1 Předmět: Stavba a provoz strojů
Ročník:
Vytvořil:
Datum:
Třetí
Dušan Hložanka
16. 12. 2013
Název zpracovaného celku:
Řetězové převody Řetězové převody A. Popis převodů Převody jsou mechanismy s tuhými členy, které slouží k přenosu kroutícího momentu (otáček) z hnacího hřídele na hřídel hnaný. K přenosu krouticího momentu Mk dochází pomocí kol na hřídelích: - kontaktním stykem - kola se přímo dotýkají (třecí a ozubené převody) - nepřímým stykem – opásáním (lanové, řemenové a řetězové převody). Řetězové převody: - jsou převody opásané s nepřímým tvarovým stykem. Nepřímý tvarový styk vytváří řetěz, který spojuje opásáním hnací a hnané řetězové kolo. Ŕetěz přenáší obvodovou sílu z hnacího řetězového kola na hnané řetězové kolo. Jsou vhodné pro přenos krouticího momentu na vzdálenost hřídelí do 5ti metrů. Přenášený výkon až 200 kW jednoduchým řetězem, až 500kW násobným řetězem. Tyto převody se používají ve všech odvětvích strojírenství (textilní stroje, zemědělské stroje, stavební stroje, vozidla). Charakteristické vztahy pro všechny typy převodů: Všechny typy převodů charakterizuje poměr otáček hnací a hnané hřídele. Tento poměr se nazývá převodový poměr a označuje se i1,2 .
i1,2
n D z = 1 = 2 = 2 n 2 D1 z1
min -1 1= -1 min
Stranu hnací označujeme indexem 1, stranu hnanou indexem 2. i1,2 …převodový poměr, i1,2 > 1 …převod do pomala, i1,2< 1 …převod do rychla n1 … otáčky hnací hřídele n2 …otáčky hnací hřídele D1… průměr roztečné kružnice hnacího řetězového kola
1
2 D2… průměr roztečné kružnice hnaného řetězového kola z1 ... počet zubů hnacího řetězového kola z2… počet zubů hnaného řetězového kola Výhody řetězových převodů: - přenos Mk na větší vzdálenosti - možnost pohonu více hřídelí - menší namáhání hřídelí a ložisek Nevýhody řetězových převodů: - poměrně vysoká cena - hlučnost - jsou choulostivé na přesnou montáž - chod převodu není zcela rovnoměrný v průběhu jedné otáčky, pokud je malý počet zubů na hnacím řetězovém kole
B. Druhy řetězů Řetězy rozdělujeme na: 1. Článkové se svařovanými články (pro řetězová zdvihadla)
2
3 2. Kloubové (Ewartův, Gallův, pouzdrový, válečkový)
3
4 3. Zubové (rozvody spalovacích motorů)
4. lamelové (pro řetězové variátory)
C. Konstrukce kloubového řetězu pouzdrového a válečkového:
Z obrázku je zřejmé, že válečkový řetěz teoreticky vznikne nasazením válečku na pouzdro vnitřního článku při jeho výrobě.
4
5 Spojení řetězu spojovacími články, montáž:
a) spojovací článek vnější = sudý počet článků řetězu
b) spojovací křivený článek = lichý počet článků řetězu
D. Zásady montáže a údržby -
-
Řetězová kola je nutno při montáži ustavit do roviny a osy hřídelí musí být ustaveny souose. V případě špatné montáže není řetěz namáhán pouze tahovou silou, ale přídavnou silou ohybovou, čímž je snížena životnost řetězu. Při konstrukci řetězového převodu je třeba dbát, aby horní větev řetězu byla tažná a dolní větev volná. Řetěz nemá být nikdy příliš napjat, nýbrž musí být malý průvěs. xxxxxxx Po montáži nového řetězu se doporučuje několikadenní záběh řetězu, aby se ustálila jeho délka a při provozu se již dále nevytahoval. Pro dosažení rovnoměrného opotřebení používat malé (hnací) řetězové kolo s lichým počtem zubů. Každý řetěz je nezbytné pravidelně čistit a mazat. Nedostatečné mazání a čištění je nejčastější příčinou nadměrného prodloužení a zkrácení životnosti řetězu. Spojovací články podléhají zvýšenému opotřebení, proto je nutná pravidelná kontrola. Nikdy se nemontuje na opotřebovaná řetězová kola nový řetěz. Předčasně se opotřebí. Řetěz je nutno vyměnit v případě, že prodloužení činí přes 2 % měřené délky Mazání řetězu:
