Kúp-hengerkerekes áthajtómű tervezése

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT Kúp-hengerkerekes áthajtómű tervezése Hideg István IV. éves BSc szintű, gépészmérnök szakos Géptervező szakirányos hallgató Konzulens: Benyó Klára mérnöktanár Miskolci Egyetem Gép- és Terméktervezési Tanszék Miskolc, 2011

Tartalom I.) A fogaskerék anyagának megválasztása... 3 II.) A főméretek meghatározása... 4 1.) Hengeres kerékpár szükséges tengelytávolságának meghatározása... 4 2.) A modul és a fogszámok meghatározása... 9 a.) Hengereskerékpárra... 9 b.) Kúpkerékpárra... 10 III.) A fogaskerekek geometriai számítása... 12 1.) A profileltolástényezők meghatározása... 12 2.) A kúpkerék fejmagasságát befolyásoló profileltolás-tényező megválasztása.... 12 3.) Geometriai adatok számítása... 13 a.) Hengereskerekekre... 13 b.) Kúpkerekekre... 14 4.) A geometria ellenőrzése... 17 IV.) Fogazatok szilárdsági ellenőrzés számítással... 18 V.) A tengelyek és csapágyak számítása... 19 1.) Kúpkerekes első lépcsős: a közös tengelysíkra merőlegesen:... 19 2.) Fogak igénybevétele hengereskerekekre... 20 a.) Kis hengeres fogaskerék:... 20 3.) Fogak igénybevétele kúpkerékpárra... 21 a.) Erőhatások a közös tengelysíkra merőlegesen 2-es tengely... 21 b.) Csapágyakra ható terhelések: 3-as tengely... 23 c.) Kis kúpkerék, bemenő tengely:... 25 VI.) A kenőolaj kiválasztása... 27 VII.) Csapágyak, kenés és tömítés... 29 3D és rajz készítése... 29 VIII.) Fogaskerekek és a tengely szilárdsági ellenőrzése... 30 1

A TDK dolgozatra kiadott tervezési feladat kidolgozására egy Kúp-hengerkerekes áthajtómű egy egyszerűbb számítási eljárását ismertetem. Ez a számítás lényegében nem tér el az ISO szabványtervezettől, csak kevesebb és egyszerűbben meghatározható tényezőt tartalmaz és egy konkrét számítási feladaton keresztül kerül bemutatásra, így a használata könnyebb. Tehát ez a hajtómű nem egy konkrét géphez van tervezve hanem ez alapján tervezhetünk meg egy adott géphez hajtóművet, amely segítséget nyújt az előtervezéshez. Az itt ismertetett előtervezési számítás a szilárdsági ellenőrzés megfordítása, tehát nem az ismert méretű fogaskerékhajtás teherbírását mutatja ki, hanem a szükséges átviendő teherbírásból indul ki, és ennek alapján határozható meg a segítségével a szükséges hajtóműméret. Ez eltérést jelent az ISO szabványtervezettől. Feladat kidolgozásának menete - a fogaskerekek anyagának megválasztása - előtervezés, főméretek számítása - a fogazatok pontos geometriai számítása - a fogazatok szilárdsági ellenőrzése számítással - tengelyek méretezése és csapágyak kiválasztása - kenőanyag kiválasztása - 3D rajz készítése - Fogaskerekek és a tengely szilárdsági ellenőrzése Jelölések A következőben felsorolásra kerülnek a fogaskerékhajtásoknak azon szabványos jelölései, amelyek e segédletben előfordulnak: - a elemi tengelytáv - tengelytáv - b fogszélesség - c lábhézag - lábhézag tényező -, fejkörátmérő, fejkörsugár -, alapkör átmérő, alapkör sugár - lábkörátmérő -, gördülőkörátmérő, gördülőkör sugár - fejmagasság - fejmagasságtényező - lábmagasság - működő fogmagasság - m modul - homlokmodul - p alaposztás - osztóköri kerületi erő - axiális erő - Y fogalak tényező - α a fogazat alapprofil szöge - a fogazat homlok-alapprofilszöge - a fogaskerékpár kapcsolószöge 2

