Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Gép- és Terméktervezési Intézet 3515 Miskolc-Egyetemváros
Szakdolgozat
Feladat címe:
Háromlépcsős kb típusú fogaskerék-bolygóhajtómű tervezése Készítette:
Mátyás Tamás Donát BSc szintű, gépészmérnök szakos Géptervező szakirányos hallgató
Tervezés vezető:
Dr. Péter József egyetemi docens Miskolci Egyetem Gép- és Terméktervezési Intézet Konzulens:
Németh Géza egyetemi adjunktus Miskolci Egyetem Gép- és Terméktervezési Intézet
2015/2016 tanév, 1. félév
1
EREDETISÉGI 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; szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt.
az
abban
hivatkozott
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
2
Tartalomjegyzék 1. Fogaskerekes bolygóművek ismertetése ............................................................................. 5 2. Fogaskerék-bolygóművek ismert változatainak osztályozása ............................................ 7 2.1.
Elnevezés szerinti osztályozás ................................................................................................... 7
2.2.
Tengelyszám szerinti osztályozás .............................................................................................. 8
2.3.
A mozgás- és teljesítmény-továbbítás szerinti osztályozás ........................................................ 8
2.4.
Közös kinematikai tárgyalás szerinti osztályozás...................................................................... 9
2.5.
Szabadságfok szerinti osztályozás:............................................................................................ 9
3. Követelmény jegyzék ........................................................................................................... 12 4. Szabadalom kutatás ............................................................................................................ 14 4.1.
Szabadalom 1 .......................................................................................................................... 14
4.2.
Szabadalom 2 .......................................................................................................................... 14
4.3.
Szabadalom 3 .......................................................................................................................... 15
4.4.
Szabadalom 4 .......................................................................................................................... 16
4.5.
Szabadalom 5 .......................................................................................................................... 17
5. Piackutatás ......................................................................................................................... 18 5.1.
Fogaskerékgyár Kft. ................................................................................................................ 18
5.2.
Kiskun Metal Kft...................................................................................................................... 18
5.3.
Agisys Ipari Keverés és Hajtástechnika Kft. ........................................................................... 19
5.3.1.
Precíziós bolygómű - µ család ........................................................................................ 19
5.3.2.
Bolygókerekes hajtómű - 300-as sorozat......................................................................... 20
5.3.2.1. táblázat: 300-as sorozat ............................................................................................. 20 5.4.
Bánki-Sós Hajtástechnikai Kft. ............................................................................................... 21
6. Koncepcionális tervezés...................................................................................................... 22 6.1.
Funkció-lista............................................................................................................................ 22
6.2.
Megoldás változatok ................................................................................................................ 23
6.2.1.
Első megoldásváltozat ..................................................................................................... 23
6.2.2.
Második megoldásváltozat .............................................................................................. 23
6.2.3.
Harmadik megoldásváltozat ........................................................................................... 24
6.2.4.
Negyedik megoldásváltozat ............................................................................................. 24
6.2.5.
Ötödik megoldásváltozat ................................................................................................. 25
6.2.6.
Hatodik megoldásváltozat ............................................................................................... 25
6.2.7.
Értékelemzés szempontjai ................................................................................................ 26
6.2.8.
Az értékelemzés ............................................................................................................... 26
7. Bolygómű kiválasztása ...................................................................................................... 27 7.1.
Katalógusban szereplő termékek ismertetése......................................................................... 27
7.2.
Jelölések .................................................................................................................................. 28
7.3.
Kiválasztás, ellenőrzés ............................................................................................................ 29
3
Mechanikai ellenőrzés ..................................................................................................... 29
7.3.1.
7.3.1.1. KU, KM üzemi tényezők meghatározása ........................................................................... 30 7.3.1.2.
Megengedett hőmérsékletre való ellenőrzés ................................................................ 32
7.4.
Kenés: ...................................................................................................................................... 35
7.5
Foghézag (αmax) ....................................................................................................................... 35
7.6.
Radiális és axiális terhelések a kimenő tengelyen: ................................................................. 36
7.7.
A motor beépítésére ................................................................................................................. 37
7.8.
Beépítési példák....................................................................................................................... 38
7.8.1.
Csúszó szán: .................................................................................................................... 38
7.8.2.
Forgó asztal..................................................................................................................... 39
8. Előtervezés ......................................................................................................................... 40 8.1.
A választott bolygómű adatai .................................................................................................. 40
8.2.
Kapcsolódási feltételek vizsgálata........................................................................................... 41
8.2.1.
Szerelhetőségi feltétel ellenőrzése ................................................................................... 41
8.2.2.
Egytengelyűségi feltétel ellenőrzése ................................................................................ 43
8.2.3.
A szomszédsági feltétel ellenőrzése ................................................................................. 43
9. Tengelytávolságok és a fogaskerekek méreteinek meghatározása ................................... 44 9.1.
Az első lépcső tengelytávjának, fogszélességének és moduljának meghatározása ................. 45
9.2.
Az második lépcső tengelytávjának, fogszélességének és moduljának meghatározása ........... 47
9.3.
harmadik lépcső tengelytávjának, fogszélességének és moduljának meghatározása .............. 49
9.4.
A fogaskerekek geometriai méretei ......................................................................................... 51
10. A tengelyek méretezése ...................................................................................................... 51 10.1.
A kimenő tengely méretezése ............................................................................................... 52
10.2.
Az első és második lépcsőben található karok tengelyeinek méretezése ............................. 53
10.3.
A napkerekek tengelyének ellenőrzésre csavarásra ............................................................ 54
10.4.
A kar bolygókerékbe csatlakozó tengelyének méretezése .................................................... 55
11. A reteszek szilárdságtani méretezése ................................................................................ 56 11.1.
A bemenő-, első kar- és második kar tengelyének retesz méretezése .................................. 57
11.2.
A harmadik kar-, azaz a kihajtó tengelyének retesz méretezése .......................................... 57
12. A csapágyak kiválasztása .................................................................................................. 58 12.1.
A bolygókerekek csapágyának kiválasztása ........................................................................ 58
12.2.
A behajtó és kihajtó tengelyek csapágyazása ...................................................................... 59
13. Konstrukció leírása ........................................................................................................... 60 14. Összehasonlítás ................................................................................................................. 61 15. Összefoglalás / Thesis summary ....................................................................................... 62 16. Irodalomjegyzék: ............................................................................................................... 63
4
1.
Fogaskerekes bolygóművek ismertetése [1]
Hajtás: A hajtások az erőgéptől energiát továbbítanak a munkagépekhez, miközben annak jellemzőit átalakítja a munkagép igényei szerint. A hajtások feladata: Az energia továbbítása, illetve az üzemi jellemzők összehangolása az erőgép és munkagép között. Mechanikus hajtások A leggyakrabban a mechanikus hajtásokat használják, amelyeket a legkülönbözőbb motorokhoz csatlakoztatják a nyomaték és a fordulatszám átalakításához. A mechanikus hajtások kiválasztása előtt, vagy azzal együtt kell dönteni a motor választásáról, de ehhez ismerni kell a munkagépet, annak jellemzőit: Teljesítmény Fordulatszám, sebesség Nyomaték, erő. Mozgásviszonyokat Karakterisztikákat
Fogaskerék-bolygómű [2] A fogaskerék-bolygóművek a mechanikus hajtóművek egyik fajtája, melyet különböző helyeken alkalmaznak az iparban. A hajtóművek közül a leggyakoribb típus, amelyek valamilyen forgómozgást továbbítanak, ezeknek a legfontosabb tulajdonságuk a kinematikai áttétel, melyeket fogaskerék párokkal valósítanak meg. A bolygóművek abban különböznek az általános fogaskerekes hajtóművektől, hogy van a rendszerben egy olyan kerék (bolygókerék), amely különleges mozgást végez, egyaránt forog saját tengelye körül és egy másik tengely (napkerék) körül is, bolygómozgást végezve, így az általános fogaskerekes hajtóművektől eltérő kinematikai áttételt létrehozva.
Gyűrűkerék
Kar
Bolygókerék Napkerék és a behajtó tengely 1.1. ábra: kb típusú fogaskerék-bolygómű háromdimenziós rajza [3]
5
Ezek lehetnek állandó áttételű, fokozatos és fokozatnélküli sebességváltók, teljesítmény vagy mozgás továbbítók, finommechanikai műszerek mozgatója (például: ipari robotok). Legelterjedtebbek ezek közül az egy szabadságfokú bolygóművek, de ritkábban előfordulnak két szabadságfokúak is. Előnyük, hogy viszonylag kevés elemből felépíthetőek, nagy áttételeket képesek megvalósítani minimális tömeggel és jó hatásfokot érnek el. A teljesítményt több fogaskerékpár között oszlik meg és egy keréknek több fogát használjuk ki terhelés átadásra. Hátrányuk többnyire megegyezik az általános fogaskerekes hajtóművekével, bonyolultabb a kialakítása és pontosabb gyártást igényel.
Hajtás típus Hengeres fogaskerék Fogaskerék-bolygómű Kúpfogaskerék Hipoid Csiga Lánc Lapos szíj Ékszíj Fogasszíj Dörzs
Pmax [kW] 3000 2000 500 300 120 200 150 100 100 25
imax 8 13 5 8 50 6 5 8 8 6
1.1.táblázat: Fontosabb hajtások jellemzői vmax (G/P)min ηmax -1 [ms ] kg/kW 50 99 0,4 50 99 0,2 40 98 0,6 30 85 0,7 25 97 0,2 10 98 6 60 98 1,5 25 94 1 40 98 1 25 98 8 1.2.táblázat: Jelölések
Jelölés Pmax imax vmax ηmax (G/P)min
Mértékegység [kW] – [ms-1] – [kg/kW]
Megnevezés maximális behajtó teljesítmény maximális áttétel maximális kerületi sebesség maximális hatásfok tömeg, teljesítmény arány
A gyakorlatban legelterjedtebb hajtások, egy német felmérés alapján százalékos arányban [1] 3%
1%
12%
Hengeres fogaskerékhajtás
10%
47%
Kúpkerék hajtás Csigahajtás Fogaskerék-bolygómű Lánchajtások
13%
Szíjhajtások Dörzshajtások 14%
6
2. Fogaskerék-bolygóművek ismert változatainak osztályozása [2] Elnevezés szerinti osztályozás
2.1.
