segítségével történik. Előny: távolság nem gond, kitérő tengelyek nem gond, fokozatmentes szabályozás, gyors, egyszerű mozgásirány változtatás, hosszú élettartam. Hátrány: drága, komplett hidraulikus rendszer kell, környezetszennyezés, tűz és robbanásveszélyes. Grőb Péter

4 Alkalmazások Grőb Péter

5 A hidraulikus rendszer elemei szivattyúk/hidromotorok (1), munkafolyadék, csövek, nyomásirányítók (3), áramirányítók, útváltók (4), zárószelepek, szűrőberendezések, munkahengerek (5), tartály (2). Grőb Péter

6 Hidraulikus munkahengerek A munkahengerek olyan hidraulikus elemek, amelyek a hidraulikus energiát mechanikai energiává alakítják, és eközben egyenes vonalú mozgást végeznek. Grőb Péter

7 Munkahengerek csoportosítása Belső szerkezet szerint: Egyszeres működésű munkahenger. Kettős működésű munkahenger. Dugattyúrúd kivezetése szerint: Egyoldali dugattyúrúd kivezetésű. Kétoldali dugattyúrúd kivezetésű. Löketcsillapítás szerint: Külső csillapítású. Belső csillapítású (löketfékezésű munkahengerek). Grőb Péter

8 Egyszeres/kétszeres működésű Egyszeres működésű munkahenger Kétszeres működésű munkahenger Grőb Péter

9 Dugattyúrúd kivezetése Egyoldalú dugattyúrúd kivezetés Kétoldalú dugattyúrúd kivezetés Grőb Péter

10 Véghelyzetcsillapítás I. Cél: a munkahenger fékezésekor fellépő nagy dinamikus erők csökkentése. Lehet: Külső csillapítású: amikor a löketvégek fékezését a hidraulikus körfolyam irányítóelemeibe beépített fékező berendezéssel oldják meg, Belső csillapítású: amikor a löketfékezést a munkahengeren belül alakítják ki. Grőb Péter

11 Véghelyzetcsillapítás II. Löketfékezés változó keresztmetszetű fojtóréssel Rés keresztmetszetének meghatározása az impulzustétel segítségével: ( ρv) dv+ vρ( vda) = ρgdv pd A R + S t V A V A Grőb Péter

12 Tömítések A tömítés az egymással érintkező felületek között a munkaközeg átáramlását akadályozza vagy mérsékli. A tömítést a mozgó szerkezeti elemek tömítésben résztvevő felületeire lerakódott szennyeződés eltávolítására, illetve a folyadéktérbe való behordásának megakadályozására is használják. Statikus tömítések: Hengercső vs. hengerfedél. Dugattyú vs. dugattyúrúd. Dinamikus tömítések: Dugattyú vs. henger. Dugattyúrúd vs. fedél. Grőb Péter

13 Tömítések I. Hengercső vs. hengerfedél Nyugvó (statikus tömítés) O gyűrű Grőb Péter

14 Tömítések II. Dugattyú vs. hengercső Mozgó tömítés! Kombinált vagy ajakos tömítések alkalmazása. Hosszú löketek esetén (L>200 mm) fontos a dugattyú megvezetése! Ez lehet elasztomerrel vagy bronzpersellyel. Grőb Péter

15 Tömítések III. Dugattyúrúd vs. hengerfedél Szennylehúzó gyűrű és tömítőgyűrű vagy egybeépítve, vagy külön külön. Csak ajakos gyűrű. Hosszú dugattyúrudaknál (L>200mm) megvezetés kell: vagy elasztomerből, vagy könnyűfémből (bronz). Grőb Péter

16 Tömítések IV. Dugattyú vs. dugattyúrúd Nyugvó (statikus tömítés) O gyűrű. Grőb Péter

17 Tömítések kiválasztása Kiválasztás: katalógusból. Freudenberg Simrit GmbH ( Hallite Seals International Ltd. ( Az illesztést, a beépítés pontos méreteit mindig a tömítés gyártója adja meg! Felületi minőség: mozgó tömítéseknél Ra 0,8; de gyakoribb az Ra 0,4! Grőb Péter

