VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING
ŠNEKOVÝ DOPRAVNÍK WORM CONVEYOR
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR´S THESIS
AUTOR PRÁCE
PAVEL NOUZA
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2012
Ing. JAROSLAV KAŠPÁREK, Ph.D.
Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 2011/2012
ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): Pavel Nouza který/která studuje v bakalářském studijním programu obor: Stavba strojů a zařízení (2302R016) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce: Šnekový dopravník v anglickém jazyce: Worm conveyor Stručná charakteristika problematiky úkolu: Provést výpočet a konstrukční řešení dopravníku pro zadané rozměrové a výkonnostní parametry. Dopravní výkon 9 500kg.h-1 Dopravní vzdálenost 13m Dopravovaný materiál - vápenný hydrát, objemové hmotnosti 1150kg.m-3. Cíle bakalářské práce: Proveďte funkční výpočet, určení hlavních rozměrů a návrh pohonu. Proveďte pevnostní výpočet hřídele šneku. Nakreslete sestavný výkres dopravníku, nakreslete jednotlivé detaily šnekového hřídele.
Seznam odborné literatury: 1. Dražan,F. a kol.: Teorie a astavba dopravníků. 2. Kolář, D. a kol.: Části a mechanizmy strojů. 3. Ondráček,E., Vrbka,J., Janíček,P. : Mechanika těles - pružnost a pevnost II VUT Brno, 1988. 4. Jančík, L.: Části a mechanismy strojů, ČVUT Praha, 2004. 5. Klimeš P.: Části a mechanismy strojů I, II, VUT Brno 2003. 6. Janíček P., Ondráček E., Vrbka J.: Pružnost a pevnost, VUT Brno, 1992. 7. Gajdůšek, J., Škopán, M.: Teorie dopravních a manipulačních zařízení, skripta VUT Brno 1988.
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2011/2012. V Brně, dne 17.11.2011 L.S.
_______________________________ prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. Ředitel ústavu
_______________________________ prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty
ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA
ABSTRAKT Tato bakalářská práce se zabývá návrhem a konstrukčním řešením šnekového dopravníku pro dopravu vápenného hydrátu dle zadaných parametrů. Je zde proveden výpočet hlavních rozměrů dopravníku, návrh pohonné soustavy a pevnostní kontrola funkčních částí. Tato práce je složena z technické zprávy a výkresové dokumentace.
KLÍČOVÁ SLOVA Šnekový dopravník, vápenný hydrát, šnek, šnekovice, žlab, pohon
ABSTRACT This bachelor thesis deals with the design and construction solution of worm conveyor for the transport of dry hydrate according to the specified parameters. There is a calculation carried out of the main dimensions of conveyor, design of propulsive system and solidity control of functional parts. This thesis is consists of the technical reports and drawings.
KEYWORDS Worm conveyor, dry hydrate, spiral worm, the worm screw, trough, drive
BRNO 2012
BIBLIOGRAFICKÁ CITACE
BIBLIOGRAFICKÁ CITACE NOUZA, P. Šnekový dopravník. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2012. 38 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D.
BRNO 2012
ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ
ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že tato práce je mým původním dílem, zpracoval jsem ji samostatně pod vedením Ing. Jaroslava Kašpárka, Ph.D. a s použitím literatury uvedené v seznamu.
V Brně dne 25. května 2012
BRNO 2012
…..…….………………………….. Pavel Nouza
PODĚKOVÁNÍ
PODĚKOVÁNÍ Za udělení cenných rad a odbornou pomoc bych touto cestou rád poděkoval vedoucímu mé bakalářské práce panu Ing. Jaroslavu Kašpárkovi, Ph.D. Poděkování patří také mým rodičům za podporu při studiu na vysoké škole.