- β osztóhengeri foghajlásszög - a kúpkerék osztókúpszöge - fejkúpszög - lábkúpszög - a fogaskerékpár profilkapcsolószáma - a ferde fogazat átfedése - összkapcsolószám - a kúpkerékpár fejszöge - a kúpkerékpár lábszöge Előtervezés Az előtervezés során a hajtómű fő adatait állapítjuk meg a feladatlapon előírt kiinduló adatoknak megfelelően. Az i összáttétel felosztása A hajtómű áttételét (összáttételét) az egyes hajtómű lépcsők áttételének szorzata adja. A kétlépcsős hajtómű áttétele: A kúpkerekes első lépcső áttétele a feladatban elő van írva. I.) A fogaskerék anyagának megválasztása Az áthajtóművekben használatos fogaskerékanyagokat azok határ terheléseivel, amelyeket előtervezéskor figyelembe kell venni, az 1. táblázat tartalmazza. Betétedzett acélból készülő fogaskerekek esetében a kapcsolódó kerekek anyaga azonos lehet. Nemesített kerekeknél ügyelni kell arra, hogy a kapcsolódó kerekek különböző anyagokból, vagy legalább is különböző szilárdságra nemesített anyagból készüljenek a berágódási veszély miatt. A kiskerék legyen a nagyobb szilárdságú acélból. 3

Legyen mindkét fogaskerékpár anyaga 14CrNi6 jelenlegi jelölése 15CrNi6 A tengelyek anyaga E360GC II.) A főméretek meghatározása Adatok: Teljesítmény: Bemenő fordulatszám: Áttétel: mindkét fogaskerék kapcsolatnál A fogaskerékpárok méretezésekor a fárasztókísérletekkel meghatározott fogfelületi határfeszültségekből, a Hertz-feszültség tartós kifáradási határból (lásd az 1. táblázatot) indulunk ki. 1.) Hengeres kerékpár szükséges tengelytávolságot a következőkből számítjuk ki: P: átvivendő teljesítmény : bemenő fordulatból adódó szögsebesség : az esetek többségében a b fogszélesség nem ismeretes, ilyenkor a fogszélesség és tengelytávolság viszonyszámot vehetjük fel u: a fogaskerékpár geometriai áttétele (fogszámviszony), amely egyszerű fogaskerékpárnál megegyezik a kinematikai áttétellel, azaz u = i ξ: módosító tényezőket figyelembevevő biztonsági tényező : fogfelület kifáradási határa (anyagjellemző állandó) 14CrNi6 60HRC 51,2 MPa Legyen: : fogtő kifáradás értéke 4

Így re választom meg. A legközelebbi szabványos tengelytáv 160 mm lenne de ezzel olyan nagy modulú és kis fogszámú fogaskereket kapnák mely ráadásul kis átmérővel párosulna és későbbiekben sem felelne meg egyéb kritériumoknak melyeket gyakorlati tapasztalatok alapján adtak meg. A fentiek szerint kiválasztott tengelytávnak megfelelően a szükséges fogszélesség: Az ipari célokra általában használatos, önálló gépegységként tervezett lassító fogaskerékhajtóművek, az úgynevezett. áthajtóművek egyes lépcsőinek szabványos tengelytávjait a hengereskerekes hajtásokra az MSZ 11274 tartalmazza. Amit egész mm-re kerekítünk (ha nem lenne az a kapott eredmény). A kiszámított tengelytávot ezután általános rendeltetésű hajtóműről lévén szó, amelyet szabvány előírások kötnek a legközelebbi nagyobb szabványos értékre kell felkerekíteni (kis eltérés esetén lefelé is kerekíthető). A szakirodalom által ajánlott tengelytáv értékek áthajtóműveknél: 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200; 224;250 mm. Nagyobb mérvű felkerekítés esetén az előzőleg kiszámított fogszélesség megfelelően csökkenthető, lefelé kerekítés esetén pedig a fogszélességet növelni kell. Derékszögű ( ) ferdefogazatú kúpkerékpárokra előtervezéskor ha nem ismerjük a kerekek jellemzőit, akkor nem ellenőrizhetjük le a biztonsági tényezők értékeit. Ilyenkor az előtervezés folyamán először a kiskerék középső osztókörsugarát kell kiszámítani, majd a modult, a fogszámokat és a fogszélességet. A kiskerék középső osztókörsugarának a meghatározásánál a megengedett Hertzfeszültségből indulunk ki, kiegyenlítve azt a fogfelület tényleges feszültségével. Rendezve a megfelelő összefüggést, a következő végleges kifejezéshez jutunk: Ahol: T1 a kiskerék forgatónyomatéka Nm-ben, kb = 0,25 0,33 a fogszélesség tényező, u - a megkívánt áttétel, Z az összegezett fogfelületi tényező, KH a fogfelületre érvényes összegezett terheléstényező, HP1 a megengedett Hertz-feszültség N/mm2 -ben: ; rugalmassági tényező. Értékét az anyagpárosítástól függően a 2. számú táblázatban találjuk. 2. táblázat. AZE rugalmassági tényező értékei 5