5
6 E. Návrhový výpočet řetězového převodu Návrh a výpočet řetězového převodu je normalizován normami ČSN, především normou ČSN 01 4809. Rovněž výrobci řetězů uvádějí vlastní doporučené, zjednodušené výpočty. Dáno: Ve většině případů vycházíme z těchto zadaných hodnot: P1 (kW) … výkon hnacího motoru n1 (min-1) … otáčky hnací hřídele A (mm) vzdálenost os hřídelí … převodové číslo (poměr) Známe druh provozu hnaného stroje ( Y ) Určení typu řetězu: Na převody doporučujeme používat válečkové řetězy typu A a B, nebo řetěz pouzdrový rychloběžný. Vhodný řetěz určíme z diagramu ST str. 564, tento diagram je pro řetěz válečkový typu B pro ideální podmínky použití a životnost řetězu 10 000 hodin. Proto je třeba výkon motoru přepočítat na výkon výpočtový – musíme zahrnout vliv (rázy) hnaného stroje, mazání, případně použití jiného řetězu než válečkového. Vliv provozu hnaného stroje ( χ ), způsob mazání řetězu ( µ ) a vliv použitého řetězu ( ϕ ) zahrneme určením výpočtového výkonu ze vzorce:
P=
P1 χ .µ .ϕ
( kW)
Součinitele uvedené ve jmenovateli nalezneme v technické dokumentaci výrobce
řetězů. Pro válečkový řetěz dobře čištěný a mazaný µ = 1 a pro stejný řetěz typu A a B ϕ = 1. Tabulka 1. Součinitel rázů Y (zjednodušená): Součinitel rázů Y Druh provozu 1 Provoz bez rázů 2 Lehké rázy, střední míjivé zatížení 3 Střední rázy, těžké míjivé zatížení Tabulka 2. Součinitel ϕ provedení řetězů: Typ řetězu ČSN 02 3311 provedení A,B a ČSN 02 3324 typ 06 C ČSN 02 3311 jiná provedení než A a B ČSN 02 3315 (řetězy s dlouhou roztečí)
ϕ(-) 1 0,8 1,5
Součinitel provozu hnaného stroje se doporučuje volit v rozmezí: pro lehký provoz bez rázů χ =1 , pro nejtěžší provoz až χ = 0,4 . závisí i na velikosti převodového čísla a počtu zubů hnacího řetězového kola Tabulka 3. Součinitel výkonu χ: Y=1 Y=2 Y=3 i z1 Z1 Z1 13 17 19 21 25 13 17 19 21 25 13 17 19 21 25 1 0,73 0,83 0,93 1,11 0,53 0,60 0,67 0,81 0,42 0,52 0,58 0,70 2 0,50 0,82 0,93 1,04 1,26 0,60 0,68 0,76 0,92 0,50 0,59 0,66 0,80 3 0,57 0,88 1,00 1,12 1,36 0,42 0,65 0,73 0,82 0,99 0,55 0,63 0,71 0,86 5 0,64 0,96 1,09 1,22 1,49 0,47 0,71 0,80 0,89 1,09 0,40 0,61 0,69 0,77 0,94 7 0,67 1,02 1,15 1,30 1,59 0,49 0,75 0,85 0,95 1,16 0,42 0,64 0,73 0,82 1,00
6
7
Tabulka 4. ( ST str.564 ) Diagram přiřazení řetězu výkonu a otáčkám: Průsečík výpočtového výkonu P (kW) a otáček n1 ( min-1) nám určí doporučený typ řetězu. Pro daný typ řetězu zjistíme z ST rozteč řetězu p (mm). Neodpovídá – li osová vzdálenost podmínce: A= 40p, musíme provést korekci výkonu a typ řetězu pak určujeme z korigovaného výkonu P‘ a otáček n1
P' =
P δ
δ … koeficient vzdálenosti os,
Tabulka 5. Hodnoty koeficientu vzdálenosti os δ: Vzdálenost os A=20.p A=40.p 0,85 1 Koeficient δ
A=80.p 1,15
A=160.p 1,3
A… (mm) – vzdálenost os hřídelí p … (mm) – rozteč řetězu
7
8 Výpočet počtu zubů řetězových kol: Z důvodu pravidelného opotřebení řetězu se doporučuje volit jako liché číslo ze vztahu: z1=29 - 2 . i ze vztahu pro převodové číslo
i=
n1 z 2 upravíme z2 = i . z1 a zaokrouhlí na celé sudé číslo = n 2 z1
aby se zajistilo rovnoměrné opotřebení všech zubů Minimální počet zubů závisí na obvodové rychlosti řetězu a s rostoucí rychlostí se počet zubů zvětšuje. zmin = 17 – 25 zubů Tabulka 6. Volba z1 podle obvodové rychlosti: ˂4 Rychlost v(ms-1) 8 zmin 17 19
10 21
12 23
15 25
Výpočet roztečných průměrů řetězových kol: Výpočet (dle ST str. 563) na 3 desetinná místa.