BRNO 2012
OBSAH
OBSAH Úvod ......................................................................................................................................... 10 1. Hlavní části ........................................................................................................................... 11 1.1 Šnek ................................................................................................................................. 11 1.2 Žlab ................................................................................................................................. 11 1.3 Pohon .............................................................................................................................. 12 2. Výpočet základních rozměrů ................................................................................................ 13 2.1 Objemový dopravní výkon ............................................................................................. 13 2.2 Průměr šnekovice ........................................................................................................... 13 3. Návrh pohonu ....................................................................................................................... 15 3.1 Potřebný výkon elektromotoru ....................................................................................... 15 3.2 Elektromotor ................................................................................................................... 15 3.3 Převodovka ..................................................................................................................... 15 3.4 Spojka ............................................................................................................................. 16 4. Kontrola skutečného dopravovaného množství .................................................................... 17 4.1 Skutečné dopravované množství .................................................................................... 17 4.2 Rozdíl ............................................................................................................................. 17 5. Axiální síla............................................................................................................................ 18 6. Zaplnění žlabu ...................................................................................................................... 19 7. Hmotnost šneku .................................................................................................................... 20 7.1 Hmotnost šnekovice ....................................................................................................... 20 7.2 Hmotnost hřídele ............................................................................................................ 20 7.3 Hmotnost čepu ................................................................................................................ 21 7.4 Hmotnost celého šneku................................................................................................... 22 8. Uložení šneku ....................................................................................................................... 23 8.1 Ložisko pohonu .............................................................................................................. 23 8.2 Koncové ložisko šnekového hřídele ............................................................................... 24 8.3 Kluzné ložisko ................................................................................................................ 25 9. Pevnostní kontrola ................................................................................................................ 27 9.1 Kontrola hřídele šneku.................................................................................................... 27 9.2 Kontrola pera .................................................................................................................. 29 9.3 Spojení hřídele šneku s čepy .......................................................................................... 30 BRNO 2012
8
OBSAH
9.4 Průhyb hřídele ................................................................................................................ 32 Závěr ......................................................................................................................................... 33 Seznam použitých zkratek a symbolů ...................................................................................... 35 Seznam příloh ........................................................................................................................... 38
BRNO 2012
9
ÚVOD
ÚVOD Šnekové dopravníky slouží k přemisťování sypkých, zrnitých, popřípadě kusovitých materiálů o velikosti kusů do 60 mm [2]. Nejsou vhodné pro dopravu lepivých a velmi abrazivních materiálů. Materiál je dopravován rotujícím šnekem v trubce nebo ve žlabu tvaru písmene „U“. Šnekové dopravníky řadíme mezi dopravníky bez tažného elementu, kterými jsou např. válečkové tratě a vibrační dopravníky. Pro požadovaný pohyb materiálu je třeba, aby tření mezi materiálem a žlabem bylo větší než mezi materiálem a šnekem. Šnekové dopravníky se používají především pro vodorovnou nebo mírně šikmou, ale výjimečně i pro svislou dopravu materiálu. Své uplatnění naleznou například ve stavebnictví, zemědělství, potravinářství, chemickém a dřevozpracujícím průmyslu. V některých případech dopravy materiálu plní šnekové dopravníky funkci nejen dopravní, ale i některé technologické, kterými mohou být např. míchání, mytí, ohřev nebo ochlazování dopravovaného materiálu. Šnekové dopravníky mají na rozdíl od většiny zařízení, sloužících k dopravě materiálu z jednoho místa na druhé, poměrně jednoduchou konstrukci. S jednoduchou konstrukcí je spojena i jejich dobrá spolehlivost. Šnekový dopravník je schematicky znázorněn na obr. 1.
Obr. 1: Schéma šnekového dopravníku: 1 – šnek; 2 – žlab; 3 - pohon (elektromotor a převodovky); 4 – spojka; 5 - ložisko pohonu; 6 - koncové ložisko šnekového hřídele; 7 - závěsné ložisko; 8 - víko
Rozmezí použití a parametrů šnekových dopravníků [1]: - Dopravované množství: 1 až 300 m3∙h-1 - Délka: do 60 metrů - Otáčky šneku: 0,2 až 4 s-1 - Dopravní rychlost: do 0,5 m∙s-1
BRNO 2012
10
HLAVNÍ ČÁSTI
1. HLAVNÍ ČÁSTI 1.1 ŠNEK Šnek je nejdůležitější částí celého dopravníku. Je tvořen šnekovicí, která je přivařena k hřídeli. Šnekovice se vyrábějí válcováním za tepla z ploché oceli. Hřídele šneku jsou převážně z tenkostěnných bezešvých trubek, které jsou pro svou nižší hmotnost vhodnější oproti provedení plného hřídele z tyčoviny. Způsoby provedení šnekovic jsou zobrazeny na obr. 2. Dále můžeme šnekovice rozdělit podle smyslu stoupání na pravé a levé. Možné je kombinování levých a pravých šnekovic na jednom hřídeli při jednom smyslu otáčení hřídele – tím lze docílit dopravy materiálu z jednoho na dvě různá místa nebo naopak. U krátkých šnekových dopravníků je šnek v jednom kuse, a je tedy uložen pouze v čelech žlabu (na začátku a na konci dopravníku). V případě dlouhých dopravních vzdáleností je zapotřebí šnek rozdělit na více částí. Spojení jednotlivých kusů hřídele se provádí plným hřídelem uloženým v kluzných ložiscích. Spojení je provedeno buď šrouby, nebo čepy.