gördülőkör-tényező, értéke az alapprofil-szögtől, a foghajlásszögtől és a kapcsolószögtől függ. Értékét az 1. számú ábra alapján állapíthatjuk meg, előtervezésnél az (x1+x2)/(z1+z2)=0 esetre 1. ábra. ZH gördülőkör-tényező Zε kapcsolószám-tényező. Értéke a 2. ábra segítségével határozható meg, profilkapcsoló-szám és átfedést felvéve. 2. ábra. Zε kapcsolószám-tényező ZB egyfogpár-kapcsolódási tényező. 6

fogferdeség-tényező. élettartamtényező, értékét a terhelési ciklusok számától függően a 3. ábrán lévő diagram szerint határozzuk meg. A hajtómű élettartama rendszerint üzemórákban van megadva (Lh ), ebből a fogaskerék percenkénti fordulatszáma alapján számítható az NL terhelési ciklusszám (esetenként Σn jelölés is előfordulhat) NL=60 n Lh. 3. ábra. A élettartamtényező. a- nemesített és felületedzett acélok, gömbgrafitos öntöttvas, perlites temperöntvény; b- ugyanaz mint a alatt de pitting nélkül; c- nemesített vagy nitrálható acélok gáznitrálva és öntöttvas; d- nemesített acélok sónitrálva. összesített terhelés-tényező üzemtényező, az 3. számú táblázatból. 3. táblázat. KA üzemtényező értékei 7

dinamikus (4.ábra) tényező, amely a hajtómű belsejéből, különböző pontatlanságokból eredő hatásokat veszi számításba. Ezt a feladat tárgyát képező áthajtóműveknél az első (nagyobb kerületi sebességű) hajtóműlépcső számításakor 1,1 1,2-re, a második (lassú) hajtóműlépcsőnél pedig 1 1,05-re vehetjük fel. 4.ábra. Ferde fogazatú kerekek Kv tényezője fogszélesség menti terheléseloszlás-tényező. E tényező számítása viszonylag bonyolult, ezért jelen esetben megelégszünk az irányadó értékének meghatározásával a 5. számú ábra segítségével. 5. ábra. A tényező meghatározása 8

