VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF MECHANICAL ENGINEERING
LANOVÝ NAVIJÁK CABLE WINCH
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR´S THESIS
AUTOR PRÁCE
MIROSLAV KUDLÁČEK
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2010
doc. Ing. JIŘÍ MALÁŠEK, Ph.D.
Anotace Cílem bakalářské práce je konstrukční řešení lanového navijáku pro bezpečný vzlet modelů kluzáků do rozpětí křídel 5 m, hmotnosti 5 kg a maximální vzletové rychlosti 17 m.s-1.Práce obsahuje návrh navíjecího bubnu včetně kontrolního výpočtu, alternativy a volba pohonné jednotky, volba tažného elementu a návrh rámu.
Klíčová slova Kluzák, vzlet, navíjecí buben, spalovací motor, elektromotor, lano.
Annotation The goal of my bachelor´ s thesis is to find a construction solution for a cable winch for a safe take-off of model gliders of a wingspan of maximum 5 m, a weight of 5kg and with a maximum take-off speed of 17 m.s-1. The thesis includes a project of a winding drum, including a control calculation, alternatives, the choice of a drive unit and a ductile element and a project of a frame.
Keywords Gliding plane, take-off, winding drum, combustion engine, electromotor, rope.
Bibliografická citace KUDLÁČEK, M. Lanový naviják. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2010. 66 s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Jiří Malášek, Ph.D.
Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci na téma Lanový naviják vypracoval samostatně, pod vedením vedoucího bakalářské práce pana doc. Ing. Jiřího Maláška, Ph.D. a s použitím uvedené literatury.
V Brně dne 28. května 2010
podpis:…………………….. Miroslav Kudláček
Poděkování Chtěl bych poděkovat mému vedoucímu bakalářské práce panu doc. Ing. Jiřímu Maláškovi, Ph.D., odborníkům z automobilního a dopravního inženýrství a též odborníkům leteckého ústavu za cenné rady a připomínky, odbornou a obětavou pomoc při zpracování mé bakalářské práce. Dále chci poděkovat všem ostatním, kteří mi pomáhali svými radami a názory a také své rodině.
OBSAH 1.
Úvod .................................................................................................................................9 1.1. Základní definice .......................................................................................................9 1.2. Vzlet ........................................................................................................................10 1.2.1. Rozbor navijákového vzletu ............................................................................11 2. Parametry lanového navijáku ...................................................................................14 2.1. Stanovení síly v laně................................................................................................14 3. Volba lana .....................................................................................................................15 4. Základní návrh bubnu................................................................................................17 4.1. Dynamický výpočet bubnu......................................................................................17 5. Pohonná jednotka........................................................................................................19 5.1. Volba pohonné jednotky..........................................................................................19 6. Převody ..........................................................................................................................22 6.1. Volba řemene...........................................................................................................22 6.2. Výpočet hnací ozubené řemenice ............................................................................23 6.3. Výpočet převodu pro variantu se spalovacím motorem ..........................................24 6.3.1. Úprava motorové pily......................................................................................27 6.4. Výpočet převodu pro variantu s elektromotorem ....................................................32 6.4.1. Stanovení sil působících na hřídel navíjecího bubnu ......................................34 7. Navíjecí buben .............................................................................................................37 7.1. Volba ložisek ...........................................................................................................38 7.2. Výsledné vnitřní účinky ..........................................................................................39 7.3. Statický výpočet hřídele ..........................................................................................42 7.4. Dynamický výpočet hřídele.....................................................................................44 7.4.1. Kontrola v místě nejvyššího ohybového momentu: ........................................44 7.4.2. Kontrola v místě 3 ...........................................................................................45 7.4.3. Kontrola v místě 4 ...........................................................................................47 7.5. Výpočet trvanlivosti ložisek ....................................................................................48 7.6. Kontrolní výpočet pera ............................................................................................49 7.7. Kontrolní výpočet svarů ..........................................................................................50 7.7.1. Výpočet svar (1) ..............................................................................................50 7.7.2. Výpočet svaru (2) ............................................................................................51 8. Rám.................................................................................................................................52 9. Ochranné kryty ............................................................................................................53 10. Závěr...............................................................................................................................56 11. Seznam použitých zdrojů ..........................................................................................59 12. Seznam použitých zkratek a symbolů.....................................................................61 13. Seznam příloh ..............................................................................................................66
1.
ÚVOD
1.1. Základní definice Podle zákona č. 49/1997 Sb. o civilním letectví je se letadlem rozumí zařízení schopné vyvozovat síly nesoucí jej v atmosféře z reakcí vzduchu, které nejsou reakcemi vůči zemskému povrchu. Pro účely tohoto zákona se nepovažuje za letadlo model letadla, jehož maximální vzletová hmotnost nepřesahuje 20 kg.[1] Text zákona pracuje s pojmem model letadla, který ale není blíže specifikován. Model letadla je v principu své činnosti shodný s letadly, avšak řízení není zprostředkováno bezprostředně pilotem, ale prostřednictvím řídící RC soupravy. Dělení letadel a modelů letadel dle principu vztlaku je stejné a je uvedeno na obrázku 1.1.
Obr. 1.1: Základní dělení letadel.[2].
9
Vybrané definice z leteckých předpisů ICAO Annex L1 [3] Letoun - Letadlo těžší než vzduch s pohonem, vyvozující vztlak za letu hlavně z aerodynamických sil na plochách, které za daných podmínek letu zůstávají vůči letadlu nepohyblivé. Větroň - znamená letadlo těžší než vzduch, které je podporováno za letu dynamickými reakcemi vzduchu na jeho nepohyblivých nosných plochách a jehož volný let nezávisí na motoru. Kluzák - bezmotorové letadlo těžší než vzduch vyvozující vztlak za letu hlavně z aerodynamických sil na plochách, které za daných podmínek letu zůstávají vůči letadlu nepohyblivé. V této bakalářské práci bude pracováno s pojmem kluzák.
1.2. Vzlet Vzletem nazýváme pohyb letadla od začátku pohybu na vzletové dráze přes rozjezd, nadzdvihnutí a další pohyb ve vzduchu až po dosažení určité výšky, zpravidla se uvádí 15 až 25 metrů, ale nemusí tomu tak vždy být. [2] Způsoby vzletu kluzáků: •
Vzlet za letounem (aerovlek) – motorový letoun táhne na laně kluzák do potřebné výšky, tento způsob vzletu je nejvhodnější pro získání potřebné výšky a navázání do stoupavých proudů
Obr. 1.2: Aerovlekový start. [4]. •
Vzlet na navijáku – tento způsob startu je velmi využívaný. Na jednom konci letišti stojí naviják, který je spojen s kluzákem, který je na druhé straně, většinou ocelovým lanem. Naviják navíjí určitou rychlostí lano, tím dodává rych-
10
lost kluzáku, který stoupá do určité výšky, která se zpravidla u sportovních kluzáků pohybuje okolo 300 metrů.
Obr. 1.3: navijákový start. [4].
•
Vzlet na gumicuku - tento způsob startu je obdobný jako start na navijáku. Naviják je v tomto případě nahrazen oplétaným gumovým lanem. Výška vystoupání kluzáku je v řádech několika metrů, u modelů letadel několik desítek metrů.
•
Gravitační vzlet – kluzák získá potřebnou rychlost pro vzlet rozjezdem z kopce
1.2.1. Rozbor navijákového vzletu Navijákový vzlet se skládá ze 4 fází [4]: •
Rozjezd – zrychlený pohyb po zemi z nulové rychlosti až do rychlosti odpoutání, kdy velikost vztlaku překročí hmotnost kluzáku. Zpravidla bývá několik metrů, dle velikosti kluzáku, síle navijáku a povětrnostních podmínkách.
•
Přechodový oblouk – kluzák se zvyšující se rychlostí přechází do stoupání až na úhel potřebný pro stoupání. V přechodovém oblouku vznikají největší síly v laně a největší zatížení kluzáku z důvodu maximálního tahu navijáku největší čelní plochy kluzáku. 11
•
Stoupání – nastává po skončení přechodového oblouku. Kluzák stoupá do potřebné výšky přibližně konstantní rychlostí.
•
Vypnutí – vypnutí kluzáku nastává, když úhel mezi tažným lanem a zemí je přibližně 70°.
Kluzáky v ČR startují za boční závěsy umístěné na každé straně trupu. Tažné lano (ocelové šestipramenné o průměru 5mm) je na konci opatřeno rozvidlením, tzv.“fousy“, které se pomocí háků připevní do bočních zámků kluzáku.
Obr. 1.4: „fousy“ pro start za boční závěsy a hák. [4].
Obr. 1.5: Zapnutý hák do bočního zámku. U modelů kluzáků se zpravidla startuje na navijáku nebo na gumicuku za spodní závěs, který je tvořen ocelovým háčkem (obr. 1.6) ve spodní části trupu před podvozkovým kolem orientovaným proti směru letu.
12
Obr. 1.6: Háček pro navijákový/gumicukový start modelu kluzáku. Modelářské navijáky (amatérské) se skládají z pohonné jednotky tvořené většinou startéry z nákladních automobilů Avia, tažným elementem v podobě silonového vlasce o průměru okolo 1 mm opatřeným na konci padáčkem a kroužkem na klíče. Gumicuk je v podstatě také naviják, u kterého pohonnou jednotku tvoří oplétané gumové lano. Gumicuky se používají pro vzlety modelů kluzáků do rozpětí křídel 2,5 m a hmotnosti do 2 kg.
Obr. 1.7: Modelářský gumicuk.
13
2.
