Red. prof. dr. sc. Boris Obsieger KONSTRUKCIJSKI ELEMENTI II 1. Predavnje 05.10.2009. Literatura B.
Download
Report
Transcript Red. prof. dr. sc. Boris Obsieger KONSTRUKCIJSKI ELEMENTI II 1. Predavnje 05.10.2009. Literatura B.
Red. prof. dr. sc. Boris Obsieger
KONSTRUKCIJSKI ELEMENTI II
1. Predavnje
05.10.2009.
Literatura
B. Obsieger, SPOJKE
B. Obsieger, VALJNI LEŽAJEVI
B. Kraut, STROJARSKI PRIRUČNIK
Dodatni materijali:
http://www.edu-point.org/ke2
SPOJKE
1. Krute
2. Kompenzacijske
3. Elastične
4. Savitljive
5. Izvrstive
- Centrifugalne
- Tarne
- Hidrodinamičke
- Elektrodinamičke
6. Sigurnosne
TARNE SPOJKE
Konstrukcija i uključni moment
Spojke sa stožastim
tarnim površinama
STOŽASTE I PLOČASTE TARNE SPOJKE
Stožaste tarne spojke
S4.2b
Spojke s ravnim
tarnim površinama
Pločaste tarne spojke
S4.3
Spojke sa stožastim
tarnim površinama
RADIJALNE I LAMELNE TARNE SPOJKE
Stožaste tarne spojke
Radijalne tarne spojke
S4.2b
Spojke s ravnim
tarnim površinama
Pločaste tarne spojke
S4.4
Lamelne tarne spojke
S4.3
S4.5
LAMELNE TARNE SPOJKE
S više lamela
S jednom lamelom
S4.5
S4.19b
Podjela tarnih spojki po načinu
uključivanja
Mehaničke (ručica za uključivanje)
Hidrauličke
Pneumatske
Elektromagnetske
(lamele su privučene elektromagnetom)
Ručica za uključivanje
Elektromagnetska tarna spojka
S4.23a
Hidraulička tarna spojka
S4.25
S4.24
Pneumatska tarna spojka
S4.26
LAMELE
Podjela po načinu aksijalnog vođenja
- s vodilicama
- s ozubljenjem
Podjela po materijalu
- čelik ili SL bez obloge
- čelik s oblogom (organskom, sinter broncom, sinter željezom)
- organska masa
LAMELE S VODILICAMA
Vođenje na vanjskom rubu
Bez obloge
Vođenje na unutarnjim rubu
S oblogom
S4.33
S4.29
X
S4.30, 4.31, 4.32
LAMELE S OZUBLJENJEM
Ozubljenje na vanjskom rubu
Bez obloge
Ozubljenje na unutarnjim rubu
S oblogom
S4.39
S4.35
X
S4.36, 4.37, 4.38
TARNI PAROVI
T4.9
Tarni par
Bez prisustva ulja
Uz prisustvo ulja
DA
Čelik nitriran / čelik nitriran
DA
Sinter bronca / čelik
DA
DA
Sinter željezo / čelik
DA
Organska obloga / sivi lijev ili čelik
DA!
DA
Čelik kaljen / čelik kaljen
Papir / čelik
SILA TRENJA
STATIČKA SILA TRENJA
(sila trenja mirovanja)
DINAMIČKA SILA TRENJA
(sila trenja klizanja)
…je ona tangencijalna sila koja
…je najveća tangencijalna sila
koju može prenijeti jedna
se prenosi s jedne klizne
klizna površina na drugu kada
površine na drugu
nema klizanja.
pri klizanju.
…prekoračenjem statičke sile
trenja dolazi do klizanja, pa
tada između kliznih površina
djeluje dinamička sila trenja.
Statička sila trenja je uvijek veća
od dinamičke sile trenja !!!
Suma svih sila = 0
STATIČKA SILA TRENJA (sila trenja mirovanja)
Razlika između vanjske sile i statičke sile trenja je “rezerva”
(potencijalno povećanje sile prije nastanka klizanja)
DINAMIČKA SILA TRENJA (sila trenja klizanja)
Razlika između vanjske sile i dinamičke sile trenja je sila
ubrzanja
= masa × ubrzanje !!!
KOEFICIJENT TRENJA
Razlikujemo
- statički koeficijent trenja
(koeficijent trenja mirovanja)
- dinamički koeficijent trenja
(koeficijent trenja klizanja)
Statički koeficijent trenja je uvijek veći od
dinamičkog koeficijenta trenja !!!
STATIČKI KOEFICIJENT TRENJA
…je omjer između statičke sile trenja i normalne
sile.