homlok terheléseloszlás-tényező felületi teherbírásra. Kétoldalt csapágyazott kerékre 0,9 1,2 közötti értékre vehetjük föl, konzolosan ágyazott kerékre pedig legfeljebb 0,7-re. 52 mm re választom. 2.) A modul és a fogszámok meghatározása A fogaskerekek főméreteinek meghatározása után a fogtőszilárdság szempontjából szükséges modult a megengedhető fogtőfeszültségből számítjuk ki. a.) Hengereskerekekre: Modul minimális értékének meghatározása : biztonsági tényező Y : fogalaktényező = 2.5 A megfelelő kiválasztáshoz az alábbiaknak kell megfelelnie: A fentiek szerint kiadódó modult egy szabványos modul-értékre kell felkerekíteni. Legyen m = 8 mm. Tudom, hogy ezt a szabvány nem feltétlenül ítéli ajánlott értéknek, de a számításaim során a feltételekkel ez az érték elégíti ki. A fogszám összegből a kiskerék fogszáma: és a nagykerék fogszáma: Mindkét fogszámot a legközelebbi egész számra kell lefelé kerekíteni és feltételnek megfeleljen. (Főleg nemesített anyagoknál fordul elő, hogy a kiszámított szükséges modul túl kicsinek adódik, és ennek megfelelően a kiadódó fogszámok igen nagyok lesznek. Ez főleg akkor okozhat nehézséget, ha a nagykerék fogszáma 100 feletti abszolút prímszám, mert ilyen fogszámú kereket a fogazógépeken rendszerint nem lehet megmunkálni. Ezért a legkedvezőbb eset, ha a kiskerék fogszáma az előbb említett értékek közé esik, ez elérhető azáltal, ha a modult nagyobbra választjuk a számított értéknél, miáltal a fogszámok csökkennek a tengelytáv változatlan hagyásával. 9

Megfelel mert: mm b.) Kúpkerekekre: A kúpkerékpár szükséges modulját is a megengedhető fogtőfeszültségből, a fogszélesség közepére, a fogközépre számítjuk. Az egyenes fogú kúpkerékpár középső modulja: [ ] A megengedhető fogtőfeszültség a hengereskerekekével azonos. Y = 1,104 A megengedett fogtőfeszültség: értéke megegyezik a már felvett értékekkel a tengelytáv meghatározásnál. összesített terhelés-tényező a fogtőre nézve fogszélesség menti terheléseloszlás-tényező fogtő teherbírásra. E tényező értéke kisebb, mint a értéke. Előtervezésnél vehetjük azonos vagy valamivel kisebb értékűre. homlok terheléseloszlás-tényező fogtő teherbírásra. Ezt szabványosra kerekítve A középső homlokmodul: Fogszám: Mindkét fogszámot egész számra lefelé kerekítjük. Így és 4. táblázatból ellenőrizhetjük a helyességét az átmérőfüggvényében: 10

4. táblázat Figyelembe kell venni a Klingelnberg cég helyes értékének a megválasztását a fogszélesség értékével ajánlja összhangba hozni (5.táblázat), és szerintük a hányadost 8...10 közötti értékre javasolja választani, éspedig a kisebb értéket (esetleg 7-ig) edzett, és a nagyobb értéket (esetleg 12-ig) nemesített acélkerekekre. Mivel a b értékét a kapott eredményből 30 mm re vennénk fel, de akkor hányadosként 6-ot kapnánk ami már nem megfelelő így b = 35 mm re választom. 5.táblázat 11

III.) A fogaskerekek geometriai számítása A szilárdsági számításokkal ellentétben a fogaskerekek geometriai számítását pontosan, számítógéppel kell elvégezni. A hosszméreteket 3 tizedes, a szögméreteket a fok 4 tizedesének pontosságával, a szögfüggvényeket pedig 5 tizedes pontossággal számítjuk ki. 1.) A profileltolástényezők meghatározása Az ferdefogú hengeres kerekek kapcsolószögét A kapcsolószög pontos értékének meghatározása után kiszámítjuk a két kerék profileltolástényezőinek összegét: [ ] [ ] Az inv-értéket 6 tizedesnyi pontossággal kell számításba venni! A profileltolástényezők összegének a két kapcsolódó fogaskerekére való elosztásához Botka Erney: Fogaskerékpárok méretezése c. kétkötetes könyvet használhatjuk. 2.) A kúpkerék fejmagasságát befolyásoló profileltolás-tényező megválasztása. Alapprofilszög Lábhézagtényező Fejmagasságtényező kúpkeréknél Kompenzált fogazatról lévén szó ki kell számolni a határfogszámot, amelynél ha kisebb értékek kapunk akkor már van alámetszés és szükségessé válik a profileltolás! Tehát 17-es fogszámnál már van álámetszés! Ezért ki kell számolni az X profileletolás tényező értékét: 12

