BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Közlekedésmérnöki és Járműmérnöki Kar Járműtervezés és vizsgálat alapjai (KOJHA 159) Tervezési feladat Járműelemek és Járműszerkezetanalízis Tanszék Járműkerék csapágyazás tervezési feladat A hallgató neve: A hallgató neve: A hallgató neve: Kódja: Kódja: Kódja: Feladat: A szükséges módosításokkal készítsék el a megadott ábrán szereplő járműkerékk csapágyazás élettartam elemzését, valamint a hozzá kapcsolódó alkatrészek szilárdsági ellenőrzését és rajzdokumentációját. A feladatot a félév végi beadáskor 15 perces prezentáció keretében mutassák be. Mintarajz száma: Feladat sorszáma: 1
Adatkészlet: Sorszám Kerékterhelés F stat [N] 2000 2500 3000 3500 4000 4500 4800 Előzetes d 1 [mm] Előzetes d 2 [mm] Görd. sugár R g [mm] Élettartam kocsi km-ben x10 5 [km] 1 2 0,8 1,1 3 20 30 351 3 0,8 4 0,9 5 1,0 6 1,2 7 363 3 1,2 8 5000 30 40 1,3 9 5200 371 3 1,4 10 5500 1,5 11 5800 1,6 12 6000 35 45 382 3 1,8 13 6200 1.9 14 6500 394 3 1,6 15 6800 40 50 439 3 1,8 16 7000 1,9 17 7500 1,8 18 7800 45 55 448 4 2,2 19 8000 452 4 1,7 20 8200 1,5 21 8500 50 60 495 4 1,7 22 9000 1,9 23 9500 1,3 24 9800 55 65 500 5 1,5 25 10000 1,4 A gépjármű kerékre ható erők: 2
A terhelésegyüttesek meghatározásához szükséges feltételezett üzemi viszonyok és járulékos terhelések: Üzemállapot Üzemállapot előfordulási aránya Járulékos terhelés figyelembe vétele alap üzemállapot: jó, és rossz a gépjármű élettartamának 62 %- úton való haladás ban jó, 38 %-ban rossz úton halad a rosszabbik üzemi körülményt 1.4-es szorzóval vegye figyelembe minden üzemállapotban ívmenet mindkét alap üzemállapot 5 %-ban axiális erőt 0.6-os adhéziós tényezővel, ívmeneti túlterhelést pedig 20 %-os növekménnyel vegye figyelembe vészfékezési határállapot (megcsúszás) hajtott kerék esetén gyorsítási határállapot (kipörgés) Meghatározandó terhelésegyüttesek: mindkét alap üzemállapot 5 %-ban mindkét alap üzemállapot 5 %-ban 0.6-os adhéziós tényezővel számítsa a terhelés változását 0.6-os adhéziós tényezővel számítsa a terhelés változását A csapágy számított egyenértékű (helyettesítő) terhelése (P ma, ill. P mb ) alapján az élettartam: 10 = (millió körülfordulás) ahol: p = 3 p = 10/3 golyóscsapágyra görgős csapágyra 3
1. A tervezendő csapágyazás és a kapcsolódó részek A kiadott mintarajzon látható csapágyazás egy jármű kerékcsapágyazása. A kerék lehet hajtott vagy nem hajtott kivitelű. A kerék gumiabronccsal csatlakozik a talajhoz, és különböző gépelemekkel (karok, rudak, rugók, csillapító elemek, stb.) csatlakozik a járműhöz. A feladat során meg kell tervezni a teljes rendszert a gumiabroncstól a kereket megvezető elemek jármű vázához csatlakozásáig. A jármű vázán levő csatlakozó pontok a rendszer fix pontjai. A tervezendő rendszert célszerű a csapágyazás kialakításához hasonló valós jármű adatai alapján kidolgozni. A jármű fékrendszeréből elég a csatlakozási pontokat feltüntetni, illetve a fékdobot/féktárcsát kidolgozni. Kormányzott kerék esetén elég a kormányrudazat csatlakozását kidolgozni. Ha a kiadott csapágyazás merev hidas rendszerhez tartozik, a hídtestet elég a jármű hosszirányú felezősíkjáig kidolgozni. Hajtott kerék esetén a féltengelyt ki kell dolgozni. A mintarajzon látható csapágyazást úgy kell megvalósítani vagy átalakítani, hogy kúpgörgős csapágyak kerüljenek alkalmazásra. Kúpgörgős csapágyazás esetén ki kell alakítani a hézagállítás módját. Hajtott kerék esetén a hézagállító elemek hajtónyomatékot nem vihetnek át. 2. Kidolgozási utasítás a feladat első részéhez A jármű kerékre ható erőket az adatkészlet táblázatához csatolt ábra alapján, a megadott üzemi és útviszonyok figyelembevételével vegyék fel. Határozzák meg a kerék és a talaj érintkezési pontjában fellépő külső terhelések terhelésegyütteseit, radiális, axiális és tangenciális irányokban, készítsék el a terhelésegyüttesek ábráit. A felvett külső terhelésegyüttes ábrák felhasználásával ciklusonként határozzák meg mindkét