Feladat címe: Hidrosztatikus vezetékek méretezése. Készítette:

MISKOLCI EGYETEM SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK

SZAKDOLGOZAT

Feladat címe:

Hidrosztatikus vezetékek méretezése Készítette:

SZARKA TAMÁS Bsc szintű, gépészmérnök szakos Szerszámgépészeti és Mechatronikai szakirányos hallgató

2013/2014 TANÉV, 1. FÉLÉV

Tervezésvezető: Dr. Barna Balázs tanszéki mérnök Miskolci Egyetem Szerszámgépek Tanszéke

Konzulens: Dr. Szilágyi Attila egyetemi docens Miskolci Egyetem Szerszámgépek Tanszéke


2


Tartalomjegyzék I. Előszó ............................................................................................................................... 6 1.1 Abstract ...................................................................................................................... 6 1.2 Bevezetés ................................................................................................................... 7 1.3 Feladatom részletezése ............................................................................................... 8 II. Történelmi áttekintés....................................................................................................... 9 2.1 Vezeték típusok rendszerezése: ................................................................................. 9 2.2 Sikló vezetékek: ......................................................................................................... 9 2.3.Gördülő vezetékek: .................................................................................................. 11 2.4 Hidrosztatikus vezetékek bemutatása: ..................................................................... 14 III. Szabadalomkutatás ...................................................................................................... 17 3.1 Tapasztalatok összegzése ......................................................................................... 17 3.2 Lefordított szabadalmak: ......................................................................................... 17 US3717392 ................................................................................................................. 18 US 3754800 ................................................................................................................ 19 US 3917366 ................................................................................................................ 21 US 3934948 ................................................................................................................ 22 US3945692 ................................................................................................................. 23 US 4090743 ................................................................................................................ 25 US 4184720 ................................................................................................................ 26 US 4285551 ................................................................................................................ 27 US 4320926 ................................................................................................................ 28 US 4538081 ................................................................................................................ 30 US 4919549 ................................................................................................................ 31 US 5466071 ................................................................................................................ 33 US 5921731 ................................................................................................................ 35 3.3 Fejlődés irányának meghatározása: ......................................................................... 38 IV. Piackutatás ................................................................................................................... 39 3

MISKOLCI EGYETEM SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK 4.1 Nagy vonalakban Dr. Leonid Kashchenevskyről .................................................... 39 4.2 Néhány szó az Elka Precision cégről ....................................................................... 40 4.3 A piackutatás tényleges eredménye: ........................................................................ 41 V. Irodalomkutatás ............................................................................................................ 44 VI. Hidrosztatikus Vezetékek Méretezése ......................................................................... 45 6.1 A méretezés elvi alapja [11]: ................................................................................... 45 6.2 A csapágy terhelhetősége: [11] ................................................................................ 45 6.3 A csapágy kenőanyag szükséglete [11]: .................................................................. 46 6.4 A csapágy teljesítményszükséglete [11]: ................................................................. 46 6.5 Hidrosztatikus vezetékek szabályozása [11]: ........................................................... 51 6.6 A Csapágyak merevsége [12]: ................................................................................. 51 6.7 A Biztonságos olajfilm vastagság meghatározása [11]: .......................................... 53 6.8 Működési adatok kiszámítása [11]:.......................................................................... 54 6.9. A Csapágy hőmérsékleti viszonyai [11] ................................................................. 56 6.10. A csapágyból kilépő olaj hőmérséklete [11] ......................................................... 57 6.11 A kenőolaj viszkozitásának meghatározása [11]: .................................................. 58 6.12 Kialakítás, gyárthatóság és szerelhetőség .............................................................. 59 6.13. Alkalmazott jelölések és mértékegységek ............................................................ 59 VII. Vezetékméretezési példa ............................................................................................ 61 VIII. Szivattyúválasztás ..................................................................................................... 65 IX. Olajválasztás ................................................................................................................ 66 9.1. MOL Hydro HV többfokozatú hidraulikaolajok .................................................... 66 9.2. Teljesítményszintek, jóváhagyások: ....................................................................... 66 X. Irodalomjegyzék ........................................................................................................... 68 XI Összefoglalás ................................................................................................................ 69

4


EREDETISÉG NYILATKOZAT Alulírott …………………………………………; Neptun kód:……………………... a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős…………szakos hallgatója ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy ............................................................................................... című szakdolgozatom/diplomatervem saját, önálló munkám; az abban hivatkozott szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt. Tudomásul veszem, hogy szakdolgozat esetén plágiumnak számít: - szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül; - tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül; - más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése. Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem, hogy plágium esetén szakdolgozatom visszautasításra kerül. Miskolc, . …................... év ……………………………hó …………………nap

………………………………………………………. Hallgató

5


I. Előszó 1.1 Abstract In my essay I explored the development of the slides commonly used in machine tools . Compared the rolling and crawling slides under the wires of the most important aspects. I have summarized the main advantages of hydrostatic slides. I’ve made literature, patent and market research. I’ve translated fourteen patent to Hungarian, understood and studied the process of sizing of hidrostatic slides. During the task, I wrote the hydrostatic slide scaling process in simple, clear and concise format that can be easily understood through reading the sizing problem context . Furthermore, using this text anyone can easily size a hidrostatic slide according to the characteristics of the problem boundary conditions . I’ve choosen an optimal lube for this sizing project. I have used Emeritus Professor Mihaly Kozma’s notes many times of writing this study. I made a srcipt in Matlab software that sizes a hidrostatic slide after writing the boundary conditions into this. I have also designed a hidrostatic slide for a lathe to student use. I got the loads from Imre Görögh, who is planning this lathe for the department. If the department decides to construct the student lathe mentioned above , we will be able to change one - or even all - of the slides to hydrostatic ones. In this case, we will be able to produce workpieces by the two slide system under ideal geometric accuracy and under significantly different environmental effects ( vibration , anticipated failure etc ) . Then there would have been capable to compare two wire prices, maintenance costs and the established surface finish. And to confirm or refute my suggestion that we could reach more profit by applying this slide for the production of the workpiece.

6


1.2 Bevezetés A hajtóművek és állványok mellett a vezetékek a szerszámgépek legfontosabb alkatrészei. A megmunkálás során biztosítják a szerszámot és/vagy a munkadarabot szállító gépalkatrészek pontos geometriájú mozgását. A forgácsolás alatt esetenként szorítottak. A munkadarabok geometriai pontossága, felületi minősége és a gép termelékenysége nagymértékben függ a szerszámgép vezetékeinek pontosságától. Az, hogy a vezetékek milyen mértékben elégítik ki a felmerülő követelményeket, nagyban függ a szerszámgépen alkalmazott vezetékeken kialakuló súrlódási és kopási viszonyoktól. A súrlódási körülmények nagyban befolyásolják a szerszámgépen végzendő relatív mozgások –melyeknek ma már kifejezetten gyorsnak kell lenniük- pontosságát. Azaz a megvalósítható pozícionáló pontosságot, az előtolás és fogásvastagság minimális értékét. A kopási tulajdonságok a gép tartósságára és tartóspontosságára hatnak, tehát amennyiben megengedjük a kopást az a vezeték által szállított tárgy pályáját változtatja meg, melyet még a korszerű CNC gépek programjai sem tudnak kiküszöbölni. Ezen hatások eredménye pedig közvetlenül jelentkezik a munkadarab alakjának és méretének pontosságában. A következő felsorolásban rendszerezem a modern szerszámgépeken alkalmazott vezetékekkel szemben támasztott alapvető követelményeket: - nagy terhelhetőség - kielégítő rezgéscsillapítási képesség - pontos vezetés - pontos méretre állás - alaktartósság - gazdaságos kivitelezhetőség Napjainkban bizonyos feladatok elvégzésére szükségünk van úgynevezett ultra precíziós megmunkáló gépekre, melyek fordulatszáma a megszokott többszöröse, valamint pontossága akár nagyságrendekkel nagyobb a hagyományos gépekétől. (Bizonyos helyzetekben előírhatnak a látható fény hullámhosszánál kisebb tűrést is). Az ilyen berendezéseknél az eddig bizonyos mértékben elhanyagolt pontosságot befolyásoló tényezők is fontos szerepet játszanak. Külön kiemelném a rezgéscsillapítást, amely tekintetében a ma legelterjedtebb golyós és görgős vezetékek kifejezetten sok kívánni valót hagynak maguk után. A nem is olyan távoli múltban feltalálták a hidrosztatikus vezetékeket, melyek rezgéscsillapítása szinte tökéletes, valamint megfelelően konstruálva olyan önszabályozó rendszert alkotnak, amely egyetlen más vezetékrendszerre sem jellemző. Ezen tényeket figyelembe véve kijelenthetem, hogy érdemes ezzel a típusú vezetékkel és csapággyal foglalkozni és tervezésére méretezési rendszert kialakítani.

