Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství

Infuzní pumpa vypracoval: Jan Podloucký vedoucí práce: Ing.Pavel Ždímal,CSc Obor Aplikovaná mechanika Specializace Počítačová podpora konstruování 2005

strana 3

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství

Ústav: konstruování Akademický rok: 2004/2005

ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE

pro ……Podloucký Jan……………….……………………………………………

který/která studuje v magisterském studijním programu

obor: M3905 – 04 Aplikovaná mechanika, Počítačová podpora konstruování 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 diplomové práce:

Infuzní pumpa Zásady pro vypracování:

Vypracujte návrh konstrukčního řešení včetně pevnostních a kinematických výpočtů pohybového mechanizmu infuzní pumpy. Dodávka infuzní tekutiny je realizována lineárním adapterem, kterým je prováděno plynulé stlačování pístu standardní injekční stříkačky. Lineární pohyb řešte jako důsledek pohybu ozubeného hřebene nebo pohybu matice pohybového šroubu. Vstupem do mechanizmu je rotační pohyb pohonné jednotky. Základní parametry: Injekční stříkačka 60 ml Dávkování 600 ml/hod. Vstupní otáčky 1 200 ot./min. Max. síla na píst 80 N Životnost 8 000 hod. Při návrhu je nutno uvažovat s možností ruční korekce dávkování bez přerušení pracovní funkce adapteru. Dále je nutno respektovat požadavek vysoké spolehlivosti a skutečnost, že přístroj je provozován v prostředí vyžadujícím vysoké hygienické požadavky.

strana 4

Rozsah grafických prací:

dle potřeby Rozsah průvodní zprávy:

cca 50 stran Seznam odborné literatury:

Boháček, F. Části a mechanismy strojů I.-III., VUT FSI, Brno 1997

Vedoucí diplomové práce:

Ing. Pavel Ždímal, CSc.

Termín odevzdání diplomové práce: 20.5.2005

Doc. Ing. Martin Hartl, Ph.D. ředitel ústavu

V Brně dne: 15.10.2004

Prof. Ing. Josef Vačkář, CSc. děkan FSI

strana 5

Prohlášení: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci vypracoval samostatně. Použitou literaturu a zdroje uvádím v přehledu použité literatury.

V Brně 20.5.2005

………………………………

strana 7

Poděkování: Děkuji Ing. Pavlu Ždímalovi za odborné vedení a cenné připomínky při zpracování této práce.

strana 9

Infúzní pumpa je přístroj (zdravotnický prostředek) určený k regulaci průtokům kapalin do pacienta. Infúzní pumpa umožňuje přesné a bezpečné dávkování léčiv. Slouží k podávání léků jak na nemocničních lůžkách tak na oddělení ARO, JIP, či ve vozech rychlé záchranné pomoci. Infúzní pumpy jsou vyrobeny ze špičkových komponentů a mají spolehlivý vnitřní kalibrační systém. Mezi základní vlastnosti infúzní pumpy patří nastavitelná rychlost dávkování, znázornění celkového podaného objemu infúze, změnu rychlosti dávkování bez přerušení podávání infúze.

The infusion pump is an instrument (medicical medium) specify to regulate of the flow’s liquid to the patient. The infusion pump makes exact and safe dispenting of madicaments.It uses to give medicaments in the special hospital wards or it can use ithe ambulances. The infusion pumps are made of the best components with reliable calibre’s systém. Basic qualities of The infusion pump is an adjustable speed of dispensing to illustrate whole capacity of the infusion to change speed of dispensing without discontinue of giving’s infusion.

strana 11

OBSAH OBSAH ..................................................................................................................11 PŘEHLED POUŽITÝCH VELIČIN.......................................................................13 1 ÚVOD ............................................................................................................15 2 LITERÁRNÍ REŠERŽE – INFUZNÍ PUMPA ................................................15 2.1 Důležité definice: ....................................................................................15 2.2 Infúzní pumpa - zadání ............................................................................16 2.2.1 Základní parametry..............................................................................16 3 NÁVRH PŘEVODU (VOLBA PŘEVODU)...................................................17 3.1 Kinematický výpočet...............................................................................18 3.1.1 Korunované kolo stojí .........................................................................18 3.1.2 Korunované kolo se otáčí ....................................................................19 3.1.3 Centrální kolo stojí ..............................................................................20 3.2 Určení převodu ze vstupních parametrů...................................................21 3.2.1 Základní parametry:.............................................................................21 3.2.2 Volba materiálu pastorku hřebene........................................................22 3.2.3 Volba materiálu ostatních členů převodu .............................................22 3.2.4 Návrhový výpočet modulu...................................................................22 3.2.4.1 Určení modulu pastorku hřebene..................................................22 3.2.4.2 Určení modulu ostatních členů.....................................................23 3.2.5 Vypočet základních rozměrů pastorku hřebene: ...................................24 3.3 Volba počtu zubů planetového mechanismu ............................................25 3.3.1 Výpočet poměru počtu zubů uc ............................................................27 4 VÝPOČET GEOMETRIE ČELNÍHO SOUKOLÍ...........................................27 4.1 Geometrie centrálního kola......................................................................27 4.2 Geometrie satelitu 4.................................................................................28 4.3 Geometrie satelitu 3.................................................................................29 4.4 Geometrie korunového kola (vnitřní ozubení)..........................................30 4.5 Geometrie pastorku hřebene ....................................................................31 5 URČENÍ ZÁKLADNÍCH PARAMETRŮ ......................................................32 5.1 Určení základních parametrů výstupního pastorku...................................32 5.2 Určení základních parametrů vstupního pastorku.....................................32 5.3 Určení základních parametrů unášeče ......................................................33 5.4 Určení základních parametrů satelitu S4 ...................................................34 5.5 Určení základních parametrů satelitu S3 ...................................................35 5.6 Určení základních parametrů korunového kola ........................................35 5.7 Posouzení účinnosti převodu ...................................................................35 6 PEVNOSTNÍ KONTROLA PŘEVODU.........................................................36 6.1 Pevnostní kontrola centrálního kola a satelitu S4 ......................................36 6.1.1 Kontrola únavy v dotyku .....................................................................36 6.1.2 Kontrolní výpočet statické únosnosti v dotyku.....................................36 6.1.3 Kontrola únavy v ohybu ......................................................................37 6.1.4 Kontrolní výpočet statické únosnosti v ohybu ......................................37 6.2 Pevnostní kontrola korunového kola a satelitu S3 .....................................38 6.2.1 Kontrola únavy v dotyku .....................................................................38 6.2.2 Kontrolní výpočet statické únosnosti v dotyku.....................................38 6.2.3 Kontrola únavy v ohybu ......................................................................39 6.2.4 Kontrolní výpočet statické únosnosti v ohybu ......................................39

strana 12

6.3 Pevnostní kontrola výstupního pastorku.................................................. 40 6.3.1 Kontrola únavy v dotyku..................................................................... 40 6.3.2 Kontrolní výpočet statické únosnosti v dotyku .................................... 40 6.3.3 Kontrola únavy v ohybu...................................................................... 41 6.3.4 Kontrolní výpočet statické únosnosti v ohybu ..................................... 41 6.4 Návrh nejmenších průměrů hřídelů ......................................................... 41

NÁVRH JEDNOTLIVÝCH ČÁSTÍ ............................................................... 43 7.1 Vstupní hřídel s pastorkem...................................................................... 43 7.2 Dvojitý satelit ......................................................................................... 44 7.3 Korunové kolo ........................................................................................ 44 7.4 Unášeč.................................................................................................... 45 8 SESTAVENÍ JEDNOTLIVÝCH ČÁSTI MECHANISMU............................. 46 8.1 Převodová skříň ...................................................................................... 46 8.2 Uložení hřebene...................................................................................... 47 8.2.1 Zabránění zablokování adaptéru.......................................................... 49 8.3 Uchycení injekční stříkačky.................................................................... 49 9 RUČNÍ KOREKCE........................................................................................ 50 9.1 Volba parametrů pro šnekový převod...................................................... 51 9.1.1 Stanovení počtu zubů šnekového kola z převodového poměru i7,6 ....... 51 9.1.2 Volba materiálů u šnekového soukolí................................................. 51 9.1.3 Návrh modulu šnekového soukolí ....................................................... 51 9.1.4 Výpočet roztečné osové vzdálenosti.................................................... 52 9.2 Geometrie šneku ..................................................................................... 52 9.3 Geometrie šnekového kola...................................................................... 52 9.4 Výpočet silových poměrů u šnekového soukolí....................................... 53 9.4.1 Obvodové síly..................................................................................... 53 9.4.2 Axiální síly ......................................................................................... 53 9.4.3 Radiální síly........................................................................................ 53 9.5 Pevnostní výpočet šnekového soukolí ..................................................... 54 9.5.1 Kontrola bezpečnosti vůči tvorbě pittingu a vůči zadírání.................... 54 9.5.2 Bezpečnosti proti tvorbě pittingu: ....................................................... 54 9.5.3 Bezpečnost proti zadírání: ................................................................... 54 9.5.3.1 Kontrola bezpečnosti proti únavovému lomu (ohyb).................... 55 9.6 Zabezpečení proti samootočení ............................................................... 55 10 CELKOVÝ NÁHLED.................................................................................... 58 11 CELKOVÉ UCHYCENÍ ................................................................................ 59 11.1 Celkové rozměry .................................................................................... 60 12 POUŽITÁ LOŽISKA..................................................................................... 60 13 ZÁVĚR .......................................................................................................... 61 14 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ......................................................... 61 7

strana 13

PŘEHLED POUŽITÝCH VELIČIN0 bwf bwh d1 d2 ff fh mn n z1 σF σ Flimb σ Flimb1 σ Flimb2 σ Fmax σ FP σ FPmax σ FSt σH σ 0Hlim σ Hlim1 σ Hlim2 σ Hmax σ HO σ HP σ Hpmax Ft Ft1 Kλ KAS KF KFν KF α KF β KH KHν KH α KH β Rα Rp0,2 SFmin SHmin

