Předmět :
347502/01 Konstrukční cvičení I
Garant předmětu :
doc. Ing. Jiří Havlík, Ph.D.
Ročník :
1.navazující , magisterské distanční
Školní rok :
2014 ÷ 2015
Semestr :
zimní
Zadání konstrukčního cvičení
Konstrukčně navrhněte pohon klikového mechanismu pro pohon vozíku podle
obrázku Z.1. Základní parametry mechanismu jsou uvedeny v tabulce Z.1. Klikový
mechanismus i s pohonem zabudujte do svařovaného rámu, který bude mít otvory
pro ukotvení do betonového základu. Pohon klikového mechanismu bude realizován
asynchronním motorem s kotvou nakrátko a úzkým klínovým řemenem. Zátěžná síla
F  Fmax  konst. Poměr délkových rozměrů r / lo  (0,2  0,25) . Otáčky klikového
hřídele n2  konst. Přenos krouticího momentu z elektromotoru na hnací kolo podle
výstupní hřídele elektromotoru. Přenos krouticího momentu z hnaného kola na
klikovou hřídel bude řešen pomocí evolventního drážkování. Působení setrvačných
sil zanedbejte.
Obr. Z.1 – Schéma pohonu vozíku
1
Tab. Z.1
Pořadové Zátěžná síla
číslo
FZ [N]
1
300
2
600
3
900
4
1200
5
1500
6
1800
7
300
8
600
9
900
10
1200
11
1500
12
1800
13
300
14
600
15
900
16
1200
17
1500
18
1800
19
300
20
600
21
900
22
1200
23
1500
24
1800
25
300
26
600
27
900
28
1200
29
1500
30
1800
31
300
32
600
33
900
34
1200
35
1500
36
1800
Otáčky kliky
n2 [min-1]
200
200
200
200
200
200
250
250
250
250
250
250
300
300
300
300
300
300
350
350
350
350
350
350
400
400
400
400
400
400
450
450
450
450
450
450
Poloměr kliky
r [mm]
300
300
300
300
300
300
275
275
275
275
275
275
250
250
250
250
250
250
225
225
225
225
225
225
200
200
200
200
200
200
175
175
175
175
175
175
2
Rozměr
a [mm]
300
Rozměr
b [mm]
300
Výkresová dokumentace bude obsahovat:
1. Celkový sestavný výkres
2. Všechny výkresy výrobní dokumentace
Výpočtová zpráva bude obsahovat:
1. Výpočet odporu pojezdových kladek
2. Působení sil na klikový mechanismus
3. Volba elektromotoru a výpočet řemenového převodu
4. Kontroly klikového čepu, kliky, klikového hřídele, ojnice
5. Kontrola drážkových spojení a per
6. Kontrola pojezdových kladek a ložisek
7. Případné kontroly šroubových spojení
Použitá literatura:
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[6]
[7]
Dejl, Z.: Konstrukce strojů a zařízení I., MONTANEX, Ostrava, 2000
Moravec, V., Havlík, J.: Výpočty a konstrukce strojních dílů, VŠB-TU Ostrava
2005
Němček, M.: Řešené příklady z částí a mechanismů strojů, VŠB-TU Ostrava,
2008
Kříž, R.: Strojnické tabulky II.., MONTANEX, Ostrava, 1997
Fiala, J.: Strojnické tabulky III., SNTL, Praha, 1989
Bolek, A.: Části strojů, technický průvodce, 1 a 2 svazek, SNTL Praha, 1989
Přednášky a cvičení z ČaMS
Firemní literatura-prospekty, www stránky atd.
3
Metodický postup výpočtu pro F  1400 N , n2  150 min 1 , r  250 mm .
1.
Výpočet odporu pojezdových kladek
Zatížení jedné kladky
F  b 1400  300
F1K  Z

 700 N .
2a
2  300
(1.1)
Podle zatížení volena kladka podle www.winkel.de, kde poloměr kladky je
RK  26,25 mm a poloměr čepu kladky je rK  20 mm . Je možno zvolit i jiný druh
kladek a nebo si kladku navrhnout s valivým ložiskem.
