Gépelemek 1. BMEGEGEAGG1 Hidraulikus munkahenger tervezési dokumentáció Istenisuggalat 16.1.3 1
Tartalomjegyzék 1 Tervezési adatok 3 A szerkezeti elemek méretezése, ellenőrzése.1 Tervezési adatok ellenőrzése............................ Henger falvastagságának meghatározása.....................3 A dugattyúrúd szilárdsági ellenőrzése....................... Hengerfej méretezése................................5 Dugattyú méretezése............................... 5.6 Ellenőrzés kihajlásra............................... 6.7 Lengőcsap és henger közötti kötés....................... 6 3 Tömítések kiválasztása 7 3.1 A dugattyú tömítései............................... 7 3. A dugattyurúd tömítései............................. 7 3.3 Statikus tömítések................................ 8 Löketvég-csillapítás 8 5 Irodalomjegyzék 9
1 Tervezési adatok A munkahenger üzemi nyomása: p n = 16 MPa Névleges átmérő: D = 5 mm Rúdátmérő: d = 8 mm Lökethossz: L = 5 mm A dugattyú üzemi sebessége: v =.-.3 m/s Üzemi hőmérséklet: T =-3 C-1 C A csatlakozás típusa: MT A munkahenger egyéb méreteinél az [1] katalógus volt az irányadó. Működési elv: A munkahengerek olyan hidraulikus elemek, amelyek a hidraulikus energiát mechanikai energiává alakítják, és eközben egyenesvonalú mozgást végeznek. Alkalmasak arra, hogy viszonylag egyszerű eszközökkel biztonsággal fejtsék ki a legnagyobb erőket. Különösen kedvező a hidraulikus hengerek alkalmazása az oda-visszamenő mozgásokhoz, mert nincs szükség a forgó mozgás egyenesvonalú mozgássá való átalakítására. A hidraulikus munkahengerek összhatásfoka lényegében a hidromechanikai hatásfokkal azonos, a mechanikai veszteségeket a tömítések súrlódási ellenállása jelenti. A kifejtett erőkhöz viszonyítva az oda-vissza mozgatott tömegerők csekélyek. A hidraulikus munkahengereket ezért gyakran alkalmazzák szerszámgépekben, mezőgazdasági és földmunkagépeken, rakodó- és emelőgépeken, darukon, prés- és fröccsöntő gépekben, hajókon, zsilipeken, manipulátorokon, valamint egyéb célokra. A henger varratnélküli acélcsőből készül, a dugattyúrúd keménykrómozású. két végét hengerfejek zárják le. A henger A munkahengerek megmunkálása nagy gyártási pontosságot és finom felületminőséget igényel, különösen a henger furatát és a dugattyúrúd átmérőjét illetően. A dugattyú és a henger furata, valamint a dugattyúrúd és hengerfej között a szivárgásmentes zárást a nyomástól és az üzemi viszonyoktól függően megválasztott speciális tömítések biztosítják, amelyek széles választékban készülnek. A dugattyúrúdra a fej általában szabványos menetes kötéssel csatlakozik. 3