Přehled použitých veličin

pracovní (aktivní) šířka ozubení pro výpočet na ohyb pracovní (aktivní) šířka ozubení pro výpočet na dotyk průměr roztečné kružnice pastorku průměr roztečné kružnice kola pomocný součinitel pro výpočet modulu ozubení pomocný součinitel pro výpočet roztečné kružnice pastorku normální modul převodové číslo ozubeného převodu počet zubů pastorku chybové napětí v nebezpečném průřezu paty zubu mez únavy v ohybu mez únavy v ohybu pastorku (stanovená z σ Flimb1) mez únavy v ohybu kola (stanovená z σ Flimb2) největší místní ohybové napětí v patě zubu přípustné napětí v ohybu přípustné napětí v ohybu při největším zatížení (silou F) pevnost ohybu při největším zatížení napětí v dotyku (Hertzův tlak) ve valivém bodě mez únavy v dotyku mez únavy v dotyku pastorku ( stanovená z σ Hlim1) mez únavy v dotyku kola ( stanovená z σ Hlim2) největší napětí v dotyku vzniklé působením síly F napětí v dotyku při ideálním zatížení (při KH = 1,0) přípustné napětí v dotyku (přípustný Hertzův tlak) přípustné napětí v dotyku při největším zatížení (silou F) obvodová síla působící v čelním řezu na roztečné kružnici obvodová síla působící na roztečné kružnici odpovídající 1. stupni zatížení součinitel vnějších dynamických sil součinitel vnějších dynamických sil součinitel přídavných zatížení (pro výpočet na ohyb) součinitel vnitřních dynamických sil (pro výpočet na ohyb) součinitel podílu zatížení jednotlivých zubů součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubů po šířce součinitel přídavných zatížení (pro výpočet na dotyk) součinitel vnitřních dynamických sil (pro výpočet na dotyk) součinitel podílu zatížení jednotlivých zubů součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubů po šířce výrazná mez kluzu smluvní mez kluzu nejmenší hodnota součinitele bezpečnosti proti vzniku únavového lomu v patě zubu nejmenší hodnota součinitele bezpečnosti proti vzniku únavového poškození boků zubů

mm mm mm mm mm MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa Mpa N N MPa MPa -

strana 14

T1 T2 VHV YFS Yβ Yt ZE ZH ZR Zt

krouticí moment na pastorku krouticí moment na kole tvrdost povrchu (boku) zubu součinitel tvaru zubu a koncentrace napětí součinitel sklonu zubu součinitel vlivu záběru profilu (pro výpočet na ohyb) součinitel mechanických vlastností materiálu (spolu zabírajících ozubených kol) součinitel tvaru spolu zabírajících zubů součinitel výchozí drsnosti boků zubů (před záběhem) součinitel součtové délky dotykových křivek boků zubů

Nmm Nmm HV -

strana 15

1

ÚVOD

1

Infúzní pumpa je přístroj (zdravotnický prostředek) určený k regulaci průtokům kapalin do pacienta. Infúzní pumpa umožňuje přesné a bezpečné dávkování léčiv. Slouží k podávání léků jak na nemocničních lůžkách tak na oddělení ARO, JIP, či ve vozech rychlé záchranné pomoci. Infúzní pumpy jsou vyrobeny ze špičkových komponentů a mají spolehlivý vnitřní kalibrační systém. Mezi základní vlastnosti infúzní pumpy patří nastavitelná rychlost dávkování, znázornění celkového podaného objemu infúze, změnu rychlosti dávkování bez přerušení podávání infúze. Cílem diplomové práce je vypracovat návrh konstrukčního řešení pohybového mechanismu infúzní pumpy. Dodávka infúzní tekutiny bude realizována lineárním adaptérem, kterým je prováděno plynulé stlačování pístu standartní injekční stříkačky. Lineární pohyb je řešen jako důsledek ozubeného hřebene. V návrhu je zahrnut požadavek na ruční korekci dávkování bez přerušení pracovní funkce adaptéru a dále i snaha o vysokou spolehlivost s ohledem na prostředí, ve kterém má být přístroj provozován. Ve své práci se snažím zachytit všechny fáze konstrukčního řešení včetně kinematických a pevnostních výpočtů pohybového mechanismu infúzní pumpy. Tato práce svým obsahem nahlíží na konstrukci infúzní pumpy z pohledu prototypu pro jehož uplatnění v praxi by bylo třeba dalšího zkoušení.

2

LITERÁRNÍ REŠERŽE – INFUZNÍ PUMPA

2

Infúzní pumpa je přístroj (zdravotnický prostředek) určený k regulaci průtoku kapalin do pacienta při přetlaku vyvozeném čerpadlem. Podle charakteru provozu jsou infúzní pumpy určeny: • • • • •

pouze pro trvalý průtok infuze, pouze pro přerušovaný průtok, kombinace obou předcházejících způsobů v jednom přístroji, pro diskrétní podání, tzv. profilová pumpa.

2.1 Důležité definice: volumetrická infuzní pumpa - pumpa, u které je rychlost dávkování nastavena obsluhou a indikována jako objem za jednotku času, kapková infuzní pumpa - pumpa, u které je rychlost dávkování nastavena obsluhou a indikována jako počet kapek za jednotku času, stříkačková pumpa - přístroj pro řízenou infuzi kapalin do pacienta pomocí jedné nebo více stříkaček pro jedno použití nebo pomocí podobných kontejnerů, kde je rychlost dávkování nastavena obsluhou a indikována jako objem za jednotku času,

2.1

strana 16

ambulantní infuzní pumpa - přístroj určený k řízené infuzi kapalin do pacienta a k trvalému nošení pacientem, profilová infuzní pumpa - přístroj určený k řízené infuzi kapalin do pacienta naprogramovanou řadou rychlostí dávkování, infuzní souprava - prostředek vedoucí kapalinu ze zdroje přes přístroj k pacientovi.

Obr. 2.1 Příklad infúzní pumpy

Obr. 2.2 Příklad infúzní pumpy

Obr. 2.3 Příklad infúzní pumpy 2.2

2.2 Infúzní pumpa - zadání • Vypracujte návrh konstrukčního řešení včetně pevnostních a kinemat. výpočtů mechanizmu infúzní pumpy • Dodávka infúzní tekutiny je realizována lineárním adapterem, kterým je prováděno plynulé stlačování pístu standartní injekční stříkačky. • Lineární pohyb řešte jako důsledek pohybu ozubeného hřebene nebo pohybu matice pohybového šroubu • Při návrhu je nutno uvažovat s možností ruční korekce dávkování bez přerušení pracovní funkce adaptéru

2.2.1

2.2.1 Základní parametry Injekční stříkačka: 60 ml Dávkování: 600 ml/hod. Vstupní otáčky: 1200 ot./hod. Max. síla na píst: 80 N Životnost: 8000 hod

strana 17

3

NÁVRH PŘEVODU (VOLBA PŘEVODU)

Jako převod infúzní pumpy je zvolen planetový mechanismus. Výhodou planetových převodů je možnost kinematických variací. Používají se pro funkci reduktorů, tak i multiplikátorů, kde se převodový poměr mění dle toho, který ze základních členů se zastaví. Této vlastnosti je využito při návrhu ruční korekce adaptérů bez zastavení chodu stroje. Další výhodou planetových mechanismů jsou podstatně menší rozměry a mají nižší hmotnost. V jednom stupni dosahují větších převodových poměrů. Pro konkrétní návrh je zvolen planetový mechanismus s dvojitým satelitem a pevným korunovaným kolem.

Obr. 3.1 Kinematické schéma

1 – Centrální kolo, vstupní otáčky 2 – Pevné korunové kolo 3 – První satelit 4 – Druhý satelit U - Unášeč H – Pastorek pohánějící ozub. hřeben

3

strana 18

3.1

3.1 Kinematický výpočet

3.1.1

3.1.1 Korunované kolo stojí

Obr. 3.2 Kinematické schéma

Kinematický rozbor: A: 61 = 41 = 42 + 21 C: 31 = 32 + 21 = 0 (odvalování) A: v61A = v41A = v42A + v21A C: 0 = v32C + v21C v61A = - v42A + v21A 0 = v32C + v21C

ω 61 · r6 = - ω 32 · r4 +ω 21 · r5 0 = ω 32 · r3 + ω 21 · r5 0 = ω 42 = · r3 + ω 21 · r5

ω 32 = ω 42 ; r5 = r6

⇒

r4  1 - ω 42 · r3 = ω 21 · r5 / ·  −   r3   ω 21 ⋅ r 5  ω 42 = −    r3  +

r3

+

strana 19

 ω 21 ⋅ r 5  ω 61 · r6 = −  −  · r4 + ω 21 · r6 r3    ω 21 ⋅ r 5  1 ω 61 · r6 = −   + ω 21 · r6 / ·  r3  r6 ω 61 = ω 21  r 5 ⋅ r 4  + ω 21  r3 ⋅ r6  ω 61 = ω 21  r 5 ⋅ r 4 + 1  r3 ⋅ r 6  ic = kde:

ω 61 r5 ⋅ r 4 =1+ ω 21 r3 ⋅ r 6 ω [s-1] - úhlová rychlost v [m/s] - obvodová rychlost r [mm] - poloměr

3.1.2 Korunované kolo se otáčí

Obr. 3.3 Kinematické schéma

Kinematický rozbor: A: 61 = 41 = 42 + 21 C: 51 = 31 = 32 + 21

3.1.2

strana 20

A: v61 = v41 = v42 + v21 C: v51 = v31 = v 32 + v21 v61A = - v42A + v21A v51C = v32C + v21C ω 61 · r6 = - ω 42 · r4 +ω 21 · r6

⇒

ω 51 · r6 = ω 32 · r3 +ω 21 · r5 r6 ω 51 · r5 = (ω 21 - ω 61 ) · · r3 +ω 21 · r5 r4 r 6 ⋅ r3 ω 51 = (ω 21 - ω 61 ) · +ω 21 r 4 ⋅ r5 kde:

3.1.3

ω 42 = (ω 21 - ω 61 ) ·

r6 r4

(ω 32 = ω 42 )

ω [s-1] - úhlová rychlost v [m/s] - obvodová rychlost r [mm] - poloměr

3.1.3 Centrální kolo stojí Kinematický rozbor: A: 61 = 41 = 42 + 21 = 0 C: 51 = 31 = 32 + 21 A: v61A = v41A = v42A + v21A=0 C: v51C = v32C + v21C 0 = - v42A + v21A v51C = v32C + v21C 0 = - ω 42 · r4 +ω 21 · r6 ω 51 · r5 = ω 32 · r3 + ω 21 · r5

⇒ ω 42 · r4 = ω 21 · r6 (ω 32 = ω 42 )

r6 · r3 · ω 21 · r5 r4 ω 51 = ω 21 ·  r 6 ⋅ r 3 + 1  r 4 ⋅ r5  ω 51 r 6 ⋅ r3 =1+ ω 21 r 4 ⋅ r5

ω 51 · r5 = ω 21

Pozn. Vektory rychlosti jsou kolmé k rovině nákresny. Základní směr volíme a) vektory rychlosti vstupující z roviny nákresny b) vektory, jejichž orientace směřuje z leva do prava

strana 21

3.2 Určení převodu ze vstupních parametrů

3.2

3.2.1 Základní parametry:

3.2.1

Injekční stříkačka 60m Dávkování 600 ml/hod. Vstupní otáčky 1 200 ot./hod. = 20 ot./min. Maximální síla na píst 80 N Životnost 8 000 hod.

