ZADANIE nr 3.

termin 3 tygodnie.

Na podstawie zadanych parametrów pracy dokonać wyboru koncepcji a następnie rozwiązać konstrukcyjnie sposób przeniesienia momentu obrotowego:

Moment nominalny M_n . . . . . . . . . . . . . . [Nm];

prędkość obrotowa n . . . . . . . . . . . . . . . [obr/min];

Okoliczności:

I. RELACJE GEOMETR. POMIĘDZY MASZYNĄ NAPĘDZAJĄCĄ A NAPĘDZANĄ;

1. promieniowe przemieszczenie osi wałów Δr . . . . . . . . . . . . [mm]

2. przemieszczenie poosiowe wałów Δa . . . . . . . . . . . . [mm]

3. pochylenie osi łączonych wałów Δα . . . . . . . . . . . . [-]

II. RELACJE DYNAMICZNE POMIĘDZY MASZYNĄ NAPĘDZAJĄCĄ A NAPĘDZANĄ

1. Zmienność momentu obrotowego ΔM . . . . . . . . . . [%]

Dodatkowe okoliczności:

Włączanie i rozłączanie - ilość wł. i . . . . . . . . . . . . [razy/min]

Projekt powinien zawierać:

1. opracowanie algorytmu obliczenia sprzęgła,

2. kryteria oceny rozwiązania sprzęgła,

3. obliczenia wytrzymałościowe sprzęgła,

4. skonstruowanie sprzęgła i jego rysunek złożeniowy i rysunki wykonawcze wskazanych elementów,

5. we wnioskach podać inne rozwiązanie sprzęgła realizujące zadaną potrzebę.

Tabela I. Wartości współczynników przeciążenia k₁, k₂

SILNIK NAPĘDOWY	k1	MASZYNA NAPĘDZAJĄCA	k2
silnik elektryczny	0.25	przyśpieszenie mas b. małe, bieg jedno-stajny (pompy, małe obrabiarki)	0.9-1.0
turbina parowa gazowa	0.3	przyśpieszenie masy średnie,bieg jedno-stajny (mieszarki, przenośniki łańcu-chowe, wentylatory kopalniane ),	1.3-1.4
turbiny wodne	0.5	przyśpieszenie masy średnie, uderzenia (młyny, betoniarki, młoty, itp),	1.5-1.6
silniki spalinowe 6 cylindrów	0.4	przyśpieszenie masy duże, silne ude-rzenia (windy osobowe, pompy tłok.),	2.0-2.5
silniki spalinowe 4 cylindry	0.5	przyśpieszenie masy duże, b. silne ude-rzenia(walcarki, urządzenia wiertnicze )	2.8-3.5

Typy sprzęgieł, z którymi powinien zapoznać się student:

1. sprzęgła nierozłączne sztywne,

2. sprzęgła samonastawne zębate,

3. sprzęgła przegubowe (Cardana),

4. sprzęgła podatne z łącznikami gumowymi,

5. sprzęgła podatne kabłąkowe,

6. sprzęgła podatne z łącznikami metalowymi,

7. sprzęgła rozłączne cierne tarczowe lub wielopłytkowe,

8. sprzęgła rozłączne cierne stożkowe,

9. sprzęgła rozłączne kształtowe (bez opracowania zadań),

1. Należy zauważyć, że sprzęgła nierozłączne sztywne można stosować do połączenia wałów charakteryzujących się dużym momentem nominalnym i dużymi prędkościami obrotowymi.

Mn [Nm]	500	800	1000	1200	1500	1800	2000	2500	5000
n [obr/min]	12000	9000	6000	3000	2500	2000	1500	1000	800

2. Sprzęgła samonastawne zębate charakteryzują się również do łączenia wałów o dużym momencie nominalnym i dużych prędkościach obrotowych. Cechą charakterystyczną jest brak wrażliwości na niewielkie promieniowe Δr i poosiowe Δa przemieszczenie osi wałów oraz minimalnym pochyleniem osi wałów Δα.

Mn [Nm]	500	1000	2000		4000	8000		3150	6300
n [obr/min]	3500	2800	2200		1800	1400		900	750
Δr [mm]	0.5	0,5	1		1,5	1,5		2	2
Δa [mm]	1	1	1		2	2		2,5	2,5
Δα [-]	0,5°	0,5°	0,5°		1°	1,5°		2°	2°

3. Sprzęgła przegubowe służą do łączenia wałów o osiach przecinających się pod kątem różnym od 0°, lub stosując układ z wałkiem pośrednim wały mają osie równoległe przesunięte względem siebie.

Mn [Nm]	100		300	500	800	1200	1500	3000	6000
n [obr/min]	1500		800	500	500	300	200	100	75
a) α [-] *	20°		25°	30°	30°	35°	35°	40°	40°
b) r [mm]*	10		20	25	30	35	40	45	50

*) stosować a, lub b.

