analiza gonila preČnega transporterja gredic · 2017. 11. 28. · zobniška gonila so mehanska...
TRANSCRIPT
ANALIZA GONILA PREČNEGA
TRANSPORTERJA GREDIC
Diplomsko delo
Študent: Tomaž VOGEL
Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje
Strojništvo
Smer: Konstrukterstvo in gradnja strojev
Mentor: doc. dr. Aleš BELŠAK
Somentor: izr. prof. dr. Miran ULBIN
Maribor, september 2014
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- II -
Vložen original sklepa o
potrjeni temi diplomskega dela
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- III -
I Z J A V A
Podpisani Tomaţ VOGEL izjavljam, da:
je bilo predloţeno diplomsko delo opravljeno samostojno, pod mentorstvom doc. dr.
Aleša BELŠAK-a in somentorstvom izr. prof. dr. Mirana ULBIN-a ;
predloţeno diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloţeno za pridobitev
kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;
soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjiţnici tehniških fakultet
Univerze v Mariboru.
Maribor, 4.9.2014 Podpis: ___________________________
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- IV -
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Alešu BELŠAKU in
somentorju izr. prof. dr. Miranu ULBINU za pomoč in
vodenje pri opravljanju diplomskega dela.
Zahvaljujem se tudi podjetju SERPA d.o.o, ki mi je
omogočilo opravljanje diplomskega dela .
Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili
študij ter prijateljem in vsem domačim, ki so mi stali
ob strani in me spodbujali pri študiju.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- V -
ANALIZA GONILA PREČNEGA TRANSPORTERJA GREDIC
Ključne besede: gonilo, transporter, reduktor, zobnik, zobniška dvojica
UDK: 621.833(043.2)
POVZETEK
Gonilo ali prenosnik je najpomembnejši vmesni člen od pogonskega do gnanega stroja, saj
prenaša moči ter prilagaja vrtilni moment in vrtilno frekvenco. V diplomski nalogi smo
analizirali gonilo prečnega transporterja gredic, kjer je prišlo do loma zobniške dvojice.
Napravili smo preračun zobniških dvojic s pomočjo programa Zobnik. Na koncu smo podali
rešitve, ki so mogoče in enostavne za naš primer ter zobniški prenosnik na koncu zmodelirali
in napravili tehniško dokumentacijo.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- VI -
ANALYSIS OF GEAR OF THE TRANSPORT SYSTEM
Key words: gear, transporter, reduction gear unit, gear wheel, gear pair
UDK: 621.833(043.2)
ABSTRACT
Gear or drive is the most important interface between drive machine and driven machine, as it
transfers the powers and adjusts torque and speed frequency. In my diploma I analyzed the
gear of the transport system, where a gear pair fracture occurred. I made a calculation of gear
pairs with the help of a program called Zobnik. In the end I wrote down solutions that are
possible and simple for our case and made a gear drive model and also technical
documentation.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- VII -
KAZALO
1 UVOD ................................................................................................................................ 1
1.1 PREDSTAVITEV PODJETJA .............................................................................................. 1
1.2 PREDSTAVITEV PROBLEMA ........................................................................................... 2
1.3 PREDSTAVITEV STROJA ................................................................................................. 3
2 TEORETIČNE OSNOVE ZOBNIŠKIH GONIL ......................................................... 5
3 IZRAČUN ......................................................................................................................... 7
3.1 MOTOR ......................................................................................................................... 7
3.2 REDUKTOR .................................................................................................................... 9
3.2.1 Podatki o zobnikih ................................................................................................ 9
3.3 IZRAČUN ..................................................................................................................... 12
3.3.1 1. stopnja ............................................................................................................. 12
3.3.2 2. stopnja ............................................................................................................. 12
3.3.3 Dejansko razmerje .............................................................................................. 12
3.4 MATERIAL ZOBNIKOV ................................................................................................. 13
3.5 PREGLED REZULTATOV ............................................................................................... 14
3.6 UKREPI ....................................................................................................................... 18
4 MODELIRANJE GONILA ........................................................................................... 24
5 TEHNIČNA DOKUMENTACIJA ............................................................................... 28
6 ZAKLJUČEK ................................................................................................................. 30
6.1 SKLEP ....................................................................................................................... 31
7 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV .......................................................................... 32
8 PRILOGE ........................................................................................................................ 33
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- VIII -
KAZALO SLIK
Slika 1: Valjasta zobniška dvojica - polomljena ........................................................................ 2
Slika 2: Pastorek 2. para zobniške dvojice ................................................................................. 3
Slika 3: Verižni transporter ........................................................................................................ 4
Slika 4: Gonilo s sklopko ............................................................................................................ 4