Obr. 3.4 Injekční stříkačka ve stlačeném stavu

Obr. 3.5 Injekční stříkačka v maximální délce

Obr. 3.6 Injekční stříkačka s 60ml tekutiny

Dávkování 600 ml/hod. = 600 ml/60 min. = 10 ml/min. Jedna injekční stříkačka 60 ml za 6 minut. K vyprázdnění této stříkačky je třeba posuv ozubeného hřebene o délku l = 97 mm Protože neznáme výstupní krouticí moment Mk a ani výstupní úhlovou rychlost ω , zvolíme základní parametry pastorku pohánějící ozubený hřeben.

strana 22

3.2.2

3.2.2 Volba materiálu pastorku hřebene 12 020 konstrukční ocel, uhlíková k cementaci, cementovaná kalená mez pevnosti v tahu Rm = 495 MPa mez kluzu v tahu Re = 295 MPa 0 mez únavy v dotyku σ Hlim = 1220MPa mez únavy v ohybu σ0Flim = 500 MPa tvrdost v jádře zubu JHV = 155 tvrdost v boku zubu VHV = 650 ÷720

3.2.3

3.2.3 Volba materiálu ostatních členů převodu Volba materiálu satelitů, korunového kola a pastorku vstupního hřídele 12 050 konstrukční ocel, zušlechtěno mez pevnosti v tahu Rm = 640 MPa mez kluzu v tahu Re = 390 MPa 0 mez únavy v dotyku σ Hlim = 520MPa mez únavy v ohybu σ0Flim = 410 MPa tvrdost v jádře zubu JHV = 200 tvrdost v boku zubu VHV = 650 ÷720

3.2.4

3.2.4 Návrhový výpočet modulu

3.2.4.1

3.2.4.1 Určení modulu pastorku hřebene Stanovení roztečného průměru d1 z podmínky dotykové únosnosti a modul mn z podmínky ohybové únosnosti Volíme: z1 = 17 d 6,393 d1 = m n ⋅ z1 ⇒ m n = 1 = = 0,376mm z1 17 d1 = f H 3

K H ⋅ T1 u +1 1,5 ⋅ 0,272 4,56 + 1 ⋅ = 7703 ⋅ = 6,393mm (b WH / d 1 ) ⋅ σHP u 4,56 0,6 ⋅ 968 2 b WH / d 2 = 0,6

f H = 770 K H = K A ⋅ K Hβ = 1 ⋅ 1,5 = 1,5 σ 0 H lim ≈ σ

H lim

= 1210MPa ⇒ σ HP = 0,8 ⋅ σ H lim = 0,8 ⋅ 520 = 968MPa

T1 = Mk1 = 272 Nmm = 0,272 Nm mn = f F ⋅ 3

K F ⋅ T1 1,5 ⋅ 0,272 = 18 ⋅ 3 = 0, 285 ψ m ⋅ z1 ⋅ σ FP 20 ⋅ 17 ⋅ 300

σ 0 F lim b ≈ σ ψ m = 20

F lim b1

= 500MPa ⇒ σ FP = 0,6 ⋅ σ F lim b1 = 0,6 ⋅ 410 = 300MPa

u = u 2, H = 4,56

strana 23

kde: KF KH KA KHB σ FP [Mpa] σ HP [Mpa] (b WH / m n ) [mm] ψm fH T1 [N.m] z1

- součinitel přídavných zatížení - součinitel přídavných zatížení - součinitel pro respektování vnějších dynamických sil - součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubu - je dovolené napětí v ohybu - je dovolené napětí v dotyku - šířkový poměr - relativní výška zubu vzhledem k modulu - pomocný součinitel: pro přímé zuby fH = 770 - kroutící moment T1 =Mk1 - počet zubů pastorku

Obr. 3.7 Zabírající pastorek

Volíme normalizovaný modul m = 0,4 Minimální počet zubů pro úhel záběru α = 20° , z2 = 17 3.2.4.2

3.2.4.2 Určení modulu ostatních členů Modul pro satelity, korunové kolo, pastorek vstupní hřídele. Stanovení roztečného průměru d1 z podmínky dotykové únosnosti a modul mn z podmínky ohybové únosnosti. Výpočet modulu je vztažen na satelit, protože je nejvíce zatěžován. Volíme: zs = 22 d s = m n ⋅ zs ⇒ m n = ds = fH 3 f H = 770

d s 7,201 = = 0,327 mm zs 22

K H ⋅ Ts u +1 1,5 ⋅ 0,048 5,4 + 1 ⋅ = 7703 ⋅ = 7,201mm (b WH / d s ) ⋅ σHP u 0,6 ⋅ 416 2 5, 4 b WH / d 2 = 0,6

u = 5, 4

K H = K A ⋅ K Hβ = 1 ⋅1,5 = 1,5

strana 24

σ 0 H lim ≈ σ

H lim

= 520MPa ⇒ σ HP = 0,8 ⋅ σ H lim = 0,8 ⋅ 520 = 416MPa

Ts = Mks = 48,448 Nmm = 0,048 Nm

mn = fF ⋅ 3 σ 0 F lim b ≈ σ ψ m = 20

1,5 ⋅ 0,048 K F ⋅ Ts = 0,157 = 18 ⋅ 3 20 ⋅ 22 ⋅ 246 ψm ⋅ z s ⋅ σ FP F lim b1

= 410MPa ⇒ σ FP = 0,6 ⋅ σ F lim b1 = 0,6 ⋅ 410 = 246MPa

Výsledný normalizovaný modul m = 0,4 Volíme m = 0,8 z důvodů velikosti injekční stříkačky kde: KF KH KA KHB σ FP [Mpa] σ HP [Mpa] (b WH / m n ) [mm] ψm fH Ts [N.m] zs

- součinitel přídavných zatížení - součinitel přídavných zatížení - součinitel pro respektování vnějších dynamických sil - součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubu - je dovolené napětí v ohybu - je dovolené napětí v dotyku - šířkový poměr - relativní výška zubu vzhledem k modulu - pomocný součinitel: pro přímé zuby fH = 770 - kroutící moment Ts =Mks - počet zubů satelitu

Modul m = 0,8 volíme i pro ostatní členy mechanismu

3.2.5

3.2.5 Vypočet základních rozměrů pastorku hřebene: d = m · z = 0,4 · 17 = 6,8 mm d a = d + 2ha = m · z + 2m = 7,6 mm d f = m · z – 2hf = m · z – 2,5 m= 5,8 mm p = π · 0,4 = 1,257 mm o = p · z = 21,369 mm d - průměr roztečné kružnice d - průměr hlavové kružnice d - průměr patní kružnice h - výška paty zubu h - výška hlavy zubu p - rozteč na roztečné kružnici o - obvod na roztečné kružnici

strana 25

Potřebný počet otáček pastorku nutný ke stlačení celého objemu injekční stříkačky o objemu 60 ml získáme ze vztahu: n2 = l o

kde

=

l 97 = p.z 21,369

4,5393 ot /6 min.

=

l - délka posuvu ozubeného hřebene potřebná ke stlačení stříkačky o - obvod pastorku na roztečné kružnici n2 = 4,540 ot./6 min. = 0,756 ot./min.

Celkový převodový poměr mechanismu získáme: ic =

n1 = 26,436 n2

3.3 Volba počtu zubů planetového mechanismu

Obr. 3.8 Základní kinematické schéma

Dáno: ic = 26,428 Volíme: m = 0,8 Především z důvodu odpovídající velikosti vzhledem k velikosti injekční stříkačky volíme modul celého převodu m = 0,8. z6 = 17 z3 = 22

r6 = 6,8 mm r3 = 8,8 mm

3.3

strana 26

ic = 1 +

r5 ⋅ r 4 r3 ⋅ r6

r5 ⋅ r 4 = 25,438 r3 ⋅ r6

r 3 ⋅ r 6 = 59,84 r3 + r 6 =15,6 r 5 ⋅ r 4 = 25,438 . r 3 ⋅ r 6 = 25,428 . 59,84 = 1521,61 r 5 = r6 + r3 + r4 = r4 + 15,6 r 5 ⋅ r 4 = 1521,61 r5 – r4 = 15,6

⇒

r 5 = r4 + 15,6

(15,6 + r4 ) . r4 =1521,61 r42 + 15,6 . r4 – 1521,61 = 0 D = b2 – 4.a.c = 15,62 – 4 . 1 . (- 1521,61) D = 6329,8 D = 79,56 r4 =

− b ± D − 15,6 ± 79,56 − 15,6 + 79,56 = = = 31,98 2⋅a 2 2

r4 = 32 mm r5 = 15,6 + r4 = 15,6 + 32 = 47,6 mm z4 =

2 ⋅ r4 2 ⋅ 32 = = 80 m 0,8

2 ⋅ r5 2 ⋅ 47,6 = = 119 m 0,8 z5 ⋅ z 4 Kontrola: ic = 1 + z3 ⋅ z 6 119 ⋅ 80 9520 ic = 1 + =1+ = 1 + 25,454 = 26, 454 22 ⋅ 17 374 z5 =

Souhrn: z 4 = 80 z6 = 17 z5 = 119 z3 = 22 ic - celkový převod r6 - poloměr centrálního kola na roztečné kružnici r5 - poloměr korunového kola (vnitřní ozubení) na roztečné kružnici r4 - poloměr satelitu 4 na roztečné kružnici r3 - poloměr satelitu 3 na roztečné kružnici r2 - poloměr pastorku hřebene na roztečné kružnici z6 - počet zubů centrálního kola

strana 27

z5 - počet zubů korunového kola (vnitřní ozubení) z4 - počet zubů satelitu 4 z3 - počet zubů satelitu 3 z2 - počet zubů pastorku hřebene 3.3.1

3.3.1 Výpočet poměru počtu zubů uc z 4 80 = = 4,705 z 6 17 z 119 u 5, 3 = 5 = = 5, 409 z3 22 z5 ⋅ z 4 119 ⋅ 80 9520 = 1+ uc = ic = 1 + =1+ = 1 + 25,454 = 26, 454 z3 ⋅ z 6 22 ⋅ 17 374 u 4,6 =

