VISOKA KOLA "CEPS - CENTAR ZA POSLOVNE STUDIJE"

Predmet: OSNOVE STROJARSTVA

Tema: ELEMENTI ZA PRIJENOS OKRETNOG GIBANJA

Student: Profesor:Mirsad Mei Ivan Damjanovi

KISELJAK, 2014

UVOD

Prije upoznavanja najvanijih vrsta prijenosnika u ovom e radu biti govora o osnovnim pojmovima vezanim za prijenos snage i gibanja kao to su pojmovi brzine vrtnje, prijenosnog omjera, skoka prijenosa, iskoristivosti itd. Prilikom ovih razmatranja koristit e se oznake prema [2] i [3]. Kao primjeri gotovo e se redovito upotrebljavati najrairenije vrste prijenosnika, zupasti prijenosnici, s konstantnim ili promjenjivim prijenosnim omjerom.Dijelovi strojeva su optereeni i s inercijskim silama i momentima, koji se pojavljuju pri promjeni veliine i smjera njihovih brzina. Zbog tih promjena pojavljuju se inercijske sile kao dodatna, cikliki promjenjiva optereenja, pri pokretanju i pri zaustavljanju stroja. Kod pravocrtnog gibanja inercijska sila mase m pri ubrzanju (ili usporenju) a jednaka je:F = m apri emu negativni predznak pokazuje da je smjer djelovanja inercijske sile suprotan smjeru ubrzanja. Zbog toga je pri ubrzanju inercijska sila suprotna smjeru gibanja, dok je pri usporenju u smjeru gibanja. Pri krunom gibanju inercijski okretni moment jednak je:T = J J [kgm] moment inercije mase strojnog dijela, [s-2] kutno ubrzanje

Prijenosnici snage i gibanjaPodijela prijenosnika

Slika 1 graficki prikaz podijele prijenosnika

Prijenosni omjer (odnos)

Prijenosni omjer prijenosnika jest omjer brzina ulaznog (pogonskog) i izlaznog lana (gonjenog, radnog).Odreivanje kinematskih odnosa prijenosnika moe se provesti na dva naina: analitiki grafikiOd grafikih metoda najee se koristi Kutzbachova metoda.

Slika 2 Kutzbachov plan brzina na primjeru jednostupanjskog prijenosnika

Slika 3 Kutzbachov plan brzina za dvostupanjske prijenosnikePrema preporukama Udruenja Njemakih ininjera definira se prijenosni odnos kao odnos izmeu kutnih brzina pogonskog i gonjenog lana prijenosnika. Iz praktinih razloga ee se upotrebljava omjer brzina vrtnje, a kod zupastih prijenosnika i omjer broja zubi. Za viestupanjski prijenosnik, koji zovemo mjenja (na primjer kod vozila), moemo pisati na osnovi jednadbe a za pojedine stupnjeve prijenosa:

z z124I. stupanj:i z1 z3

Slika 4 Viestupanjski prijenosnik (mjenja) vozila sa stupnjevanom promjenom prijenosnih omjeraA B

OPIS GIBANJA

i 1

Prijenosnikom se kutna brzina pogonskog stroja smanjuje ili reducira. iri naziv ovakvih prijenosnika jest reduktori

i 1

Prijenosnikom se kutna brzina pogonskog stroja poveava. iri naziv ovakvih prijenosnika jest multiplikatori

i

Posebnost kod bezstupnjevanih prijenosa ili kombiniranih pri pokretanju (n2=0)

i 0

Pri n1=0, kod pokretanja

i 0

Negativan. Smjer okretanja pogonske i gonjene strane suprotan

i 0

Pozitivan. Smjer okretanja pogonske i gonjene strane istovjetan

Tablica: Mogue vrijednosti prijenosnog omjera pri razliitim kombinacijama kutnih brzina

Pozitivan predznak (+) ovdje znai da se ulazno i izlazno vratilo prijenosnika okree u istom smjeru, a negativan () u suprotnom smjeru. Uobiajeno je da se pozitivnim predznakom obiljeava smjer okretanja kao kod kazaljki na satu (udesno).

Prijenosni se omjer kree, teoretski, u irokim granicama.

Podruje prijenosaPod pojmom podruje prijenosa podrazumijevamo odnos najveeg i najmanjeg prijenosnog omjera nekog prijenosnika s promjenjivim prijenosnim omjerom, bez obzira na to radi li se o skokovitoj ili kontinuiranoj promjeni prijenosnog omjera.

Skok prijenosa

iiPod ovim pojmom podrazumijevamo odnos ili "razmak" dvaju susjednih stupnjeva prijenosa prijenosnika sa stupnjevanom promjenom prijenosnih omjera.U veini industrijskih prijenosnika (ne kod vozila!) sa stepenasto promjenjivim prijenosnim omjerima, a posebno kod alatnih strojeva, trai se izmeu pojedinih stupnjeva prijenosa jednak skok prijenosa. To daje raspored podruja prijenosa po geometrijskom redu.Ako se radi o mjenjaima vozila, onda se nastoji u viim stupnjevima prijenosa odabrati manji skok prijenosa nego u niim. To je zbog toga to vozila vremenski vie voze u viim stupnjevima prijenosa, ali i zbog boljih karakteristika ubrzanja u cijelom voznom podruju.