Obr. 2: Šnekovice [3]: a) plná; b) obvodová; c) lopatková.
1.2 ŽLAB Materiál je žlabem dopravován na místo určení a zároveň tvoří nosnou část celého dopravníku. Není tedy zapotřebí žádné další složité konstrukce. Tím je dosaženo poměrně malých rozměrů celého dopravníku. Jeho velikost je závislá na velikosti šneku. Žlab se vyrábí převážně z plechů o tloušťce 2 až 8 mm [2]. V případě dlouhých dopravních vzdáleností se žlab skládá z několika částí, které jsou k sobě přivařeny nebo přišroubovány. Kvůli následnému správnému uložení šneku ve žlabu je třeba dodržet správnou přímočarost žlabu. Mezera (vůle) mezi šnekem a žlabem bývá minimálně 5 až 10 mm [3] a závisí na druhu dopravovaného materiálu a výrobních tolerancích. Materiál a povrchové úpravy žlabu se volí podle dopravovaného materiálu. Ohraněním žlabu v horní části se zvýší jeho tuhost a je BRNO 2012
11
HLAVNÍ ČÁSTI
k němu možné připevnit víko, čímž se docílí úplného oddělení dopravovaného materiálu od okolí. Zvýší se bezpečnost při provozu zařízení a umožní se přepravu např. prašných nebo nebezpečných materiálů. Při dopravě zrnitých nebo kusovitých materiálů je vhodné umístit šnek vůči žlabu excentricky o hodnotu excentricity e (obr. 3.). Toto excentrické uložení zabrání zadrhávání a drcení dopravovaného materiálu. Směr, kterým je šnek uložen mimo osu žlabu, je podle smyslu otáčení šneku tak, aby se mezera mezi šnekem a žlabem ve smyslu otáčení šneku zvětšovala.
Obr. 3: Excentrické uložení šneku
1.3 POHON K pohonu šnekových dopravníků se dnes nejčastěji používá převodových elektromotorů. Hnací skupina se ukládá obvykle na konzolu, spojenou s čelem žlabu nebo přírubovým spojem, přímo na čelo žlabu. U větších jednotek má pohon samostatný základ. Hnací moment se z výstupního hřídele převodovky přenáší na hřídel šneku pružnou spojkou [2].
BRNO 2012
12
VÝPOČET ZÁKLADNÍCH ROZMĚRŮ
2. VÝPOČET ZÁKLADNÍCH ROZMĚRŮ Výpočet a volbu základních rozměrů a parametrů provedu dle [3].
2.1 OBJEMOVÝ DOPRAVNÍ VÝKON (1)
Vztah (1) dle [3], str. 208, kde: …… dopravní výkon ze zadání …… objemová hmotnost ze zadání
2.2 PRŮMĚR ŠNEKOVICE Potřebný průměr šnekovice se vypočte ze vztahu pro objemový dopravní výkon, pro který platí: (2) Vztah (2) dle [3], str. 208, kde: …. stoupání šnekovice dle [3], str. 208 volím shodné s průměrem šnekovice a upravený vztah pro objemový dopravní výkon je:
Z této upravené rovnice dostaneme potřebný vztah na výpočet průměru šnekovice pro zadaný dopravní výkon: (3)
kde: ….. součinitel plnění dle [3], tab. 9.1, str. 209 n ……otáčky šneku dle [3], tab. 9.1, str. 209 volím z rozmezí …. součinitel sklonu dle [3], obr. 9.7, str. 209 pro vodorovné dopravníky
BRNO 2012
13
VÝPOČET ZÁKLADNÍCH ROZMĚRŮ
Obr. 4: Zaplnění žlabu [3], str. 209
Z katalogu šnekovic nabízených firmou PRECIZ [8] volím nejbližší vyšší průměr šnekovice . Parametry této šnekovice jsou popsány v tab. 1. Tab. 1: Parametry šnekovice [8]
Vnější průměr
Vnitřní průměr
Stoupání
Tloušťka plechu vnitřní vnější 2,8
BRNO 2012
Hmotnost
17,6
14
