25.10.2014 Views

fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje - FESB

fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje - FESB

fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje - FESB

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE, STROJARSTVA I<br />

BRODOGRADNJE<br />

Katedra za elemente strojeva<br />

REDUKTOR<br />

Uputstvo za proračun<br />

Split, travanj 2005.


2<br />

Ovaj predložak za konstrukcijske vježbe se sastoji od dijelova uputstava za<br />

proračune:<br />

Jelaska, D., Cilindrični zupčanici: Uputstvo za proračun, Fakultet<br />

<strong>elektrotehnike</strong>, <strong>strojarstva</strong> i <strong>brodogradnje</strong>, Split, 2003.<br />

Jelaska, D., Piršić, T., Vratilo: Uputstvo za proračun, Fakultet<br />

<strong>elektrotehnike</strong>, <strong>strojarstva</strong> i <strong>brodogradnje</strong>, Split, 2004.<br />

i interne skripte:<br />

Piršić, T., Kotrljajući ležaji, Fakultet <strong>elektrotehnike</strong>, <strong>strojarstva</strong> i<br />

<strong>brodogradnje</strong>, Split, 2005.<br />

Na taj način prilagođen je potrebama studenata sveučilišnih studija <strong>brodogradnje</strong><br />

i industrijskog inženjerstva.<br />

Srđan Podrug


3<br />

SADRŽAJ<br />

1. DIMENZIONIRANJE ZUPČANIKA 4<br />

1.1 IZBOR MATERIJALA ZUPČANIKA 4<br />

1.2 IZBOR NAČINA OBRADE ZUPČANIKA 4<br />

1.3 IZBOR KVALITETE OZUBLJENJA 4<br />

1.4 IZBOR BROJA ZUBI 4<br />

1.5 IZBOR OMJERA DIMENZIJA 6<br />

1.6 KUT NAGIBA ZUBA NA DIOBENOM KRUGU 6<br />

1.7 EKVIVALENTNI BROJEVI ZUBI 6<br />

1.8 PRETHODNI IZBOR FAKTORA POMAKA PROFILA I ZAHVATNOG KUTA 6<br />

1.9 DIMENZIONIRANJE ZUPČANIKA 9<br />

1.10 OSTALE DIMENZIJE ZUPČANIKA 15<br />

2. PRORAČUN I KONTROLA GEOMETRIJE OZUBLJENJA 17<br />

2.1 STUPANJ PREKRIVANJA PROFILA 17<br />

2.2 STUPANJ PREKRIVANJA U AKSIJALNOM PRESJEKU 17<br />

2.3 DEBLJINA ZUBA NA KRUGU PREKO GLAVE 17<br />

3. KONTROLA ČVRSTOĆE 18<br />

3.1 ČVRSTOĆA BOKOVA 18<br />

3.2 ČVRSTOĆA KORIJENA ZUBA 26<br />

4. PRORAČUN VRATILA I ULEŽIŠTENJA 30<br />

4.1 SILE U OZUBLJENJU ZUPČANOG PARA S KOSIM ZUBIMA 30<br />

4.2 IZRAČUNAVANJE REAKCIJA NA LEŽAJNIM MJESTIMA 31<br />

4.3 DIMENZIONIRANJE VRATILA 32<br />

4.4 PRORAČUN LEŽAJA 36<br />

4.5 KONTROLNI PRORAČUN DINAMIČKE SIGURNOSTI 42<br />

5. LITERATURA 48


4<br />

1. DIMENZIONIRANJE ZUPČANIKA<br />

1.1 Izbor materijala zupčanika<br />

Izbor materijala za zupčanike ovisi o svojstvima koja zupčanik mora imati, a to<br />

su: nosivost, obradivost, cijena, traženi kvalitet, te uvjeti pogona. Cijena ovisi o<br />

tehnološkom postupku kojim se može dobiti zupčanik tražene kvalitete i<br />

svojstava, a tehnološki postupak o materijalu. Pregled materijala za zupčanike<br />

dat je u tablici I. Najčešći materijal zupčanika je čelik, koji ima najveću nosivost<br />

po jedinici volumena. Poslije rezanja zubi, obavezna je toplinska obrada<br />

(poboljšanje, cementiranje i kaljenje, nitriranje). Poželjno je da manji zupčanik,<br />

koji je više opterećen, ima vlačnu čvrstoću bar za oko 150 N/mm 2 veću od većeg<br />

zupčanika. Za neserijsku proizvodnju i u manjim radionama s ograničenim<br />

izborom materijala, često se oba zupčanika izrađuju iz istog materijala.<br />

1.2 Izbor načina obrade zupčanika<br />

Izbor mehaničke obrade zupčanika ovisi o području njihove primjene i<br />

raspoloživim alatnim strojevima. Izbor toplinske obrade zupčanika zavisan je o<br />

odabranom materijalu i postupcima obrade koje je proizvođač usvojio.<br />

1.3 Izbor kvalitete ozubljenja<br />

Kvaliteta tolerancije zupčanika bira se u ovisnosti o području primjene zupčanika,<br />

obodne brzine i načina obrade prema HRN M.C1.031 (tablica II). Za mirniji rad<br />

zupčanika i za male kružne zračnosti, potrebno je usvojiti finiju kvalitetu<br />

ozubljenja.<br />

1.4 Izbor broja zubi<br />

Bira se broj zubi manjeg (pogonskog) zupčanika prema tablici III. u ovisnosti o<br />

prijenosnom omjeru, materijalu i vrsti toplinske obrade, te o brzini vrtnje.<br />

Da bi se odredio broj zubi gonjenog zupčanika z 2 , potrebno je broj zubi<br />

pogonskog zupčanika z 1 pomnožiti sa zadanim prijenosnim omjerom<br />

n<br />

i<br />

n<br />

Ovako dobivenu vrijednost<br />

z<br />

= 1 2<br />

= i⋅<br />

z<br />

2 1


5<br />

Tablica I<br />

Materijal<br />

Sivi lijev<br />

Nodularni<br />

lijev<br />

Crni temper<br />

lijev<br />

Čelični<br />

lijev<br />

Konstrukcijski<br />

čelici<br />

Čelici za<br />

poboljšanje<br />

Čelici za<br />

poboljšanje,<br />

plameno ili<br />

indukciono<br />

kaljeni<br />

Čelici za<br />

poboljšavanje,<br />

nitrirani<br />

Čelici za<br />

cementiranje<br />

Oznaka<br />

po HRN<br />

SL 20<br />

SL 25<br />

SL 35<br />

NL 40<br />

NL 60<br />

NL 80<br />

NL 100<br />

CTe L 35<br />

CTe L 65<br />

ČL 0545<br />

ČL 0645<br />

Č 0462<br />

Č 0545<br />

Č 0645<br />

Č 0745<br />

Č 1331<br />

Č 1531<br />

Č 1731<br />

Č 4130<br />

Č 4131<br />

Č 4731<br />

Č 5431<br />

Č 1531<br />

Č 4131<br />

Č 4732<br />

Č 1531<br />

Č 4732<br />

Č 4732<br />

Č 1220<br />

Č 4320<br />

Č 4321<br />

Č 4721<br />

Č 5420<br />

Č 4520<br />

-<br />

Trajne dinamičke čvrstoće korijena zuba na savijanje<br />

i boka zuba na kontaktna naprezanja<br />

Trajna dinamička čvrstoća<br />

Toplinska<br />

obrada<br />

-<br />

-<br />

-<br />

poboljšano<br />

-<br />

-<br />

-<br />

-<br />

-<br />

-<br />

-<br />

-<br />

poboljšano<br />

normalno<br />

poboljšano<br />

poboljšano<br />

poboljšano<br />

poboljšano<br />

poboljšano<br />

površina<br />

zakaljena<br />

uključivo<br />

korijen<br />

zuba<br />

nitrirano<br />

u kupki<br />

nitrirano<br />

u kupki<br />

nitrirano<br />

u plinu<br />

cementirano<br />

i kaljeno<br />

Tvrdoća<br />

boka zuba<br />

180 HB<br />

220 HB<br />

240 HB<br />

180 HB<br />

250 HB<br />

290 HB<br />

350 HB<br />

150 HB<br />

220 HB<br />

160 HB<br />

180 HB<br />

130 HB<br />

160 HB<br />

190 HB<br />

208 HB<br />

140 HV10<br />

190 HV10<br />

210 HV10<br />

260 HV10<br />

260 HV10<br />

280 HV10<br />

310 HV10<br />

560 HV10<br />

610 HV10<br />

650 HV10<br />

400 HV10<br />

500 HV10<br />

550 HV10<br />

720 HV10<br />

720 HV10<br />

720 HV10<br />

720 HV10<br />

720 HV10<br />

740 HV10<br />

korijena zuba<br />

σ Flim<br />

N/mm 2<br />

40<br />

55<br />

70<br />

185<br />

245<br />

300<br />

350<br />

160<br />

230<br />

140<br />

160<br />

140<br />

160<br />

175<br />

205<br />

170<br />

200<br />

220<br />

250<br />

250<br />

260<br />

300<br />

270<br />

300<br />

360<br />

300<br />

380<br />

380<br />

400<br />

430<br />

440<br />

380<br />

460<br />

500<br />

boka zuba<br />

σ Hlim<br />

N/mm 2<br />

300<br />

360<br />

380<br />

370<br />

490<br />

580<br />

700<br />

320<br />

460<br />

320<br />

380<br />

290<br />

370<br />

430<br />

460<br />

440<br />

530<br />

530<br />

580<br />

580<br />

530<br />

630<br />

1030<br />

1100<br />

1070<br />

1000<br />

1100<br />

1070<br />

1400<br />

1470<br />

1500<br />

1500<br />

1490<br />

1510<br />

Sintermetal: Fe + 1,5% Cu - 80…<br />

250 400<br />

+ 0,4% C<br />

100 HV10<br />

Duroplast grubi - - 50 110<br />

Polyamid 6.6 - - - 40 70


6<br />

mora se zaokružiti na cijeli broj. Nije dobro da z 2 bude višekratnik od z 1 , da bi se<br />

smanjila učestalost zahvata istih zubi. Poželjno je čak da brojevi zubi oba<br />

zupčanika ne budu parni brojevi. Da bi se ovo postiglo, može se z 2 zaokružiti na<br />

proizvoljni cijeli broj, ali tako da stvarni prijenosni odnos<br />

z<br />

i<br />

z<br />

= 2 1<br />

po mogućnosti ne odstupa od zadanog više od 2,5 %.<br />

1.5 Izbor omjera dimenzija<br />

Najčešće se bira omjer aktivne širine zupčanika b i diobenog promjera manjeg<br />

zupčanika d 1 , ili omjer širine zupčanika i modula, kao faktor širine zuba φ=b/m n .<br />

Ovi omjeri ovisni su o načinu uležištenja osovine zupčanika i kvalitete ozubljenja,<br />

a mogu se odabrati prema tablici IV.<br />

1.6 Kut nagiba zuba na diobenom krugu<br />

Kut nagiba zuba na diobenom krugu β može se odrediti iz uvjeta da aksijalni<br />

stupanj prekrivanja ε β bude cijeli broj. Time se dobije konstantno opterećenje<br />

zuba za vrijeme trajanja zahvata. Iz uvjeta<br />

dobije se<br />

Uzima se obično N = 1, 2 ili 3.<br />

b ⋅ sin β<br />

ε<br />

β<br />

= = N<br />

π⋅m<br />

N⋅ π⋅mn<br />

β=arcsin<br />

b<br />

n<br />

1.7 Ekvivalentni brojevi zubi<br />

z<br />

≅<br />

z<br />

1,2<br />

n1,2 3<br />

cos<br />

β<br />

1.8 Prethodni izbor faktora pomaka profila i zahvatnog kuta<br />

Suma faktora pomaka profila Σx = x 1 + x 2 bira se iz dijagrama na slici 1. u<br />

ovisnosti o sumi zubi para zupčanika, te o prosudbi konstruktera. Ovako<br />

odabranu sumu uputno je raspodijeliti na x 1 i x 2 prema postupku kojeg propisuje<br />

DIN. Ovaj postupak baziran je na tome da je u (z n , x) dijagramu (sl. 1) potrebno<br />

odabrati točke (z n1 , x 1 ) i (z n2 , x 2 ), tako da leže na istoj liniji parova, koje su inače<br />

određene na kompromisu zahtjeva za većom nosivošću i za mirnijim radom.


