Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gép és Terméktervezés Tanszék Gép és szerkezeti elemek 1. Hidraulikus munkahenger tervezése Tantermi gyakorlat Dr. Grőb Péter Grőb Péter 2009 1
Energiaközvetítés Erőgép Energiaközvetítés Munkagép mechanikus (szíj, lánc, fogaskerék stb. hajtás), pneumatikus, hidraulikus, elektromos. Grőb Péter 2009 2
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 2009 3
Alkalmazások Grőb Péter 2009 4
A hidraulikus rendszer elemei szivattyúk/hidromotorok (1), munkafolyadék, csövek, nyomásirányítók (3), áramirányítók, útváltók (4), zárószelepek, szűrőberendezések, munkahengerek (5), tartály (2). Grőb Péter 2009 5
Hidraulikus munkahengerek A munkahengerek olyan hidraulikus elemek, amelyek a hidraulikus energiát mechanikai energiává alakítják, és eközben egyenes vonalú mozgást végeznek. Grőb Péter 2009 6
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 2009 7
Egyszeres/kétszeres működésű Egyszeres működésű munkahenger Kétszeres működésű munkahenger Grőb Péter 2009 8
Dugattyúrúd kivezetése Egyoldalú dugattyúrúd kivezetés Kétoldalú dugattyúrúd kivezetés Grőb Péter 2009 9
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 2009 10
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 2009 11
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 2009 12
Tömítések I. Hengercső vs. hengerfedél Nyugvó (statikus tömítés) O gyűrű Grőb Péter 2009 13
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 2009 14
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 2009 15
Tömítések IV. Dugattyú vs. dugattyúrúd Nyugvó (statikus tömítés) O gyűrű. Grőb Péter 2009 16
Tömítések kiválasztása Kiválasztás: katalógusból. Freudenberg Simrit GmbH (www.simrit.hu) Hallite Seals International Ltd. (www.hallite.com) 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 2009 17
Munkahenger csatlakoztatása a környezethez Grőb Péter 2009 18
Dugattyúrúd csatlakoztatása a környezethez Bosch Rexroth katalógusból Grőb Péter 2009 19
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 2009 20
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 4 2 2 D π d π ( F ) FD2 = p AD2 = p 4 4 1.4, 1.6, 2, 2.5, 5 Grőb Péter 2009 21
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, 5. + 2 F D ϕ = = F D d 2 2 Anyaga: C55K, C60K, NC1, NC2, CMo2 Keménykrómozva. Felületi érdesság: Ra 0,2 0,4 Grőb Péter 2009 22
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 2009 23
Méretezés kihajlásra II. [ ] Az inerciasugár m i I A ahol: I a kisebb másodrendű nyomaték m 2 4 2 = 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 2009 24
Méretezés kihajlásra III. Grőb Péter 2009 25
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 2009 26
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 370-450 308-1,14λ 450-550 467-2,62λ 550-589-3,82λ 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 2009 27
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 2009 28
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 2009 29
Henger hengerfedél találkozások I. Grőb Péter 2009 30
Henger hengerfedél találkozások II. Grőb Péter 2009 31
Dugattyú Feladat: térelválasztás Szélessége: ~0,7D Anyaga: A35K, A50 Lehet osztott ill. osztatlan. Illesztése: általában H11/h11. Grőb Péter 2009 32
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 2009 33
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 2009 34 s h A megnyúlások λ cs F l F l = ; λ = A E A E D cs D h h cs h
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 2009 35
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
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 2009 37
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 2009 38
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 2009 39
Segédletek Dr. Zsáry Árpád: Gépelemek I II., Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2008 Tóth S. Bisztray S. Molnár L. MarosfalviJ.: Gépelemek I., Műegyetemi Kiadó 2007, jegyzetszám: 45080 Katalógusok (Simrit, Hallite ill. Bosch Rexroth) Dr. Grőb Péter: Hidraulikus munkahenger méretezése (segédlet), 2009 Grőb Péter 2009 40
Köszönöm a figyelmet! Grőb Péter 2009 41