NÁVRH POHONU
3. NÁVRH POHONU 3.1 POTŘEBNÝ VÝKON ELEKTROMOTORU Minimální potřebný výkon elektromotoru pro dopravu požadovaného množství na požadovanou vzdálenost: (4)
Vztah (4) dle [1], str. 209, kde: …..vodorovná dopravní vzdálenost ze zadání …..celkový součinitel odporu – tímto součinitelem je vyjádřena řada odporů, které působí při dopravě materiálu dle [3], tab. 9.2, str. 210 pro vápenný hydrát …..dopravní výška
3.2 ELEKTROMOTOR Z katalogu firmy SEW-EURODRIVE CZ [9] volím elektromotor s označením DT90S4. Parametry elektromotoru: Otáčky motoru: Výkon motoru:
3.3 PŘEVODOVKA Z katalogu firmy SEW-EURODRIVE CZ s.r.o. volím převodovku s označením R57. Tato převodovka se zvoleným elektromotorem je dodávána firmou jako čelní převodový motor s označením R57/DT90S4. Parametry převodového motoru z katalogu [9]: Převodový poměr: Výstupní otáčky: Krouticí moment:
BRNO 2012
15
NÁVRH POHONU
Obr. 5: Čelní převodový motor SEW-EURODRIVE R57/DT90S4 [9]
3.4 SPOJKA Pro přenos krouticího momentu z výstupního hřídele převodovky na hřídel šneku volím hřídelovou spojku s pryžovou obručí, nabízenou v katalogu firmy SIGAD [10]. Tato spojka tlumí nerovnoměrný průběh otáček a zajišťuje tak klidný a plynulý chod.
Obr. 6. Pružná spojka SIGAD [10] Tab. 2: Parametry spojky [10]
BRNO 2012
16
KONTROLA SKUTEČNÉHO DOPRAVOVANÉHO MNOŽSTVÍ
4. KONTROLA SKUTEČNÉHO DOPRAVOVANÉHO MNOŽSTVÍ Průměr šnekovice se liší od průměru, který by odpovídal požadovanému dopravnímu výkonu ze zadání. Také otáčky výstupního hřídele zvolené převodovky se liší od hodnoty uvažované ve vztahu (3). Z tohoto důvodu je třeba provést přepočet skutečného dopravovaného množství.
4.1 SKUTEČNÉ DOPRAVOVANÉ MNOŽSTVÍ (5)
4.2 ROZDÍL (6)
Při průměru šneku a jeho otáčkách se dopraví o 2,675 % více materiálu než požadované množství ze zadání. Tento rozdíl považuji za vyhovující.
BRNO 2012
17
AXIÁLNÍ SÍLA
5. AXIÁLNÍ SÍLA Tato síla vzniká působením materiálu při rotaci šneku. Axiální síla je zachycována soudečkovým ložiskem, které je umístěno na straně pohonu (viz. kapitola 9.1). Axiální síla: (7)
Vztah (7) dle [3], str. 210, kde: …… výstupní krouticí moment z převodovky z kapitoly 3.3 ……. účinný poloměr šnekovice ze vztahu (8) ……. úhel stoupání šnekovice ze vztahu (9) ……. třecí úhel mezi materiálem a šnekem viz [1], str. 1482, Účinný poloměr šnekovice: (8)
Vztah (8) dle [1], str. 210, kde: …… vnější průměr šnekovice Úhel stoupání šnekovice: (9)
Obr. 7: Stoupání šnekovice
BRNO 2012
18
ZAPLNĚNÍ ŽLABU
6. ZAPLNĚNÍ ŽLABU V této kapitole je výpočet zaplnění žlabu a jeho zatížení materiálem. Objem materiálu ve žlabu: (10)
kde: …… součinitel plnění žlabu dle [3], tab. 9.1, str. 209 pro vápenný hydrát ……. dopravní vzdálenost ze zadání Hmotnost materiálu ve žlabu: (11)
kde: ……. objemová hmotnost
ze zadání
Síla materiálu na žlab: (12)
kde: ……. gravitační zrychlení
BRNO 2012
19
HMOTNOST ŠNEKU
7. HMOTNOST ŠNEKU Hmotnost šneku je třeba k tomu, abychom znali zatížení ložisek pro jejich návrh (návrh ložisek - viz kapitola 8. Uložení šneku).
