ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ Studijní program: Studijní zaměření:

B 2341 Strojírenství Konstrukce průmyslové techniky

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Upínací prostředky rotačních částí – sklíčidla, upínací desky

Autor:

Alena DRASTÍKOVÁ

Vedoucí práce: Doc. Ing. Zdeněk HUDEC, CSc.

Akademický rok 2013/2014

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ Katedra konstruování strojů

Akad. rok: 2013/2014

PŘÍLOHA ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Jméno a příjmení: Studijní program: Studijní obor:

Alena Drastíková B2341 Strojírenství Konstrukce průmyslové techniky

Téma bakalářské práce: Upínací prostředky rotačních - součástí – sklíčidla, upínací desky Sklíčidlo pro podúrovňové soustružnické centrum Požadavky a základní technické údaje: · Provést analýzu dosavadní konstrukce sklíčidla a navazujících skupin podúrovňového soustružnického centra (rozsah upínání, funkce upínacího mechanizmu, výměna sklíčidel-spojovací prvky, zavěšení). · Navrhnout sklíčidlo pro podúrovňové soustružnické centrum pro upnutí nápravy s průměrem běhounu 651 mm dle dokumentace Sestava npravy.prt. · Zpracovat projektovou dokumentaci (sestava, kusovník hlavních dílů, výpočet, popis) · Stanovit technické parametry sklíčidla: Rozsah upínání: Ø Jmenovitý upínací průměr Ø Přestavení čelisti Ø Upínací zdvih Hnací sílu a zdvih lineárního hydraulického motoru Hmotnost · Vstupní parametry: Max. radiální zatížení sklíčidla Obráběný průměr běhounu Upínací průměr běhounu Max. otáčky sklíčidla Max. moment sklíčidla Počet čelistí Předpětí čelisti · Dokumentace pro konstrukci

kN mm mm min-1 Nm kN

50 651 543 100 4000 4 50

Podúrovňové soustružnické centrum

Atega_2_10_a ( XSestava stroje_x_t.prt, Xkolo.prt, Sestava sklíčidla_V_choz_.._x_t.prt)

Sestava nápravy

2012_1_12_At_a/Sestava npravy.prt

V Plzni dne: 25. 3. 2014

Prohlášení o autorství Předkládám tímto k posouzení a obhajobě bakalářskou práci, zpracovanou na závěr studia na Fakultě strojní Západočeské univerzity v Plzni. Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracovala samostatně, s použitím odborné literatury a pramenů, uvedených v seznamu, který je součástí této bakalářské práce.

V Plzni dne: …………………….

................. podpis autora

ANOTAČNÍ LIST BAKALÁŘSKÉ PRÁCE AUTOR

Příjmení

Jméno

Drastíková

Alena

B 2341 – Konstrukce průmyslové techniky

STUDIJNÍ OBOR

VEDOUCÍ PRÁCE

Příjmení (včetně titulů)

Jméno

Doc. Ing. Hudec,CSc.

Zdeněk ZČU - FST – KKS

PRACOVIŠTĚ DRUH PRÁCE

DIPLOMOVÁ

Nehodící se škrtněte

Upínací prostředky rotačních částí – sklíčidla, upínací desky

NÁZEV PRÁCE

FAKULTA

BAKALÁŘSKÁ

strojní

KATEDRA

KKS

ROK ODEVZD.

2014

TEXTOVÁ ČÁST

52

GRAFICKÁ ČÁST

10

POČET STRAN (A4 a ekvivalentů A4) CELKEM

62

STRUČNÝ POPIS (MAX 10 ŘÁDEK) ZAMĚŘENÍ, TÉMA, CÍL POZNATKY A PŘÍNOSY

Bakalářská práce obsahuje přehled konstrukčních řešení sklíčidel a upínacích desek. Dále se zabývá konstrukčním řešením sklíčidla pro podúrovňové soustružnické centrum s upínacím průměrem 543 mm. Toto sklíčidlo vychází z konstrukce sklíčidla s upínacím průměrem 820 mm. Konstrukce nového sklíčidla je změněna pro dané upínací rozměry a zjednodušena použitím normalizovaných součástí. Součástí bakalářské práce je také řešení zavěšení sklíčidla pro montáž a demontáž a jeho skladování.

KLÍČOVÁ SLOVA ZPRAVIDLA JEDNOSLOVNÉ POJMY, KTERÉ VYSTIHUJÍ PODSTATU PRÁCE

Sklíčidlo, upínací deska, soustružnické centrum, čelist, vřeteno stroje

SUMMARY OF BACHELOR SHEET AUTHOR

Surname

Name

Drastíková

Alena

B 2341 - Design of Manufacturing Machines and Equipment

FIELD OF STUDY

SUPERVISOR

Surname (Inclusive of Degrees)

Name

Doc. Ing. Hudec,CSc.

Zdeněk ZČU - FST - KKS

INSTITUTION TYPE OF WORK

DIPLOMA

Delete when not applicable

Clamping equipments of rotating parts – chucks, clamping plates

TITLE OF THE WORK

FACULTY

BACHELOR

Mechanical Engineering

DEPARTMENT

Machine Design

SUBMITTED IN

2014

GRAPHICAL PART

10

NUMBER OF PAGES (A4 and eq. A4) TOTALLY

62

BRIEF DESCRIPTION TOPIC, GOAL, RESULTS AND CONTRIBUTIONS

KEY WORDS

TEXT PART

52

This bachelor thesis includes an overview of desing solutions of chucks and clapming plates. Next the thesis deals with design solutions of chuck for underfloor lathe centrum with clamping diameter 543 milimeters. This chuck is based on the desing of chuck with clamping diameter 820 milimeters. Design of new chuck is changed for the clamping dimensions and simplified by using standard parts. Part of the thesis is also is solution hanging of the chuck and its storage.

Chuck, clamping plate, lathe centrum, jaw, machine spindle

Západočeská univerzita v Plzni. Fakulta strojní. Katedra konstruování strojů

Bakalářská práce, akad.rok 2013/14 Alena Drastíková

Obsah 1. Upínací prostředky rotačních součástí ................................................................................. 10

2.

1.1.

Požadavky na upínací mechanismus ......................................................................... 10

1.2.

Čelisti ......................................................................................................................... 10

Upínací desky.................................................................................................................... 11 2.1.

3.

Provedení upínacích mechanismů ............................................................................. 11

Sklíčidla ............................................................................................................................ 12 3.1.

Provedení upínacích mechanismů ............................................................................. 12

3.2.

Sklíčidlo pro podúrovňové soustružnické centrum ................................................... 14

3.2.1.

Zadání ................................................................................................................. 14

3.2.2.

Podúrovňové soustružnické centrum ................................................................. 14

3.2.3.

Sklíčidlo pro upínací průměr 820 mm................................................................ 16

3.2.4.

Sklíčidlo pro upínací průměr 543 mm................................................................ 18

3.2.4.1.

Montáž a demontáž sklíčidla .......................................................................... 19

3.2.4.2.

Upínací mechanismus sklíčidla ...................................................................... 20

3.2.4.3.

Úprava horní čelisti ........................................................................................ 21

3.2.4.4.

Výpočet namáhání čelisti................................................................................ 21

3.2.4.4.1. Varianta A....................................................................................................... 22 3.2.4.4.1.1. Výpočet statické bezpečnosti čelisti ........................................................... 23 3.2.4.4.1.2. Výpočet dynamické bezpečnosti čelisti ...................................................... 26 3.2.4.4.2. Varianta B ....................................................................................................... 30 3.2.4.4.2.1. Výpočet statické bezpečnosti čelisti ........................................................... 30 3.2.4.4.2.2. Výpočet dynamické bezpečnosti čelisti ...................................................... 30 3.2.4.5.

Výpočet tlaků ve vedení základní čelisti v těle sklíčidla ................................ 32

3.2.4.6.

Výpočet tlaku působícího na klín základní čelisti .......................................... 33

3.2.4.7.

Spojení horní čelisti se základní čelistí ........................................................... 34

3.2.4.7.1. Výpočet šroubů ve spojení horní čelisti se základní....................................... 35 3.2.4.7.2. Výpočet tlaku působícího na plochy drážkování ............................................ 37 3.2.4.7.3. Výpočet tlaků ve vedení T-matice .................................................................. 38 3.2.4.8.