Slika 5: Shema gonila [2] ........................................................................................................... 5
Slika 6: Osnovne izvedbe zobniških dvojic [2] ........................................................................... 6
Slika 7: Hidromotorji [6] ........................................................................................................... 7
Slika 8: Diagram vrednosti za hidromotor OMT 160 [5] .......................................................... 8
Slika 9: Skica gonila v prerezu ................................................................................................... 9
Slika 10: Naslovna stran programa Zobnik ............................................................................. 13
Slika 11: Diagram vrednosti za hidromotor OMT 160 [5] ...................................................... 21
Slika 12: Model spodnjega dela ohišja .................................................................................... 24
Slika 13: Model zgornjega dela ohišja ..................................................................................... 24
Slika 14: Dobljeni model iz MITCalca za 2. zobniški par ........................................................ 25
Slika 15: Model pastorka Z1 ..................................................................................................... 25
Slika 16: Model zobnika Z2 ....................................................................................................... 25
Slika 17: Model pastorka Z3 ..................................................................................................... 26
Slika 18: Model zobnika Z4 ....................................................................................................... 26
Slika 19: Sestavljeno gonilo brez zgornjega ohišja .................................................................. 26
Slika 20: Sestavljeno končno gonilo ......................................................................................... 27
Slika 21: Pogled na tehnični dokumentaciji za pastorek Z1 ..................................................... 29
Slika 22: Tabela podatkov za ozobje Z1 na teh. dokumentaciji ................................................ 29
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- IX -
KAZALO TABEL
Tabela 1: Podatki o zobniku 1 9
Tabela 2: Podatki o zobniku 2 10
Tabela 3: Podatki o zobniku 3 11
Tabela 4: Podatki o zobniku 4 11
Tabela 5: Podatki o materialu 16CrMo5 14
Tabela 6: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 1. para - zobnik1 14
Tabela 7: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 1.para - zobnik2 15
Tabela 8: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba - zobnik 1 15
Tabela 9: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba- zobnik 2 15
Tabela 10: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 2. para - zobnik 3 16
Tabela 11: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 2. para - zobnik 4 16
Tabela 12: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba 2. para - zobnik 3 16
Tabela 13: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba 2. para – zobnik 4 17
Tabela 14: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 2. para, širine 95mm - zobnik 3 18
Tabela 15: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 2. para, širine 95mm - zobnik 4 18
Tabela 16: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba 2. para, širine 95mm - zobnik 3 19
Tabela 17: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba 2. para, širine 95mm - zobnik 4 19
Tabela 18: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 2. para, moči 9,5kW - zobnik 3 21
Tabela 19: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 2. para, moči 9,5kW - zobnik 4 22
Tabela 20: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba 2. para, moči 9,5kW - zobnik 3 22
Tabela 21: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba 2. para, moči 9,5kW - zobnik 4 22
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- X -
UPORABLJENI SIMBOLI
p - tlak
Q - pretok
T - navor
n - število vrtljajev
i - prestavno razmerje
Ra - srednja aritmetična sredina
P - moč
UPORABLJENE KRATICE
CAD - Computer Aided Design
FS - Fakulteta za strojništvo
ISO - International Organization for Standardization
DIN - Deutsches Institut für Normung
SIST - Slovenski inštitut za standardizacijo
Pro/E - Pro/ENGINER
SIJ - Slovenska industrija jekla
CNC - Computer Numerically Controlled
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- XI -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 1 -
1 UVOD
Najpomembnejši vmesni člen ali prenosnik od pogonskega do gnanega stroja so gonila, saj
prenašajo moči ter prilagajajo vrtilni moment in vrtilno frekvenco zahtevam delovnega stroja.
Njihova uporaba je nepogrešljiva v vsakdanjem ţivljenju, saj se včasih sploh ne zavedamo kje
vse jih lahko najdemo, ampak če ţe snamemo glavno ohišje jih ţe hitro opazimo. Na
gospodinjskih aparatih, majhnih igračah, urah, kmetijskih in gradbenih strojih, navsezadnje
tudi na ogromnih naftnih črpališčih, povsod najdemo gonila, z razliko, da je vsako
skonstruirano in preračunano na določene zahteve, ki jih gonilo zahteva.
V diplomski nalogi se bomo ukvarjali s preračunom dvostopenjskega zobniškega prenosnika,
zaradi večkratne okvare. Ideja za to diplomsko nalogo je nastala v podjetju Serpa d.o.o, saj
sem tudi njihov štipenditor, s tem pa bom podjetju pripomogel k rešitvi tega problema.
1.1 Predstavitev podjetja
Serpa d.o.o. je podjetje, ki je bilo ustanovljeno leta 1994 in se nahaja na Ravnah na
Koroškem. Njen večinski lastnik je Metal Ravne d.o.o., ki spada v skupino SIJ (Slovenska
industrija jekla). Osnovna dejavnost podjetja je ozko povezana z razvojem jeklarske in
kovinsko – predelovalne dejavnosti na lokaciji in širše. S tem je podjetje v neposrednem stiku
s potrebami jeklarske in predelovalne industrije in sodeluje pri iskanju inovativnih rešitev v
posodabljanju strojev in naprav za izboljšanje parametrov proizvodnih procesov. Dolgoletne
izkušnje, znanje in tradicija zagotavljajo kakovost in zanesljivost njihovih izdelkov in
storitev. Proizvodnja strojnih delov se vrši na klasičnih in CNC obdelovalnih strojih.