7.1 HMOTNOST ŠNEKOVICE Hmotnost třímetrové šnekovice (dle výrobce) [8]: (13) Hmotnost jednoho dílu šnekovice o délce 2,6 metrů: (14)
kde: …… délka jednoho dílu šneku
7.2 HMOTNOST HŘÍDELE Pro hřídel šnekovice volím bezešvou trubku hladkou kruhovou z katalogu firmy FERONA [7] z materiálu 11 353. Parametry hřídele šneku: Vnější průměr: Tloušťka stěny: Vnitřní průměr:
Obr. 8: Průřez hřídele šneku
Hmotnost jednoho metru trubky (dle výrobce) [7]:
BRNO 2012
20
HMOTNOST ŠNEKU
Hmotnost jednoho dílu trubky o délce
: (15)
kde: …… délka šneku
7.3 HMOTNOST ČEPU Čepy slouží ke spojení jednotlivých kusů šneku a jeho uložení. Vstupní, koncový a průběžné čepy mají přibližně stejnou velikost, proto provedu výpočet hmotnosti pouze vstupního, který je největší z čepů. Tuto hmotnost budu uvažovat u všech čepů.
Obr. 9: Rozměry vstupního čepu
Objem čepu: Objem je počítán s drážkou pro pero a otvory pro spojovací čepy. (16)
Hmotnost čepu: (17)
kde: …… hustota oceli
BRNO 2012
dle [1], str. 1386,
21
HMOTNOST ŠNEKU
7.4 HMOTNOST CELÉHO ŠNEKU Celý šnekový hřídel se skládá z pěti šnekovic, pěti tenkostěnných trubek a šesti čepů. Hmotnost celého šneku také zahrnuje spojovací čepy s hlavou a svary mezi šnekovicí a trubkou. Proto hmotnost šneku navýším o 10 kg, což zahrnuje tyto nepočítané hmotnosti. Hmotnost celého šneku: (18)
kde: …… hmotnost jednoho dílu šnekovice ze vztahu (14) …... hmotnost jednoho dílu trubky ze vztahu (15) ze vztahu (17) č č …... hmotnost čepu
BRNO 2012
22
ULOŽENÍ ŠNEKU
8. ULOŽENÍ ŠNEKU Pro výpočet radiálních sil, působících v uloženích hřídele šneku, provedu zjednodušený výpočet, kde budu uvažovat rozložení hmotnosti šneku rovnoměrně ve všech ložiskách. Radiální síla na jedno ložisko: (19)
kde: ….hmotnost celého šneku ze vztahu (18) ……gravitační zrychlení …...počet ložisek (1 radiálně axiální ložisko, 1 radiální ložisko, 4 kluzná ložiska)
8.1 LOŽISKO POHONU Pro zachycení radiální i axiální síly volím na straně pohonu dvouřadé soudečkové ložisko 22209EK s upínacím pouzdrem H309 pro průměr hřídele 40 mm. Ložisko je uloženo v ložiskovém tělese FNL 509 B od firmy SKF [11]. Toto těleso dále obsahuje axiální vodicí kroužek ZW 75x85. K utěsnění tělesa je použito těsnění TFL 509. Ložisko je mazáno shora plastickým mazivem pomocí tlakové maznice. Parametry a zatížení ložiska:
Poměr axiální a radiální síly: (20)
BRNO 2012
23
ULOŽENÍ ŠNEKU
Dynamické ekvivalentní radiální zatížení: (21)
Trvanlivost ložiska: (22)
Ložisko svou trvanlivostí vyhovuje.
Obr. 10: Ložiskové těleso FNL 509 B [11]
8.2 KONCOVÉ LOŽISKO ŠNEKOVÉHO HŘÍDELE Toto ložisko je axiálně volné a bude tedy zachycovat pouze radiální zatížení. Volím naklápěcí kuličkové ložisko 1209 EKTN s upínacím pouzdrem H209 pro průměr hřídele 40 mm. Ložisko je uloženo v ložiskovém tělese FNL 509 A. Aby ložisko bylo axiálně volné, je toto těleso bez axiálního vodícího kroužku FRB 6/85. K utěsnění tělesa je použito těsnění TFL 509. Ložisko je mazáno shora plastickým mazivem pomocí tlakové maznice.