Výpočet šroubů spojujících upínku základních čelistí s hvězdicí .................. 38

3.2.4.9.

Zavěšení sklíčidla ........................................................................................... 39

8

Západočeská univerzita v Plzni. Fakulta strojní. Katedra konstruování strojů 3.2.4.10. 4.


Skladování sklíčidla ........................................................................................ 39

Závěr ................................................................................................................................. 40 4.1.

Parametry navrženého sklíčidla ................................................................................. 40

5.

Seznam obrázků ................................................................................................................ 41

6.

Seznam použité literatury.................................................................................................. 42

7.

Software ............................................................................................................................ 42

8.

Přílohy ............................................................................................................................... 42

9



1. Upínací prostředky rotačních součástí Upínací prostředky rotačních součástí slouží k pevnému a přesnému upnutí obrobku. Mezi nejčastěji používané patří sklíčidla a upínací desky, kde dochází k upnutí obrobku mezi dvěma a více čelistmi. Rozdíl mezi upínací deskou a sklíčidlem je v provedení upínacího mechanismu, kdy čelisti na sklíčidle se pohybují soustředně všechny najednou, zatím co čelisti upínací desky se mohou pohybovat nezávisle na sobě, čímž je umožněno vystředit do osy rotace i obrobky nekruhového tvaru. V sériové výrobě je možné používat kombinovaná sklíčidla, kdy se při prvním upnutí nastaví poloha každé čelisti tak, aby byl obrobek vystředěn do osy rotace a při dalším upínaní je stejná poloha čelistí zajištěna pomocí samo středícího upínacího mechanismu.

1.1. Požadavky na upínací mechanismus -

vysoké upínací síly dostatečná přesnost nastavení upínací síly zamezující přetížení čelistí a deformaci obrobku dostatečná přesnost na vystředění obrobku (0,01 mm) dostatečný zdvih čelisti při upínání ergonomická kritéria: nízká síla na ramenu klíče při ručním upínání (< 250 N), jednoduchá obsluha, jednoduchá údržba [1]

1.2. Čelisti Čelisti slouží k upnutí rotačních součástí ke sklíčidlu nebo k upínací desce. Ke styku obrobku s čelistí dochází na její upínací části. Podle způsobu upínání obrobku se čelisti dělí na vnější, vnitřní nebo reverzní (obousměrné). Čelisti mohou být jednolité nebo dělené na základní a horní čelist. Pro prvotní obráběcí operace se používají tvrdé čelisti, pro dokončovací operace jsou určeny měkké čelisti, které nedeformují obrobek vlivem upnutí. Pro upínání tenkostěnných obrobků se využívají kyvadlové čelisti minimalizující deformaci obrobku. V sériové výrobě se využívají speciálně tvarované čelisti, které urychlují upínání nekruhových obrobků.

10



Obr. 1: Rozdělení čelistí (1 - měkká čelist, 2 - tvrdá čelist, 3 - jednolitá čelist, 4 - dělená čelist, 5 - reverzní čelist, 6 - vnitřní čelist, 7 - vnější čelist)

2. Upínací desky Upínací desky umožňují upínání obrobků nekruhových tvarů, to zajišťují čelisti se samostatným upínacím mechanismem. Nejčastěji jsou upínací desky vybaveny čtyřmi čelistmi, pro přesnější upnutí mohou mít až 8 čelistí.

Obr. 2: Základní části upínací desky (1 - tělo desky, 2 - upínací mechanismus, 3- čelist)

2.1. Provedení upínacích mechanismů Upínací mechanismus čelistí může být složen z kluzně uloženého pohybového šroubu zabírajícího s čelistí (obr. 5 - 1) nebo z pohybového šroubu s vestavěným mechanickým multiplikátorem upínací síly (obr. 5 – 2). Pohyb čelistí u tohoto mechanismu se provádí ručně, pro přestavění polohy čelisti je určen vnější šestihran šroubu, upínání se provádí vnitřním šestihranem.

Obr. 3: Upínací desky (1 – s pohybovým šroubem, 2 – s vestavěným multiplikátorem)

11



3. Sklíčidla Upnutí obrobku do sklíčidla je zajištěno pomocí 2 a více čelistí pohybujících se současně, čímž je zajištěno středění obrobku do osy dotace, proto musejí být obrobky upínané do sklíčidla válcového tvaru. Sklíčidla se používají k upínání obrobků do průměru 1600 mm.

3.1. Provedení upínacích mechanismů Upínací mechanismy sklíčidel jsou ruční, nebo mechanizované s pneumatickým nebo hydraulickým přímočarým motorem a klínovým převodem pohybu na čelisti, tím je možné dosáhnout vysoké upínací síly. Posuv čelistí u ručních upínacích mechanismů je zajištěn pomocí ozubeného pastorku zabírajícího s objímkou, která je z druhé strany opatřena spirálou zabírající s čelistmi sklíčidla. Další variantou ručního upínacího mechanismu je posuv čelistí pomocí ozubeného hřebenu (viz obr. 4).

Obr. 4: Ruční sklíčidlo s posuvem čelistí pomocí ozubeného klínu

12



Posuv čelistí je zajištěn ozubeným klínem (hřebenem) zabírajícím s čelistí. Současný pohyb čelistí zajišťuje hnací kroužek s klouzátky, do kterých dosedají spodní části hřebenů. Mezi mechanizovaná sklíčidla se řadí membránové sklíčidlo, kde dochází k upnutí obrobku pomocí deformace membrány. Výhodou těchto sklíčidel je vysoká přesnost středění (< 0,005 mm). Další mechanizovaná sklíčidla se vyrábějí s pákovým nebo klínovým upínacím mechanismem.

Obr. 5: Mechanizovaná sklíčidla (1 – membránové, 2 – s pákovým upínacím mechanismem, 3 – s klínovým upínacím mechanismem)

13



3.2. Sklíčidlo pro podúrovňové soustružnické centrum 3.2.1. Zadání Požadavky a základní technické údaje: · Provést analýzu dosavadní konstrukce sklíčidla a navazujících skupin podúrovňového soustružnického centra (rozsah upínání, funkce upínacího mechanizmu, výměna sklíčidel-spojovací prvky, zavěšení). · Navrhnout sklíčidlo pro podúrovňové soustružnické centrum pro upnutí nápravy s průměrem běhounu 651 mm dle dokumentace Sestava npravy.prt. · Zpracovat projektovou dokumentaci (sestava, kusovník hlavních dílů, výpočet, popis) · Stanovit technické parametry sklíčidla: Rozsah upínání: - Jmenovitý upínací průměr - Přestavení čelisti - Upínací zdvih Hnací sílu a zdvih lineárního hydraulického motoru Hmotnost · Vstupní parametry: Max. radiální zatížení sklíčidla Obráběný průměr běhounu Upínací průměr běhounu Max. otáčky sklíčidla Max. moment sklíčidla Počet čelistí Předpětí čelisti · Dokumentace pro konstrukci

kN mm mm min-1 Nm kN

50 651 543 100 4000 4 50

Podúrovňové soustružnické centrum

Atega_2_10_a ( XSestava stroje_x_t.prt, Xkolo.prt, Sestava sklíčidla_V_choz_.._x_t.prt)

Sestava nápravy

2012_1_12_At_a/Sestava npravy.prt

3.2.2. Podúrovňové soustružnické centrum Podúrovňové soustružnické centrum slouží k renovaci jízdních profilů kolejových vozidel. K renovaci jízdního profilu kola dochází přímo na kolejovém vozidle, které najede na pracoviště podúrovňového soustružnického centra. K renovaci jízdního profilu dochází na obou kolech dvojkolí současně, bez jejich demontáže. Po najetí kolejového vozidla na pracoviště podúrovňového soustružnického centra dojde k upnutí dvojkolí za neopotřebovanou plochu obruče kola, čímž je zajištěna osa symetrie s původním, neopotřebovaným jízdním profilem kola a osou soustružení stroje. Upnutí dvojkolí je realizováno pomocí dvojice výsuvných pinol a dvou speciálních sklíčidel na vřetenech stroje. Po upnutí dvojkolí dojde k odsunutí kolejí tak, aby nepřekážely při obrábění.

