Istota działania.

Poprawne działanie układu polega na przeniesieniu momentu obrotowego z silnika na pompę wirową. W chwili uruchomienia założony kąt luzu pozwala na nieznaczny obrót wirnika silnika, co daje nam jałowe wzbudzenie układu i zabezpiecza przed samoczynnym odstawieniem się układu w chwili rozruchu spowodowanym przeciążeniem. Po wykasowaniu luzu na sprzęgle dalsza praca odbywa się w zakresie nominalnego obciążenia ( poza krótką chwilą rozruchu, kiedy M_r wzrasta prawie dwukrotnie ) dając zamierzony cel - tłumienie drgań przenoszonych z silnika na pompę oraz nieznaczną korekcję nie współosiowości osi wałów łączonych elementów.

Silnik Sprzęgło Pompa

Założenia konstrukcyjne.

- elementem łączącym silnik z pompą ma być sprzęgło mechaniczne nierozłączne podatne

z charakterystyką liniową;

- zespół silnik - pompa powinien pracować nawet podczas awarii elementu podatnego, aż do

czasu bezpiecznego odstawienia układu; sprzęgło zamontowane pomiędzy nimi ma

korygować nieznaczne błędy nie współosiowości wałów obu urządzeń

Dane ilościowe.

- ilość włączeń w ciągu godziny....................................................................max. 10

- czas pracy...................................................................................................

- temperatura otoczenia podczas pracy..........................................................5 - 50 [^o]

- produkcja jednostkowa

- podatność układu ( c ) ...............................................................................1500 [Nm/rad]

- moc zainstalowanego silnika ( P )...............................................................15 [kW]

- prędkość obrotowa silnika ( n )...................................................................3000 [obr/ min.]

Koncepcje.

A. Sprzęgło z promieniowo rozstawionymi pakietami sprężyn płaskich.

Człony 1 i 5 sprzęgła połączone są łącznikiem w postaci pakietów sprężyn płaskich (resory) 7, pracujących na zginanie, gdy sprzęgło jest obciążone momentem skręcającym. Pierścień 3 utrzymuje właściwą odległość między członami a łącznikiem. W celu uzyskania zwartej i szczelnej konstrukcji kołnierz 2 jest przykręcony do członu 5 za pomocą śrub 4 , natomiast pomiędzy kołnierzem 2 a członem 1 zastosowano uszczelnienie filcowe 6. Sprzęgło ma liniową charakterystykę do chwili, gdy sprężyna ukończy swobodną deformację pod wpływem momentu obrotowego. W chwili gdy sprężyna oprze się o gniazdo skośne łącznika przy dalszej deformacji, charakterystyka staje się nieliniowa.

B. Sprzęgło ze sprężyną płaską wężykową ( tzw. sprężyną Bibby’ego ).

Płaska sprężyna 2 przewija się osiowo między specjalnymi zębami obydwu członów sprzęgła 1.

W celu uszczelnienia części roboczej sprzęgła, jak i zabezpieczenia sprężyny przed wypadaniem z zębów jest stosowany kołnierz ochronny 3 z uszczelnieniem 4 , skręcony śrubami 5.

C. Sprzęgło podatne z wykorzystaniem typowych sprężyn śrubowych.

W obydwu członach 1 sprzęgła umieszcza się naprzemianległe kołki 4 , na których osadzono segmenty 3 , wykonane z twardych tworzyw sztucznych. Między segmentami wzdłuż obwodu umieszczono sprężyny śrubowe 2 , które są prowadzone na segmentach 3 .

D. Sprzęgło podatne ze sprężynami tulejowymi.

W sprzęgłach tych sprężyny ułożone są osiowo. Mają one kształt tulei przeciętych wzdłuż tworzącej. Tuleje 4 wchodzą jedna w drugą. W środek wstawiony jest trzpień oporowy 5. Pod obciążeniem tuleje odkształcają się, przy czym rośnie powierzchnia ich styku z trzpieniem, co powoduje progresywność charakterystyki. Tarcie między tulejami powoduje histerezę konstrukcyjną.

1,2 - człony sprzęgła, 3 - pierścień dystansowy, 4 - sprężyny tulejowe, 5 - trzpień oporowy

E. Sprzęgło podatne ze sprężynami pracującymi na skręcanie ułożonymi osiowo.

Pakiety sprężyn w tym sprzęgle są montowane promieniowo. Charakterystyka sprzęgła jest progresywna z histerezą. Sprężyny 4 ukształtowane są w sposób umożliwiający względny ruch skrętny tarcz. Charakterystyka sprzęgła jest liniowa, histereza jest pomijalnie mała.