18 Munkahenger csatlakoztatása a környezethez Grőb Péter

19 Dugattyúrúd csatlakoztatása a környezethez Bosch Rexroth katalógusból Grőb Péter

20 Munkahengerek méretezése Szabványos elemek: anévleges nyomások, a névleges hengerátmérők, a csatlakozó méretek, az olaj hozzá és elvezetés, a megfogások, a lökethossz, a térfogatáram, a felületarányok. Méretezni kell: a henger falvastagságát, a fedél vastagságát, a dugattyúrudat igénybevételre, a dugattyúrudat kihajlásra, a hengercső fedél csatlakozást, az összeszorító csavarokat kifáradásra. Grőb Péter

21 Általános összefüggések + 2 F D ϕ = = F D d 2 2 Szabványos értékei: 1.06, 1.12, 1.25, 2 + D π ( F ) FD 1 = p AD 1 = p D π d π ( F ) FD2 = p AD2 = p , 1.6, 2, 2.5, 5 Grőb Péter

22 Dugattyúrúd ϕ d [mm]: 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180; 200, 220, 250, 280, 320, 360; : 1.06, 1.12, 1.25, 1.4, 1.6, 2, 2.5, F D ϕ = = F D d 2 2 Anyaga: C55K, C60K, NC1, NC2, CMo2 Keménykrómozva. Felületi érdesság: Ra 0,2 0,4 Grőb Péter

23 Méretezés kihajlásra I. Legveszélyesebb, ha a dugattyúrúd pozitív véghelyzetben van. Ekkor kihajlásveszély lép fel. A munkahenger megfelelő, ha F krit F + 3 [Köszönet Nagy Bernadettnek a rajzért!] Grőb Péter

24 Méretezés kihajlásra II. [ ] Az inerciasugár m i I A ahol: I a kisebb másodrendű nyomaték m = 2 A: a dugattyúrúd keresztmetszete m [] A karcsúsági tényező - λ l 0 = ahol: l 0 a fél szinuszhullám hossza (a kihajló hossz) [ m] i2 2 Grőb Péter

25 Méretezés kihajlásra III. Grőb Péter

26 Becslés a hosszra A hossz nagyban függ a lökethossztól. Kis lökethosszok esetén ettől a becsléstől nagyobb, nagy lökethosszok esetén ennél kisebb érték jöhet ki. lökethossz x2, dugattyú szélesség, ~0,7xD fedél I, fedél II. ~(2,5 3)xD rögzítések, csatlakozások ~(1,5 2)xD [Köszönet Nagy Bernadettnek a rajzért!] Grőb Péter

27 Méretezés kihajlásra IV. 1. λ < λ folyáshatár σ krit = f R eh 2. λ < λ < λ Tetmajer-egyenes σ krit f = a a 0 1 o λ Reh Szig.krit ,14λ ,62λ ,82λ Acélra λ f =60, λ o =100 F krit 3. λ < λ Euler-hiperbola σ krit = σ o π = λ krit A 2 E F krit F + 3 Grőb Péter

28 Henger méretezése Anyaga: varrat nélküli acélcső (A35K, A45K, A55K, C35K) A minimális vastagság meghatározása kazánformulával: s min = D p R n 2 eh p n=1,8 2 Szabványos érték választása! s [mm]: 1; 1,2; 1,4; 1,5; 1,6; 1,8; 2; 2,2; 2,5; 2,6; 2,8; 2,9; 3; 3,2; 3,5; 3,6; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 6,3; 7; 8; 9; 10; 11; 12,5; 14; 16; 18; 20 Grőb Péter

29 Hengerfedél Anyaga: acélöntvény Aö400F, Aö500F, Aö600F, C45K Felületi minőség: Ra 0,4 (köszörülve) A minimális fedélvastagság: Funkciója: hengercső lezárása, dugattyúrúd vezetése, olaj hozzá ill. elvezetés, löketvégi csillapítás, hengermegfogás. p hmin 0, 6 D R n = n=1,8 2 eh Grőb Péter