PARAMETRY LANOVÉHO NAVIJÁKU
Zadané hodnoty: Maximální rozpětí křídel kluzáku 5m Maximální hmotnost (vzletová) kluzáku 8kg Maximální rychlost navíjení 17m.s-1
2.1. Stanovení síly v laně Síla v laně je největší v přechodovém oblouku, kdy tah navijáku a úhel náběhu kluzáku jsou maximální. Síla se stanoví na základě výše zadaných hodnot, které odpovídají parametrům československému kluzáku L 13 Blaník v měřítku 1:3,24. Na základě měřítka se použijí ostatní nutné parametry (vztlak, odpor, plocha křídla, aerodynamická a rychlostní polára) ke stanovení síly v laně. Síla se stanoví z aerodynamiky daného modelu kluzáku a mechaniky letu navijákového startu.
Obr. 2.1: navijákový start. [4].
14
Obr. 2.2: Rovnováha sil v přechodovém oblouku. [4].
Síla v laně při výše uvedených parametrech za podmínek správně provedeného startu je přibližně FL=190÷210N. Tato síla závisí mimo jiné také na povětrnostních podmínkách (při větru vanoucím proti směru startu se síla zvyšuje, kluzák by měl startovat vždy proti větru) a technice pilotáže navijákového startu, proto ji nelze přesně stanovit. Dále budeme pracovat s hodnotou síly FL=210N.
3.
VOLBA LANA
Modelářské navijáky a gumicuky využívají jako tažný prvek nejčastěji silonový vlasec pro svou nízkou hmotnost, pružnost, bezúdržbový provoz a nenáchylnost na tvoření smyček a mechanické opotřebení při provozu v přírodě. Dosažená výška při navijákovém startu je závislá především na délce tažného prvku, dále pak na parametrech kluzáku, povětrnostních podmínkách a schopnostech pilota. Obecně se uvažuje, že dosažitelná výška při bezvětří je asi jedna třetina celkové délky lana. Se vzrůstající silou větru proti směru vzletu se dosažitelná výška zvyšuje. Z tabulky 3.1 jsem zvolil silonový vlasec o průměru 1,1mm, délce 410m, maximální síle při přetržení 710N a hmotnosti přibližně 0,2kg/100m. Síla při přetržení je více než trojnásobek největší síly v laně. Dosažitelná výška kluzáku při navijákovém startu na délce lana 400m bude minimálně 134 m, což je dostačující výška pro let. Silonový vlasec bude na navíjecím bubnu upevněn tak, že konec se provleče otvorem v čele bubnu a na konci se zhotoví suk. Při vymotávání musí na navíjecím bubnu zůstat nejméně 5 závitů, aby nedošlo k vytržení konce silonu z čela navíjecího bubnu.
15
Tab. 3.1: Rozměry modelářských silonových vlasců. [5].
V tabulce 3.2 jsou uvedená různá ocelová lana, která je možné také použít jako tažný prvek. Jedná se především o průměry lana 1 mm, lano v PVC obalu 2 mm, která mají minimální pevnost vyšší než je síla v laně (FL=210N). Ocelová lana jsou nevhodná především pro svoji vyšší hmotnost, než je hmotnost silonového vlasce, protože zatěžují více kluzák a snižují tím jeho dosažitelnou výšku. Jsou také citlivá na mechanické poškození, tvoření smyček a vlhkost.
Tab. 3.2: ocelová lana [6]
16
4.
ZÁKLADNÍ NÁVRH BUBNU
Polotovar bubnu volen z Výběrů z norem pro konstrukční cvičení [7] jako trubka ocelová bezešvá tvářená za tepla dle normy ČSN 42 5715 o vnějším průměru 152mm, tloušťce stěny 7mm,délky 300mm, z oceli 11 353. Po obrobení vnější průměr bubnu DB=144mm a tloušťka stěny 3mm. Zvolený silonový vlasec o průměru 1,1 mm a délce 410 m se plně navine na buben ve 4 vrstvách při délce navíjecího bubnu 300 mm a průměru 144 mm.
Průměr navíjecího bubnu s plně navinutou délkou silonu (4. vrstvy)
DBL = DB + vr ⋅ (2 ⋅ d l ) = 0,144 + 4 ⋅ (2 ⋅ 0,0011) = 0,1528m kde: DBL [m] DB [m] vr [-] dl [m]
(4.1)
průměr navíjecího bubnu s navinutou celou délkou silonu vnější průměr obrobeného bubnu počet vrstev navinutého silonu na navíjecím bubnu průměr silonu
4.1. Dynamický výpočet bubnu Zadáním je dáno, že maximální rychlost navíjení lana je 17 m.s-1, což je obvodová rychlost na průměru bubnu (DB).
17
Požadované otáčky navíjecího bubnu:
n2 =
v 17 = = 37,29s −1 π ⋅ (DB + d l ) π ⋅ (0,144 + 0,0011)
kde: n2 [s-1] v [m.s-1] π [-] DB [m] dl [m]
(4.2)
požadované otáčky navíjecího bubnu maximální rychlost navíjení Ludolfovo číslo vnější průměr obrobeného navíjecího bubnu průměr silonového vlasce
Úhlová rychlost navíjecího bubnu:
ϖ 2 = 2 ⋅ π ⋅ n2 = 2 ⋅ π ⋅ 37,29 = 234,32 s −1 kde: ω2 [s-1] π [-] n2 [s-1]
(4.3)
úhlová rychlost navíjecího bubnu Ludolfovo číslo požadované otáčky navíjecího bubnu
Kroutící moment na navíjecím bubnu od síly FL:
M K 2 = FL ⋅ kde: MK2 [N.m] FL [N] DBL [m]
D BL 0,1528 = 210 ⋅ = 16,04 Nm 2 2
(4.4)
kroutící moment na navíjecím bubnu od síly FL síla v laně průměr navíjecího bubnu s navinutou celou délkou silonu
Požadovaný výkon:
P = M K 2 ⋅ϖ 2 = 16,04 ⋅ 234,32 = 3758W kde: P [W] MK [N.m] ω2 [s-1]
požadovaný výkon kroutící moment na navíjecím bubnu od síly FL úhlová rychlost 18
(4.5)
5.
POHONNÁ JEDNOTKA
Vzhledem k různě umístěným a vybaveným modelářským letištím bude použito dvou druhů pohonných jednotek, a to spalovací motor a elektromotor. Pohonnou jednotku se spalovacím motorem obstará motorová pila s vhodnou úpravou pro připojení níže zvoleného převodu. Tato varianta je vhodná pro použití na modelářských letištích, kde není možnost odběru elektrické energie. Výhodou motorové pily je její snadná úprava pro použití jako pohonné jednotky v lanovém navijáku bez zrušení možnosti ji opět použít jako motorovou pilu a také kompaktnost jednotlivých dílů (spalovací motor a odstředivá spojka). Odstředivá spojka umožňuje plynulé napínání lana a rozjezd kluzáku bez škubnutí. Úprava spočívá v odstranění lišty, řetězu a řetězového kola, které je nahrazeno řemenicí pro ozubený řemen. Řemenice pro ozubený řemen se nasune na drážkovaný hřídel hnací řetězky power mate odstředivé spojky, kterou bude nutno upravit. Druhou variantou pohonné jednotky je elektromotor s frekvenčním měničem pro plynulé řízení otáček. Tato varianta je použitelná, jestliže je na modelářském letišti zdroj elektrické energie. Výhodou je tichý, snadnější a spolehlivější provoz.
5.1. Volba pohonné jednotky Spalovací motor: Motorová pila značky STIHL, model MS 440 (Obr. 5.1) [8].
Obr. 5.1: Motorová pila STIHL MS 440. [8].
19
Technické údaje výrobce:[8] Zdvihový objem Výkon Hmotnost Maximální otáčky
70,7 cm3 4,0 kW 6,3 kg 13 000 min-1
Elektromotor: Trojfázový dvoupólový asynchronní elektromotor s kotvou nakrátko značky SIEMENS (Obr. 5.2), označení 1LA9096-2LA [9] [10] s frekvenčním měničem SIEMENS MICROMASTER 420 (Obr. 5.4) [11]. Technické údaje elektromotoru 1LA9096-2LA: Výkon Velikost Otáčky Účinnost Jmenovité napětí Jmenovitý proud Jmenovitý moment Moment setrvačnosti Hmotnost
3,8 kW 90L 2810 min-1, s měničem 6000 min-1 81,0% 400 V 7,9 A 13 Nm 0,0022 kg.m2 18 kg
Obr. 5.2: Elektromotor SIEMENS 1LA9096.[9].
20
Obr. 5.3: Momentová charakteristika elektromotoru 1LA9096-2LA.[10].
Technické údaje měniče MICROMASTER 420: Měnič kmitočtu s napěťovým meziobvodem určený pro napájení třífázových asynchronních a synchronních elektromotorů ve výkonovém rozsahu od 120 W do 11 kW a napájecím napětím 400V velikosti „A“ s ovládacím panelem BOP. Regulace otáček je realizována analogovým vstupem ( externí potenciometr). Typ měniče Napájecí napětí Kmitočet napájecího napětí Jmenovitý výkon motoru Max.výstupní proud Vstupní proud Jištění síťového přívodu Průřez vodičů (síť-měnič) Průřez vodičů (měnič-motor) Rozměry (VxŠxH) Konstrukční velikost Hmotnost Účinnost měniče Rozsah výstupního kmitočtu Druh regulace a řízení
MM420-150/3 3x380 V÷480 V±10 % 47 Hz÷64 Hz 4,0 kW 10,2 A 12,8 A 20 A 1,5 mm2 1,0 mm2 173x73x149mm A 3,3 kg 96 %÷97 % 0 Hz÷650 Hz lineární
21
a)
b)
Obr. 5.4: a) Měnič MICROMASTER 420. [11]. b) ovládací panel BOP
6.