A szerkezeti elemek méretezése, ellenőrzése.1 Tervezési adatok ellenőrzése Ellenőrizzuk, hogy a kapott dugattyú, illetve dugattyúrúd átmérők szabványosak-e. Az [] táblázat szerint a dugattyú D = 5 mm és a dugattyúrúd d = 8 mm szabványosak, tehát használhatjuk ezeket. További adatot nem kell ellenőrizni.. Henger falvastagságának meghatározása A henger anyaga legyen E355 acél, melynek folyáshatára R e = 315 MPa. [3] Hónolt acélcsövet választottam a [] katalógusból, átmérője 5H9. A cső minimális falvastagsága: s = Dp n R =.68 mm, ahol z = a biztonsági tényező. e z p n A végleges falvastagság legyen s = 5 mm..3 A dugattyúrúd szilárdsági ellenőrzése Anyaga legyen C35E acél. Folyási határa R e = 38 MPa. A megengedhető feszültség: σ meg = R e z = 38 = 19 MPa A dugattyúrudat terhelő erő: F = D π p n = 3115 N A rúdban ébredő feszültség: σ = F A = F d = 51 MPa π σ < σ meg tehát a rúd szilárdságilag megfelelő. σ meg = 3.7 σ. Hengerfej méretezése A hengerfejeket GE3 jelű acélöntésből készítjük. Folyási határa: R e = 3 MPa σ meg = R e z = 15, ahol z = a biztonsági tényező A záró hengerfej fenékvastagságának minimális mérete: h =.6 A végleges fenékvastaság h=1 mm lesz. pn σ meg = 9.78 mm A belső nyomásból származó axiális erőt n = darab M1x1.75 [5] csavarral vesszük fel, melyeket mindkét végükön anyával rögzítünk a két hengerfejhez. A csavarokat az üzemi lazítóerő kétszeresére feszítjük elő. F v = F n = 1577.5 N A meghúzáshoz szükséges nyomaték: T = F v [tan(α + ρ ) + µ d a ] ahol µ =.1 a surlódási tényező
α =arctan ( P ) ( 1.75 ) =arctan =.935 a menetemelkedési szög ( d π ) 1.863π ρ µ =arctan cos( β =arctan (.1 ) = 7.88 ) cos3 a surlódási félkúpszög d a = d k + d f 18 + 1 = = 16 a anya alatti felfekvő felület középátmérője. Ezek ismeretében T = 188 Nmm lesz. A menetben ébredő húzófeszültség: σ = F v A = 6 MPa, ahol A = d 3 π = 76.6 mm a húzott kereszmetszet. A menetben ébredő csúsztatófeszültség: τ = T K p = 96.3 MPa, ahol K p = d3 3 π a keresztmetszet poláris tényezője. 16 A redukált feszültség a Mohr-elmélet szerint: σ red = σ + τ = 8 MPa Ez alapján a csavar anyagát válasszuk 5.8-nak, így a szakítószilárdsága R m = 5 MPa és a folyáshatára R e = R m.8 = MPa lesz. R e σ red = 1..5 Dugattyú méretezése A dugattyú-dugattyúrúd kötést egy Mx-es finommenetes csavarkötéssel oldjuk meg. A lazítóerő: F 1 = p n A 1 A 1 = 5 3 π = 1159. mm a dugattyú szabad felülete a húzó oldalon. Innen már F 1 számolható. F 1 = 1857 N Az előfeszítő erő legyen ennek kétszerese: [ F v = F 1 = 3795 N d A meghúzási nyomaték: T = F v tan(α + ρ ) + µ d ] a ahol: µ =.8 a surlódási tényező α =arctan ( P ) ( ) =arctan = 1.6 a menetemelkedési szög d π.7π ( ) ρ µ =arctan cos( β =arctan (.8 ) = 5.7 ) cos3 a surlódási félkúpszög d a = d 1 + d 3 + = = 8 mm a felfekvő felület középátmérője. Ezek alapján T = 956 Nmm a meghúzási nyomaték. A menetben ébredő húzófeszültség: σ = F v A = 99.1 MPa, ahol A = d 3 π = 37. mm A menetben ébredő csúsztatófeszültség: τ = T K p K p = d3 3 16 = mm3 a poláris keresztmetszettényező. τ = 956 = 5. MPa A Mohr-féle redukált feszültség:σ red = σ + τ = 13. MPa 5