7


1.3 Feladatom részletezése Feladatom során először is fel kell tárnom a szerszámgépeken alkalmazott vezetékek fejlődését. Mik is azok a vezetékek? Ezek definíció szerint, a szerszám és a munkadarab relatív mozgását, megvalósító szánoknak, mozgó állványoknak, asztaloknak, a fellépő terhelésekkel szemben ellenálló, egy szabadságfokú elmozdulást biztosító, precíz (köszörült), merev (előfeszített), kopásálló (edzett) szerkezeti építőelemek. Elsőként tárgyalni fogom ezen vezetékek kialakulását, kezdve a legrégebbitől a legmodernebbig. Itt jutunk el a hidrosztatikus vezetékekig. De mik is lehetnek ezek? Képzeljünk el egy golyós vezetéket, itt a két egymáshoz képest elmozdulásra képes felület között golyók sora biztosítja a megfelelő távolságot és a képességet az elmozdulásra. Amennyiben ezeket a golyókat kivesszük és a két felület közötti területre nagy nyomású folyadékot préselünk hidrosztatikus vezetéket kapunk. Amennyiben a folyadékot levegőre cseréljük, aerosztatikus vezeték jön létre. Ezeken felül léteznek még hidrodinamikus és aerodinamikus kialakítások is, ezek a folyadék súrlódása miatt kialakuló szívó hatást használják ki. Miért is lehet jobb egy ilyen bonyolultabb berendezés az egyszerűbb és olcsóbb golyós vezetékektől? A válasz a teherviselő folyadék tulajdonságaiban rejlik. Ezen folyadékok legfontosabb tulajdonsága, hogy teljes mértékben elválasztják a két felületet így nem kell tartanunk a kopásból adódó pontatlanságokból. A folyadékréteg mintegy rezgés csillapító öv felfog minden rezgést, így tovább növelve a pontosságot. Megfelelő kialakítás segítségével egy önszabályozó rendszert kapunk, ami akár nagy sebességek esetén is biztonságos és pontos üzemeltetést tesz lehetővé. Ezen okokat megértve rájövünk, hogy ezeknek a vezetékeknek a precíziós megmunkálásoknál és a méréseknél lehet nagy szerepe. Ezek egyébként is nagyon költségesek így megéri ilyen berendezéseket gyártani, ezzel is növelve a pontosságot. Ezért feladatom következő részében szabadalmakat fogok gyűjteni és lefordítani. Ezeket megvizsgálva pedig meg kell majd határoznom a fejlődési trendeket és várható irányvonalat. Ezek megvizsgálása után piackutatást fogok végezni és a kapott eredményeket rendszereznem. Itt érünk el a feladat legfontosabb részéhez. Meg kell ismernem ezen vezetékek méretezési módszerét és tanulható formában ezt lejegyeznem. A méretezés megértése után a feladat egyszerűsítése érdekében Matlab segítségével írni fogok egy scriptet, aminek a segítségével algoritmizálom a méretezési feladatot Összességében jelenlegi feladatom céljaként azt jelölném meg, hogy megfelelő ismeretanyagot és tudnivalókat halmozzak fel és tanuljak meg, hogy a méretezési módszer megismerése után, ezt megértve egy egyszerű, érthető és könnyen elsajátítható formában leírjam, valamint feltárjam a tényleges méretezés megértéséhez szükséges irodalmat. Ezen feladatot véleményem szerint maradéktalanul kiviteleztem. Feladatom részletezése után, mint ahogy azt már említettem is, először a szerszámgépek vezetékeinek fejlődésének bemutatásával kezdem.

8


II. Történelmi áttekintés 2.1 Vezeték típusok rendszerezése: A kívánt eredmény elérése érdekében rendkívül széles skálája jelent meg a gépeken alkalmazott vezetékeknek. Először is ezek osztályozásával kezdeném feladatomat. A teherviselő elem fajtája szerint - megjelenésük sorrendjében- megkülönböztetünk: - sikló (csúszó) vezetékeket - gördülő vezetékeket - hidrosztatikus illetve hidrodinamikus vezetékeket - aerosztatikus illetve aerodinamikus vezetékeket - kombinált vezetékeket - lineáris motorok Kialakításuk szerint: - előfeszített vezetékeket - előfeszítés nélküli vezetékeket Alakjuk szerint: - körvezetékeket - egyenes vezetékeket Fejlődésük sorrendjében tekintsük át a különböző vezeték típusokat. Kezdjük tehát a sikló vezetékekkel.

2.2 Sikló vezetékek: Az első képen a legelterjedtebb csúszó vezeték kialakítások láthatóak. a, Nagy terhelésű,hosszú vezetékek esetén alkalmazott típus b, Prizmatikus vezeték, nagy előnye, hogy kiküszöböli a kopáshézagokat c, Fecskefark megoldás előnye zártsága d, Hengeres vezeték

a,

b, c, 1. ábra legelterjedtebb csúszó vezeték kialakítások

d,

9

MISKOLCI EGYETEM SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK Fecskefark és Prizma-lapos típusú vezeték részletezése:

2. ábra Prizma-lapos megoldás

3. ábra Prizma lapos és fecskefark megoldás elvi metszeti rajza [1]

10

MISKOLCI EGYETEM SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK A hengeres vezetékeknek sok keresztmetszet kialakítása van forgalomban, ezekre néhány példát a negyedik ábrán láthatunk

4. ábra példák hengeres vezetékek keresztmetszeti változataira

2.3.Gördülő vezetékek: Amennyiben az érintkező felületek közé golyókat vagy görgőket helyezünk golyós vagy görgős vezetéket kapunk. Ezen megoldásnak természetesen vannak hátrányai az előzőekhez képest, de jelentős előnyökkel is szolgálnak. Az ötödik képen ezekre láthatunk példát.

5. ábra Gördülővezetékek típusai [2]

11

MISKOLCI EGYETEM SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK Előnyei: - karbantartást nem igényelnek - nagy menetemelkedésű golyósorsók alkalmazása esetén nagyon gyors pozícionáló mozgás létrehozására alkalmas - nagyon pontos méretreállás - nagy sebességeknél sincs berágódás - kisebb surlódásból adódó kisebb hőfejlődés - egyszerű és olcsó – akár élettartam - kenés - kis erőkkel is mozgatható - a gördülő ellenállás miatt, nem jelentkezik az akadó csúszás jelenség - szerelési egységként alakítható ki Hátrányai: - gondos vezetékvédelemre van szükség - lökésszerű terhelésekkel szembeni ellenállása kicsi - nagy pontosságú gyártást igényel ezért drága - kis rezgéscsillapító képesség az elmozdulás irányában - nagy billenő nyomaték felvételéhez speciális kialakítás szükséges Gördülő vezetékek kialakításai több szempont szerint osztályozva: Gördülőelem típusa szerint: - golyó - görgő - tűgörgő Milyen irányú terhelést képesek felvenni: - egytengelyű - tetszőleges irányú A visszavezetés módja szerint lehetnek: - visszavezetés nélküli - rövid visszavezetésű - hosszú visszavezetésű vezetékek Előfeszítés módja szerint: - előfeszítés nélküliek - súlyfeszítésű - előzetes szabályozású feszítéssel épített vezetékek A modern gördülővezetéket előfeszítve építik. Így az egymáson elmozduló részeket egy belső erőrendszer szorítja össze, ami merevséget és holtjáték mentességet biztosít.

12


1. táblázat összehasonlítás a gördülő és sikló vezetékek tulajdonságairól [3] A vezetékek méretre állásának megoldásainak lehetséges eszközei:

6. ábra mozgató orsó [4]

13


7. ábra fogaskerék-fogasléc kapcsolat [5] - mozgató orsó - fogaskerék-fogasléc kapcsolat - hidraulikus mozgatás - pneumatikus mozgatás (mérőeszközöknél) - szervomotorok A régi típusú kis termelékenységű szerszámgépeken lehetőség volt ezek kézzel történő mozgatására. A modern berendezések termelékenységéhez megkívánt rövid mellékidők létrehozása azonban ezt a típusú mozgatást teljesen felváltotta. Ma már minden megmunkáló gépen automatikus (programozott) mellékmozgásokat alkalmaznak. Ezen vezetéktípusok után találták fel a következő kialakításokat: - hidrosztatikus vezeték - hidrodinamikus vezeték - aerosztatikus vezeték - aerodinamikus vezeték

2.4 Hidrosztatikus vezetékek bemutatása: Ezen kialakításokra néhány szemléltető ábra: A hidrosztatikus és aerosztatikus kialakítások közötti különbség csak a bennük áramló anyag minőségéből és –az elviselendő nyomás nagyságából adódóan – masszivitásukban figyelhető meg, ezért ezeket azonos képeken mutatom be.

14


8. ábra Kompakt hidrosztatikus vezeték [6]

9. ábra Hidrosztatikus vezeték [7]

15

MISKOLCI EGYETEM SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK A hidrodinamikus és aerodinamikus csapágyak pedig csak zsebeik kialakításában térnek el az előzőektől.

10. ábra hidrodinamikus siklócsapágy [8]

16


III. Szabadalomkutatás 3.1 Tapasztalatok összegzése Mint láthatjuk a vezetékek fejlődésének két fő iránya van: - Termelékenység növelése céljából kifejlesztett, gyors és „viszonylag” pontos nagy menet emelkedésű golyósorsók - Valamint az ultra precíziós pontosság elérése érdekében kifejlesztett igen nagy pontosságra képes hidrosztatikus vezetékek. Feladatom során ezen utóbbiak megismeréséről és tervezésének módjairól fogok számot adni. Úgy gondoltam, hogy ezen eszközök megismeréséhez a leggyorsabb út úgy vezet, ha átolvasok néhány szabadalmat, ezért a „Google Patent Search” nevű szabadalomkereső programot használva kerestem több – szám szerint 14 darab témához illő szabadalmat, ám ekkor rá kellett jönnöm, hogy ezekből egyik sem áll rendelkezésre magyarul. Így komplex feladatom első szakaszában ezek lefordításával és működésük megértésével foglalkoztam.

3.2 Lefordított szabadalmak: A szabadalmak felsorolását azok nevével kezdem, így megkülönböztetve azokat egymástól, ezáltal egyértelműen megjelölve azokat, mely segítségével bárki megtalálhatja ezeket. Ezekben közzétett ábrák a szabadalmakban megtalálhatóak, így ezek elérhetőségét sem teszem közzé. Majd a feltalálót és az elfogadás dátumát írom le s ezek után képekkel és illusztrációkkal kiegészítve leírom ezek lényegi részét. A jó megkülönböztetés érdekében minden szabadalmat új oldalon fogok kezdeni.

17


US3717392 Feltaláló: Brian Ennis, Halifax, England Iktatva: 1971, Február 16. Összefoglalva: A találmány hidrosztatikus csapágyazás elrendezést biztosít szerszámgépekhez. Két szabadon futó hidrosztatikus csapágyazás van beépítve a gép első és második viszonylagos mozgásra képes része közt, a csapágyazások ellentétes irányítottságúak. Az első relatív mozgásra képes csapágyazáson egy detektor van rögzítve, amelyen a nyomásértéket egy rugó előfeszítésével állítjuk be. Ha a belső nyomás túl nagy a detektor elmozdul, ami lehetővé teszi a folyadék kiáramlását. Ez csökkenti a tápfolyadék mennyiségét. Emiatt a másik csapágy nyomása lecsökken, valamint ez fordítva is működik. Megjegyzés: A találmány egy hidrosztatikus csapágyazás egy "túlfolyóval" mely valamilyen üzemzavar esetén „leereszti” a fölösleges tápfolyadékot. Egy nyomáshatároló beépítésével védjük a csapágyakat a befeszüléstől és a tönkremeneteltől a US 3934948szabványhoz hasonlóan csak más kivitelben.