Komponente, strojne dele in opremo izdelujejo po lastni ali kupčevi dokumentaciji, ki so
namenjeni za tehnološke procese v metalurgiji, strojegradnji, energetiki, gradbeništvu,
rudarstvu in reciklaţni industriji. Poudarek podjetja je celovita ponudba od načrtovanja,
proizvodnje in montaţe, kjer skušajo pokrivati vsa področja strojništva.[1]neposrednem stiku
s potrebami jeklarske in predelovalne industrije in sodeluje pri iskanju inovativni
rešitev v posodabljanju strojev in naprav za izboljšanje parametrov proizvodnih p
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 2 -
1.2 Predstavitev problema
Sam problem se je začel, ko se je ustavil veriţni transporter, ki prenaša gredice dimenzij 100
x 100 in različne dolţine (povprečno 3000 mm). Ta stroj deluje v podjetju Metal obrat
Valjarna na Ravnah na Koroškem nekje od leta 1980. Po pregledu stroja je bilo ugotovljeno,
da je prišlo do okvare gonila stroja, to pa je dvostopenjski reduktor, ki ga poganja hidravlični
motor. Do tega problema je prišlo ţe večkrat, vendar pa zmeraj ni dovolj časa za dolgotrajno
analizo in raziskavo, saj je podjetje časovno omejeno za sanacijo. Zaradi tega so vgradili
enake strojne elemente, kot so bili v gonilu vgrajeni ţe v preteklosti. Odločili smo se, da
samo gonilo analiziramo in na koncu podamo moţnosti za izboljšavo.
Slika 1: Valjasta zobniška dvojica - polomljena
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 3 -
Slika 2: Pastorek 2. para zobniške dvojice
Na sliki vidimo, da je najverjetneje prišlo do nasilnega zloma zob. To ocenjujemo po grobi
zrnavosti prelomne površine. Vzrok so lahko trenutne preobremenitve, sunkoviti vklopi in
izklopi, napaka montaţe, itd. [2]
1.3 Predstavitev stroja
Veriţni transporter je stroj, kateri transportira komade iz ene točke v drugo. Narejen je po
sistemu tračnih transporterjev. Vlečni element je veriga, ki drsi po jeklenem profilu ter
prenaša jeklene komade iz ene stani na drugo stran. Dolţina našega transporterja je 12 m.
Pogonski element je hidromotor Danfoss OMT 160, kateri preko sklopke prenaša moč in
moment na gonilo, ki je dvostopenjski reduktor z valjastimi zobniškimi pari.
Slabost tega stroja je, da je gonilo na zadnji strani stroja. To pomeni, da reduktor vleče na
spodnji strani oz. stroj na spodnji veji vleče, na zgornji pa pritiska. Boljše bi bilo gonilo na
sprednji strani, s tem bi zgornjo vejo vleklo, spodnja pa bi bila jalova veja – ne bi bila pod
napetostjo.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 4 -
Slika 3: Verižni transporter
Stroj transportira komade naprej (v desno smer).
Slika 4: Gonilo s sklopko
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 5 -
2 TEORETIČNE OSNOVE ZOBNIŠKIH GONIL
Ţe ime zobniško gonilo nam pove, da sestavljajo gonilo zobniki. Ime zobniški prenos pa nam
pove, da je to prenos pri katerem prenašajo vrtenje zobniki. Pri zobniških gonilih se torej
ukvarjamo z vrtenjem zobnikov, ki nam prenašajo moč (P), vrtilno frekvenco (n) ter vrtilni
moment (T) iz gonilne gredi na gnano gred. Zobniška gonila so mehanska gonila z
enakomerno vrtilno frekvenco. Zaradi izkoristka zobniškega gonila, nam moč na gnani gredi
upade – upad je odvisen od izvedbe gonila (najslabše so polţaste dvojice) in stopenj.
Poznamo enostopenjska gonila (sestavljena iz ene zobniške dvojice) in večstopenjska gonila
(sestavljena iz več zobniških dvojic), ki so lahko različnih izvedb. Slika 6 nam prikazuje
osnovne izvedbe zobniških dvojic, ki imajo različno postavljene osi obeh zobnikov: [2]
- valjasta zobniška dvojica (slika 6 a) – osi vzporedni
- stoţčasta zobniška dvojica (slika 6 b) – osi se sekata
- polţasta dvojica (slika 6 c) – osi sta mimobeţni
Slika 5: Shema gonila [2]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 6 -
Faktorji, ki so pomembni pri konstruiranju novega gonila:
- prenosne moči
- vrtilne frekvence
- obodne hitrosti zobnikov
- prestavnega razmerja
- lege gnane in gonilne gredi
- smeri vrtenja
- izkoristka
Običajno imenujemo manjši zobnik pastorek. Označimo ga z Z1 , večji zobnik pa označimo z
Z2. Pri polţastih dvojicah imenujemo manjši zobnik polţ, ki ga prav tako označimo z Z1, večji
zobnik pa polţnik – Z2. [2]
Slika 6: Osnovne izvedbe zobniških dvojic [2]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 7 -
3 IZRAČUN
3.1 Motor
Za pogon gonila uporabimo hidromotor Danfoss OMT 160, ki je nastavljen na tlak p = 125
bar in pretoka Q = 90 l/min.