4. Sprzęgła podatne z łącznikami gumowymi pozwalają przenieść zmienny moment obrotowy , umożliwiają względny obrót wału biernego w stosunku do czynnego dając możliwość niewielkiego przemieszczenia osiowego.

Mn [Nm]		2000	3000	5000	7000	9000	12000	15000	18000
n [obr/min]		4500	4000	3500	1200	1000	900	800	750
ΔM [%]		35	35	30	25	25	20	20	15
Δr [mm]		0,5	1	1	1,5	1,5	1,5	2	2

5. Sprzęgła podatne z kabłąkami pozwalają przenieść zmienny moment obrotowy , umożliwiając względny obrót wału biernego w stosunku do czynnego. Sprzęgła kabłąkowe pozwalają również na względne przemieszczenie osi wałów.

Mn [Nm]	220	370	500	850		1650	2700
n [obr/min]	1500	1500	1500	1500		1500	1000
ΔM [%]	40	35	35	30		25	20
Δr [mm]	0.5	0,5	1	1		1,5	1,5
Δa [mm]	1	1	1	1,5		1,5	1,5
Δα [-]	0,5°	0,5°	0,5°	1°		1,5°	1,5°

6. Sprzęgła podatne z łącznikami metalowymi pozwalają przenieść zmienny moment obrotowy , umożliwiają względny obrót wału biernego w stosunku do czynnego dając możliwość niewielkiego przemieszczenia kątowego Δα.

Mn [Nm]	1000	2000		5000	7000	9000	12000	15000	18000
n [obr/min]	5000	4500		3500	1200	1000	900	800	750
ΔM [%]	40	35		30	25	25	20	20	15
Δα [-]	0,5°	0,5°		1°	1°	1,5°	1,5°	2°	2°

7. Sprzęgła rozłączne możemy podzielić na sprzęgła rozłączalne w czasie pracy (ilość włączeń na minutę i [-]) i na sprzęgła rozłączalne tylko podczas postoju. Do pierwczej grupy zaliczymy sprzęgła rozłączne cierne i kształtowe, natomiast w grupie drugiej najczęściej stosuje się sprzęgła kształtowe. Zadania zostały opracowane dla grupy pierwszej.

Mn [Nm]	100	200	400	800	1600	3200	6300	12600
n [obr/min]	4000	3500	3200	2900	2400	1950	1400	1000
ilość wł. i [-]	80	60	40	30	25	20	15	10

8. Sprzęgła cierne stożkowe i walcowe stosuje się tam, gdzie używa się mniejszej siły do włączania.

Mn [Nm]	100	200	400	800	1600	3200	6300	12600
n [obr/min]	4000	3500	3200	2900	2400	1950	1400	1000
ilość wł. i [razy/min]	80	60	40	30	25	20	15	10




SCHEMAT przeprowadzenia eksperymentu.

W celu przprowadzenia eksperymentu należy:

• przygotować stanowisko do eksperymentu przez ustawienie ostrości kamery rejestrującej, w zależności od planowanego powiększenia obrazu,

• przed każdym rejestrowaniem eksperymentu należy próbki umyć w środkach odtłuszczających takich jak: aceton, czterochlorek węgla, alkohol etylowy.

• Ilość rejestracji w celu sprawdzenia powtarzalności: 10 razy

• Schemat powtarzamy dla wzorców chropowarości ∇6, ∇7, ∇8, ∇9.

• Dla próbek gumowych schemat powtarzamy.

1. Próba 1 - wzorzec chropowatości ∇6,

• rejestrujemy upadek kropli i jej rozprzestrzenianie po płaszczyźnie próbki,

• czas rejestrowania: 30 s

• jeżeli będzie to możliwe sfotografujemy kształt kropli prostopadle do powierzchni próbki. pionie

2. Próba 2 - wzorzec chropowatości ∇6,

• zmieniamy wielkość kropli przez zmianę igły i rejestrujemy rozprzestrzenianie się kropli po płaszczyźnie próbki,

• czas rejestrowania: 30 s.

PROJEKT - SPRZĘGŁA.

Sprzęgłem nazywamy urządzenie służące do połączenia wałów i przenoszące moment obrotowy z wału czynnego (maszyny napędzającej) na wał bierny (maszyny napędzanej).

Sprzęgła mogą przenosić moment obrotowy z wałów, których osie są w stosunku do siebie: współosiowe (oś wału biernego jest przedłużeniem osi wału czynnego), niewspółosoiwe (oś wału biernego jest ustawiona mimośrodowo do osi wału wału czynnego), kątowe (oś wału biernego jest ustawiona pod kątem do osi wału czynnego) .