7<br />

Tablica II<br />

Izbor kvalitete ozubljenja<br />

Kvaliteta<br />

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12<br />

Primjena<br />

Obodna<br />

brzina<br />

Način<br />

obrade<br />

etalon<br />

zupčanici<br />

mjerni instrumenti,<br />

diobeni aparati<br />

precizni prijenosnici<br />

i mjenjači brzina<br />

automobili<br />

kamioni<br />

opće strojarstvo<br />

preko 20 m/s<br />

20 - 6 m/s<br />

brušenje<br />

brijanje prije term. obr.<br />

prec. rezanje<br />

sred. fino rez.<br />

poljoprivredni i drugi grubi strojevi<br />

6 - 3 m/s<br />

prosječno rezanje<br />

3 m/s i manje<br />

Tablica III Orijentacijske vrijednosti za izbor broja zubi manjeg zupčanika<br />

I 1 2 4 8<br />

poboljšano ili kaljeno do 230 HB 32…60 29…55 25…50 22…45<br />

iznad 300 HB 30…50 27…45 23…40 20…35<br />

sivi lijev 26…45 23…40 21…35 18…30<br />

nitrirano 24…40 21…35 19…31 16…26<br />

rotacijsko kaljenje korijena 21…32 19…29 16…25 14…22<br />

Napomena: Manje vrijednosti birati za n 1 < 1000 min -1 , a veće vrijednosti za n 1 > 3000 min -1<br />

Tablica IV<br />

Vrijednosti (b/d 1 )<br />

Orijentacijske vrijednosti za b/d 1 i b/m n<br />

za površinski kaljene zupčanike<br />

za poboljšane, nekaljene zupčanike<br />

za konzolno uležištenje osovine malog zupčanika<br />

za obostrano uležištenje osovine manjeg zupčanika<br />

(b/d 1 ) = (0,1…0,3…0,5) + i/20<br />

(b/d 1 ) = (0,2…0,5…0,8) + i/10<br />

(b/d 1 ) ≤ 0,7<br />

(b/d 1 ) ≥ 1,2<br />

Vrijednosti faktora širine Φ = b/m n<br />

zubi lijevani, neobrađeni<br />

zubi obrađeni, konzolno uležištenje osovine manjeg<br />

zupčanika<br />

zubi dobro obrađeni, uležištenje u kućištu reduktora<br />

zubi vrlo dobro obrađeni, dobro uležištenje i podmazivanje<br />

u kućištu reduktora n 1 ≤ 3000 min -1<br />

isto kao gore pri n 1 ≥ 3000 min -1<br />

zubi kaljeni i brušeni<br />

Φ = 6… 10<br />

Φ = 10… 15<br />

Φ = 15… 25<br />

Φ = 25… 45<br />

Φ = 45 .. 100<br />

Φ = 5… 15


8<br />

x<br />

1.0<br />

0.9<br />

0.8<br />

0.7<br />

0.6<br />

0.5<br />

05 ozubljenje<br />

R14<br />

0.4<br />

0.3<br />

0.2<br />

0.1<br />

0<br />

-0.1<br />

-0.2<br />

-0.3<br />

-0.4<br />

-0.5<br />

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150<br />

teoretska<br />

prakticna<br />

granica podmazivanja<br />

1.1 mm<br />

Sk 0.2 mm<br />

R1 R2<br />

k<br />

S 0.4 mm<br />

R4<br />

R5<br />

R6<br />

R7<br />

R17<br />

R8<br />

R9<br />

R10<br />

R16<br />

broj zubi z ( odnosno z ) n<br />

R15<br />

R13<br />

R12<br />

R11<br />

povecanje nosivosti<br />

povecanje stupnja profilnog sprezanja<br />

Sl. 1 - Smjernice za izbor faktora pomaka profila


9<br />

Postupak raspodjele je sljedeći:<br />

Odredi se točka [( + )/2;( + )/2]<br />

A z z x x i kroz nju se interpolira linija parova<br />

n1 n2 1 2<br />

između dvije susjedne linije parova. Ordinate interpolirane linije parova kojoj su<br />

apscise z 1n i z 2n , predstavljaju tražene faktore pomaka profila x 1 i x 2 . Zbog<br />

nepreciznosti očitanja, najbolje je očitati vrijednost faktora pomaka profila za<br />

samo jedan zupčanik, primjerice x 2 , pa je onda x 1 = Σx - x 2 .<br />

Sada se računa zahvatni kut iz vrijednosti njegove evolventne funkcije<br />

x1+<br />

x2<br />

inv α<br />

w<br />

= inv α<br />

t<br />

+ 2 tanαn<br />

z + z<br />

pri čemu je<br />

1 2<br />

tanαn<br />

α<br />

t<br />

= arctan cos β<br />

inv α = tanα −α<br />

t t t<br />

1.9 Dimenzioniranje zupčanika<br />

U fazi dimenzioniranja, uvjet jednake nosivosti boka i korijena zuba glasi:<br />

σ<br />

lim<br />

i + 1 Z ⋅Z<br />

= ⋅<br />

σ z Y ⋅Y<br />

2 2 2<br />

H M H<br />

Flim 2<br />

Ovdje je:<br />

σ H lim - dinamička čvrstoća bokova (na kontaktni pritisak), tablica I.<br />

σ F lim - dinamička čvrstoća korijena (na savijanje), tablica I.<br />

Z M<br />

- faktor materijala, tablica VI.<br />

Z H - faktor oblika za bok zuba (za kontaktna naprezanja), dijagram na sl. 2.<br />

Y Fa - faktor oblika zuba, slika 3.<br />

Y β<br />

- faktor nagiba zuba<br />

o<br />

β<br />

Y = 1−ε ≥ Y = 1−0,25⋅ε<br />

120<br />

β β βmin<br />

β<br />

Fa<br />

β


10<br />

Sl. 2 - Faktor oblika za bok zuba


11<br />

α<br />

ραο/<br />

αο/<br />

Sl. 3 - Faktor oblika zuba Y Fa za vanjsko ozubljenje<br />

Prema tome, ukoliko je σ 2 Hlim / σ Flim < Q, mjerodavna za dimenzioniranje je<br />

kontaktna čvrstoća boka zuba, a ukoliko je σ 2 Hlim / σ Flim > Q, mjerodavna za<br />

dimenzioniranje je čvrstoća korijena zuba.<br />

Na osnovi uvjeta čvrstoće definira se samo jedna dimenzija zupčanog para<br />

(najčešće osni razmak a, diobeni promjer manjeg zupčanika d 1 ili modul m n ), a<br />

ostale slijede iz prethodno usvojenih omjera dimenzija i proračuna geometrije<br />

ozubljenja.<br />

Ako je za dimenzioniranje mjerodavna čvrstoća boka, određuje se osni razmak<br />

i + 1 2⋅ T1<br />

i + 1<br />

a ≥ 3<br />

⋅K ⋅K ⋅Z ⋅Z<br />

2<br />

2 / ⋅σ i<br />

( b d )<br />

ili diobeni promjer manjeg zupčanika<br />

1 H dop<br />

2 2<br />

A V M H<br />

,<br />

2⋅ T1<br />

i + 1<br />

d1 ≥ 3<br />

⋅K ⋅K ⋅Z ⋅Z<br />

2<br />

( b/ d ) ⋅σ i<br />

1 H dop<br />

2 2<br />

A V M H<br />

,<br />

ili modul<br />

3<br />

2⋅T1<br />

⋅cos β i + 1<br />

m ≥ 3<br />

⋅K ⋅K ⋅Z ⋅Z<br />

3 2<br />

( b/ d ) ⋅z ⋅σ i<br />

2 2<br />

n A V M H<br />

1 1 H dop


12<br />

koji se treba zaokružiti na veću standardnu vrijednost.<br />

Pri tome je:<br />

d 1 /b - omjer dimenzija (tablica IV)<br />

σ Hdop - dopušteno kontaktno naprezanje<br />

σH<br />

lim<br />

σ<br />

Hdop<br />

= ⋅Z<br />

S<br />

H min<br />

S Hmin - minimalni stupanj sigurnosti, S Hmin ≈ 1,3<br />

Z N - faktor trajnosti (sl. 4). Za neograničenu trajnost Z N = 1.<br />

N<br />

Sl. 4 - Faktor trajnosti Z N<br />

K A - faktor udara, tablica V.<br />

K v - dinamički faktor, ovisan o kvaliteti ozubljenja, te obodnoj brzini i vibracijama<br />

zupčanika. U fazi dimenzioniranja može se uzeti K v = 1,1.<br />

Z M - faktor materijala, tablica VI.<br />

Z H - faktor oblika za bok zuba (sl. 2).<br />

Ako je za dimenzioniranje mjerodavna čvrstoća korijena, određuje se osni<br />

razmak, diobeni promjer ili modul prema jednoj od slijedećih formula:<br />

i + 1 T1⋅ z1⋅Y ⋅Y ⋅K ⋅K<br />

a ≥ 3 2<br />

2 / ⋅ σ ⋅cosβ<br />

( b d )<br />

Fa β A V<br />

1 F dop


13<br />

d<br />

1<br />

≥<br />

3<br />

T1⋅ z1⋅Y ⋅Y ⋅K ⋅K<br />

2<br />

/ ⋅ σ cosβ<br />

( b d )<br />

Fa β A V<br />

1 F dop<br />

T ⋅Y<br />

⋅Y<br />

⋅cos<br />

β<br />

m K K<br />

2<br />

1 Fa β<br />

≥ 3<br />

n<br />

2<br />

2<br />

( b/<br />

d1)<br />

⋅z1 ⋅σF<br />

dop<br />

⋅<br />

A⋅<br />

V<br />

Tablica V<br />

Faktor udara K A<br />

Opterećenja od<br />

Opterećenja od gonjenog stroja<br />

pogonskog stroja jednolična umjereno<br />

udarna<br />

srednje<br />

udarna<br />

jako<br />

udarna<br />

jednolična<br />

(elektromotor, turbina)<br />

1,00 1,25 1,50 1,75<br />

umjereno udarna<br />

(turbine, hidromotori, 1,10 1,35 1,60 1,85<br />

elektromotori)<br />

srednje udarna<br />

(višecilindrični motori s 1,25 1,50 1,75 2,00<br />

unutrašnjim izgaranjem)<br />

jako udarna<br />

(jednocilindrični motori s<br />

unutrašnjim izgaranjem)<br />

1,50 1,75 2,00 2,25 i više<br />

Pri tome je:<br />

Y Fa - faktor oblika zuba za opterećenje na vrhu zuba, prema dijagramu na sl. 3.<br />

