Kierunek

ZARZĄDZANIE I INŻYNIERA

PRODUKCJI

Politechnika Śląska

Wydział Inżynierii Materiałowej i

Metalurgii

PROJEKT

z modułu

BIEM

Temat: Projekt sprzęgła kołnierzowego dla wstrząsarki do przesiewacza.

Uwagi prowadzącego:

Data przyjęcia:

Podpis prowadzącego:

Imię Nazwisko:

Dawid Tybuszewski

Grupa: 21

Spis treści

1.

Wstęp teoretyczny ............................................................................................................. 1

2.

Obliczenia ......................................................................................................................... 1

2.1.

Nominalny moment obrotowy .......................................................................................... 1

2.2.

Współczynnik przeciążeń zależnych od warunków eksploatacji urządzenia ................... 2

2.3.

Moment obciążający sprzęgło .......................................................................................... 2

2.4.

Średnica czopu wału ......................................................................................................... 2

2.5.

Wpust na czop wału .......................................................................................................... 3

2.6.

Długości wpustu ............................................................................................................... 3

2.7.

Wytrzymałość tulei kołnierza sprzęgła ............................................................................. 5

2.8.

Dobór śrub ........................................................................................................................ 5

2.9.

Ilość Śrub .......................................................................................................................... 6

2.10.

Grubość kołnierza ............................................................................................................. 7

3.

Rysunek techniczny .......................................................................................................... 8

4.

Podsumowanie – tabela zbiorcza ...................................................................................... 9

1

1. Wstęp teoretyczny

Sprzęgło kołnierzowe jest złączem sztywnym, używanym do łączenia wałów

obrotowych. Kształt i konfiguracja sprzęgła kołnierzowego może się zmieniać, ale zasada

pozostaje taka sama.

Istnieją dwa sposoby przenoszenia mocy i momentu przez sprzęgła kołnierzowe.



Mechaniczny, przy użyciu tulei, kołków, specjalnych systemów kłowych lub śrub

pasowanych obciążonych na ścinanie.



Cierny, polegający na docisku stykających się powierzchni kołnierzy. Docisk

wywołuje siła napięcia wstępnego śrub.

Sprzęgła kołnierzowe używane są w całym przemyśle. Do typowych zastosowań należą wałki

sprzęgłowe w systemach przenoszenia napędu, skrzynie biegów i samochodowe zespoły

napędowe.

2. Obliczenia



Moc nominalna na wale sprzęgła N – 8 kW



Nominalne obroty na wale sprzęgła n – 80 obr/min



Rodzaj napędu – silnik elektryczny



Rodzaj maszyny napędzanej – wstrząsarka do przesiewacza

2.1.

Nominalny moment obrotowy

gdzie:

ω

–

prędkość kątowa [1/s]

M

–

nominalny moment obrotowy [Nm]

1 kW = 1000 W

2

2.2.

Współczynnik przeciążeń zależnych od warunków eksploatacji

urządzenia

gdzie:

K

1

-

współczynnik zależny od rodzaju silnika

K

2

-

współczynnik zależny od dynamiki maszyny

Silnik

Silnik elektryczny 0,25

Maszyna napędzana

3. Przyspieszane masy średnie, ruch

jednostajny.

Wstrząsarki,

maszyny

pralnicze, mieszarki, nożyce, prasy,

windy towarowe, szlifierki (…)

2.3.

Moment obciążający sprzęgło

Rodzaj obciążeń – przebieg naprężeń jednostronny (odzerowo – tętniący)

gdzie:

K

-

współczynnik przeciążeń

M

-

nominalny moment obrotowy [Nm]

2.4.

Średnica czopu wału

Naprężenia styczne

gdzie:

M

o

-

moment obciążający sprzęgło [Nm]

K

sj

-

naprężenia dopuszczalne na skręcanie dla danego materiału [MPa]

3

W

o

-

wskaźnik wytrzymałości przekroju dla skręcania [m

3

]

√

Dla stali E295 (St5) K

sj

= 65 MPa

√

Średnica obliczeniowa

d = 44,32 mm

Średnica dobrana według normy PN-M-85000

d = 55 mm

Tolerancja wykonania: m6



Czop długi: 110 mm



Czop krótki: 82 mm

Pasowanie m6 wg zasady stałego otworu H7 to pasowanie na lekki wcisk



Czop wału



Otwór kołnierza sprzęgła

2.5.

Wpust na czop wału

Wysokość i szerokość a także głębokość wpustu dobierana jest na podstawie średnicy czopu

wału według normy PN-M-85002

Dla

:

b = 16

h = 10

2.6.

Długości wpustu

Głębokość wpustu

gdzie:

t

1

-

głębokość frezowania w wale

4

t

2

-

głębokość frezowania w piaście

Dla czopu o

:

t

1

= 6

t

2

= 4,3

Siła działająca na wpust

gdzie:

M

0

-

M – nominalny moment obrotowy [Nm]

d

-

średnica czopu wału

Nacisk powierzchniowy

gdzie:

F

-

siła działająca na wpust

k

o

-

nacisk dopuszczalny [MPa]

Dla połączenia spoczynkowego średnie obciążenie z = 0,6

Dla stali E365 (St7) K

r

= 175 [MPa]

K

c

= K

r

= 175 MPa

Przyjmuje l=110

5

2.7.