Odpor kladek proti pohybu
4  F1K
4  700
FTK 
 e  f č  rK  
 0,6  0,015  20  96 N ,
(1.2)
RK
26,25
kde
součinitel valivého tření,
e  0,6 mm
f č  0,015 součinitel čepového tření pro valivá ložiska.
Vzorec 1.2 platí pro axiální vedení vozíku kladkou. Bude-li axiálně veden vozík např.
nákolky, pak je nutno vynásobit vzorec 1.2 součinitelem vedení   2 .
Síla, která působí na klikový mechanismus
(1.3)
F  FZ  FTK  1400  96  1496 N .
Byla zde zanedbána hmotnost vozíku, kterou je možno zahrnout později do výpočtu
po navržení vozíku (nebude mít podstatný vliv na odpor proti pojíždění)
2. Působení sil na klikový mechanismus
Působení sil na klikový mechanismus je znázorněno na obr. 2.1
Obr. 2.1 – Působení sil na klikový mechanismus
4
Analýzu působení sil podle úhlu  na klikový mechanismus provedeme podle
následujících vzorců:
Poměr
r 1 1
     ,
lo  4 5 
(2.1)
úhel
  arcsin   sin   ,
(2.2)
síla působící na ojnici
F
,
F0 
cos 
(2.3)
normálná síla ve vozíku a v ose klikového hřídele
FN  F  tg ,
tečná síla ojnice
sin a   
,
FT  F 
cos 
(2.4)
(2.5)
radiální síla na ojnici
cosa   
,
FR  F 
cos 
(2.6)
krouticí moment na klice
M K 2  FT  r ,
(2.7)
úhlová rychlost na klice
 2  2    n2 ,
(2.8)
výkon na klice
P2  M K 2  2 ,
(2.9)
rychlost vozíku



c  r   2   sin    sin 2  .
2


(2.10)
Analýza působení sil podle úhlu  na klikový mechanismus je uveden v tabulce 2.1.
5
Tab. 2.1 – Analýza působení sil podle úhlu  na klikový mechanismus
Úhel
kliky
Úhel
kliky
α[°]
α[rad]
Zátěžná
síla
F[N]
Otáčky
kliky
n2[min-1]
Poloměr
kliky
r[mm]
Délka
ojnice
lo[mm]
Poměr
délek
kliky a
ojnice
Úhel
ojnice
l[ - ]
β[°]
Úhel
ojnice
β[rad]
Síla
působící
na ojnici
F0[N]
Normálná Tečná
síla ve
síla
vozíku
ojnice
FN[N]
Radiální
síla
ojnice
FT[N]
FR[N]
Ktouticí
moment
na klice
Úhlová
rychlost
na klice
Výkon na
klice
Mk[Nm]
w2[s-1]
P2[kW]
Rychlost
křižáku
c[m*s-1]
0
0,000
1496,0
150
250
1000
0,25
0,000
0,000
1496,0
0,0
0,0
1496,0
0,0
15,7
0,0
0,00
5
0,087
1496,0
150
250
1000
0,25
1,249
0,022
1496,4
32,6
162,9
1487,5
40,7
15,7
0,6
0,43
10
0,175
1496,0
150
250
1000
0,25
2,488
0,043
1497,4
65,0
323,8
1462,0
80,9
15,7
1,3
0,85
15
0,262
1496,0
150
250
1000
0,25
3,710
0,065
1499,1
97,0
480,9
1419,9
120,2
15,7
1,9
1,26
20
0,349
1496,0
150
250
1000
0,25
4,905
0,086
1501,5
128,4
632,3
1361,9
158,1
15,7
2,5
1,66
25
0,436
1496,0
150
250
1000
0,25
6,065
0,106
1504,4
158,9
776,3
1288,7
194,1
15,7
3,0
2,04
30
0,524
1496,0
150
250
1000
0,25
7,181
0,125
1507,8
188,5
911,2
1201,3
227,8
15,7
3,6
2,39