PŘEVODY
Pohonné jednotky mají vyšší otáčky, než jsou maximální otáčky navíjecího bubnu vypočítané výše. Proto je nutné vložení převodů ke zpřevodování do pomala. Vzhledem k vysokým otáčkám jsem zvolil převody ozubenými řemeny. Jejich předností je tichý chod, řemeny se tolik nevytahují jak řetězy, není nutné velké předpětí v řemeni, mohou pracovat při vysokých obvodových rychlostech (až 80 m.s-1), minimální zahřívání a bezúdržbový provoz (nevyžadují mazání).[12] Komponenty pro realizaci převodu ozubenými řemeny jsem zvolil od společnosti Continental Contitech, které jsou distribuovány prostřednictvím firmy TYMA CZ s.r.o..
6.1. Volba řemene Zvolil jsem ozubený řemen SYNCHROFORCE SUPREME profilu STD S8M (obr 6.1). Tyto ozubené řemeny jsou určeny k přenosu nejvyšších otáček a výkonů do obvodové rychlosti až 60 m.s-1.
22
Označení ozubeného řemene: [14] CONTI SYNCHORFORCE STD délka – S8M – 20 - SUPREME Parametry řemene: Profil Šířka bor Rozteč por
S8M 20 mm 8 mm
Obr. 6.1: Profil STD S8M. [14].
6.2. Výpočet hnací ozubené řemenice Z tabulky 6.1 zvolena řemenice 22-S08M-20 s 22 zuby a průměru roztečné kružnice 56,02 mm. Zvolil jsem řemenici o nejmenším průměru roztečné kružnice z důvodu co prostorově co nejmenšího převodu. Tab. 6.1: Ozubené řemenice STD s válcovou dírou pro řemeny S8M. [15].
23
Kontrolní výpočet průměru roztečné kružnice hnací řemenice [13]
D p1 =
z1. por
π
=
22.8
π
kde: Dp1 [mm] z1 [-] por [mm] π [-]
= 56,02mm
(6.1)
roztečný průměr hnací řemenice počet zubů – tab. 6.2 rozteč zubů Ludolfovo číslo
Kontrolní výpočet obvodové rychlostí:
vobv = π ⋅ D p1 ⋅ nmax = π ⋅ 0,05602 ⋅ kde: vobv [m.s-1] π [-] Dp1 [m] nmax [s-1]
13000 = 38,13m.s −1 60
(6.2)
obvodová rychlost Ludolfovo číslo průměr roztečné kružnice hnací ozubené řemenice maximální možné otáčky hnací ozubené řemenice
Obvodová rychlost je menší než výrobcem uvedených 60 m.s-1 => převod ozubenými řemeny můžeme použít. Pro obě pohonné jednotky (spalovací motor a elektromotor) použiji stejnou řemenici. Pouze se provedou různé úpravy dle pohonné jednotky pro přenos kroutícího momentu.
6.3. Výpočet převodu pro variantu se spalovacím motorem Při výpočtu převodu ozubenými řemeny budeme uvažovat 90% z maximálních otáček motoru (13 000 min-1), což je 11 700 min-1. Motor ne vždy dosáhne maximálních otáček. Příčinou může být špatné seřízení, špatná benzinová směs, stáří motoru, okolní teplota,… Otáčky spalovacího motoru
n1S = 11700 min −1 ⇒ 195s −1 Převodový poměr
i=
n1S 195 = = 5,23 n2 37,29
(6.3) 24
kde: i [-] n1S [s-1] n2 [s-1]
převodový poměr vstupní otáčky – otáčky motoru výstupní otáčky – otáčky navíjecího bubnu
Počet zubů hnané řemenice:
z 2 S = z1 ⋅ i = 22.5,23 ≅ 115 zubů kde: z2S [-] z1 [-] i [-]
(6.4)
počet zubů hnané ozubené řemenice počet zubů hnací ozubené řemenice převodový poměr
Z tabulky 6.2 zvolena hnaná ozubená řemenice od společnosti TYMA CZ s.r.o. se 112 zuby označená 112-S08M-20. Tab. 6.2: Ozubené řemenice STD s válcovou dírou. [15].
Skutečný převodový poměr:
iskut =
z 2 SS 112 = = 5,09 z1 22
(6.5)
25
kde: iskut [-] z1 [-] z2SS [-]
skutečný převodový poměr počet zubů hnací ozubené řemenice skutečný počet zubů hnané ozubené řemenice
Skutečné maximální otáčky hnané řemenice:
n2 skut =
n1S 195 = = 38,31s −1 iskut 5,09
kde: n2skut [s-1] n1 [s-1] iskut [-]
(6.6)
skutečné otáčky hnané řemenice => navíjecího bubnu otáčky hnací řemenice (otáčky motoru) skutečný převodový poměr
Skutečná maximální rychlost navíjení:
v skut = π ⋅ DB ⋅ n2 skut = π ⋅ 0,144 ⋅ 38,31 = 17,33m.s −1 kde: vskut [m.s-1] π [-] DB [m] n2skut [s-1]
(6.7)
skutečná rychlost navíjení lana na buben Ludolfovo číslo vnější průměr obrobeného navíjecího bubnu skutečné otáčky hnané řemenice => navíjecího bubnu
Zvolená hnaná ozubená řemenice 112-S08M-20 se upraví pro připojení na hřídel navíjecího bubnu a přenos kroutícího momentu tak, že se zhotoví otvor o průměru 25mm s tolerancí H7 a drážka pro těsné pero ČSN 02 2562-8e7x7x32. Tuto řemenici vidíme na obrázku 6.2 . Pro variantu se spalovacím motorem bude použit ozubený řemen s označením CONTI SYNCHROFORCE STD 1120-S8M-20-Supreme.
26
Obr. 6.2: Hnaná ozubená řemenice 112-S08M-20.
6.3.1. Úprava motorové pily Jak je výše uvedeno pro variantu pohonu se spalovacím motorem použiji motorovou pilu značky STIHL. Úprava spočítá v odstranění lišty, řetězu a řetězového kola, které je nahrazeno ozubenou řemenicí 22-S08M-20. Ozubená řemenice se nasune na drážkovaný hřídel hnací řetězky power mate (Obr. 6.3.) odstředivé spojky, kterou bude nutno vyrobit novou s úpravami, protože délka drážkované části sériové řetězky power mate je pouze 12 mm.
Obr. 6.3: Sériová hnací řetězka power mate. 27
Sériová hnací řetězka power mate má pro přenos kroutícího momentu na řetězové kolo drážkové evolventní spojení s úhlem profilu 30°. Zvolil jsem pro novou hnací řetěžku ROVNOBOKÉ 6x23g6x26a11x6f9 ze Strojnických tabulek 1 [13].
DRÁŽKOVÁNÍ
Tabulkové hodnoty:[13] Počet zubů Malý průměr drážkování Velký průměr drážkování Šířka drážky v náboji Průměr kružnice zápichů Šířka drážky na hřídeli Zkosení Zaoblení drážek Dovolený tlak na boky zubů
zd=6 d=23 mm D=26 mm bd=6 mm dd=22,1 mm ad=3,54 mm f=0,3 mm r=0,2 mm pDd=60 MPa
Stanovení sil v ozubeném řemenu:
Obr. 6.4: Schéma ozubeného převodu pro variantu se spalovacím motorem
28
Síla předpětí v pásu [14]
2 ⋅ M K 2 D p1 β ⋅ ⋅ 2 ⋅ π ⋅ n1S ⋅ sin 1s D 2 2 p2s Fp = 2 ⋅ k ⋅ = por ⋅ z1 ⋅ n1S
(6.8)
97° 2 ⋅ 16,04 0,05602 ⋅ ⋅ 2 ⋅ π ⋅ 195 ⋅ sin 0,28521 2 2 = 2 ⋅ 1,5 ⋅ = 253N 0,008 ⋅ 22 ⋅ 195 kde: k [-] MK2 [Nm] Dp2s [m] Dp1 [m] n1S [s-1] βs [°] por [m] z1 [-]
provozní součinitel předpětí [13] kroutící moment na hřídeli navíjecího bubnu průměr roztečné kružnice hnané ozubené řemenice, tab. 6.3 průměr roztečné kružnice hnací ozubené řemenice, tab. 6.2 otáčky motoru úhel opásání hnací ozubené řemenice rozteč zubů ozubeného řemene počet zubů hnací ozubené řemenice, tab. 6.2
Stanovení kroutícího momentu na hnací řemenici od kroutícího momentu na hnané řemenici:
M k 1s =
Mk2 ⋅
Dp 2s 2
kde: Mk1s [Nm] Mk2 [Nm] Dp1 [m] Dp1s [m]
D p1 2 =
0,05602 2 = 3,15 Nm 0,28521 2
16,04 ⋅
(6.9)
kroutící moment na hřídeli spalovacího motoru kroutící moment na hřídeli bubnu od síly v laně průměr roztečné kružnice hnací ozubené řemenice, tab. 6.2. průměr roztečné kružnice hnané ozubené řemenice, tab. 6.3
Stanovení síly na hnací ozubené řemenici spalovacího motoru od kroutícího momentu:
F1s =
M k 1s 3,15 = = 112,46 N D p1 0,05602 2 2
(6.10)
29
kde: F1s [N] Mk1s [Nm] Dp1 [m]
síla na hnací ozubené řemenici spal.motoru od Mk1s kroutící moment na hřídeli spalovacího motoru průměr roztečné kružnice hnací ozubené řemenice, tab. 6.2.