csapágyra ható erők radiális, axiális és egyenértékű terhelésegyütteseit, készítsék el a terhelésegyüttesek ábráit. Az egyenértékű terhelésegyüttesek alapján ellenőrizzék a beépített csapágyak megfelelőségét, határozzák meg a várható élettartamát. Amennyiben a számított várható élettartam nem elegendő, nagyobb teherbírású csapágy beépítése szükséges. Számítsák ki a kerékcsapágyak egyikére az elméleti Weibull élettartam eloszlás függvényt, (ld. Segédletek mintafeladata) és az SKF módosított (a 1.a 23 ) tényezős, valamint a kenőanyag szennyeződést figyelembe vevő (a 1.a SKF ) tényezőkkel számított élettartam függvényeket 95%, 97% és 99%-os túlélési valószínűségekre. Ábrázolják a kapott élettartam eloszlás függvényeket ugyanazon Weibull valószínűségi koordináta rendszerben. Ellenőrizzék a csapágyakat statikus terhelésre a megadott radiális terhelés háromszorosa alapulvételével. Válasszanak kenőanyagot a kerékcsapágyakhoz, ellenőrizzék a csapágyakat EHD kenés kialakulására előzetesen felvett üzemi hőmérséklet alapján. Határozzák meg a csapágyak súrlódási veszteségeit. A számított és alakadással meghatározott geometriai jellemzők alapján készítsenek törzsrajzot a csapágyazásról és annak környezetéről a futómű bekötési pontokig bezárólag. Tervezzék meg a futóművet a karosszériához rögzítő elemeket, azok térbeli elhelyezkedését, geometriai kialakítását, bekötési pontjai elhelyezkedését. A törzsrajz lehetőleg 1:1 méretarányban készüljön, szükség szerinti számú nézet és metszet felhasználásával. Tartalmazza a szerkezet fő méreteit, illesztéseit, alak- és helyzettűréseit, tételszámozást, darabjegyzéket. A jármű kerékre ható erők figyelembevételével határozzák meg a futómű bekötő karok igénybevételeit, ellenőrizzék a felvett keresztmetszeteket. 4
3. Konstrukciós kialakítás szempontjai Első futómű: Hátsó futómű: A kerék tengelye általában kovácsolt acél. Nem hajtott kerék esetén a tengely a szintén kovácsolt csonkállvány része. A csonkállványhoz kúpos kötéssel csatlakoznak a kereket a járművel összekötő karok. A csonkállvány és az összekötő karok között általában gömbfejeket találunk. Az összekötő karok és a jármű között általában rugalmas szilentblokkokat alkalmaznak. Hajtott kerék esetén a tengely gyakran csőtengely, amelynek belsejében bordázattal kapcsolódik a nyomatékot átadó dó féltengely. A féltengely általában olyan számú és típusú tengelykapcsolót tartalmaz, hogy a nyomatékátvitel homokinetikus legyen. A féltengelyt axiálisan rögzíteni kell. A kerék préselt lemezből vagy könnyűfém öntvényből készül. Ha préselt lemezből kész készül, akkor külön lemez a keréktárcsa és a kerékpánt, amelyet hegesztéssel kötnek össze. A keréken megfelelő peremeket kell kialakítani a gumiabroncs rögzítéséhez. A kereket csavarkötés rögzíti a kerékagyhoz. A kerékcsavarok és a keréktárcsa csatlakozása acéllemez acéllemez tárcsa esetén kúpos vagy gömbfészkes. Öntött 5
keréktárcsa esetén a csatlakozás síklapú. A kereket a kerékagyon átmeneti illesztésű perem központosítja. Ha a kerék rögzítése kivehető csavaros, akkor a kerék felszerelését egy-kettő vezető tüske segíti. A kerék függőleges irányú mozgását lehetővé tevő rugózó elemeket a választott minta alapján kell kidolgozni. A rugó lehet acél csavarrugó, acél laprugó, torziós gumirugó, vagy ezek kombinációja Az összekötő karok lehetnek préselt lemezből, kovácsolt acélból vagy alumíniumból, illetve csőből kialakítva. A gömbfejek a karokon vagy oldható kötéssel vannak rögzítve, vagy be vannak építve a karokba. A szilentblokkok szilárd illesztéssel vannak a karokban rögzítve. A féktárcsa acél öntvény. Nagyobb terhelés esetén hűtött féktárcsát alkalmaznak, amikor radiális csatornákkal elválasztott centrifugál ventilátor lapátozás van a tárcsa felezősíkjában az anyag belsejébe öntve. A fékdob acél öntvény. Nagyobb terhelés esetén hűtött fékdobot alkalmaznak, amikor centrifugál ventilátor lapátozás van a dob külső palástjára öntve. A féktárcsát vagy fékdobot általában a kerékcsavarok rögzítik a kerékagyhoz. Hogy levett kerék esetén ne essen le, általában két kisméretű csavar is hozzáfogja a féktárcsát vagy dobot a kerékagyhoz. 