Y β - faktor nagiba zuba<br />

β<br />

Yβ = 1−εβ ≥ Y<br />

βmin<br />

= 1−0,25⋅ε<br />

o<br />

β<br />

120<br />

σ F dop - dopušteno naprezanje u korijenu zuba. Pri dimenzioniranju može se uzeti<br />

σ<br />

σ ≅ ⋅Y<br />

⋅Y<br />

F lim<br />

Fdop<br />

N δK<br />

SF<br />

min<br />

Ovdje je σ F lim trajna dinamička čvrstoća zuba na savijanje, tablica I, S Fmin ≈1,7 je<br />

minimalni stupanj sigurnosti, Y N faktor trajnosti (sl. 5), a Y δ K<br />

faktor prelazne<br />

krivulje (sl. 6).<br />

Preporuča se izračunati modul prema mjerodavnoj formuli, pa ga zaokružiti na<br />

veću standardnu vrijednost (tablica VII.). Tada se može izračunati osni razmak<br />

m + α<br />

=<br />

cos<br />

n<br />

z1 z2 t<br />

a ,<br />

cosβ<br />

2 cos α<br />

w


14<br />

Faktor trajnosti, YN<br />

3.0<br />

2.5<br />

2.0<br />

1.8<br />

1.6<br />

1.4<br />

konstrukcijski celici, celici za poboljsavanje<br />

nodularni lijev, temper lijev (perlitni)<br />

celici za<br />

cementiranje<br />

celici za poboljsavanje i<br />

nitriranje (plinsko), sivi lijev<br />

celici za poboljsavanje<br />

nitrirani u solnoj kupci<br />

1.2<br />

1.0<br />

10<br />

2 3 4 5 6 7<br />

10 10 10 10 10<br />

broj promjena opterecenja N<br />

Sl. 5 - Faktor trajnosti Y N za naprezanja u korijenu<br />

δΚ<br />

Sl. 6 - Korekcijski faktor za koncentraciju naprezanja


15<br />

pa ga zaokružiti na bližu standardnu vrijednost (tablica VIII) ili bar na parni broj<br />

milimetara.<br />

Sada se može izračunati stvarna vrijednost zahvatnog kuta<br />

⎛ z1+<br />

z2<br />

⎞<br />

α<br />

w<br />

= arc cos⎜mt cosαt<br />

2a<br />

⎟<br />

⎝<br />

⎠<br />

i konačna vrijednost sume faktora pomaka profila<br />

z + z<br />

∑ x = x + x = α − α ,<br />

1 2<br />

1 2<br />

(inv<br />

w<br />

inv<br />

t)<br />

2tanαn<br />

koja se raspodijeli na x 1 i x 2 prema prije opisanom postupku.<br />

1.10 Ostale dimenzije zupčanika<br />

- Promjeri diobenih krugova:<br />

mn<br />

d1,2 = mt<br />

⋅ z1,2 = ⋅z<br />

1,2<br />

cosβ<br />

Tablica VI<br />

Vrijednosti faktora materijala Z M<br />

Pogonski zupčanik<br />

Materijal<br />

Naziv Oznaka<br />

Gonjeni zupčanik<br />

Modul<br />

Materijal<br />

elastičnosti<br />

Naziv Oznaka<br />

N/mm 2<br />

čelik<br />

Č<br />

Modul<br />

elastičnosti<br />

N/mm 2<br />

206000<br />

Faktor<br />

materijala Z M<br />

2<br />

N/mm<br />

189,84<br />

čelični<br />

lijev<br />

ČL 0645<br />

ČL 0545<br />

202000<br />

201000<br />

189,90<br />

188,70<br />

nodularni<br />

(sferni) lijev<br />

NL 50<br />

NL 42<br />

173000<br />

172000<br />

181,40<br />

181,10<br />

čelik Č 206000<br />

kositrena<br />

bronca<br />

lijevana<br />

PcuSn 14<br />

103000<br />

155,00<br />

kositrena<br />

bronca<br />

sivi lijev<br />

(lamelarni)<br />

CuSn 8<br />

SL 25<br />

SL 20<br />

113000<br />

126000<br />

118000<br />

159,80<br />

165,40<br />

162,00<br />

čelični<br />

lijev<br />

nodularni<br />

lijev<br />

čelični lijev<br />

202000<br />

ČL.<br />

nodularni lijev<br />

0645<br />

sivi lijev<br />

50 1 sivi lijev<br />

173000 nodularni lijev<br />

NL<br />

ČL 0545<br />

NL 50<br />

SL 20<br />

NL 50<br />

SL 20<br />

201000<br />

173000<br />

118000<br />

173000<br />

118000<br />

187,80<br />

180,50<br />

161,40<br />

180,50<br />

161,40<br />

sivi<br />

lijev<br />

SL 25<br />

SL 20<br />

126000<br />

118000<br />

sivi<br />

lijev<br />

SL 20 118000 146,00<br />

143,70<br />

čelik Č 206000 duroplast - 7850 1 56,4 1<br />

1<br />

srednje vrijednosti


16<br />

Tablica VII<br />

Standardni moduli u mm prema HRN M.C1.015<br />

I II III I II III I II III<br />

1 3,5 12<br />

1,125 4 3,75 14<br />

1,25 4,5 16<br />

1,375 5 18<br />

1,5 5,5 20<br />

1,75 6 6,5 22<br />

2 7 25<br />

2,25 8 28<br />

2,5 9 32<br />

2,75 10 36<br />

3 3,25 11 40<br />

- Promjeri temeljnih (evolventnih) krugova:<br />

- Promjeri na korijenu zuba:<br />

d = d α<br />

cos<br />

b1,2 1,2<br />

d m z c x m<br />

∗<br />

f1,2 =<br />

t<br />

⋅<br />

1,2<br />

−2 ⋅ (1 + −<br />

1,2<br />

) ⋅<br />

n<br />

gdje je c * - koeficijent radijalne zračnosti 0,1, …, 0,3 (prema ISO R253 je c * =0,25)<br />

Tablica VIII<br />

Standardni osni razmaci za reduktore<br />

Red<br />

O s n i r a z m a k<br />

1<br />

2<br />

3<br />

50<br />

50 56<br />

63<br />

63<br />

63 71<br />

80<br />

80 90<br />

100<br />

100<br />

100 112<br />

125<br />

125 140<br />

160<br />

160<br />

160 180<br />

1<br />

2<br />

3<br />

250<br />

250<br />

250 280<br />

t<br />

400<br />

400<br />

400 450<br />

630<br />

630<br />

630<br />

200<br />

200 224<br />

315<br />

315 355<br />

500<br />

500 560<br />

1<br />

1000<br />

1600<br />

2<br />

800<br />

1000<br />

1250<br />

1600 2000<br />

3 710 800 900 1000 1120 1250 1400 1600 1800 2000<br />

Napomena: Ako konstruktivni uvjeti dozvoljavaju, potrebno se najprije koristiti redom 1,<br />

zatim redom 2, a na kraju tek redom 3.<br />

- Promjeri krugova preko glave:<br />

d a d c m<br />

∗<br />

a1,2 = 2⋅ −<br />

f2,1<br />

−2⋅ ⋅<br />

n<br />

Na ovaj način izračunati promjeri preko glave i korijena ostvaruju unaprijed<br />

odabranu radijalnu zračnost c=c * m n , dok je visina zuba nestandardna tj.<br />

h≠2m n +c, pa njezinu stvarnu vrijednost h=(d a1,2 -d f1,2 )/2 treba kontrolirati, da ne bi<br />

previše odstupala od standardne. U slučaju da želimo imati standardnu visinu<br />

zuba, računaju se promjeri preko glava tako da promjere preko korijena uvećamo<br />

za dvije standardne visine zuba. U tom slučaju, je potrebno kontrolirati vrijednost


17<br />

radijalne zračnosti c = a-(d a1,2 +d f2,1 )/2, koja ne bi smjela odstupati od uobičajenih<br />

vrijednosti c = (0,1…0,3)m n .<br />

- Širina zupčanika:<br />

( b / d1) d1<br />

b = Φ mn = ⋅<br />

Širina pogonskog zupčanika, zbog potrebe aksijalnog pomicanja zupčanika pri<br />

montaži, uzima se 2 - 10 mm većom od računski potrebne.<br />

2. PRORAČUN I KONTROLA GEOMETRIJE OZUBLJENJA<br />

2.1 Stupanj prekrivanja profila<br />

z1( tanαa1−tanαw) z2( tanαa2<br />

−tanαw)<br />

ε<br />

α<br />

= + = ε +ε<br />

2π<br />

2π<br />

- Kutevi pritiska na krugu preko glava:<br />

d<br />

1,2<br />

α<br />

1,2<br />

= arccos<br />

b<br />

a<br />

da<br />

1,2<br />

Treba biti<br />

εα<br />

≥ε<br />

αmin = 1, 2 .<br />

2.2 Stupanj prekrivanja u aksijalnom presjeku<br />

b ⋅ sinβ<br />

ε<br />

β<br />

= π⋅ m<br />

2.3 Debljina zuba na krugu preko glave<br />

⎛ π 2x1,2<br />

tanαn<br />

s = d<br />

+ + inv α −inv<br />

α<br />

⎜<br />

⎝2z1,2 z1,2<br />

Treba biti<br />

s ≥ m<br />

a1,2 a1,2 t a1,2<br />

a1,2 0,4<br />

n<br />

n<br />

1 2<br />

Potrebno je još kontrolirati razne vrste interferencija između bokova zubi<br />

spregnutih zupčanika, moguća podrezivanja podrezivanja glava prilikom izrade,<br />

te radijalnu interferenciju i radijalno podrezivanje kod zupčanika s unutrašnjim<br />

ozubljenjem. Pri tome, treba voditi računa da odgovarajuće formule ovise o<br />

načinu izrade zupčanika. Zbog ograničenog opsega ove skripte, ovdje nije<br />

prikazan način sprovedbe ovih kontrola.<br />

⎞<br />

⎟<br />


18<br />

3. KONTROLA ČVRSTOĆE<br />

3.1 Čvrstoća bokova<br />

Uvjet čvrstoće bokova na kontaktno naprezanje je<br />

+<br />

σ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ F i 1<br />

Z Z Z Z ⋅K ⋅K ⋅K ⋅K<br />

≤ σ<br />

t<br />

H M H ε BD , A V Hα Hβ<br />

Hdop1,2<br />

b⋅<br />

d1<br />

i<br />

pri čemu je dopušteno kontaktno naprezanje<br />

Pri tome je:<br />

σH<br />

lim1,2<br />

σ<br />

1,2<br />

= ⋅Z ⋅Z ⋅Z ⋅Z ⋅Z ⋅Z<br />

S<br />

Hdop N L R V X W<br />

H min<br />

Z M - faktor materijala, tablica VI. Za oba zupčanika iz čelika je Z M =190 N/mm<br />