d=
Dosazením z1 a z2 vypočteme roztečné průměry d1 hnací a d2 hnané. p p = [mm] Pro zjednodušení výpočtu je v ST str. 565 uvedena tabulka hodnot x . 180° x sin z
Tabulka 7. Hodnoty x:
8
9 Pevnostní kontrola řetězu: Bezpečnost řetězu proti přetržení kontrolujeme pomocí součinitele statické bezpečnosti kS ˃7 a součinitele dynamické bezpečnosti kD ˃ 5 Nejdříve je nutno vypočíst obvodovou rychlost hnacího řetězového kola:
[
v = π .d1.n1 K m.s −1 = 1.m.s −1
]
a zpětně posoudit zda zvolený počet zubů z1 odpovídá tabulce závislosti na obvodové rychlosti. V případě špatné předvolby nutno nově zvolit z1 a vypočíst z2, d1, d2 . Při obvodové rychlosti menší než 5 m.s-1 namáhání odstředivou silou FC zanedbáváme Výsledná síla v řetězu: Ft=FO+FC+Fm
[N ]
Obvodová síla FO
FO =
P1 W P1 … přenášený příkon, v … obvodová rychlost hnacího kola K N = v m.s −1
Tah od odstředivé síly:
FC = m.v 2 K[N ] Tah od hmotnosti volné (dolni) části řetězu:
Fm =
m. A2 .g kg.m −1.m 2 .m.s −2 K N = h…průvěs dolní části řetězu, g…gravitační zrychlení, 8.h m A…vzdálenost os
Kontrola statické bezpečnosti kS
kS =
FPt ≥7 Ft
Kontrola dynamické bezpečnosti kD
kD =
FPt ≥5 Ft .Y
9
10 Kontrola měrného tlaku pV v kloubu řetězu:
V praxi platí, že správně navržený řetěz podle předchozího postupu vyhoví i při kontrole měrného tlaku
pV ≥ pD K[MPa ] výpočtový tlak:
pV =
Ft N K MPa = S mm 2
Tabulka 9. Měrný tlak p(MPa) v kloubu řetězu: v m.s-1 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 10,0 12,0 15,0 18,0 21,0 24,0
17 31,78 30,41 28,94 27,76 26,59 25,60 24,03 22,17 20,90 20,01 18,15 16,68 15,50 14,32 (13,23) (11,48) (9,91) (7,55) -
19 31,98 30,41 29,33 28,15 27,08 26,39 24,62 23,35 21,88 20,90 19,13 17,85 16,58 15,60 14,72 (13,05) (11,67) (9,99) (8,14) (6,67) (5,00)
Z1 21 32,47 31,00 29,63 28,45 27,57 26,78 25,21 23,94 22,66 21,68 20,01 18,77 17,46 16,48 15,60 14,03 (12,85) (11,18) (9,52) (8,14) (6,67)
23 32,47 31,49 29,92 29,04 27,96 27,46 25,80 24,53 23,45 22,37 20,70 19,42 18,25 17,27 16,48 14,91 13,73 (12,16) (10,69) (9,42) (8,04)
25 32,86 31,89 30,51 29,72 28,55 27,96 26,19 25,11 24,13 23,05 21,32 20,11 18,93 18,05 17,17 15,60 14,42 12,95 (11,58) (10,30) (9,12)
10
11 Stanovení dovoleného tlaku pD : pD = p.λ K MPa λ…součinitel tření
[
]
Tabulka 10. Součinitel tření v kloubu λ A (mm) 1 20.p 0,69 40.p 0,83 80.p 1,00 160.p 1,24
2 0,80 0,93 1,12 1,38
Převodový poměr i 3 0,87 1,00 1,19 1,45
5 0,98 1,09 1,27 1,53
7 1,04 1,15 1,32 1,57
Výpočet délky řetězu a normalizovaná (objednávkové) označení řetězu: Počet článků řetězu: X … počet člénků A … vzdálenost os hřídelí p … rozteč článků řetězu z1, z2 … počet zubů řetězových kol Výsledek zaokrouhlíme na celé sudé číslo X‘ - spojený řetěz má sudý počet článků, výjimkou je použití křiveného dvoučlánku, kdy spojený řetěz má článků lichý počet. Délka řetězu L:
A z 1 + z 2 z 1 − z 2 X = 2. + + 2 π p 2
L = X.p
2
p . A
[mm]
Objednávkové označení řetězu: Řetěz můžeme označit počtem článků nebo délkou v metrech (na 3 desetinná čísla). Spojka se nezapočítává, protože se objednává samostatně. Příklad: řetěz válečkový jednořadý 08 B (p=12,7mm), počet článků 101 se označí: ŘETĚZ 101 ČLÁNKŮ 08 B-1 ČSN 02 3311.1 nebo: 1,397 m ŘETĚZU 08 B-1 ČSN 02 3311.1 a v obou případech musíme přiobjednat spojovací článek: SPOJOVACÍ ČLÁNEK 08 B-1 ČSN 3311.1 Význam doplňkových číslic viz. ST str. 561
F. Příklad: Pásový dopravník je poháněný elektromotorem s převodovkou pomocí řetězového převodu. Příkon na hnacím řetězovém kole je P1= 2,5 kW, otáčky n1 = 90 min-1. Otáčky hnacího bubnu pásového dopravníku požadujeme n2 = 30 min-1. Osová vzdálenost je XXX mm, napínání řetězu pomocí napínací kladky. Mazání řetězu je zvoleno kapáním olejem v uzavřené skříni.