3.) Geometriai adatok számítása a.) Hengereskerekekre: A fejmagasságtényező: ; a lábhézagtényező: Tengelytávtényező: Működő fogmagasság: [ ( )] [ ] Fogmagasság: = 21,51801486 mm Így kiszámított fogmagasságot a relatív csúszás kiegyenlítése alapján el kell osztani a két fogaskerék között. Relatív csúsz s kiegyenlítése: Szerkesztés lépései:1.) N 1 -ből e egységet veszünk fel, N 2 -ből egységet 2.) C-ből arányban -ét felmérjük 3.) O 2 -ből, O 1 -ből körív r w2 ; r w2 4.) r w2 körív és metszéspontja A 5.) Egység A C-ből merőleges re 6.) r w1 körív és E pont 7.) egység és E C-ből merőleges re majd az 5.) és 7.) okból és essen egybe és legyen rajta C-ből -re merőlegesen Ellenőrzés: 13

[ ( )] [ ] [ ] ; [ ] [ ] [ ] 243,804mm Profileltolási tényező meghatározása: } b.) Kúpkerekekre: A fejmagasság tényező: ; a lábhézagtényező: tehát rövidített fejkúp, kompenzált fogazat. Fogmagasság: Fejmagasságok: ( ) ( ) Középső osztókör átmérők: Osztókúp szögek: Lábmagasságok: ( ) mm ( ) mm Az interferencia veszély csökkentése céljából, az amerikai Gleason cég javaslatára, ma már az egyenes és ferde fogú, valamint a körív fogazatú kúpkerékpárokat állandó lábhézaggal készítik. Ez annyiban jelent változást a régebbi kúpkerékalakhoz képest, hogy fejkúprövidülést hoznak létre, így a fejkúpcsúcs nem esik 14

egybe az osztó- és a lábkúpcsúccsal. Ezt a fejkúpszög kismértékű növelésével érik el úgy, hogy a fejszöget kiegyenlítik az ellenkerék lábszögével (6. ábra). A lábszögeknél és a lábkúpnál nincs változás. 6. bra. Fejkúprövidüléssel készült kúpkerék c.) 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. A síkra vetített méretekkel ezután úgy számolhatunk, mint a hengereskerékpárnál, ezért ezt a kúpkerékpár képzelt hengereskerékp rj nak 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 hengereskereket (ezeknél a v index után még e indexet írunk) és fogközépre vonatkoztatott képzelt hengereskereket (ezeknél a v index után m indexet írunk). Fejszögek (rövidített fejkúp miatt): Fejkúpszögek: és Lábkúpszögek: Fejkörátmérők: A képzelt osztókörátmérők: A képzelt hengereskerékpár tengelytávolsága: 15

A képzelt fogszámok ferde fogú kerekeknél: A határfogszám: Mivel az osztókörátmérő a fogszélesség mentén az osztókúphosszal arányosan változik, a fogközépre vonatkoztatott képzelt osztókörsugarak: A homlok-alapprofilszög ferde fogaknál: A fogközépnek megfelelő középső képzelt alapkörsugarak: ( ) A képzelt tengelytávolság: A fogközépre vonatkoztatott profilkapcsolószám: 16

4.) A geometria ellenőrzése Több fogméret meghat roz sa hengereskerékre Meg kell határozni a közrefogott fogak számát a méréshez. A műszer pontosan evolvens fogat érintsen! 1.) Közrefogott fogak számának meghatározása profil eltolás esetén (táblázat) a.) Érdemes kiszámolni a több fogméret körének az átmérőjét Tehát mérhető! Ha nem megfelelő akkor k-t nem a fogak száma határozza meg, ha nem, z: mindkét kerékre ; 17

IV.) Fogazatok szilárdsági ellenőrzés számítással Az a cél, hogy a helyes kapcsolódás megvalósuljon ezen geometriai adatok mellett. Fésűskéssel (Maag eljárás) készüljön a fogaskerék. Alámetszés vizsgálata ( gyártási interferenciát vizsgálunk) akkor kell, ha a szerszám fogtőnél gyengít illetve a lábmélységet rövidíti. Meghatározunk egy határ fogszámot: Tehát megfelelő. Ferde fogazat kapcsolósz mai 18