11. ábra

18


US 3754800 Feltaláló: Erik Lennart Waldemar Johansson Iktatva: 1972, Január 17.

12. ábra

19


13. ábra Összefoglalás: A találmány egy olyan hidrosztatikus csapágyazás, amely mindkét oldalán egy a másikhoz képest relatív mozgásra képes felület található. A két felület között lévő közbetét elem belső és külső felülete a két relatív mozgásra képes felület között egy-egy csapágyhézagot alkot (ide kerül a nagynyomású olaj). Amennyiben az egyik –például a belső – felület elmozdul a csapágyazás olyan sebességgel fog mozogni, hogy a két oldal súrlódási veszteségei megegyezzenek. A nyomásértékeket a "6"-ossal jelölt folytásokkal állíthatjuk be. Miközben a közbetét elem elfordul, változik a folytás értéke a szögelfordulással arányosan nő,majd csökken, így a közbetét elemet forgatva dinamikus nyomásértéket kapunk. Ezáltal a speciális alkalmazások esetén létrejövő rezgéseket küszöböljük ki. Megjegyzés: A csapágyazást valószínűleg valamilyen nagy dinamikus terhelés kiegyensúlyozására fejlesztették ki.

20


US 3917366 Feltaláló: Peter Alan Mason, Kenilworth , England Iktatva: 1974, Április 1.

14. ábra Összefoglalás: A találmány egy hidrosztatikus csapágyazás, azt ellátó furattal és egy ehhez csatlakozó belső rész, ami ennek a szabályozására lett kialakítva. A szabályozás a belső részben kialakított beömlő nyílásban elhelyezett szabályzó tüskével történik, ennek a horonytól való távolságával lehet szabályozni a folyadékáramot. Ez egy belső zsebbe vezet, mely olajjal látja el a csapágyazást.

15. ábra Megjegyzés: Mint láthatjuk, a tengelyt 2 darab azonos típusú csapággyal támasztjuk meg, melytől a tengely merevvé válik. Valószínűleg köszörűgépek csapágyazására lett kialakítva.

21


US 3934948 Feltaláló: Francois Claude Pruvot, Pully, Svájc Iktatva: 1974. Július 9.

16. ábra

Összegzés: A találmány egy önszabályzó hidrosztatikus csapágyazás, mely két részből áll. Az első maga a csapágyazás, melyben vékony furatok húzódnak és a tengely felőli oldalán zsebek találhatók, melyben majd a folyadék fog elhelyezkedni. A második egy szabályzó egység, amely arra szolgál, hogy ha a nyomás érték meghaladja a rugón beállított értéket, akkor növelje meg a kiáramlásra alkalmas rés méretét. Ezáltal megvédve a szerkezetet a károsodástól és a benne lévő olajat a felmelegedéstől. Megjegyzés: Egy egyszerű segédberendezés segítségével elkerülhetjük a gép károsodását vagy az olaj felmelegedését. Mivel a kenés rendkívül fontos nagy tömegek szállításakor, ezért a folyadék felmelegedésének hatására történő viszkozitás csökkenés komoly károkat is okozhat. Ez a szerkezet ezt a jelenséget is kiküszöböli. 22


US3945692 Feltaláló: Toshio Tsujiucji, Anjo, Japán, Iktatva: 1974, Október 16.

17. ábra

18. ábra 23


19. ábra

Összefoglalás: Az ábrákon látható találmány, egy nagy merevségű csapágy. Valamint a szabadalomhoz hozzátartozik még a csapágy kialakítására feltalált módszer. A csapágyazás két részből áll. Egy elforgatható hüvelyből, valamint egy fix házrészből. A tökéletes egymásba illeszthetőség miatt figyelnünk kell ezen két rész tűrésére, s tökéletes kört kell esztergálnunk, ugyanis a két résznek koncentrikusnak kell lennie.

24


US 4090743 Feltaláló: Hiroshi Suzuki, Okazaki; Toshio Tsujiuchi,Anjo;Massanobu Goto,Kariya; Japán Iktatva: 1977, Január 17.

20. ábra

21. ábra Összefoglalás: A találmány egy hidrosztatikus és egy hidrodinamikus csapágyazás összeállításából létrejött csapágyazás, ami egyesíti mindkettőnek az előnyeit, valamint nagy merevséget biztosít a szerszámnak. Megjegyzés: A hidrosztatikus csapágyazás megfelelő kenést biztosít már induláskor is, míg a hidrodinamikus csapágyazás megfelelően merevvé teszi azt. 25


US 4184720 Feltaláló: Anton Zacherl, Münich, Németország. Iktatva: 1977, Október 26.

22. ábra Összefoglalás: A találmány egy aerorosztatikus csapágyazás egy turbómotor vagy turbógép keramikus rotorjához. Feladata egy nagynyomású levegőből álló vékony filmréteg létrehozása a csapágy két oldala és az azt határoló részek között. Ezáltal a gép üzemképes marad még magas hőmérséklet és nagy fordulatszám esetén is. Megjegyzés: Az aerosztatikus csapágyak nagy előnye a kis zaj és levegő azon tulajdonsága, hogy a hőmérséklet növelésével viszkozitása is nő. Így még extrém nagy hőmérséklet esetén is képes megfelelő kenést biztosítani. Valamint a kialakításnak köszönhetően a szerszámfej elfordítható. 26


US 4285551 Feltaláló: : Hiroshi Suzuki, Okazaki;Kunio Shibata,Kariya;Kazuhiko Shugita, Anjo; Japán Iktatva: 1979,Június 28.

23. ábra

Összefoglalás: A találmány egy forgatás közben is táplálható hidrodinamikus csapágyazás. A csapágyazás belső felületén egy sor hidrodinamikus zsebet - „zónát” hoztak létre a csapágyazás felületén kerületi irányban. Minden egyes zóna egy pár hidrosztatikus zsebhez van hozzárendelve tengelyirányban, amely legalább minden másodikat folyamatosan nyomás alatt lévő folyadékkal képes ellátni. Tehát a hidrosztatikus részek (nagy zsebek) folyamatosan legalább minden második hidrodinamikus zsebet (kicsik) táplálnak.

Megjegyzés: A hidrodinamikus csapágyak nagy előnye, hogy nagy merevséget biztosítanak még hatalmas terhelések és nagy sebesség esetén is. Ezáltal egy nagyon precíz csapágyazást alakíthatunk ki. A gépet egy köszörű meghajtására hozták létre, melyet valószínűleg kiszikráztatásra használnak.

27


US 4320926 Feltaláló:Otto Heinemann, Ennigerloh; Helmut Lücke, Beckum; Werner Schossler, Ahlen; Burkhard Heiringhoff,Oelde; Helmut Krumme, Waldersloh; Németország Iktatva:1980, Július 14.

24. ábra

25. ábra 28


26. ábra

Összefoglalás: A találmány egy hidrosztatikus csapágyazás, amelynek felületén több zseb is található, melyek egy furat körül szimmetrikusan vannak elrendezve, amely közepes nyomású folyadékforrásként szolgál. A teher felvételéhez három papuccsal támasztjuk meg a szánt. Az egytengelyűséghez szükséges a középső papucs magasságának állítása, ezért tér az el a többitől. A papucsok több mint kétszeresen túl vannak méretezve, így ha bármelyik motor elromlik, azt a munkafolyamat megállítása nélkül ki lehet cserélni, meg lehet javítani, a táplálásnak köszönhetően.

Megjegyzés: A találmány kivitele egyszerű, ebből következik, hogy nagyon megbízható. A megtáplálás kivitele még megbízhatóbbá teszi a gépet, a tervezésnél a fő szempont valószínűleg az üzembiztosság volt.

29


US 4538081 Feltaláló: Masashi Kamiya,Tokio;Mitsuo Sumiya,Yokohoma;Ryocji Yamaguchi,Tokyo; Japán Iktatva: 1983, Február 7.

27. ábra

28. ábra

Összefoglalás: A találmány egy elektromotor főorsójának csapágyazása. A csapágyazás a tengelye mentén elforgathatóan táplálható. A mágneses tolóerő csapágyak a tengelye mentén lebegtetik az orsót. A tengelyen párhuzamos hornyok találhatók amelybe préselődik a nagynyomású folyadék. A tengelyben rotor mágnesek vannak elhelyezve, valamint az állórészhez is rögzítve van egy mágnes. Az orsó lebeg a tengelye körül forogva a mágnesek között kialakuló erőtérnek köszönhetően. Megjegyzés: A találmány egy orsómotor, mely nagy sebességre, nagy pontosságra is képes, valamint a kisebb súrlódásból adódóan hosszabb életű is lesz.

30


US 4919549 Feltaláló: James L. Lawson, Simsbury; Roland A. Peterson, Norfolk; Anglia Iktatva: 1989, Január 30.

29. ábra

30. ábra

Összefoglalás: A találmány egy orsóhüvely, amely hidrosztatikus csapágyakkal van megtámasztva, így a nagy nyomású tápfolyadékkal az orsó tökéletesen ki lesz egyensúlyozva. A találmány egy álló és egy mozgó részből áll. A két darab hüvelybe épített csapágyazási pont metszetei látszanak a jobb oldali ábrákon, ezek képesek elmozdulni, valamint külső részükön is vannak zsebek kialakítva, így biztosítva az egytengelyűséget és kiküszöbölve a szöghibákat. Ezáltal a befogás igen pontos lesz és nagy sebességekre is képes.

31


US 5010794 Feltaláló:Earl E. Klager, Saline, Egyesült Államok Iktatva: 1990, Február 5.