3 2 k 0
1
3 2
2 k
k 0
0
0
0
1
2.1.2.ábra: Elemi b bolygómű
2.1.1.ábra: Elemi k bolygómű
0
2.1.3.ábra: Egyszerű kb bolygómű
3 2
2’
2’ k
2 0
1
0 k
2.1.4.ábra: k+b bolygómű
3
0
2 2’
0
1
0 1’
2.1.5.ábra: k+k bolygómű 3
3’
2’
2
3’
k 0
2.1.6.ábra: b+b bolygómű
0
0 1
k
2.1.7.ábra: kb+b bolygómű
„Az elemi fogaskerék-bolygóművek (2.1.1. és 2.1.2. ábra) a legkevesebb tagból állnak, amelyen belül egyszerűbb a k külső fogazatú és kissé bonyolultabb a b belső fogazatú kapcsolódású. Az egyszerű fogaskerék-bolygóművekben, – mint láttuk – egyszerű külső fogazatú bolygókerék közvetíti a mozgást egy időben (kb) a külső és belső fogazatú kapcsolódással. A kettős bolygókerekes fogaskerék-bolygóművekben (2.1.4. – 2.1.7. ábra) a kettős bolygókerék nap- és gyűrűkerékkel való kapcsolata ad három változatot. A 2.1.7. ábra egyszerű fogaskerék-bolygóműnek egy b jelű elemmel való kiegészítése révén alakult ki, és a német szakirodalomban Wolfrom-bolygóműnek nevezik (kb+b).”[2] 7
2.2.
Tengelyszám szerinti osztályozás
„Poppinga R osztályozása: -
Kéttengelyes
fogaskerék-bolygóművek
(megegyeznek
az
elemi
fogaskerék-
bolygóművekkel). -
Háromtengelyes fogaskerék-bolygóművek egyszerű bolygókerékkel (megegyeznek az egyszerű fogaskerék-bolygóművekkel).
-
Háromtengelyes fogaskerék-bolygóművek kettő bolygókerékkel (megegyeznek a kettős bolygókerekes fogaskerék bolygóművekkel).
-
Négytengelyes fogaskerék-bolygóművek kettős bolygókerékkel (megegyeznek pl a Wolfrom-bolygóművel).
-
Többtengelyű összekapcsolt fogaskerék-bolygóművek (megegyeznek a többkarú fogaskerék-bolygóművekkel).”[2]
2.3.
A mozgás- és teljesítmény-továbbítás szerinti osztályozás „Seelinger K. gondolata, hogy a fogaskerék-bolygóműveket két nagy csoportba kell
sorolni, éspedig mozgást közvetítő (de kis teljesítményű), viszonylag nagyon nagy áttételű fogaskerék-bolygóművekre, illetve teljesítményt továbbító fogaskerék-bolygóművekre. A szétválasztás határa a kevésbé jó és a nagyon jó hatásfok. A különösen nagy áttételű és ugyanakkor kevés tagból álló fogaskerék-bolygóművek, – a tapasztalat szerint – bizonyos teljesítményfolyamatok esetén rosszabb hatásfokúak, s így nagyobb teljesítmények továbbítására nem alkalmasak. Az effajta berendezések hatásfokának a javítására jelent meg a legtöbb szabadalom (a különleges fogazatokra és a különleges tengelykapcsolókra).”[2]
8
2.4.
Közös kinematikai tárgyalás szerinti osztályozás „Kudrjavcev V.N. a fogaskerék-bolygóműveket négy osztályba sorolta és betűjelzéssel
különböztette meg. Az eredetileg cirill betűs jeleket megtartva, a következő osztályok különböztethetők meg: 2K-H-bolygóművek (k – központi kerekek: nap- ill. gyűrűkerék; H – híd, kar). E csoportba tartoznak a kb, k+b, k+k, és b+b fogaskerék-bolygómű fajták. V – K – H-bolygóművek (V – variátor). Ide tartoznak a b fogaskerék-bolygóművek, ahol a variátor pl. excentrikus tengelykapcsoló lehet (2.4.1. ábra). 3 2 V
k 0≡3
0
2.4.1.ábra: Variátorral (például kettős kardán-kereszttel) hajtott b típusú elemi fogaskerék-bolygómű 3K-bolygóművek, amelyekben tehát három koncentrikus tengelyű fogaskerék dolgozik (Wolfrom-féle fogaskerék-bolygómű). c – I-bolygóművek (c – consummáló, összegző tengely, I – indukciós, behajtó tengely) a már tárgyalt visszakapcsolt fogaskerék-bolygóműveket jelenti.”[2] 2.5.
Szabadságfok szerinti osztályozás: „A legtöbb fogaskerék-bolygómű egyszerű síkbeli mechanizmusként kezelhető. E síkbeli
mechanizmusok szabadságfoka egy vagy kettő lehet, ha a szabadságfok egy akkor az egyik tengelyforgatása egyértelműen meghatározza a fogaskerék-bolygómű teljes mozgásállapotát. Ha viszont a szabadságfok kettő, akkor két tengely forgatása ad határozott mozgásállapotot. A szakirodalomban egy szabadságfok esetén szűkebb értelemben bolygóműről szoktak beszélni, a két szabadságfokú működés esetén a teljesítményfolyam irányától függően kettős behajtású (összegező), ill. kettős kihajlású (kiegyenlítő, differenciál) bolygómű kifejezést használják.
9
Adott szerkezet szabadságfokát viszonylag gyorsan ki lehet számítani úgy, hogy a hajtóműházhoz viszonyítva mozgást végző tagok egyenként három szabad mozgásszámának összegéből levonjuk a tagok egymáshoz kapcsolódásának összes kötöttségeit (csapágyaknál e kötöttség kettő, fogas kapcsolódásoknál egy).
Amelyben s a szabadságfok, n a mechanizmus összes tagszáma, viszonylagosan mozgó tagok száma,
tehát a
a két kötöttségű kinematikai párok száma (csapágyak,
amelyek csak forgást engednek meg), és
az egy kötöttségű kinematika párok száma (fogas
érintkezés, amely egyirányú elmozdulást és forgást enged meg).
3
3
3 k
2
2 0 1
k
k
2
0
1
0
0 1
0 2.5.ábra: Egyszerű kb típusú fogaskerék-bolygómű egyszerűsített vázlata[2]
A 2.5. ábrán látható fogaskerék-bolygómű szabadságfoka,
de ha például a gyűrűkereket a házhoz rögzítjük, akkor
A szabadságfokok ismeretében mód volna a fogaskerék-bolygóműveket visszavezetni a karos-csuklós síkbeli mechanizmusok osztályozására, amelyre azonban azért nincs szükség, mert mind az 1, mind a 2 szabadságfokú fogaskerék-bolygóművek kinematikai és dinamikai vizsgálata egyaránt egyszerűen elvégezhető, és nincs köztük lényeges különbség. Krejnesz M. A. és Rozovszkij M. Sz. a fogaskerék-bolygóműveket a szerkezeti felépítés szerint két csoportba sorolja: -
szabályos nem szabályos bolygóművekre. 10
Az úgynevezett szabályos bolygóművek esetén a szabadságfok egyszerűbben is számítható.
ahol, a
A mozgó tagok számát
-gyel jelölve:
a fogaskerék-kapcsolódások számát jelenti.
A 2.5. ábrabeli bolygómű szabadságfoka tehát,
Megjegyezzük, hogy a fogaskerék-kapcsolódásokat
bolygókerék szám esetén is
csak egyetlen bolygókeréknél kell figyelembe venni, hiszen több bolygókerék beépítése nem változtatja meg a kinematikai viszonyokat.
A szabályos bolygóművek fix elemből, a fix elembe közvetlenül ágyazott bolygókerékből (bolygó-kerékből) áll. Fő jellemzője még, hogy az elemek között fogaskerék-kapcsolatot megszüntetve, az alapelemek egymáshoz képest szabadon elforgathatók.
Ezt az osztályozási módot az egységes matematikai tárgyalás tette szükségessé, és a legáltalánosabbnak tekinthető magába foglalja az eddigi felsorolt össze bolygóművet.
Nem szabályos fogaskerék-bolygóművek ritkán fordulnak elő (a gyakorlatban alkalmazott bolygóművek körülbelül három százaléka), és legnagyobb hányadukat az úgynevezett emeletes bolygóművek alkotják.”[2]
11
3.
Követelmény jegyzék 3.1.táblázat: Követelmény jegyzék
Megnevezés:
Leírás
Cím
Fogaskerék-bolygómű
Cél, célkitűzés
Katalógus alapján történő bolygómű választás, ellenőrzése és megtervezése.
Költség1
Gyártás: ~20.000-100.000 HUF/db Karbantartás, üzemeltetés: ~2000-15.000 HUF/hó Javítás/semlegesítés:~5000-20.000 HUF/alkalom
Darabszám1
Élettartamtól függően 1-2 darab/év
Határidő1
A gyártás ne haladja meg a 7 napot. (előgyártmány beszerzés és megmunkálás)
Technikai helyzet2
Agisys Ipari Keverés és Hajtástechnika Kft Fogaskerékgyár Kft Bánki-Sós Hajtástechnikai Kft. Kiskun Metal Kft.
Piac
Vevők: Főként gyártók. Országok: Fejlett iparú országok. Célcsoportok: pl.: ipari robotokat- vagy nagy áttételű gépeket használó gyárak
Képesség (funkciók)
Megfelelő áttétel és élettartam biztosítása.
Teljesítő képesség
Sebesség, fordulatszám, erő, forgatónyomaték, hossz és a típustól függő adatok.
A feldolgozandó anyag ki- és bemenő állapota
Szerkezeti-, nitridált-, normalizált-, edzett acél.
Hatásfok
Az elérni kívánt hatásfok 87-99%
Felületminőség, pontosság
Ra = 0,01 – 0,8 μm IT 6 – 8
Környezeti hőfok
Tmin = -15 °C Tmax = 95 °C
Méret
A hasonló paraméterű bolygóművekhez képest kis mértékben eltérhet.
Tömeg
Nem releváns.
Megbízhatóság
Szilárdsági és élettartam megfelelőség.
1 A példa kedvéért felvett adatok és költségek. 2 Magyarországon található értékesítők és gyártók
12
Élettartam1
20.000 üzemóra
Megjelenés
Nem releváns.
Rendszerhez való tartozás
Hajtómű/hajtástechnika
Környezet
A rendszer ne haladja meg a megengedhető zajszintet. A megfelelő tömítés biztosítása, hogy a kenőanyag ne jusson ki a hajtóműházból. Működés közben ne lehessen hozzáférni a mozgó gépelemekhez.