14



Obr. 6: Kolejové vozidlo na pracovišti podúrovňového soustružnického centra Podúrovňové soustružnické centrum je vybaveno řídící technikou (CNC) a bezkontaktním měřícím zařízením pro monitorování jízdního profilu kola.[3]

Obr. 7: Podúrovňové soustružnické centrum Cílem této práce je navrhnout změnu konstrukčního řešení původního sklíčidla z upínacího průměru 820 mm na 543 mm.

15



3.2.3. Sklíčidlo pro upínací průměr 820 mm Upínání dvojkolí na tomto sklíčidle zajišťují táhla procházející vřetenem stroje, která tahají za hvězdici na spodku sklíčidla. Hvězdice je pomocí čtyř tlaček spojena s upínkou základních čelistí, která svým pohybem zajišťuje upínání a rozepínání čelistí. Horní čelist je k základní čelisti připojena T-maticí, poloha horní čelisti vůči základní je zajištěna vroubkováním na vzájemně dosedajících plochách.

Obr. 8: Táhla procházející vřetenem stroje

Obr. 9: Sklíčidlo pro upínací průměr 820 mm (1 – hvězdice, 2 – tlačka, 3 – upínka základních čelistí, 4 – základní čelist, 5 – čelist, 6 – T-matice)

16



Sklíčidlo je na vřetenu stroje vystředěno do osy rotace pomocí kruhového osazení ve spodní části sklíčidla, do kterého je zasunut nákružek vřetene. Uchycení sklíčidla na vřeteni stroje zajišťuje 12 upínacích šroubů s podložkou a maticí.

Obr. 10: Uchycení sklíčidla na vřeteni stroje (1 – upínací šroub zajištěný podložkou a maticí, 2 – osazení pro středění sklíčidla) Nevýhodou tohoto konstrukčního řešení sklíčidla je náročná výměna sklíčidla na vřeteni stroje, kdy je nutné vyjímat se sklíčidlem i otočný hrot soustružnického centra. Sejmutí sklíčidla samostatně zabraňuje hvězdice sklíčidla, která kvůli uchycení k táhlům ve vřeteni stoje zasahuje až pod otočný hrot. Další nevýhodou je nevhodně zvolený tvar upínací části čelisti. Tato část je zkosená, čímž je zaručen pouze čárový styk na hraně upínacího průměru obráběného dvojkolí. Vroubkování na zkosené upínací části čelisti navíc způsobuje deformaci hrany upínacího průměru dvojkolí. To má negativní vliv na přesnost soustružení.

Obr. 11: Čelist Vzhledem k vysoké hmotnosti sklíčidla je nutné vyřešit jeho zavěšení při montáži a demontáži a uložení na pracovišti na paletě.

17



3.2.4. Sklíčidlo pro upínací průměr 543 mm Toto sklíčidlo je oproti původnímu konstruováno pro upnutí dvojkolí s upínacím průměrem 543 mm, obráběný průměr běhounu je 651 mm.

Obr. 12: Sestava dvojkolí Sklíčidlo je přizpůsobeno pro upínací průměr 543 mm a upraveno tak, aby ho bylo možné demontovat z vřetene stroje bez předchozí demontáže otočného hrotu, proto již není hvězdice součástí sklíčidla. Upínací mechanismus sklíčidla je oproti původnímu zjednodušen použitím normalizovaných šroubů a trubkových rozpěrek. Toto konstrukční řešení je snazší na výrobu sklíčidla (odpadá výrobně složitá tlačka, která je nahrazena normalizovaným šroubem) a navíc zajišťuje snazší výměnu sklíčidla na vřeteni stroje bez demontáže otočného hrotu.

Obr. 13: Porovnání upínacího mechanismu původního a nového sklíčidla (1 – upínka základních čelistí, 2 – tlačka, 3 – šroub, 4 – zátka pro šroub, 5 – šroub, 6 – trubková rozpěrka)

18

Západočeská univerzita v Plzni. Fakulta strojní. Katedra konstruování strojů 3.2.4.1.


Montáž a demontáž sklíčidla

Před montáží sklíčidla na vřeteno stroje je nutné nejprve odšroubovat víčko sklíčidla, poté se sklíčidlo připevní na vřeteno pomocí dvanácti šroubů s maticemi. Čtyři šrouby s vnitřním šestihranem procházející z upínky základních čelistí skrz tělo sklíčidla se zašroubují do hvězdice připevněné na táhlech procházejících vřetenem. Po dokončení montáže je nutné na sklíčidlo opět nasadit víčko. Po sejmutí sklíčidla z vřetene stroje se na upínací šrouby nasadí podložky a našroubují matice, aby nedošlo k jejich ztrátě. Čtyři z těchto matic se zašroubují na šrouby sloužící ke spojení sklíčidla s hvězdicí, aby nedošlo ke ztrátě trubkových rozpěrek nasunutých na těchto šroubech.

Obr. 14: Montáž sklíčidla na vřeteno stroje (1 – Sklíčidlo, 2 – vřeteno, 3 – hvězdice našroubovaná na táhlech, 4 – otočný hrot, 5 – šroub pro připevnění k hvězdici, 6 – rozpěrka)

19



Upínací mechanismus sklíčidla

Zdvih čelistí na tomto sklíčidle zajištuje hvězdice připojená na táhlech procházejících vřetenem stroje. Hvězdice je pomocí čtyř šroubů (2) spojena s upínkou základních čelistí (1), upínka svým zdvihem pohybuje čelistmi (4,5,6). Zdvih upínky základních čelistí vymezují trubkové rozpěrky (3) nasunuté na čtyřech šroubech spojujících upínku s hvězdicí.

Obr. 15: Sklíčidlo pro upínací průměr 543 mm (1 – upínka základních čelistí, 2- šroub s vnitřním šestihranem, 3 – rozpěrka, 4 – základní čelist, 5 – T-matice, 6 – čelist)

20



Úprava horní čelisti

Tvar upínací části horní čelisti byl změněn tak, aby byla minimalizována deformace upínací plochy dvojkolí. Na upínací části čelisti bylo odstraněno zkosení a vroubkování.

Obr. 16: Úprava čelistí (1 – původní čelist, 2 – upravená čelist) Kontrola přenosu maximálního momentu sklíčidla hladké čelisti bez vroubkování f = 0,15

- součinitel tření pro hladkou čelist

Fo = 50 kN

- předpětí čelisti

M = 4000 Nm

- max. moment sklíčidla

du = 543 mm

- upínací průměr sklíčidla

‫ܨ‬ே ൌ

ଶெ ଵ

ൌ

ௗೠ ௙ ସ

ଶ‫כ‬ସ଴଴଴

ଵ

ൌ ʹͶͷͷͷܰ

଴ǡହସଷ‫כ‬଴ǡଵହ ସ

- potřebné předpětí čelisti

FN < Fo - vroubkovaná upínací část čelisti může být nahrazena hladkou

Vzhledem k malé mezeře (12 mm) mezi upínací plochou dvojkolí a nákružkem kola byla tloušťka upínací části čelisti zvolena 10 mm a dále kontrolována metodou konečných ploch (dále jen MKP). 3.2.4.4.

Výpočet namáhání čelisti

Vstupní parametry sklíčidla -

Max. radiální zatížení sklíčidla Obráběný průměr běhounu Upínací průměr běhounu Max. otáčky sklíčidla Max. moment sklíčidla Počet čelistí Předpětí čelisti

50 kN 651 mm 543 mm 100 min-1 4000 Nm 4 50 kN 21

Západočeská univerzita v Plzni. Fakulta strojní. Katedra konstruování strojů 3.2.4.4.1.