2<br />

.<br />

Z H - faktor oblika za bok zuba<br />

1 2⋅<br />

cosβb<br />

Z<br />

H<br />

=<br />

,<br />

cos αt<br />

tanαw<br />

gdje je kut nagiba zuba na temeljnom krugu<br />

β = arctan cosα ⋅tanβ<br />

( )<br />

b t<br />

,<br />

Ovaj faktor može se odrediti i prema dijagramu na sl. 2.<br />

Z ε - faktor prekrivanja, prema dijagramu na sl. 7. Analitički se računa za<br />

cilindrične zupčanike s ravnim zubima<br />

Z ε<br />

( )<br />

= 4 −ε /3,<br />

a za cilindrične zupčanike s kosim zubima je za ε β ≥ 1<br />

α<br />

a za ε<br />

β<br />


19<br />

Sl. 7 - Faktor prekrivanja Z ε


20<br />

Z D<br />

α<br />

= tan w<br />

D<br />

( a α )<br />

( ) ( )<br />

D = tanα −2 π/ z tanα − ε −1 2 π/<br />

z<br />

a2 2 1 2<br />

Uzima se: Z B,D = max(Z B , Z D )<br />

K V - unutrašnji dinamički faktor. Računa se prema formuli<br />

K V = 1 + f F ⋅k v<br />

gdje je f F korekcijski faktor, a k v faktor vibracija za linijsko opterećenje K A F t / b =<br />

350 N/mm 2 . Za ε β ≥ 1 f F se određuje prema tablici IX, a k v prema sl. 8. Za ravno<br />

ozubljenje f F se određuje prema tablici X, a k v prema sl. 9.<br />

Za ε β < 1,0 K V se računa prema<br />

( )<br />

K = K −ε K −K ,<br />

V Vα β Vα Vβ<br />

gdje je K Vα unutrašnji dinamički faktor za ozubljenje s ravnim, a K Vβ za ozubljenje<br />

s kosim zubima i ε β ≥ 1.<br />

Za vz 1 /100 > 3 m/s preporuča se dinamički faktor izračunati preciznije, primjerice<br />

prema DIN 3990 (B postupak).<br />

K Hα - faktor raspodjele opterećenja za bok zuba, prema nomogramu na sl. 10.<br />

K Hβ - faktor raspodjele opterećenja uzduž boka zuba. Za zupčanike koji nisu<br />

površinski otvrdnuti je<br />

( )<br />

= + ⋅ −3<br />

+ 2<br />

≥<br />

Hβ 1 2 1<br />

K C C b 10 0,18 b/ d 1,2<br />

Kvaliteta<br />

ozubljenja<br />

5 6 7 8<br />

C 1 1,14 1,15 1,17 1,23<br />

C 2 0,23 0,30 0,47 0,61<br />

dok je za površinski otvrdnute zupčanike<br />

( )<br />

K C C b b d ≤ 1,34<br />

= + ⋅ − 3 + 2<br />

Hβ 3 4<br />

10 0,26 /<br />

1<br />

Kvaliteta<br />

ozubljenja<br />

5 6 7 8<br />

C 3 1,03 1,03 1,11 1,15<br />

C 4 0,20 0,33 0,48 0,58


21<br />

Kvaliteta ozubljenja prema DIN 3962 (ISO 1328)<br />

Kosi zubi<br />

Područje<br />

rezonancije<br />

k v<br />

2<br />

z1<br />

⋅v i<br />

100 1+<br />

i<br />

Sl. 8- Faktor vibracija k v za ε β ≥ 1<br />

2<br />

Tablica IX Korekcijski faktor f F za ε β ≥ 1<br />

Kvaliteta<br />

K A F t / b u N/mm<br />

ozubljenja ≤ 100 200 350 500 800 1200 1500 2000<br />

3 1,96 1,29 1,0 0,88 0,78 0,73 0,70 0,68<br />

4 2,21 1,36 1,0 0,85 0,73 0,66 0,62 0,60<br />

5 2,56 1,47 1,0 0,81 0,65 0,56 0,52 0,48<br />

6 2,82 1,55 1,0 0,78 0,59 0,48 0,44 0,39<br />

7 3,03 1,61 1,0 0,76 0,54 0,42 0,37 0,33<br />

8 3,19 1,66 1,0 0,74 0,51 0,38 0,33 ‘0,28<br />

9 3,27 1,68 1,0 0,73 0,49 0,36 0,30 0,25<br />

10 3,35 1,70 1,0 0,72 0,47 0,33 0,28 0,22<br />

11 3,39 1,72 1,0 0,71 0,46 0,32 0,27 0,21<br />

12 3,43 1,73 1,0 0,71 0,45 0,31 0,25 0,20


22<br />

Kvaliteta ozubljenja prema DIN 3962 (ISO 1328)<br />

Ravni zubi<br />

Područje<br />

rezonancije<br />

k v<br />

2<br />

z1<br />

⋅v i<br />

100 1+<br />

i<br />

Sl. 9- Faktor vibracija k v za ozubljenje s ravnim zubima<br />

2<br />

Tablica X<br />

Korekcijski faktor f F za ozubljenje s ravnim zubima<br />

Kvaliteta<br />

K A F t / b u N/mm<br />

ozubljenja ≤ 100 200 350 500 800 1200 1500 2000<br />

3 1,61 1,18 1,0 0,93 0,86 0,83 0,81 0,80<br />

4 1,81 1,24 1,0 0,90 0,82 0,77 0,75 0,73<br />

5 2,15 1,34 1,0 0,86 0,74 0,67 0,65 0,62<br />

6 2,45 1,43 1,0 0,83 0,67 0,59 0,55 0,51<br />

7 2,73 1,52 1,0 0,79 0,61 0,51 0,47 0,43<br />

8 2,95 1,59 1,0 0,77 0,56 0,45 0,40 0,35<br />

9 3,09 1,63 1,0 0,75 0,53 0,41 0,36 0,31<br />

10 3,22 1,67 1,0 0,73 0,50 0,37 0,32 0,27<br />

11 3,30 1,69 1,0 0,72 0,48 0,35 0,30 0,24<br />

12 3,37 1,71 1,0 0,72 0,47 0,33 0,27 0,22


23<br />

α<br />

εα<br />

ε<br />

α α<br />

Sl.10 - Faktori raspodjele opterećenja KFα i KFβ<br />

α


30<br />

σ H lim - trajna dinamička čvrstoća zuba na kontaktna naprezanja, tablica I.<br />

S Hmin - minimalni stupanj sigurnosti prema površinskom zamoru tj. prema pittingu<br />

(rupičenju). Najčešće se uzima S Hmin = 1,3.<br />

Z N - faktor trajnosti, prema sl. 4, ili analitički<br />

N<br />

m H<br />

Z = N / N<br />

pri čemu je vrijednost konstanti N H,gr = 5·10 7 za konstrukcijski čelik; m H = 10 …<br />

13, a N je trajnost u ciklusima, čiji je broj najčešće jednak frekvenciji vrtnje<br />

zupčanika tj. vratila. Za neograničenu trajnost je Z N = 1.<br />

Z L - faktor utjecaja maziva, sl. 11.<br />

Z R - faktor hrapavosti. Određuje se iz sl. 10. prema srednjoj visini neravnina R Z ,<br />

koja je približno R Z ≅ 6 R a , gdje je srednje odstupanje profila:<br />

Ra1+<br />

Ra2<br />

R<br />

a<br />

= .<br />

2<br />

R a1 i R a2 određuju se prema tablici XI na osnovi kvalitete površinske obrade.<br />

Tablica XI<br />

Srednja aritmetička odstupanja profila<br />

STANDARDNI MODUL m n u mm<br />

1...2 2...4 4...6 6...8 8...10 10...16 16...20<br />

KVALITETA<br />

ZUPČANIKA<br />

H,<br />

gr<br />

SREDNJE ODSTUPANJE PROFILA R a , u µm<br />

5 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 1,6<br />

6 0,8 0,8 0,8 1,6 1,6 1,6 1,6<br />

7 0,8 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 3,2<br />

8 0,8 1,6 1,6 1,6 3,2 3,2 3,2<br />

Z v - faktor brzine, sl. 13.<br />

Umnožak Z L Z R Z v se može i procijeniti:<br />

Z L Z R Z v = 0,85 za odvalno rezane zupčanike<br />

Z L Z R Z v = 1 za grecane ili brušene zube<br />

Z X – faktor utjecaja dimenzija na čvrstoću bokova. Može se uzeti<br />

Z X =1 za m n ≤ 10 mm; Z X = 0,9 za m n ≥ 30 mm<br />

Između ovih dviju vrijednosti treba linearno interpolirati!<br />

Z w - faktor očvršćavanja bokova. Za maksimalnu hrapavost manju od 7 µm može<br />

se odrediti prema:<br />

Z<br />

Z<br />

Z<br />

w<br />

w<br />

w<br />

= 1,2 za HHB<br />

≤130<br />

HHB<br />

− 130<br />

= 1,2 − za 130 < HHB<br />

< 470<br />

1700<br />

= 1,0 za H ≥ 470<br />

HB


25<br />

gdje je H HB - Brinellova tvrdoća u N/mm 2 mekšeg (u pravilu gonjenog) zupčanika.<br />