35
0,611
1496,0
150
250
1000
0,25
8,244
0,144
1511,6
216,8
1035,6
1101,1
258,9
15,7
4,1
2,71
40
0,698
1496,0
150
250
1000
0,25
9,247
0,161
1515,7
243,6
1148,2
989,4
287,0
15,7
4,5
3,01
45
0,785
1496,0
150
250
1000
0,25
10,182
0,178
1519,9
268,7
1247,8
867,8
312,0
15,7
4,9
3,27
50
0,873
1496,0
150
250
1000
0,25
11,041
0,193
1524,2
291,9
1333,6
738,0
333,4
15,7
5,2
3,49
55
0,960
1496,0
150
250
1000
0,25
11,817
0,206
1528,4
313,0
1405,0
601,7
351,2
15,7
5,5
3,68
60
1,047
1496,0
150
250
1000
0,25
12,504
0,218
1532,3
331,8
1461,5
460,7
365,4
15,7
5,7
3,83
65
1,134
1496,0
150
250
1000
0,25
13,096
0,229
1535,9
348,0
1502,9
316,8
375,7
15,7
5,9
3,94
70
1,222
1496,0
150
250
1000
0,25
13,587
0,237
1539,1
361,6
1529,4
171,9
382,4
15,7
6,0
4,01
75
1,309
1496,0
150
250
1000
0,25
13,974
0,244
1541,6
372,3
1541,4
27,6
385,3
15,7
6,1
4,04
80
1,396
1496,0
150
250
1000
0,25
14,253
0,249
1543,5
380,0
1539,3
-114,5
384,8
15,7
6,0
4,04
85
1,484
1496,0
150
250
1000
0,25
14,421
0,252
1544,7
384,7
1523,8
-252,8
381,0
15,7
6,0
4,00
90
1,571
1496,0
150
250
1000
0,25
14,478
0,253
1545,1
386,3
1496,0
-386,3
374,0
15,7
5,9
3,93
6
Tab. 2.1 – Analýza působení sil podle úhlu  na klikový mechanismus - pokračování
Úhel
kliky
Úhel
kliky
α[°]
α[rad]
Zátěžná
síla
F[N]
Otáčky
kliky
n2[min-1]
Poloměr
kliky
r[mm]
Délka
ojnice
lo[mm]
Poměr
délek
kliky a
ojnice
Úhel
ojnice
l[ - ]
β[°]
Úhel
ojnice
β[rad]
působící
na ojnici
F0[N]
Normálná Tečná
síla ve
síla
vozíku
ojnice
FN[N]
Radiální
síla
ojnice
FT[N]
FR[N]
Ktouticí
moment
na klice
Úhlová
rychlost
na klice
Výkon na
klice
Mk[Nm]
w2[s-1]
P2[kW]
Rychlost
křižáku
c[m*s-1]
95
1,658
1496,0
150
250
1000
0,25
14,421
0,252
1544,7
384,7
1456,8
-513,6
364,2
15,7
5,7
3,83
100
1,745
1496,0
150
250
1000
0,25
14,253
0,249
1543,5
380,0
1407,3
-634,0
351,8
15,7
5,5
3,70
105
1,833
1496,0
150
250
1000
0,25
13,974
0,244
1541,6
372,3
1348,7
-746,8
337,2
15,7
5,3
3,55
110
1,920
1496,0
150
250
1000
0,25
13,587
0,237
1539,1
361,6
1282,1
-851,4
320,5
15,7
5,0
3,37
115
2,007
1496,0
150
250
1000
0,25
13,096
0,229
1535,9
348,0
1208,8
-947,6
302,2
15,7
4,7
3,18
120
2,094
1496,0
150
250
1000
0,25
12,504
0,218
1532,3
331,8
1129,7
-1035,3
282,4
15,7
4,4
2,98
125
2,182
1496,0
150
250
1000
0,25
11,817
0,206
1528,4
313,0
1045,9
-1114,5
261,5
15,7
4,1
2,76
130
2,269
1496,0
150
250
1000
0,25
11,041
0,193
1524,2
291,9
958,4
-1185,2
239,6
15,7
3,8
2,52
135
2,356
1496,0
150
250
1000
0,25
10,182
0,178
1519,9
268,7
867,8
-1247,8
217,0
15,7
3,4
2,29
140
2,443