4

VÝPOČET GEOMETRIE ČELNÍHO SOUKOLÍ

4.1

4.1 Geometrie centrálního kola převodové číslo počet zubů modul úhel profilu jednotkové posunutí základního profilu

u = z4/z2 = 4,705 z1 = 17 m = 0,8 α = 20° x1 = 0

parametry základního profilu šířka ozubení (volíme) rozteč čelní rozteč základní rozteč výška hlavy zubu výška paty zubu výška zubu průměr roztečné kružnice

α = 20° ; ha* = 1 ; c * = 0,25 ; r f* = 0,38 b=8 p = π ⋅ m = π ⋅ 0.8 = 2,513 mm pt = p pb = p ⋅ cos α = 2,513 ⋅ cos 20° = 2,361 mm ha = m = 0,8 mm hf = 1,25m = 1,0 mm h = ha + hf = 1,8 mm d 2 = m ⋅ z1 = 0,8 ⋅ 17 = 13,6mm

průměr základní kružnic

d b 2 = d 2 ⋅ cos α = 13,6 ⋅ 0,9397 = 12,77mm

průměr hlavové kružnice

(

)

d a 2 = d 2 + 2 h *a + x 1 − ∧ y ⋅ m = 13,6 + 2 ⋅ (1 + 0 − 0 ) ⋅ 0,8 = 15,2mm průměr patní kružnice

(

4

)

d f 2 = d 2 − 2 ⋅ h *a + c * − x 1 ⋅ m = 13,6 − 2 ⋅ (1 + 0, 25 − 0 ) ⋅ 0,8 = 11,6mm

strana 28

tloušťka zubu na roztečné kružnici (v normálné rovině) π  π  s n 2 = m ⋅  + 2 ⋅ x 1 ⋅ tan α  = 0,8 ⋅  + 0  = 1, 25mm 2  2  a = 0,5 ⋅ (d1 + d 3 ) = 0,5 ⋅ (13,6 + 64 ) = 38,8mm

osová vzdálenost roztečná

a v = a + m ⋅ (x 1 + x 2 ) = 38,8 + 1,5 ⋅ (0 + 0) = 38,8mm

osová vzdálenost výrobní

osová vzdálenost ozubeného převodu

cos 20° cosα t = 38,8 ⋅ = 38,8mm cos 20° cos α tw úhel záběru invα tw = invα t = 0,0149 jednotkové posunutí ∧y=0 provozní úhel záběru αw = α 2 2 0,5 2 součinitel záběru ε = ((d a1 - d b1) ± (d a4 - d2b4)0,5 - 2aw ⋅ sin αw ) ⋅ 2pt -1 = ((231,04 - 163,07)0,5 + (4303,36 – 3616,91)0,5 – 2.38,8.sin20°).1/5,026 = 1,575 aw = a ⋅

4.2

4.2 Geometrie satelitu 4 převodové číslo počet zubů modul úhel profilu jednotkové posunutí základního profilu

u = z4/z2 = 4,705 z 4 = 80 m = 0,8 α = 20° x1 = 0

parametry základního profilu šířka ozubení (volíme) rozteč čelní rozteč základní rozteč výška hlavy zubu výška paty zubu výška zubu průměr roztečné kružnice

α = 20° ; ha* = 1 ; c * = 0,25 ; r f* = 0,38 b = 7,5 p = π ⋅ m = π ⋅ 0.8 = 2,513 mm pt = p pb = p ⋅ cos α = 2,513 ⋅ cos 20° = 2,361 mm ha = m = 0,8 mm hf = 1,25m = 1,0 mm h = ha + hf = 1,8 mm d 4 = m ⋅ z 4 = 0,8 ⋅ 80 = 64mm

průměr základní kružnic

d b 4 = d 4 ⋅ cos α = 64 ⋅ 0,9397 = 60,14mm

průměr hlavové kružnice d a 4 = d 4 + 2 h *a + x 1 − ∧ y ⋅ m = 64 + 2 ⋅ (1 + 0 − 0 ) ⋅ 0,8 = 65,6mm

(

)

průměr patní kružnice d f 4 = d 4 − 2 ⋅ h *a + c * − x 1 ⋅ m = 64 − 2 ⋅ (1 + 0, 25 − 0 ) ⋅ 0,8 = 62mm tloušťka zubu na roztečné kružnici (v normálné rovině) π  π  s n 4 = m ⋅  + 2 ⋅ x 1 ⋅ tan α  = 0,8 ⋅  + 0  = 1, 25mm 2  2  osová vzdálenost roztečná a = 0,5 ⋅ (d1 + d 3 ) = 0,5 ⋅ (13,6 + 64 ) = 38,8mm

(

)

strana 29

a v = a + m ⋅ (x 1 + x 2 ) = 38,8 + 1,5 ⋅ (0 + 0) = 38,8mm

osová vzdálenost výrobní

osová vzdálenost ozubeného převodu

cos 20° cosα t = 38,8 ⋅ = 38,8mm cos 20° cos α tw úhel záběru invα tw = invα t = 0,0149 jednotkové posunutí ∧y=0 provozní úhel záběru αw = α 2 2 0,5 2 součinitel záběru ε = ((d a1 - d b1) ± (d a4 - d2b4)0,5 - 2aw ⋅ sin αw ) ⋅ 2pt -1 = ((231,04 - 163,07)0,5 + (4303,36 – 3616,91)0,5 – 2.38,8.sin20°).1/5,026 = 1,575 aw = a ⋅

4.3

4.3 Geometrie satelitu 3 převodové číslo počet zubů modul úhel profilu jednotkové posunutí základního profilu

u = z5/z3 = 4,705 z 3 = 22 m = 0,8 α = 20° x1 = 0

parametry základního profilu šířka ozubení (volíme) rozteč čelní rozteč základní rozteč výška hlavy zubu výška paty zubu výška zubu průměr roztečné kružnice

α = 20° ; ha* = 1 ; c * = 0,25 ; r f* = 0,38 b = 7,5 p = π ⋅ m = π ⋅ 0.8 = 2,513 mm pt = p pb = p ⋅ cos α = 2,513 ⋅ cos 20° = 2,361 mm ha = m = 0,8 mm hf = 1,25m = 1,0 mm h = ha + hf = 1,8 mm d 3 = m ⋅ z 3 = 0,8 ⋅ 22 = 17,6mm

průměr základní kružnic

d b 3 = d 3 ⋅ cos α = 17,6 ⋅ 0,9397 = 16,53mm

průměr hlavové kružnice d a 3 = d 3 + 2 h *a + x 1 − ∧ y ⋅ m = 17,6 + 2 ⋅ (1 + 0 − 0 ) ⋅ 0,8 = 19,2mm

(

)

průměr patní kružnice d f 3 = d 3 − 2 ⋅ h *a + c * − x 1 ⋅ m = 17,6 − 2 ⋅ (1 + 0,25 − 0) ⋅ 0,8 = 15,6mm

(

)

tloušťka zubu na roztečné kružnici (v normálné rovině) π  π  s n 3 = m ⋅  + 2 ⋅ x 1 ⋅ tan α  = 0,8 ⋅  + 0  = 1,25mm 2  2  osová vzdálenost roztečná a = 0,5 ⋅ (d 5 − d 3 ) = 0,5 ⋅ (95,2 − 17,6 ) = 38,8mm osová vzdálenost výrobní

a v = a + m ⋅ (x 1 + x 2 ) = 38,8 + 1,5 ⋅ (0 + 0) = 38,8mm

osová vzdálenost ozubeného převodu aw = a ⋅ úhel záběru

cosα t cos 20° = 38,8 ⋅ = 38,8mm cos α tw cos 20° invα tw = invα t = 0,0149

strana 30

jednotkové posunutí ∧y=0 provozní úhel záběru αw = α 2 2 0,5 2 součinitel záběru ε = ((d a5 - d b5) ± (d a3 - d2b3)0,5 - 2aw ⋅ sin αw ) ⋅ 2pt -1 = ((9063,04 – 8002,99)0,5 - (368.64 – 273,24)0,5 – 2.38,8.sin20°).1/5,026 = 1,572

4.4

4.4 Geometrie korunového kola (vnitřní ozubení) převodové číslo počet zubů modul úhel profilu jednotkové posunutí základního profilu

u = z5/z3 = 5,409 z 5 = 119 m = 0,8 α = 20° x1 = 0

parametry základního profilu

α = 20° ; ha* = 1 ; c * = 0,25 ; r f* = 0,38

rozteč čelní rozteč základní rozteč výška hlavy zubu výška paty zubu výška zubu průměr roztečné kružnice

p = π ⋅ m = π ⋅ 0.8 = 2,513 mm pt = p pb = p ⋅ cos α = 2,513 ⋅ cos 20° = 2,361 mm ha = m = 0,8 mm hf = 1,25m = 1,0 mm h = ha + hf = 1,8 mm d 5 = m ⋅ z 5 = 0,8 ⋅ 119 = 95.2mm

průměr základní kružnic

d b5 = d 5 ⋅ cos α = 95,2 ⋅ 0,9397 = 89,45mm

průměr hlavové kružnice d a 5 = d 5 − 2 h *a + x 1 − ∧ y ⋅ m = 95, 2 + 2 ⋅ (1 + 0 − 0) ⋅ 0,8 = 93,6mm

(

)

průměr patní kružnice d f 5 = d 5 + 2 ⋅ h *a + c * − x 1 ⋅ m = 95,2 − 2 ⋅ (1 + 0, 25 − 0 ) ⋅ 0,8 = 97,2mm

(

)

tloušťka zubu na roztečné kružnici (v normálné rovině) π  π  s n 5 = m ⋅  + 2 ⋅ x 1 ⋅ tan α  = 0,8 ⋅  + 0  = 1,25mm 2  2  osová vzdálenost roztečná a = 0,5 ⋅ (d1 + d 3 ) = 0,5 ⋅ (13,6 + 64 ) = 38,8mm osová vzdálenost výrobní

a v = a + m ⋅ (x 1 + x 2 ) = 38,8 + 1,5 ⋅ (0 + 0) = 38,8mm

osová vzdálenost ozubeného převodu

cosα t cos 20° = 38,8 ⋅ = 38,8mm cos α tw cos 20° úhel záběru invα tw = invα t = 0,0149 jednotkové posunutí ∧y=0 provozní úhel záběru αw = α 2 2 0,5 2 součinitel záběru ε = ((d a5 - d b5) ± (d a3 - d2b3)0,5 - 2aw ⋅ sin αw ) ⋅ 2pt -1 = ((9063,04 – 8002,99)0,5 - (368.64 – 273,24)0,5 – 2.38,8.sin20°).1/5,026 = 1,572 aw = a ⋅

strana 31

4.5 Geometrie pastorku hřebene

4.5

z 2 = 17 m =4 α = 20° x2 = 0 * α = 20° ; ha = 1 ; c * = 0,25 ; r f* = 0,38 b=9 p = π ⋅ m = π ⋅ 0. = 1,25 mm pt = p pb = p ⋅ cos α = 2,513 ⋅ cos 20° = 1,18 mm ha = m = 0,4 mm hf = 1,25m = 0,5 mm h = ha + hf = 0,9 mm d 2 = m ⋅ z 2 = 0,8 ⋅ 17 = 6,8mm

počet zubů modul úhel profilu jednotkové posunutí základního profilu parametry základního profilu šířka ozubení (volíme) rozteč čelní rozteč základní rozteč výška hlavy zubu výška paty zubu výška zubu průměr roztečné kružnice

d b 2 = d 2 ⋅ cos α = 6,8 ⋅ 0,9397 = 6,389mm

průměr základní kružnic průměr hlavové kružnice

(

)

d a 2 = d 2 + 2 h *a + x1 − ∧ y ⋅ m = 6,8 + 2 ⋅ (1 + 0 − 0 ) ⋅ 0,4 = 7,6mm průměr patní kružnice