BRNO 2012
24
ULOŽENÍ ŠNEKU
Obr. 11: Ložiskové těleso FNL 509 A [11]
Parametry a zatížení ložiska:
Dynamické ekvivalentní radiální zatížení: (23) Trvanlivost ložiska: (24)
Ložisko svou trvanlivostí vyhovuje.
8.3 KLUZNÉ LOŽISKO Šnekový hřídel je třeba kvůli své délce rozdělit na několik částí. Hřídel je rozdělen na pět stejných částí o délce každé části 2,6 m. Je tedy zapotřebí čtyř kluzných ložisek. Pro toto uložení hřídele volím kluzné ložisko PBM 405040 M1G1 nabízené firmou EXVALOS [6], které je zhotoveno z masivního bronzu. Ložisko je uloženo ve vyráběném ložiskovém tělese a utěsněno pomocí dvou gufer s prachovkou GP 40 x 52 x 7, která jsou umístěna ve víčkách. Celé těleso je zavěšeno na dvou tyčích, které jsou spojeny s profilem L. Tento profil
BRNO 2012
25
ULOŽENÍ ŠNEKU
je přišroubován k žlabu. Ložiskové těleso je výškově stavitelné. Ložisko je mazáno plastickým mazivem pomocí tlakové maznice.
Obr. 13: Těleso kluzného ložiska a jeho uchycení
Kontrola ložiska na otlačení: Tlak v ložisku: (25)
kde: …... radiální síla ze vztahu (19) ……. délka ložiska z katalogu [6] ……průměr hřídele Dovolený tlak [6]:
VYHOVUJE
BRNO 2012
26
PEVNOSTNÍ KONTROLA
9. PEVNOSTNÍ KONTROLA V této kapitole je provedena pevnostní kontrola hřídele šneku a jeho spojení.
9.1 KONTROLA HŘÍDELE ŠNEKU Šnek je namáhán ohybovým a kroutícím napětím - je třeba zkontrolovat hřídel na vzniklé kombinované napětí. Ohyb: Vlastní tíha šneku: (26)
kde: …… hmotnost jednoho dílu šnekovice ze vztahu (14) …... hmotnost jednoho dílu trubky ze vztahu (15) Ohybový moment: (27)
kde: ……délka jednoho dílu šneku Modul průřezu v ohybu: (28)
Vztah (28) dle [5], str. 40, kde: …….vnější průměr hřídele šneku ……..vnitřní průměr hřídele šneku
BRNO 2012
viz. obr. 8 viz. obr. 8
27
PEVNOSTNÍ KONTROLA
Ohybové napětí: (29)
Krut: Modul průřezu v krutu: (30)
Vztah (30) dle [5], str. 40, kde: …….vnější průměr hřídele šneku ……..vnitřní průměr hřídele šneku Napětí v krutu: (31)
Redukované napětí: Redukované napětí počítané podle podmínky HMH: (32)
BRNO 2012
28
PEVNOSTNÍ KONTROLA
Bezpečnost: (33)
Hřídel vyhovuje. kde: …..mez kluzu v tahu viz. [5] str. 54, fyzikálními vlastnostmi jako 11 353
pro materiál 11 368 s podobnými
9.2 KONTROLA PERA Provedu kontrolu na otlačení v náboji. Rozměry těsného pera 10 x 8 x 56 pro průměr hřídele jsou:
Obr. 13: Těsné pero
Vzniklý tlak: (34)
Dovolený tlak:
Pero vyhovuje.
BRNO 2012
29
PEVNOSTNÍ KONTROLA
9.3 SPOJENÍ HŘÍDELE ŠNEKU S ČEPY Spojení jednotlivých částí šnekového hřídele bude provedeno čepy s hlavou. Návrh a kontrolu spojovacích čepů na smyk a otlačení provedu dle [4], tab. 15, str. 51.
Obr. 14: Schéma a průběh tlaku čepového spoje
Volba průměru spojovacích čepů: (35)
kde: č ….. průměr čepu spojovacího hřídele Dle [5], str. 449 volím
č
viz obr. 9.
č
.