11
12 Převodové číslo i:
i=
s −1 n1 1,5 = = 3K 1 = −1 n1=90 min-1=1,5s-1, n2=30min-1=0,5s-1 n2 0,5 s
Počet zubů řetězových kol z1 a z2 Volím …z1=19 z2= i . z1 = 3 . 19 = 57 Výpočtový výkon P:
P1 kW K kW = χ .µ .ϕ 1
P=
P1 … příkon na hnacím kole χ =0,73 pro z1 =19 a i=3 µ=1 pro dokonalé mazání kapkami ϕ=1 pro válečkový řetěz typu B
2,2 = 3kW 0,73.1.1
P=
Volba řetězu: Protože zvolíme osovou vzdálenost A=40. p, nemusíme počítat korigovaný výkon zahrnující vliv odlišné délky os. Z DIAGRAMU ST str.564 pro výkon P=3 kW a n1=90 min-1 odečteme typ válečkového řetězu 16 B-1 ČSN 20 3311 Z rozměrové tabulky řetězu 16 B-1 : rozteč p = 25,40 mm, plocha kloubu S = 210 mm2, síla při přetržení FPt = 58 kN, hmotnost 1 metru m = 2,75 km-1 Výpočet rozměrů řetězových kol:
d=
p mm K mm = d1, d2 … roztečné průměry řetězových kol, p… rozteč článku 180 1 sin z1
d1 =
d2 =
25,40 = 154,32mm 180 sin 19 25,40 = 461,08mm 180 sin 57
Kontrola správné volby počtu zubů z1: počet zubů musí odpovídat obvodové rychlosti v = π . d1 . n1 = π . 0,154 32 . 1,5 = 0,727 m .s-1 Pro rychlosti menší než 4 m .s-1 je doporučený počet zubů 17, proto provedeme přepočet: z1=17 z2= i . z1 = 3 . 17 = 51zubů
12
13 d1 =
25,40 = 138,23mm 180 sin 17
d2 =
25,40 = 412,60mm 180 sin 51
v = π . d1 . n1 = π . 0,13823 . 1,5 = 0,651 m . s-1 Kontrola řetězu na přetržení: Pro rychlosti menší než 5 m . s-1 se vliv odstředivé síly Fc zanedbává
P kW K N = v m .s −1
F ==
F =
P 2200 = = 3379 , 4 N v 0 ,651
FPt 58000 = = 17,2〉7 … vyhovuje Ft 3379,4 F 58000 k d = Pt = = 8,6〉5 … vyhovuje Ft .Y 3379,4.2 F 3379,4 pV = t = = 16,18MPa S 210 pD = p.λ = 25,40.1,19 = 30,266MPa ks =
pD ≥ pV Navržený řetěz na otlačení vyhovuje
Seznam literatury: BARTOŠ, J.; GAJDOŠ, P.; NOVÁK, V. Strojní součásti. Praha: SNTL 1963 KŘÍŽ, R.; WEIGNER, K.; SVOBODA, J. Stavba a provoz strojů II. Převody. Praha: SNTL 1979 LEINWEBER, J.; VÁVRA, P. Strojnické tabulky. 4. doplněné vydání. Úvaly: ALBRA 2008. ISBN 978-80-7361-051-7 ČSN 01 4809 - Kloubové řetězy. Výpočet řetězových převodů. ČNI, Praha, 1970 ČSN 02 3311 - Kloubové řetězy. Válečkové řetězy - rozměry. ČNI, Praha, 1973
ČSN 02 3321 - Kloubové řetězy. Pouzdrové řetězy rychloběžné – rozměry. ČNI, Praha 1960
13
