Kierunek
ZARZĄDZANIE I INŻYNIERA
PRODUKCJI
Politechnika Śląska
Wydział Inżynierii Materiałowej i
Metalurgii
PROJEKT
z modułu
BIEM
Temat: Projekt sprzęgła kołnierzowego dla wstrząsarki do przesiewacza.
Uwagi prowadzącego:
Data przyjęcia:
Podpis prowadzącego:
Imię Nazwisko:
Dawid Tybuszewski
Grupa: 21
Spis treści
Współczynnik przeciążeń zależnych od warunków eksploatacji urządzenia ................... 2
1
1. Wstęp teoretyczny
Sprzęgło kołnierzowe jest złączem sztywnym, używanym do łączenia wałów
obrotowych. Kształt i konfiguracja sprzęgła kołnierzowego może się zmieniać, ale zasada
pozostaje taka sama.
Istnieją dwa sposoby przenoszenia mocy i momentu przez sprzęgła kołnierzowe.
Mechaniczny, przy użyciu tulei, kołków, specjalnych systemów kłowych lub śrub
pasowanych obciążonych na ścinanie.
Cierny, polegający na docisku stykających się powierzchni kołnierzy. Docisk
wywołuje siła napięcia wstępnego śrub.
Sprzęgła kołnierzowe używane są w całym przemyśle. Do typowych zastosowań należą wałki
sprzęgłowe w systemach przenoszenia napędu, skrzynie biegów i samochodowe zespoły
napędowe.
2. Obliczenia
Moc nominalna na wale sprzęgła N – 8 kW
Nominalne obroty na wale sprzęgła n – 80 obr/min
Rodzaj napędu – silnik elektryczny
Rodzaj maszyny napędzanej – wstrząsarka do przesiewacza
2.1.
Nominalny moment obrotowy
gdzie:
ω
–
prędkość kątowa [1/s]
M
–
nominalny moment obrotowy [Nm]
1 kW = 1000 W
2
2.2.
Współczynnik przeciążeń zależnych od warunków eksploatacji
urządzenia
gdzie:
K
1
-
współczynnik zależny od rodzaju silnika
K
2
-
współczynnik zależny od dynamiki maszyny
Silnik
Silnik elektryczny 0,25
Maszyna napędzana
3. Przyspieszane masy średnie, ruch
jednostajny.
Wstrząsarki,
maszyny
pralnicze, mieszarki, nożyce, prasy,
windy towarowe, szlifierki (…)
2.3.
Moment obciążający sprzęgło
Rodzaj obciążeń – przebieg naprężeń jednostronny (odzerowo – tętniący)
gdzie:
K
-
współczynnik przeciążeń
M
-
nominalny moment obrotowy [Nm]
2.4.
Średnica czopu wału
Naprężenia styczne
gdzie:
M
o
-
moment obciążający sprzęgło [Nm]
K
sj
-
naprężenia dopuszczalne na skręcanie dla danego materiału [MPa]
3
W
o
-
wskaźnik wytrzymałości przekroju dla skręcania [m
3
]
√
Dla stali E295 (St5) K
sj
= 65 MPa
√
Średnica obliczeniowa
d = 44,32 mm
Średnica dobrana według normy PN-M-85000
d = 55 mm
Tolerancja wykonania: m6
Czop długi: 110 mm
Czop krótki: 82 mm
Pasowanie m6 wg zasady stałego otworu H7 to pasowanie na lekki wcisk
Czop wału
Otwór kołnierza sprzęgła
2.5.
Wpust na czop wału
Wysokość i szerokość a także głębokość wpustu dobierana jest na podstawie średnicy czopu
wału według normy PN-M-85002
Dla
:
b = 16
h = 10
2.6.