4. A feladat megoldásának javasolt lépései A mintarajz és rendelkezésre álló szakirodalom segítségével elrendezési vázlat készítése, a csapágyazás és a kapcsolódó részek alakadása. Valós modell keresése. Csapágyazás kialakítása az alábbi szempontok szerint: minden tervezett terhelés felvétele radiális és axiális irányban, szerelhetőség biztosítása, hézagállítás biztosítása. Tengely alakadása az alábbi szempontok szerint: kifáradásnak ellenálló keresztmetszet közelítése, külön tengelyátmérők kialakítása a csapágyak, tömítések, csatlakozó elemek számára, az átmérő lépcsők szabványos értékűek legyenek. Kerékagy alakadása az alábbi szempontok szerint: öntött kialakítás, nyírásnak és hajlításnak megfelelő alak. Féktárcsa/dob alakadása: öntött kialakítás, szükség esetén hűtő bordázattal egybeöntve, megfelelő rögzítés a kerékagyhoz. Keréktárcsa alakadása: préselt lemez/öntött kialakítás, megfelelő merevítések, megfelelő hely a fékrendszer elhelyezéséhez. Méretezés iterációval (TF1): a csapágyakra ható terhelések kiszámítása, csapágyak kiválasztása a megfelelő terhelésre, az egyes elemek szilárdsági ellenőrzése a csapágyterhelésből rájuk jutó terhelések alapján. 6
Az egyes számítások legyenek benne a számítási dokumentációban. Prezentáció készítése (félév végi beadáskor):.ppt vagy.pptx formátum, legfeljebb 15 dia, főként statikus képek, ábrák, kevés szöveg és videó, bevezetés, tárgyalás, befejezés, megfelelő tagolás. minden prezentáció után 5 percig a közönség kérdezhet, arra válaszolni kell. 5. Irányelvek a törzsrajz készítéséhez A törzsrajzon a szerkezet minden alkatrésze egyértelműen meghatározható. A rajz tartalmazza a tűrt és illesztett méreteket. A rajz tartalmazza azokat a méreteket, amelyek a szerkezet beépítéséhez és a járműhöz csatlakoztatásához szükségesek. A kenőolaj/kenőzsír jellemzőit fel kell tüntetni a tételjegyzékben. A rajz tartalmaz tételszámokat és tételjegyzéket. 7
6. Félévközi beadáskor beadandó (TF1) feladatrész a csapágyazás és környezete kialakításának kidolgozását dokumentáló kézi vázlatok, a csapágyazás és környezete törzsrajza (csapágyak, tömítések, állító alkatrészek, összekötő karok, rugók, csillapítóelemek) megfelelő számú kiemelt részlettel, legfeljebb 2 db A2 méretű lapon, a csapágyazásnak és környezetének robbantott ábrája és alkatrészjegyzéke, a csapágyazás és környezete számítási dokumentációja az elemi szilárdsági ellenőrző számításokkal és a csapágyazás élettartam számításával. A számítási dokumentáció formai követelményeit a tanszéki általános követelmények tartalmazzák. A feladat beadható tanszéki borítóval, vagy hajtogatott rajzok esetén dossziéban. 7. Félév végi beadáskor beadandó (TF2) feladatrész a TF1-en felül A csoport létszámának megfelelő számú, a gyakorlatvezető által kijelölt alkatrészre: műhelyrajz készítése, végeselemes modell készítése, a valós befogási környezet bemutatása ábrákkal. A valóságot jól közelítő megfogások és terhelések kidolgozása és alkalmazása, végeselemes számítások. Kritikus alkatrész keresztmetszet(ek) meghatározása, konvergencia görbe készítése, végeselemes számítás eredményeinek összevetése az elemi szilárdsági számításokkal, javaslat az alkatrészek egységes szempont szerinti módosítására, módosított alkatrészek bemutatása, az adott számú alkatrész végeselemes számítási dokumentációja. Az előző pontok alapján elvégzett munka részletes dokumentálása. A hálók, a megfogások, a terhelések, a kritikus keresztmetszet egyenként külön ábrával dokumentáltak legyenek. A számítási dokumentáció formai követelményeit a tanszéki általános követelmények tartalmazzák, a papíron beadott szövegek fájljai, a számítógéppel tervezett 2D rajzok és 3D modellek, valamint a prezentációk fájljai elektronikus adathordozón (CD/DVD/USB drive). Budapest, 2016. február 15. 8