31. ábra

Összefoglalás: A találmány egy hidrosztatikus orsó csapágyazás. Az orsó mindkét végén egy-egy axiális hidrosztatikus csapágyazás található, melyek a csapágyházon keresztül vannak táplálva. A nyomás alatt lévő hidraulika olajat elektrohidraulikus szervó kontroll rendszer szabályozza, precízen kontrolálva a transzlációs pozícionálást, az orsó sebességét és gyorsulását. A henger két végén elhelyezett hidrosztatikus nyomócsapágyak megvédik a dugattyút, amikor forog, valamint mindkét végfelületét. Megjegyzés: Modern technikával szabályozott hidraulikával ellátott csapágyazás. Valószínűleg egy előtoló rendszer dugattyúját láthatjuk az ábrán. Ennek szüksége van a pontos megtámasztásra és sebességszabályozásra, valamint az esetleges hibák esetén sem kophat el. Ehhez ideálisak a hidrosztatikus csapágyak.

32


US 5466071 Feltaláló: Alexander Solcum, Concord, New Hampshire, Egyesült Államok Iktatva: 1994. Március 10.

33

MISKOLCI EGYETEM SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK 32. ábra

33. ábra Összegzés: A találmány a szánrendszer egy új kialakítását mutatja be. Az újdonság a hidrosztatikus orsó zsebeinek kialakításában és a tápfolyadék bevezetésében rejlik. Ezzel a módszerrel nagyon magas fordulatszám és terhelhetőség is kivitelezhető, mégpedig egy olyan önszabályozó rendszerrel, amely érzéketlen a szennyeződésekre és víz alapú hidrosztatikus folyadékok használatát is lehetővé teszi. Az új hidrosztatikus csapágyak lehetővé teszik a pontosság és sebesség további növelését. A bemutatott tervezési módszerek hatására minimalizáljuk a merevség változásának lehetőségét, ezzel elkerülve a befeszülés vagy pontatlanság kockázatát. Az elsődleges feladat bármilyen tervezés során, a tápfolyadékok elszeparálása és védelme. Biztosítanunk kell, hogy ne következhessen be kavitáció, ami erózihoz vezet a csapágyazott és a csapágyazás felületén, mely végül a gép tönkremeneteléhez vezetne. Ennek érdekében gyengéden változó formájú zsebeket hozunk létre, s bennük apró mélyedéseket, melyek nyomáscsökkenést fognak eredményezni, így elkerülve a turbulens áramlás és az abból adódó kavitáció kialakulását. Megjegyzés: A találmány segítségével a kavitáció kialakulásának veszélye nélkül tudjuk magasabb nyomáson üzemeltetni a csapágyazásokat, így nagyobb sebességet és pontosságot tudunk elérni. Valamint miniatürizálni tudjuk a zsebeket így értékes helyet, alapanyagot, munkát és energiaforrásokat megtakarítva, míg a termelékenységet növeljük.

34


US 5921731 Feltaláló: Kugalar S. Chandrasekar, Rockford, Egyesült Államok Iktatva: 1997 július 10.

34. ábra

35. ábra 35


36. ábra 36


37. ábra Összefoglalás: A találmány egy közös házba integrált orsó és motor egység, mely hidrosztatikus csapágyakkal van megtámasztva. A csapágyak nyomása 1200 és 1500 psi között állítható. (1 psi= 6895 Pa, tehát 80-100 bar) Ennek köszönhetően az orsó kiválóan terhelhető és nagyon merev, melyből következik, hogy még igen nagy sebességek esetén is pontosan vagyunk képesek megmunkálni a szerszámmal. A csapágyazás magába foglal egy tömítő rendszert, egy sor különálló tömítést, egy labyrinth tömítést és egy aerosztatikus gyűrű tömítést. Utóbbi feladata, hogy létrehoz egy aerosztatikus (film) légréteget s így biztosítja a hidrosztatikus csapágy és az orsó koncentrikusságát még akkor is, ha a tengely megdől. Valamint benntartja a kenőanyagot a kent felületen. A motor forgó részére rögzítve van egy állandó mágnes,mely meghajtja az orsót Orsómotor). Ez nagy erőt képes produkálni (minimum 100 lóerőt a szerszámfejen). Mint az a 36. és 38. képen jól látszik a fő csapágyban hidrosztatikus (nagyobb) és hidrodinamikus (kisebb) zsebek követik egymást. Erre valószínűleg a merevség további növeléséhez van szükség.

Megjegyzés: A találmány a korszerű CNC-gépekhez lett kialakítva. Ezek orsómotorjait a leírt módon csapágyazva egy megbízható önszabályozó, nagy merevségű és nagyon pontos rendszert kapunk. 37


3.3 Fejlődés irányának meghatározása: Mint láthattuk a US 3934948 és a US 3717392-es szabadalmakat a technológia megjelenésekor az automatizálást, a berendezések védelmének megvalósítását és az önszabályozás fejlesztését célozták a berendezések kialakításai. Ezek a korszerű nyomáshatárolók és áramhatárolók megjelenésével gyakorlatilag fölöslegessé váltak (ugyanis pontosan meghatározott mennyiségű folyadékáram jut a fogyasztóra). Az utóbbi években inkább a hidrosztatikus és hidrodinamikus csapágyak összeépítésével elért merevségnövelés és szabályozás került előtérbe. Valamint ma már csak a legprecízebb megmunkálásokhoz használják ezt a fajta megmunkálást költségessége miatt. Gondolok itt a modern CNC megmunkáló központokra valamint az ultra precíziós gépek felületének megmunkálására. Elterjedtek még az aerosztatikus szánok azok rendkívüli pontossága miatt, ám ezeket kis terhelhetőségük miatt csak a méréstechnológiában használják, de ott igen nagy sikerrel. Nincs szükség olajra sem, mert levegőből korlátlan mennyiség áll rendelkezésre, így ezek fenntartása is olcsóbb. A vezetékek további fejlődése valószínűleg a hidrodinamikus zsebek kialakításának fejlesztésének irányába fog terelődni, s ezek javított képességeit a már kiforrott hidrosztatikus zsebekkel összeépítve fogják kihasználni ezen kialakítások együttes pozitív tulajdonságait.

38


IV. Piackutatás Mikor nekikezdtem a piackutatásnak természetesen először Google keresőt használtam. Nagy meglepetésemre, az első 5 oldalon egyetlen valamire való találatot sem sikerült megjelenítenie. Megjegyzem életemben először fordult ilyen elő velem. Ezután egy kis ideig nem tudtam mi tévő legyek és kellett egy kis idő mire kieszeltem egy kisseb cselt. A képkeresőt használva már találtam hidrosztatikus vezetékeket korábban, ezeket újra előkeresve, azok márkáját lelesve jutottam el néhány cég nevéhez. Ezen cégeknek e-mailt írtam, de sajnos nem sok válasz érkezett. Ezen felül levelet írtam a FAG és az SKF cégnek. Míg a FAG válaszra sem méltatott, az SKF magyar leányvállalatától jött egy levél, miszerint ők nem tartanak ilyeneket, de sok szerencsét a továbbiakhoz. Néhány nappal ezután jött egy igen érdekes válasz az egyik e-mailemre. Elsőre nem is hittem a szememnek, mivel a levél írója Dr. Leonid Kashchenevsky, az Elka Precision cég alapítóelnöke. Vele folytatott levelezésem eredményét írom le a következőkben.

4.1 Nagy vonalakban Dr. Leonid Kashchenevskyről Dr. Leonid Kashchenevsky eredetileg Litván származású, majd miután megszerezte Phd fokozatát a Szovjetunióban, az Egyesült Államokba emigrált, ahol megalapította az Elka Precision nevű hidrosztatikus papucsokat, vezetékeket, orsókat gyártó cégét. Jelenleg több mint 35 év tapasztalattal a háta mögött fejleszti tovább ezen berendezéseket. Ezalatt az idő alatt 19 szabadalmat adott ki, rengeteg cikket publikált és sok fontos dokumentum pontos lefordításával segítette ezen tudományterület fejlődését. Ezeket a dokumentumokat az első számú mellékletben tárom fel. Ahhoz hogy teljes képet kapjunk róla, hozzá kell tenni, hogy ezen szabadalmak közül, melyeket kiadott sokat máig nem lehet csak úgy fellelni, a cég valószínűleg ipari titokként kezeli és ezért bár hosszú időn keresztül kerestem mégis csak a régebbi szabadalmait találtam meg.

38. ábra Dr. Leonid Kashchenevsky: [9] 39


4.2 Néhány szó az Elka Precision cégről

39. ábra Az Elka Precision cég elhelyezkedése [9] Mint a térképen (39. ábra) is láthatjuk a cég Connecticut államban, Plainvilleben található. Ez volt a világ legelső ultra-magas sebességű és pontosságú hidrosztatikus orsókat gyártó cége. Ezen berendezések kifejezetten alkalmasak kisméretű, nehezen megmunkálható alkatrészek precíz gyártására. (Mint például titánium, alumínium és rozsdamentes acél ötvözetek.) Ráadásul ezen gépek sokkal rövidebb idő alatt képesek jobb minőségű (gyakran tükör sima) nagyobb geometriai pontosságú megmunkált felületeket létrehozni. Akár 200 nanométeres sugárirányú pontosságra is képesek.

40. ábra Geometriai pontosság [9] A cég legújabb fejlesztése egy összetett hidrosztatikus és hidrodinamikus részeket is tartalmazó alkatrész, melynek terhelhetősége, pontossága és merevsége még az eddigieket is felülmúlja. Ez az új ultra-magas sebességű orsó még a legnagyobb terhelések hatására is dinamikusan, éles rezonancia nélkül munkál meg.

40


41. ábra Frekvencia – Amplitudo diagramm [9] A cég gépeit Európában, Ázsiában és Észak Amerikában is alkalmazzák. Kisméretű orsói képesek a 250000 fordulat/másodperc elérése, ezek lassabb, nagyobb változatai akár 200 tonnáig is terhelhetőek. A cég néhány kiemelkedő munkáját feltártam és a kettesszámú mellékletben taglaltam, például a NASA-nak is többször szállított berendezéseket.