Stanovení sil z obr. 6.5.:
FRS 1 = Fp = 253 N
(6.11)
FRS 2 = Fp + F1s = 253 + 112,46 = 365,46 N
(6.12)
FRSx = cos α S ⋅ (FRS1 + FRS 2 ) = cos 35° ⋅ (253 + 365,46) = 506,6 N
(6.13)
FRSy = sin α S ⋅ (FRS 2 − FRS1 ) = sin 35° ⋅ (365,46 − 253) = 64,5 N
(6.14)
FRS = FRSx + FRSy = 506,6 2 + 64,5 2 = 510,7 N 2
kde: FRS1 [N] FRS2 [N] Fp [N] F1s [N] FRSx [N] FRSy [N] FRS [N] αS [°]
2
(6.15)
síla ve volné větvi ozubeného řemenu síla v tažné větvi ozubeného řemenu předepínací síla ( kapitola 6.1.) síla na hnací ozubené řemenici spal.motoru od Mk1s síla působící ve směru osy x síla působící ve směru osy y celková síla působící na hřídel navíjecího bubnu úhel mezi ozubeným řemenem a vodorovnou rovinou
Kontrolní výpočet rovnobokého drážkování:[12]
DS =
f '=
D + d 26 + 23 = = 24,5mm 2 2
(6.16)
3 D−d 3 26 − 23 ⋅ zd ⋅ − 2. f = ⋅ 6 ⋅ − 2.0,3 = 4,05mm 2 4 2 4 2
D D 0,05602 0,05602 2 ⋅ FRS 2 ⋅ p1 − FRS1 ⋅ p1 2 ⋅ 365,46 ⋅ − 253 ⋅ 2 2 2 2 Ft = = Ds 0,0245 = 257,1N 30
(6.17)
(6.18)
Délku drážkování l1min volím dle šířky hnací ozubené řemenice, která se obráběním změní z původní šířky L na šířku F=28 mm z důvodu úspory místa.
p=
Ft 257,1 = = 2,27 MPa < p d = 60 MPa f '⋅l1min 0,00405 ⋅ 0,028
(6.19)
Kontrola na ohyb:
σ 1O
Ds − d1 0,0245 − 0,0221 257,1 ⋅ M 2 2 = O = = = 408kPa → 1 3 1 3 2 WO 2 ⋅ bd ⋅ l1 min ⋅ .zd ⋅ 0,006 ⋅ 0,028 ⋅ ⋅ 6 6 4 6 4 Ft ⋅
(6.20)
Kontrola na smyk:
τs =
Ft 3 l1 min ⋅ bd ⋅ ⋅ zd 4
=
257,1 3 0,028 ⋅ 0,006 ⋅ ⋅ 6 4
= 340kPa →
(6.21)
Na obrázku 6.5 a) je hnací řetězka. Na obrázku 6.5 b) je hnací ozubená řemenice opatřená drážkováním pro připojení na hnací řetězku.
a)
b) Obr. 6.5: a) Hnací řetězka. b) hnací ozubená řemenice 22-S08M-20 31
6.4. Výpočet převodu pro variantu s elektromotorem Zvolený trojfázový dvoupólový elektromotor značky SIEMENS typu 1LA9096 s měničem MM420-150/3 dosáhne maximálních otáček 6000 min-1. Otáčky elektromotoru:
n1E = 6000 min −1 ⇒ 100s −1 Převodový poměr:
i=
n1E 100 = = 2,68 n2 37,29
kde: i [-] n1E [s-1] n2 [s-1]
(6.22)
převodový poměr otáčky elektromotoru požadované otáčky navíjecího bubnu
Počet zubů hnané řemenice:
z 2 E = z1 ⋅ i = 22 ⋅ 2,68 ≅ 59 zubů kde: z2E [-] z1 [-] i [-]
(6.23)
počet zubů hnané ozubené řemenice počet zubů hnací ozubené řemenice převodový poměr
Z tabulky 6.3 zvolená hnaná ozubená řemenice od společnosti TYMA CZ s.r.o. se 60ti zuby a průměrem roztečné kružnice 152,79mm označená 60-S08M-20. Skutečný převodový poměr:
iskut = kde: iskut [-] z1 [-] z2ES [-]
z 2 ES 60 = = 2,73 z1 22
(6.24)
skutečný převodový poměr počet zubů hnací řemenice skutečný počet zubů hnané řemenice
32
Tab. 6.3: Ozubená řemenice STD s válcovou dírou.[15].
Skutečné maximální otáčky hnané řemenice:
n2 skut =
n1E 100 = = 36,63s −1 iskut 2,73
kde: n2skut [s-1] n1E [s-1] iskut [-]
(6.25)
skutečné otáčky hnané řemenice => navíjecího bubnu otáčky hnací řemenice (otáčky motoru) skutečný převodový poměr
Skutečná maximální rychlost navíjení:
vskut = π ⋅ DB ⋅ n2 skut = π ⋅ 0,144 ⋅ 36,63 = 16,57m.s −1 kde: vskut [m.s-1] π [-] DB [m] n2skut [s-1]
(6.26)
skutečná rychlost navíjení lana na buben Ludolfovo číslo vnější průměr obrobeného navíjecího bubnu skutečné otáčky hnané řemenice => navíjecího bubnu
Pro přenos kroutícího momentu z elektromotoru na hnací ozubenou řemenici 22S08M-20 se zhotoví do řemenice otvor o průměru 24mm s tolerancí H7 (hřídel elektromotoru Ø24j6) a drážka pro těsné pero ČSN 02 2562-8e7x7x40. Do hnané ozubené řemenice 60-S08M-20 se zhotoví otvor o průměru 25mm s tolerancí H7 a drážka pro těsné pero ČSN 02 2562-8e7x7x32. Kontrolní výpočet pera je stejný jak v kapitole 6.3. 33
Pro variantu s elektromotorem bude použit ozubený řemen s označením CONTI SYNCHROFORCE STD 824-S8M-20-Supreme.
a)
b) Obr. 6.6: a) hnaná ozubená řemenice 60-S08M-20 b) hnací ozubená řemenice 22-S08M-20
6.4.1. Stanovení sil působících na hřídel navíjecího bubnu
Obr. 6.8: Schéma ozubeného převodu pro variantu s elektromotorem
34
Síla předpětí v pásu
2 ⋅ M K 2 D p1 β ⋅ ⋅ 2 ⋅ π ⋅n1E ⋅ sin e D 2 2 p2E Fp = 2 ⋅ k ⋅ p ⋅ z1 ⋅ n1E
(6.27)
193° 2 ⋅16,04 0,05602 ⋅ ⋅ 2 ⋅ π ⋅100 ⋅ sin 0,15279 2 2 Fp = 2 ⋅1,5 ⋅ = 625 N 0,008 ⋅ 22 ⋅100 kde: k [-] MK2 [Nm] Dp2s [m] Dp1 [m] n1E [s-1] βE [°] por [m] z1 [-]
provozní součinitel předpětí [13] kroutící moment na hřídeli navíjecího bubnu průměr roztečné kružnice hnané ozubené řemenice, tab. 6.3 průměr roztečné kružnice hnací ozubené řemenice, tab. 6.2 otáčky motoru úhel opásání hnací ozubené řemenice rozteč zubů ozubeného řemene počet zubů hnací ozubené řemenice, tab. 6.2
Stanovení síly od kroutícího momentu:
M k 1E =
Mk2 ⋅
Dp 2 E 2
kde: Mk1E [Nm] Mk2 [Nm] Dp1 [m] Dp2E [m]
D p1 2 =
0,05602 2 = 5,88 Nm 0,15279 2
16,04 ⋅
(6.28)
kroutící moment na hřídeli elektromotoru kroutící moment na hřídeli bubnu od síly v laně průměr roztečné kružnice hnací ozubené řemenice, tab. 6.2. průměr roztečné kružnice hnané ozubené řemenice, tab. 6.7
Stanovení síly na hnací ozubené řemenici elektromotoru od kroutícího momentu:
F1E =
M k 1E 5,88 = = 209,93 N D p1 0,05602 2 2
(6.29)
35
kde: F1E [N] Mk1E [Nm] Dp1 [m]
síla na hnací ozubené řemenici elektromotoru od Mk1E kroutící moment na hřídeli elektromotoru průměr roztečné kružnice hnací ozubené řemenice, tab. 6.2.
Stanovení sil z obr. 6.8.:
FRE1 = Fp = 625 N
(6.30)
FRE 2 = Fp + F1E = 625 N + 209,93N = 834,93N
(6.31)
FREx = cos α E ⋅ (FRE1 + FRE 2 ) = cos14° ⋅ (625 + 834,93) = 1417,6 N
(6.32)
FREy = sin α E ⋅ (FRE 2 − FRE1 ) = sin 14° ⋅ (834,93 − 625) = 50,79 N
(6.33)
FRE = FREx + FREy = 1417,62 + 50,79 2 = 1418,5 N
(6.34)
2
kde: FRE1 [N] FRE2 [N] Fp [N] F1E [N] FREx [N] FREy [N] FRE [N] αE [°]
2
síla ve volné větvi ozubeného řemenu síla v tažné větvi ozubeného řemenu předepínací síla ( kapitola 6.1.) síla na hnací ozubené řemenici elektromotoru od Mk1E síla působící ve směru osy x síla působící ve směru osy y celková síla působící na hřídel navíjecího bubnu úhel mezi ozubeným řemenem a vodorovnou rovinou
36
7.