Slika 5 Mjenja automobila

Grupni prijenosnikesto se kod industrijskih prijenosnika sa skokovitom promjenom prijenosnog omjera, kao i kod takvih prijenosnika za vozila, dodaje u seriju (prije ili poslije prijenosnika-mjenjaa) prijenosnik, obino s jednim stupnjem prijenosa ili sa dva. Ovakva kombinacija prijenosnika zove se grupni prijenosnik, a zadatak mu je, obino, podvostruenje broja stupnjeva prijenosa, odnosno broja prijenosnih omjera.

Relativne brzine vrtnjeBrzine vrtnje pojedinih lanova prijenosnika prema mirujuoj okolini zovu se apsolutne brzine. Ako se pojedini elementi prijenosnika u dodiru gibaju jedan naspram drugog, onda govorimo o relativnoj brzini izmeu njih. Zavisno od predznaka pojedinanih brzina, ova (relativna) brzina moe biti manja ili vea od pojedinanih (apsolutnih) brzina. Relativna brzina kod prijenosnika vrlo je znaajna pri dimenzioniranju leaja. Odreivanje relativnih brzina obavlja se grafiki ili analitiki, najee kao diferencija apsolutnih brzina (s obzirom na mirujuu okolinu). Na slikama se vidi odreivanje relativnih brzina iz Kutzbachova plana brzina.

Slika 6 Relativne brzine vrtnje

Okretni momentiZa jednostupanjski zupasti prijenosnik (sl. 3.1) mora suma vanjskih momenata biti jednaka nuli TA TB TC 0

Slika 7 Odnosi okretnih momenata kod jednostupanjskih prijenosnika

SnageZa poznati okretni moment i kutnu brzinu snaga se izraunava kao njihov produkt. Pri tome razlikujemo snagu PA kao snagu koja ulazi u prijenosnik (apsolutna) i snaga P1 koja se pojavljuje na prvom prijenosnikom elementu.Prilikom prorauna snaga vrijedit e konvencija o predznaku snage prema [1], i to na osnovi toga dovodi li se snaga na promatrani lan prijenosnika ili se odvodi s lana. Dakle, vrijedi: predznak snage pozitivan je, ako snaga "dolazi" u promatrani lan odnosno ako mu je ona pogonska i predznak snage je negativan kada snaga "odlazi" s promatranog lana, odnosno snaga je gonjena

Slika 8 Odreivanje predznaka na primjeru dvostupanjskog prijenosnika

Ovakav nain odabira predznaka vrlo je svrsishodan, osobito kod analize sloenih prijenosnika bilo koje vrste, jer nam predznak u rezultatu govori odmah i o smjeru okretanja, smjeru momenta i toku snage.

OsovinaOsovina je strojni dio za okretno gibanje i obino je krunog poprenog presjeka. Osovine su optereene samo na savijanje i nisu namijenjene prijenosu snage ili okretnog momenta, za razliku od vratila. Osovina moe povezivati razne strojne dijelove kao na primjer kota ili leaj kod pogonskog podvozja vlaka. Dakle, osovina moe i mirovati (ostali strojni elementi na njoj rotiraju), dok vratilo uvijek rotira jer prenosi zakretni moment, dakle vratila se uvijek kreu i uvijek obavljaju neki rad, dok se osovine mogu i ne moraju pokretati i nose na sebi neke dijelove na sebi koji se vrte. Osovine sa sredinjim uzdunim provrtima nazivaju se uplje osovine.

Slika 9 Osovina vlaka

Osovine su preteno ravne i cilindrine, a mogu biti izvedene kao glatke ili stupnjevane. Kratke osovine nazivaju se jo i osovinice (npr. osovinica klipa) i svornjaci. Uobiajeno je umjesto naziva vratilo primijeniti naziv osovina kad god je iz samog opisa jasno da se radi o elementu optereenom na uvijanje, npr. osovina reduktora, koljenasta osovina, kardanska osovina, osovina kormila, osovina motora (turbine, pumpe), ili openito pogonska osovina.Radi smanjenja teine, osovine i vratila mogu biti uplji, s uzdunim provrtom, to poskupljuje izradu. Pri tome je korist od smanjenja teine vea nego teta od smanjenja vrstoe i krutosti. Npr. vratilo s promjerom provrta 0,5d je lake 25%, a momenti otpora se smanjuju samo oko 5%.