Termékfelépítés
A szerkezet legyen bővíthető és átalakítható.
Gyártás
A termék az előzetesen meghatározott anyagokból épüljön fel, amelyet öntéssel, esztergálással, marással és fogazással munkáljanak meg.
Szerelés
A termék legyen kézi szerszámokkal szerelhető, esetenként kézi szerszámgépekkel.
Szállítás
A termék szállítása legyen biztonságos (legyen lerögzítve vagy az ütődéseket megelőző óvintézkedés alkalmazásának biztosítása).
Karbantartás
A karbantartás költsége csekély legyen az új alkatrész árához képest.
Újrahasznosítás
A megfelelő alkatrészeket újra felhasználjuk.
1 A példa kedvéért felvett adatok és költségek. 2 Magyarországon található értékesítők és gyártók
13
4.
Szabadalom kutatás
4.1.
Szabadalom 1
Bejelentés típusa
SZABADALMI BEJELENTÉS
Bejelentés ügyszáma
P9802415
Bejelentés dátuma
1998.10.16
Bejelentő
Homódi József ; Létavértes Szílerdő u.14. (HU)
4.1.1.ábra „A találmány egy új gépelem (A, B, V). Besorolását illetően egy bolygómű, felépítésében aszimmetrikus, képes a rajta áthaladó váltakozó nagyságú nyomatékot fokozat nélküli módosítással
továbbítani.
A
szerkezet
nyomatékfüggő,
a
behajtás
és
a
kihajtás
fordulatszámainak a különbségét a rajta áthaladó nyomaték határozza meg.” [4] 4.2.
Szabadalom 2
Fordulatszám csökkentő bolygómű gépjárművek mellső tengelyéhez Bejelentés típusa
SZABADALOM
Bejelentés ügyszáma
TA-1484
Bejelentés dátuma
1978.04.19 Tatara Národni Podnik ; Koprivnice (CS)
Jogosult „A
javaslat
tárgya gépjárművek mellső tengelyéhez való fordulatszám csökkentő
bolygómű, amelynek bolygómű háza forgócsapon belüli hornyoláson van ágyazva és amelynél a hajtótengely támaszát egyik oldalról ütközővel ellátott fedél, ellenkező irányban pedig napkeréken át biztosító gyűrű képezi. A javaslat lényege, hogy a bolygómű ház axiális irányban anyával van biztosítva, amely a hajtótengely
csuklója
mellett
van
elrendezve. Továbbá
a kerékagy közvetlenül a
forgócsapon, gördülőcsapágyakon van ágyazva, a kerékagy önálló külső
kerékkel
való
kapcsolódáshoz külső fogazással van ellátva, a külső kerék a kerékagy és a fedél között van elrendezve, valamint a napkerék a bolygómű házon rögzített távtartón fekszik föl.” [4]
14
4.3.
Szabadalom 3
Bejelentés típusa
SZABADALMI BEJELENTÉS
Bejelentés ügyszáma
P9900015
Lajstromszám
-
Bejelentés dátuma
1996.10.03
Bejelentő
SPINEA S.R.O. ; Kassa (SK)
4.3.1.ábra „A találmány tárgya hajtómű, különösen bolygómű, amelynek alapteste (40), radiálisan és axiálisan forgathatóan ágyazott kimenőteste (50), valamint legalább egy, az alaptest (40) és a
kimenőtest
(50)
között
eltérően
irányított
forgástengelyű
tengelyhez
hasonló
gördülőtestekhez (47, 47’) kialakított, gyűrű alakú futótere van, ahol néhány gördülőtest (47) az alaptest (40) tengelyével (40a) hozzávetőleg párhuzamosan helyezkedik el, míg a többi gördülőtest (47’) a tengelyre (40a) hozzávetőleg merőlegesen van irányítva, továbbá a futótér futófelületekkel (40a, 44b, 59a, 55b) van ellátva, ahol a találmány szerint a futótérben a gördülőtestek (47, 47’) alternatív módon keresztben vannak elrendezve és az egymással szemben lévő futófelületek (40e, 59a, 44b, 59b) távolsága hozzávetőleg a gördülőtestek (47, 47’ átmérőjének felel meg. A találmány tárgya továbbá csapágy a találmány szerinti hajtóműhöz, ahol a gördülőtestek (47) közül néhány a hajtómű forgástengelyéhez (40a) képest hozzávetőleg axiálisan van irányítva, míg a többi gördülőtest (47’) hozzávetőleg radiálisan van pozícionálva.” [4]
15
4.4.
Szabadalom 4
Bolygómű és eljárás összeszerelésére Bejelentés típusa
SZABADALMI BEJELENTÉS
Bejelentés ügyszáma
3397/88
Bejelentés dátuma Bejelentő
1988.02.05 Mogilevskijj Mashinostroitel'nyjj Institut ; Mogiljev (SU) Ukrainskijj Filial Central'nogo Konstruktorskogo Bjuro Armaturostroenija; Kijev (SU)
„A találmány tárgya bolygómű, melynek háza, excenterrel és meghajtott tengellyel ellátott meghajtó tengelye, excenteren elforgathatóan csapágyazott első tagja, második és harmadik tagja, valamint hengertestei vannak, ahol a meghajtó tengely és a meghajtott tengely koaxiálisan vannak elrendezve, a második és harmadik tag a házzal és a meghajtott tengellyel össze van kapcsolva, s amelyek az első tag két oldalán egytengelyűen vannak elrendezve, s vezetőhornyokkal vannak ellátva, a vezetőhornyok felülnézetben körszerűen zárt szinuszgörbe szerint vannak kialakítva, a hengertestek első tagon elmozgathatóan, a második tagban kialakított vezetőhornyokban elcsúsztathatóan vannak elrendezve. A találmány tárgya még eljárás bolygómű összeszerelésére, ahol a második, vezető horonnyal ellátott hajtóműrészt mereven rögzítjük a házon, az első hajtóműtagot pedig tárcsa alakjában a meghajtó tengely excenterén mozgathatóan csapágyazzuk, a tárcsa kerületén hengertesteket rendezünk el és a meghajtó tengellyel egytengelyűen vezető horonnyal kiképzett harmadik hajtóműtagot pedig a meghajtott tengelyre szereljük fel. A találmány lényege, hogy az első tagban áttörések (12) vannak kiképezve, amelyek beépítési körön forgáspontjukkal egytengelyűen vannak kialakítva, s a hengertestek (11) az áttörésekben (12) vannak elrendezve. A találmány lényege még, hogy az összeszerelés előtt az első hajtóműtag tárcsát (6) alkotó félkész termék homlokoldalára ötvözött acélból készült gyűrűt préselünk fel, ezáltal kialakítjuk a tárcsa (6) munkatartományát a tárcsa (6) félkész termékét ráhelyezzük egy sík felületre, amelyben hengertesteket (11) felvevő furatokat alakítunk ki, ezekbe belehelyezzük a hengertesteket (11), s ezek a tárcsa (6) félkész termékének a kerületén a közdarabokkal váltakozva fekszenek fel, további, sugárirányban átmetszett gyűrűt helyezünk be, amellyel a hengertesteket (11) és a közdarabokat körbefogjuk, így kialakítjuk az áttörésekkel (12) ellátott tárcsát (6), az áttörésekkel (12) ellátott tárcsát (6) és a hengertesteket (11) gyűrű meghúzása útján körbefogjuk, így létrehozzuk az első hajtóműtagot, továbbá az elkészült első hajtóműtagot a meghajtó tengely (2) excenterén (4) a vezető horonnyal ellátott harmadik hajtóműtag beszerelése előtt elmozgathatóan csapágyazzuk.” [4]
16
4.5.
Szabadalom 5
Bolygómű Bejelentés típusa
SZABADALOM
Bejelentés ügyszáma
OE-227
Lajstromszám
172406
Bejelentés dátuma Jogosult
1975.09.22 Centrum Techniki Okretowej Przedsiebiorstwo Panstwowe Wyodrebnione; Gdansk (PL)
„A találmány tárgya bolygómű, melynek legalább egy csapágyazatlan kettős bolygókerékkel
összekapcsolt
napkereke
és
gyűrűkereke, egy külső-belső
fogazású
gyűrűként kiképzett bolygókereke van, házában pedig egy bemenő- és egy kimenő tengely van csapágyazva. A találmány feladata kisméretű nagy módosítások megvalósítására alkalmas hajtómű kidolgozása. A találmány szerint ezt a feladatot azzal oldjuk meg, hogy a külső-belső fogazású gyűrűként kiképzett bolygókerék a napkerékkel koaxiálisan van elrendezve, belső fogazása a kettős bolygókerékkel, külső fogazása pedig a kimenő tengelytől eltoltan elrendezett bemenő tengelyre felékelt kiskerékkel van első fokozatként összekapcsolva, kettős bolygókereke pedig radiális értelemben kívülről legalább egy, a kettős bolygókerék tengelyén megvezetett szabadonfutó
gyűrűvel, belülről pedig a gyűrűkerékkel van közrefogva a második
fokozatban.” [4]
17
5.
Piackutatás
5.1.
Fogaskerékgyár Kft. [5] A vállalkozás 1992-ben alakult, jelenleg három magyar személy tulajdonában van. Fő
profiljuk hajtóművek tervezése, gyártása, javítása, hajtástechnikai elemek, fogazott alkatrészek, forgácsolt és házjellegű alkatrészek, szivattyúk gyártása. Tatai gyártó üzemmel és budapesti mérnökirodával rendelkezik, 1996-óta ISO 9002 2003-óta ISO 9001 szerinti minőségbiztosítási rendszert működtetnek. Beszállítanak szinte a teljes magyar iparnak: GE Hungary Rt., Holcim Rt., Zoltek Rt., Dunapack Rt, Dunaferr Rt, MÁV, Bunge Rt., MOL Rt. Exportra szállítanak többek között Ausztriába és Németországba. Évtizedes beszállítói kapcsolatban volt a Holcim Hungária ZRt.-vel. Gyártottak számukra nyílkerekes bolygómű alkatrészeket, komplett cementmalom hajtást, kemence hajtóművet, cementmalom forgatókoszorút és előtétkereket. 5.2.