p = 125bar
Q = 90 l/min
Slika 7: Hidromotorji [6]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 8 -
Slika 8: Diagram vrednosti za hidromotor OMT 160 [5]
Iz diagrama dobimo naslednje podatke, ki so pomembni za nadaljni preračun:
T = 260 Nm
n = 550 min-1
P = 15 kW
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 9 -
3.2 Reduktor
Gonilo v našem stroju je dvostopenjski reduktor:
Slika 9: Skica gonila v prerezu
3.2.1 Podatki o zobnikih
Tabela 1: Podatki o zobniku 1
Število zob z 18
Modul čelni ms 2
Modul normalni mn 2,0612
Ubirni kot α0 20°
Nagibni kot bočnic β0 14°
Smer nagiba bočnic smer leva
Premer razdelnega kroga d0 37,102
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 10 -
Zunanji premer dk 41,98
Profilni premik xm +0,448
Merno število zob zw 3
Mera preko zob W
Število zob protizobnika z2 79
Medosna razdalja a 100±0,035
Tabela 2: Podatki o zobniku 2
Število zob z 79
Modul čelni ms 2
Modul normalni mn 2,0612
Ubirni kot α0 20°
Nagibni kot bočnic β0 14°
Smer nagiba bočnic smer desna
Premer razdelnega kroga d0 162,837
Zunanji premer dk 166,0
Profilni premik xm -0,418
Merno število zob zw 10
Mera preko zob W
Število zob protizobnika z2 18
Medosna razdalja a 100±0,035
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 11 -
Tabela 3: Podatki o zobniku 3
Število zob z 18
Modul čelni ms 2,75
Modul normalni mn 2,8015
Ubirni kot α0 20°
Nagibni kot bočnic β0 11°
Smer nagiba bočnic smer desna
Premer razdelnega kroga d0 50,426
Zunanji premer dk 57,5
Profilni premik xm +0,825
Merno število zob zw 3
Mera preko zob W
Število zob protizobnika z2 81
Medosna razdalja a 140±0,035
Tabela 4: Podatki o zobniku 4
Število zob z 81
Modul čelni ms 2,75
Modul normalni mn 2,8015
Ubirni kot α0 20°
Nagibni kot bočnic β0 11°
Smer nagiba bočnic smer leva
Premer razdelnega kroga d0 226,919
Zunanji premer dk 233,4
Profilni premik xm +0,547
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 12 -
Merno število zob zw 10
Mera preko zob W
Število zob protizobnika z2 18
Medosna razdalja a 140±0,035
3.3 Izračun
3.3.1 1. stopnja
z1 = 18
z2 = 79
Nm
3.3.2 2. stopnja
z3 = 18
z4 = 81
Nm
3.3.3 Dejansko razmerje
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 13 -
Ko smo preračunali vrtljaje, moči ter prestavna razmerja, smo se odločili, da opravimo
preračun v programu Zobnik - verzija 7.0. To je program za preračunavanje valjastih
zobnikov, ki nam je dostopen na fakulteti. S tem programom smo lahko z navedenimi podatki
izračunali sile na zobe, trdnostne kontrole na Hertzov tlak, trdnostne kontrole na lom v korenu
zob, izgube moči in izkoristke. Program nam poda tudi osnovne podatke o gonilu,
geometrijske podatke za izdelavo, podatke o materialu zobnikov, podatke o mazanju, merilne
veličine zobniške dvojice, skratka lep izpis vsega potrebnega za zobniško dvojico.
Slika 10: Naslovna stran programa Zobnik
3.4 Material zobnikov
Za material zobnikov smo se odločili vzeti čim boljši material, saj imamo problem za katerega
bi bilo teoretično mogoče, da bi z dovolj visoko kvaliteto lahko dosegli dovolj dobre rezultate,
da bi gonilo lahko drţalo naše zahteve. Jeklo 16CrMo5 je material za cementacijo, s čimer ga
najprej površinsko naogljičimo nato pa zakaljimo, da dobimo trdo površino in ţilavo
notranjost.
Vzeli smo material 16CrMo5
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 14 -
Tabela 5: Podatki o materialu 16CrMo5
Trajna dinamična trdnost za Hertzov tlak σHlim1 = 1630,000 N/mm2
Trajna dinamična trdnost za utripno
napetost v zobnem korenu
σFlim1 = 460,000 N/mm2
Poissonovo število ν2 = 0,300 N/mm2
Modul elastičnosti E2 = 210000,000
Povprečna srednja višina neravnosti Rz2 = 3,000 μm
Trdota jedra zoba 270
Trdota zobnih bokov 720
Toplotna obdelava Cementirano in kaljeno
3.5 Pregled rezultatov
Tabela 6: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 1. para - zobnik1
ZOBNIK 1
Imenski bočni tlak σH01 = 1322,404 N/mm2