Slika 10 Osovina vlaka mree vlakova velikih brzin u Japanu

Materijali osovinaPri izboru materijala za osovine i vratila potrebno je, osim karakteristika vrstoe, uzeti u obzir i otpornost materijala na koncentraciju naprezanja, te otpornost na koroziju. Posebno je karakteristino za elike visoke vrstoe da su osjetljivi na koncentraciju naprezanja koja nastaje uz prijelaze s jednog na drugi promjer, uz ljebove za pera i klinove, ljebove za uskonike i slino. Za izradu osovina i vratila upotrebljavaju se konstrukcijski elici, poboljani elici i elici za cementiranje.

Slika 11 Kamionsko vratilo ili pogonska osovinaSve osovine i vratila, a naroito ako su vuene i hladno vuene, a nisu normalizirane, imaju zaostala naprezanja: veliki tlak na povrinskom sloju, a niski vlak u jezgri. Poslije rezanja, a naroito poslije izrade utora za klin, ravnotea zaostalih naprezanja se narui, i osovina se savine bez djelovanja vanjskog optereenja. Ovaj progib iznosi ak oko 1 mm za osovinu promjera 50 na duljini utora od 1000 mm. Zato je obvezna zavrna obrada nakon rezanja utora za klin. Obino bruenje samo dosjednih ploha zadovoljava. Rukavci, prijelazi, dosjedi, mjesta za brtvenice i sl., fino se tokare ili bruse, odnosno komprimiraju, lepuju ili obrauju superfini postupkom. Ova zavrna obrada se bezuvjetno radi poslije toplinske obrade.

Zbog naglih promjena presjeka uzrokovanih prijelazima s manjega na vei promjer i obrnuto, utorima za uskonike, rupama itd., osovine i vratila u pravilu trpe veliku koncentraciju naprezanja. Pri titrajuem (ciklikom) optereenju ovo moe dovesti do loma materijala zbog umora materijala. Odgovarajuim oblikovanjem, posebno oko kritinih mjesta, ova opasnost se moe znatno ili potpuno ukloniti.

Slika 12 Pogonska osovina biciklaOptereenja osovina i vratilaVeina osovina i vratila mogu se u praksi smatrati nosaima na dva ili vie leaja, klizna ili valjna. Vanjske sile koje djeluju na dijelove smjetene na osovini ili vratilu (zupanike, remenice, lananike, koloture itd.) uzrokuju reakcijske sile u leajima koje skupa s vanjskim silama uzrokuju momente savijanja u poprenim presjecima. Sile, a time i momenti savijanja, openito djeluju u dvije okomite ravnine. Momenti savijanja stvaraju u tim dvjema ravninama rezultirajui moment savijanja, koji u osovini ili vratilu uzrokuje naprezanje na savijanje.U mirujuim osovinama dinamiko optereenje na savijanje je promjenjivo zbog promjenjivih vanjskih sila. Naprezanje na savijanje je tada najee istosmjerno promjenjivo, pa se za mjerodavnu karakteristiku vrstoe uzima istosmjerna trajna dinamika vrstoa materijala. U rotirajuim osovinama naprezanja na savijanje su naizmjenino promjenjiva, pa se za mjerodavnu karakteristiku vrstoe uzima trajna dinamika vrstoa materijala za simetrini ciklus savijanja. U oba sluaja se dakle, kao i inae pri dimenzioniranju, ne raunaju precizno dinamike vrstoe osovine, nego se rauna samo s dinamikim vrstoama materijala, ali se zato poveava potrebni stupanj sigurnosti.

Slika 13 Tokarilica s vie osovinaIzrada osovinaOsovine i vratila promjera do 80 mm mogu se dobiti provlaenjem (izvlaenjem) elinih ipki na hladno, pri emu se postiu tolerancije od h8 do h11, tako da naknadno tokarenje vie nije potrebno. Promjeri do 150 mm izrauju se od elinih ipki okruglog presjeka izvlaenjem na toplo, valjanjem na toplo ili tokarenjem. Deblje i sloenije osovine i vratila izrauju se kovanjem, preanjem ili lijevanjem.Rukavci, prijelazi s manjeg na vei promjer i boni oslonci se prema postavljenim zahtjevima fino tokare, bruse, poliraju ili tlae. Preporua se da promjeri osovina ili vratila u mm budu standardni ili zaokrueni brojevi. Zavreci vratila promjera do 28 mm izrauju se s tolerancijom j6, od 28 do 50 s k6, a vei s m6. esto su zavreci izraeni kao oljebljeni. Promjeri rukavaca su odreeni promjerom leaja. Oblik ostalog dijela osovine ili vratila je osim vrstoom i krutou odreen drugim konstrukcijskim zahtjevima, nainom ugradnje, izmjerama brtvi, uskonika itd. Osovine i vratila za brzine vrtnje iznad 1500 okretaja/min moraju biti kruta, kruto uleitena i izbalansirana.

Slika 14 Zupcanik okretni gibanj

LITERATURAhttp://hr.wikipedia.org/wiki"Elementi strojeva", Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Split, Prof. dr. sc. Damir Jelaska, 2011