A dugattyúrúd anyaga C35E, így a folyási határa: R e = 38 MPa R e σ red =.83 tehát az Mx-es csavarkötés megfelelő A dugattyú hosszát l =.9D képlet szerint választjuk meg. l =.9 5 = 5 mm. A dugattyú anyaga legyen 11SMnPb3 jelű automata acél..6 Ellenőrzés kihajlásra A befogási eset megállapítása a [6]-os táblázat szerint történt, majd a CAD modellen történő méréssel kaptam meg a kihajlási hosszat. Kihajlási hossz l = 53 mm λ = l I, ahol i x = i x A = d π 6 d π = d λ = l d = 7.7 E λ = π = 8.57.8R e Mivel 6< λ < λ Tetmajer egyenessel kell számolni. R e = 38 MPa esetén a Tetmajer egyenes: σ = 38 1.1λ. Ide behelyettesítve azt kapjuk hogy σ =.8 MPa F t = σa = 13711 N z = F t F = 13711 3115 =.37 Az ajánlott biztonsági tényező kihajlás esetén 3 és 5 között van, tehát a konstrukció kihajlásra megfelelő..7 Lengőcsap és henger közötti kötés A lengőcsap és a henger közötti kötést hegesztéssel oldjuk meg. A gyökmérete legyen a = 3 mm, ezt fogjuk ellenőrizni. Az ébredő feszültség: σ = F A = F π D h = 76 MPa, ahol D h = D + a = 6. mm D A megengedhető feszültség: σ meg = R eν 3.7 = = 175 MPa, ahol ν =.7 a hegesztés z 1. jósági tényezője és z = 1. a biztonsági tényező σ = σ = 5 MPa, σ = τ = 5 MPa σ ossz = σ + 3τ = σ = 5 = 18 MPa σ meg σ ossz σ meg = 1.6 σ ossz Tehát az a = 3 mm gyökméretű hegesztés megfelelő. 6
3 Tömítések kiválasztása 3.1 A dugattyú tömítései A dugattyúra két vezető gyűrűt és egy tömítő gyűrűt helyezünk. Ezeket a Trelleborg katalógusból [7] választottam. Tömítő gyűrű típusa: Turcon Glyd Ring (PG5) Működési paraméterei: p max = 6 MPa v max = 15 m/s T = 5 C C Anyag: Turcon M1 O-gyűrű paraméterei: T = 3 C 1 C Anyag: NBR 7 A vezető gyűrű típusa: Turcite Slydring (GP35) Ábra 1: Dugattyú tömítő gyűrű Működési paraméterei: p max = 5 MPa v max = m/s T = 6 C 1 C Anyag: Turcite T7 3. A dugattyurúd tömítései A dugattyúrúdra egy vezető gyűrű, egy tömítő gyűrű és egy szennylehúzó gyűrű illeszkedik, a [7] katalógusból lettek kiválasztva. Tömítő gyűrű típusa: Turcon Stepseal K (RSK8) Működési paraméterei: p max = 6 MPa v max = 15 m/s T = 5 C C Anyag: Turcon M1 O-gyűrű paraméterei: T = 3 C 1 C Anyag: NBR 7 Ábra : Dugattyúrúd tömítő gyűrű 7
Vezető gyűrű típusa: Turcite Slydring (GR658) Működési paraméterei: p max = 5 MPa v max = m/s T = 6 C 1 C Anyag: Turcite T7 Szennylehúzó gyűrű típusa: Zurcon Scraper DA (WD8) v max = 1 m/s T = 35 C 1 C Anyag: Zurcon 1 Ábra 3: Szennylehúzó gyűrű 3.3 Statikus tömítések A statikus tömítésként O-gyűrűket a Simrit [8] katalógusból választottam. Három helyre szükséges statikus tömítés: a henger és a hengerfejek közé, a dugattyú és a dugattyúrúd közé, ha az olaj átszivárogna a menetes részen, illetve a hengerfej és a dugattyúrúd tömítéseit tartalmazó persely közé. Mindhárom tömítés anyaga NBR-7. Löketvég-csillapítás A dugattyú mindkét végére kúpos löketvég-csillapítás kerül. Továbbá mindkét oldalon két 5 mm széles és 3 mm mély horony került kialakításra. Az érintkező felületek 3H11/c11 tűrésűek. A löketvég-csillapítás pontos megtervezését és méretezését jelen tárgy keretein belül nem végezzük el. 8