4.3 A piackutatás tényleges eredménye: Jelenleg a világon csak két cég foglalkozik hidrosztatikus orsók, papucsok és vezetékek eladásra történő gyártásával, az Elka Precision és a német Hyprostatic nevű cég. (Sajnos hozzájuk írt levelemre nem érkezett válasz.) Emellett még néhány cég gyárt ilyen alkatrészeket, de ők csak saját gépeikbe építik be és azzal együtt árulják. Manapság az igények ezen megmunkáló gépekre igen gyorsan nőnek, főleg a nagy pontosságú megmunkálások esetében, különösen az ultra nagy pontosságú alkatrészek belső marásának, kis alkatrészek nagy számú gyártásában. Például diesel és benzin injektorok, kis méretű precíziós golyós csapágyak, üvegszál optikai csatlakozók, stb. . Ezen eszközök alkalmazása egy időben növeli a termelékenységet, javítja a minőséget és a pontosságot. Másik alkalmazási lehetőségei lehetnek például a litográfiai lencsék és a teleszkóp lencsék gyártása. Ezen gépek legfőbb előnyei a dinamikus stabilitás, merevség, nagy pontosság, jó felületi minőség és az élettartam. Sikerült megszereznem az Elka Precision cég sztenderd árajánlatainak listáját, ez látható a 3. táblázatban. Mivel legtöbbször speciális darabokat rendelnek a cégtől, ezért azok ára akár nagyban is eltérhet a felsoroltaktól. Ezen ár meghatározásánál a legfőbb szempontok: -

hány darabra van szükség milyen mértékű az eltérés az eredetitől mekkora mennyiségű folyadékáramra van szükség mekkora súrlódást kell legyőznie az alkatrésznek (terhelés nagysága) sokszor ennek az alkatrésznek kell kennie (- olajjal ellátnia a kenő rendszert -) az orsót mekkora erő szükséges az orsó táplálásához

Példaként kaptam egy beépítési rajzot egy létező egységhez, ezt a 42. képen szemléltetem. 41

MISKOLCI EGYETEM SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK ELKA PRECISION, LLC PRICE LIST FOR STANDARD ULTRA-HIGH PRECISION HYDROSTATIC SPINDLES

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Internal Grinding Spindle for Maximal Speed 120,000 RPM with 100 mm Sleeve Diameter, Model ELP 120/6 IG Internal Grinding Spindle for Maximal Speed 140,000 RPM with 100 mm Sleeve Diameter, Model ELP 140/3 – IG Internal Grinding Spindle for Maximal Speed 250,000 RPM with 100 mm Sleeve Diameter, Model ELP 250/1.3 - IG Internal Grinding Spindle for Maximal Speed 100,000 RPM, with Coolant Supply through the Rotating Shaft, with Sleeve Diameter 80 mm, Model ELP 100/3 – IG (CS) Internal Grinding Spindle for Maximal Speed 250,000 RPM with 80 mm Sleeve Diameter, Model ELP 250/1.3 – IG(80) Truing Spindle for Maximal Speed 25,000 RPM with built in Acoustic Emission Sensor, with 58 mm Sleeve Diameter, Model 25/0.8 - TR Work Head Grinding Spindle for Maximal Speed 6,000 RPM Model ELP 6/12 - WG Work Head Grinding Spindle for Maximal Speed 6,000 RPM Model ELP 6/6 - WG Work Head Grinding Spindle for Maximal Speed 12,000

Number of Spindles Ordered 1-2 3-5 6-10 11-15 16-20 Price Per One Spindle in US Dollars 23,550 21,600 19,500 19,100 18,200

22,900

20,800

19,050

18,300

17,650

23,200

21,800

20,250

19,250

17,850

24,700

22,900

21,100

19,700

18,500

23,900

21,750

19,800

18,500

17,900

23,900

21,850

20,300

18,700

17,800

37,400

35,300

32,050

30,300

28,600

32,350

31,100

28,750

26,700

26,020

38,800

36,550

33,200

30,900

29,100 42

MISKOLCI EGYETEM SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK RPM Model ELP 12/10 - WG 10 Milling Spindle with Automatic Clamp-Unclamp Unit for Maximal Speed 25,000 RPM, Model ELP 25/34 - M

57,600

52,400

50,900

48,600

45,500

2. táblázat [10]

42. ábra Elka Precision által készített berendezés beépítési modellje [10] Tehát ezért az árért a cég nem csak megépíti, hanem beépítési tervet is ad, és a hozzá tartozó alkatrészeket is beszerzi hozzá. Szivattyúkat például a német Sieb & Meyer cégtől rendel a cég.

43


V. Irodalomkutatás Irodalomkutatásomat a Miskolc Egyetem könyvtárában kezdtem, ezután a Miskolci városi könyvtárban folytattam munkámat, majd a sajnálatos negatív eredmény után a könyvtár elektronikus felületén kerestem a címtárban. Megállapíthatom, hogy a Budapesti Műszaki Egyetemi könyvtárban lévő 1974-es I. Tribológiai Szeminárium Hidrosztatikus Orsócsapágyak Vizsgálata című egyik jegyzet, valamint a szintén itt tárolt Hidrosztatikus Csapágyak Méretezése című jegyzet kivételével nem található magyar nyelvű a témával kapcsolatos iromány. A témában igen jelentős szabadalomkutatást végeztem, melyekből 14 darabot le is fordítottam ezeket iktatási számukkal egyértelműen jeleztem, s ez alapján bárki könnyedén megtalálhatja ezeket a szabadalmakat a Google Patent Search segítségével. Piackutatásom során e-maileztem Dr. Leonid Kashchenevskyvel és az általa küldött dokumentumokat és információkat is felhasználtam, ezúton is köszönet neki.

44


VI. Hidrosztatikus Vezetékek Méretezése 6.1 A méretezés elvi alapja [11]: Hidrosztatikus vezetékeknél nagynyomású szivattyúval valamilyen munkafolyadékot – ami általában EP adalékot tartalmazó kenőolaj – juttatunk az érintkező felületek közé. A résben kialakult nagynyomású folyadékfilm veszi fel a külső terhelést és elválasztja a kapcsolódó elemeket egymástól. Tehát súrlódási veszteség csak a kenőfilm nyírásából adódik, ami kis sebességek esetén elhanyagolhatóan kicsi. A vezeték helyes működéséhez viszont szükség van további elemekre, amelyek a megfelelő mennyiségű tiszta kenőanyag utánpótlást, ennek szabályozását biztosítják. Az általam tervezni kívánt vezetéknek nem feladata akkora pontosság kivitelezése, mint a fentebb bemutatott precíziós daraboknak. Ezért egyszerűbb és olcsóbb lesz a legyártása. Azért vetettem el ilyen pontos vezeték létrehozásának ötletét, mivel, hiába készítek akár tökéletes, látható fény hullámhosszánál kisebb pontatlanságot megengedő vezetéket – ilyenre már van példa. A szerszámgép többi alkotóelemének pontatlanságából adódó hiba akkor is nagyságrendekkel nagyobb lesz és „hiába dolgoztam”. Ezért a tervezés során a legfontosabb szempont az egyszerűség és kis gyártási költség elérése. Ilyet például a megmunkálandó furatok és nyomókamrák méretének egységesítésével kívánok elérni, így akár egy szerszámmal, egy munkamenetben ki lehet marni az összes egy oldalon lévő nyomókamrát.

6.2 A csapágy terhelhetősége: [11] A csapágy terhelését a nyomókamrába bevezetett folyadék veszi fel. A kamranyomás a tömítő peremeken fokozatosan a környezeti nyomásra csökken, s a csapágy terhelése az így kialakult nyomásdomb térfogatával egyenlő

∫ Egyszerűbb csapágypárna kialakítással az integrálás elvégezhető, de az esetek legnagyobb részében valamilyen közelítő eljárással lehet csak az eredményt megkapni. A fenti összefüggés megoldása a következő egyszerű alakra hozható:

Ahol af csak a csapágypárna alakjától függ. 45


6.3 A csapágy kenőanyag szükséglete [11]: A csapágyterhelés felvételéhez szükséges folyadékmennyiség a csapágypárna kerületén kiáramló anyagmennyiséggel egyenlő:

∫ Kör alakú csapágypárna esetén az integrálás egyszerűen elvégezhető, de négyszögletes csapágypárnák esetén csak közelítő eljárással, vagy mérésekkel lehet az eredményt megkapni. Egy qf, a csapágypárna alakjától függő tényezőt bevezetve az olajszükséglet a következő egyszerű alakba írható:

6.4 A csapágy teljesítményszükséglete [11]: A teljesítmény-igény két részből tevődik össze: - A szivattyú hajtás teljesítménye - A súrlódási veszteség legyőzéséhez szükséges teljesítmény. A szivattyú teljesítmény:

A szivattyúveszteség nagymértékben függ a csapágypárna alakjától és minden esetben van egy minimális értéke /optimális csapágyalak/ melyet a qf/af minimum pontja határoz meg. Az általam használt méretezési esetekben ez 0.5-re adódik így én ezt az értéket veszem alapul. Az ábrák alapján meghatározható az optimális csapágy kialakítás, amelynél a legkisebb a szivattyú energiaszükséglete. Ettől csak olyan esetben érdemes eltérni, ha a terhelhetőség növelése érdekében a nyomókamra méretét, vagy a kenőanyag mennyiség csökkentése érdekében a tömítő perem szélességét növelni kell. Az általam előnyösnek vélt csapágyalakokat és a hozzájuk tartozó ábrákat a 43. – 49. ábrák tartalmazzák. Az eredeti jegyzetben ez bővebben megtalálható, aki más 46

MISKOLCI EGYETEM SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK nyomókamra alakot kíván használni az ezen adatokat az eredeti jegyzetben megtalálja. A súrlódási veszteséget a kenőfilm nyírási ellenállása okozza:

∫

∫

Miután a résméret a tömítő felületeken közel állandó és a nyomókamrák felett a viszonylag nagy a résméret következtében a kenőanyag nyírási ellenállása elhanyagolható:

Ha a csapágyrés nem állandó, a közepes értéket alapul véve nem okoz jelentős hibát. A tömítő perem felületének változtatásával a súrlódási ellenállás változtatható, és lényegesen kisebb lehet, mint azonos körülmények között dolgozó hidrodinamikus csapágyé, ez a kenőanyag szükségletet is megváltoztatja.