Kiskun Metal Kft. [6] Hagyományos esztergályos és marós munkák mellett az egyedi fogaskerékgyártásban
értek el országos ismertséget. Az általuk készített ipari és mezőgazdasági gépalkatrészeket megrendelőik igényei szerint műszaki dokumentáció vagy minta alapján gyártják. Profiljuk: fogaskerék, lánckerék, csigakerék, bordás tengely, fogasléc, fogasív, kúpfogaskerék, bolygómű gyártását. Az általános forgácsolás és fogaskerékgyártás 1990-ben kezdődött a kiskunfélegyházi telephelyen. Több év kemény munkája után 2000-ben alakult meg a Kiskun Metal Kft, melyben immáron több mint 20 év tapasztalata ötvöződik az új technológiák folyamatos megismerésével. Műhelyük egyszerű, de feladatra orientált berendezése lehetővé teszi a hatékony és ez által költségtakarékos működtetését, melyet áraik is tükröznek. Az általuk gyártott fogaskerekek, egyéb alkatrészek az ország számos nagyvállalatához, például: MOL olajfinomító, Mars Magyarország Kft., Hankook Magyarország Kft. eljutnak. Mezőgazdasági gépalkatrészeik segítik a gazdák munkáját Dalmandtól Miskolcig például: Városföldi Agrárgazdaság Zrt., Nasztej Kft., Keleti Fény Szövetkezet. Az általuk gyártott fogaskerék hajtja a 2012-es év Rally-Sprint magyar bajnokának autóját, Amrein Racing. Élelmiszeripari beszállításból is kiveszik a részüket pl.: Gallfood Kft., NT Kft., Kiskunfélegyházi Malom Kft., Univer Product Zrt.
18
5.3.
Agisys Ipari Keverés és Hajtástechnika Kft. [7]
5.3.1. Precíziós bolygómű - µ család Az automatikus és robothajtásokhoz használatos precíziós hajtóművek iránti igények kihívására tökéletes választ adnak a Bonfiglioli nagy gyártási tapasztalatán alapuló precíziós bolygómű sorozatai, amelyek különféle holtjátéktűrésekkel és kivitelben állnak rendelkezésre. Az 1000Nm felett csökkentett holtjátékú "300"-as sorozatú bolygóművek ajánlatosak.
Áttétel:
3 - 1000/1
Névleges nyomaték terhelhetőség:
10 - 1000Nm
Holtjátéktűrés:
3-7', 6-15', 10-17'
Kivitel:
egytengelyű, kúpkerék előtéttel ill. kúpkerék kihajtással behajtó tengelycsonkkal ill. különféle szabványok szerinti motor adapterekkel
Behajtás:
A µ családba tartozó precíziós hajtóművek:
5.3.1.1. ábra: KR széria [8]
5.3.1.2. ábra: LC széria [8]
5.3.1.3. ábra: LCK széria[8]
5.3.1.4. ábra: SL széria [8]
5.3.1.5. ábra: TQ széria [8]
5.3.1.6. ábra: TQK széria [8]
5.3.1.7. ábra: MP/TR széria [8]
19
5.3.2. Bolygókerekes hajtómű - 300-as sorozat A bolygókerekes hajtómű a nagy nyomatékok előállításának leggazdaságosabb eszköze, helyigénye
egyharmada,
tömege mindössze a
fele a
hagyományos
hajtóművekének.
Gazdaságos alkalmazás: 1 000Nm - 500 000 Nm nyomaték és 30 - 5 000 áttétel tartományban, ahol a hagyományos hajtóművek esélytelenek a bolygóművekkel szemben. Nyomaték:
1000 Nm - 500 000 Nm
Terhelhetőség:
450 kW-ig
Kimenet:
talpas peremes kihajtótengelyes csőtengelyes szorítógyűrűvel
Bemenet:
IEC - szabványos motor adapterrel, behajtó tengelyes Hidro-motor és egyéb adapterekkel
Motorok:
kompakt motorok és fékes motorok, IEC - szabványos motorok és fékes motorok (BN széria), egyfordulatú és pólusváltós motorok, termisztorok és hő érzékelő szenzorok, külső kényszerhűtés.
Fékek:
DC és AC táppal, gyors fékkioldó karral.
Áttétel:
3,4 - 5000/1
5.3.2.1. táblázat: 300-as sorozat [8] Típus
Nyomaték [Nm]
300
1.250
301
2.460
303
2.970
304
3.960
305
5.800
306
10.840
307
15.680
309
23.240
310
34.120
311
48.330
313
57.970
314
84.000
315
105.000
316
138.820
317
208.110
318
280.580
319
476.410
321
655.740
323
890.310
325
1.286.700
5.3.2.1. ábra: Motorral szerelt bolygómű a 300-as sorozatból [8]
20
5.4.
Bánki-Sós Hajtástechnikai Kft. [9]
Precíziós bolygókerekes hajtóművek: Precíziós bolygókerekes hajtóművek nyomaték tartománya:
26-570 Nm
Precíziós bolygókerekes hajtóművek áttétel tartománya:
i=3-343
Precíziós bolygókerekes hajtóművek maximális holtjátéka:
1, 2, 3 fokozat esetén 4', 6' és 8'
Precíziós bolygókerekes hajtóművek kihajtótengely és perem típusai:
Két vagy háromfajta kihajtótengely típussal
Kétfajta hátoldali peremmel (FLT és FLQ)
Nagyobb nyomatékú bolygóművek teljesítmény tartománya:
0,1-950kW
Nagyobb nyomatékú bolygóművek nyomaték tartománya:
300-370000 Nm
Nagyobb nyomatékú bolygóművek áttétel tartománya:
i=3,15-3282
5.4.1.ábra: REP széria (precíziós bolygóművek)[10]
5.4.2.ábra: EP széria (hagyományos bolygóművek) [10]
21
6.
Koncepcionális tervezés [11][12][13][14][15]
6.1.
Funkció-lista 6.1.1. táblázat: Funkció ábrák Funkcióábra
Leírás Ház + Gyűrűkerék Hosszú élettartamú, erős és a külső behatásoknak jól ellenálló, védelmet nyújt, amely egyben a gyűrűkerék is, ami belső fogazású fogaskerék. Napkerék Saját tengelye körül forog és a bolygókerekeket hajtja, amelyek szintén a tengelye körül forognak.
Bolygókerék A nap- és gyűrűkerék között létesít fogaskerék kapcsolatot, melyek körpályát írnak le és saját tengelyük körül is forognak. Az ábrák a bolygókerekek számát jelölik.
Lépcsők A fogaskerék-bolygómű lépcsőinek számát határozza meg. Jelen esetben ez három.
22
6.2. 6.2.1.
Megoldás változatok Első megoldásváltozat
A háromlépcsős bolygóműben, lépcsőnként egy bolygókerék található, amely a legegyszerűbb, hátránya viszont, hogy a méreteket túlságosan megnöveli.
6.2.1.ábra: Első megoldás változat 6.2.2.
Második megoldásváltozat
A háromlépcsős bolygómű, az előző megoldáshoz képest annyiban tér el, hogy az utolsó lépcsőben két bolygókerék található, amely kisebb mértékben csökkenti a méreteket.
6.2.2.ábra: Második megoldás változat 23
6.2.3. Harmadik megoldásváltozat A háromlépcsős bolygóműben, lépcsőnként két-két bolygókerék található, melynek hátránya az előző megoldáshoz képest, hogy az első-, esetlegesen az első két lépcsőben kihasználatlan lehet a második bolygókerék.
6.2.3.ábra: Harmadik megoldás változat 6.2.4.
Negyedik megoldásváltozat
A háromlépcsős bolygómű, abban különbözik az előző változathoz képest, hogy a harmadik lépcsőben három bolygókerék található, amely tovább csökkenti a méreteket.
6.2.4.ábra: Negyedik megoldás változat 24
6.2.5. Ötödik megoldásváltozat A háromlépcsős bolygóműben, az első két lépcsőben kettő, míg az utolsó lépcsőben négy bolygókerék található, amely olyan mértékben csökkenti a méreteket és a terheléseket, ami számunkra a legmegfelelőbb.
6.2.5.ábra: Ötödik megoldás változat 6.2.6.
Hatodik megoldásváltozat
A három lépcsős bolygómű, az előző megoldáshoz képest annyiban tér el, hogy az utolsó lépcsőben négy bolygókerék van, ezzel jelentős mértékben csökkentve a méretet. Az alkatrészek száma miatt felmerülhet az is, hogy a szerkezet nem lesz gazdaságos.
6.2.6.ábra: Hatodik megoldás változat
25
6.2.7. Értékelemzés szempontjai Az értékelemzés során felmerült fogalmak (értékelemző szempontok), melyek alapján a terméket értékeljük a következőek: Szerelés:
A termék összeszerelésének bonyolultsága
Karbantartás: A termék karbantarthatósága, idő, szakértelem és bonyolultság szempontjából Gazdaságosság:
Fontos, hogy a termék ne legyen túl drága, annak érdekében, hogy versenyképes maradjon a többi termékkel szemben
Megbízhatóság:
A termék legyen megbízható és hosszú élettartamú (befolyásolják például a terhelés eloszlást, hogy több bolygókereket építünk be)
Méret:
A termék ne legyen túl nagy (hasonlóan az előzőhöz, a több bolygókerék miatt ezek kisebbek is lehetnek, így pozitívan befolyásolják a szerkezet méretét)
6.2.8. Az értékelemzés Az egyes megoldásváltozatokat a 6.3.1. fejezetbe felsorolt és kifejtett szempontok alapján 150-ig osztályozzuk, így a maximális elérhető érték 300 pont. A következő táblázat az értékelemzés eredményeit foglalja össze.
Szerelés Karbantartás Gazdaságosság Megbízhatóság Méret ∑
1.változat 35 35 40 10 5 125
2.változat 35 35 40 15 10 135
3.változat 30 35 35 20 40 160
6.2.8.1.táblázat: Az értékelés adatai 4.változat 5.változat 6.változat 30 30 25 25 15 10 35 30 25 25 45 45 40 45 45 155 150 165
Az értékelő szempontok alapján az ötödik változatot találtuk a legmegfelelőbbnek, melynek első két lépcsőjében két-két bolygókerék, a harmadik lépcsőben pedig négy bolygókerék található. A szerkezet így kellőképpen kis méretű, és gazdaságosnak bizonyul. 26
7.
Bolygómű kiválasztása [9][10]
7.1.