Tehát megfelel. Összkapcsolószám: V.) A tengelyek és csapágyak számítása A tengelyek és csapágyak terhelésének számításához célszerű axonometrikus ábrát készítenünk mindegyik tengelyről, ezeken feltüntetjük a terhelő erőket, illetve ezek tangenciális, radiális és axiális összetevőit, ügyelve arra, hogy az egymással kapcsolódó fogazatokon ellentétes erők ébrednek. A terhelő erők axonometrikus ábráit egyetlen ábrába is összevonhatjuk. 1.) Kúpkerekes első lépcsős: a közös tengelysíkra merőlegesen: A kerületi erőt az ismert forgatónyomatékból számítjuk ki: 19

A további számításokhoz szükségesek a csapágyak és a fogaskerekek tengelyirányú távolságai. Ezeket az adatokat a készülő főtervből vehetjük. Ezután az egyes tengelyekről rajzoljunk vázlatos nyomatéki ábrát, amelyen a tengelyek közös síkjában és az erre merőleges síkban ható, valamint az eredő hajlító nyomaték is berajzolható. Az ábra alapján becsülhető a kritikus keresztmetszet helye (kúpkeréknél a belső csapágy síkja, hengereskeréknél rendszerint valamelyik kerék középsíkja). 2.) Fogak igénybevétele hengereskerekekre az osztóköri keröleti erő a radiális erő az axiális erő a.) Kis hengeres fogaskerék: (2-es számú tengelyen) b.) Nagy hengeres fogaskerék: A számítás menete hasonló az előbbiekhez annak figyelembevételével, hogy az erők irányítottsága ellentétes. 20

3.) Fogak igénybevétele kúpkerékpárra Tengelyek és csapágyak igénybevételének számítása a 2-es tengelyen, kúpkerekes elsőlépcsős hajtómű tengelyének csapágyaira ható erők számítása: a.) Erőhatások a közös tengelysíkra merőlegesen 2-es tengely Ehhez adódik az egyik forgásirányban a csapágy nagyságú axiális terhelése. A tengely igénybevétele a hajlító és a csavaró feszültség együttes hatása. A tengelyt elegendő a kritikus helyen méretezni, összetett igénybevételre. A veszélyes keresztmetszet a nagy kúp fogaskeréknél van, ezért oda kell méretezni a tengely átmérőt! }FAG 30217-A Tengely méretezése összetett igénybevételre: csavarás + hajlítás (2. tengely) Tengely anyaga E360GC (táblázatból) n = 3 biztonságitényező 21

Vegyük figyelembe a horony gyengítő hatását! Ezért legyen = 85 mm (ezt az átmérő kerekítésével és szabályosan 5 mm -kénti növeléssel választom meg). Így: d = + (új átmérőhöz tartozó!) ; = 85 mm + 9 mm = 94mm 95 mm Retesz méretezése: 25mm x 14mm (b x h) Retesz anyaga C45 Tengely ellenőrzése csavarásra: Így l = 45mm Tehát megfelel. 22

b.) Csapágyakra ható terhelések: 3-as tengely Alapélettartam jele: C: dinamikus alapterhelés C dinamikus alapterhelésnek azt az egyenletesen ható állandó terhelést nevezzük melynek hatására a csapágy névleges élettartama egymillió fordulatra. P: egyenértékű dinamikus terhelés, itt p: élettartam kitevő (itt ) Ehhez az értékhez az FAG táblázatából választok beálló hengergörgős csapágyat. A csapágy: FAG 22215-E1 B csapágy: FAG 22215-E1 23

Tengely méretezés összetett igénybevételre: Csavarás + Hajlítás Tengely anyaga E360GC n = 3 Vegyük figyelembe a horony gyengítő hatását! Ezért legyen = 65 mm (ezt az átmérő kerekítésével és szabályosan 5 mm -kénti növeléssel választom meg). Így: d = + (új átmérőhöz tartozó!) ; = 65 mm + 7,5 mm = 72,5mm 75 mm Retesz méretezése: 20mm x 12mm (b x h) Retesz anyaga C45 Így l = 70 mm Tengely ellenőrzése csavarásra: 24