Dejanski bočni tlak σH1 = 1389,348 N/mm2
dopustni bočni tlak σHP1 = 1603,488 N/mm2
Varnost proti jamničenju SH1 = 1,154
Minimalna varnost proti jamničenju SHmin1 = 1,000
Varnostna proti jamničenju USTREZA
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 15 -
Tabela 7: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 1.para - zobnik2
ZOBNIK 2
Imenski bočni tlak σH02 = 1322,404 N/mm2
Dejanski bočni tlak σH2 = 1389,348 N/mm2
dopustni bočni tlak σHP2 = 1603,488 N/mm2
Varnost proti jamničenju SH2 = 1,154
Minimalna varnost proti jamničenju SHmin2 = 1,000
Varnostna proti jamničenju USTREZA
Tabela 8: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba - zobnik 1
ZOBNIK 1
Imenski napetost v korenu zoba σF01 = 548,580 N/mm2
Dejanska napetost v korenu zoba σF1 = 598,619 N/mm2
Dopustna napetost v korenu zoba σFP1 = 920,000 N/mm2
Varnost proti lomu v korenu zoba SF1 = 1,536
Minimalna varnost proti lomu v korenu zoba SFmin1 = 1,400
Varnost proti lomu v korenu zoba USTREZA
Tabela 9: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba- zobnik 2
ZOBNIK 2
Imenski napetost v korenu zoba σF02 = 520,701 N/mm2
Dejanska napetost v korenu zoba σF2 = 568,197 N/mm2
Dopustna napetost v korenu zoba σFP2 = 920,000 N/mm2
Varnost proti lomu v korenu zoba SF2 = 1,619
Minimalna varnost proti lomu v korenu zoba SFmin2 = 1,400
Varnost proti lomu v korenu zoba USTREZA
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 16 -
Tabela 10: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 2. para - zobnik 3
ZOBNIK 3
Imenski bočni tlak σH01 = 1724,255 N/mm2
Dejanski bočni tlak σH1 = 1765,020 N/mm2
dopustni bočni tlak σHP1 = 1599,170 N/mm2
Varnost proti jamničenju SH1 = 0,906
Minimalna varnost proti jamničenju SHmin1 = 1,000
Varnostna proti jamničenju NE USTREZA
Tabela 11: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 2. para - zobnik 4
ZOBNIK 4
Imenski bočni tlak σH02 = 1724,255 N/mm2
Dejanski bočni tlak σH2 = 1765,020 N/mm2
Dopustni bočni tlak σHP2 = 1599,170 N/mm2
Varnost proti jamničenju SH2 = 0,906
Minimalna varnost proti jamničenju SHmin2 = 1,000
Varnostna proti jamničenju NE USTREZA
Tabela 12: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba 2. para - zobnik 3
ZOBNIK 3
Imenska napetost v korenu zoba σF01 = 967,793 N/mm2
Dejanska napetost v korenu zoba σF1 = 1008,494 N/mm2
Dopustna napetost v korenu zoba σFP1 = 920 N/mm2
Varnost proti lomu v korenu zoba SF1 = 0,912
Minimalna varnost proti lomu v korenu zoba SFmin1 = 1,400
Varnost proti lomu v korenu zoba NE USTREZA
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 17 -
Tabela 13: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba 2. para – zobnik 4
ZOBNIK 4
Imenska napetost v korenu zoba σF02 = 950,124 N/mm2
Dejanska napetost v korenu zoba σF2 = 990,082 N/mm2
Dopustna napetost v korenu zoba σFP2 = 920,000 N/mm2
Varnost proti lomu v korenu zoba SF2 = 0,929
Minimalna varnost proti lomu v korenu zoba SFmin2 = 1,400
Varnost proti lomu v korenu zoba NE USTREZA
S tem preračunom smo prišli do ugotovitve, da v gonilu 2. par zobnikov ni bil ustrezno
skonstruiran za naše sedanje zahteve. Izkazalo se je, da zobnik 3 ima koeficient varnosti proti
jamničenju (0.906 - minimalna varnost pa je 1.000). Prav tako je varnost proti lomu v korenu
zoba 0.912, minimalna pa bi morala biti 1.400. Zobnik 4, ki ima enake minimalne zahteve, pa
ima varnost proti jamničenju 0.906 in varnost proti lomu v korenu zoba 0.929.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 18 -
3.6 Ukrepi
- povečanje širine ubiranja zobniške dvojice
Ena od moţnosti za dosego minimalnih zahtev je povečava širine zobnikov 2. para, saj bi za
minimalne dopustne zahteve morali imeti vsaj 95mm širine ubiranja zobniškega para, kar pa v
našem trenutnem primeru ni mogoče. S tem bi morali celotno gonilo predelati, ohišje
povečati, sklopko med gonilom in pogonskim elementom pa izbrati drugo, skratka celotno
gonilo bi morali skonstruirati na novo.