43. ábra Állandó tömítő perem szélességű nyomókamra kenőanyag fogyasztási tényezője 47

MISKOLCI EGYETEM SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK [11]

44. ábra arányos tömítő perem szélességű nyomókamra terhelési tényezője [11]

45. ábra állandó tömítő perem szélességű nyomókamra terhelési tényezője [11]

48


46. ábra Szemben elhelyezett nyomófelületekkel ellátott vezeték relatív elmozdulás görbéje [11]

47. ábra Kör alakú nyomókamra méretezési tényezői (Felül

, alul

) [11] 49


48. ábra Négyszögletű nyomókamra méretezési tényezői (Felül

, alul

) [11]

49. ábra Terhelés – relatív elmozdulás meghatározásához szükséges diagram [11]

50


6.5 Hidrosztatikus vezetékek szabályozása [11]: A nyomókamrák feltöltésére használt szivattyúk állandó kenőanyag mennyiséget juttatnak a nyomókamrába, így a terhelés változásának hatására a Pk nyomás valamint a csapágyrés mérete fog jelentősen változni. Ezen két változó közötti összefüggést a csapágy merevsége határozza meg.

A résméret ingadozásának csökkentése érdekében változtatni kell a nyomókamrába jutó folyadék mennyiségét. Erre a célra különböző szabályozó elemeket használunk. A szabályozó elemek szerepe a több-nyomókamrás rendszereknél éleződik ki, ugyanis itt biztosítani kell, hogy a nagyobb terhelésű csapágypárnákban nagyobb nyomás alakuljon ki és ezáltal, ezekbe több kenőanyag kerüljön. Szabályozó elemek: - Kapilláris cső - Mérőperem - Mennyiség és nyomásszabályozó szelepek Az általam alapul vett jegyzetben a kapilláris csöves szabályozást javasolja a szerző, a szabályozó szelepek magas beszerzési árára hivatkozva. Viszont amennyiben ezek árát ma megfigyeljük, jól látható, hogy egy komolyabb szerszámgép árához képest elenyészően kicsi a beszerzési költségük, így én ezen szelepek használatát javaslom. Bizonyítva az előzőekben leírtakat, bemutatom Kozma Professzor úr egy másik munkásságának egy részét is, melyben éppen ezen szelepek megválasztását mutatja be. Bár a cikk a csapágyak szabályozásáról szól, mint már említettem ezek rendkívül hasonlóak az általam tervezett vezetékekhez, így ezen munkásság eredményeit fogom felhasználni a szabályozó szelepek megválasztásához.

6.6 A Csapágyak merevsége [12]: A hidrosztatikus csapágyak működési jellemzőit geometriai kialakítása, mérete és szabályozási módja határozza meg. Az Orsók ágyazására általában több, a kerület mentén egyenletesen elosztott nyomókamrával rendelkező radiális csapágyakat használnak, melyek mindegyike azonos szabályozó elemmel van ellátva. A szabályozó elem feladata kettős: - Biztosítsa, hogy valamennyi nyomókamrában kialakuljon a megfelelő kenőanyag és nyomás és - Megfelelő merevségű legyen a csapágyazás 51

MISKOLCI EGYETEM SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK A hidrosztatikus csapágy merevségét állandóságában a következő összefüggés határozza meg:

ahol: F – a csapágy terhelése h – a csapágyrés mérete pk – a kamranyomás Q – a csapágyon átáramló anyag mennyisége Adott F terhelésű és h résméretű csapágy merevsége a

szorzat nagyságától

függ, amely ha kisebb mint egy stabil, ha nagyobb mint egy „negatív merevségű” tehát instabil. Amennyiben

= 1, a csapágy merevsége végtelen nagyra adódik. A

terhelés növekedésének hatására az orsó a csapágyban egyáltalán nem mozdul el. A végtelen nagy csapágymerevség a gyakorlatban olyan szabályozó szelepekkel valósítható meg amelyeknél a csapágy nyomókamrájába jutó kenőanyag mennyiség a P k nyomókamra nyomással arányos. Az 50. ábrán látható szelepekkel megfelelő tartományban biztosítani lehet a nagy csapágymerevséget.

50. ábra végtelen nagy merevséget biztosító szelepek [12]

52


6.7 A Biztonságos olajfilm vastagság meghatározása [11]: A működési szempontból optimális olajfilm vastagságot két ellentétes szempont határozza meg: - A szivattyúveszteség csökkentése érdekében a csapágyrés mérete minél kisebb legyen. - A csúszófelületek tökéletes szétválasztásához megfelelő vastagságú folyadékfilmet kell biztosítani. A megengedett legkisebb rés a vezeték méretétől függ:

hmin > 2.3 √ Ahol „L” a párna legnagyobb mérete cm-ben. Valamint a felületi érdességtől függ:

hmin > 40 (Ra1+Ra2) A legkisebb résméret legalább háromszorosa legyen a vezeték alakhibájának vagy deformációjának. Nagy hőmérsékletváltozás esetén a hézag változását figyelembe kell venni. Gyakorlatilag a folyadékfilm vastagsága 0.02-0.2 mm. Ettől nagyobb hézagra van szükség: - Nagyméretű vezetékeknél. - Nagy sebességeknél. - Deformálódó elemek esetén. - Vélhetően előforduló alakhibák esetén. - Durva felületi érdességeknél. - Rossz kenőképességű folyadékok alkalmazása esetén. - Nem megfelelő anyagpárosítás esetén. - Ha a meghibásodás emberi életet veszélyeztethet. - Szélsőséges hőmérsékleti viszonyoknál. - Ha fenn ál a túlterhelés veszélye. A résméretet a gyakorlatban általában a felületi érdesség alapján számítjuk, valamint ezt az értéket a többi szempont szerint ellenőrizzük, és ha kell, növeljük. Ezt a méretet a kisebb költségű kivitelezés miatt 0.03 mm-re választom. 53


6.8 Működési adatok kiszámítása [11]: A szabályozó szelepek egyértelműen meghatározzák a zsebekbe jutó folyadék mennyiségét tehát a csapágyhézagot, a szivattyúteljesítményt és a merevséget is. Mivel a rendszerben a szivattyú által biztosított nyomás állandó, a terhelésváltozás pedig megváltoztatja a kamranyomást, ezért a kettő hányadosát célszerű egy új változóval jelölni.

√

Olajfilm vastagság:

ahol: Kenőanyag szükséglet:

√

Q

√

Merevség: Szivattyúteljesítmény: ahol:

Nagy sebességű gyorsjáratok esetén a folyadékfilm nyírásából adódó súrlódási teljesítményt is a szivattyúnak kell létrehozni, míg álló papucsok esetén ez nulla. Azonban, ha túlméretezzük a nyomást, akkor a vezeték merevebb lesz, ami a pontosság és a biztonság irányába mozdít el minket. Így a méretezés során mindig a gyorsjárati sebesség háromszorosát vegyük figyelembe. (Hármas biztonsági tényezőt alkalmazva.) Az egyenletből jól látható, hogy annál kisebb az energiaigény, minél kisebb a résméret és a kenőanyag viszkozitása. A résméret nem lehet kisebb a felületi érdesség és a várható felületi deformáció háromszorosánál, tehát a gyakorlatban ezt az értéket választjuk, amennyiben más tényezők nem köteleznek nagyobb résméret választására. Egymással szemben lévő zsebes kivitel:

54

MISKOLCI EGYETEM SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK Hidrosztatikus vezetékek esetében igen elterjedt az egymással szemben lévő nyomókamrákkal rendelkező kialakítás. Előnyük, hogy külső erő hiányában is előfeszítettek, igen nagy merevségűek. Ezen merevség a és módosításával állítható. A terhelés fellépésekor az eddig azonos erőt kifejtő kamrák egyensúlya megváltozik. A fixen álló vezetékhez képest a papucs lefelé mozdul el, habár igen csekély mértékben, így megváltozik a kamrák nyomása, mely hatására az általuk kifejtett erő is. Ezen okból kifolyólag a résméretek is megváltoznak.

A méretezés folyamatát a Matlab szimuláció egyértelműen leírja, így itt csak ennek elvi menetét írom le. Ezen folyamat két részből áll. Először is az adatok segítségével kiszámítjuk a szükséges nyomást és kamrafelületeket, valamint az optimális résmagasságot, szivattyúteljesítményt és folyadékáramot. Ezután kiszámoljuk a következő tényezőt:

Ezután az 10. ábra alapján a ismeretében meghatározzuk a relatív elmozdulást. Mely segítségével számíthatóak a megváltozott résmagasságok:

Az általam méretezendő vezeték is egymással szemben elhelyezett nyomókamrákkal fog rendelkezni, ezek kedvező merevségi és kialakítási tulajdonságai miatt.

55


6.9. A Csapágy hőmérsékleti viszonyai [11] A nyomókamrába belépő olaj hőmérséklete: A csapágy nyomókamrájába kerülő olaj hőmérséklete eltér az olajtartály hőmérsékletétől, mert: - A szivattyú mechanikai vesztesége melegíti az olajat. - A kenőanyag nyomás-energia csökkenése is melegíti az olajat. - A csővezeték hőt ad át vagy hőt von el. Ha a környezeti hőmérséklet kisebb, mint az olaj hőmérséklete a c. / pont többé-kevésbé kiegyenlíti az előző kettőt, s így a nyomókamrába belépő olaj hőmérséklete legfeljebb 2-3 C°-kal tér el az olajtartály hőfokától. Ha azonban a vezetékben szabályozó elem van, amelyen a hajtás következtében az olaj nyomása csökken, a hőfoklépcső jelentősebb lehet. Ebben a esetben a nyomókamrába merülő olaj hőmérséklete:

A kapilláris cső méretezése esetén figyelembe kell venni, hogy a hosszú cső mentén a folyadék hőmérséklete fokozatosan növekszik. Így a kapilláris csövön átáramló kenőolaj átlagos hőmérséklete a következő összefüggéssel számítható:

] Ezen hőmérséklethez tartozó viszkozitással kell a kapilláris csövet méretezni.