Z reguły sprzęgło nie jest narażone na zginanie.

















a) b) c)

W zależności od potrzeby wybór sprzęgła zależy od tego, czy:

1. sprzęgło ma przenosić moment obrotowy okresowo, czy stale,

2. w sprzęgle będą występowały przeciążenia przy rozruchu, czy ma występować łagodzenie przeciążeń i czy będą to przeciążenia niebezpieczne,

3. w sprzęgle będą występowały drgania i ugięcie końców wałów,

4. w sprzęgle będzie ukośne ustawienie wałów,

5. wystąpi niewspółosiowość łączonych wałów,

6. sprzęgła będą wybierane tylko w zależności od indywidualnych potrzeb zamawiającego,

7. sposób montażu sprzęgeł,

Optymalne rozwiązanie sprzęgieł będzie cechować się spełnieniem w znacznym stopniu kryteriów funkcjonalnych, technologicznych, ergonomicznych, ekonomicznych itd.

2. Wielkości charakterystyczne do obliczeń sprzęgła.

Moment obliczeniowy

gdzie: M₀ - moment obliczeniowy,

M - moment nominalny,

k=k₁+k₂ - współczynnik przeciążenia,

k₁ - współczynnik uwzględniający własności przeciążeniowe maszyny napędzającej,

k₂ - współczynnik uwzględniający własności przeciążeniowe maszyny napędzanej,

Wielkości współczynników dla kilku typów maszyn napędzanych i napędzających przedstawiono w tabeli I.

Tabela I. Wartości współczynników k₁, k₂

SILNIK NAPĘDOWY	k1	MASZYNA NAPĘDZAJĄCA	k2
silnik elektryczny	0.25	przyśpieszenie mas b. małe, bieg jedno-stajny (pompy, małe obrabiarki)	0.9-1.0
turbina parowa gazowa	0.3	przyśpieszenie masy średnie,bieg jedno-stajny (mieszarki, przenośniki łańcu-chowe, wentylatory kopalniane ),	1.3-1.4
turbiny wodne	0.5	przyśpieszenie masy średnie, uderzenia (młyny, betoniarki, młoty, itp),	1.5-1.6
silniki spalinowe 6 cylindrów	0.4	przyśpieszenie masy duże, silne ude-rzenia (windy osobowe, pompy tłok.),	2.0-2.5
silniki spalinowe 4 cylindry	0.5	przyśpieszenie masy duże, b. silne ude-rzenia(walcarki, urządzenia wiertnicze )	2.8-3.5

Mając dany moment obliczeniowy należy obliczyć niezależnie od typu rozwiązania sprzęgła średnicę wału z warunku na skręcanie wału.

3. Algorytmy obliczeń sprzęgieł:

3.1 Dla danych wyjściowych:

• Moc przenoszona - N [kW],

• prędkość obrotowa - n [obr/min],

• współczynnik przeciążenia - k [-],

• liczba włączeń na godzinę - i [1/h] lub [1/s],

• czas sprzęgnięcia (rozruchu) - t [s],

• (moment bezwładności mas obrotowych związanych z wałem obrotowym Θ₂ [kg m²]),

Optymalnym rozwiązaniem potrzeby jest wybór sprzęgieł rozłącznych, w których przeniesienie momentu może odbywać się za pomocą połączeń kształtowych - sprzęgła zębate włączalne, sprzęgieł rozłączalnych ciernych - sprzęgła cierne tarczowe, sprzęgła cierne wielopłytkowe, sprzęgła cierne kształtowe, itp.

Poniżej podam pełny algorytm obliczeń sprzęgła ciernego wielopłytkowego.

1. Nominalny moment obrotowy:

2. Moment obliczeniowy:

3. Srednica wałk z warunku na naprężenia skręcające:

4. Prędkość kątowa przy końcu sprzęgania:

5. Przyśpieszenie kątowe:

6. Moment rozruchowy:

7. Wymagany moment tarcia sprzęgła:

8.Obliczenie średniej średnicy ciernej płytek:

Na dobór średniej średnicy ciernej płytek wpływają: konstrukcja sprzęgła i rodzaj przyjętego materiału ciernego. Wstępnie można przyjąć:

9. Dobór ilości par ciernych (dotyczy sprzęgieł wielopłytkowych):

10. Wymagana siła włączająca:

11. Obliczenie średniej prędkości obwodowej dla powierzchni odprowadzającej ciepło:

12. Obliczenie współczynnika odprowadzenia ciepła przy swobodnym chłodzeniu:

13. Praca tarcia podczas rozruchu:

14. Największy przyrost temperatury:

15. Temperatura sprzęgła:

16. Powierzchnia cierna sprzęgła:

17. Dopuszczalne zużycie objętościowe:

18. Średnia godzinowa moc tarcia:

2

Zakład Podstaw Konstrukcji i Maszyn Energetycznych

---