Katalógusban szereplő termékek ismertetése
A választásom a Bánki-Sós Hajtástechnikai Kft. által forgalmazott Tramec S.R.L. cég katalógusára esett. A REP bolygóhajtómű széria ár/érték aránya kiemelkedő, a funkcióját is alapul véve, hogy precíziós bolygóműről van szó, nagy pontosságúak, és hosszú élettartamra tervezték őket. Mindemellett több méretből és áttétel tartományból választhatjuk ki a legmegfelelőbbet. Ezeket a hajtóműveket a legkülönbözőbb helyeken alkalmazzák, mint például: - szerszámgépeknél -
famegmunkáló gépeknél
-
szállító gépeknél
-
nyomtatóknál
-
automata csomagológépeknél
-
robotkaroknál
A REP széria négy méretben hozzáférhető (075, 100, 125, 150), melyek egy-, kettő-, illetve három lépcsős kivitelűek lehetnek, mindemellett kettő vagy három kimenő tengelyes kivitelben és két fajta peremmel készülnek. Ház:
A hajtóműház speciális nitridált acélból készül, amely amellett, hogy erős, nagyon megbízható és hosszú élettartamú.
Perem:
A ki- és bemenő oldali peremek általában alumíniumból készülnek, de ezek igény szerint más anyag is lehetséges.
Tengelyek:
A hajtómű tengelyei edzett és normalizált acélokból készülhetnek.
Fogaskerekek:
A kerekek általában normalizált illetve betétben edzett acélokból készítik.
Csapágyak:
A hajtóműbe kiváló minőségű, hosszú élettartamú és mindemellett nagyon halk működésű csapágyak kerülnek beépítésre.
Közös tengelyű
Áttétel
Kimenő tengely típusa
Kimenő oldali perem típusa
Bemenő tengely típusa
Bemenő oldali perem típusa
Precíziós osztály
REP EP
075 075 100 125 150
Lépcsők száma
REP
Méret
Bolygómű széria
7.1.1.táblázat: A bolygómű típusának meghatározása
2
C
100
AU16
FLT
AE12
P03
P
1 2 3
C
3-343
táblázat alapján
FLT FLQ
táblázat alapján
táblázat alapján
P -
27
7.2.
Jelölések 7.2.1. táblázat: Jelölések Jelölés
Mértékegység
αmax
[arcmin]
C
–
FA2
[N]
fc
–
FR2
[N]
fv
–
szellőzési faktor tényező
i
–
névleges áttétel
J
[kg cm2]
KU
–
KM
[min]
Lh
Megnevezés szabványos holtjáték hőveszteségi együttható axiális terhelés a kimenő oldalon 300 min-1-nél ciklustényező radiális terhelés névleges értéke 300 min-1-nél
tehetetlenségi nyomaték üzemi tényező
[millió körülfordulás] csapágy élettartam
LpA
[dBA]
hangnyomás szint 3000 min-1-nél
n1max
[min-1]
maximális bemenő fordulatszám
n1nom n1E n2E
-1
névleges bemenő fordulatszám
-1
átlagos bemenő fordulatszám
-1
átlagos kimenő fordulatszám
-1
névleges kimenő fordulatszám
[min ] [min ] [min ]
n2N
[min ]
P0
[W]
teljesítmény terheletlen állapotban
Pη
[W]
üzemi teljesítmény
Rd
–
dinamikus hatások tényezője -1
torziós merevség
Rt
[Nm * arcmin ]
T0
[°C]
környezeti hőmérséklet
Tmax
[°C]
megengedett maximális hőmérséklet
T1amot
[Nm]
motor maximális gyorsító nyomatéka
T1E
[Nm]
átlagos bemenő nyomaték
T1N
[Nm]
névleges motor nyomaték
T2A
[Nm]
kimenő oldalon mért maximális gyorsító nyomaték
T2E
[Nm]
átlagos kimenő nyomaték
T2N
[Nm]
névleges kimenő nyomaték
T2S
[Nm]
kritikus kimenő nyomaték
τc
[s]
Ts
[°C]
maximális egyensúlyi hőmérséklet
Zh
[n-1]
óránkénti ciklus szám
időállandó
28
7.3.
Kiválasztás, ellenőrzés
7.3.1. Mechanikai ellenőrzés A REP bolygóhajtómű kiválasztása attól függ, hogy az üzem folyamatos vagy szakaszos.
ciklus idő
7.3.1.1. ábra: A kimenő oldali fordulatszám az idő függvényében 7.3.1.1. táblázat: Jelölések
Ahol, Jelölés n2max n2m n20 ta tk td tp
Mértékegység [min-1] [min-1] [min-1] [s] [s] [s] [s]
Megnevezés maximális kimenő fordulatszám átlagos kimenő fordulatszám nulla fordulatszám gyorsulás közben eltelt idő folyamatos üzemidő lassulás közben eltelt idő szünet
ciklus idő
7.3.1.2. ábra: A kimenő nyomaték változása az idő függvényében 7.3.1.2. táblázat: Jelölések
Ahol, Jelölés T2max T2k T2d
Mértékegység [Nm] [Nm] [Nm]
Megnevezés maximális kimenő nyomaték üzemi kimenő nyomaték lassító nyomaték a kimenő oldalon 29
7.3.1.1. KU, KM üzemi tényezők meghatározása Meg kell határoznunk, hogy a ciklus hány százalékát teszi ki a tényleges üzem,
A következő lépésben meg kell állapítanunk azt, hogy mennyi ideig üzemel a bolygómű,
é
Ha,
, akkor időszakos működésről beszélünk, , akkor a működést folyamatosnak tekintjük.
ha
Időszakos működés Időszakos működés esetén az alábbi ellenőrzéseket kell elvégeznünk,
Ahol, 7.3.1.1.1. táblázat: Jelölések Jelölés T2A T1AMOT i fc Rd
Mértékegység [Nm] [Nm] – – –
Megnevezés kimenő oldalon mért maximális gyorsító nyomaték motor maximális nyomatéka névleges áttétel ciklustényező (7.3.1.1.3. táblázat alapján) dinamikus hatások tényezője
Az időszakos esetben a maximális bemenő fordulatszámot ( ) össze kell hasonlítani az üzem közbeni tényleges fordulatszámmal ( ) és a következő egyenlőtlenségnek kell teljesülnie.
30
Folyamatos működés Folyamatos működés esetén az alábbi egyenlőtlenségeknek kell megfelelniük, 1. 2. 3. amelyeket az alábbi módon számíthatunk:
Ahol, n2n, T2n, tn az említett értékek n.-ik értéke; n = 1, 2, 3, …
Ahol, 7.3.1.1.2. táblázat: Jelölések Jelölés T2A T1AMOT i fc Rd T2E T2N T1N n2E n2N n1nom
Mértékegység [Nm] [Nm] – – – [Nm] [Nm] [Nm] [min-1] [min-1] [min-1]
Megnevezés kimenő oldalon mért maximális gyorsító nyomaték motor maximális nyomatéka névleges áttétel ciklustényező (7.3.1.1.3. táblázat alapján) dinamikai hatások tényezője átlagos kimenő nyomaték névleges kimenő nyomaték (itt: megengedett értéke) névleges motor nyomaték átlagos kimenő fordulatszám névleges kimenő fordulatszám névleges bemenő fordulatszám
31
A ciklustényező (fc) értéke az óránkénti ciklus számtól (Zh) függ, melynek számítása az alábbi módon történik,
a kiszámított érték alapján, a ciklustényező értékét a táblázat alapján kiválaszthatjuk.
7.3.1.1.3. táblázat: A ciklustényező értéke az óránkénti ciklusszám függvényében Zh ≤ 1000 1000 < Zh ≤ 2000 2000 < Zh ≤ 3000 fc 1 1,2 – 1,5 1,5 – 2
Megengedett hőmérsékletre való ellenőrzés
7.3.1.2.
Fontos ellenőrizni a maximális nyomaték és a maximális teljesítmény megfelelését a bemenő oldalon. A bolygómű üzem közben nem haladhatja meg a Tmax = 95°C maximális hőmérsékletet. A megengedett értéknek magasabbnak kell lennie a tényleges hőmérséklet értékétől. A bemenő oldali maximális nyomatékot és a maximális teljesítményt a következő táblázatok tartalmazzák a fordulatszámot, a bolygómű lépcsőinek számát és figyelembe véve a környezeti hőmérsékletet, amely alatt T0=20°C-t értünk.
REP 75
REP 100
REP 125
REP 150
7.3.1.2.1.táblázat: Bemenő oldal maximális teljesítménye [kW] n1 [min-1] Lépcsők 900 1400 2800 3600 1 4,5 4,4 4,0 3,5 2 2,5 2,3 2,0 1,8 3 1,9 1,8 1,5 1,4 1 6,0 6,0 4,6 3,8 2 3,5 3,3 2,5 2,0 3 2,7 2,5 2,0 1,6 1 9,0 8,5 6,2 4,7 2 5,5 4,8 3,4 2,5 3 4,0 3,7 2,8 2,0 1 11,0 10,0 5,6 2,8 2 6,1 5,5 2,6 1,0 3 4,7 4,3 2,3 0,9
32
REP 75
REP 100
REP 125
REP 150
7.3.1.2.2.táblázat: Bemenő oldal maximális nyomatéka [Nm] n1 [min-1] Lépcsők 900 1400 2800 3600 1 48 30 14 9 2 27 16 7 5 3 20 12 5 4 1 64 41 16 10 2 37 23 9 5 3 29 17 7 4 1 96 58 21 12 2 58 33 12 7 3 42 25 10 5 1 117 68 19 7 2 65 38 9 3 3 50 29 8 2
Ha az alkalmazáskor nagyobb a behajtó nyomaték vagy teljesítményt kell alkalmazni, mint az időszakos működéskor vett érték, akkor meg kell határozni a művelet maximális hosszát (tmax). Amelyet a következőképpen számíthatjuk,
Ahol, 7.3.1.2.3.táblázat: Jelölések Jelölés TMAX = 95 °C T0
τc
Mértékegység [°C] [°C] [s]
Ts
[°C]
Megnevezés maximum hőmérséklet környezeti hőmérséklet időállandó (7.3.1.2.6. táblázat) maximum hőmérséklet, P1 teljesítményű behajtás esetén, folyamatos üzemben
Ahol, 7.3.1.2.4.táblázat: Jelölések Jelölés P0 C fv Pη
Mértékegység [W] [W °C-1] [W °C-1] [W]
Megnevezés teljesítmény terheletlen állapotban (7.3.1.2.7. táblázat) hőveszteségi együttható (7.3.1.2.8. táblázat) szellőzési tényező üzemi teljesítmény
33
fv = 1,45 hatékony szellőzés speciális hűtőkkel fv = 1,25 másodlagosan ható szellőzés (például motorhűtés) fv = 1 természetes hűtés fv = 0,5 zárt-, zsúfolt munkatérben
Pη = P1*0,015
egy lépcsős esetben
Pη = P1*0,03
két lépcsős esetben
Pη = P1*0,044
három lépcsős esetben
Ahol,
Jelölés T1 n1
Mértékegység [Nm] [min-1]
7.3.1.2.5.táblázat: Jelölések Megnevezés alkalmazott behajtó nyomaték bemenő fordulatszám
Ha a működési ciklus időben változó, akkor a számítás az átlagos behajtó nyomaték és az átlagos bemenő fordulatszám, azaz T1E és n1E alapján történik.