Varianta A

Materiál horní čelisti

Obr. 17: Chromovanadová ocel 15 241.7 ČSN 415241 [5]

22



Výpočet statické bezpečnosti čelisti

3.2.4.4.1.1. Přírůstek / pokles zatížení čelisti ο ο ൌ ୴ σర ο ൌ ͷͲ

ୡ୭ୱ ሺ‫ן‬భ ି఑ሻ

మ ೔సభሾሺୡ୭ୱሺ‫ן‬೔ ି఑ሻሻ ሿ

ୡ୭ୱ ሺ଴ି଴ሻ

ሺୡ୭ୱሺ଴ି଴ሻሻమ ାሺୡ୭ୱሺଽ଴ି଴ሻሻమ ାሺୡ୭ୱሺଵ଼଴ି଴ሻሻమ ାሺୡ୭ୱሺଶ଻଴ି଴ሻሻమ

Fv – maximální radiální zatížení sklíčidla 50 kN αi – polární souřadnice reakcí F1, F2, F3, F4 α1

α2

α3

α4

0°

90°

180°

270°

κ = α1 – polární souřadnice Fv pro minimální sílu na čelisti

Obr. 18: Souřadnice působení sil

Maximální zatížení čelisti Fmax = Fv + ∆F = 50 + 25 = 75 kN Minimální zatížení čelisti Fmin = Fv - ∆F = 50 - 25 = 25 kN Střední hodnota Fm =

J c_ d> J cW n L 6

Koeficient podílu zatížení q =

wr

J cW n ;9 = 94= Jc

1,5

23

ൌ ʹͷ



Obr. 19: Rozdělení napětí v čelisti na tahovou a tlakovou oblast Pro výpočet statické bezpečnosti čelisti je uvažována hodnota redukovaného napětí, ve které je zahrnuto tahové i tlakové napětí, na obr. 20 označeno jako σI.

Obr. 20: Haighův diagram pro oblast tlakového napětí Pomocí metody MKP v programu Siemens NX bylo zjištěno maximální napětí v horní čelisti při zatížení radiální silou 50 kN. Pro čelist s šířkou upínací části 10 mm je při zatížení silou 50 kN maximální napětí 377,82 MPa. Tuto hodnotu je nutné vynásobit koeficientem podílu zatížení q, aby bylo získáno maximální napětí v čelisti při zatížení maximální silou Fmax = 75 kN.

24



Obr. 21: Simulace zatížení čelisti (vlevo), analýza napětí v čelisti při zatížení střední silou (vpravo)

Navýšení nejvyšší hodnoty napětí v čelisti σI_maxA = q * σI_mA = 1,5 * 377,82 = 566,73 MPa Výpočet statické bezpečnosti sst =

ୖ೐

஢౅̴ౣ౗౮ఽ

=

ଽ଼଴

ହ଺଺ǡ଻ଷ

pomocí

= 1,73

Dovolená hodnota statické bezpečnosti sst = 1,25 je splněna.

25

koeficientu

podílu

zatížení

Západočeská univerzita v Plzni. Fakulta strojní. Katedra konstruování strojů 3.2.4.4.1.2.


Výpočet dynamické bezpečnosti čelisti

Vlivem pulsujícího zatížení čelistí může dojít k únavovému poškození materiálu. Z Wöhlerovy křivky je vidět, že únavová (trvalá) pevnost nastává od počtu 107 cyklů. Zde se pak jedná o mez únavy materiálu σc, která je nejvyšším napětím, které nevede k vytvoření únavového lomu ani po překonání smluvní hranice 107 cyklů.

Obr. 22: Wöhlerova křivka Výpočet počtu cyklů Nc n = 100 ot/min

- maximální otáčky sklíčidla

Tc = 20 000 hod

- doba běhu stroje

Nc = n . Tc = 100 . 60 . 20 000 = 12 . 107

Při zatížení čelisti střední silou 50 kN bylo pomocí metody MKP zjištěno nejvyšší tahové napětí σII_mA = 314,9 MPa. Další hodnoty byly dopočteny. σ II_maxA = σ II_mA . q = 314,9 . 1,5 = 472,4 MPa σ II_aA = σ II_maxA - σ II_mA = 472,4 – 314, 9 = 157,5 MPa σ II_minA = σ II_mA – σ II_aA = 314,9 - 157,5 = 157,4 MPa

Obr. 23: Charakteristika napěťového cyklu

26



Stanovení redukované meze únavy – vlivem vrubu σCe = 392 MPa

- mez únavy v tahu

ηp = 0,9

- součinitel jakosti povrchu – jemně broušeno

Obr. 24: Hodnoty součinitele jakosti povrchu υ=1

- vliv velikosti součásti

α = 2,8

- vliv vrubu

ୠ

୆

஡ ୲ ୲

୆

ଵ଴

ൌ ଵଵ଴ ൌ ͲǡͲͻͳ

ൌ

ൌ

ଶ

଺ǡହ

଺ǡହ

ଵଵ଴

= 0,31

= 0,59 Obr. 25: Tvar součásti

27



Obr. 26: Hodnota součinitele α ηc = 1

- vliv vrubové citlivosti materiálu

Obr. 27: Součinitel vrubové citlivosti materiálu

28



κ=1

- vliv zpevnění materiálu

σc = 392 MPa

- mez únavy v tahu

σc*= σc .

஗೛ Ǥ஥ . ఉ

κ = 392 .

଴ǡଽǤଵ . 1 = 126 MPa ଶǡ଼

- mez únavy pro součást s vrubem

β = 1 + (α – 1)ηc = 1 + (2,8 – 1).1 = 2,8 σF =

ఙ೎ ట

ଷଽଶ

= ଴ǡଶହ = 1568 MPa

- fiktivní napětí

ψ = 0,25

- součinitel sbíhavosti Haighova diagramu

Stanovení Haighova diagramu pro vrub

Obr.28: Součinitel sbíhavosti Haighova diagramu

Obr. 29: Haighův diagram ‫ݏ‬ௗ ൌ

ߪ஼ ‫כ‬ Ǥ ߪ̴୍୍௔஺

ͳ ͳʹ͸ ͳ ൌ ൌ Ͳǡ͸ͻ ߪ஼ ‫̴୍୍ߪ כ‬௠஺ ͳͷ͹ǡͷ ͳ ൅ ͳʹ͸Ǥ͵ͳͶǡͻ ͳ ൅ ߪ ͳͷ͹ǡͷǤ ͳͷ͸ͺ ̴୍୍௔஺ Ǥ ߪி

Dovolená hodnota dynamické bezpečnosti sd = 1,25 není splněna.

29



Varianta B

Dynamická bezpečnost čelisti s šířkou upínací části 10 mm nevyhovuje. Tento výsledek je značně ovlivněn velikostí součinitele vrubu α. Proto byl tvar čelisti změněn tak, aby součinitel vrubu při namáhání na tah byl roven 1, tzn. upínací část je až na konci čelisti, není zde osazení s vrubem.

Obr. 30: Čelist bez vrubu

3.2.4.4.2.1.

Výpočet statické bezpečnosti čelisti

Analýza napětí v čelisti pomocí MKP při zatížení silou 50 kN - nejvyšší hodnota redukovaného napětí σI_mB = 515,6 MPa Navýšení nejvyšší hodnoty napětí v čelisti σI_maxB = q * σI_mB = 1,5 * 515,6 = 773,4 MPa Výpočet statické bezpečnosti sst =

ୖ೐

஢౅̴ౣ౗౮ా

pomocí

koeficientu

podílu

zatížení

ଽ଼଴

= ଻଻ଷǡସ = 1,267

Dovolená hodnota statické bezpečnosti sst = 1,25 je splněna. 3.2.4.4.2.2.

Výpočet dynamické bezpečnosti čelisti

Při zatížení čelisti střední silou 50 kN bylo pomocí metody MKP zjištěno nejvyšší tahové napětí σII_mB = 228 MPa. Další hodnoty byly dopočteny. σII_maxB = σII_mB . q = 228 . 1,5 = 342 MPa σII_aB = σII_maxB - σII_mB = 342 – 228 = 114 MPa σII_min = σII_mB – σII_aB = 228 - 114 = 114 MPa

ηp = 0,9

- součinitel jakosti povrchu – jemně broušeno

υ=1

- vliv velikosti součásti

α=1

- vliv vrubu – součást bez vrubu

ηc = 1

- vliv vrubové citlivosti materiálu

30

Západočeská univerzita v Plzni. Fakulta strojní. Katedra konstruování strojů κ=1

- vliv zpevnění materiálu

σc = 392 MPa

- mez únavy v tahu

σc*= σc .

஗೛ Ǥ஥ . ఉ

κ = 392 .