(

)

d f 2 = d 2 − 2 ⋅ h *a + c* − x 1 ⋅ m = 6,8 − 2 ⋅ (1 + 0,25 − 0 ) ⋅ 0, 4 = 5,8mm tloušťka zubu na roztečné kružnici (v normálné rovině)

úhel záběru jednotkové posunutí provozní úhel záběru

 π  π s n 2 = m ⋅  + 2 ⋅ x1 ⋅ tan α  = 0,4 ⋅  + 0  = 0,628mm  2  2 invα tw = invα t = 0,0149 ∧y=0 αw = α

Obr. 4.1 Pastorek s opěrným ložiskem + hřeben

strana 32 5

5.1

5

URČENÍ ZÁKLADNÍCH PARAMETRŮ

5.1 Určení základních parametrů výstupního pastorku Dáno: Ft2 = 80 N n2 = 0,756 ot./min. z2 = 17 m = 0,4 m ⋅ z 2 0, 4 ⋅ 17 r2 = = = 3,4 mm 2 2 2 ⋅ π ⋅ n 2 ⋅ π ⋅ 0,756 ω2 = = = 0,079 s-1 60 60 v 2 = ω 2 ⋅ r 2 = 0,079 ⋅ 3,4 = 0,269 mm/s Mk 2 = Ft ⋅ r = 80 ⋅ 3, 4 = 272 N.mm P 2 = Mk 2 ⋅ ω 2 = 272 ⋅ 0,0792 = 21,56 W kde: Ft2 [N] - obvodová síla na roztečném válci n2 [ot/min] - vstupní otáčky z2 [-] - počet zubu m [-] - modul r2 [mm] - poloměr roztečné kružnice v2 [mm/s] - obvodová síla Mk2 [Nmm] - kroutící moment P2 [W] - výkon ω 2 [s-1] - úhlová rychlost

5.2

5.2 Určení základních parametrů vstupního pastorku Určení základních parametrů vstupního pastorku z podmínky P1 = P2 Předpokládáme ideální bezztrátový převodový mechanismus, kde ω 1 n1 Mk 2 ic = = = ω 2 n 2 η ⋅ Mk1 η - účinnost převodu, předpoklad η =1 n1 = 1200 ot./hod. = 20 ot./min. z1 = 17 m = 0,8 m ⋅ z1 0,8 ⋅ 17 r1 = = = 6,8 mm 2 2 2 ⋅ π ⋅ n 2 ⋅ π ⋅ 20 ω1 = = = 2,094 s-1 60 60 v1 = ω 1 ⋅ r1 = 2,094 ⋅ 6,8 = 14, 242 mm/s Mk1 =

Mk 2 272 = = 10,292 N.mm ic 26, 428

strana 33

Mk1 10,292 = = 1,514 N r1 6,8 P1 = P2 = Mk1 ⋅ ω 1 = 10, 292 ⋅ 2,094 = 21,56 W Ft1 =

kde: Ft1 [N] - obvodová síla na roztečném válci n1 [ot/min] - vstupní otáčky z1 [-] - počet zubu m [-] - modul r1 [mm] - poloměr roztečné kružnice v1 [mm/s] - obvodová síla Mk1 [Nmm] - kroutící moment P1 [W] - výkon ω 1 [s-1] - úhlová rychlost 5.3

5.3 Určení základních parametrů unášeče nu = 0,756 ot./min. ru = 38,8 mm ωu = ω 2 = 0,079 s-1 vu = ωu ⋅ ru = 0,0793 ⋅ 38,8 = 3,076 mm/s Mku = Mk 2 = 272 N.mm Pu = Mku ⋅ ωu = 272 ⋅ 0,0792 = 21,56 W Mku 272 Fu = = = 7,01 N ru 38,8 kde: Ftu [N] - obvodová síla na roztečném válci nu [ot/min] - vstupní otáčky zu [-] - počet zubu ru [mm] - poloměr roztečné kružnice vu [mm/s] - obvodová síla Mku [Nmm] - kroutící moment Pu [W] - výkon -1 ωu [s ] - úhlová rychlost

Obr. 5.1 Unášeč

strana 34

Obr. 5.2 Silový plán 5.4

5.4 Určení základních parametrů satelitu S4 r 4 = 32 mm v4 14,242 ω4 = = = 0,445 s-1 r4 32 v 4 = v1 = 14,242 mm/s Mk 4 = F4 ⋅ r 4 = 1,514 ⋅ 32 = 48,448 N.mm F4 = F1 = 1,514 N P 4 = Mk 4 ⋅ ω 4 = 48,448 ⋅ 0, 445 = 21,56 W kde: Ft4 [N] - obvodová síla na roztečném válci n4 [ot/min] - vstupní otáčky z4 [-] - počet zubu r4 [mm] - poloměr roztečné kružnice v4 [mm/s] - obvodová síla Mk4 [Nmm] - kroutící moment P4 [W] - výkon ω 4 [s-1] - úhlová rychlost

strana 35

5.5 Určení základních parametrů satelitu S3

5.5

r3 = 8,8 mm ω 3 = ω 4 = 0, 445 s-1 v3 = ω 3 ⋅ r 3 = 0,445 ⋅ 8,8 = 3,916 mm/s Mk 3 = Mk 4 = 48, 448 N.mm Mk 3 48,448 F3 = = = 5,505 N r3 8,8 P3 = Mk 3 ⋅ ω 3 = 48,448 ⋅ 0,445 = 21,56 W kde: Ft3 [N] - obvodová síla na roztečném válci n3 [ot/min] - vstupní otáčky z3 [-] - počet zubu r3 [mm] - poloměr roztečné kružnice v3 [mm/s] - obvodová síla Mk3 [Nmm] - kroutící moment P3 [W] - výkon -1 ω 3 [s ] - úhlová rychlost

5.6 Určení základních parametrů korunového kola

5.6

r 5 = 47,6 mm ω 5 = 0 s-1 v5 = ω 5 ⋅ r 5 = 0 ⋅ 47,6 = 0 mm/s Mk 5 = F5 ⋅ r 5 = 5,505 ⋅ 47,6 = 262,038 N.mm F5 = F4 = 5,505 N P3 = Mk 3 ⋅ ω 3 = 0 W kde: F5 [N] - obvodová síla na roztečném válci n5 [ot/min] - vstupní otáčky z5 [-] - počet zubu r5 [mm] - poloměr roztečné kružnice v5 [mm/s] - obvodová síla Mk5 [Nmm] - kroutící moment P5 [W] - výkon ω 5 [s-1] - úhlová rychlost

5.7 Posouzení účinnosti převodu Důležitou součásti návrhu planetového převodu je posouzení jeho účinnosti,protože u některých kinematických schémat, zejména při vyšších převodových poměrech, značně klesá účinnost.Také se musí uvažovat ztráty v ozubení, ztráty v ložiskách, ztráty hydraulické a případně ventilační. Všeobecně bývá účinnost planetových převodů vyšší než účinnost obyčejných převodů. V návrhu předpokládáme účinnost rovnu jedné a zanedbáváme tření. Ve skutečnosti se dá předpokládat malý ztrátový výkon a to z důvodu přenášení malý výkonů mechanismem.

5.7

strana 36 6

6

PEVNOSTNÍ KONTROLA PŘEVODU

6.1

6.1 Pevnostní kontrola centrálního kola a satelitu S4

6.1.1

6.1.1 Kontrola únavy v dotyku Dynamická bezpečnost v dotyku:

SH =

σ H lim ⋅ Z R ≥ SH min σ HO ⋅ K H

SH min = 1,3

Centrální kolo S H1 =

σ H lim ⋅ ZR 520 ⋅ 1 = = 5,11 σ HO1 ⋅ K H 52,31 ⋅ 3,78

K H = K A ⋅ K Hβ ⋅ K Hα ⋅ K Hv = 2,1 ⋅ 1,5 ⋅ 1, 2 = 3,78

ZR = 1

Ft1 u +1 1,513 4,705 + 1 ⋅ =190 ⋅ 2,55 ⋅ 0,83 ⋅ ⋅ = 52,31MPa b w ⋅ d1 u 13,6 ⋅ 8 4,705 2 ⋅ Mk 1 2 ⋅ 10,29 Ft1 = = = 1,513N d1 13,6

σ HO1 = ZE ⋅ ZH ⋅ Zε ⋅

Satelit S4 σ H lim ⋅ Z R 520 ⋅ 1 = = 9,95 σ HO 4 ⋅ K H 26,86 ⋅ 3,78 2 ⋅ Mk 4 2 ⋅ 48,448 F4 = = = 1,514 N d4 64

SH 4 =

σ HO 4 = Z E ⋅ Z H ⋅ Zε ⋅ = 190 ⋅ 2,75 ⋅ 0,83 ⋅

6.1.2

F4 u +1 ⋅ = bw ⋅ d4 u

1,514 4,705 + 1 ⋅ = 26,86MPa 64 ⋅ 7,5 4,705

6.1.2 Kontrolní výpočet statické únosnosti v dotyku Pevnostní podmínka:

σ H max = σ HO ⋅

Ft max ⋅ K H ≥ σ HP max Ft

σ HP max = 4 ⋅ VHV = 4 ⋅ 650 = 2600 MPa

strana 37

σ H max 1 = σ HO1 ⋅ σ H max 4 = σ HO 4 ⋅

3,026 F1 max ⋅ K H = 52,31 ⋅ ⋅ 3,15 = 131,3MPa 1,513 F1 F4 max 3,028 ⋅ K H = 26,86 ⋅ ⋅ 3,15 = 67,4MPa F4 1,514