56


6.10. A csapágyból kilépő olaj hőmérséklete [11] A csapágyban lévő olaj a tömítő peremeken fellépő nyomásveszteség és a kenőfilm nyírásából adódó súrlódási veszteség következtében melegszik. A kenőfolyadék a hő egy részét magával viszi, egy részét pedig átadja a csapágyelemeknek. A csapágy által átvett hőmennyiség meghatározása nagyon körülményes, értéke számos tényezőtől függ, melyek közül a legfontosabbak a következők: A csapágyelemek hőleadó felülete. A csapágyanyag hővezető képessége. A csapágy tömege, kialakítása. A kenőolaj hővezető képessége. A kenőanyag fajhője. Az átáramló folyadékmennyiség. A tömítő felület és a nyomókamra mérete. A belépő kenőanyag hőmérséklete. A kamranyomás. A csapágyrés nagysága. A csúszási sebesség. Ezért a tervezés során a csapágy által elvitt mennyiséget figyelmen kívül hagyják, és utólag a csapágyszerkezet ismeretében lehet a hőmérsékletszámítást pontosabban elvégezni. Ezzel a feltételezéssel a csapágyból kiáramló kenőanyag hőmérséklete:

+ A csapágyrés átlaghőmérséklete pedig: Ezen hőmérséklet és a számított olaj viszkozitás ismeretében ki lehet választani a szükséges kenőanyag minőséget. Az olajtartály térfogatát úgy kell meghatározni, hogy a csapágyon a teljes olajmennyiség legfeljebb 6-8 alkalommal menjen át óránként, különben nincs idő a lehűlésre, és a szennyeződések kiülepedésére. A tartály hőleadó felületét a fejlődő meleg mennyiség határozza meg:

Ahol 16 és A kedvező hőátadás érdekében

hőfok ne legyen több 15-20 C°-nál. 57


6.11 A kenőolaj viszkozitásának meghatározása [11]: Vezetékek használatakor általában az előtoló mozgások kialakításra koncentrálunk, amelyek természetüknél fogva lassúak, így a kenőfilm nyírási ellenállása elhanyagolható, ezért a nagyobb viszkozitású kenőanyagok az előnyösebbek, mert ezek kisebb szivattyúteljesítményt igényelnek. Azonban manapság a mellékidők csökkentése érdekében a mellékmozgások sebességét növeljük, így előfordulhat olyan eset, hogy a tervezésnél ezt is figyelembe kell venni. Amennyiben a sebesség nagy a súrlódási veszteség is jelentős, az optimális viszkozitás értéket meg kell határozni a Psz = Ps feltétel alapján. Behelyettesítve és az egyenletet rendezve a következő egyenletet kapjuk:

√ Ennek ismeretében a kinematikai viszkozitást a sűrűség felhasználásával könnyedén kiszámíthatjuk:

Kenőolajokról lévén szó, a sűrűséget jó közelítéssel vehetjük 0.9

⁄

Így Tekintve, hogy a 6.9-es pontban meghatároztuk a rés hőmérsékletét, a megfelelő kenőolajat már ki tudjuk választani. Ezen feladatra én a Mol Hydro HV olajakat ajánlom. Az indoklás a IX. pontbantalálható

58


6.12 Kialakítás, gyárthatóság és szerelhetőség Mivel az általam tervezett vezeték rendszer nyomópárnái igen nehezen hozzáférhetőek, ezért ezek kialakítását összefoglalom ezen pontban. Kialakításuk elsősorban kétféleképpen történhet: -

Az vezeték öntvényében kialakítandó nyomópárnákat és furatokat korszerű CNC megmunkáló gépek segítségével állítjuk elő. Ebben az esetben – kifejezetten kisméretű papucsok esetén – a rossz hozzáférhetőség miatt célszerű osztott házas megoldást választani. Az öntvényt két félben készítjük el, ezekben kimarjuk a megfelelő nyomópárnákat és azután a két részt összeillesztjük és rögzítjük egymáshoz.

-

A másik – általam is javasolt – megoldás kevesebb forgácsolási munkát vesz igénybe. A vezeték eredeti öntvényét a zsebekkel kisebb méretűre méretezzük, majd a felületére felviszünk egy műanyag réteget. A zsebek helyére azok alakjának megfelelő negatívokat helyezünk. A műanyag megszilárdulása után ezeket eltávolítjuk. A feladat élőmunka igénye nagy és nehéz automatizálni, de lényegesen olcsóbb, mint a CNC megmunkálás, annak ilyen kis rendelkezésre álló helyen kialakuló nehézségei miatt. A nyomókamrák folyadékellátásához elengedhetetlenül szükséges kapillárisokat ebben az esetben is forgácsolással kell előállítani.

6.13. Alkalmazott jelölések és mértékegységek F p A

[N] [Pa] [bar] [ ] [Pa] [bar] [Pa] [bar] [lpm (liter/perc)]

külső terhelő erő nyomás nyomókamrák felülete kamranyomás szivattyúnyomás Folyadék szükséglet 59

MISKOLCI EGYETEM SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK K b

S hmin Ra

[mm] [mm]

résmagasság nyomókamra kerülete

[

kenőolaj dinamikai viszkozitása

]]

[mm] [Nm] [Nm] [cm/s] [N/ ] [N/m] [mm] [mm] [ ] [ ]

tömítő perem szélessége szivattyúteljesítmény súrlódási veszteség csúszási sebesség kenőfilm nyírási ellenállása Merevség Megengedett legkisebb résméret Maximális felületi érdesség nyomókamrába lépő olaj hőmérséklete olajtartály hőmérséklete

[

]

kenőolaj sűrűsége

[

]

olaj fajhője

[ ] [ ] [ ] [ ]

kapilláris csövön átáramló folyadék hőmérséklete nyomókamrából kiáramló olaj hőmérséklete tömítő perem felületének nagysága olajtartály hőleadó felülete

[

]

hőátadási tényező

[

]

kenőolaj kinematikai viszkozitása

Dimenzió nélküli tényezők terhelési tényező folyadékmennyiség tényező nyomásviszony résméret állandó szivattyú mechanikai hatásfoka

60


VII. Vezetékméretezési példa Mint láthatjuk a méretezési feladat hosszú időt igénybevevő számítást foglal magában. Valamint amennyiben többféle megoldásváltozatot is létre kívánunk hozni, beláthatjuk, hogy ezen számítások hosszú időt vesznek igénybe. Ezért Matlab segítségével a következő algoritmust hoztam létre a probléma megoldására. Ezen script felhasználásával sikeresen méreteztem nyolc megoldásváltozatot és kiválasztottam ezek közül a legjobbat, melyek közül két verzió eredményeit be is mutatom. Megjegyzés. A gyakorlatban a méretezést kétféleképpen végezhetjük: - Amennyiben rendelkezésünkre áll egy szivattyú akkor az ezzel elérhető szivattyúnyomást fix értékként kezeljük és ehhez választjuk meg a nyomásviszonyt és a kamranyomást, majd ezzel számítjuk a szükséges nyomókamra felületet. - A gyakorlatban viszont általában az általunk rendelkezésre álló hely adott, melyet az adott szerszámgépet tervező mérnök ír elő számunkra. Ebben az esetben az általa megadott adatoknak megfelelően (terhelés, és geometriai méretek) számítjuk a rendelkezésre álló nyomókamra felületet és a szükséges kamranyomást. Majd a tápfolyadék mennyiségét és ezeket figyelembe véve választunk szivattyút valamely gyártó katalógusából. Előzetes számításokhoz szükséges paraméterek: A következőekben bemutatott script létrehozásakor én is ezt az utóbbi esetet vettem figyelembe. af = 0.68; (Terhelési tényező felvétele) Terhelés ([F] = N) F = 700; Csapágypárnák felülete ([A] = mm^2) A = 900; Kamranyomás felvétele: pk1 = F/(af*A); Mivel így a kamranyomás "MPa"-ban kapjuk, viszont nekünk "bar"-ra van szükségünk,ezért ezt szorozzuk 10-el pk = pk1*10; Elso_tenyezo = F/(10*af*(A/100)*pk); Ezen tényező függvényében leolvassuk és megadjuk a relatív elmozdulást. Paraméterek megadása: Folyadékmennyiség tényező qf = 3.3; Kenőolaj kinematikai viszkozitása ([nu] = mm^2/s) nu = 23.8; Csapágyrés mérete ([h] = mm^(-2)) h = 3; Relatív Elmozdulás E = 0.28; Csapágypárnák száma (Összesen a 4 papucson) N = 112; 61

MISKOLCI EGYETEM SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK Olajtartály hőmérséklete ([tt] = ) tt = 40; Hőátadási tényező ([alfa] = kcal/m^2* ) alfa = 16; Olaj sűrűsége ([ro] = g/cm^3) ro = 0.9; Olaj fajhője ([c] = kcal/(kg?)) c = 0.45; Gyorsjárati sebesség ([u] = cm/sec) u = 33.33; Tömítőperemek felülete ([At] = cm^2) At = 31.25; Környezet hőmérséklete ([t0] = ) t0 = 25; A kamranyomás és a szivattyúnyomás hányadosa: beta = 0.5; Összefüggések: A szivattyú nyomása psz = pk/beta; Ezután kiszámítjuk a dinamikai viszkozitás értékét a kinematikai viszkozitásból: nű/(1.1*10^(-8), mivel azonban a számításban amiben ezt használom található 10^8 szorzótényező, ezért ezt elhagyom. eta= ((nu)/(1.1)); Q0 = qf*af*((h^3)/(eta))*pk; Hogy megfelelő mértékegységet kapjunk (cm^3/s) a térfogatáramot osztjuk 10-el. Q01 = Q0/10; Q1 = (N)*Q01; A mai szivattyúk folyadékszállítása "lpm"-ben van megadva, és ez "cm^3/sec"-ben van, ezért ezt az értéket átszámítjuk liter/percre: Q = (Q1*60)/1000; Qo = Q*60; Psz1 = pk*Qo; Psz ma már "Nm"-ben adjuk meg ezért az átváltáshoz a felső értéket osztom 100-al. Psz = Psz1/100; Kiszámítjuk a nyomókamrából kilépő olaj hőmérsékletét: tki = tt + ((((pk)/(ro*10^(-3)*c))+((eta*10^(-2)*u^2)/(Q01*ro*c*h))*At)/42700); A vezeték által termelt hő leadásához szükséges felület nagysága: Ata = ((Qo*ro*c)*(tki-tt))/(alfa*(tt-t0)); A hő leadásáhz szükséges tartály térfogata: Vt = Qo/8; A vízszintesen elhelyezett nyomókamrákat az olcsó és egyszerű gyárthatóság érdekében a függőlegesekkel azonos méretűre választottam. Ezeket nem méreteztem ugyanis beláthatjuk,hogy ha 12 db függőleges irányban képes elviselni 700 N terhelést akkor 4 darab is képes lesz elviselni 30 N-t. Gyakorlatilag 1-1 nyomókamra is elég lenne ám a szimmetria biztosítása miatt kettőt írok elő. A tervezéshez szükséges paramétereket Görögh Imrétől vettem át az általa méretezett tanulmányi eszterga kialakításának megfelelően. 62