NAVÍJECÍ BUBEN
V kapitole 4 jsem zvolil polotovar navíjecího bubnu ocelovou bezešvou trubku tvářenou za tepla o vnějším průměru 152 mm, tloušťce stěny 7 mm a délce 300 mm. Po obrobení bude vnější průměr trubky 144 mm, tloušťka stěny 3 mm, z materiálu ocel 11 353. Materiálové charakteristiky oceli 11 353: [16] Mez pevnosti Rm=390 MPa Mez kluzu Re=230 MPa Materiál hřídele a čel navíjecího bubnu volím ocel 11 373. Materiálové charakteristiky oceli 11 373: [16] Mez pevnosti Mez kluzu
Rm=330 MPa Re=198MPa
Návrh navíjecího bubnu je zobrazen na obrázku 7.1.
Obr. 7.1: Navíjecí buben
37
Popis obrázku 7.1: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
hnaný hřídel stojatá ložisková jednotka SKF, zajištění stavěcím šroubem, Ø20 mm zápich ČSN 01 4960 F2,5x0,3 drážka pro pojistný kroužek ČSN 02 2930-25x1,2 drážka pro těsné pero ČSN 02 2562-8e7x7x28 hnaná ozubená řemenice, Ø25 mm čelo navíjecího bubnu navíjecí část ocelová bezešvá trubka ČSN 42 5715 čelo navíjecího bubnu zápich ČSN 01 4960 F2,5x0,3 stojatá ložisková jednotka SKF, zajištění stavěcím šroubem, Ø20 mm hřídel volného konce
Čela navíjecího bubnu jsou k ocelové bezešvé trubce připojena svařením. Do čel je poté připojen svařením hnaný hřídel a hřídel volného konce. Druh svařování jsem zvolil svařování elektrickým obloukem v ochranné atmosféře (MAG).
7.1. Volba ložisek Zvolil jsem stojatou ložiskovou jednotku Y s litinovým tělesem, zajištění stavěcím šroubem a kuličkovým ložiskem od společnosti SKF pro průměr hřídele 20 mm [17].
Obr. 7.2: Stojatá ložisková jednotka Y SKF [15]
38
Obr. 7.3: Náčrt stojaté ložiskové jednotky SY 20 TF [17] Hodnoty výrobce: [17] Rozměry
Dynamická únosnost Statická únosnost Mezní otáčky hřídele s tolerancí h6 Hmotnost Označení ložiskové jednotky Označení ložiskového tělesa Označení ložiska
dh=20 mm A=32 mm H=65 mm H1=33,3 mm L=127 mm C=12,7 kN C0=6,55 kN 8500 min-1 0,57 kg SY 50 TF SY 504 M YAR 204-2F
7.2. Výsledné vnitřní účinky Při určování VVU a v dalších výpočtech budu vycházet z určitých zjednodušujících předpokladů, protože síla v laně mění svou velikost i směr v průběhu vzletu kluzáku. Hodnoty: Síly Délky
FL=210 N FRE=1418,5N l1=41 mm l2=159 mm l3=200 mm
39
Stanovení sil ve vazbách:
M oA = 0 : − FRE ⋅ l1 + FL ⋅ (l1 + l2 ) − FB ⋅ (l1 + l2 + l3 ) = 0 ⇒ FB FB =
(7.1) FL ⋅ (l1 + l2 ) − FRE ⋅ l1 210 ⋅ (0,041 + 0,159 ) − 1418,5 ⋅ 0,041 = = −40,4 N l1 + l2 + l3 0,041 + 0,159 + 0,2
∑F = 0: F
A
− FRE + FL − FB = 0 ⇒ FA = FRE + FB − FL =
= 1418,5 + (− 40,4 ) − 210 = 1168 N
(7.2)
FA=1168N FB=-40,4N
Obr. 7.4: Síly působící na navíjecí buben
40
Obr. 7.5: Výsledné vnitřní účinky, průběh posouvající síly
Obr. 7.6: Výsledné vnitřní účinky, průběh ohybového momentu
Stanovení maximálního ohybového momentu: Maximální ohybový moment dle VVU (obr. 7.4) je v místě síly FRE.
M O max = − FA ⋅ l1 = −1168 N ⋅ 0,041m = −47,89 Nm
41
(7.3)
kde: FA [N] FB [N] FL [N] FRE [N] l1 [m] l2 [m] l3 [m] MOmax [Nm]
síla ve vazbě A (ložisko A), hnaný konec hřídele síla ve vazbě B (ložisko B), volný konec hřídele síla v laně síla od hnané ozubené řemenice vzdálenost od síly FA k síle FRE vzdálenost od síly FRE k síle FL vzdálenost od síly FL k síle FB maximální ohybový moment
7.3. Statický výpočet hřídele Kontrola vzhledem k meznímu stavu pružnosti v místě působení nejvyššího ohybového momentu (podmínka HMH). Účinný průměr hřídele je v tomto místě zmenšen o hloubku drážky pro těsné pero, proto je nutné pro výpočet uvažovat plný průměr hřídele (obr. 7.5).
Obr. 7.7: Průměr hřídele ovlivněný drážkou pro pero
kk =
Re
σ red
Re
=
32 ⋅ M 16 ⋅ M o max K2 + 3⋅ 3 π ⋅ d −t π ⋅ d −t RP RP
(
=
2
2
)
(
=
3
)
(7.4)
198 ⋅ 10 Pa 6
2
32 ⋅ 47,89 16 ⋅ 16,04 + 3 ⋅ 3 3 ( ) ( ) ⋅ 0 , 025 − 0 , 0041 ⋅ 0 , 025 − 0 , 0041 π π
kde: kk [-] Re [MPa]
koeficient bezpečnosti mez kluzu oceli 11 373 [16]
42
2
= 3,56
σred [MPa] Momax [Nm] dRP [mm] MK2 [Nm] t [m]
redukované napětí podle podmínky plasticity HMH maximální ohybový moment průměr hřídele ovlivněný drážkou pro pero kroutící moment na hřídeli navíjecího bubnu hloubka drážky v hřídeli [13]
Nebezpečná místa na hřídeli jsou (obr. 7.1) pod pozicemi 3 (zápich) a 4 (drážka pro posilný kroužek). V těchto místech se nachází vruby, ve které jsou koncentrátory napětí a přetvoření. Proto v těchto místech provedu také kontrolu vzhledem k meznímu stavu pružnosti. Kontrola v místě 4:
kk =
=
Re
σ red
=
Re 2
32 ⋅ M o 4 16 ⋅ M K 2 α σ 4 ⋅ α + ⋅ ⋅ 3 τ 4 3 3 π π ⋅ ⋅ d d 4 4
=
2
(7.5)
198 ⋅ 10 6 32 ⋅ (1168 ⋅ 0,021) 16 ⋅ 16,04 1 , 97 ⋅ + 3 ⋅ 1 , 49 ⋅ π ⋅ 0,02393 π ⋅ 0,02393 2
kde: kk [-] Re [MPa] ασ4 [-]
2
= 5,05
koeficient bezpečnosti mez kluzu oceli 11 373 [16] součinitel koncentrace, namáhání na ohyb v místě 4 [18] součinitel koncentrace, namáhání na krut v místě 4[18] ohybový moment v místě 4 průměr hřídele v místě 4 (průměr drážky) [13] kroutící moment na hřídeli bubnu
αα4 [-] M04 [Nm] d4 [mm] MK2 [Nm] Kontrola v místě 3:
kk =
=
Re
σ red
=
Re 2
α σ 3 ⋅ 32 ⋅ M 3O 3 + 3 ⋅ ατ 3 ⋅ 16 ⋅ M 3K 2 π ⋅ d 3 π ⋅ d 3
2
=
(7.6)
198 ⋅106 MPa 32 ⋅ (1168 ⋅ 0,018m ) 16 ⋅16,04 1 , 83 ⋅ + 3 ⋅ 1 , 8 ⋅ π ⋅ 0,01943 π ⋅ 0,01943 2
43
2
= 3,09
kde: kk [-] Re [MPa] ασ3 [-] αα3 [-] M03 [Nm] d3 [mm] MK2 [Nm]
koeficient bezpečnosti mez kluzu oceli 11 373 [16] součinitel koncentrace, namáhání na ohyb v místě 3 [18] součinitel koncentrace, namáhání na krut v místě 3 [18] ohybový moment v místě 3 průměr hřídele v místě 3 (průměr drážky) [13] kroutící moment na hřídeli bubnu
7.4. Dynamický výpočet hřídele Ke všem dynamickým výpočtům byla použita literatura [12].
7.4.1. Kontrola v místě nejvyššího ohybového momentu: Mez únavy vzorku:
σ CO = 0,504 ⋅ Rm = 0,504 ⋅ 330MPa = 166,32MPa
(7.7)
Mez únavy reálné součásti: Součinitel povrchu
k a = a ⋅ Rmb = 4,51⋅ 330 −0, 265 MPa = 0,97
Součinitel velikosti
−0 ,107 k b = 1,24 ⋅ d RP = 1,24 ⋅ 20,9 −0,107 mm = 0,89 (7.7)
Součinitel zatížení
kc = 1
Součinitel teploty
kd = 1
Součinitel spolehlivosti
ke = 1
Součinitel dalších vlivů
k f =1
(7.8)
Mez únavy reálné součásti dle pružnosti a pevnosti II
σ C' = k a ⋅ kb ⋅ kc ⋅ kd ⋅ ke ⋅ k f ⋅ σ CO = = 0,97 ⋅ 0,89 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 166,32MPa = 143,58MPa 44
(7.8)
Amplituda napětí od maximálního ohybového momentu
σ a max =
32 ⋅ M O max 32 ⋅ 47,89 = = 53,43MPa 3 π ⋅ d RP π ⋅ 0,02093
(7.9)
Smykové napětí od kroutícího momentu
τK =
16 ⋅ M K 2 16 ⋅16,04 Nm = = 8,95MPa 3 π ⋅ d RP π ⋅ 0,0209 3 m
(7.10)
Bezpečnost v ohybu
143,58 σ C' kσ = = = 2,69 σ a max 53,43
(7.11)
Bezpečnost v krutu
kτ =
0,577 ⋅ Re
τK
=
0,577 ⋅ 198 = 12,76 8,95
(7.12)
Celková bezpečnost
kC =
kσ ⋅ kτ kσ2 + kτ2
=
2,69 ⋅ 12,76 2,692 + 12,762
= 2,63
(7.13)
7.4.2. Kontrola v místě 3 Součinitelé pro výpočet meze únavy reálné součásti jsou stejné jak v předchozí kapitole. Mění se pouze koeficient velikosti.