Tabela 14: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 2. para, širine 95mm - zobnik 3
ZOBNIK 3
Imenski bočni tlak σH01 = 1358,280 N/mm2
Dejanski bočni tlak σH1 = 1409,445 N/mm2
dopustni bočni tlak σHP1 = 1598,893 N/mm2
Varnost proti jamničenju SH1 = 1,134
Minimalna varnost proti jamničenju SHmin1 = 1,000
Varnost proti jamničanju USTREZA
Tabela 15: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 2. para, širine 95mm - zobnik 4
ZOBNIK 4
Imenski bočni tlak σH01 = 1358,280 N/mm2
Dejanski bočni tlak σH1 = 1409,445 N/mm2
Dopustni bočni tlak σHP1 = 1598,893 N/mm2
Varnost proti jamničenju SH1 = 1,134
Minimalna varnost proti jamničenju SHmin1 = 1,000
Varnost proti jamničenju USTREZA
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 19 -
Tabela 16: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba 2. para, širine 95mm - zobnik 3
ZOBNIK 3
Imenski napetost v korenu zoba σF01 = 600,561 N/mm2
Dejanski napetost v korenu zoba σF1 = 643,642 N/mm2
Dopustna napetost v korenu zoba σFP1 = 920,000 N/mm2
Varnost proti lomu v korenu zoba SF1 = 1,429
Minimalna varnost proti lomu v korenu zoba SFmin1 = 1,400
Varnost proti lomu v korenu zoba USTREZA
Tabela 17: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba 2. para, širine 95mm - zobnik 4
ZOBNIK 4
Imenski napetost v korenu zoba σF02 = 589,598 N/mm2
Dejanski napetost v korenu zoba σF2 = 631,891 N/mm2
Dopustna napetost v korenu zoba σFP2 = 920,000 N/mm2
Varnost proti lomu v korenu zoba SF2 = 1,455
Minimalna varnost proti lomu v korenu zoba SFmin2 = 1,400
Varnost proti lomu v korenu zoba USTREZA
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 20 -
- zmanjšanje parametrov pogonskega stroja
Druga izmed moţnosti za ukrep je, da pogonskemu stroju prilagodimo parametre, da gonilo
zdrţi. To smo naredili s poskusno metodo, kjer smo v programu Zobnik poskušali
zmanjševati vhodne parametre, hkrati pa smo obdrţali izhodno hitrost. Pri tem smo dobili, da
z materialom 16CrMo5, 2. zobniški par zdrţi z močjo največ 9,5 kW ter momentom 725 Nm
na 2. zobniški par, kar znaša vhodni moment gonila 165 Nm, izhodni moment gonila pa 3112
Nm. Izhodno število vrtljajev pa prav tako ohranimo z 27.5 min-1
.
Ta rešitev bi pripomogla k temu, da bi se gonilo zaradi preobremenjenosti transportnega traku
ustavilo. Delavci bi takoj vedeli, da je gonilo preobremenjeno ter da bi ga morali
razbremeniti. Z razbremenitvijo bi stroj sam začel obratovati. S to rešitvijo bi ohranili gonilo
ter seveda zobnike.
Največji problem je bil v tem, da ni bilo varnostnega elementa, ki bi preprečil delavcem
preobremenitev traku. Delavci posledično hitijo in brez pomisleka naloţijo trak do
onemoglosti in naše gonilo, ki je sorazmerno majhno za takšen stroj, postane preobremenjeno.
Tako pride do zloma zob, ali celo do loma ohišja, leţajev, moznikov, gredi, itd.
Vhodni podatki za trenutno rešitev:
P = 9,5 kW
T = 165 Nm
nvhod = 550 min-1
Pogonski element ostaja hidromotor Danfoss OMT 160:
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 21 -
Slika 11: Diagram vrednosti za hidromotor OMT 160 [5]
Dobljeni podatki iz tabele:
p = 80 bar
Q = 90 l/min
Tabela 18: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 2. para, moči 9,5kW - zobnik 3
ZOBNIK 3
Imenski bočni tlak σH01 = 1372,2 N/mm2
Dejanski bočni tlak σH1 = 1422,892 N/mm2
Dopustni bočni tlak σHP1 = 1599,170 N/mm2
Varnost proti jamničenju SH1 = 1,123
Minimalna varnost proti jamničenju SHmin1 = 1,000
Varnost proti jamničanju USTREZA
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 22 -
Tabela 19: Trdnostna kontrola na Hertzov tlak 2. para, moči 9,5kW - zobnik 4
ZOBNIK 4
Imenski bočni tlak σH02 = 1372,200 N/mm2
Dejanski bočni tlak σH2 = 1422,892 N/mm2
Dopustni bočni tlak σHP2 = 1599,170 N/mm2
Varnost proti jamničenju SH2 = 1,123
Minimalna varnost proti jamničenju SHmin2 = 1,000
Varnost proti jamničenju USTREZA
Tabela 20: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba 2. para, moči 9,5kW - zobnik 3
ZOBNIK 3 –
Imenski napetost v korenu zoba σF01 = 612,935 N/mm2
Dejanski napetost v korenu zoba σF1 = 653,394 N/mm2
Dopustna napetost v korenu zoba σFP1 = 920,000 N/mm2
Varnost proti lomu v korenu zoba SF1 = 1,408
Minimalna varnost proti lomu v korenu zoba SFmin1 = 1,400
Varnost proti lomu v korenu zoba USTREZA
Tabela 21: Trdnostna kontrola na lom v korenu zoba 2. para, moči 9,5kW - zobnik 4
ZOBNIK 4
Imenski napetost v korenu zoba σF02 = 601,745 N/mm2
Dejanski napetost v korenu zoba σF2 = 641,466 N/mm2
Dopustna napetost v korenu zoba σFP2 = 920,000 N/mm2
Varnost proti lomu v korenu zoba SF2 = 1,434
Minimalna varnost proti lomu v korenu zoba SFmin2 = 1,400
Varnost proti lomu v korenu zoba USTREZA
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 23 -
Pri tem izpisu vidimo, da imamo zobnika 3 in 4 oba na minimalni varni strani. Zobnika 3 in 4
imata varnost proti jamničenju (1.123, minimalna pa je 1), varnost proti lomu v korenu zoba
pa ima zobnik 3 (1,408) ter zobnik 4 (1.434, minimalna obeh pa je 1,400). S takšnimi
parametri smo na varni strani pred zlomom zob, hkrati se s temi vhodnimi parametri stroj
ustavi.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 24 -
4 MODELIRANJE GONILA
Po vseh pridobljenih podatkih in preračunih gonila, smo modelirali v programskem paketu
Pro/Engineer 5, ki ga uporabljamo v podjetju. Najprej smo celotno staro ohišje geometrijsko
premerili in skicirali, da smo lahko zmodelirali varjeno izvedbo ohišja.