4Æ= 5. 5


- mez únavy pro součást s vrubem

1 = 352,8 MPa

β = 1 + (α – 1)ηc = 1 + (1 – 1).1 = 1 σF =

˛

=

7= 6

= 1568 MPa

4Æ69

ψ = 0,25 O L

Œ… Œ´´4 »

- fiktivní napětí - součinitel sbíhavosti Haighova diagramu

s Œ Œ s E Œ… ´´4 Œ» ´´4 » ¿

L

uw Æ tz s L tÆsu tz tt z ss v s E uw Æ ss vs wx z

Dovolená hodnota dynamické bezpečnosti sd = 1,25 je splněna.

31



Výpočet tlaků ve vedení základní čelisti v těle sklíčidla

Obr. 31: Vedení základní čelisti v těle sklíčidla xFs = 15 mm yFs = 134,3 mm

- souřadnice hnací síly

xF = 133,25 mm

- souřadnice zatížení

yR21 = 107 mm

- délka vedení

yR22 = 86,4 mm

- délka protilehlého vedení

t = 30 mm

- tloušťka vedení

b = 35 mm

- šířka vedení

γ = 13°

- úhel sklonu klínu

fv = 0,15

- součinitel tření vedení

φ = atan(fv) = 8,5307

Výpočet účinnosti vedení ߟ௖ ൌ

௬ೃమభ ି௙ೡ ௧ି௙ೡ ሺ௬ಷೞ ି௙ೡ ௧ି௬ೃమభ ሻ

ߟ௖ ൌൌ

௬ೃమభ ାଶ௙ೡ ௫ಷ

௧௔௡ሺఊሻ

‫ כ‬௧௔௡ሺఊାఝሻ

ଵ଴଻ି଴ǡଵହ‫כ‬ଷ଴ି଴ǡଵହሺଵଷସǡଷି଴ǡଵହ‫כ‬ଷ଴ିଵ଴଻ሻ ଵ଴଻ାଶ‫כ‬଴ǡଵହ‫כ‬ଵଷଷǡଶହ

୲ୟ୬ሺଵଷሻ

‫୲ כ‬ୟ୬ሺଵଷା଼ǡହଷ଴଻ሻ ൌ Ͳǡ͵ͻͶ 32



Výpočet hnací síly hydromotoru ‫ܨ‬௦௫ ൌ

ி೚

ఎ೎

ሺߛሻ ൌ

ହ଴

଴ǡଷଽସ

ሺͳ͵ሻ ൌ ʹͻǡ͵݇ܰ

- hnací síla jedné čelisti - celková hnací síla hydromotoru

Fsc = 4Fsx = 4 * 29,3 = 117,2 kN

Zatížení vedení základní čelisti ‫ܯ‬௫ ൌ ‫ܨ‬௦௫ ൬‫ݕ‬ி௦ െ

‫ݔ‬ி௦ ൰ െ ‫ܨ‬଴ ‫ݔ‬ி ሺߛ ൅ ߮ሻ

‫ܯ‬௫ ൌ ʹͻ͵ͲͲ ൬ͳ͵Ͷǡ͵ െ Měrné tlaky ve vedení ‫݌‬௞ ൌ

ͳͲ ൰ െ ͷͲͲͲͲ ‫͵͵ͳ כ‬ǡʹͷ ൌ െ͵ǡͶ͹ ‫݉݉ܰ ଺Ͳͳ כ‬ ሺͳ͵ ൅ ͺǡͷ͵Ͳ͹ሻ

‫ܨ‬௦௫ ͸ȁ‫ܯ‬௫ ȁ ʹͻ͵ͲͲ ͸ ‫͵ כ‬ǡͶ͹ ‫଺Ͳͳ כ‬ ൅ ൌ ൅ ൌ ʹͻǡͻ‫ܽܲܯ‬ ଶ ʹܾ‫ݕ‬ோଶଵ ʹܾ‫ݕ‬ோଶଵ ʹ ‫͵ כ‬ͷ ‫Ͳͳ כ‬͹ ʹ ‫͵ כ‬ͷ ‫Ͳͳ כ‬͹ଶ

‫ܨ‬௦௫ ͸ȁ‫ܯ‬௫ ȁ ʹͻ͵ͲͲ ͸ ‫͵ כ‬ǡͶ͹ ‫଺Ͳͳ כ‬ ‫݌‬௟ ൌ െ ଶ ൌ ʹ ‫͵ כ‬ͷ ‫Ͳͳ כ‬͹ െ ʹ ‫͵ כ‬ͷ ‫Ͳͳ כ‬͹ଶ ൌ െʹʹǡͳ‫ܽܲܯ‬ ʹܾ‫ݕ‬ோଶଵ ʹܾ‫ݕ‬ோଶଵ Dovolený tlak tvrzených ploch 30 MPa není překročen.

3.2.4.6.

Výpočet tlaku působícího na klín základní čelisti

Bk = 75 mm - rozměry kontaktu klínu

Lk = 50 mm ி

ଶଽǡଷ

ೞೣ ൌ ୲ୟ୬ሺଵଷା଼ǡହଷ଴଻ሻ ൌ ͹Ͷǡ͵݇ܰ ‫ܨ‬௦௬ ൌ ୲ୟ୬ሺఊାఝሻ

ிೞ೤

‫݌‬௞௟ ൌ ஻

ೖ ௅ೖ

ൌ

଻ସǡଷ‫כ‬ଵ଴య ଻ହ‫כ‬ହ଴

- síla působící na klín

ൌ ͳͻǡͺ‫ܽܲܯ‬

- tlak působící na klín

Dovolený tlak tvrzených ploch 30 MPa není překročen.

33



Spojení horní čelisti se základní čelistí

Spojení horní čelisti se základní čelistí je realizováno pomocí T – matice, dvou šroubů M20 s vnitřním šestihranem a drážkování na vzájemně dosedajících plochách.

Obr. 32: Spojení horní čelisti se základní (1 – horní čelist, 2 – základní čelist, 3 – T - matice)

34



Výpočet šroubů ve spojení horní čelisti se základní

3.2.4.7.1.

Obr. 33: Síly působící na šroubové spojení

- maximální moment sklíčidla

Mmax = 4000 Nm ‫ܨ‬௫ ൌ

ெ೘ೌೣ ೏ೠ మ

ൌ

ସ଴଴଴ బǡఱరయ మ

ൌ ͳͶǡ͹ ‫Ͳͳ כ‬ଷ ܰ ൌ ͳͶǡ͹݇ܰ

- tangenciální síla působící na čelist vlivem Mmax

Fy max = Fmax = 75 kN

- maximální zatěžující síla radiální

Fy min = Fmin = 25 kN

- minimální zatěžující síla radiální

xs1 = 40 mm, ys1 = 16 mm xs2 = 40 mm, ys2 = 66 mm

- souřadnice šroubů

Lp1 = 30 mm

- tloušťka příruby

Uvedené hodnoty byly použity ve výpočtu v příloze [I]. Tyto síly jsou vstupními parametry programu KISSsoft. Fs tah max = 101 837 N

- maximální osová síla - tah

Fs tah min = 41 367 N

- minimální osová síla - tah

35



Vstupní parametry pro výpočet šroubů v programu KISSsoft: Fs tah max = 101 837 N

- maximální osová síla - tah

Fs tah min = 41 367 N

- minimální osová síla - tah

Fs = 10 000 N

- zbytkové přepětí spoje

Ostatní vstupní údaje jsou uvedeny v příloze [II]

