fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje - FESB
fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje - FESB
fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje - FESB
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.