Slika 12: Model spodnjega dela ohišja
Spodnje ohišje je zvarjeno iz 16 kosov. Prav tako je zvarjeno zgornje ohišje, ki ima odprtino
za dolivanje olja ter za vizualno kontrolo zobnikov.
Slika 13: Model zgornjega dela ohišja
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 25 -
Sledilo je modeliranje najpomembnejših strojnih elementov – zobnikov. To smo napravili s
programskim paketom MITCalc, s katerim smo lahko najprej ponovno preračunali zobniške
dvojice. Program nam je nato podal poročilo, ki se ujema s predhodnimi preračuni s
programom Zobnik, s tem programom imamo moţnost izrisa 2D risbe ali 3D CAD model
ozobja, ki smo ga nadaljnje modelirali do končnih zahtev.
Slika 14: Dobljeni model iz MITCalca za 2. zobniški par
Slika 15: Model pastorka Z1
Slika 16: Model zobnika Z2
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 26 -
Slika 17: Model pastorka Z3
Slika 18: Model zobnika Z4
Sledi še konstruiranje in modeliranje manj zahtevnih strojnih elementov, kot so distančni
obroči, pokrovi, nazivna tablica, votla gred, itd. Ostale standardizirane strojne elemente
naloţimo s spletne knjiţnice (vijake, podloţke, oljekaz, leţaje, radialna tesnila, moznike,… ).
Ko imamo vse potrebne elemente, začnemo sestavljati v sklop (modul Assembly) - v našem
primeru je gonilo.
Slika 19: Sestavljeno gonilo brez zgornjega ohišja
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 27 -
Slika 20: Sestavljeno končno gonilo
Sklop je sestavljen iz 125 delov - če štejemo ves pritrdilni material (vijaki, podloţke,…).
Gonilo tehta 100,2kg. Zunanje mere gonila so: 530 x 339 x 324 (dolţina x širina x višina).
Končan izdelek bo pobarvan: zunanja barva RAL 9003 (bela), notranja barva RAL 3002
(rdeča) in odporna na olje, temeljni premaz pa RAL 7047.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 28 -
5 TEHNIČNA DOKUMENTACIJA
Vso tehnično dokumentacijo smo naredili v Pro/E, v modulu (Drawing) tehniška
dokumentacija. V dokumentaciji je podano vse za izdelavo pastorkov ter zobnikov. Ujem
k6/H7 smo podali povsod, kjer je nasajen zobnik na gred, ter leţaj na gred. Širino utorov za
moznike smo predpisali s toleranco P8 (toleranca v minus), da je nasadni zobnik aksialno
nepomičen. Vse netolerantne mere so po standardu SIST ISO 2768 določene razreda m
(medium). Označena so središčna gnezda, kjer so potrebna za izdelavo, določena po DIN 332
standardu. Podatki o materialu izdelka so zapisani v glavi, termične obdelave pa nad oznako
materiala. Poleg materiala so v glavi podani naziv in mere, masa izdelka, naročniška številka,
ident številka, podatki o naročniku, številka sestavnega načrta, objekt (kamor izdelek sodi),
merilo in podatki o konstrukterju ter datumi.
HRAPAVOST POVRŠIN
Hrapavost površin je v splošnem mikrogeometrijska nepravilnost (neravnost) površine, do
katere pride zaradi obdelovalnih postopkov ali drugih vplivov [3]. Pomembno je, da določimo
manjšo hrapavost, kjer je to potrebno, saj boljšo ko imamo površino bolj zahteven je postopek
obdelave in posledično podraţitev izdelka. Manjša hrapavost površine vpliva na večjo
odpornost proti koroziji, boljšo prevajanje toplote, večjo dinamično trdnost, večjo sposobnost
tesnjenja itd.
Splošno stopnjo hrapavosti površin zobnikov smo določili N9, kar znaša Ra (srednji
aritmetični odstopek profila) = 6,3μm. Hrapavost ozobja smo določili ţe pri izračunu in znaša
N6, to je Ra = 0,8μm, kar v našem primeru doseţemo z brušenjem ozobja. Hrapavost N6 smo
podali tudi povsod, kjer so nasajeni zobniki ter kjer je pastorek vleţajen. Doseţemo jo lahko z
zelo finim struţenjem ali brušenjem. Zadnja naša izboljšana hrapavost je še med moznikom in
utorom v gred ter moznikom in utorom na zobniku. Tu je hrapavost N7, ki znaša Ra = 1,6 μm
(v našem primeru jo bomo dosegli s finim rezkanjem).