Ovaj faktor računa se samo za zupčanik izrađen iz mekšeg materijala. Za srednju<br />

visinu neravnina R Z > 7 µm treba uzeti Z w = 1.<br />

Sl. 11 - Faktor maziva<br />

σ<br />

µ<br />

Sl. 12 - Faktor hrapavosti Z R


26<br />

σ<br />

Sl. 13 - Faktor obodne brzine Z V<br />

3.2 Čvrstoća korijena zuba<br />

Provjeravaju se uvjeti čvrstoće u korijenu zuba pogonskog<br />

i gonjenog zupčanika<br />

F<br />

σ = ⋅Y ⋅Y ⋅Y ⋅K ⋅K ⋅K ⋅K<br />

≤ σ<br />

t<br />

F1 Fa1 ε β Fα Fβ<br />

A v F1dop<br />

b⋅<br />

mn<br />

YFa2<br />

σ = σ ≤ σ<br />

Y<br />

F 2 F1 F 2dop<br />

Fa1<br />

Dopuštena naprezanja se računaju prema slijedećim formulama:<br />

σ<br />

σ = ⋅Y ⋅Y ⋅Y ⋅Y<br />

Flim1<br />

F1dop N1 δ1 R1 X1<br />

SF<br />

min<br />

σ<br />

σ = ⋅Y ⋅Y ⋅Y ⋅Y<br />

F lim2<br />

F2dop N2 δ2 R2 X2<br />

SF<br />

min


27<br />

U navedenim izrazima je<br />

F t - obodna sila na diobenom krugu F t = 2T 1 /d 1<br />

Y Fa1,2 - faktori oblika zuba pogonskog (1) i gonjenog (2) zupčanika za opterećenje<br />

na vrhu zuba, prema dijagramu na slici 3.<br />

Y ε - faktor prekrivanja<br />

Y ε = 0,25 + 0,75/ε n<br />

ε n = ε α / cos 2 β<br />

Y β - faktor kuta nagiba zuba,<br />

o<br />

β<br />

Y = 1−ε ≥ Y = 1−0,25⋅ε<br />

120<br />

β β o βmin<br />

β<br />

K Fα - faktor raspodjele opterećenja na pojedine zube u zahvatu. Određuje se iz<br />

nomograma na sl. 10. Prethodno je potrebno izračunati F t /b.<br />

K Fβ - faktor raspodjele opterećenja uzduž boka zuba<br />

( )<br />

( )<br />

2<br />

e b/<br />

h<br />

KF<br />

β<br />

= ( K<br />

Hβ)<br />

; e =<br />

2<br />

1 + b/ h + b/<br />

h ,<br />

gdje je h = (d a - d f ) / 2 - visina zuba.<br />

Y N - faktor trajnosti<br />

Y<br />

m<br />

= F N<br />

,<br />

/ N<br />

N<br />

gdje je N F,gr = 3⋅10 6 ; m F = 6 … 9 za većinu čelika, m F = 17 za nitrirane čelike; N je<br />

predviđeni vijek trajanja zupčanika izražen u broju ciklusa. Faktor Y N može se<br />

odrediti i prema sl. 5. Za neograničenu trajnost je Y N = 1.<br />

Y δ 1,2 - korektivni faktor za koncentraciju naprezanja<br />

Y = Y ⋅Y<br />

F gr<br />

δ1,2 δK1,2<br />

Y δK 1,2 - faktor prijelazne krivulje - prema dijagramu na sl. 6.<br />

Y iz - faktor izrade. Za zupčanike izrađene odvalnim postupkom s alatom u obliku<br />

ravne ozubnice Y iz = 1.<br />

Y x 1,2 - faktor utjecaja veličine zuba, prema dijagramu na sl. 15. Za m n ≤ 5 mm je<br />

Y x1,2 = 1<br />

Y R1,2 - faktor hrapavosti, prema sl. 14.<br />

S F,min - minimalni stupanj sigurnosti, S F,min = 1,5 … 1,7.<br />

σ Flim 1,2 - trajna dinamička čvrstoća (granica zamora) u korijenu zuba ispitivanih<br />

zupčanika pri jednosmjerno promjenjivom opterećenju, tablica I. Pri naizmjeničko<br />

promjenjivom opterećenju (npr. međuzupčanici) mjerodavna je trajna dinamička<br />

čvrstoća za simetrični (r = -1) ciklus savijanja, koja se približno dobije ako se<br />

tablična vrijednost pomnoži sa 0,7.<br />

iz


28<br />

σΜ<br />

σΜ<br />

µ<br />

Sl. 14 - Faktor hrapavosti Y R<br />

Sl. 15 - Faktor dimenzija Y X


29<br />

Ø256,65 h8<br />

0,014 A<br />

A<br />

Ø90 H7<br />

Ra12.5<br />

Ra 3,2<br />

M16<br />

1x45° 1x45°<br />

Pero DIN 68851<br />

63 -0.1<br />

35<br />

46<br />

Ra 3,2<br />

0,020 A<br />

brušeno<br />

Ra 0,4<br />

Ra 3.2<br />

2 rupe s navojem na 180°<br />

160<br />

Ozubljenje evolventno<br />

HRN M. C1. 016<br />

α n ° 20°<br />

Broj zubi z 40<br />

Normalni modul m n mm 6<br />

Kut nagiba zuba na<br />

diobenom promjeru<br />

β ° 9<br />

Modul u čeonom presjeku m t mm 6,07479<br />

Diobeni promjer d mm 242,9916<br />

Kut boka zuba osnovnog<br />

profila u čeonom presjeku<br />

α t ° 20°13´45˝<br />

Pomak profila x⋅m n mm 1,116<br />

Aksijalni korak t a mm 120,495<br />

Smisao zavojnice<br />

Promjer preko korijena<br />

d<br />

zuba<br />

f mm 230,222<br />

Promjer temeljnog kruga d b mm 228,003<br />

Nagib zuba na temeljnom<br />

krugu<br />

β b ° 8°27´11˝<br />

Mjera preko 3 zuba * W 3 mm 83,902<br />

Dopuštena odstupanja A we<br />

-0,096<br />

mm<br />

mjere preko zuba * A wi<br />

-0,162<br />

Mjera preko valjaka<br />

M mm<br />

promjera d v *<br />

Dopuštena odstupanja A Me<br />

mjere preko valjaka *<br />

mm<br />

A Mi<br />

U zahvatu sa<br />

zupčanikom–nacrt br.<br />

Broj zubi spregnutog<br />

zupčanika<br />

Osni razmak a mm<br />

Odstupanje osnog<br />

razmaka<br />

±A a mm<br />

Kut dodirnice α w °<br />

*Ili jedna ili druga mjera<br />

Napomene:<br />

- Propisuju se i druga odstupanja, ovisno o<br />

zahtjevima koja se postavljaju prema prijenosniku,<br />

tj. ovisno o načinu kontrole ozubljenja.<br />

- Tvrdoća boka zuba: 58 ± 2 HRC<br />

Sl. 16 - Primjer crteža zupčanika


30<br />

4. PRORAČUN VRATILA I ULEŽIŠTENJA<br />

4.1 Sile u ozubljenju zupčanog para s kosim zubima<br />

z 2<br />

V 2<br />

F t1<br />

D<br />

RS<br />

C<br />

F a1<br />

F r2<br />

F a2<br />

F r1<br />

V 1<br />

B<br />

F t2<br />

y<br />

z<br />

x<br />

EM<br />

A<br />

z 1<br />

Sl. 17 - Sile u ozubljenju zupčanog para s kosim zubima<br />

Smjer djelovanja obodne sile F t na pogonskom zupčaniku je suprotan smjeru<br />

njegove vrtnje, a na gonjenom zupčaniku u smjeru njegove vrtnje.<br />

Smjer djelovanja radijalne sile F r je prema osi zupčanika.<br />

Smjer djelovanja aksijalne sile F a na pogonskom zupčaniku je u smjeru<br />

djelovanja okretnog momenta za desni nagib zavojnice, a suprotan smjeru<br />

okretnog momenta za lijevi nagib zavojnice. Smjer djelovanja aksijalne sile na<br />

gonjenom zupčaniku je u smjeru djelovanja okretnog momenta za lijevi nagib<br />

zavojnice, a suprotan smjeru okretnog momenta za desni nagib zavojnice.<br />

Intenziteti sila u ozubljenju cilindričnih zupčanika s kosim zubima:<br />

Obodna sila na diobenom krugu:<br />

Obodna sila na kinematskom krugu:<br />

Radijalna sila:<br />

Aksijalna sila:<br />

F<br />

F<br />

2T<br />

2T<br />

= 1 2<br />

t<br />

d<br />

= 1<br />

d<br />

.<br />

2<br />

2T<br />

2T<br />

= 1 2<br />

w<br />

d<br />

= w1<br />

d<br />

.<br />

w2<br />

sinα<br />

F = F = F tanα<br />

w<br />

r t w w<br />

cosαt<br />

F = F tanβ= F tanβ .<br />

a t w w<br />

.


31<br />

4.2 Izračunavanje reakcija na ležajnim mjestima<br />

Pogonsko vratilo:<br />

Horizontalna ravnina (x-y)<br />

Vertikalna ravnina (x-z)<br />

Fa1<br />

A<br />

Fr1<br />

d1/2<br />

B<br />

A<br />

Ft1<br />

B<br />

RAh<br />

l/2<br />

l/2<br />

RBh<br />

RAv<br />

l/2 l/2<br />

RBv<br />

l<br />

l<br />

Sl. 18 - Opterećenje pogonskog vratila<br />

Ukupne radijalne reakcije na ležajnim mjestima pogonskog vratila:<br />

R = R + R ; R = R + R<br />

2 2 2 2<br />

A Ah Av B Bh Bv<br />

Gonjeno vratilo:<br />

Horizontalna ravnina (x-y)<br />

Vertikalna ravnina (x-z)<br />

C D C<br />

D<br />

RCh<br />

d2/2<br />

Fr2<br />

Fa2<br />

RDh<br />

RCv<br />

Ft2<br />

RDv<br />

l/2<br />

l<br />

l/2<br />

l/2<br />

l<br />

l/2<br />

Sl. 19 - Opterećenje gonjenog vratila<br />

Ukupne radijalne reakcije na ležajnim mjestima gonjenog vratila:<br />

R = R + R ; R = R + R<br />

2 2 2 2<br />

C Ch Cv D Dh Dv


32<br />

4.3 Dimenzioniranje vratila<br />

20<br />

0,6b<br />

b<br />

0,6b<br />

0,6b<br />

A(C)<br />

B(D)<br />

Idealni oblik vratila<br />

1 2 3 4<br />

5<br />

l1<br />

l2<br />

l3<br />

l4<br />

l5<br />

l=2.2b+20<br />

Sl. 20 - Prethodne dimenzije vratila<br />

Na osnovu usvojene prethodne širine ležaja od 20 mm, usvajaju se<br />

udaljenosti karakterističnih presjeka vratila od sredine ležajnog mjesta A<br />

pogonskog vratila, odnosno od sredine ležajnog mjesta C gonjenog vratila :<br />

l1<br />

= 10 mm<br />

l2<br />

= 0,6b+<br />

10 mm<br />

l3<br />

= 1,1b+<br />

10 mm<br />

l4<br />

= 1, 6b+<br />

10 mm<br />

l = 2,2b+<br />

10 mm<br />

5


33<br />

Pogonsko vratilo<br />

Horizontalna ravnina (x-y)<br />

Gonjeno vratilo<br />

Horizontalna ravnina (x-y)<br />

Fa1<br />

A<br />

Fr1<br />

d1/2<br />

B<br />

C<br />

D<br />

RAh<br />

l/2<br />

l<br />

l/2<br />

RBh<br />

RCh<br />

l/2<br />

d2/2<br />

l<br />

Fr2<br />

Fa2<br />

l/2<br />

RDh<br />

MSH<br />

MSH<br />

Vertikalna ravnina (x-z)<br />

Vertikalna ravnina (x-z)<br />

Ft1<br />

A<br />

B<br />

C<br />

D<br />

RAv<br />

l/2 l/2<br />

RBv<br />

RCv<br />

Ft2<br />

RDv<br />

l<br />

l/2<br />

l<br />

l/2<br />

MSV<br />

MSV<br />

Okretni moment<br />

Okretni moment<br />

T2<br />

T1<br />

T<br />

T<br />

Sl. 21 - Dijagrami momenata savijanja i uvijanja na vratilima


34<br />

Sada se u karakterističnim presjecima vratila sa sl. 20 izračunavaju promjeri<br />