Ahol n1n, T1n, tn az említett értékek n.-ik értéke; n = 1, 2, 3, …
Lépcsők
τc [s]
REP 75 1 2 3 551
655
748
7.3.1.2.6.táblázat: Időállandók értékei, lépcsőnként REP 100 REP 125 REP150 1 2 3 1 2 3 1 2 3 747
939
1111 1255 1590 1891 1858 2369 2824
34
7.3.1.2.7.táblázat: Teljesítmény terheletlen állapotban, lépcsőnként és méretenként n1 = 900 [min-1] n1 = 1400 [min-1] n1 = 2800 [min-1] n1 = 3600 [min-1] Lépcsők 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 REP 75
3
4
5
6
8
8
14
18
19
20
26
27
REP 100
7
9
9
12
15
16
30
38
39
42
53
55
REP 125
12
15
16
22
27
28
56
71
73
81
101
104
REP 150
22
27
28
39
50
51
106
132
136
151
191
196
7.3.1.2.8.táblázat: Hő veszteségi tényező értékei, lépcsőnként és méretenként Lépcsők 1 2 3 1,024 1,120 1,248 REP 75 REP 100
1,410
1,620
1,800
REP 125
2,175
2,450
2,725
REP 150
2,680
3,020
3,380
Kenés:
7.4.
A REP hajtóművek nagy élettartamú kenőanyaggal vannak ellátva és nem igényelnek különösebb karbantartást. Rendelés esetén fontos meghatározni a beépítési helyzetet.
. 7.4.1.ábra: Beépítési helyzetek[10]
1.5
Foghézag (αmax) A legnagyobb mért foghézagot a kimenő tengelyen mérjük, úgy, hogy a nyomaték
megegyezik a névleges nyomaték két százalékával, oly módon, hogy a bemenő tengely rögzítve van.
35
Radiális és axiális terhelések a kimenő tengelyen:
7.6.
A műszaki adatokat összefoglaló táblázatban látható, a megengedhető axiális és radiális terhelések
értékei
[N]-ban
különböző
kifejezve,
sebességekre
20.000
órás
csapágyélettartammal. 7.6.1.táblázat: Műszaki adatokat összefoglaló táblázat egy példánya Lépcsők
Táblázat alapján
Azt feltételezve, hogy a radiális terhelés FR2, a kimenő tengely közepén hat, a következőképpen számíthatjuk:
FR2 FR2Y FA2
Y 7.6.1.ábra: A kimenő tengely radiális és axiális terhelése A különböző Y távolságra kiszámíthatóak az új maximálisan megengedett terhelések a 8.6.2. táblázatban található együtthatókkal.
7.6.2.táblázat: Együtthatók táblázata bolygómű méretenként REP 75 REP 100 REP 125 REP 150 a
46
55
85
102
b
30
37
51
61
36
7.7.
A motor beépítésére
1) a bilincs rögzítő csavarjának kilazítása (DV) 2) a retesz eltávolítása a motor tengelyéből (LM) 3) tisztítsa meg a motor és a hajtómű közötti érintkező felületeket 4) kerülje az ütődést mikor a motort és a hajtóművet szereli össze 5) húzza meg a csavarokat (FV) 6) húzza meg a bilincs csavarját (DV) a táblázatban szereplő nyomaték szerint
7.7.1.ábra: Összeszerelés[10] 37
7.8.
Beépítési példák
7.8.1. Csúszó szán:
7.8.1.1. ábra: Csúszó szán [10] Ebben az alkalmazásban lineáris mozgást kell megvalósítania az asztalnak, egy i=1-es áttételű lánchajtással közvetítjük a mozgást a hajtóműtől az asztalig. A szán tömege m=200kg. A hajtó fogaskerék, ami a hajtómű kimenő tengelyére van szerelve ⌀p=100mm osztókörátmérőjű. A szánnak ta=0.2s alatt kell felgyorsulnia v2=6m/s-ra. A hajtómű áttétele i = 20. A mozgásra ható ellenerő F=500N amely a súrlódási tényezőből adódik. Az ellenállás nyomaték számítása:
A tehetetlenségi ellenállás nyomaték számítása:
ahol, Fi – a tehetetlenségi erő, ahol, a [ms-2] – a gyorsulás,
ahol v2 [ms-1] – végső/működési sebesség; v0 [ms-1] – kezdeti sebesség; ta [s] – gyorsulási idő Így tehát,
38
A helyes kiválasztás céljából a következő nyomatékot kell figyelembe venni:
A motorkiválasztásnál ezt az értéket kell kiválasztani
. A motor
nyomatékának elég erősnek kell lennie ahhoz, hogy a tehetetlenségi erőket és a súrlódást leküzdje. Ez után választható ki a hajtómű a motor jellemzők alapján (működési ciklus, óránkénti ciklus…stb.)
7.8.2. Forgó asztal Ebben az alkalmazásban egy 20kg tömegű 0,5 méter sugarú körasztalt kell meghajtani. Az asztalnak n0 = 0 min-1-ről kell felgyorsulnia n1 = 300min-1–re ta=0.3s alatt. A hajtómű áttétele i=20. Az ellenállás nyomaték ami lehetővé teszi az asztal egyenletes forgását,
feltételezzük,
hogy
elhanyagolható
a
tehetetlenségi nyomatékhoz képest. Ezért ebben az esetben,
7.8.2.1. ábra: Forgó asztal [10]
Ahol, J – a forgó asztal tehetetlenségi nyomatéka
aa – pedig a szöggyorsulás
Így,
Tehát a A motorkiválasztásnál ezt az értéket kell kiválasztani (
). A nyomatéknak
elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy a súrlódási nyomatékot és a tehetetlenségi erőket legyőzze. Ezek után a hajtómű kiválasztást végezzük el, a motor adatai alapján. 39
8.
Előtervezés [16]
8.1.
A választott bolygómű adatai
A katalógus alapján választott hajtómű, a REP-125-3-C-100-AU32-FLT/FLQ-AE28-P09.
Műszaki adatok: Áttétel:
i = 100
Maximális gyorsító nyomaték a kimenő oldalon:
MI,ki = 450 Nm
Névleges kimenő nyomaték:
MN,ki = 280 Nm
Névleges bemenő fordulatszám:
nN,be = 4000 min-1
A választott bolygómű adatai alapján meghatározhatjuk a bemenő oldali indító nyomatékot,
és a feltételezett motor teljesítményét:
A szükséges áttétel lépcsőnként:
Előzetes számítások, alapján a felvett fogszámok, lépcsőnként a következőek. 1. lépcső Z1=47 Z2=61 Z3=169
2. lépcső Z4=47 Z5=61 Z3=169
8.1.1.táblázat: A fogszámok lépcsőnként 3. lépcső Z6=47 Z7=61 Z3=169
40
A 8.1.1.ábrán látható, hogy a három lépcsőben a napkerék hajtja a kart, így a tényleges áttétel a fogszámok alapján:
Mivel az eltérés 5%-on belül van, ezért a tényleges áttétel elfogadható.
3 k1
k2
k3
2
5
6
1
4
6
0
0
8.1.1.ábra: A bolygómű kinematikai rajza 8.2.
Kapcsolódási feltételek vizsgálata A fogszám választás bolygóműveknél bonyolultabbak, mert több feltételnek is meg kell
felelniük. A tervezés során törekedni kell a megfelelő áttételre, a szerelhetőségre, az egytengelyűségre és ellenőrizni kell a szomszédsági feltételt is. [16] 8.2.1. Szerelhetőségi feltétel ellenőrzése „A kisebb méretre törekedve, a teljesítménynek N számú bolygókerékre való szétosztása miatt – mindegyik bolygókeréknek adott időpillanatban azonos kapcsolódási helyzetben kell lennie.”[16] Összefoglalva, a gyűrű- és napkerék fogszámainak összege meg kell egyezzen a bolygókerekek számának egész számú többszörösével.
41
B
gy
A=E n D b C 8.2.1.1.ábra
Ahol,
p – a fog osztása E – tetszőleges egész szám zgy – a gyűrűkerék fogszáma zn – a napkerék fogszáma N – a bolygókerekek száma 1. lépcső N=2
8.2.1.1.táblázat: A lépcsőnkénti bolygókerekek száma 2. lépcső 3. lépcső N=2 N=4
A választott fogszámok és a bolygókerekek számának függvényben, megállapíthatjuk, hogy a bolygómű a szerelhetőségi feltételnek megfelelő.
42
8.2.2.
Egytengelyűségi feltétel ellenőrzése
„Azt fejezi ki, hogy mindkét fogaskerék kapcsolat tengelytávolságának azonosak kell lennie. Az elemi és kompenzált egyenes fogazat esetén a következő egyszerű egyenlőséget jelenti:
Ahol,
zgy – a gyűrűkerék fogszáma zn – a napkerék fogszáma zb – a bolygókerék fogszáma
Az első, második és harmadik lépcső ellenőrzése:
Az egytengelyűségi feltételnek tehát a bolygómű minden lépcsője megfelelő.
8.2.3.
A szomszédsági feltétel ellenőrzése
„A bolygókerekek N száma nem növekedhet annyira, hogy két szomszédos bolygókerék fejköre érintse egymást.”[16] Határesetet feltételezve, elemi fogazatra a következő egyenletet írhatjuk fel,
Az m – modullal egyszerűsíthetünk, így az egyenletünk:
Az első és második lépcsőre a szomszédsági feltétel ellenőrzése:
A harmadik lépcsőre a szomszédsági feltétel ellenőrzése:
A szomszédsági feltételek ellenőrzése után kijelenthetjük, hogy nem jön létre az a veszély, hogy a lépcsőkben két bolygókerék egymásba érjen. 43
9.