Výsledky výpočtu v programu KISSsoft (příloha [II]): MA FM min = 380,46 Nm

- utahovací moment pro přesnost nastavení momentového klíče 1,0

MA FM max = 570,7 Nm

- utahovací moment pro přesnost nastavení momentového klíče 1,5

‫ܯ‬஺ிெ௦௧â ൌ

‫ܯ‬஺ிெ௠௔௫ ൅ ‫ܯ‬஺ிெ௠௜௡ ͷ͹Ͳǡ͹ ൅ ͵ͺͲǡͶ͸ ൌ ൌ Ͷ͹ͷǡ͸ͺܰ݉ ʹ ʹ

Bezpečnost šroubového spojení

- střední hodnota utahovacího momentu

Přesnost nastavení momentového klíče 1,0

1,5

Proti mezi kluzu

1,22

1,14

Proti únavě

6,4

6,4

Proti tlaku

1,10

1,03

36



Výpočet tlaku působícího na plochy drážkování

Obr. 34: Drážkování hd = 0,75 mm

- hloubka drážky

Bd = 21 mm

- šířka drážky

Ld = 103,5 mm

- délka drážkování

r = 1,5 mm

- rozteč drážek

A1d = hd*Bd = 0,75 * 21 = 15,75 mm2 ܰ஽ ൌ

௅ವ ௥

ൌ

ଵ଴ଷǡହ ଵǡହ

- plocha jedné drážky

ൌ ͸ͻ

- počet drážek

AcD = Nd * A1D * 2 = 69 * 15,75 * 2 = 2173,5 mm2

- celková plocha drážkování - síla působící na drážkování

‫ ͳߟܨ‬ൌ െ͹ͷ݇ܰ

Výpočet síly působící na drážkování je uveden v příloze [I]. ‫݌‬஽ ൌ

ȁிఎଵȁ ஺೎ವ

଻ହ଴଴଴

ൌ ଶଵ଻ଷǡହ ൌ ͵Ͷǡͷ‫ܽܲܯ‬

- tlak v drážkování

Dovolená hodnota nepohyblivého spojení tvrzených ploch 120 MPa není překročena

37



Výpočet tlaků ve vedení T-matice

bT = 5 mm

- šířka vedení

LT = 82 mm

- délka vedení

Fξ1 = -14,7 kN

- síla působící na vedení

Výpočet síly působící na vedení je uveden v příloze [I] - moment působící na vedení

Mζ = 1 713 Nm ‫݌‬

+( 5 + x/ sv yr r x s ys u E L E L szÆrz /2 = 6 t>˝ .˝ t w zt t w zt6 t>˝ .˝

L

L L

+( 5 + x/ sv yr r x s ys u F L F L syÆz /2 = 6 t w zt t w zt6 t>˝ .˝ t>˝ .˝

Dovolená hodnota nepohyblivého spojení netvrzených ploch 70 MPa není překročena. Výpočet šroubů spojujících upínku základních čelistí s hvězdicí

3.2.4.8.

Obr. 35: Šroub M20x1,5 ŠROUB M20x1,5x180 d2 = 19,35 mm

- střední průměr závitu

d3 = 18,773 mm

- malý průměr závitu

> / 6

# L 8 @. 6

5=Æ79> 5<Æ;; 7 6

A L8 @

”

L

- průřez šroubu

- dovolená hodnota tlaku působícího v závitech spojovacích šroubů pro třídu pevnosti 9,8

pD10,9 = 150 MPa ¿ª

A L tz Æ wuy II 6

- síla působící na šroub

Fsx = 29,3 kN

LL

6

6 =7 4 4 6< Æ 97;

L sr Æ ty /2 = - tlak v závitech

Hodnota tlaku v závitech je menší než hodnota dovolená, šroub vyhovuje.

38


3.2.4.9.


Zavěšení sklíčidla

Zavěšení sklíčidla při montáži a demontáži bylo zajištěno pomocí dvou normalizovaných závěsných šroubů, která se vždy po montáži sklíčidla na vřeteno stroje odšroubují. Byla použita závěsná oka se závitem M16, v tomto uspořádání mají oka nosnost 500 kg, hmotnost sklíčidla je 352 kg.

Obr. 36: Oka pro zavěšení sklíčidla

Obr. 37: Nosnost závěsných ok [kg] 3.2.4.10. Skladování sklíčidla Na stále zavěšené sklíčidlo se nasune svařenec plechového krytu, který chrání otevřenou zadní část sklíčidla proti nečistotám a poškození. Zakrytované sklíčidlo, se usadí na dřevěnou podložku umístěnou na euro paletě, teprve po usazení na paletu se sklíčidlo odváže.

Obr. 38: Skladování sklíčidla

39



4. Závěr Cílem řešení bylo navrhnout sklíčidlo pro podúrovňové soustružnické centrum s upínacím průměrem 543 mm. Tato konstrukce vycházela ze sklíčidla s upínacím průměrem 820 mm. Sklíčidlo bylo přizpůsobeno pro dané upínací rozměry a zjednodušeno použitím normalizovaných šroubů. Tyto šrouby nahradily výrobně složité tlačky, čímž byly sníženy výrobní náklady a umožněno snímání sklíčidla z vřetene stroje bez předchozí demontáže otočného hrotu. Upínací část čelisti byla z vroubkované změněna na hladkou, aby byla minimalizována deformace upínací plochy dvojkolí kolejového vozidla. Bylo vyřešeno zavěšení sklíčidla při montáži na vřeteno stroje a jeho skladování

4.1. Parametry navrženého sklíčidla Jmenovitý upínací průměr

543

mm

4

-

Zdvih jedné čelisti

4,5

mm

Max. upínací průměr

547

mm

Min. upínací průměr

538

mm

Hmotnost

352

kg

Max. radiální zatížení sklíčidla

50

kN

Max. otáčky sklíčidla

100

min-1

Max. moment sklíčidla

4000

Nm

Předpětí čelisti

50

kN

Hnací síla hydromotoru

120

kN

Jmenovitý zdvih hydromotoru

20

mm

Počet čelistí

40



5. Seznam obrázků Obr. 1: Rozdělení čelistí Obr. 2: Základní části upínací desky Obr. 3: Upínací desky Obr. 4: Ruční sklíčidlo s posuvem čelistí pomocí ozubeného klínu Obr. 5: Mechanizovaná sklíčidla Obr. 6: Kolejové vozidlo na pracovišti podúrovňového soustružnického centra Obr. 7: Podúrovňové soustružnické centrum Obr. 8: Táhla procházející vřetenem stroje Obr. 9: Sklíčidlo pro upínací průměr 820 mm Obr. 10: Uchycení sklíčidla na vřeteni stroje Obr. 11: Čelist Obr. 12: Sestava dvojkolí Obr. 13: Porovnání upínacího mechanismu původního a nového sklíčidla Obr. 14: Montáž sklíčidla na vřeteno stroje Obr. 15: Sklíčidlo pro upínací průměr 543 mm Obr. 16: Úprava čelistí Obr. 17: Chromovanadová ocel 15 241.7 ČSN 415241 Obr. 18: Souřadnice působení sil Obr. 19: Rozdělení napětí v čelisti na tahovou a tlakovou oblast Obr. 20: Haighův diagram pro oblast tlakového napětí Obr. 21: Simulace zatížení čelisti, analýza napětí v čelisti při zatížení střední silou Obr. 22: Wöhlerova křivka Obr. 23: Charakteristika napěťového cyklu Obr. 24: Hodnoty součinitele jakosti povrchu Obr. 25: Tvar součásti Obr. 26: Hodnota součinitele α Obr. 27: Součinitel vrubové citlivosti materiálu Obr. 28: Součinitel sbíhavosti Haighova diagramu Obr. 29: Haighův diagram Obr. 30: Čelist bez vrubu Obr. 31: Vedení základní čelisti v těle sklíčidla 41



Obr. 32: Spojení horní čelisti se základní (1 – horní čelist, 2 – základní čelist, 3 – T - matice) Obr. 33: Síly působící na šroubové spojení Obr. 34: Drážkování Obr. 35: Šroub M20x1,5 Obr. 36: Oka pro zavěšení sklíčidla Obr. 37: Nosnost závěsných ok Obr. 38: Skladování sklíčidla

6. Seznam použité literatury [1] HUDEC, Z. Upínací desky, sklíčidla - příklady, Učební text KOS, Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, 2013. [2] HUDEC, Z. Vedení kluzná - příklady, Učební text KOS, Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, 2013. [3] Projekt Podúrovňové soustružnické centrum TIP MPO c. FR-TI3/199, 2011. [4] BOLEK, A., KOCHMAN, J. a kol. Části strojů, Praha: SNTL, 1989. [5] NOVOTNÝ, J. Pomůcky pro konstruktéry, Plzeň: Škoda o.p., 1975. [6] LEINVEBER, J., VÁVRA, P. Strojnické tabulky, Úvaly: Albra, 2006

7. Software (1) Autodesk Inventor Professional 2011 (2) Siemens NX 8.5 (3) Mathcad (4) KISSsoft

8. Přílohy [I] Výpočet sil působících na šrouby v programu Mathcad [II] Výpočet šroubů v programu KISSsoft 25-3-14 Výkres sestavy sklíčidla 25-3-14-04 Výkres horní čelisti