Tehát megfelel. c.) Kis kúpkerék, bemenő tengely: ; ; kis kúpkerék és a csapágy távolsága Tengelyátmérő meghatározása: Ezért legyen = 55 mm (ezt az átmérő kerekítésével és szabályosan 5 mm -kénti növeléssel választom meg). Így: d = + (új átmérőhöz tartozó!) ; = 55 mm + 7 mm = 62mm 65 mm Retesz méretezése: 18mm x 11mm (b x h) 25

Így l = 35 mm Csapágykiválasztás: Alapélettartam jele: C: dinamikus alapterhelés C dinamikus alapterhelésnek azt az egyenletesen ható állandó terhelést nevezzük melynek hatására a csapágy névleges élettartama egymillió fordulatra. P: egyenértékű dinamikus terhelés, itt egyenlő az -vel és -val 20303,25 N így elég csak egyszer számolni de B jelű csapágy csak radiális terhelést vesz fel, míg az A jelű axiálist is. p: élettartam kitevő (nem golyóscsapágyról lévén szó itt 26

Ehhez az értékhez az FAG táblázatából választok csapágyakat. hengergörgős csapágy: FAG NUP2213-E-TVP2 kúpgörgős csapágy: FAG 31313-A 8 VI.) A kenőolaj kiválasztása A jó kerékkapcsolat alapvető feltétele a jó kenés. Ahhoz, hogy a megfelelő kenőfilm kialakuljon, figyelembe kell venni a fogaskerék áttétel geometriai, kinematikai és dinamikai viszonyait. A kenőanyag viszkozitásának kiválasztása egy tényező függvényében történik. Az áthajtóműben alkalmazott kenőolaj legalább szükséges viszkozitásának meghatározásához mindenekelőtt kiszámítjuk a fogfelületek közötti Stribeck féle felületi nyomást: [ ] Kúpkerekeknél az egyenletben a kiskerék középső osztókörátmérőjére számított kerületi erőt és helyett -et kell behelyettesíteni. Kúpkerékre: Hengereskerékre: A kenőolaj kinematikai viszkozitását -on a 8. ábra alapján határozzuk meg, a terhelés-sebesség tényező függvényében. Itt a v a fogaskerekek gördülőköri kerületi sebessége, kúpkerekeknél a középső osztókörre számítva. v meghatározás: kúpkerékre: hegereskerékre: kúpkerékre = 7,48 hengereskerékre = 4,18 27

8.ábra. Hengereskerékhez: Kúpkerékhez: A két hajtóműlépcsőre így meghatározott kétfajta viszkozitás közül a nagyobbik viszkozitású olajat kell választani. Ehhez a viszkozitáshoz választott olaj: ISO VG 680-as 28

VII.) Csapágyak, kenés és tömítés Hajó tengely Egy kiálló elrendezésű tengely, amelyen a hajtó fogaskerék található. A felfogatás végén ezen a tengelyen két kúpgörgős csapágy FAG 31313-A 8 van X elrendezésben felszerelve, a csapágyak felső gyűrűi között pedig távtartó gyűrű van elhelyezve között hézagot biztosítva axiálisan. Követő csapágy FAG NUP2213-E-TVP2 egy hengergörgős csapágy amely szoros illesztéssel van a tengelyhez, és laza illesztéssel pedig a házhoz szerelve. Axiálisan a csapágyak odaerősítése a B és C jelű távtartók segítségével történik, ezek szélességének a megváltoztatásával lehet a feszességét beállítani tengelyirányban. Hajtott tengely Egy-egy kúpgörgős csapágy FAG 30217-A van felszerelve a hajtott tengely végein. A csapágyak X elrendezésben vannak és a felső gyűrűiknél D és E jelű távtartó gyűrűkkel kerültek beépítésre. Kimenő tengely Erre a tengelyre egy-egy beálló hengergörgős csapágy van felszerelve FAG 22215-E1 a hajtóműből kinyúló részénél követő csapágyazás elrendezésében. A káros tengelyirányú terhelés elkerülése érdekében hézag van a fedél és a külső csapágygyűrű között. a Csapágy normál élettartama üzemóra Beleszámolva a működési körülményeket: - ISO VG680 szabványú olaj megfelelő adalékokkal - megfelelő tisztaság a kenőfuratoknál - maximum működési hőmérséklet Ennek segítségével elérhetjük az üzemóra. tényezőt. Így az elérhető élettartam Mechanikai tűrések A csapágyak belső gyűrűinek tökéletesen illeszkednie kell a tengelyre. A kúpkerék csapágyazás bakjainak a következő tűrésnek kell megfelelni: tengelyen m5/ csapágyház H6 Kenés, tömítés Minden csapágynak megfelelő kenést kell kapnia a fogaskerekekről odakerülő olajból. A kúpgörgős csapágyak a ház felsőrészén található gyűjtőedényből kapják az olajat olajcsatornákon keresztül. A tengely tömítések a tengely kijáratnál vannak elhelyezve. 29