idealnog oblika pogonskog i gonjenog vratila.<br />

Presjek 1 pogonskog vratila: Naprezanje na savijanje i uvijanje<br />

d<br />

1<br />

≥<br />

3<br />

32 ⋅Mekv1<br />

π⋅σ<br />

sdop<br />

Ekvivalentni moment savijanja u presjeku 1:<br />

2 ⎛α0<br />

⎞<br />

Mekv1 = MS1+ ⎜ T1<br />

2 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

α 0 je odnos mjerodavnih karakteristika čvrstoće pri savijanju i torziji. Za<br />

simetrični ciklus savijanja i mirnu torziju je α 0 ≈ 4/3, pa je ( α 2 ) 2<br />

≈ 0,45.<br />

0<br />

Moment savijanja u presjeku 1:<br />

M = M + 0.45 ⋅ T<br />

2 2<br />

ekv1 S1 1<br />

M = R ⋅ l<br />

S1 A 1<br />

Orijentacijska vrijednost dopuštenog naprezanja na savijanje, ako se uzme u<br />

obzir materijal, obrada i vrsta naprezanja:<br />

2<br />

σ sdop = 40...60 N/mm 2<br />

za Č0545<br />

Prema primjeru za presjek 1 pogonskog vratila izračunavaju se promjeri u<br />

ostalim presjecima i to za pogonsko vratilo prema tablici XII, a za gonjeno<br />

vratilo prema tablici XIII.<br />

Tablica XII<br />

Presjek 2<br />

savijanje+<br />

uvijanje<br />

Presjek 3<br />

savijanje+<br />

uvijanje<br />

Presjek 4<br />

savijanje<br />

Presjek 5<br />

savijanje<br />

Potrebni promjer<br />

d<br />

d<br />

2<br />

3<br />

d<br />

d<br />

4<br />

≥<br />

≥<br />

≥<br />

32 ⋅Mekv<br />

2<br />

3<br />

π⋅σsdop<br />

32 ⋅Mekv<br />

3<br />

3<br />

π⋅σs<br />

dop<br />

3<br />

32 ⋅Ms<br />

π⋅σ<br />

4<br />

sdop<br />

32 ⋅Ms<br />

Presjeci 2 do 5 pogonskog vratila<br />

Ekvivalentni moment<br />

Moment savijanja<br />

savijanja<br />

M = M + 0.45 ⋅ T MS2 = RA⋅<br />

l2<br />

2 2<br />

ekv 2 S2 1<br />

M = M + 0.45 ⋅ T MS3 = RA⋅<br />

l3<br />

2 2<br />

ekv 3 S3 1<br />

- M = R ⋅( l − l )<br />

S4 B 4<br />

5<br />

5<br />

≥ 3<br />

- M π⋅σ<br />

S5 = RB<br />

⋅( l − l5)<br />

sdop


35<br />

Tablica XIII<br />

Presjek 1<br />

savijanje<br />

Presjek 2<br />

savijanje<br />

Presjek 3<br />

savijanje+<br />

uvijanje<br />

Presjek 4<br />

savijanje+<br />

uvijanje<br />

Presjek 5<br />

savijanje+<br />

uvijanje<br />

Potrebni promjer<br />

d<br />

d<br />

d<br />

d<br />

d<br />

32 ⋅Ms<br />

Ekvivalentni moment<br />

savijanja<br />

Promjeri gonjenog vratila<br />

Moment savijanja<br />

1<br />

1<br />

≥ 3<br />

- M π⋅σ<br />

S1 = RC<br />

⋅ l1<br />

sdop<br />

32 ⋅Ms<br />

2<br />

2<br />

≥ 3<br />

- M π⋅σ<br />

S2 = RC<br />

⋅ l2<br />

sdop<br />

3<br />

4<br />

5<br />

≥<br />

≥<br />

≥<br />

32 ⋅Mekv<br />

3<br />

3<br />

π⋅σs<br />

dop<br />

32 ⋅Mekv<br />

4<br />

3<br />

π⋅σsdop<br />

32 ⋅Mekv<br />

5<br />

3<br />

π⋅σs<br />

dop<br />

= + ⋅ M = R ⋅( l − l )<br />

M M 0.45 T<br />

2 2<br />

ekv 3 S3 2<br />

M M 0.45 T<br />

2 2<br />

ekv 4 S 4 2<br />

S3 D 3<br />

= + ⋅ M = R ⋅( l − l )<br />

M M 0.45 T<br />

2 2<br />

ekv 5 S5 2<br />

S4 D 4<br />

= + ⋅ M = R ⋅( l − l )<br />

S5 D 5<br />

Provedenim proračunom pojedinih promjera vratila dobiven je konačno<br />

paraboloidni oblik vratila, koji se naziva idealnim. Ovakav oblik idealnog vratila<br />

⎛ 32 ⋅ R ⎞<br />

3<br />

čiji profil ima konturu kubne parabole<br />

dx<br />

= 3 ⋅ x<br />

potpuno je<br />

⎜ πσ ⎟<br />

⎝<br />

sdop<br />

⎠<br />

nepogodan za praktičnu primjenu. Zbog toga je iz konstrukcijskih i tehnoloških<br />

razloga potrebno na osnovi ovako proračunatog idealnog oblika vratila izvršiti<br />

primjereno stupnjevanje vratila.<br />

Stupnjevanje vratila<br />

Prethodno izračunate promjere vratila treba zaokružiti na standardne<br />

vrijednosti, vodeći računa da vratilo bude simetrično i stepenasto.<br />

d2<br />

d4<br />

d1<br />

d3<br />

d5<br />

Sl. 22 - Stupnjevanje vratila<br />

- Presjeci 1 i 5:<br />

d 1 = d 5<br />

Ovi promjeri, zbog ležajeva, moraju biti standardni.<br />

- Presjeci 2 i 4:<br />

d 2 = d 4 > d 1


36<br />

- Presjek 3:<br />

d > d<br />

Ovi promjeri ne moraju biti standardni.<br />

3 2<br />

4.4 Proračun ležaja<br />

Postavljeni su sljedeći zahtjevi:<br />

1. na vratila postaviti jednoredne kuglične ležaje s radijalnim dodirom<br />

(oznaka vrste i mjernog reda prema ISO standardu: 60, 62, 63, 64;<br />

prema DIN-u: 625, prema HRN: niz BC)<br />

Sl. 23 - Jednoredni kuglični ležaj s radijalnim dodirom<br />

2. ležajevi na jednom vratilu moraju biti jednaki, iz čega proizlazi da je<br />

će ležajno mjesto s većom radijalnom reakcijom biti slobodno ležajno<br />

mjesto (Sl. 24a), a ležajno mjesto s manjom radijalnom reakcijom<br />

čvrsto ležajno mjesto (Sl. 24 b i c)(ležajno mjesto koje će preuzeti<br />

aksijalnu silu).<br />

a) b) c)<br />

Sl. 24 - Primjeri izvedbe slobodnog i čvrstog ležajnog mjesta


37<br />

Tijek proračuna<br />

Potrebno je izračunati dinamičku nosivost ležaja<br />

gdje je: f L faktor trajnosti:<br />

f n faktor brzine vrtnje:<br />

fL<br />

C = F<br />

ff<br />

nt<br />

e<br />

Lh<br />

f<br />

L<br />

= ε ,<br />

500<br />

f n<br />

= ε<br />

33,3<br />

n<br />

L h – trajnost ležaja u satima<br />

n – brzina vrtnje vratila, (min -1 )<br />

ε - eksponent trajnosti<br />

ε = 3 - ako su valjna tijela kuglice<br />

ε = 10/3 - ako su valjna tijela valjci<br />

Temperaturni faktor f t bira se prema Tablici XIV.<br />

Tablica XIV<br />

Temperaturni faktor<br />

t (°C) 100 150 200 250 300<br />

f T 1.0 0.90 0.75 0.60 0.40<br />

Ekvivalentno opterećenje ležaja računa se prema izrazu:<br />

Fe = V ⋅x⋅ Fr + y ⋅ Fa<br />

gdje je:<br />

V = 1 - ako se unutarnji prsten okreće<br />

V = 1,2 - ako unutarnji prsten miruje i za samopodesive ležajeve<br />

x,y - faktori radijalnog i aksijalnog opterećenja, iz kataloga<br />

proizvođača.<br />

F r - radijalna komponenta reakcije<br />

F a - aksijalna komponenta reakcije<br />

Tablica XV Faktor radijalnog opterećenja x i faktor aksijalnog opterećenja y<br />

za jednoredni kuglični ležaj s radijalnim dodirom (prema FAG katalogu)<br />

Oznaka<br />

60<br />

62<br />

63<br />

64<br />

F a / (VF r ) ≤ e<br />

F a / (VF r ) > e<br />

x y x y<br />

F a / C 0<br />

e<br />

0.025 0.22 0.56 2.0<br />

0.04 0.24 0.56 1.8<br />

0.07 0.27 1 0<br />

0.56 1.6<br />

0.13 0.31 0.56 1.4<br />

0.25 0.37 0.56 1.2<br />

0.50 0.44<br />

0.56 1.0<br />

Iz kataloga proizvođača (Tablice XVI, XVII, XVIII i XIX) se odabire ležaj s<br />

dinamičkom nosivošću većom od potrebne izračunate.