DINAMIČKI KOEFICIJENT TRENJA
…je omjer između dinamičke sile trenja i normalne
sile.
Radi pojednostavljenja računamo kao da je dinamički
koeficijent trenja približno konstanta za određeni tarni
par, tj. u da u radnom području ne ovisi bitno o brzini
klizanja, pritisku i temperaturi.
MOMENT TARNE SPOJKE
sila trenja × srednji polumjer
ili
normalna sila × koeficijent trenja × srednji polumjer
Razlikujemo
- statički moment spojke
= normalna sila × stat. koeficijent trenja × srednji polumjer
- uključni moment spojke (moment klizanja)
= normalna sila × din. koeficijent trenja × srednji polumjer
Statički moment spojke je uvijek veći od
uključnog momenta spojke !!!
STATIČKI MOMENAT SPOJKE
To je moment koji može prenijeti uključena tarna
spojka a da ne dođe do proklizavanja spojke.
UKLJUČNI MOMENT SPOJKE
To je moment koji spojka prenosi pri klizanju od
pogonskog na radni stroj.
Suma svih momenata = 0
Razlika između momenta pogonskog stroja i
momenta koji preuzima radni stroj je moment ubrzanja
Pogonski stroj
TP
Spojka
Radni stroj
TK
IP , P
TR
IR , R
T=0
TAP TP TK
TAR TK TR
TP
TK
TK
TR
T
TS
TS
TK
Statička
"rezerva"
TK
TAR
TR
T TK
TR
TK
T
TR
0
t3
(klizanje)
Pojednostavljeni dijagram momenata na spojci
t
T
TS
TK
TS
TK
TK
TR
TR
0
t3
(klizanje)
Pojednostavljeni dijagram momenata i brzina
t
TS
T
Pojednostavljeni dijagrami
momenata na spojci
TK
TK
TK
TR
TR
0
t
a)
TP
Pojednostavljeni dijagrami
momenata na pogonskom stroju
TK
TK
TK
TR
0
t
b)
0
Pojednostavljeni dijagram
kutnih brzina
P 0
P S
P R
R
P 0
R
0
t3
c)
S4.46
Spojka je uključena... ...isključena
tc
t
Uzrok:
- Moment pogonskog stroja (funkcija od )
- Moment radnog stroja (funkcija od )
- Uključni moment spojke TK (konstanta)
Posljedica:
- Moment usporenja pogonskog stroja TAP TP TK
- Moment ubrzanja radnog stroja
TAR TK TR
- Trajanje klizanja
t3
MOMENT TRENJA
NA PRVOM TARNOM PARU
A
Presjek A-A
FT1
F1
F0
dm
D
d
S4.15,
S4.27,
S4.28
A
dm
dm
T1 FT1
T1 F1
,
2
2
MOMENT TRENJA
NA DRUGOM TARNOM PARU
( 0 )
F2
F1
dm
T2 F2
,
2
F2 F1 " sila trenja na vodilici"
( 0 )
0 -aksijalni koeficijent trenja
F2 F1 T2 T1
UKLJUČNI MOMENT
Broj tarnih parova j paran broj 2
dm
TK T1 T2 ... T j ( F1 ... Fj )
2
Fj
F2
F1 ... F j 1
... F1 ( jk j ) F1
F1
F1
1 r j
jk j
,
1 r
r
1
(1 0 ) 2
dm
TK jk j F1
2
F1 p1 A1, A1 Y1bdm
TK jk j p1 A1
dm
2
Y1 – fakt. iskor. površine
BILANCA ENERGIJE I
ZAGRIJAVANJE LAMELA
(pojednostavnjeni model)
BILANCA ENERGIJE ZA JEDNO UKLJUČIVANJE
Spojka
Energija
pogonskog
stroja QP
S4.53
Radni stroj
Energija QA za
savladavanje momenta
ubrzanja TA
Rad trenja QK
Energija QR za savladavanje
(toplina prenesena
radnog momenta TR
na okolinu)
SPOJKA S TANKIM LAMELAMA
Rad trenja QK pretvara se u toplinu i akumulira u lamelama po
čitavoj dubini tankih lamela.
Posljedica akumuliranja topline je porast temperature lamela
koji je veći kada je QK veći, a masa lamela manja.
Nakon kratke faze zagrijavanja (i akumuliranja topline) slijedi
mnogostruko duža faza hlađenja (odvođenja topline). Hlađenje
može trajati 100 ili više puta duže nego zagrijavanje.