Fmax 1 = 2 ⋅ F1 = 2 ⋅ 1,513 = 3,026 N Fmax 4 = 2 ⋅ F4 = 2 ⋅ 1,514 = 3,028N 6.1.3 Kontrola únavy v ohybu

6.1.3

Dynamická bezpečnost v ohybu:

SF =

σ F lim ≥ SF min σF

SF min = 1,4

σ F lim 410 = = 200,3 σ F1 2,05 Ft1 = K A ⋅ K Fβ ⋅ K Fα ⋅ K Fv ⋅ YFS1 ⋅ Yβ ⋅ Yε = bw ⋅ mn

SF1 = σ F1

1,513 ⋅ 2,1 ⋅ 1,5 ⋅ 1, 2 ⋅ 4,1 ⋅ 0,84 ⋅ 0,6651 = 2,05MPa 8 ⋅ 0,8 0,8 0,8 pro ε p 1 ⇒ Yε = 0,2 + = 0,2 + = 0,6651 εα 1,72

=

σ F lim 410 = = 187,8 σ F4 2,18 F4 1,514 = K A ⋅ K Fβ ⋅ K Fα ⋅ K Fv ⋅ YFS2 ⋅ Yβ ⋅ Yε = ⋅ 2,1 ⋅ 1,5 ⋅ 1,2 ⋅ 3,7 ⋅ 0,84 ⋅ 0,6651 = 2,18MPa bw ⋅ mn 0,8 ⋅ 7,5

SF 4 = σ F4

6.1.4 Kontrolní výpočet statické únosnosti v ohybu Pevnostní podmínka:

σ F max = σ F ⋅

Ft max ≤ σ FP max Ft

σ FP max = 0,8 ⋅ σ Fst = 0,8 ⋅ 410 = 328MPa

6.1.4

strana 38

Fmax 1 3,026 = 2,05 ⋅ = 4,1MPa 1,513 F1 F 3,028 σ F max 4 = σ F 4 ⋅ max 4 = 2,18 ⋅ = 4,36MPa 1,514 F4 Pozn. Popis jednotlivých veličin a koeficientů se nachází v přehledu veličin σ F max 1 = σ F1 ⋅

6.2

6.2 Pevnostní kontrola korunového kola a satelitu S3

6.2.1

6.2.1 Kontrola únavy v dotyku Dynamická bezpečnost v dotyku:

SH =

σ H lim ⋅ Z R ≥ SH min σ HO ⋅ K H

SH min = 1,3

korunové kolo SH 5 =

σ H lim ⋅ ZR 520 ⋅ 1 = = 8,13 σ HO1 ⋅ K H 32,86 ⋅ 3,78

K H = K A ⋅ K Hβ ⋅ K Hα ⋅ K Hv = 2,1 ⋅ 1,5 ⋅ 1, 2 = 3,78 σ HO5 = Z E ⋅ Z H ⋅ Z ε ⋅

ZR = 1

F5 u +1 5,502 5,409 + 1 ⋅ =190 ⋅ 2,75 ⋅ 0,74 ⋅ ⋅ = 32,86MPa b w ⋅ d5 u 8 ⋅ 95,2 5,409

F5 = 5,5018 N Satelit S4 σ H lim ⋅ Z R 520 ⋅ 1 = = 2,873 σ HO 3 ⋅ K H 93,1 ⋅ 3,78 2 ⋅ Mk 3 2 ⋅ 48, 448 F3 = = = 5,502 N d3 17,6

SH 3 =

σ HO 3 = Z E ⋅ Z H ⋅ Zε ⋅

6.2.2

F3 u +1 5,502 5,409 + 1 ⋅ =190 ⋅ 2,75 ⋅ 0,83 ⋅ ⋅ = 93,1MPa b w ⋅ d3 u 8 ⋅ 17,6 5,409

6.2.2 Kontrolní výpočet statické únosnosti v dotyku Pevnostní podmínka:

σ H max = σ HO ⋅

Ft max ⋅ K H ≥ σ HP max Ft

σ HP max = 4 ⋅ VHV = 4 ⋅ 650 = 2600 MPa

strana 39

σ H max 5 = σ HO 5 ⋅

11 F5 max ⋅ K H = 32,86 ⋅ ⋅ 3,15 = 82,47MPa 5,5 F5

σ H max 3 = σ HO 3 ⋅

11 F3 max ⋅ K H = 93,1 ⋅ ⋅ 3,15 = 233,6MPa 5,5 F3

Fmax 5 = 2 ⋅ F5 = 2 ⋅ 5,502 = 11,004 N Fmax 3 = 2 ⋅ F3 = 2 ⋅ 5,502 = 11,004 N 6.2.3

6.2.3 Kontrola únavy v ohybu Dynamická bezpečnost v ohybu: SF =

σ F lim ≥ SF min σF

SF min = 1,4

σ F lim 410 = = 55,08 σ F5 7,44 F5 = K A ⋅ K Fβ ⋅ K Fα ⋅ K Fv ⋅ YFS1 ⋅ Yβ ⋅ Yε = bw ⋅ m

S F5 = σ F5

5,502 ⋅ 2,1 ⋅ 1,5 ⋅ 1, 2 ⋅ 4,1 ⋅ 0,84 ⋅ 0,6651 = 7, 44MPa 8 ⋅ 0,8 0,8 0,8 pro ε p 1 ⇒ Yε = 0,2 + = 0,2 + = 0,6651 εα 1,72

=

S F3 =

σ F lim 410 = = 57,26 σ F3 7,16

σ F3 =

F3 K A ⋅ K Fβ ⋅ K Fα ⋅ K Fv ⋅ YFS2 ⋅ Yβ ⋅ Yε = bw ⋅ m

=

5,502 ⋅ 2,1 ⋅1,5 ⋅1,2 ⋅ 3,7 ⋅ 0,84 ⋅ 0,6651 = 7,16MPa 0,8 ⋅ 7,5

6.2.4 Kontrolní výpočet statické únosnosti v ohybu Pevnostní podmínka:

σ F max = σ F ⋅

Ft max ≤ σ FP max Ft

σ FP max = 0,8 ⋅ σ Fst = 0,8 ⋅ 410 = 328MPa

6.2.4

strana 40

Fmax 5 11 = 7,44 ⋅ = 14,88MPa 5,5 F5 F 11 σ F max 3 = σ F 3 ⋅ max 3 = 7,16 ⋅ = 14,32MPa 5,5 F3 Pozn. Popis jednotlivých veličin a koeficientů se nachází v přehledu veličin σ F max 5 = σ F5 ⋅

6.3

6.3.1

6.3 Pevnostní kontrola výstupního pastorku 6.3.1 Kontrola únavy v dotyku Dynamická bezpečnost v dotyku:

SH =

σ H lim ⋅ Z R ≥ SH min σ HO ⋅ K H

SH min = 1,3

výstupní pastorek SH 2 =

1210 ⋅1 σ H lim ⋅ ZR = = 1,654 σ HO 2 ⋅ K H 376, 22 ⋅ 3,78

K H = K A ⋅ K Hβ ⋅ K Hα ⋅ K Hv = 2,1 ⋅ 1,5 ⋅ 1, 2 = 3,78 σ HO 2 = Z E ⋅ Z H ⋅ Zε ⋅

ZR = 1

F2 u +1 80 4,52 + 1 ⋅ =190 ⋅ 2,45 ⋅ 0,64 ⋅ ⋅ = 376,22MPa bw ⋅ d 2 u 9 ⋅ 6,8 4,52

F5 = 80 N 6.3.2

6.3.2 Kontrolní výpočet statické únosnosti v dotyku Pevnostní podmínka: σ H max = σ HO ⋅

σ H max 2 = σ HO 2 ⋅

Ft max ⋅ K H ≥ σ HP max Ft

σ HP max = 4 ⋅ VHV = 4 ⋅ 650 = 2600 MPa

F2 max 160 ⋅ K H = 197 ⋅ ⋅ 3,15 = 494,46MPa F2 80

Fmax 2 = 2 ⋅ F2 = 2 ⋅ 80 = 160 N

strana 41

6.3.3

6.3.3 Kontrola únavy v ohybu Dynamická bezpečnost v ohybu: SF =

σ F lim ≥ SF min σF

SF min = 1,4

σ F lim 500 = = 2,59 σ F 2 192,4 F2 K A ⋅ K Fβ ⋅ K Fα ⋅ K Fv ⋅ YFS1 ⋅ Yβ ⋅ Yε = = bw ⋅ m

SF 2 = σ F2

80 ⋅ 2,1 ⋅1,5 ⋅1,2 ⋅ 4,1 ⋅ 0,84 ⋅ 0,6651 = 192, 40MPa 9 ⋅ 0,4 0,8 0,8 pro ε p 1 ⇒ Yε = 0,2 + = 0,2 + = 0,6651 1,72 εα

=

6.3.4

6.3.4 Kontrolní výpočet statické únosnosti v ohybu Pevnostní podmínka: σ F max = σ F ⋅

Ft max ≤ σ FP max Ft

σ FP max = 0,8 ⋅ σ Fst = 0,8 ⋅ 500 = 400MPa

Fmax 2 160 = 192, 4 ⋅ = 384,8MPa F2 80 Pozn. Popis jednotlivých veličin a koeficientů se nachází v přehledu veličin σ F max 2 = σ F 2 ⋅

6.4 Návrh nejmenších průměrů hřídelů

6.4

Návrh nejmenších průměrů hřídelů z pevnostní podmínky pro krut (D1, D2). τK =

Tj WK

=

16 ⋅ Tj π ⋅ D 3j

⇒ Dj = 3

16 ⋅ Tj π ⋅τ K

Pastorek – materiál 12 050 (zušlechtěno) R e = 390MPa ; τ K = 30MPa ; Mk 1 = T1 = 10,29 Nmm D1 = 3 kde:

16 ⋅ T1 3 16 ⋅ 10,29 = = 1,2mm π ⋅τ K π ⋅ 30

strana 42

Hřídel 2 – materiál 12 020 (konstrukční ocel, cementována, kalená) R e = 390MPa ; τ K = 30MPa ; Mk 2 = T2 = 272 Nmm D2 = 3

16 ⋅ T2 3 16 ⋅ 272 = = 3,5mm π ⋅τ K π ⋅ 30

kde: R e [MPa] - mez kluzu D [mm] - průměr hřídele Mk [Nmm] - kroutící moment τ K [MPa] - dovolené napětí

Obr. 6.1 Unášeč se satelity

strana 43

7

NÁVRH JEDNOTLIVÝCH ČÁSTÍ

7

Tato kapitola obsahuje návrhy jednotlivých částí planetového mechanismu. Tyto části jsou zde vykresleny jen pro celkovou představu principu fungováni tohoto mechanismu infuzni pumpy.