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 29 -
Slika 21: Pogled na tehnični dokumentaciji za pastorek Z1
PODATKI O OZOBJU NA TEHNIČNI DOKUMENTACIJI
Slika 22: Tabela podatkov za ozobje Z1 na teh. dokumentaciji
Na delavniški risbi kotiramo ozobje kolikor je mogoče. V kolikor pa ni mogoče, moramo
podati podatke v tabeli, ki jo naredimo na delavniški risbi. V tabeli za čelne zobnike s
poševnim ozobjem imamo zapisano število zob, modul čelni, modul normalni, ubirni kot,
nagibni kot bočnic, smer nagiba, premer razdelnega kroga, zunanji premer, profilni premik in
pa kontrolo ozobja (merno število zob, mero preko zob, odstopke, število zob protizobnika,
medosno razdaljo).
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 30 -
6 ZAKLJUČEK
V diplomski nalogi smo najprej opisali nekaj teoretičnih osnov o zobniških gonilih. To so bili
osnovni podatki za razumevanje naloge.
Najprej smo se morali s strojem dobro spoznati in preučiti njegovo delovanje. Morali smo si
ogledati stroj ter ugotoviti kje deluje in na kakšen način. Ko so vzdrţevalci celotno gonilo
demontirali in razstavili, smo strojne elemente pregledali in ugotovili, da je prišlo do zloma
zob v gonilu. Potem smo glavne elemente »posneli«, skicirali in premerili. Ugotovljeno je
bilo, da so bili zobniki ţe leta 1990 ročno skicirani za izdelavo. Te skice so nam prihranile
celoten izračun ozobja in s temi podatki o ozobju smo naredili preračun v programu Zobnik -
verzija 7, ki nam je dostopen na FS. Ugotovljeno je bilo, da drugi par zobniške dvojice ni bil
ustrezno skonstruiran na določeno moč, ki je obratovala. Podali smo dve rešitvi: prva je ta, da
ostanejo vhodni parametri enaki in celotno gonilo predelamo tako, da dobimo drugi par
ustrezne širine za varno delovanje; druga rešitev pa je, da vhodne parametre spremenimo, kar
je dokaj enostavno zaradi hidravličnega motorja, in s tem nastavimo takšne parametre, da
gonilo zdrţi in se nam motor ustavi zaradi preobremenitve teţe.
Po celotnem preračunu in analizi, smo zobnike zmodelirali v CAD modelirniku
Pro/ENGINEER 5 ter v njem izdelali tehniško dokumentacijo za gonilo in sestavo, katero
smo opremili z vsemi potrebnimi podatki in informacijami za izdelavo le teh.
Cilj te naloge je bila ugotovitev zaradi česa pride do loma zobniške dvojice, ki jo je ţe
tolikokrat deformiralo. Zraven te naloge smo se veliko naučili, izvedeli veliko novih podatkov
o zobniških dvojicah ter hidravličnih motorjih in na splošno o vsem, kar spada zraven
zobniških gonil. Upam, da bo naša analiza pripomogla podjetju do dolgotrajne rešitve in
posledično manj zastojev na stroju zaradi sanacije.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 31 -
6.1 SKLEP
Po skupnem delu in analizi bi predlagali drugo rešitev – spremembo vhodnih parametrov, ki
nam je trenutno bolj enostavna in ekonomična. Če bi se kdaj odločili za predelavo gonila, bi
predlagali, da bi se gonilo prestavilo na sprednjo stran stroja, saj bi s tem zmanjšali napetost v
verigi, ki je sedaj obremenjena na obeh vejah (transportna, povratna), saj je gonilo na zadnji
strani. V tem primeru bi morali celotno gonilo skonstruirati na novo ter povečati njegovo moč
vsaj na 20 – 25 kW moči. S tem bi omogočili nemoten transport gredic in preobremenitev
gonila.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 32 -
7 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV
[1] Internetna stran podjetja Serpa d.o.o. [svetovni splet] dostopno na:
http://www.serpa.si/proizvodni-program.aspx
[2] Flašker Joţe, Glodeţ Srečko, Ren Zoran: Zobniška gonila, Pasadena, 2010
[3] Ren Zoran, Glodeţ Srečko: Strojni elementi – I. del, univerzitetni učbenik, Maribor,
Fakulteta za strojništvo, 2005.
[4] Kraut Bojan. Krautov strojniški priročnik, 14. slovenska izdaja / izdajo pripravila Joţe
Puhar, Joţe Stropnik. Ljubljana : Littera picta, 2003.
[5] Katalog Sauer Danfoss: OMS, OMT and OMV Orbital Motors, Tecnical data [svetovni
splet] dostopno na:
http://powersolutions.danfoss.com/stellent/groups/publications/documents/product_liter
ature/520l0407.pdf
[6] Internetna stran [svetovni splet] dostopno na:
http://www.directindustry.com/prod/sauer-danfoss/orbital-hydraulic-motors-high-
torque-4998-1245469.html
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 33 -
8 PRILOGE
- Skice zobnikov:
o Skica reduktorja
o Skica zobnika Z1
o Skica zobnika Z2
o Skica zobnika Z3
o Skica zobnika Z4
- Delavniške risbe:
o Pastorek Z18/2
o Zobnik Z79/2
o Pastorek Z18/2,75
o Zobnik Z81/2,75
- Sestavna risba :
o Reduktor
- Izpis podatkov za zobniške dvojice program Zobnik:
o 1. par – P = 15 kW
o 2. par – P = 15 kW
o 2. par – širine 95mm, P = 15kW
o 2. par – P = 9.5 kW