5 Irodalomjegyzék [1]http://www.krwest.com/pdf/Milwaukee%Cylinder%-%Full%Catalog%PDF.pdf 16.11.15 []Tóth Sándor, Gépelemek 1 Tervezési segédlet, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar, p.3- [3]Tóth Sándor, Gépelemek 1 Tervezési segédlet, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar, p.-13 Megjegyzés: Minden anyag folyáshatára innen lett megadva []http://www.mertl.com/en/product/cylinder-tubes/ 16.1.1 [5]Házkötő István, Műszaki D-s Ábrázolás, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar, p.88 Megjegyzés: Minden menetátmérő innen lett megadva [6]Tóth Sándor, Gépelemek 1 Tervezési segédlet, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar, p.3-5 [7]http://www.tss.trelleborg.com/remotemedia/media/globalformastercontent/downloadsautomaticly createdbyscript/catalogs/hydraulic complete gb en.pdf 16.11.15 Megjegyzés: A három ábra is innen lett átvéve. [8]http://www.basco.com.pe/pdf/simrit/simrit orings us.pdf 16.11.18 9
18 B 5 : 1 19 Ra 6,3 R,5 R1 35 1,5x R, R, R, +, R,3 R,6, +, +, R,5 1,35x5 3H11 8 D-D R1 R,3 R,5 +, Mx 39h9 6,9h8 R,5 R,5 M1 3 13 9 H9/h9 x5 5 Jelölt felület keménykrómozva, mm mélyen 7 3 G 1/ 9 8 36 1 3 3 B E A G 1/ C x5 13 1 D 75 1 M5 1,5x5 M 3,5,5,5x5 5 8f8,5 A A x5 H11/h11 3H11 x5 5 Ra, Ra,,5,5 Mx M16 5H9 x5 3H11 R1 15 1 89 1 5f8 Élmentes, sima lekerekítés Jelölt felület keménykrómozva,3 mm mélyen 1 16 77 3 5 8 3 E 35 11 1 D 89h1 19 6 3, 3H11 31H11 1 15 16 17 3 36H9 R, R,6 1x5,5 5 +,1 R, 38,7H9 R,3, +, R1 33H8 R x5 5,6 +, R,3 R, R, R, +, A 5 : 1 R, R,3 +, C 1 : 1,5x5 1x R,3 1 36, 8 1, 13 5 E-E 3c11 Általános tűrések: ISO 768-mK A munkahenger befoglaló méretei összezárt állapotban: 53x19x89 3 1 Álló dugattyúrúd tömítés 553 NBR7 Simrit 1 Álló tömítés 6513 NBR7 Simrit 1 Statikus tömítés 6 59 NBR7 Simrit 1 O-gyűrű (dugattyú) 5 PG5 NBR7 Trelleborg 19 1 Dugattyú tömítés 5 PG5 PTFE Trelleborg 18 Dugattyú vezetés 5 GP35 PTFE Trelleborg 17 1 Dugattyúrúd vezetés 8 GR658 PTFE Trelleborg 16 1 Dugattyúrúd tömítés 8 RSK8 PTFE Trelleborg 15 1 O-gyűrű (dugattyúrúd) 8 RSK8 NBR7 Trelleborg 1 1 Szennylehúzó gyűrű 8 WD8 PTFE Trelleborg 13 8 Rugós alátét 1, DIN 798 Fst 1 8 Hatlapú csavaranya M1 ISO 3 5.8, 11 Menetes rúd M1 AGG1-16-11 5.8, 1 1 Lengőcsap 89x19x AGG1-16-1 GE3 1,3 9 1 Csillapító persely II. 3x35 AGG1-16-9 C5,1 8 1 Csillapítópersely I. 3x3 AGG1-16-8 C5,1 7 1 Vezetőpersely M5x33 AGG1-16-7 C5,1 6 1 Hengerfedél 75x16 AGG1-16-6 11SMnPb3, 5 1 Henger 6x1 AGG1-16-5 E355,1 1 Hengerfej II. 75x5 AGG1-16- GE3 1 3 1 Hengerfej I. 75x65 AGG1-16-3 GE3 1, 1 Dugattyú 9,5x5 AGG1-16- 11SMnPb3, 1 1 Dugattyúrúd 8x7 AGG1-16-1 C35E 1,9 Tsz Db Megnevezés Méret Rajzszám Anyag Tömeg Megjegyzés Tervező: Dátum: 16.11. Ellenőrizte: Gyártmány: Hidraulikus munkahenger Megnevezés: Összeállítási rajz Anyag: Tömeg: 11,9 kg Méretarány: 1:1 Vet.mód BME GÉP- ÉS TERMÉKTERVEZÉS TANSZÉK Rajzszám: AGG1-16-