7.1 Vstupní hřídel s pastorkem

Obr. 7.1 Vstupní hřídel

Obr. 7.2 Vstupní hřídel 3D pohled

7.1

strana 44

7.2

7.2 Dvojitý satelit

Obr. 7.3 Satelit 3D pohled 7.3

Obr. 7.4 Dvojitý satelit

7.3 Korunové kolo

Obr.7.5 Korunové kolo

Obr.7.6 Korunové kolo 3D pohled

strana 45

7.4

7.4 Unášeč

Obr.7.7 Unášeč

Obr.7.8 Unášeč 3D pohled

Unášeč se skládá ze dvou samostaných částí , které jsou vzájemně sešrobovány. Všechny tyto části dohromady vytvářejí planetový mechanismus infúzní pumpy. Jedná se o nejdůležitější část konstrukčního návrhu mechanismu infúzní pumpy, protože určuje výsledný převod. Převod a následná rychlost stlačování injekční stříkačky, patří mezi nejdůležitější vlastnosti infúzní (stříkačkové) pumpy. A proto této problematice byla věnována největší část konstrukčního řešení.

Obr.7.9 Planetový mechanismus

strana 46 8

8.1

8

SESTAVENÍ JEDNOTLIVÝCH ČÁSTI MECHANISMU

8.1 Převodová skříň Převodová skříň se skládá ze třech samostatných částí, ktéré jsou navzájem zešroubovány. Materiál těchto části volíme dle způsobu výroby (odlévání,obrábění). Protože adaptér má pracovat v hygienicky čisté místě je třeba povrchové úpravy materiálu skříně (např. chromování nebo ochranný nátěr). K přední části je přišroubováno ochranné víčko obsahující gufero, které zabraňuje vstupu nečistot z okolí. Unášeč je spojen s přední častí prostřednictví ložiska, které je nalisováno na unášeči. Na střední část je nalisováno ložisko obsahující korunové kolo. Je to základní část, ke které jsou přidělány obě zbývající části. Zadní část je rotační součástka. Nejdůležitější funkcí zadní časti je uložení unášeče a především zadní část obsahuje vedení, kterým prochází ozubený hřeben. V tomto místě jsou velké nároky na přesnost a kvalitu obrobení. Mazání tohoto vedení musí být zohledněno na prostředí, ve kterém lineární adaptér pracuje.

Obr.8.1 Převodová skříň

Obr.8.2 Převodová skříň

strana 47

Obr. 8.3 Celkový návrh

8.2 Uložení hřebene Hřeben je uložen v zadní části adptéru. Pohybuje se ve vyfrézované drážce. Jeho rychlost pohybu je dána převodem planetového mechanismu. Ozubený hřeben je poháněn ozubeným pastorkem unášeče. Hřeben se skládá ze tří částí. První je ozubený hřeben s modulem m = 0,4 ha hf h p zh lh

= m = 0,4 mm = 1,25. m = 0,5 mm = ha + hf = 0,9 mm = π · 0,4 = 1,257 mm = 108 = p · zh = 1,25 ·108 = 135 mm

8.2

strana 48

kde: ha hf h p zh lh

- vyška hlavy zubu - vyška paty zubu - vyška zubu - rozteč zubu - počet zubu hřebene - délka ozubení

Obr.8.4 Hřeben

Obr.8.5 Hřeben 3D pohled

Materiál ozubeného hřebene volíme 12 050 (ocel na ozubená kola), u kterého jsou pevnostní vlastnosti stejné jako u ozubeného pastorku unášeče. Další částí je vodící profil, ke kterému je ozubený hřeben přišroubován. Při sestavování musí být dohlíženo na správné lícování ozubeného hřebene a vodícího profilu. Vodící profil (např. 11600, nedochází k zatěžování ) musí být vyroben s největšími nároky na přesnost. Třetí část je přišroubována k vodícímu profilu. Tato část umožňuje stlačování injekční stříkačky.

strana 49

8.2.1 Zabránění zablokování adaptéru

8.2.1

V případě, že dojde k úplnému stlačení injekční stříkačky, mohlo by dojít k destrukci celého mechanismu. Tato možnost je vyloučena omezením počtu zubu ozubeného hřebene. Je zde podmínka, aby nedošlo k poškození, je třeba nasát do injekční stříkačky asi o mililitr tekutiny více. Na konci stlačování dojde k tomu, že se ozubený pastorek dostane ze záběru s ozubeným hřebenem a v injekční stříkačce zůstane zbytek tekutiny, která tam byla navíc. Proto nemusíme přesně odměřovat objem nasáté tekutiny. Vysvětlení: Pro podání objemu 60ml standartní injekční stříkačkou je nutno stlačit ozubený hřeben o 97mm (1ml je 1,61mm). Délce ozubení 97mm odpovídá asi 77 zubů (m = 0,4, rozteč zubu = 1,257mm). Proto, když nasajem 61ml bude tomu odpovídat délka 98,6mm. Při této délce stlačení se poslední zub hřebene dostane ze záběru a není nutno vypínat vstupní pohonou jednotku adaptéru. Dále také není nutno dohlížet nad celou infuzí.

8.3 Uchycení injekční stříkačky Stříkačka je uchycena pomocí externího uchycení, které je přišroubováno k zadní části adaptéru pomocí čtyř šroubu. Kromě uchycení má další funkci a to, opěrný bod injekční stříkačky. Působí proti pohybu ozubeného hřebene. Uchycení může být vyroben z drátu či jiného materiálu s dostatečnou pevností.

Obr. 8.6 Úchyt injekční stříkačky

8.3

strana 50

Obr. 8.7 Uchycení injekční stříkačky 9

9

RUČNÍ KOREKCE

Ruční korekce využívá vlastnosti planetového převodu. A to konkrétně vlastnosti změny převodového poměru dle toho, který ze základních členů je zastaven. Při běžném provozu stojí korunové kolo mechanismu. Při ruční korekci dojde k pohybu korunového kola a tedy ke změně převodu. Následně můžeme zrychlovat či zpomalovat chod infúze dle toho, jak rychle otáčíme korunovým kolem. Pohyb korunového kola dosahujem pohybem šnekového soukolí. Šnekové kolo je společné s kolem korunovým.

Obr. 9.1 Šnek a šnekové kolo v záběru

strana 51

9.1 Volba parametrů pro šnekový převod

9.1

počet chodů šneku z 7 = 4 součinitel průměru šneku q = 10

9.1.1 Stanovení počtu zubů šnekového kola z převodového poměru i7,6 Převodový poměr musí zajistit citlivost regulace pomocí ručního ovládání.

9.1.1

i7,6 = 33,75 z 6 = i 7, 6 ⋅ z 7 = 33,75 ⋅ 4 = 135 Výpočet poměru zubů u7,6 z 135 u 7,6 = 6 = = 33,75 z7 4 9.1.2

Volba materiálů u šnekového soukolí

9.1.2

Materiál šneku: 12 020 konstrukční ocel, uhlíková k cementaci, cementovaná kalená mez pevnosti v tahu Rm = 495 MPa mez kluzu v tahu Re = 295 MPa 0 mez únavy v dotyku σ Hlim = 1220MPa mez únavy v ohybu σ0Flim = 500 MPa tvrdost v jádře zubu JHV = 155 tvrdost v boku zubu VHV = 650 ÷720 9.1.3 Návrh modulu šnekového soukolí Volíme: mn = 0,8 Výpočet úhlu stoupání šroubovice na roztečném válci γ a výpočet průměrů roztečných kružnic d3 a d4 z7 z 4 ⇒ γ = arcsin 7 = arcsin = 21,801o sin γ q 10 d 7 = q ⋅ m n = 10 ⋅ 0,8 = 8mm q=

d6 =

mn 0,8 ⋅ z6 = ⋅ 135 = 108mm cos γ cos 21,801

9.1.3

strana 52

9.1.4

9.1.4 Výpočet roztečné osové vzdálenosti a 7,6 =

9.2

d 7 + d 6 8 + 108 = = 58mm 2 2

9.2 Geometrie šneku

par. zákl. profilu šneku

z 6 135 = = 33,75 z7 4 z7 = 4 (zvoleno) m = 0,8 q = 10 mn = m ⋅ cos γ = 0,742 α = 20° ; ha* = 1 ; c * = 0,25 ; r f* = 0,38

roztečný průměr

d 7 = q ⋅ m n = 10 ⋅ 0,8 = 8mm

hlavový průměr

d a 7 = d 7 + 2h *a ⋅ m n = 8 + 2 ⋅ 1 ⋅ 0,8 = 9,6mm

převodový poměr počet zubů modul součinitel průměru šneku normálný modul

i 6,7 =

(

)

valivý průměr

d f 7 = d 7 − 2 h *a + c* ⋅ m n = 8 − 2(1 + 0,25) ⋅ 0,8 = 6mm d w 7 = d 7 + 2 xm n = 8 + 0 = 8mm

výška hlavy zubů

h a 7 = h *a ⋅ m n = 1 ⋅ 0,8 = 0,8mm

patní průměr

(

)

h f 7 = h *a + c* ⋅ m n = (1 + 0,25) ⋅ 0,8 = 1mm z 4 sin γ = 7 ⇒ γ = arcsin = 21,801° úhel stoupání q 10 tloušťky zubů a šířka mezer v rovině normálné a osové s n 7 = e n 7 = 0,5 ⋅ π ⋅ m n = 0,5 ⋅ π ⋅ 0,8 = 1,256mm výška paty zubů

mn 0,8 = 0,5 ⋅ π ⋅ = 1,353mm cos γ 0,928 délka šneku l1 ≈ (12,5 + 0,09z 6 ) ⋅ m n = (12,5 + 0,09 ⋅ 135) ⋅ 0,8 = 19,72mm součinitel posunutí profilu x=0 osová vzdálenost a w = 0,5(d 7 + d 6 ) + x ⋅ m n = 0,5(8 + 108) + 0 = 58mm s x 7 = e x 7 = 0,5 ⋅ π ⋅

9.3 9.2

9.3 Geometrie šnekového kola z 6 135 = = 33,75 z7 4

převodový poměr

i 6,7 =

par. zák. profilu šneku

α = 20° ; ha* = 1 ; c * = 0,25 ; r f* = 0,38

roztečný průměr

d6 =

hlavový průměr

da 6

patní průměr valivý průměr

mn 0.742 ⋅ z6 = ⋅ 135 = 108mm cos γ 0,928 = d 6 + 2h *a ⋅ m = 108 + 2 ⋅ 1 ⋅ 0,8 = 109,6mm