Součinitel velikosti
kb 3 = 1,24 ⋅ d 3−0,107 = 1,24 ⋅ 19,4−0,107 = 0,90
Heywoodův parametr
139 139 = ah = = 0,177 MPa R 330 m
2
45
(7.14)
2
(7.15)
Součinitel vrubu
ασ 3
β3 = 1+
2 ⋅ (ασ 3 − 1)
ασ 3
⋅
ah
=
r3
1,83 = 1,324 2 ⋅ (1,83 − 1) 0,177 1+ ⋅ 1,83 1
(7.16)
Mez únavy reálné součásti dle pružnosti a pevnosti II
σ C' 3 =
k a ⋅ kb 3 ⋅ k c ⋅ k d ⋅ k e ⋅ k f
β3
0,97 ⋅ 0,9 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 166,32 = 1,324
⋅ σ CO =
(7.17)
= 109,67 MPa Amplituda napětí od ohybového momentu
σ a3 =
32 ⋅ M O 3 32 ⋅ 1168 ⋅ 0,018 = = 29,33MPa π ⋅ d 33 π ⋅ 0,01943
(7.18)
Smykové napětí od kroutícího momentu
τ K3 =
16 ⋅ M K 2 16 ⋅ 16,04 = = 11,19MPa π ⋅ d 33 π ⋅ 0,01943
(7.19)
Bezpečnost v ohybu
kσ 3
σ C' 3 109,67 = = = 3,74 σ a 3 29,33
(7.20)
Bezpečnost v krutu
kτ 3 =
0,577 ⋅ Re 0,577 ⋅ 198 = = 5,67 τ K 3 ⋅ ατ 3 11,19 ⋅ 1,8
(7.21)
Celková bezpečnost
kC 3 =
kσ 3 ⋅ kτ 3 kσ2 3 + kτ23
=
3,74 ⋅ 5,67 3,742 + 5,67 2
= 3,12 46
(7.22)
7.4.3. Kontrola v místě 4
kb 4 = 1,24 ⋅ d 4−0,107 = 1,24 ⋅ 23,9 −0,107 = 0,88
Součinitel velikosti
(7.23)
Součinitel vrubu
ασ 4
β4 = 1+
2 ⋅ (ασ 4 − 1)
ασ 4
⋅
ah r4
=
1,97 = 0,968 2 ⋅ (1,97 − 1) 0,177 1+ ⋅ 1,97 0,16
(7.24)
Mez únavy reálné součásti dle pružnosti a pevnosti II
σ C' 4 =
k a ⋅ kb 4 ⋅ k c ⋅ k d ⋅ ke ⋅ k f
βσ 4
⋅ σ CO =
0,97 ⋅ 0,88 ⋅1⋅1 ⋅1 ⋅1 ⋅166,32 = 0,968
(7.25)
= 146,66MPa Amplituda napětí od ohybového momentu
σ a4 =
32 ⋅ M O 4 32 ⋅ 1168 ⋅ 0,021 = = 18,3MPa π ⋅ d 43 π ⋅ 0,02393
(7.26)
Smykové napětí od kroutícího momentu
τK4 =
16 ⋅ M K 2 16 ⋅ 16,04 = = 5,98MPa π ⋅ d 43 π ⋅ 0,02393
(7.27)
Bezpečnost v ohybu
kσ 4
σ C' 4 144,46 = = = 7,89 σ a4 18,3
(7.28)
Bezpečnost v krutu
kτ 4 =
0,577 ⋅ Re 0,577 ⋅ 198 = = 12,82 τ K 4 ⋅ ατ 4 5,98 ⋅ 1,49
(7.29)
47
Celková bezpečnost
kC 4 =
kσ 4 ⋅ kτ 4 kσ 4 + k 2
2 τ4
=
7,89 ⋅ 12,82 7,89 + 12,82 2
2
= 6,72
(7.30)
7.5. Výpočet trvanlivosti ložisek Vycházím z předpokladu, že naviják bude provozován půl roku, jednou týdně, 3 hodiny denně po dobu 50ti let => požadovaná trvanlivost Lh je přibližně 4000 hodin. Ložiska jsou zatěžovaná pouze radiálními silami. Trvanlivost ložiska A: [12] aL
L10 A
3
C10 106 12700 106 ⋅ = = = 16693h ⋅ F n 987 , 37 3600 ⋅ 35 , 41 A 2
kde: L10A [h] C10 [kN] FA [N] n2 [s-1] aL [-]
(7.31)
základní trvanlivost ložiska A základní dynamická únosnost radiální síla působící na ložisko A otáčky navíjecího bubnu exponent pro bodový styk – kuličkové ložisko
Trvanlivost ložiska B: [12] aL
L10 B
3
C10 106 12700 N 106 ⋅ = = = 2085842132h ⋅ −1 F n 19 , 75 N 3600 ⋅ 35 , 41 s B 2
kde: L10B [h] C10 [kN] FB [N] n2 [s-1] aL [-]
základní trvanlivost ložiska B základní dynamická únosnost radiální síla působící na ložisko B otáčky navíjecího bubnu exponent pro bodový styk – kuličkové ložisko
Obě ložiska mají vyšší trvanlivost než požadovanou – vyhovují.
48
(7.32)
7.6. Kontrolní výpočet pera Rozměry pera:[7] Šířka pera Výška pera Délka pera Hloubka drážky v hřídeli Hloubka drážky v náboji Dovolený tlak Materiál pera
b= 8 mm h= 7mm l= 32 mm t= 4,1 mm t1=2,9 mm pD=120 MPa ocel 11 600
Materiálové charakteristiky oceli 11 600:[16] Mez pevnosti v tahu Mez kluzu v tahu Mez kluzu ve smyku
Rm=600 MPa Re=330 MPa Rse=160 MPa
Kontrola pera na smyk:[12]
τ=
Rse 160 = = 106,7 MPa kk 1,5
Ftp = 2 ⋅
τs =
(7.33)
Mk2 16,04 = 2⋅ = 1283,2 N dp 0,025
(7.34)
Ft 1283,2 = = 6,68MPa < τ = 106,7MPa l ⋅ b 0,032 ⋅ 0,006
(7.35)
Kontrola na otlačení:
phřídel =
Ftp 1283,2 = = 9,78MPa l ⋅ t 0,032 ⋅ 0,0041
p hřídel < p D = 120MPa ⇒ SPLNĚNO pnáboj =
Ftp
(l − b ) ⋅ t1
=
(7.36) (7.37)
1283,2 = 17,02 MPa (0,032 − 0,006) ⋅ 0,0029
pnáboj < p D = 120 MPa ⇒ SPLNĚNO
(7.38) (7.39)
49
7.7. Kontrolní výpočet svarů
Obr. 7.8: Polohy svarů na navíjecím bubnu Výpočty svarů jsou provedeny dle literatury Části a mechanismy strojů I [19].
7.7.1. Výpočet svar (1)
FRE − FA 1418,5 − 1168 = = π ⋅ d1' + 2 ⋅ a3 ⋅ cos 45° ⋅ a3 π ⋅ (35 + 2 ⋅ 3 ⋅ cos 45°) ⋅ 3
τ1 =
(
)
(7.40)
= 0,68MPa
τ2 =
( (d ⋅
)
FA ⋅ l1 + l1' − FRE ⋅ l1'
π 32
τ3 =
' 1
)
4
+ 2⋅a − d d1' + 2 ⋅ a3
(
M K2
'4 1
)
=
1168 ⋅ (41 + 25) − 1418,5 ⋅ 25 = 13,12 MPa 4 4 π (35 + 2 ⋅ 3) − 35 ⋅ 32 35 + 2 ⋅ 3
π d ' + 2 ⋅ a 4 − d '4 1 2⋅ ⋅ 1 ' 3 32 + ⋅ d 2 a 1 3
=
16040 π (35 + 2 ⋅ 3)4 − 354 2⋅ ⋅ + ⋅ 32 35 2 3 50
= 2,53MPa
(7.41)
(7.42)
τ v = τ 12 + τ 2 2 + τ 3 2 = 0,68 2 + 13,12 2 + 2,532 = 13,38MPa k (1) =
Re
τv
=
(7.43)
198 = 14,8 13,38
(7.44)
7.7.2. Výpočet svaru (2)
τ1 =
FRE − FA 1418,5 − 1168 = = π ⋅ (DB + 2 ⋅ a2 ⋅ cos 45°) ⋅ a2 π ⋅ (144 + 2 ⋅ 2 ⋅ cos 45°) ⋅ 2
(7.45)
= 0,27 MPa
(
)
FA ⋅ l1 + l2' − FRE ⋅ l2' 1168 ⋅ (41 + 28) − 1418,5 ⋅ 28 τ2 = = = 4 4 π (144 + 2 ⋅ 2 )4 − 144 4 π (DB + 2 ⋅ a 2 ) − DB ⋅ ⋅ 32 144 + 2 ⋅ 2 32 DB + 2 ⋅ a 2
(7.46)
= 1,24 MPa M K2
τ3 =
π (DB + 2 ⋅ a2 )4 − DB 4 2⋅ ⋅ DB + 2 ⋅ a2 32 = 0,24MPa
=
16040 π (144 + 2 ⋅ 2)4 − 1444 2⋅ ⋅ 144 + 2 ⋅ 2 32
τ v = τ 12 + τ 2 2 + τ 3 2 = 0,27 2 + 1,24 2 + 0,24 2 = 1,29MPa
k(2 ) =
Re
τv
=
198 = 153 1,29
=
(7.47)
(7.48)
(7.49)
51
8.