1496,0
150
250
1000
0,25
9,247
0,161
1515,7
243,6
775,0
-1302,6
193,8
15,7
3,0
2,04
145
2,531
1496,0
150
250
1000
0,25
8,244
0,144
1511,6
216,8
680,5
-1349,8
170,1
15,7
2,7
1,79
150
2,618
1496,0
150
250
1000
0,25
7,181
0,125
1507,8
188,5
584,8
-1389,8
146,2
15,7
2,3
1,54
155
2,705
1496,0
150
250
1000
0,25
6,065
0,106
1504,4
158,9
488,2
-1423,0
122,0
15,7
1,9
1,28
160
2,793
1496,0
150
250
1000
0,25
4,905
0,086
1501,5
128,4
391,0
-1449,7
97,8
15,7
1,5
1,03
165
2,880
1496,0
150
250
1000
0,25
3,710
0,065
1499,1
97,0
293,5
-1470,1
73,4
15,7
1,2
0,77
170
2,967
1496,0
150
250
1000
0,25
2,488
0,043
1497,4
65,0
195,8
-1484,6
48,9
15,7
0,8
0,51
175
3,054
1496,0
150
250
1000
0,25
1,249
0,022
1496,4
32,6
97,9
-1493,1
24,5
15,7
0,4
0,26
180
3,142
1496,0
150
250
1000
0,25
0,000
0,000
1496,0
0,0
0,0
-1496,0
0,0
15,7
0,0
0,00
7
3.
Volba elektromotoru a výpočet řemenového převodu
Zvolit elektromotor a nebo elektropřevodovku (podle převodového poměru, tak aby
nevycházelo hnané kolo příliš veliké, řídit se citem a doporučenou literaturou.
Kontrola může být provedena buď podle ČSN a nebo katalogu výrobce
4.
Nakreslit v hrubých obrysech sestavu
5.
Provést kontroly klikového čepu, kliky, klikového hřídele, ojnice
Vycházet z průběhu zatěžujících sil. Buďto vyhodnotit extrémy a nebo sestavit
algoritmy a ve vhodném programu vypočítat průběhy napětí. Případně korigovat
sestavu.
5. 1 Kontrola kliky
Působení sil na kliku je znázorněno na obrázku 5.1.
Obr.5.1 – Působení sil na kliku
8
Ohybová napětí
 o1 
6  FR  j
,
h  b2
(5.1)
 o2 
6  FT  l
,
h2  b
(5.2)
Smyková napětí
1 
c 2  FT  j
,
c1  h  b 2
(5.3)
 2  c3   1 .
Tab.5.1 – hodnoty součinitelů
m
1,0
1,5
2,0
c1
0,141 0,196 0,229
c2
0,675 0,852 0,928
c3
1,000 0,858 0,796
Kde m 
(5.4)
3,0
0,263
0,977
0,753
4,0
0,281
0,990
0,745
6,0
0,298
0,997
0,743
8,0
0,307
0,999
0,743
10,0
0,312
1,000
0,743
∞
0,333
1,000
0,743
h
b
Redukované napětí ve vlákně I
 redI   o1   o 2 .
(5.5)
Redukované napětí ve vlákně II
2
 redII   01
 4   12 .
(5.6)
Redukované napětí ve vlákně III
2
 redIII   02
 4   22 .
(5.7)
Dále se vypočítá součinitel bezpečnosti jako pdíl redukovaného napětí a napětí na
mezi kluzu a tento se srovná s dovoleným součinitelem bezpečnosti.
6.
Kontrola drážkových spojení a per
7.
Kontrola pojezdových kladek a ložisek
8.
Případné kontroly šroubových spojení
9.
Dokreslit sestavu
9
10. Dokončit výrobní dokumentaci
V Ostravě 01.09.2014
Doc. Ing. Jiří Havlík, Ph.D.
10
Download

Konstrukční cvičení I. - zadání doc. Havlík