51. ábra Vezeték nézeti és metszeti képe

52. ábra Vezeték nyomópárnáit bemutató nézeti kép

63


53. ábra A program által szolgáltatott eredmények egy a TDK feladatomban közölt munkára:

A feladathoz szükséges előtervezés során igen érdekes tényre figyeltem fel. A nyomókamrák felületének növelésével. a szükséges szivattyúnyomás és térfogatáram egyenes arányban csökken. Így célszerűnek tartottam a kialakítható legnagyobb nyomókamra felület választását. Tekintve, hogy ezen paraméterek csökkenése a vásárolandó szivattyú árának csökkenését eredményezi.

64


VIII. Szivattyúválasztás

54. ábra Rextroth szivattyúkatalógus [13] A szivattyú pontos típusát a választott nyomás valamint a szállítandó folyadékmennyiséget figyelembe véve kell kiválasztanunk. Az 54. ábrán látható szivattyút a Rextroth Bosch honlapján található katalógusból választottam, a számított működési paramétereknek megfelelően. Természetesen amennyiben egyedi gyártást kívánunk kivitelezni és rendelkezésünkre áll saját szivattyú azt is felhasználhatjuk, de ezt a tervezés során figyelembe kell vennünk és ennek megfelelően kell kiválasztanunk a szivattyúnyomást, és ezzel összhangban számítani a szükséges nyomópárnák felületét. 65


IX. Olajválasztás 9.1. MOL Hydro HV többfokozatú hidraulikaolajok Többfokozatú, nagy teljesítményű hidraulikaolajok. Kimagasló nyírásstabilitással és egyedülálló hőmérséklet-viszkozitás karakterisztikával rendelkeznek. Alacsony és magas hőmérsékleten is megbízható működést tesznek lehetővé. Nagy termikus és mechanikus igénybevételű hidraulikus berendezésekhez, illetve széles hőmérséklet-tartományban (pl. szabadban) működő ipari és jármű hidraulikus rendszerekben alkalmazhatók, ahol kiemelkedő kopásvédelmet és jó szűrhetőséget biztosítanak hosszú élettartam mellett.

9.2. Teljesítményszintek, jóváhagyások: ZETOR, ISO 11158 HV, ISO-L-HV, DIN 51524-3 (HVLP), Parker Hannifin (Denison) HF-0/HF-1/HF-2, Bosch-Rexroth RE 07075, Bosch-Rexroth RE 90220, SAE MS1004 Type HV, AFNOR NF-E-48603 (HV)

A 3. táblázat a Hydro HV olajsorozatot mutatja be [14] Az általam választott olajok Viszkozitás-hőmérséklet ábráját és Fenti táblázatot a Mol egyik kedves mérnökasszonya bocsátotta rendelkezésemre, jelen helyen is köszönet neki! Az itt felsorolt olajok ábráját megkapjuk, ha a megfelelő pozícióra eltoljuk az egyenest. 66


55. ábra Mol Hydro HV kenőolaj Hőmérséklet – viszkozitás diagramja [14] 67


X. Irodalomjegyzék [1] Szerszámgépek. Tanszék, Szerszámgépek I. tantárgy egyik rajza. [2]https://encryptedtbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTxO2sZ6_CiSiAk_e5ZxRnBjCIEeZtp2tbHktww m-WS5-QwjsE74g. [3]https://lh3.ggpht.com/pSnkfsTzchrVJxOL8pvB_Nq_gF1itf3t7XFH5wrb7hdZYAXyX D1MgenS9_jTalRx4boL=s143 [4]https://lh5.ggpht.com/c0iLG2cLxpjT71Czueyg1udEX3Fm_ezoknRVqhVpTG61wdj09 JgEuxFnTZS11MmM9DzdawA=s122. [5]https://lh3.ggpht.com/vmVYyZsxmFsSZUYiB3UkWw1CxrL561_KGUDdEbTs0fZ2F JL01pKiHf5T2sN2xwr5kvcj=s119 [6] http://www.designworldonline.com/uploads/ImageGallery/schaeffler%20one.jpg. [7] http://machinedesign.com/sitefiles/machinedesign.com/files/uploads/2013/05/12356_KK_Vibration-2.jpg. [8] http://www.directindustry.com/prod/spieth-maschinenelemente-gmbh-cokg/adjustable-linear-guide-bushings-38721-356429.html#product-item_356422 [9] http://www.elkaprecision.com/ [10] Leodnid. Kashchenevsky, által nekem emailben elküldött adat. [11] Kozma Mihály, Hidrosztatikus Csapágyak Méretezése. [12] Kozma Mihály, Hidrosztatikus orsóágyazások vizsgálata., I. Tribológiai szeminárium előadásai. , Budapest, , 1974. 58-65. [13] http://www.boschrexroth.com/RDSearch/rd/r_10089/re10089_2012-02.pdf [14] MOL, Kenőanyag katalógus. Munkám során 14 darab szabadalmat fordítottam le, ezeket a Google Patent Search keresővel találtam, s elérésüket az iktatási számukkal pontosan megadtam.

Köszönetnyilvánítás Szeretnék köszönetet nyilvánítani tervezésvezetőmnek, Dr. Barna Balázsnak a szakdolgozatom elkészítéséhez nyújtott segítségéért, fáradtságos munkájáért.. Valamint szeretném megköszönni Dr. Leonid Kashchenevskynek, az Elka Precision alapító elnökének a tőle kapott e-maileket, és az azokban található információkat, melyek sokat segítettek munkám során 68


XI Összefoglalás Szakdolgozatomban feltártam a szerszámgépeken általánosan alkalmazott vezetékek fejlődését. Irodalomkutatásom során megkerestem a magyar nyelvű, a témával foglalkozó írásokat. Szabadalomkutatásom során megértettem és lefordítottam tizennégy darab angol nyelvű szabadalmat. A témában piackutatást is végeztem, s az egyik gyártó cégről részletes leírást tettem közzé. Összehasonlítottam a gördülő és csúszó vezetékeket a legfontosabb szempontok alapján. Összefoglaltam a hidrosztatikus vezetékek legfőbb előnyeit. Leírtam ezen vezetékek működésének mikéntjét. Feladatom során, leírtam a hidrosztatikus vezetéktípus méretezésének folyamatát olyan egyszerű, átlátható és lényegre törő formában, amelyet végigolvasva könnyedén meg lehet érteni a méretezési probléma összefüggéseit, Valamint ezen iromány segítségével könnyedén tervezhető hasonló vezeték, a problémára jellemző peremfeltételeknek megfelelően. Kozma Mihály professzor emeritus jegyzetét felhasználva, ennek egy részét digitális formában közölve végigvezettem az olvasót a probléma megoldásának menetén. Feltártam a méretezési feladat elvi alapjait. Meghatároztam egy általános alakú csapágypárna terhelhetőségét, valamint közöltem az általam választott csapágyalakhoz tartozó állandók leolvasásához szükséges ábrákat. A teher elviseléséhez a csapágypárnában szükséges nyomás kiszámítása után meghatároztam a szükséges folyadékáramot. Ezen adatokkal kiszámítottam a megfelelő szivattyú teljesítményét és az interneten kerestem is egy megfelelőt. Felvettem a feladat megoldásához általam optimálisnak tartott résméretet (megfelelően kicsi a folyadékáram csökkentésére és megfelelően nagy, hogy az elsődleges cél –az olcsó kivitelezés- eléréséhez megfelelően olcsó előgyártmányt lehessen választani), s ennek ellenőrzéséhez szükséges egyenletet. A Görög Imre által a tanszék számára tervezett tanulói eszterga követelményeinek megfelelően terveztem egy olyan hidrosztatikus szánvezeték rendszert, amely alkalmas a terhelések felvételére, az ágyazáson keresztül a munkatér felé haladó rezgések jelentős részének csillapítására, melyre a vezeték önszabályzó volta miatt kiválóan alkalmas. Matlab segítségével létrehoztam egy olyan algoritmust, amelynek a peremfeltételeket megadva képes kiszámítani a szükséges csapágypárna működési paramétereit. Közöltem az általam kifejezetten ezen célra kikeresett, a nyomás értékeket könnyedén elviselő olaj nevét és jellemzőit. Valamint a viszkozitás-hőmérséklet ábráját. Amennyiben a tanszék úgy dönt, hogy megépíti a fent említett tanuló esztergát, lehetőség lesz az egyik – vagy akár az összes – szánvezeték hidrosztatikus vezetékre cserélésére. Ebben az esetben össze lehetne hasonlítani a két vezeték által létrehozott munkadarab geometriai pontosságát ideális és ettől jelentősen eltérő környezeti hatások (rezgések, előre látható hibák stb.) esetén. Ekkor már lehetőség nyílna a két vezeték árának, fenntartási költségének és az általuk létrehozott felületi minőség összehasonlítására. Valamint megerősítené vagy cáfolná azon felvetésemet, hogy ezen vezeték alkalmazásával növelni lehetne az adott munkadarab előállításával termelt profitot.

69

Feladat címe: Hidrosztatikus vezetékek méretezése. Készítette:

Recommend Documents