Každé spojení dvou částí je dvěma čepy 10 x 55 x 3,2 B ISO 2341 dle [5], str. 449, vzájemně pootočenými o 90 . Tyto spojovací čepy jsou zajištěny závlačkami 3,2 x 20 ISO 1234 dle [5], str. 445. Kontrola spojovacích čepů na smyk: Napětí ve smyku: (36)
kde: …… výstupní krouticí moment z převodovky z kapitoly 3.3 ze vztahu (35) č č ……. průměr spojovacího čepu č …… průměr čepu spojovacího hřídele č ……. počet spojovacích čepů volím BRNO 2012
30
PEVNOSTNÍ KONTROLA
Dovolené napětí ve smyku: Dle [4], tab. 16, str. 53 pro automatovou ocel Kolík ve smyku vyhovuje.
Tlak v hřídeli: Vzniklý tlak: (37)
kde: ……krouticí moment
z kapitoly 3.3
……průměr čepu spojovacího hřídele č …….průměr čepu č …….počet čepů č
Dovolený tlak: Dle [5], str. 54 pro míjivý tlak volím
č
(pro materiál hřídele 11 500)
Tlak v hřídeli vyhovuje.
Tlak v náboji: Vzniklý tlak: (38)
Dovolený tlak: Dle [5], str. 54 pro míjivý tlak
(11 368 má podobné fyzikální vlastnosti)
Tlak v náboji vyhovuje. BRNO 2012
31
PEVNOSTNÍ KONTROLA
9.4 PRŮHYB HŘÍDELE Osový kvadratický moment průřezu: (39)
Vztah (39) dle [5], str. 40, kde: …….vnější průměr hřídele šneku ……..vnitřní průměr hřídele šneku Velikost průhybu: [mm]
(40)
Vztah (40) dle [5], str. 45, kde: ……tíha šneku ze vztahu (26) …….délka jednoho dílu šneku Vůli mezi šnekem a žlabem volím 8 mm.
BRNO 2012
32
ZÁVĚR
ZÁVĚR Cílem bakalářské práce bylo provést výpočet a návrh konstrukčního řešení šnekového dopravníku pro zadané rozměrové a výkonnostní parametry. Celý výpočet byl proveden pomocí použité literatury. V první části byl proveden návrh a výpočet základních rozměrů dopravníku, pro které byla zvolena šnekovice. Po výpočtu potřebného výkonu elektromotoru následovala volba vhodného převodového motoru. Poté byla zvolena pružná spojka o potřebných rozměrech a parametrech pro spojení výstupní hřídele převodovky a šneku. Dalším obsahem této zprávy je výpočet vzniklé axiální síly, zaplnění žlabu a hmotnosti šneku. Šnek byl rozdělen na 5 stejných částí a uložen v šesti zvolených ložiskách, která byla zkontrolována. Poslední částí je pevnostní kontrola šnekového hřídele. Přiložená výkresová dokumentace vychází z této technické zprávy, je vytvořena v programech Autodesk Inventor a AutoCAD a obsahuje sestavný výkres dopravníku a jednotlivé detaily šnekového hřídele.
BRNO 2012
33
POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE
POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE [1] ČERNOCH, Svatopluk. Strojně technická příručka 2. 12. přepr. vyd. Praha: SNTL, 1968, 2568 s. [2] DRAŽAN, František; JEŘÁBEK, Karel. Manipulace s materiálem. 1. vyd. Praha: SNTL/ALFA, 454 s. [3] GAJDŮŠEK, Jaroslav; ŠKOPÁN, Miroslav. Teorie dopravních a manipulačních zařízení. 1. vyd. Brno: rektorát Vysokého učení technického v Brně, 1988. 277 s. [4] KŘÍŽ, Rudolf. Stavba a provoz strojů I/část 1. 1. vyd. Praha: Scientia, 1995, 92 s. ISBN 80-718-3023-2. [5] LEINVEBER, Jan; VÁVRA, Pavel. Strojnické tabulky. 2. dopl. vyd. Úvaly: ALBRA, 2005, 907 s. ISBN 80-7361-011-6. [6] Kluzná pouzdra (ložiska) SKF. [online]. [cit. 2012-04-16]. Dostupné http://www.exvalos.cz/kluzna-loziska---pouzdra/kluzna-loziska---pouzdra-skf-/
z:
[7] Trubka bezešvá hladká kruhová. [online]. [cit. http://www.ferona.cz/cze/katalog/detail.php?id=27340
2012-04-16].
Dostupné
z:
[8] Šnekovnice a šnekové dopravníky. [online]. [cit. http://www.preciz.cz/article/11152.sneky-snekovnice/
2012-04-16].