Tengelytávolságok és a fogaskerekek méreteinek meghatározása [16]
A hajtó motor adatai: Teljesítmény:
P = 1,2 kW
Indító nyomaték:
Mind = 4,5 Nm
Mivel indításkor nagyobb nyomatékot ad le a motor a kimenő tengelyén ezért a bolygóművet az indító nyomatékra méretezzük. A választott anyag a külső-külső kapcsolódású fogaskerékhez CrV3 melynek a fogfelület kifáradás határa k0,kk = 70 MPa, a fogtő kifáradás határ σOD,kk= 300 MPa. A gyűrűkerék anyagának eltérőnek kell lennie, mert metszőkerékkel készül, ezért normalizált acélt választunk a berágódás elkerülése miatt, a választott anyag így az E360 acél, melynek a fogfelület kifáradás határa k0,kb = 6,31 MPa, a fogtő kifáradás határ σOD,kb= 227 MPa. Mivel a bolygókerekek száma N > 1 ezért lüktető igénybevétellel kell számolnunk, ezért meg kell határoznunk σ-1D = 0,8 * σOD megengedhető értékét.
A megengedett értékek, - a külső-külső fogazatra
- a külső-belső fogazatra
44
9.1. Az első lépcső tengelytávjának, fogszélességének és moduljának meghatározása
A szükséges modul:
A tényleges tengelytáv:
Ahol, – fogszám viszony – fogaskerék szélesség / tengelytávolság viszony
– kapcsolószög elemi fogazat esetén Ω =1,1 – terhelés kiegyenlőtlenítési tényező ξ = 0,3 – módosításokat figyelembe vevő tényező kmeg – a fogfelület kifáradás megengedett határa N = 2 – a bolygókerekek száma
45
A fogszélesség meghatározása
A fogtő hajlítás szempontjából szükséges modul ellenőrzése az első lépcsőben
Ahol,
a – a tényleges tengelytáv P – a teljesítmény Y = 2,5 – a fogalak tényező Ω = 1,1 – terhelés kiegyenlőtlenítési tényező
σ-1D,kkmeg; σ-1D,kbmeg – fogtő kifáradási határ megengedett értéke lüktető igénybevételre b – a fogszélesség N = 2 – a bolygókerekek száma
Tehát a választott modul megfelelő fogtő hajlítás szempontjából. 9.1.1.táblázat: Számított modul, fogszélesség és tengelytáv az első lépcsőben Tényleges Modul Fogszélesség tengelytáv m b [mm] a [mm] 1. lépcső 1
25
54
46
9.2. Az második lépcső tengelytávjának, fogszélességének és moduljának meghatározása
A szükséges modul:
A tényleges tengelytáv:
Ahol, – fogszám viszony – fogaskerék szélesség / tengelytávolság viszony
– kapcsolószög elemi fogazat esetén Ω =1,1 – terhelés kiegyenlőtlenítési tényező ξ = 0,3 – módosításokat figyelembe vevő tényező kmeg – a fogfelület kifáradás megengedett határa N = 2 – a bolygókerekek száma
47
A fogszélesség meghatározása
A fogtő hajlítás szempontjából szükséges modul ellenőrzése az második lépcsőben
Ahol,
a – a tényleges tengelytáv P – a teljesítmény Y = 2,5 – a fogalak tényező Ω = 1,1 – terhelés kiegyenlítetlenségi tényező σ-1D,kkmeg; σ-1D,kbmeg – fogtő kifáradási határ megengedett értéke lüktető igénybevételre b – a fogszélesség N = 2 – a bolygókerekek száma
Tehát a választott modul megfelelő fogtő hajlítás szempontjából. 9.2.1.táblázat: Számított modul, fogszélesség és tengelytáv az második lépcsőben Tényleges Modul Fogszélesség tengelytáv m b [mm] a [mm] 2. lépcső 1
25
54
48
9.3.
harmadik lépcső tengelytávjának, fogszélességének és moduljának meghatározása
A szükséges modul:
A tényleges tengelytáv:
Ahol, – fogszám viszony – fogaskerék szélesség / tengelytávolság viszony
– kapcsolószög elemi fogazat esetén Ω =1,1 – terhelés kiegyenlítetlenségi tényező ξ = 0,3 – módosításokat figyelembe vevő tényező kmeg – a fogfelület kifáradás megengedett határa N = 4 – a bolygókerekek száma
49
A fogszélesség meghatározása
A fogtő hajlítás szempontjából szükséges modul ellenőrzése az harmadik lépcsőben
Ahol,
a – a tényleges tengelytáv P – a teljesítmény Y = 2,5 – a fogalak tényező Ω = 1,1 – terhelés kiegyenlítetlenségi tényező σ-1D,kkmeg; σ-1D,kbmeg – fogtő kifáradási határ megengedett értéke lüktető igénybevételre b – a fogszélesség N = 4 – a bolygókerekek száma
Tehát a választott modul megfelelő fogtő hajlítás szempontjából. 9.3.1.táblázat: Számított modul, fogszélesség és tengelytáv az harmadik lépcsőben Tényleges Modul Fogszélesség tengelytáv m b [mm] a [mm] 3. lépcső 1
30
54
50
9.4.
A fogaskerekek geometriai méretei
Külső fogazat fogaskerék osztókörének átmérője: fogaskerék fejkörének átmérője: fogaskerék lábkörének átmérője:
Belső fogazatra fogaskerék osztókörének átmérője: fogaskerék fejkörének átmérője: fogaskerék lábkörének átmérője:
9.4.táblázat: Fogaskerekek méretei Fogaskerék jele
10.
Fogszám
m
x
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
b
a
[mm]
[mm]
[mm]
z1
47
1
0
47
49
44,5
25
z2
61
1
0
61
63
58,5
25
z3
169
1
0
169
167
171,5
225
z4
47
1
0
47
49
44,5
25
z5
61
1
0
61
63
58,5
25
z6
47
1
0
47
49
44,5
30
z7
61
1
0
61
63
58,5
30
54
A tengelyek méretezése [17] [18] [19] A feszültség határ és a biztonsági tényezők ismeretében meghatározhatjuk a megengedett
feszültség értéket, de többnyire táblázatokból is kiválaszthatjuk. „A megengedhető feszültség nagyságának megállapításánál a terhelés módját is figyelembe kell venni. Nem mindegy ugyanis, hogy az alkatrészt mindig ugyanakkora, vagy pedig állandóan változó értékű (nagyság és értelem is változhat) terhelés éri. Nyilvánvaló, hogy az előbbi eset kevésbé „fárasztja” az anyagot, ezért nagyobb feszültség engedhető meg a szerkezetben, annak tönkremenetelének veszélye nélkül. „[17]
51
A következő három csoportot különböztethetjük meg, amelyeket Wöhler-eseteknek is hívnak: I. II. III.
A nyugvó (statikus) terhelés, amelynél folyamatosan ugyanaz a terhelése az alkatrésznek. A változó (lüktető) terhelés, amikor a terhelés egy bizonyos maximum értékig növekedhet zérustól. A változó (lengő) terhelés, amikor az alkatrész nyomó- és húzó igénybevételnek is ki van téve, amely folyamatosan váltakozik.
A tengely anyagának az A70/E360 általános rendeltetésű szerkezeti acélt választjuk. Melynek megengedett értékei csavarásra és hajlításra II. Lüktető igénybevétel esetén:
10.1. A kimenő tengely méretezése Mivel a hajtóműben a karok által hajtott tengely igénybevétele fokozatosan nő, így elegendő méreteznünk az utolsó lépcsőben található ilyen tengelyt, amely egyben a kihajtó tengely is. A kimenő tengelyre ható csavaró nyomaték indításkor:
A poláris keresztmetszeti tényező:
Így a csavarásból származó csúsztató feszültség:
A csavarásra történő ellenőrzés feltétele,
A határesetet kihasználva, ahol τmeg = τ és az előbbi egyenletet az átmérőre átrendezve, a következőt kapjuk:
52
10.2. Az első és második lépcsőben található karok tengelyeinek méretezése Mivel a két lépcsőből a másodikban a legnagyobb a nyomaték, ezért a méretezést erre végezzük el, és a két kar tengelye megegyező lesz. A második tengelyre ható csavaró nyomaték indításkor:
A poláris keresztmetszeti tényező:
Így a csavarásból származó csúsztató feszültség:
A csavarásra történő ellenőrzés feltétele,
A határesetet kihasználva, ahol τmeg = τ és az előbbi egyenletet az átmérőre átrendezve, a következőt kapjuk:
Lássuk be, hogy a 9.1. és 9.2. pontban meghatározott minimum tengely átmérőket, oly módon kerekítettük, hogy azok a hozzá tartozó retesz t1 értékével csökkentve is megfelelnének az igénybevételre.
d-t1
d 10.2.1.ábra: A reteszek figyelembevételével módosult átmérő
53
10.3. A napkerekek tengelyének ellenőrzésre csavarásra A napkerekek tengelyére ható nyomaték a harmadik lépcsőben a legnagyobb, így a nyomaték a következő:
A poláris keresztmetszeti tényező a csőtengelyre:
Így a csavarásból származó csúsztató feszültség a csőtengelyre:
A poláris keresztmetszeti tényező a nyakra:
Így a csavarásból származó csúsztató feszültség a nyakra:
A csavarásra történő ellenőrzés feltétele,
Mivel τcs,3 és τcs,ny ≤ τmeg ezért a tengely két része egyaránt megfelelő.
dny
D1,2,3
d1,2,3
10.3.1.ábra: A napkerekek egyszerűsített rajza
54
10.4. A kar bolygókerékbe csatlakozó tengelyének méretezése
A tengely igénybevétele a karra ható erőből származó hajlító nyomaték, amely erő a napkerék csavaró nyomatékából kiszámítható az alábbi módon. Mivel a csavaró nyomaték az utolsó lépcsőben a legnagyobb, így a méretezés az alapján történik.
x Fk37
Mα Ft37 lk3= 0,02 m
z
Fα 7
Tx
Fk37
2022,2106 N Mα
k3
z
Ft67 F67
Fr67
ω6
Mcs6
Mhx 40,444 Nm
y
6 z x 10.4.1.ábra: A karra ható erő
10.4.2.ábra: a bolygókerékbe csatlakozó tengely igénybevételi ábrája
A tengelyre ható csavaró nyomaték:
A tengelyre ható tangenciális erő:
55
Mivel a bolygókerekek száma kettő, így az egy karra jutó terhelés a következő:
A karra ható támasztó erő:
A karban ható nyomaték:
A fenti összefüggések alapján a tengelyben ébredő hajlító feszültség,
A hajlításra történő ellenőrzés feltétele,
A határesetet kihasználva, ahol σmeg = σhj és a fent leírt egyenletet az átmérőre átrendezve, a következőt kapjuk:
11.