RÁM
Rámy obou variant navijáku tvoří svařenec z ocelových rovnoramenných L-profilů (Tab. 8.1). Svary jsou provedeny obloukovým svařováním obalovanou elektrodou. Rám navijáku varianty s elektromotorem je na obrázku 8.1 a). Rám navijáku varianty se spalovacím motorem je na obrázku 8.1 b). Obě varianty se liší z důvodů velikosti a směru otáčení pohonné jednotky. Na obrázku 8.1 jsou oba rámy zobrazeny po svaření před obrobením. Vlastní obrobení spočívá ve vyvrtání čtyř otvorů o průměru 11 mm s tolerancí H13 pro uchycení stojatých ložiskových jednotek a pohonné jednotky. Oválné otvory pro uchycení pohonné jednotky jsou z důvodu možnosti napínání ozubeného řemene. Dále jsou v rámu zhotoveny díry se závity M4 pro uchycení ochranného krytu řemenového převodu společně s navíjecím bubnem a u varianty s elektromotorem pro uchycení krytu měniče. V přední a zadní straně základny jsou vyvrtány otvory o průměru 12 mm s tolerancí H14 pro uchycení navijáků k zemi. Oba rámy jsou opatřeny ochranným nátěrem černé barvy.
Tab.8.1: Rovnoramenný L-profil 35x35x4. [20].
52
a)
b) Obr. 8.1: a) Rám navijáku pro variantu s elektromotorem b) Rám navijáku pro variantu se spalovacím motorem
9.
Ochranné kryty
Na obrázku 9.1 je zobrazen ochranný kryt navijáku varianty s elektromotorem, který tvoří tvarově ohnutý vrch a dva boky s chladícími otvory z plechu tloušťky 1 mm dle ČSN 42 5301 [7], které jsou vzájemně bodově svařeny. Kryt má obruby s otvory o průměru 4,5H13 pro upevnění na rám navijáků. Ve vrchní části krytu je zhotoven obdélníkový otvor, olemován kluzným vedením BELTPLAST (Obr. 9.2) [21], které je ke krytu připevněno dvanácti šrouby do plechu St2,9 se zápustnou hlavou.
Obr. 9.1: Ochranný kryt navijáku s elektromotorem
53
Obr. 9.2: Kluzné vedení BELTPLAST. [21]
Na obrázku 9.3 je zobrazen ochranný kryt frekvenčního měniče, který je vytvořen ohnutím z plechu tloušťky 1 mm a v rozích zevnitř svařen, opatřen chladícími otvory a dvanácti otvory o průměru 4,5H13 pro připojení k rámu navijáku. Kryt měniče je opatřen červeným ochranným nátěrem.
Obr. 9.3: Kryt frekvenčního měniče.
Na obrázku 9.4 je zobrazen ochranný kryt řemenového převodu a navíjecího bubnu varianty se spalovacím motorem, který tvoří vrchní ohnutá část a dva boky, z nichž je jeden tvarován podle ozubeného převodu. Vše z plechu tloušťky 1mm dle ČSN 42 5301 [7]. Jednotlivé části jsou bodově svařeny. V obrubách krytu je vyvrtáno 18 děr o průměru 4,5H13 pro připevnění krytu k rámu navijáku. V přední části krytu je zhotoven obdélníkový otvor pro průchod silonového vlasce, který vymezuje jeho polohu. Tento otvor je olemován kluzným vedením BELTPLAST (obr. 9.2)[21], které je připevněno dvanácti šrouby do plechu průměru St2,9 se zápustnou hlavou.
54
Obr. 9.4: Ochranný kryt navijáku se spalovacím motorem
V případě sériové výroby by se ochranné kryty mohly vyrábět celé z plastů, popřípadě laminovat. U tohoto provedení by nebylo třeba kluzného vedení BELTPLAST.
55
10. ZÁVĚR V této bakalářské práci jsem navrhnul dva navijáky pro vzlety kluzáků do maximálního rozpětí křídel 5m, hmotnosti 8kg a maximální rychlosti navíjení 17 m.s-1, a to s elektromotorem a se spalovacím motorem. Varianta se spalovacím motorem (obr. 10.1) má jako pohonnou jednotku upravenou motorovou pilu značky STIHL o výkonu 4kW.
Obr. 10.1: Naviják se spalovacím motorem
Varianta s elektromotorem (obr. 10.2) má jako pohonnou jednotku trojfázový asynchronní elektromotor značky SIEMENS s o výkonu 3,8kW, jehož otáčky jsou řízeny frekvenčním měničem Micromaster MM420-150/3. Vlastní ovládání je provedeno externím ovládacím panelem s potenciometrem.
56
Obr. 10.2: Naviják s elektromotorem Jako tažný prvek jsem zvolil silonový vlasec o průměru 1,1mm a délce 410 metrů, který je vhodnější a používanější než ocelové lano, především pro svůj bezúdržbový provoz, pružnost a menší citlivost na mechanické porušení při provozu na různých plochách. Kluzák by při této délce silonového vlasce a bezvětří měl dosáhnout minimální výšky 134m, ale tato výška je silně proměnlivá a závisí na mnoha faktorech. Na obrázku 10.3 je zobrazen navíjecí buben. Navíjecí část tvoří ocelová bezešvá trubka o účinném průměru 144mm. Buben je uložen ve dvou stojatých ložiskových jednotkách výrobce SKF. Přenos kroutícího momentu zprostředkovává převod ozubeným řemenem od společnosti Continetal Contitech. Hnané ozubená řemenice ( velikost dle varianty pohonu) přenáší kroutící moment na hřídel bubnu prostřednictvím těsného pera. Silonový vlasec je na bubnu uchycen tak, že se jeden jeho konec provleče otvorem o průměru 1,5mm v čele bubnu u volného konce a na konci se vytvoří suk. Při odmotávání musí na bubnu zůstat minimálně 5 závitů. Na navíjecím bubnu jsem provedl statický a dynamický výpočet ve vybraných a pro mě rizikových místech, kde by mohlo vzniknout porušení. 57
Nejmenší hodnota bezpečnosti 2,63 je v místě nejvyššího ohybového momentu při dynamickém zatížení. Toto místo je pod hnanou ozubenou řemenicí. Dále jsem provedl výpočet svarů, které spojují čela s bezešvou trubkou a čela s hřídelemi. Svary mají větší bezpečnost než 1.
Obr. 10.3: Navíjecí buben
58
11. SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ [1]
Ministerstvo dopravy ; zákon o civilním letectví [online].[cit. 2010-04-10]. Dostupné z WWW:
[2]
KDÉR, František. Učebnice sportovního letce. Praha: Naše vojsko, 1980. 440 s. 28-017-80.
[3]
Řízení letového provozu ; předpis ICAO Annex L1 [online]. [cit. 2010-04-10]. Dostupné z WWW:
[4]
JÍRA, Radoslav. Aerodynamika a mechanika letu pro plachtaře. Praha: Naše vojsko, 1963. 272 s. 28-131-63-05/112
[5]
JESINA, Zdenek. Speedline [online]. [cit. 2010-04-10]. Production of composite models. Dostupné z WWW:
[6]
Elis - ocelová lana a vázací prostředky ; ocelová lana[online]. [cit.2010-04-10]. Dostupné z WWW:
[7]
SVOBODA, Pavel; Brandejs, Jan; Prokeš, František. Výběr z norem pro konstrukční cvičení. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2006. 223 s. ISBN 80-7204-465-6.
[8]
STIHL ; Motorové pily pro lesnictví [online]. [cit. 2010-04-10]. Dostupné z WWW: .
[9]
SIEMENS ; katalog trojfázových asynchronních motorů nakrátko řady 1LA9[online]. [cit. 2010-04-10]. Dostupné z WWW: < http://www1.siemens.cz/ad/current/ file.php?fh=35449d5977&aid=2012581>.