Dostupné
z:
[9] Čelní převodové motory. [online]. [cit. 2012-04-16]. Dostupné z: http://www.seweurodrive.cz/download/pdf/16795210_G03.pdf [10] Spojka s pryžovou obručí SPO 1. [online]. [cit. 2012-04-16]. Dostupné z: http://sigad.cz/spojky/spojky-s-pryzovou-obruci-spo1/ [11] Přírubová ložisková tělesa. [online]. [cit. 2012-04-16]. Dostupné z: http://www.skf.com/skf/productcatalogue/Forwarder?action=PPP&lang=cs&imperial=fals e&windowName=tabWindow&perfid=524092&prodid=5240920509
BRNO 2012
34
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ Veličina Jednotka
Název veličiny Šířka pera Součinitel sklonu Dynamická únosnost ložiska Vnitřní průměr šnekovice
č č
Průměr čepu (pro spojení šneku a čepu) Průměr čepu spojovacího hřídele Vnitřní průměr trubky Vnitřní průměr kluzného ložiska Šířka pera Vnější průměr šnekovice Vnější průměr hřídele šneku (trubky) Vnější průměr přítlačného kotouče spojky Vnější průměr náboje spojky Maximální průměr náboje spojky Mezní poměr sil Youngův modul pružnosti v tahu Axiální síla Tíha šneku Síla materiálu na žlab Radiální síla Gravitační zrychlení Dopravní výška Výška pera Převodový poměr převodovky Celkový počet ložisek Osový kvadratický moment průřezu Bezpečnost Dopravní vzdálenost Délka jednoho dílu šneku
BRNO 2012
35
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ
Délka kluzného ložiska Délka pera Vodorovná dopravní vzdálenost Délka spojky Trvanlivost ložiska Hmotnost celého šneku č
Hmotnost spojovacího čepu Hmotnost jednoho dílu trubky Hmotnost jednoho metru trubky Hmotnost materiálu ve žlabu Hmotnost jednoho dílu šnekovice Hmotnost třímetrové šnekovice Krouticí moment na výstupním hřídeli převodovky Ohybový moment hřídele šneku Jmenovitý točivý moment spojky Točivý moment prokluzu spojky Otáčky šneku Otáčky výstupního hřídele převodovky (otáčky šneku) Počet spojovacích čepů Otáčky elektromotoru Maximální otáčky spojky Dovolený tlak Dovolený tlak kluzného ložiska Dovolený tlak v hřídeli Dovolený tlak v náboji Tlak v kluzném ložisku Vzniklý tlak pera Tlak v hřídeli Tlak v náboji Potřebný výkon elektromotoru Výkon elektromotoru Dynamické ekvivalentní zatížení ložiska pohonu
BRNO 2012
36
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ
Dynamické ekvivalentní zatížení koncového ložiska Dopravní výkon Objemový dopravní výkon Skutečný objemový dopravní výkon Mez kluzu v tahu Účinný poloměr šnekovice Stoupání šnekovice Hloubka drážky pro pero v hřídeli Tloušťka stěny trubky Hloubka drážky pro pero v náboji Objem materiálu ve žlabu č
Objem spojovacího čepu Celkový součinitel odporu Modul průřezu v ohybu Modul průřezu v krutu Průhyb hřídele Koeficient axiálního namáhání Úhel stoupání šnekovice Objemová hmotnost Rozdíl v dopravovaném množství Ludolfovo číslo Hustota oceli Ohybové napětí Redukované napětí Dovolené napětí ve smyku Napětí v krutu Smykové napětí kolíku Třecí úhel mezi materiálem a šnekem Součinitel plnění žlabu
BRNO 2012
37
SEZNAM PŘÍLOH
SEZNAM PŘÍLOH Výkresová dokumentace:
BRNO 2012
Výkres sestavy
ŠNEKOVÝ DOPRAVNÍK
0-SD-00/00
Seznam položek
ŠNEKOVÝ DOPRAVNÍK
0-SD-00/00
Výkres svařence
ŠNEK
2-SD-01/00
Výkres součásti
HŘÍDEL-VSTUPNÍ
3-SD-02/00
Výkres součásti
HŘÍDEL-PROSTŘEDNÍ
3-SD-03/00
Výkres součásti
HŘÍDEL-KONCOVÝ
4-SD-04/00
38