Wytrzymałość tulei kołnierza sprzęgła

Naprężenia w ściance tulei:

– wskaźnik wytrzymałości na skręcanie tulei

– moment bezwładności

– średnica zewnętrzna tulei kołnierza sprzęgła, mm

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

2.8.

Dobór śrub

Znając

dobieramy średnicę podziałową śrub pamiętając o przestrzeni operacyjnej na

narzędzia.

Zakładamy wstępnie śruby M10-5.6-II, R

m

=500MPa, R

e

=300MPa, materiał E295(St5).

d

z

= 75 mm

6

Przestrzeń operacyjna pod klucz wynosi

2.9.

Ilość Śrub

Siła działająca na śruby

Norma śrub pasowanych

M10 → d

1

= 11mm

D

1

zostało dobrane według normy PN-M-62341

Siła działająca na jedną śrubę

Pole przekroju poprzecznego śruby

( )

Ilość śrub

Przyjmujemy 4 śruby M10

7

2.10.

Grubość kołnierza

g

-

grubość

d

1

-

średnica śruby (część walcowa)

F

-

siła pochodząca od momentu obrotowego

n

-

ilość śrub

Dla stali E295 k

r

= 145 MPa

Dobór grubości kołnierza sprzęgła po obliczeniach wytrzymałościowych



W trakcie doboru grubości kołnierza sprzęgła należy rozważyć:
technologię wykonania tulei i kołnierza sprzęgła uwzględniając czy jest to produkcja
jednostkowa, małoseryjna czy np. masowa



technologie wykonania otworów dla śrub pasowanych



inne aspekty technologiczne, ekonomiczne

Po analizie i z przyczyn technologicznych wykorzystam



grubość kołnierza 10 mm



Długość śruby l= 35 mm



Grubość podkładki 2 mm



Nakrętka M10 – sześciokątna

8

3. Rysunek techniczny

9

4. Podsumowanie – tabela zbiorcza

Moc nominalna na wale sprzęgła

N = 8 [kW]

Nominalne obroty na wale sprzęgła

n = 80 [

]

Nominalny moment obrotowy

M = 955 [Nm]

Współczynnik zależny od rodzaju silnika

K

1

= 0,25

Współczynnik zależny od dynamiki maszyny

K

2

= 1,3

K = K

1

+ K

2

K = 1,55

Moment obciążający sprzęgło (czop wału)

M

o

= M

s

= 1480,25 [Nm]

Naprężenia dopuszczalne na skręcanie dla stali E295

k

sj

= 65 [MPa]

Wyliczona średnica czopu pod sprzęgło

d

w

= 44,32 [mm]

Przyjęta średnica czopu pod sprzęgło

d = 55,00 [mm]

Odchyłka górna dla wymiaru zewnętrznego średnicy czopu

es = +30 [µm]

Odchyłka dolna dla wymiaru zewnętrznego średnicy czopu

ei = +11 [µm]

Wymiar wpustu szerokość

b = 16,00 [mm]

Wymiar wpustu wysokość

h = 10 [mm]

Głębokość rowka wpustowego w piaście

t

2

= 4,3 [mm]

Tolerancja połączenia spoczynkowego w wale i piaście (P9)

-0,015

-0,051 [mm]

Wytrzymałość na ściskanie/rozciąganie

k

c

/k

r

(St7)

= 175 [MPa]

z

z = 0,6

Nacisk dopuszczalny

k

o

(St5)

= 105 [MPa]

Wyliczona minimalna długość wpustu

l

w

> 102,53 [mm]

Przyjęta długość wpustu

l = 110 [mm]

Przyjęta długość tulei

L = 50,00 [mm]

Naprężenia styczne skręcające

τ = [MPa]

Średnica zewnętrzna tulei kołnierza sprzęgła

d

z

= 75 [mm]

Średnica wewnętrzna tulei kołnierza sprzęgła

d

w

= 65 [mm]

Średnica podziałowa śrub

D

rs

= 130 [mm]

Długość śruby M10 liczona od łba (z normy)

d

1

= 11 [mm]

Współczynnik tarcia stal-stal

µ = 0,2

Przyjęta ilość śrub na kołnierz sprzęgła

n

ś

= 4

Wytrzymałość na ściskanie/rozciąganie

k

c

/k

r

(St5)

= 145 [MPa]

Nacisk dopuszczalny

k

o

(St5)

= 90 [MPa]

Grubość kołnierza sprzęgła wyliczona

g

w

= 5,75 [mm]

Grubość kołnierza sprzęgła przyjęta

g = 10 [mm]

Długość śruby pasowej

l

ś

= 35 [mm]

Średnica kołnierza sprzęgła

D = 180 [mm]