30 Henger hengerfedél találkozások I. Grőb Péter

31 Henger hengerfedél találkozások II. Grőb Péter

32 Dugattyú Feladat: térelválasztás Szélessége: ~0,7D Anyaga: A35K, A50 Lehet osztott ill. osztatlan. Illesztése: általában H11/h11. Grőb Péter

33 Csavarok méretezése + Előfeszítő erő : F = 2 F ( F = F ) Maximális csa var erő : F = 2,5 F A feszültség : σ cs A magátmérő tehát : d v D D F 3 cs σ cs = meg = Acs R D eh n 2,5 p D ReH n z Szabványos csavar választása! M6, M8, M10, M12, M16, (M18) M20, (M22) M24, (M27) M30 Grőb Péter

34 Ellenőrzés kifáradásra I. AE cs A rugómerevségek: scs = ; sh = l scs Üzemi középterhelés FüK = Fv + 0, 6 FD s + s Maximális üzemi terhelés cs Fümax Fv FD s cs + s h Minimális üzemi terhelés = + 0, 2 n db csavar magkeresztmetszete: Üzemi középfeszültség: σ Maximális üzemi feszültség: σ Minimális üzemi feszültség: σ cs ük h cs Fümin Fv FD s cs + s h F = A A ük ü max ü min m AE h l = + m 2 d3π = n 4 F = A F = A ü max m ü min m s cs Grőb Péter s h A megnyúlások λ cs F l F l = ; λ = A E A E D cs D h h cs h

35 Ellenőrzés kifáradásra II. A lüktetőfeszültség amplitudója σümax σümin σ a = 2 Biztonsági tényező folyáshatárra R eh n F= 1,8 n 3 σ ü max Biztonsági tényező kifáradásra σ kif nf = 1,8 n 3 σ a Grőb Péter

36 A feladat Egyoldalú kivezetésű, általános rendeltetésű hidraulikus munkahenger tervezése. A feladat célja továbbá a tűrések és felületi érdességek alkalmazásának gyakorlása, a szabványos és a gyártmánykatalógusból választott alkatrészek használata. 36

37 A feladat megoldásának menete I. A munkahenger fő méreteinek (átmérő és lökethossz) meghatározása, figyelembe véve a szabványos méretsorozatokat. A legfontosabb szerkezeti elemek (henger falvastagság, dugattyúrúd átmérő, hengerfedél vastagsága) méreteinek meghatározása. Hengerfejek rögzítésének (átmenő csavar [MECMAN], menetes [TGL], hegesztett vagy karimás) megválasztása. A hengerfej rögzítés méretezése, szilárdsági ellenőrzése. Grőb Péter

38 A feladat megoldásának menete II. A mozgó tömítések típusának kiválasztása katalógusból. Dugattyú és dugattyúrúd konstrukciós kialakítása a választott tömítés figyelembevételével. A nyugvó tömítések kiválasztása és beépítési megoldása. Hidraulikus kiegészítő elemek (indító és fékezőelem, tömlőcsatlakozás, stb.) kiválasztása, megtervezése. Grőb Péter

39 A feladat megoldásának menete III. A munkahenger beépítésére szolgáló elemek kiválasztása, a csatlakozási pontok kialakítása. A hengerfej végleges kialakítása. A dugattyúrúd végén lévő csatlakozási hely kialakítása. Törzsrajz és dokumentáció készítés. Beadás. Grőb Péter

40 Segédletek Dr. Zsáry Árpád: Gépelemek I II., Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2008 Tóth S. Bisztray S. Molnár L. MarosfalviJ.: Gépelemek I., Műegyetemi Kiadó 2007, jegyzetszám: Katalógusok (Simrit, Hallite ill. Bosch Rexroth) Dr. Grőb Péter: Hidraulikus munkahenger méretezése (segédlet), 2009 Grőb Péter

41 Köszönöm a figyelmet! Grőb Péter