38<br />

Tablica XVI Jednoredni kruti kuglični ležaji – niz 60 (DIN 625)<br />

Oznaka ISO d (mm) D (mm) b (mm) r (mm) C o (kN) C (kN)<br />

6000 10 26 8 0.5 1.9 3.4<br />

6001 12 28 8 0.5 2.2 3.75<br />

6002 15 32 9 0.5 2.55 4.2<br />

6003 17 35 10 0.5 2.85 4.5<br />

6004 20 42 12 1 4.5 6.95<br />

6005 25 47 12 1 5 7.5<br />

6006 30 55 13 1.5 7 10<br />

6007 35 62 14 1.5 8.6 12<br />

6008 40 68 15 1.5 9.4 12.7<br />

6009 45 75 16 1.5 12.4 16.3<br />

6010 50 80 16 1.5 13.3 17<br />

6011 55 91 18 2 17.3 22<br />

6012 60 95 18 2 19.3 22.8<br />

6013 65 100 18 2 21.2 24<br />

6014 70 110 20 2 24.5 30<br />

6015 75 115 20 2 26.6 31.5<br />

6016 80 125 22 2 32 37.5<br />

6017 85 130 22 2 34 39<br />

6018 90 140 24 2.5 40 45.5<br />

6019 95 145 24 2.5 43 48<br />

6020 100 150 24 2.5 43 48<br />

Tablica XVII Jednoredni kruti kuglični ležaji – niz 62 (DIN 625)<br />

Oznaka ISO d (mm) D (mm) b(mm) r (mm) C o (kN) C (kN)<br />

6200 10 30 9 1 1.98 3.4<br />

6201 12 32 10 1 3 5.3<br />

6202 15 35 11 1 3.6 5.85<br />

6203 17 40 12 1.5 4.4 7.2<br />

6204 20 47 14 1.5 6.55 9.8<br />

6205 25 52 15 1.5 7.1 10.4<br />

6206 30 62 15 1.5 10 14.6<br />

6207 35 72 17 2 13.7 19.6<br />

6208 40 80 18 2 16 22.4<br />

6209 45 85 19 2 18.3 25<br />

6210 50 90 20 2 21 27<br />

6211 55 100 21 2.5 26 32.5<br />

6212 60 110 22 2.5 32 40<br />

6213 65 120 23 2.5 35.5 44<br />

6214 70 125 24 2.5 39 46.5<br />

6215 75 130 25 2.5 42.5 50<br />

6216 80 140 26 3 45.5 55<br />

6217 85 150 28 3 55 63<br />

6218 90 160 30 3 63 71<br />

6219 95 170 32 3.5 72 80<br />

6220 100 180 34 3.5 81.5 90


39<br />

Tablica XVIII Jednoredni kruti kuglični ležaji – niz 63 (DIN 625)<br />

Oznaka ISO d (mm) D (mm) b mm) r mm) C o (kN) C (kN)<br />

6300 10 35 11 1 3.6 6.55<br />

6301 12 37 12 1.5 4.3 8<br />

6302 15 42 13 1.5 5.2 8.8<br />

6303 17 47 14 1.5 6.3 10.4<br />

6304 20 52 15 2 7.65 12.5<br />

6305 25 62 17 2 10.4 16.6<br />

6306 30 17 19 2 14.6 22<br />

6307 35 80 21 2.5 17.6 26<br />

6308 40 90 23 2.5 22 31.5<br />

6309 45 100 25 2.5 30 40.5<br />

6310 50 110 27 3 35.5 47.5<br />

6311 55 20 29 3 42.5 54<br />

6312 60 130 31 3.5 48 61<br />

6313 65 140 33 3.5 55 69.5<br />

6314 70 150 35 3.5 63 78<br />

6315 75 160 37 3.5 72 85<br />

6316 80 170 39 3.5 80 93<br />

6317 85 180 41 4 88 102<br />

6318 90 190 43 4 98 110<br />

6319 95 200 45 4 112 120<br />

6320 100 215 47 4 132 137<br />

Tablica XIX Jednoredni kruti kuglični ležaji – niz 64 (DIN 625)<br />

Oznaka ISO d (mm) D (mm) b mm) r (mm) C o (kN) C (kN)<br />

6403 17 62 17 2 12.1 19.3<br />

6404 20 72 19 2 16.9 26<br />

6405 25 80 21 2.5 19.7 29<br />

6406 30 90 23 2.5 24.3 34.5<br />

6407 35 100 25 2.5 31.5 43<br />

6408 40 110 27 3 37.5 51.5<br />

6409 45 120 29 3 47 61.2<br />

6410 50 130 31 3.5 53 70<br />

6411 55 140 33 3.5 63 79<br />

6412 60 150 33 3.5 71 86<br />

6413 65 160 37 3.5 79.5 90<br />

6414 70 180 42 4 106 118<br />

6415 75 190 45 4 116 127<br />

6416 80 200 48 4 127 137<br />

6417 85 210 52 5 138 143<br />

6418 90 225 54 5 148 153


40<br />

Dimenzije osiguravajućeg lima i matice dane su u Tablicama XX i XXI.<br />

Dimenzije uskočnika dane su u Tablici XXII. Radijusi zaobljenja i visine<br />

naslona za ležaje dani su u Tablici XXIII.<br />

Sl. 25 - Osiguravajući lim<br />

Tablica XX<br />

Dimenzije osiguravajućih limova (SKF)<br />

Br.<br />

d<br />

mjere u milimetrima<br />

d 1 D D 1 E S G<br />

MB4 20 18,5 36 26 4 4 1<br />

MB5 25 23 42 32 5 5 1,25<br />

MB6 30 27,5 49 38 5 5 1,25<br />

MB7 35 32,5 57 44 6 5 1,25<br />

MB8 40 37,5 62 50 6 6 1,25<br />

MB9 45 42,5 69 56 6 6 1,25<br />

MB10 50 47,5 74 61 6 6 1,25<br />

MB11 55 52,5 81 67 8 7 1,25<br />

MB12 60 57,5 86 73 8 7 1,5<br />

Sl. 26 - Matica za aksijalno ukrućenje


41<br />

Tablica XXI<br />

Matica<br />

br.<br />

Dimenzije matica za aksijalno osiguranje ležaja (SKF)<br />

mm<br />

Odgovara<br />

osiguravajući<br />

lim br.<br />

Navoj<br />

M d D D 1 B s t<br />

KM 4 M20x1 20 32 26 6 4 2 MB4<br />

KM 5 M25x1,5 25 38 32 7 5 2 MB5<br />

KM 6 M30x1,5 30 45 38 7 5 2 MB6<br />

KM 7 M35x1,5 35 52 44 8 5 2 MB7<br />

KM 8 M40x1,5 40 58 50 9 6 2,5 MB8<br />

KM 9 M45x1,5 45 65 56 10 6 2,5 MB9<br />

KM 10 M50x1,5 50 70 61 11 6 2,5 MB10<br />

KM11 M55x2 55 75 67 11 7 3 MB11<br />

KM 12 M60x2 60 80 75 11 7 3 MB12<br />

Sl. 27 - Prstenasti uskočnik<br />

Tablica XXII Prstenasti uskočnici (Seeger), DIN 471<br />

Oznaka veli-<br />

d<br />

n<br />

1<br />

m<br />

d<br />

čine (promjer<br />

a b h11 d 4<br />

n<br />

h11<br />

2<br />

H13 1<br />

H13 min<br />

vratila)<br />

(h12)<br />

(H11)<br />

20 1,2 3,9 2,7 19 18,5 2 1,3 1,5<br />

25 1,2 4,3 3,1 23,9 23,2 2 1,3 1,5<br />

30 1,5 4,8 3,5 28,6 27,9 2 1,6 1,5<br />

35 1,5 5,4 4 33 32,2 2,5 1,6 1,5<br />

40 1,75 5,8 4,5 37,5 36,5 2,5 1,85 2<br />

45 1,75 6,3 4,8 42,5 41,5 2,5 1,85 2<br />

50 2 6,7 5 47 45,8 2,5 2,15 2<br />

55 2 7 5 52 50,8 2,5 2,15 2<br />

60 2 7,2 5,5 57 55,8 2,5 2,15 2<br />

65 2,5 7,4 6,4 60 60,8 2,5 2,65 2,5<br />

70 2,5 7,8 6,4 67 65,5 2,5 2,65 2,5<br />

75 2,5 7,9 7 72 70,5 2,5 2,65 2,5<br />

80 2,5 8,2 7,4 76,5 74,5 2,5 2,65 2,5


42<br />

Tablica XXIII<br />

Nazivna mjera<br />

zaobljenja<br />

ležaja<br />

r<br />

Sl. 28 - Zaobljenja i visine naslona<br />

Zaobljenja i visina naslona unutarnjeg prstena ležaja (SKF)<br />

Visina<br />

naslona<br />

h min<br />

Zaobljenje<br />

vratila<br />

Zaobljenje s<br />

utorom<br />

r 1 max t t 2 b<br />

0,5 1,0 0,3<br />

1,0 2,5 0,6<br />

1,5 3,0 1,0 0,2 1,3 2<br />

2,0 3,5 1,0 0,3 1,5 2,4<br />

2,5 4,5 1,5 0,4 2,0 3,2<br />

3,0 5,0 2,0 0,5 2,5 4,0<br />

3,5 6,0 2,0 0,5 2,5 4,0<br />

4.5 Kontrolni proračun dinamičke sigurnosti<br />

Stupanj sigurnosti prema lomu uslijed zamora materijala potrebno je provjeriti<br />

u svim opasnim presjecima stepenastog vratila obzirom na koncentraciju<br />

naprezanja odabranih konstrukcija zaobljenja, obradu (klase hrapavosti),<br />

koncentraciju naprezanja zbog utora za pera i prethodne dimenzije.<br />

Zaobljenja na prijelazima pojedinih stupnjeva i visine naslona odrediti prema<br />

odabranoj konstrukciji, odnosno prema nazivnim prijelaznim polumjerima<br />

ležaja (Tablica XXIII).<br />

Širina utora za pero je u tolerancijskom polju P8 – P9, a dubina utora je u<br />

tolerancijskom polju h11 (mjereno od dna utora do suprotne strane vratila).<br />

Vratilo na mjestu dosjeda zupčanika najčešće ima tolerancijska polja od k6 do<br />

m5.<br />

Prije kontrole dinamičke sigurnosti pojedinih presjeka potrebno je korigirati<br />

duljine l 1 i l 5 s obzirom na širinu odabranog ležaja, pa je:<br />

B<br />

B<br />

l1 = ; l5<br />

= 2,2b+ 20 − , mm<br />

2 2<br />

Duljina vratila ostaje nepromijenjena l = 2,2b+ 20, mm , jer se promjena širine<br />

ležaja kompenzira promjenom duljina segmenata između ležaja i zupčanika<br />

Ova promjena udaljenosti od ležajnih mjesta uzrokuje promjenu momenta<br />

savijanja u presjecima 1 i 5.