AKUMULIRANJE TOPLINE U TANKOJ PLOČI
m
A1
Q
s
S4.54
Q csA1 m
gustoća
c
specifični toplinski kapacitet
m prosječni porast temperature
AKUMULIRANJE TOPLINE U VIŠE TANKIH PLOČA
m
Q
A1
m
Q
m
A1
Q
s s
s
Q
S4.55
Q Q Q ... cs A1m cs A1m ...
m m m ... ( jer se lamele dodiruju)
cs c s c s ...
Q (cs ) A1m
RASPODJELA TOPLINE U JEDNOLAMELNOJ SPOJCI
1
2
3
q1
q1
q 2
q1
q 2
q2
s Č
s ob
s l1
l3 l1
l2
PRVI TARNI PAR
(cs ) (cs )1
Q Q1
1 – Potisna ploča
2 – Lamela
3 – Obloga
S4.56
PORAST TEMPERATURE
USLIJED AKUMULIRANE TOPLINE
1 m
(za tanke lamele: na tarnoj površini prosječni)
Q1
m
(prosječni)
(cs )1 A1
Prikladno je uvesti specifični rad trenja
q1
Q1
A1
q1
m
(cs )1
2
1
1
0
Mijenjanje temperature pri naizmjeničnom
dovođenju i odvođenju topline (grijanju i hlađenju)
t
DOPUŠTENI SPECIFIČNI RAD
Ako je polazna temperatura jednaka temperaturi okoline
qAE (cs )1 (dop 0 )
Kod naizmjeničnog zagrijavanja i hlađenja
q1dop (cs )1 (dop 1 )
dop
1
0
t
UTJECAJ MOMENTA UBRZANJA
NA PORAST TEMPERATURE
Zadatak je odrediti raspon vrijednosti momenta ubrzanja radnog
stroja za koji će porast temperature lamela biti manji od dopuštenog.
TK R
QK
t3
2
I R R
t3
TA
TK TA TR
QK I RR2 TA TR
q1 *
TA
A
2 A*
(rad trenja kod jednog uključivanja)
(trajanje klizanja)
(uključni moment)
(specifični rad trenja)
I RR2
1
1
m *
2 A (cs )1 TA / TR
Porast temperature je najmanji ako moment ubrzanja radnog stroja
ima najveću moguću vrijednost:
I RR2
1
1
m min *
2 A (cs )1 TAmax / TR
m
m min
1
1
TA / TR
1
1
TAmax / TR
Najkraće trajanje klizaja:
t3min
t3
t3min
I R R
TAmax
TAmax TAmax / TR
TA
TA / TR
Ograničenja momenta ubrzanja
1. Zbog ograničenog momenta pogonskog stroja
TAmax TPSmax TR TAmax (1...2)TR
2. Zbog ograničenog specifičnog učina trenja
Mora biti
q1 q1dop
q1
(specifični učin trenja)
TKR (TA TR )R
*
2A
2 A*
TAmax TAdop
TAdop
2 A*q1dop
R
TR
POTREBAN MOMENT UBRZANJA
Mora biti
m m dop
TA TAmin
TR
2 A* (cs )1
m dop 1
2
I R R
TAmin
Dopušteno trajanje klizaja:
I R R
t3max
t3
t3max
TAmin
TAmin
TA
I RR2
1
mdop *
1
2 A (cs )1 TAmin / TR
Pri podešavanju spojke s ručnim uključivanjem,
na spojci se namjesti najveći uključni moment
TK maks TAmaks TR . Zbog trošenja, pritisak na
tarnim površinama opada, pa se smanjuje i
uključni moment, a s njime i moment ubrzanja
radnog stroja. Pri tome se produžava trajanje
klizanja t3 i povećava porast temperature m .
Spojku treba ponovo regulirati prije nego što
porast temperature m postane veći od
dopuštenog porasta temperature m dop .
POTREBNA POVRŠINA DODIRA
I R
m *
2 A (cs )1
2
R
1
1
TA / TR
dop
m dop 1
1
TA TAmin
*
Apotrebno
I R R2
1
1
2(cs )1 (dop 1 ) TAmin / TR
Najmanja potrebna površina dodira
TA TAmax
*
Amin
I RR2
1
1
2(cs )1 (dop 1 ) TAmax / TR
0
t
ODABIR POVRŠINE DODIRA
I R R2
QA
2
(promjena kinetičke energije radnog stroja)
TRR
QR
2
(prosječni učin radnog stroja)
*
Amin
QA
q1 dop
Q R
q1 dop
dopušteno
A*
A*
*
Amin
0
t3 min
t 3 maks
t3