[10]
SIEMENS ; katalog trojfázových asynchronních motorů nakrátko řady 1LA9 EN [online]. [cit. 2010-04-10]. Dostupné z WWW: < http://www1.siemens.cz/ad/ current/file.php?fh=2c029d1e7e&aid=2012586>
[11]
SIEMENS ; MICROMASTER420 [online]. [cit. 2010-01-30]. Dostupné z WWW:
59
[12]
Ústav konstruování ; konstruování strojů-převody [online]. [cit. 2010-04-11]. Dostupné z WWW: < http://old.uk.fme.vutbr.cz/kestazeni/6C2/prednasky/ prednaska11_6c2.pdf >
[13]
RAŠA, Jaroslav, Švercl, Josef. Strojnické tabulky 1. Praha: Scientia, 2004. 753 s. ISBN 80-7183-312-6
[14]
TYMA ; Ozubené řemeny Synchroforce Supreme [online]. [cit. 2010-04-11]. Dostupné z WWW:
[15]
TYMA ; Ozubené řemenice STD s válcovou dírou [online]. [cit. 2010-04-11]. Dostupné z WWW: < http://www.tyma.cz/files/remenice/remenice-ozubene-STDstand-S8M.pdf >
[16]
FIALA, Jaromír; Bebe, Adolf; Matoška, Zdeněk. Strojnické tabulky 1. Praha: SNTL, 1990. 880 s. 04-214-89
[17]
SKF ; ložiskové jednotky, litinové těleso, zajištění stavěcím šroubem [online]. [cit. 2010-03-01]. Dostupné z WWW: < http://www.skf.com/skf/product catalogue/jsp/viewers/ProductTableViewer.jsp?presentationType=3&lang =cs&tableName=6_1_1>
[18]
JANÍČEK, Přemysl; et al. Mechanika těles ; Pružnost a pevnost I. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2004. 287 s. ISBN 80-214-2592-X
[19]
KLIMEŠ, Pavel. Části a mechanismy strojů I ; Spolehlivost, dimenzování, pružiny, poje, hřídele. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2003. ISBN 80-214-2421-4
[20]
FERONA ; typ průřezu rovnoramenného L z konstrukční oceli válcované za tepla, EN 10056, L35x35x4 [online]. [cit. 2010-04-11]. Dostupné z WWW:< http://www. ferona.cz/cze/katalog/detail.php?id=31787 >
[21]
BELTPLAST ; vodící profily [online]. [cit. 2010-04-11]. Dostupné z WWW: < http://www.beltplast.cz/cs/vodici-profily >
60
12. SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ Veličina a ad aE ah aL as a2 a3 A b bd bor C C0 d dd dh dl dp dR dRP d1 d1‘ d3 d4 D DB DBL Dp1 Dp2E Dp2S Ds f
Název
Jednotka
faktor pro výpočet součinitele povrchu šířka drážky na hřídeli osová vzdálenost, varianta s elektromotorem Heywoodův parametr koeficient pro bodový styk-kuličkové ložisko osová vzdálenost, varianta se spalovacím motorem výška svarového trojúhelníku výška svarového trojúhelníku šířka ložiskové jednotky šířka pera šířka drážky v náboji šířka ozubeného řemene statická únosnost dynamická únosnost malý průměr drážkování průměr kružnice zápichu jmenovitý průměr díry vnitřního kroužku průměr silonového vlasce průměr hřídele pro uložení hnané ozubené řemenice průměr hřídele v místě působení nejvyššího ohybového momentu průměr hřídele ovlivněn drážkou pro pero v místě působení nejvyššího ohybového momentu průměr silonu výpočtový průměr svaru v místě (1) průměr hřídele v místě 3 průměr hřídele v místě 4 velký průměr drážkování vnější průměr obrobeného navíjecího bubnu průměr navíjecího bubnu s plně navinutou délkou silonu průměr roztečné kružnice hnací ozubené řemenice průměr roztečné kružnice hnané ozubené řemenice varianty s elektromotorem průměr roztečné kružnice hnané ozubené řemenice varianty se spalovacím motorem střední průměr drážkování zkosení
61
[MPa] [mm] [mm] [MPa] [-] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [kN] [kN] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm]
f‘ FA FB FL Fp FRE FREx FREy FRE1 FRE2 FRS FRSx FRSy FRS1 FRS2 Ft Ftp F1E F1S h H H1 i iskut k ka kb kb3 kb4 kc kC kC3 kC4 kd ke kf kk
účinná plocha drážky síla ve vazbě A síla ve vazbě B síla v laně síla předpětí v pásu výsledná síla působící na hřídel navíjecího bubnu, varianta s elektromotorem síla působící ve směru osy x (vodorovně) na hřídel navíjecího bubnu, varianta s elektromotorem síla působící ve směru osy y (svisle) na hřídel navíjecího bubnu, varianta s elektromotorem síla ve volné větvi, varianta s elektromotorem síla v tažné větvi, varianta s elektromotorem výsledná síla působící na hřídel navíjecího bubnu, varianta se spalovacím motorem síla působící ve směru osy x (vodorovně) na hřídel navíjecího bubnu, varianta se spalovacím motorem síla působící ve směru osy y (svisle) na hřídel navíjecího bubnu, varianta se spalovacím motorem síla ve volné větvi, varianta se spalovacím motorem síla v tažné větvi, varianta se spalovacím motorem síla působící na bok zubu drážkování síla působící na bok drážky pera síla na hnací ozubené řemenici, varianta s elektromotorem síla na hnací ozubené řemenici, varianta se spal.motorem výška pera výška ložiskové jednotky osová výška hřídele od dosedací plochy převodový poměr skutečný převodový poměr provozní součinitel předpětí součinitel povrchu součinitel velikosti součinitel velikosti v místě 3 součinitel velikosti v místě 4 součinitel zatížení celková bezpečnost celková bezpečnost v místě 3 celková bezpečnost v místě 4 součinitel teploty součinitel spolehlivosti součinitel dalších vlivů koeficient bezpečnosti 62
[mm2] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [mm] [mm] [mm] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-]
k(1) k(2) kσ kτ kσ3 kτ3 kσ4 kτ4 l l1 l1’ l2 l2‘ l3 l1min L L10A L10B MK1E MK1S MK2 MO MOmax MO3 MO4 nmax n1E n1S n2 n2skut p por pD pDd phřídel pnáboj P r rd r3 r4
bezpečnost svaru (1) bezpečnost svaru (2) bezpečnost v ohybu bezpečnost v krutu bezpečnost v ohybu v místě 3 bezpečnost v krutu v místě 3 bezpečnost v ohybu v místě 4 bezpečnost v krutu v místě 4 délka pera vzdálenost vazby A od síly FRE vzdálenost svaru (1) od síly FRE vzdálenost síly FRE od síly FL vzdálenost svaru (2) od síly FRE vzdálenost síly FL od vazby B délka drážkování délka ložiskové jednotky trvanlivost ložiska A trvanlivost ložiska B kroutící moment na hnací řemenici od kroutícího momentu na hnané řemenici, varianta s elektromotorem kroutící moment na hnací řemenici od kroutícího momentu na hnané řemenici, varianta se spalovacím motorem kroutící moment na hřídeli navíjecího bubnu od síly FL ohybový moment maximální ohybový moment ohybový moment v místě 3 ohybový moment v místě 4 maximální možné otáčky hnací ozubené řemenice otáčky elektromotoru otáčky spalovacího motoru požadované otáčky navíjecího bubnu skutečné maximální otáčky hnané řemenice stykový tlak rozteč zubů ozubeného řemene dovolený tlak dovolený tlak na boky zubů tlak na bok drážky pro pero v hřídeli tlak na bok drážky pro pero v náboji výkon zaoblení drážek zaoblení drážek poloměr zaoblení v místě 3 poloměr zaoblení v místě 4 63
[-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [hod] [hod] [Nm] [Nm] [Nm] [Nm] [Nm] [Nm] [Nm] [s-1] [s-1] [s-1] [s-1] [s-1] [MPa] [mm] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [kW] [mm] [mm] [mm] [mm]
Re Rm Rse t t1 v vobv vr vskut WO zd z1 z2E
[MPa] [MPa] [MPa] [mm] [mm] [m.s-1] [m.s-1] [-] [m.s-1] [mm3] [-] [-] [-]
β3 β4 π
mez kluzu mez pevnosti mez kluzu ve smyku hloubka drážky v hřídeli hloubka drážky v náboji maximální rychlost navíjení obvodová rychlost počet navinutých vrstev na navíjecím bubnu skutečná maximální rychlost navíjení průřezový modul v ohybu počet zubů drážkovaného hřídele počet zubů hnací ozubené řemenice počet zubů hnané ozubené řemenice, varianta s elektromotorem skutečný počet zubů hnané ozubené řemenice, varianta s elektromotorem počet zubů hnané ozubené řemenice, varianta se spalovacím motorem skutečný počet zubů hnané ozubené řemenice, varianta se spalovacím motorem úhel svírající ozubený řemen s osou x, varianta s elektromotorem úhel svírající ozubený řemen s osou x, varianta se spalovacím motorem součinitel koncentrace, namáhání na ohyb v místě 3 součinitel koncentrace, namáhání na krut v místě 3 součinitel koncentrace, namáhání na ohyb v místě 4 součinitel koncentrace, namáhání na krut v místě 4 úhel opásání hnací ozubené řemenice, varianta s elektromotorem úhel opásání hnací ozubené řemenice, varianta se spalovacím motorem součinitel vrubu v místě 3 součinitel vrubu v místě 4 Ludolfovo číslo
σamax σa3 σa4 σ ’C σ‘C3 σ‘C4 σCO
amplituda napětí od maximálního ohybového momentu amplituda napětí od ohybového momentu v místě 3 amplituda napětí od ohybového momentu v místě 4 mez únavy reálné součásti mez únavy reálné součásti v místě 3 mez únavy reálné součásti v místě 4 mez únavy vzorku
[MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa]
z2ES z2S z2SS αE αS ασ3 ατ3 ασ4 ατ4 βE βS
64
[-] [-] [-] [°] [°] [-] [-] [-] [-] [°] [°] [-] [-] [-]
σred σ1O τ τk τk3 τk4 τs τv τ1 τ2 τ3 ϖ1 ϖ2
redukované napětí ohybové napětí smykové napětí dle MSP smykové napětí od kroutícího momentu smykové napětí od kroutícího momentu v místě 3 smykové napětí od kroutícího momentu v místě 4 smykové napětí výsledné napětí ve svaru smykové napětí ve svaru napětí ve svaru vyvolané ohybovým momentem napětí ve svaru vyvolané kroutícím momentem úhlová rychlost na ozubené hnací řemenici úhlová rychlost navíjecího bubnu
65
[MPa] [kPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [kPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [s-1] [s-1]
13. SEZNAM PŘÍLOH Výkresy 1. Výkres sestavení – Elektronaviják 2. Výkres sestavení – Motorový naviják 3. Výkres svarku – Navíjecí buben
1-76479-E00 0-76479-S00 2-76479-02
66