3D és rajz készítése VIII.) Fogaskerekek és a tengely szilárdsági ellenőrzése A FOGTŐ TÉNYLEGES FESZÜLTSÉGE: Egy fogaskerékpár fogtő-teherbírása az a terhelés, amelynek hatására az üzemeltetés során a fogtőben nem következik be repedés vagy törés. A fogtőben keletkező legnagyobb igénybevételeket az egyfogpár-kapcsolódás B ill. D határpontjában ható Fn normálfogerő váltja ki (7. ábra), a gyakorlat számára viszont jobban megfelel, ha a fog fejélét terhelő erő által kiváltott feszültséget számoljuk és az ilymódon létrejött különbséget egy módosító tényezővel vesszük figyelembe. A fejélt terhelő erőt a hatásvonalán eltoljuk a fog szimmetriatengelyéig, majd itt két összetevőre bontjuk: a szimmetriatengelyre merőleges F összetevő a fogtőre hajlító- és nyíróigénybevételt fejt ki, a szimmetriatengely irányában ható F összetevő pedig a fogtőre nyomást fejt ki. Mivel a fogtőben a hajlítófeszültségnek igen nagy a koncentrációja, ezért csak ezt vesszük figyelembe és névleges feszültségnek tekintjük. Legnagobb értéke azon pont környezetében van, amelyben a fogtőgörbe érintője 30o-os szöget zár be a fog középvonalával. A fogban keletkezett 30

feszültséget erre a keresztmetszetre számoljuk olyképpen, hogy az egyes méreteket a modul, az erőt pedig a kerületi erő függvényében fejezzük ki, majd az így kapott alapegyenletet módosító tényezőkkel kiegészítve eljutunk a tényleges feszültség végső egyenletéig, azzal, hogy figyelembe kell még vennünk a dinamikus hatásokat és a terheléseloszlást is. A legnagyobb névleges hajlító feszültség értéke hengeres kerékre: 7. ábra. A fogtő terhelése ( Az ábrán átlagos nyírófeszültségnek tekinthető) 31

Ansys v10 programmal végzett fogaskerék terhelésének vizsgálata jól mutatja a maximális nyíró erőt. 32

Egyenértékű terhelés. Ansys v10 programmal végzett tengely és fogaskerék terhelésének vizsgálata. Mindkét esetben megfelelő eredményt hozott a program, amelyet már az előző IV.) pontban már számítással is igazoltunk a megfelelőségi számítással. 33

Felhasznált irodalom Ungár Tamás - Vida András : Segédlet A Gépelemek I-II. Kötetéhez, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest 1984 FAG csapágykatalógus Dr. Erney György Fogaskerekek, ISBN: 963 10 5089 0,Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1983 Gépelemek I.-II. előadás jegyzet, 2009/10 tanév Németh Géza Kenés és tömítés féle előadás jegyzet 2011/12 tanév I.félév Stampfer Mihály Fogaskerékhajtások, Pollack Mihály Műszaki Főiskolai kar Gépszerkezettan Tanszék, Pécs 2004 Dr. Szente József - Kúpkerékpár tervezése, Oktatási segédlet a Gépelemek III. című tárgyhoz, Miskolc 2009 34