A reteszek szilárdságtani méretezése [18][19]
A reteszek méretezése palástnyomásra történik. A reteszekre választott anyag E335 acél, melynek megengedett palástnyomása pmeg = 90 MPa. A reteszeket terhelő palástnyomás:
A kerületi erő:
56
A retesz nyomott felülete:
Amelyek alapján a reteszhossz a következő képen számítható:
Ahol,
dt [mm] – a tengely átmérő b [mm] – a retesz szélesség h [mm] – a retesz magasság l [mm] – a retesz hossz Mcs [Nm] – a tengely csavaró nyomatéka
11.1. A bemenő-, első kar- és második kar tengelyének retesz méretezése A legnagyobb nyomaték a második kar tengelyén keletkezik, amely az előző számításokból,
A tengely átmérője fogaskeréknél A retesz méretei
11.2. A harmadik kar-, azaz a kihajtó tengelyének retesz méretezése A kimenő nyomaték az előző számításokból,
A tengely átmérője fogaskeréknél A retesz méretei
57
A csapágyak kiválasztása [18][19]
12.
Névleges élettartam millió körülfordulásban:
ahol,
dinamikus teherbírás dinamikus egyenértékű terhelés élettartam kitevő ( golyóscsapágyra
)
Névleges élettartam órákban:
ahol,
névleges élettartam fordulatszám
12.1. A bolygókerekek csapágyának kiválasztása Axiális erő nem terheli a tengelyt. Előzetes számítások alapján meghatároztuk, hogy a csapágyak a harmadik lépcsőben vannak a legjobban terhelve. Ahol, az egy csapágyat terhelő radiális erő, amelyet a tengely méretezésénél meghatároztunk:
A tervezett üzemóra: Lh = 10 000 h A csapágy fordulatszáma:
r7
α7
rk*ωk
αk r7
r6
r6*ω6
α6
12.1.1.ábra: Sebesség ábra
58
A csapágy fordulatszáma így,
A névleges élettartam:
A dinamikus teherbírás minimuma:
Az így választott csapágy az SKF2203 E-RS1TN9.
12.2. A behajtó és kihajtó tengelyek csapágyazása A bemenő tengely a csapágyai az SKF6009-2RS1, dinamikus teherbírása C = 20,8 kN. A kimenő tengely csapágya SKF4209 ATN9, dinamikus teherbírása C = 39 kN. A csapágy túlméretezését az indokolja, hogy a behajtás módja ismeretlen, így alkalmassá teszi azokat, hogy a tengelyekre ható radiális terheléseket felvegyék.
59
13.
Konstrukció leírása A szakdolgozat eleje részletesen foglalkozik a fogaskerék-bolygómű működésével. A
katalógus alapján kiválasztottam egy három lépcsős lassító áttételű fogaskerék-bolygóműt. A bemenő oldalon csőtengely behajtású, a kimenő oldalon pedig hengeres tömör tengelyen valósul meg a kihajtás. Mindkét oldalon reteszkötés biztosítja a kapcsolódást. A bolygókerekek kétsoros önbeálló golyós csapágyakkal vannak megtámasztva, amivel a gyártási hibák részben kompenzálhatóak. A bolygókerekek tengelyét egy csavaranyával rögzítettem a karhoz. A csavaranyát elfordulás ellen a csavaranyára illetve a karra hajlított lemezzel biztosítjuk. A napkerekeket tengely irányban kúpos végű hernyó csavarral rögzítjük. A bemenő és kimenő oldali tengelyek csapágyai a tengelyvégekre ható radiális terhelések felvételére is alkalmasak. A hajtómű fedelén található az a perem és a menetes zsákfuratok, amelyekkel a hajtómű házhoz vagy kerethez rögzíthetjük, vagy a helyzet meghatározását teszi lehetővé.
13.1.ábra: A fogaskerék-bolygómű háromdimenziós rajza
60
14.
Összehasonlítás 14.1.A fogaskerék-bolygóművek adatainak összehasonlítása A katalógusban szereplő hajtómű
A tervezett hajtómű
Áttétel
i=100
>
i=99,663
Névleges kimenő nyomaték
MN = 280 Nm
>
MN = 279,05 Nm
Indító nyomaték a kimenő oldalon
MI = 450 Nm
>
MI = 448,48 Nm
A bolygómű átmérője
ø180 mm
<
ø190 mm
Bemenő tengely átmérője
ø28 mm
<
ø30 mm
Bemenő tengely hossza
63 mm
>
40 mm
-
30 mm
Bemenő tengely retesz hossza Kimenő tengely átmérője
ø32 mm
<
ø45 mm
Kimenő tengely hossza
ø58 mm
<
ø75 mm
Kimenő tengely retesz hossza
50 mm
<
65 mm
A bolygómű hossza
210 mm
<
360 mm
A 14.1. táblázat alapján láthatjuk, hogy a szakdolgozatban tervezett bolygómű méretei nagyobbak, a katalógusban találhatóhoz képest. A legnagyobb eltérés a bolygómű teljes hosszánál látható, amely a túlméretezett karok és reteszek méreteiből adódik. Optimalizálással, a bolygómű hosszirányú mérete tovább csökkenthető minimális mértékben.
61
15.
Összefoglalás / Thesis summary
A szakdolgozatban a fogaskerék-bolygóművel foglalkoztam. Részletes bemutatásra került a működése, felépítése és alkalmazási lehetőségeit. A fogaskerék-bolygómű ismert változatait részletesen ismertetem a második fejezetben, elsősorban elnevezés- és szabadságfok alapján. A harmadik fejezetben összefoglalom a fogaskerék-bolygóművel szemben támasztott követelményeket. A negyedik fejezetben bemutatok néhány fogaskerék-bolygómű szabadalmat. A magyarországi fogaskerék-bolygómű forgalmazók és gyártók termékeivel foglalkoztam az ötödik fejezetben. A koncepcionális tervezés során, a megoldásváltozatok közül értékelési szempontokkal kiválasztottam a legmegfelelőbb funkcióstruktúrát. A magyarországi forgalmazók katalógusainak megismerése után, bemutattam a kiválasztási folyamatot és egy típust kiválasztottam. Végezetül egy hasonló méretű és közel azonos áttételű három lépcsős fogaskerékbolygómű megtervezésével foglalkoztam, amely magába foglalja a szerelhetőségi, szilárdsági, geometria és a benne található gépelemek méretezés/ellenőrzési számításait. A konstrukciós feladathoz tartozó összeállítási rajzot elkészítettem, amelynek a konstrukciós megoldásait a tizenharmadik fejezetben kifejtettem. In my thesis I dealt with the planetary gearbox. Its operation, structure and use of area have been presented in details. I presented the classification of the known varieties of the planetary gearbox covering the classification according to the naming and the degrees of freedom. In my thesis I took several patents into consideration and I compared the main requirements for the planetary gearboxes. During the market search I presented the products of the Hungarian dealers and manufacturers in detail. During the conceptual design – by using the evaluation criteria – I selected the most appropriate function structure from the solution versions. After getting to know the catalogues of the Hungarian dealers, I described the aspects of selection and evaluation of the chosen catalogue ind detail. The aim of my thesis was to design a three-stage planetary gearbox. Therfore ont he basis of the data found int he catalogue the aim was to plan a power unit with the same reduction ratio and of a similar size. In my thesis I described in detail the calculations for the assembling, working stress and geometry and the scaling and control calculations for the involved machine elements. I made the assemly drawing for the construction task whose construction solutions were expounded in the thirteenth chapter.
62
16.
Irodalomjegyzék:
[1]
http://glink.hu/hallgatoi_segedletek/files/1e6ac01d26eacd68cf5abfc36fac1801.pdf
[2]
Terplán Z.; Antal M.; Apró F.; Döbröczöni Á.; Fogaskerék-bolygóművek, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1979.
[3]
https://hu.wikipedia.org/wiki/Bolygómű#/media/File:Epicyclic_gear_ratios.png
[4]
http://www.sztnh.gov.hu/
[5]
www.fogaskerekgyar.hu
[6]
www.kiskunmetal.hu
[7]
www.agisys.hu
[8]
www.bonfiglioli.com
[9]
www.banki-sos.hu
[10]
www.tramec.it
[11]
BERCSEY, T.; DÖBRÖCZÖNI, Á.; DUPCSÁK, ZS.; HORÁK, P.; KAMONDI, L.; KELEMEN. T.; PÉTER, J.; TÓTH, J.: Terméktervezés és fejlesztés, PHARE TDQM, Budapest, 1997.
[12]
BERCSEY, T.; DÖBRÖCZÖNI, Á.; DUPCSÁK, ZS.; HORÁK, P.; KAMONDI, L.; PÉTER, J.; SCHOLTZ, P.: Új termék kifejlesztése és bevezetése, a piacra vitel ideje és az azt meg-határozó tényezők, PHARE TDQM, Miskolc, 1997.
[13]
KAMONDI, L.: Tervezéselmélet, Phare HU0008-02, Miskolc 2003.
[14]
KAMONDI, L.- SARKA, F.- TAKÁCS, Á.: Fejlesztés-módszertani ismeretek. Elektronikus jegyzet. Készült: „Korszerű anyag-, nano- és gépészeti technológiákhoz kapcsolódó műszaki képzési területeken kompetencia alapú, komplex digitális tananyag modulok létrehozása és on-line hozzáférésük megvalósítása” TÁMOP-4.1.2-08/1/a2009-0001, http://web.alt.uni-miskolc.hu/tananyag/index.html, Miskolc, 2011.
[15]
HANSEN, F.: A módszeres géptervezés. Műszaki Könyvkiadó. 1969.
[16]
Erney, Gy.: Fogaskerekek, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1983.
[17]
Diószegi Gy.; Gépszerkezetek méretezési zsebkönyve, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1979.
[18]
Terplán Z.: Gépelemek I. Tankönyvkiadó, Bp. 1988.
[19]
Terplán Z.: Gépelemek II. Tankönyvkiadó, Bp. 1988.
63