1,2 - człony sprzęgła, 3 - obudowa, 4 - sprężyny

7. Wybór koncepcji optymalnej.

7.1 Kryteria oceny.

Określamy kryteria oceny koncepcji optymalnej;

1. niezawodność (możliwość pracy nawet w chwili uszkodzenia elementów podatnych)

1. łatwość obsługi i remontów

1. prostota konstrukcji i łatwość wykonania

1. masa sprzęgła

1. koszt produkcji

1. bezpieczeństwo pracy (dla obsługi i pobliskich urządzeń)

1. możliwość zastosowania luzu (zgodnego z założeniami konstrukcyjnymi)

7.2 Metoda oceny dwupunktowej.

Przyjmujemy następujący sposób oceny:

5-element najlepiej spełniający nasze wymagania

1-element nie spełniający naszych wymagań

Tabela oceny koncepcji:

	1	2	3	4	5	6	7
A	3	5	5	4	4	4	5
B	3	4	3	4	3	4	3
C	5	5	4	4	4	4	5
D	5	4	3	4	3	4	4
E	3	3	3	5	4	4	3

Współczynniki ważności kryteriów podstawowych:

1	2	3	4	5	6	7
1	0,8	0,8	0,4	0,7	0,7	1

Wyniki metody podwójnego punktowania

	1	2	3	4	5	6	7	suma
A	3	4	4	1,6	2,8	2,8	5	23,2
B	3	3,2	2,4	1,6	2,1	2,8	3	18,1
C	5	4	3,2	1,6	2,8	2,8	5	24,4
D	5	3,2	2,4	1,6	2,1	2,8	4	21,1
E	3	2,4	2,4	2	2,8	2,8	3	18,4

W świetle przyjętych założeń i po przeprowadzeniu analizy koncepcyjnej stwierdzamy ,że najbardziej optymalnym sprzęgłem jest koncepcja C

Proces konstruowania.

Określenie parametrów konstrukcyjnych.

Przed przystąpieniem do procesu konstruowania określamy podstawowe dane techniczne urządzeń, dla których projektujemy sprzęgło.

Podstawowe parametry silnika.

W założeniach konstrukcyjnych jednostką napędową jest urządzenie o mocy nominalnej 15 kW. Dla naszego układu silnik - sprzęgło - pompa wirowa dobieramy silnik trójfazowy asynchroniczny typu Sf o oznaczeniu 160M-2B z uwagi na częstość stosowania, łatwość regulacji, dostępność i zamienność.

Podstawowe dane tego silnika:

- moc przenoszona ( P )......................................................................................15 [kW]

- nominalna prędkość obrotowa ( n_n )..............................................................2940 [obr./min.]

- nominalna prędkość kątowa (_n )...............................................................307,7 [rad./s]

- moment nominalny ( M_n ).............................................................................48,72 [Nm]

- moment rozruchowy ( M_r ).......................................................................... 121,8 [Nm]

- moment maksymalny ( M_max )...................................................................... 146,2 [Nm]

- napięcie zasilania ( U ).................................................................................. ..380 [V]

- prąd nominalny ( I_n ).......................................................................................28,3 [A]

- prąd rozruchowy ( I_r ).................................................................................... 19,8 [A]

- sprawność ( ).............................................................................................89,5 [%]

- przesunięcie fazowe ( cos )...........................................................................0,9 [^o]

- ciężar ( G )....................................................................................................1060 [N]

Parametry wału.

Dla silnika o oznaczeniu 160M-2B wg DIN6885 możemy określić podstawowe wymiary wału przenoszącego napęd z silnika na sprzęgło oraz ze sprzęgła na pompę.

M.............110 [ mm ]

b.................12 [ mm ] ( h9 / H9 )

d.................42 [ mm ] ( k6 / H7 )

t₁..................5 [ mm ]

t₂...............3,3 [ mm ]

d+t₂.........45,3 [ mm ]

h..................8 [ mm ]

H..............160 [ mm ]

Dobór i określenie materiałów do konstrukcji

Na podstawie dostępnej literatury dobieramy następujące wielkości do konstruowanego sprzęgła:

- materiał sprężyny - stal sprężynowa, drut o przekroju kołowym, o dopuszczalnych naprężeniach stycznych ( _max )..................................................................... 500 [MN/m²]

- moduł sprężystości odkształcenia postaciowego ( G ) ..........................85000 [MN/m²]

- współczynnik ( k )......................................................................................0,3

- współczynnik ( )....................................................................................1 / 6

- współczynnik ( k₁)....................................................................................1,23

- współczynnik ( k₂)..................................................................................0,995

- podatność ( c ).........................................................................................1500 [Nm/rad]