42

P ÍLOHA I

Výpo et sil p sobících na šrouby v programu Mathcad

1

Stanoveni sil a momentu pusobicich na spojeni 1

ORIGIN := 1

Zatizeni spoj. plochy v soust. X, Y, Z ********************************************************************************************************************** VSTUP Fx := 14.7⋅ kN Fymax := 75⋅ kN Fymin := 25⋅ kN Fz := 0 ⋅ kN ...vektory sily x1 := 40⋅ mm

y1 := 103.5⋅ mm

...vektor pruvodice sily

z1 := 60.5⋅ mm

******************************************************************************************************************** Fmax := ( −Fx −Fymax Fz ) Fmax = ( −14.7 −75 0 ) ⋅ kN Fmin := ( −Fx −Fymin Fz ) r := ( x1 y1 z1 ) 1

Fmin = ( −14.7 −25 0 ) ⋅ kN r = ( 0.04 0.104 0.061 ) m 1

2

2

Priruba, srouby

2.1

Priruba

************************************************************************************************************** ...tloustka priruby 1 VSTUP Lp1 := 30⋅ mm ...tloustka priruby 2 nebo zahloubeni

Lp2 := 0 ⋅ mm

************************************************************************************************************** ...tloustka priruby

Lp := Lp1 + Lp2 2.2

Lp = 30⋅ mm

Srouby- pocet a rozmisteni v sour. systemu X,Y,Z

************************************************************************************************************** M20x1.5 VSTUP ..celk. pocet sroubu

n s := 2

...souradnice sroubu v soustave X,Y

i := 1 .. n s xs :=

ys :=

40⋅ mm 40⋅ mm

16⋅ mm 66⋅ mm

i

zs :=

i

i

i =

0 0

************************************************************************************************************** ...souradnice stredu pruznosti obrazce sroubu S v soustave X, Y ns

xs xS :=

i=1

ns

ns i

ys xS = 40⋅ mm yS :=

i

i=1

yS = 41⋅ mm

ns

3

Vnejsi sily a momenty v pocatku P soustavy souradnic X, Y, Z

3.1

Velikost, smer, poloha v soustave X, Y, Z

FPmax := Fmax

zS := 0

...sila v pocatku souradnic P soustavy X, Y, Z FPmax = ( −14.7 −75 0 ) ⋅ kN

FPmin := Fmin

FPmin = ( −14.7 −25 0 ) ⋅ kN

T T × Fmax ...moment v pocatku souradnic P soustavy X, Y, Z 1

M Pmax := r

T

M Pmax = ⋅ Nm

3

T T × Fmin 1

T

M Pmin := r

3.2

M Pmin = ⋅ Nm

Soustava hlavnich os obrazce sroubu

, ,

...natoceni souradne soustavy sroubu , ,

:= 0 ⋅ deg xS = 0.04 m

yS = 0.041 m

zS = 0

...poloha stredu pruznosti S v souradnicich X, Y

rS := ( xS yS zS ) 3.3

vzhledem k X, Y,Z

rS = ( 0.04 0.041 0 ) m

Transformace sil a momentu do soustavy , ,

3.3.1

Zatizeni sroubu v osovem smeru (kolmo na delici rovinu spoje)

FPa.max := 0 0

(F

FPa.min := 0 0

(F T)3

T

Pmax

)3

FPa.max = ( 0 0 0 ) ⋅ kN

...sila v pocatku P

FPa.min = ( 0 0 0 ) ⋅ kN

Pmin

(

M Pa.max := M Pmax

(

1

M Pa.min := M Pmin

M Pmax

M Pmin

1

2

2

)

0

0

)

...moment v pocatku P

M Pa.max = ⋅ kNm

...moment v pocatku P

M Pa.min = ⋅ kNm

Sila FS v pocatku souradnic S soustavy , , T

FS.max := FPmax

T

FS.max = ( −14.7 −75 0 ) ⋅ kN T

T

FS.min := FPa.min

FS.min = ( 0 0 0 ) ⋅ kN

Moment MS v souradnicich soustavy , ,

(

T

T

(

T

M S.max := M Pmax − rS × FPmax

)

T

M S.max = ⋅ Nm

T

T

M S.min := M Pa.min − rS × FPa.min

M 1 := M S.max M

1

= ⋅ Nm

M

1

M

:

1

1

)

:= M S.max

= ⋅ Nm

T

M S.min = ⋅ Nm

2

M 1 := M S.max M

1

= ⋅ Nm

3

4

F 1 := FS.max

F

1

F 1 = −14.7⋅ kN

M 2 := M S.min M

2

F

M

2

2

F 2 = 0 ⋅ kN

F 1 := FS.max

2

F

2

2

:= M S.min

M 2 := M S.min

2

M

:= FS.min

3

F 1 = 0 ⋅ kN

= ⋅ Nm F

1

:= FS.max

= −75⋅ kN

1

M

1

= ⋅ Nm

F 2 := FS.min

1

2

= ⋅ Nm

F 2 := FS.min

2

= 0 ⋅ kN

3

3

F 2 = 0 ⋅ kN

4

Zatizeni sroubu

4.1

Transformace souradnic sroubu ze soustavy X, Y, Z do , , ...souradnice sroubu v soustave X, Y, Z

s

i

s s

T s

xs − xS

i

i

:=

...souradnice sroubu v soustave , ,

ys − yS i

ys =

i

T

= ( 0 0 ) ⋅ mm 4.2

s

T

= ( −25 25 ) ⋅ mm

s

16 66

⋅ mm

= ( 0 0 ) ⋅ mm

Max. osova sila pusobici na sroub

M

1

= ⋅ Nm

...vzdalenost okraje priruby od osy sroubu ve smeru 1

ns

FsM := if i

s

i

(

= 0 , if

s

i

)

= 0,

i =1

M

1

v⋅ n s

M 1⋅ ,0 ,

..sila pusobici na sroub i vlivem momentu

( ) s

i

ns

( ) s

2

i

FsM

i=1

u := xs

FsM := if

T

= ( −90.7 90.7 ) ⋅ kN

...vzdalenost okraje priruby od osy sroubu ve smeru

1

ns i

⋅ mm

40

zs − zS

i

v := ys

40

xs =

s

i

( )

= 0 , if

s

i=1

i

= 0,

M

1

u⋅ n s

M 1⋅ ,0 ,

( ) s

ns

( ) s

i =1

M

i

i

2

1

= ⋅ Nm

..sila pusobici na sroub i vlivem momentu M FsM

T

= ( 11.1 11.1 ) ⋅ kN

5

F FsF :=

1

..sila pusobici na sroub i vlivem vnejsi sily F

ns

..celkova osova sila na sroubu

Fs.max := FsM + FsM + FsF 4.3

FsF = 0 ⋅ kN

Fs.max =

−79.633 101.867

⋅ kN

Min. osova sila pusobici na sroub ns

FsM := if i

s

(

= 0 , if

i

s

i

)

= 0,

i =1

M

2

v⋅ n s

M 2⋅ ,0 ,

..sila pusobici na sroub i vlivem momentu

( ) s

i

ns

( ) s

2

i

FsM

i=1

ns

FsM := if i

s

i

( )

= 0 , if

s

i

= 0,

i=1

M

2

u⋅ n s

M 2⋅ ,0 ,

( ) s

i

ns

( ) s

2

i

FsM F

2

ns

..sila pusobici na sroub i vlivem vnejsi sily F

T

= ( 11.1 11.1 ) ⋅ kN

FsF = 0 ⋅ kN

..celkova osova sila na sroubu

Fs.min := FsM + FsM + FsF

= ( −30.2 30.2 ) ⋅ kN

..sila pusobici na sroub i vlivem momentu M

i =1

FsF :=

T

Fs.min =

−19.133 41.367

⋅ kN

******************************************************************************************************************** VYSTUP 4.4 Zatizeni v ose sroubu -pro program MitCalc nebo Kisssoft

Fs.tah.max := max( Fs.max)

...max. osova sila-tah

Fs.tah.min := max( Fs.min) ...min. osova sila-tah 5

Fs.tah.max = 101.867 ⋅ kN Fs.tah.min = 41.367⋅ kN

Zatizeni spojovacich prvku v delici rovine spoje Sila FS v pocatku souradnic S1 soustavy 1, 1, 1 F 1 := FS.max