(

)

d f 6 = d 6 − 2 h*a + c* ⋅ m = 108 − 2(1 + 0,25) ⋅ 0,8 = 106mm d w 6 = d 6 + 2xm = 108 + 0 = 108mm

strana 53

h a 6 = h *a ⋅ m = 1 ⋅ 0,8 = 0,8mm

výška hlavy zubů

(

)

výška paty zubů h f 6 = h *a + c* ⋅ m n = (1 + 0,25) ⋅ 0,8 = 1mm tloušťky zubů a šířky mezer v rovině normálné a osové s n 6 = e n 6 = 0,5 ⋅ π ⋅ m n = 0,5 ⋅ π ⋅ 0,8 = 1,256mm 0,8 mn = 0,5 ⋅ π ⋅ = 1,353mm 0,928 cos γ b6 ≈ 0,67 ⋅ (1 + 2 / 10 ) ⋅ d 7 = 0,67(1 + 2 / 10 ) ⋅ 8 = 6.43mm a = 0,5(d 7 + d 6 ) + x ⋅ m n = 0,5(8 + 108) + 0 = 58mm s x 6 = e x 6 = 0,5 ⋅ π ⋅

délka šneku osová vzdálenost

9.4 Výpočet silových poměrů u šnekového soukolí

9.3

Šnekové soukolí: 9.4.1 Obvodové síly T6 = T5 = Mk5 = 48,448Nmm 2 ⋅ T6 2 ⋅ 48, 448 Ft 6 = = = 0,897 N d6 108

9.3.1

Ft 7 = − Ft 6 = −0,897 N 9.4.2 Axiální síly Ft 6 0,897 Fa 6 = = = 1,786 N tan (γ + ϕ ) tan(21,801 + 4,866) f 0,08 tan ϕ = = = 0,085 ⇒ ϕ = 4,866° cosα n cos 20

9.3.2

Fa 7 = − Fa 6 = −1,786 N 9.4.3 Radiální síly tan α n tan 20 = 0,897 ⋅ = 0,725N sin γ + cos γ ⋅ tan ϕ sin 21,801 + cos 21,801 ⋅ tan 4,866 Fr 7 = − Fr 6 = −0,725N Fr 6 = Ft 6 ⋅

kde: Ft [N] – obvodová síla Fa [N] – axiální síla Fr [N] – radiální sila T [Nmm] – kroutící moment d [mm] – roztečný průměr γ [°] – úhel stoupání α [°] – úhel profilu

9.3.3

strana 54

9.5

9.5 Pevnostní výpočet šnekového soukolí

9.5.1

9.5.1 Kontrola bezpečnosti vůči tvorbě pittingu a vůči zadírání Napětí v dotyku: σ H = Z E ⋅ Z H ⋅ Zε ⋅

0,897 ⋅ 1,79 Ft 6 ⋅ K H = 14,378MPa = 169 ⋅ 2,405 ⋅ 0,734 6,4 ⋅ 108 b6 ⋅ d 6

Z E = 169 ZH =

4 cos γ = sin (2α n )

Zε =

cos γ cos 21,801 = = 0,734 εα 1,72

4 ⋅ cos 21,801 = 2,405 sin 40

  1  1   ε α = 1,88 − 3,2  ⋅ cos γ = 1,88 − 3,2 ⋅ cos 21,801 = 1,72 135    z 6   K H = K A ⋅ K V ⋅ K Hα ⋅ K Hβ = 2,1 ⋅ 1,1 ⋅ 0,7752 ⋅ 1 = 1,79 K Hα =

1 1 = = 0,7752 K ε ⋅ ε α 0,75 ⋅ 1,72 3

3

z   135  K Hβ = 1 +  6  ⋅ (1 − κ ) = 1 +   ⋅ (1 − 1) = 1  94  θ  9.5.2

9.5.2 Bezpečnosti proti tvorbě pittingu: SH =

σ H lim ⋅ Z N 199 ⋅ 1,428 = = 19,3 ≥ 1,1 σH 14,378

25 ⋅ 10 5 8 25 ⋅ 10 7 = = 1,428 L 14400000 L = 60 ⋅ L h ⋅ n 6 = 60 ⋅ 8000 ⋅ 30 = 14400000

ZN = 8

9.5.3

9.5.3 Bezpečnost proti zadírání: SH =

σ HZ lim ⋅ ZN 199 ⋅ 1, 428 = = 19,3 ≥ 1,1 σH 14,378

strana 55

9.5.3.1 Kontrola bezpečnosti proti únavovému lomu (ohyb) Napětí v ohybu: σF =

9.5.3.1

0,897 ⋅ 2,1 Ft 6 ⋅ K A ⋅ YF = ⋅ 1,4 = 0,515MPa 0,8 ⋅ 6,4 m ⋅ b6

Bezpečnost: SF =

σ F lim ⋅ YN 200 ⋅ 1,208 = = 4,8 ≥ 1, 4 0,515 σF

25 ⋅ 107 9 25 ⋅ 107 = = 1,428 L 14400000 Pozn. Popis jednotlivých veličin a koeficientů se nachází v přehledu veličin YN = 9

9.6 Zabezpečení proti samootočení Aby nedocházelo k samovolnému otáčení korunového kola, dá se využít vlastnosti šneku. Mezi vlastnosti šneku patří samosvornost. V případě, že samosvornost šneku je nedostačující, je celé šnekové soukolí jištěno pojistným mechanismem. Principem pojistného mechanismu je využití přítlačné pružiny. Při běžném provozu pružina stlačuje ovládání korekce. Toto ovládání je vybaveno drážkou, které se opírá při běžném provozu o výstupek na krytu adaptéru. Tento výstupek zabraňuje samovolnému otáčení šneku resp. šnekového (korunového) kola. Výběžek se nachází na krytu, který zabraňuje vstupu nečistot dovnitř adaptéru. Chceme-li měnit rychlost podávané infuze, tak stačí pouze povytáhnout ovládání korekce a prostým otáčením regulovat rychlost infuze. Při otáčení se ovládání opírá o pero, které je vlisováno do hřídele šneku.

Obr. 9.2 Ruční korekce

9.6

strana 56

Obr. 9.3 Střední část adaptéru s ručním ovládáním

Obr. 9.4 Střední část adaptéru s ručním ovládáním

strana 57

Obr. 9.5 Ruční ovládání-krytka, pružina, pero,šroub,podložka

Obr. 9.6 Ruční ovládání - ovládání

strana 58 10

10 CELKOVÝ NÁHLED

Obr. 10.1 Celkový pohled na infuzní pumpu

Obr. 10.2 Celkový pohled na infuzní pumpu v řezu

strana 59

Obr. 10.3 Celkový pohled na infuzní pumpu

11 CELKOVÉ UCHYCENÍ Uchycení adaptéru závisí na způsobu připojení k pohonné jednotce. Je možné na spodní část přišroubovat plech, s vyvrtanými dírami, pro uchycení k pevné podložce šrouby (či nějaké jiné uchycení). Pomocí toho plechu (nebo jiné) lze pak adaptér připojit pevně k pohonné jednotce.

Obr. 11.1 Možná varianta uchycení

11

strana 60

Převod rotačního pohybu z pohonné jednotky může být proveden pomocí pohonné růžice, spojky, či pomocí jiného převodu. 11.1

11.1 Celkové rozměry

Obr. 11.2 Celkové rozměry 12

12 POUŽITÁ LOŽISKA V mechanismu jsou použita kuličková ložiska SKF jednořadá d = 20 mm D = 32 mm B = 7 mm SKF 61804 2 kusy d = 10 mm D = 19 mm B = 5 mm SKF 61804 2 kusy d = 4 mm D = 9 mm B = 2,5 mm SKF 61804 3 kusy d = 105 mm D = 130 mm B = 13 mm SKF 61804 1 kusy d = 5 mm D = 11 mm B = 3 mm SKF 61804 1 kusy d = 4 mm D = 12 mm B = 4 mm SKF 61804 2 kusy V důsledku malých sil se dá předpokládat, že životnost těchto ložisek bude dostačující, aby vyhověla požadované životnosti. Kde: D [mm] – malý průměr ložiska d [mm] – velký průměr ložiska B [mm] – šířka ložiska

strana 61

13 ZÁVĚR

13

Výsledkem mé diplomové práce je návrh prototypu infúzní pumpy (resp. stříkačkové pumpy). V tomto návrhu je kladen důraz hlavně na kinematiku planetového mechanismu, určení správného převodového poměru pro zadané zadání a určení pevnostních podmínek v ozubení mechanismu. Výsledkem této práce je konkrétní návrh infuzní pumpy pro konkrétní zadání.Především pro konkrétní převodový poměr. Proto je snahou vysvětlit základní principy fungování infuzní pumpy. V důsledku malých sil na jednotlivé členy mechanismu jsou vynechány pevnostní výpočty méně namáhaných členů. Z výsledků pevnostních výpočtů v ozubení planetového mechanismu je patrno velké předimenzování jednotlivých členů ozubeného převodu. V návrhu je obsaženo vysvětlení principů ručního ovládání, uchycení injekční stříkačky, zabránění stlačování injekční stříkačky po ukončení infúze a uchycení celého adaptéru k pohonné jednotce. Aby bylo možné nasazení této infúzní pumpy v běžném provozu, je třeba sestrojení prototypu. Na tomto prototypu provést simulovaný zkušební provoz při plném zatížení a odstranit chyby.

14 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY |1| SVOBODA, P. - KOVÁŘÍK, R. - BRANDEJS, J.: Základy konstruování. Brno , Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 2001. 186 s. ISBN 80-7204-212-2 |2| SVOBODA, P. aj.: Základy konstruování. Výběr z norem pro konstrukční cvičení. Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 2001. 288 s. ISBN 80-7204-214-9 |3| SOBEK, E. aj : Základy konstruování. Návody pro konstrukční cvičení. 5. vydání, přepracované. Brno, VUTIUM, 2002. 164 s. ISBN 80-214-2090-1 |4| KŘÍŽ, R.: Strojnické tabulky - Pohony. 1. vydání,Ostrava, Montanex,a.s.,1997. 213 s. ISBN 80-85780-51-8 |3| BOHÁČEK, F. a kolektiv : Části a mechanismy strojů III - Převody. 1. vydání, Brno, VUT Brno, 1982. 255 s. ISBN 55-595-82 |4| Bicels, a.s. - Prospekty http://www.bicels.cz

14