DANE	OBLICZENIA	WYNIK
c =1500 [Nm/rad] Mmax=146,2 [Nm] Mn = 48,75 [Nm] C = 1500 [Nm/rad] h = 160 [mm] Mmax = 146,2 [Nm] m = 6 Ds = 0,2 [m] Pmax = 243,7 [N] max= 500 [MN/m^2] k1 = 1,31 d = 4 D = 24 [mm] d = 4 [mm] Ds=200 [mm] [rad] Pmax=243,7 [N] fmax=9,75 [mm] d = 4 [ mm ] G = 8500 [MN/m^2] D = 28 [mm] C = 25 [N/mm] z = 5 d = 4 [mm] Lmin = 26,4 [mm] fmax = 9,75 [mm] D = 28 [mm] Ls = 36,15 [mm] D^’ = 30 [mm] L^’s=66,15 [mm] Ds =200 [mm] Ds = 200 [mm] Ds = 200 [mm] h=20mm F=100N ko=116MPa kt=90MPa F=1461N	Określamy kąty skręcenia ( ) Obliczamy max. Kąt wzajemnego skręcenia osi [ rad ] Obliczamy kąt skręcenia ( w stopniach ) Obliczamy średni kąt skręcenia ( jako moment średni przyjmujemy moment nominalny podawany przez silnik na wał ). [ rad ] Obliczamy kąt skręcenia w stopniach : Obliczenia sprężyn w sprzęgle. Z uwagi na ograniczoną konstrukcyjnie średnicę sprzęgła Dsprz< 2h a Ds< Dsprz , zakładamy Ds=200. Z uwagi na zalecenia konstrukcyjne aby m = 4 - 12 przyjmujemy m. = 6 Obliczamy maksymalną siłę działającą na jedną sprężynę. Pmax = [N] Obliczamy minimalną średnicę drutu sprężyny. d = [mm] przyjmujemy ze względów bezpieczeństwa i dostępności drutu d = 4 [mm] Średnica nawinięcia sprężyny. [mm] Średnica zewnętrzna sprężyny. Dz = D + d = 24 + 4 = 28 [mm] Strzałka ugięcia sprężyny. fmax = [mm] Stała sprężyny wynosi. C= [N/mm] Liczba czynnych zwojów Długość sprężyny w stanie największego napięcia [mm] Długość sprężyny wstanie swobodnym Ls = Lmin+ fmax = 26,4 + 9,75 = 36,15 [mm] Obliczenia rozmieszczenia sprężyn na tarczy sprzęgła. Ls^’=Ls + D^’ - luz 5^o - kąt zajmowany przez element sprężysty Z uwagi na sposób mocowania sprężyny w oprawie i rodzaj pracy przyjmujemy D^’ > D a zatem D^’ = 30 [mm],całkowita długość zespołu podatnego wynosi: Ls^’=Ls + D^’ = 36,15 +30 =66,15 [mm] Obliczenia kąta jaki zajmuje zespół podatny Obliczamy całkowitą długość przestrzeni dla zespołu podatnego Lc = sin [mm] Obliczamy grubość materiału opraw zespołów podatnych. Obliczanie śruby stożkowej łączącej człon sprżęgła z elementami podatnymi Średnica z warunku na ścinanie Przyjmuję średnice otworów 10mm Pozostałe wymiary przyjmuję wg dołączonych rysunków	[rad] [rad] [^o ] Ds = 200 [mm] m = 6 Pmax = 243,7 [N] d = 4 [mm] D = 24 [mm] Dz = 28 [mm] fmax= 9,75 [mm] C= 25 [N/mm] z = 5 Lmin=26,4 [mm] Ls = 36,15 [mm] D^’ = 30 [mm] Ls^’ = 66,15 [mm] Lc = 74,32 [mm] g = 28,48 [mm] ds=4mm d=5mm

LITERATURA:

[1] - Zbigniew Osiński: „SPRZEGŁA I HAMULCE” PWN -WARSZAWA 1988

[2] - Józef Szala: „ ŁOŻYSKOWANIE I SPRZĘGANIE WAŁÓW MASZYNOWYCH”

ATR - BYDGOSZCZ 1988

[3] - KATALOG SILNIKÓW

[4] - Marek Dietrich: „ PODSTAWY KONSTRUKCJI MASZYN TOM III”

WNT - WARSZAWA 1995

[5] - Edward Łysakowski: „PODSTAWY KONSTRUKCJI MASZYN-

-ĆWICZENIA KONSTUKCYJNE” PWN WARSZAWA 1974

[6] - Sylwester Markusik: „SPRZĘGŁA MECHANICZNE ” WNT WARSZAWA 1979

[7] - Edward Łysakowski: „ELEMENTY MASZYN .PROJEKTOWANIE cz .II

POLITECHNIKA WARSZ. WARSZAWA 1972

[8] - Jan Patkowski: „ZBIÓR ZADAŃ Z CZĘŚĆI MASZYN” AR-LUBLIN 1986

[9] - Andrzej Rutkowski: „CZĘŚCI MASZYN” PWN WARSZAWA 1980

[10] - Andrzej Durka: „PROJEKTOWANIE OBRABIAREK DO METALI

(TABLICE POM.DO KONSTRUKCJI ROZDZ.14)

[11] - Andrzej Rutkowski: „ZBIÓR ZADAŃ Z CZĘŚĆI MASZYN” WSiP WARSZAWA 1975