F

1

F 1 = −14.7⋅ kN

F

1

1

:= FS.max

= −75⋅ kN

2

yS1 := 95⋅ mm M := M S.max + F 1⋅ ( yS − yS1 ) 3

M = ⋅ Nm

P ÍLOHA II

Výpo et šroub v programu KISSsoft

.,66VRIW5HOHDVH .,66VRIWDFDGHPLFOLFHQVHIRU8QL3LOVHQ )LOH 1DPHVURXE\ &KDQJHGE\]KXGHFRQDW

%ROWFDOFXODWLRQDFFRUGLQJWR9', ,13876 &RQILJXUDWLRQ%ROWHGFRQQHFWLRQXQGHUD[LDOORDGVLQJOHEROW &DOFXODWLRQXVLQJDVVHPEO\WHPSHUDWXUH $VVHPEO\WHPSHUDWXUH& >70@ 7KUHDGVWDQGDUG6WDQGDUGWKUHDG /DEHO0 3LWFKPP >3@ )ODQNDQJOH >EHWD@ 5HIHUHQFHGLDPHWHUPP >G@ )ODQNGLDPHWHUPP >G@ &RUHGLDPHWHUPP >G@ 0LQRUGLDPHWHULQQHUWKUHDGPP >'@ )ODQNGLDPHWHULQQHUWKUHDGPP >'@ 1RPLQDOFURVVVHFWLRQRIWKUHDGPPð >$1@ &RUHFURVVVHFWLRQRIWKHWKUHDGPPð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ð >$V@ +HLJKWRIEROWKHDGPP >N@ 'LDPHWHURIVFUHZKHDGPP >GN@ )UHHWKUHDGOHQJWKPP >O@ :LGWKDFURVVIODWVPP >V@ 6WUHQJWKFODVV 7HQVLOHVWUHQJWK1PPð >5P@ 5S@ 0D[LPXP\LHOGSRLQW1PPð >5SPD[@ (0RGXOHVFUHZ1PPð >(6@ &ODPSHGSDUWV3ODWHV 1XPEHURISDUWV>L3@ 3DUW$ 0DWHULDO0Q&U 'HSWKRI/D\HUPP >KL@ (0RGXOH1PPð >(S@ 3HUPLVVLEOHVXUIDFHSUHVVXUH1PPð >S*@ 6XUIDFHURXJKQHVVP >5]@ 3DUW%

0DWHULDO0Q&U 'HSWKRI/D\HUPP >KL@ (0RGXOH1PPð >(S@ 3HUPLVVLEOHVXUIDFHSUHVVXUH1PPð >S*@ 6XUIDFHURXJKQHVVP >5]@ 7KUHDGZLWKSRFNHWKROH &ODPSLQJOHQJWKPP >ON@ 7KURXJKKROHVWDQGDUG,62',1 ILQH 'LDPHWHUWKURXJKKROHPP >GK@ &KDPIHUDWKHDGPP >F.@ 1RZDVKHUEHORZVFUHZKHDG %OLQGKROH 0DWHULDO& &RXQWHUERUHGHSWKPP >WV@ (0RGXOH1PPð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ð >VLJD@ )DWLJXHOLIH1PPð >VLJ$]XO@ 1XPEHURIORDGF\FOHV>1'@! /HQJWKRIHQJDJHPHQWPP >P@ 0LQLPXPUHDFKRIVFUHZPP >PHIIPLQ@ 6FUHZH[WHQVLRQDW)0PLQPP >I6PLQ@ DW)0PD[PP >I6PD[@ DW)0PP >I6@ 3DUWH[WHQVLRQDW)0PLQPP >I7PLQ@ DW)0PD[PP >I7PD[@ DW)0PP >I7@ &DOFXODWLRQZLWKPD[LPXPDWWDLQHGSUHWHQVLRQIRUFH XWLOL]DWLRQRI\LHOGVWUHQJWK >5H@ 0RXQWLQJ3UHWHQVLRQIRUFH1 >)0@ 3UHWHQVLRQIRUFH1 >)9@ $GGLWLRQDOFODPSLQJIRUFHUHVHUYH 1 >).UHV@ (TXLYDOHQWVWUHVV1PPð >VLJPDUHG0@ (TXLYDOHQWVWUHVV1PPð >VLJPDUHG%@ 7LJKWHQLQJWRUTXH1P >0$@ /RRVHWRUTXH1P >0/@ 6XUIDFHSUHVVXUH EHORZVFUHZKHDG 1PPð >S.@ &DOFXODWLQJVDIHWLHVZLWKWKHPLQLPDOUHTXLUHGDVVHPEO\SUHORDGWLJKWHQLQJIDFWRU 0RXQWLQJ3UHWHQVLRQIRUFH1 >)0PLQ@ (TXLYDOHQWVWUHVV1PPð >VLJPDUHG0B)0PLQ@ (TXLYDOHQWVWUHVV1PPð >VLJPDUHG%B)0PLQ@ 7LJKWHQLQJWRUTXH1P >0$B)0PLQ@ /RRVHWRUTXH1P >0/B)0PLQ@ 6XUIDFHSUHVVXUH EHORZVFUHZKHDG 1PPð >S.B)0PLQ@ &DOFXODWLQJVDIHWLHVZLWKWKHPD[LPDOUHTXLUHGDVVHPEO\SUHORDGZLWKWLJKWHQLQJIDFWRU 0RXQWLQJ3UHWHQVLRQIRUFH1 >)0PD[@

$GGLWLRQDOFODPSLQJIRUFHUHVHUYH 1 (TXLYDOHQWVWUHVV1PPð >VLJPDUHG0B)0PD[@ (TXLYDOHQWVWUHVV1PPð >VLJPDUHG%B)0PD[@ 7LJKWHQLQJWRUTXH1P >0$B)0PD[@ /RRVHWRUTXH1P >0/B)0PD[@ 6XUIDFHSUHVVXUH EHORZVFUHZKHDG 1PPð >S.B)0PD[@ 3HUPLVVLEOHHTXLYDOHQWVWUHVV1PPð >VLJPD0]XO@ 3HUPLVVLEOHHTXLYDOHQWVWUHVV1PPð >VLJPD%]XO@ 6XSSRUWDUHD EHORZVFUHZKHDG PPð >$S.@ 3HUPLVVLEOHVXUIDFHSUHVVXUH EHORZVFUHZKHDG 1PPð >S.]XO@ 6800$5< &DOFXODWLQJVDIHWLHVZLWKWKHPD[LPDOUHTXLUHGDVVHPEO\SUHORDGZLWKWLJKWHQLQJIDFWRU 6DIHW\DJDLQVW\LHOGSRLQW>6)@ 6DIHW\DJDLQVWIDWLJXH>6'@ 6DIHW\DJDLQVWSUHVVXUH>63@ &DOFXODWLRQZLWKPD[LPXPDWWDLQHGSUHWHQVLRQIRUFH 6DIHW\DJDLQVW\LHOGSRLQW>6)@ 6DIHW\DJDLQVWIDWLJXH>6'@ 6DIHW\DJDLQVWSUHVVXUH>63@

)LJXUH'LVSOD\RIUHVWUDLQWGLDJUDP

5HPDUNV 7KHVDIHWLHV6)6'63 DUHFDOFXODWHGDFFRUGLQJWR9', &DOFXODWLQJVDIHWLHVZLWKWKHPD[LPDODVVHPEO\SUHORDG)0PD[ 6DIHW\DJDLQVWVOLGLQJ>6* ).5).HUI@LVFDOFXODWHGZLWK ).5ZLWK)0DOSKD$).HUI .HUI1.HUI' 7KHFDOFXODWLRQRIWKHQRUPDOYDOXHVIRUXVDJH3UHORDG DQGWLJKWHQLQJWRUTXH IROORZVWKHFRUUHVSRQGLQJHTXDWLRQDFFRUGLQJ9', 7KHVHYDOXHVFRUUHVSRQGZLWKWKHYDOXHVLQWKHWDEOHVLQWKH9',6WDQGDUG6PDOOGLIIHUHQFHVPD\KRZHYHU RFFXU 7RWDOUHTXLUHGFODPSLQJIRUFHDFFRUGLQJWR5 ).HUI 0D[L).HUI$).HUI').HUI1 (QGUHSRUWOLQHV

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

Recommend Documents