43<br />

Kontrola pojedinih presjeka pogonskog vratila<br />

Presjek 1: naprezanje uslijed savijanja i uvijanja:<br />

Sσ<br />

1⋅Sτ1<br />

S1 = ≥S<br />

2 2<br />

potr<br />

S + S<br />

σ1 τ1<br />

gdje je: S σ1 - stupanj sigurnosti s obzirom na savijanje u presjeku 1<br />

S τ1 - stupanj sigurnosti s obzirom na uvijanje u presjeku 1<br />

S potr – potrebni stupanj sigurnosti ( S<br />

potr<br />

= 1,8...2,5 )<br />

Stupanj sigurnosti s obzirom na savijanje u presjeku 1:<br />

R−1, sbb<br />

1 2<br />

S1<br />

= σ β<br />

s1<br />

ks<br />

gdje je: R -1,s – trajna dinamička čvrstoća s obzirom na savijanje<br />

koeficijentom asimetrije ciklusa r = -1 (Tablica)<br />

b 1 – faktor dimenzija (Sl. 29.)<br />

b 2 – faktor kvalitete površine (Sl. 30.) (Rukavci i zaobljenja<br />

su fino brušeni R z = 2,5 µm. Stupnjevi vratila i<br />

zaobljenja su fino tokareni R z = 5 µm.)<br />

β<br />

ks<br />

– efektivni faktor koncentracije naprezanja uslijed<br />

savijanja (Sl. 31)<br />

σ s1 – naprezanje uslijed savijanja u presjeku 1<br />

Tablica XXIV<br />

Oznaka<br />

Statička<br />

čvrstoća<br />

(najmanja)<br />

Vrijednosti čvrstoće za ugljične konstrukcijske čelike<br />

N/mm 2<br />

Granica tečenja<br />

(razvlačenja)<br />

Trajna dinamička čvrstoća<br />

R m R m,t R e R e , s R e,t R -1 R 0 R -1,s R 0,s R -1,t R 0,t<br />

Č.0360 370 220 220 330 140 170 220 190 260 110 140<br />

Č.0460 420 250 240 360 180 200 240 210 300 140 160<br />

Č.0545 500 300 280 450 200 220 310 240 370 150 190<br />

Č.0645 600 360 320 540 250 280 360 300 430 180 230<br />

Č.0745 700 420 350 630 280 330 400 350 500 210 260


44<br />

1 – nelegirani čelici (savijanje)<br />

2 – svi čelici (torzija) i legirani čelici<br />

(savijanje)<br />

3 – Al-legure (savijanje i torzija)<br />

(mm)<br />

Sl. 29 - Faktor dimenzije strojnog dijela za<br />

promjenjiva naprezanja b 1<br />

a) Polirano (R max =1 µm)<br />

b) Fino brušeno (R max =2 µm)<br />

c) Normalno brušeno (R max =5 µm)<br />

d) Fino obrađeno (R max =6...8 µm)<br />

e) Grubo obrađeno (R max =10...40<br />

µm)<br />

f) s korom od valjanja<br />

Sl. 30 - Faktor kvalitete površine b 2<br />

(N/mm )


45<br />

Naprezanje uslijed savijanja u presjeku 1:<br />

Ms1<br />

σ<br />

s1<br />

= ;<br />

W<br />

Aksijalni moment otpora presjeka 1:<br />

3<br />

1<br />

Wx1<br />

=<br />

πd<br />

32<br />

Efektivni faktor koncentracije naprezanja uslijed savijanja:<br />

x1<br />

( )<br />

β = 1+ C β − 1<br />

ks<br />

1 ks2<br />

gdje se C 1 , i β<br />

ks2<br />

određuju prema slikama 31a i 31b. Polumjer zaobljenja<br />

ρ= r 1max<br />

odabrati ovisno o zaobljenju ležaja r prema tablici XXIII.<br />

(N/mm )<br />

m<br />

Sl. 31a<br />

Sl. 31b<br />

Efektivni faktor koncentracije<br />

Popravni faktor za<br />

naprezanja uslijed savijanja za D/d ≠ 2,0<br />

D/d = 2,0<br />

Stupanj sigurnosti s obzirom na uvijanje u presjeku 1:<br />

τ<br />

S<br />

gr<br />

τ 1<br />

= τ<br />

1<br />

gdje je: τ gr – jedna od statističkih karakteristika čvrstoće, Kod<br />

razvlačivih materijala, kao što su ugljični čelici za<br />

mjerodavnu karakteristiku statičke čvrstoće uzima se<br />

granica tečenja za torziju R e,t ,<br />

τ 1 – naprezanje od okretnog momenta u presjeku 1


46<br />

T1<br />

τ<br />

1<br />

=<br />

Wo1<br />

W o1 – polarni moment otpora presjeka 1.<br />

3<br />

1<br />

Wo1<br />

=<br />

πd<br />

16<br />

Presjek 2: naprezanje uslijed savijanja i uvijanja:<br />

S<br />

S<br />

⋅S<br />

S<br />

σ2 τ2<br />

2<br />

= ≥<br />

2 2<br />

potr<br />

Sσ2 + Sτ2<br />

Stupanj sigurnosti s obzirom na savijanje u presjeku 2:<br />

R−1, sbb<br />

1 2<br />

S2<br />

= σ<br />

s2<br />

β<br />

ks<br />

gdje je naprezanje uslijed savijanja u presjeku 2:<br />

M<br />

σ<br />

s2<br />

=<br />

W<br />

Stupanj sigurnosti s obzirom na uvijanje u presjeku 2:<br />

s2<br />

x2<br />

τ<br />

S τ 2<br />

=<br />

gr<br />

τ<br />

2<br />

gdje je naprezanje uslijed uvijanja u presjeku 2:<br />

T1<br />

τ<br />

2<br />

=<br />

W<br />

Presjek 3: naprezanje uslijed savijanja i uvijanja:<br />

S<br />

S<br />

o2<br />

⋅S<br />

S<br />

σ3 τ3<br />

3<br />

= ≥<br />

2 2<br />

potr<br />

Sσ3 + Sτ3<br />

Stupanj sigurnosti s obzirom na savijanje u presjeku 3:<br />

S<br />

3<br />

R bb<br />

= σ β<br />

−1, s 1 2<br />

gdje je naprezanje uslijed savijanja u presjeku 3:<br />

s3<br />

M<br />

σ<br />

s3<br />

=<br />

W<br />

ks<br />

s3<br />

x3<br />

gdje je: W x3 – aksijalni moment otpora (za presjeke s utorom za klin<br />

prema Tablici XXV).


47<br />

Tablica XXV<br />

Momenti otpora i površine presjeka vratila<br />

oslabljenih utorom za klin<br />

d<br />

mm<br />

bxh<br />

mm<br />

W x<br />

cm 3<br />

W o<br />

cm 3<br />

A<br />

cm 2<br />

d<br />

mm<br />

bxh<br />

mm<br />

W x<br />

cm 3<br />

W o<br />

cm 3<br />

A<br />

cm 2<br />

d<br />

mm<br />

bxh<br />

mm<br />

W x<br />

cm 3<br />

W o<br />

cm 3<br />

A<br />

cm 2<br />

20 6x6 0,655 1,44 2,96 50 10,65 22,9 18,84 110 117,4 248 92,2<br />

21 0,770 1,68 3,28 52 16x10 12,10 25,9 20,4 115 32x28 135,2 285 101,2<br />

22 0,897 1,94 3,62 55 14,51 30,8 23,0 120 154,8 342 110,2<br />

23 1,083 2,23 3,98<br />

24 1,192 2,55 4,34 58 16,81 36,0 25,4 125 172,7 364 119,1<br />

60 18,76 40,0 27,3 130 195,8 412 129,1<br />

25 1,275 2,81 4,62 62 18x11 20,9 44,3 29,2 135 36x20 221 462 139,5<br />

26 8x7 1,453 3,18 5,03 65 24,3 51,2 32,2 140 248 517 150,3<br />

28 1,855 4,01 5,88<br />

30 2,32 4,97 6,79 68 27,5 58,4 35,1 145 272 571 160,7<br />

70 20x12 30,2 63,8 37,3 150 303 634 172,3<br />

32 2,73 5,94 7,64 72 33,0 69,7 39,5 155 336 702 184,3<br />

34 10x8 3,33 7,19 8,68 75 37,6 79,0 43,0 160 40x22 372 774 196,7<br />

35 3,66 7,87 9,22 78 42,6 89,2 46,6 165 409 850 209<br />

170 450 932 223<br />

37 4,27 9,24 10,27 80 44,7 95,0 48,6<br />

38 4,66 10,04 10,86 82 48,4 102,5 51,1 175 484 1010 235<br />

40 12x8 5,51 11,79 12,09 85 24x14 54,3 114,6 55,1 180 529 1101 249<br />

42 6,45 13,72 13,37 88 60,6 127,5 59,1 185 45x25 576 1198 263<br />

90 65,1 136,7 61,9 190 627 1300 278<br />

44 7,25 15,61 14,58 195 680 1408 293<br />

45 7,80 16,74 15,27 92 67,9 114,3 64,2 200 736 1521 309<br />

46 8,38 17,93 15,99 95 75,3 159,4 68,6<br />

47 14x9 8,98 19,17 16,72 98 28x16 83,1 175,5 73,2<br />

48 9,62 20,5 17,47 100 88,7 186,9 76,3<br />

105 103,7 217 84,4<br />

Tablica XXVI<br />

Oblik<br />

A<br />

B<br />

Efektivni faktor koncentracije naprezanja β ks<br />

pri savijanju vratila s utorom za pero<br />

Čvrstoća R m , N/mm 2<br />

300 400 500 600 700 800<br />

1,4 1,45 1,5 1,55 1,58 1,62<br />

1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1<br />

Oblik A:<br />

utor izrađen pločastim glodalom.<br />

Oblik B:<br />

utor izrađen prstenastim<br />

glodalom.<br />

Sl. 32 - Oblik utora za pero


48<br />

Stupanj sigurnosti s obzirom na uvijanje u presjeku 3:<br />

τgr<br />

S<br />

τ3<br />

= τ<br />

3<br />

gdje je naprezanje uslijed uvijanja u presjeku 3:<br />

T1<br />

τ<br />

3<br />

=<br />

Wo3<br />

gdje je: W o3 – polarni moment otpora (za presjeke s utorom za klin<br />

prema Tablici XXV).<br />

Presjek 4: naprezanje na savijanje<br />

R−1, sbb<br />

1 2<br />

S = ≤S<br />

σs4βks<br />

Presjek 5: naprezanje na savijanje<br />

R−1, sbb<br />

1 2<br />

S = ≤S<br />

σ β<br />

4 potr<br />

5 potr<br />

s5<br />

ks<br />

Ako stupanj sigurnosti u pojedinom presjeku ne zadovoljava, potrebno je<br />

korigirati dimenzije i ponoviti kontrolni proračun.<br />

Kontrolni proračun dinamičke sigurnosti potrebno je provesti na isti način i za<br />

gonjeno vratilo, vodeći računa da su presjeci 1 i 2 opterećeni samo na<br />

savijanje, a presjeci 3, 4 i 5 na savijanje i uvijanje.<br />

5. LITERATURA<br />

1. Jelaska, D., Cilindrični zupčanici: Uputstvo za proračun, Fakultet<br />

<strong>elektrotehnike</strong>, <strong>strojarstva</strong> i <strong>brodogradnje</strong>, Split, 2003.<br />

2. Jelaska, D., Piršić, T., Vratilo: Uputstvo za proračun, Fakultet<br />

<strong>elektrotehnike</strong>, <strong>strojarstva</strong> i <strong>brodogradnje</strong>, Split, 2004.<br />

3. Piršić, T., Kotrljajući ležaji, Fakultet <strong>elektrotehnike</strong>, <strong>strojarstva</strong> i<br />

<strong>brodogradnje</strong>, Split, 2005.

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!