Długości wpustu
Głębokość wpustu
gdzie:
t
1
-
głębokość frezowania w wale
4
t
2
-
głębokość frezowania w piaście
Dla czopu o
:
t
1
= 6
t
2
= 4,3
Siła działająca na wpust
gdzie:
M
0
-
M – nominalny moment obrotowy [Nm]
d
-
średnica czopu wału
Nacisk powierzchniowy
gdzie:
F
-
siła działająca na wpust
k
o
-
nacisk dopuszczalny [MPa]
Dla połączenia spoczynkowego średnie obciążenie z = 0,6
Dla stali E365 (St7) K
r
= 175 [MPa]
K
c
= K
r
= 175 MPa
Przyjmuje l=110
5
2.7.
Wytrzymałość tulei kołnierza sprzęgła
Naprężenia w ściance tulei:
– wskaźnik wytrzymałości na skręcanie tulei
– moment bezwładności
– średnica zewnętrzna tulei kołnierza sprzęgła, mm
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
2.8.
Dobór śrub
Znając
dobieramy średnicę podziałową śrub pamiętając o przestrzeni operacyjnej na
narzędzia.
Zakładamy wstępnie śruby M10-5.6-II, R
m
=500MPa, R
e
=300MPa, materiał E295(St5).
d
z
= 75 mm
6
Przestrzeń operacyjna pod klucz wynosi
2.9.
Ilość Śrub
Siła działająca na śruby
Norma śrub pasowanych
M10 → d
1
= 11mm
D
1
zostało dobrane według normy PN-M-62341
Siła działająca na jedną śrubę
Pole przekroju poprzecznego śruby
( )
Ilość śrub
Przyjmujemy 4 śruby M10
7
2.10.
Grubość kołnierza
g
-
grubość
d
1
-
średnica śruby (część walcowa)
F
-
siła pochodząca od momentu obrotowego
n
-
ilość śrub
Dla stali E295 k
r
= 145 MPa
Dobór grubości kołnierza sprzęgła po obliczeniach wytrzymałościowych
W trakcie doboru grubości kołnierza sprzęgła należy rozważyć:
technologię wykonania tulei i kołnierza sprzęgła uwzględniając czy jest to produkcja
jednostkowa, małoseryjna czy np. masowa
technologie wykonania otworów dla śrub pasowanych
inne aspekty technologiczne, ekonomiczne
Po analizie i z przyczyn technologicznych wykorzystam
grubość kołnierza 10 mm
Długość śruby l= 35 mm
Grubość podkładki 2 mm
Nakrętka M10 – sześciokątna
8
3. Rysunek techniczny
9
4. Podsumowanie – tabela zbiorcza
Moc nominalna na wale sprzęgła
N = 8 [kW]
Nominalne obroty na wale sprzęgła
n = 80 [
]
Nominalny moment obrotowy
M = 955 [Nm]
Współczynnik zależny od rodzaju silnika
K
1
= 0,25
Współczynnik zależny od dynamiki maszyny
K
2
= 1,3
K = K
1
+ K
2
K = 1,55
Moment obciążający sprzęgło (czop wału)
M
o
= M
s
= 1480,25 [Nm]
Naprężenia dopuszczalne na skręcanie dla stali E295
k
sj
= 65 [MPa]
Wyliczona średnica czopu pod sprzęgło
d
w
= 44,32 [mm]
Przyjęta średnica czopu pod sprzęgło
d = 55,00 [mm]
Odchyłka górna dla wymiaru zewnętrznego średnicy czopu
es = +30 [µm]
Odchyłka dolna dla wymiaru zewnętrznego średnicy czopu
ei = +11 [µm]
Wymiar wpustu szerokość
b = 16,00 [mm]
Wymiar wpustu wysokość
h = 10 [mm]
Głębokość rowka wpustowego w piaście
t
2
= 4,3 [mm]
Tolerancja połączenia spoczynkowego w wale i piaście (P9)
-0,015
-0,051 [mm]
Wytrzymałość na ściskanie/rozciąganie
k
c
/k
r
(St7)
= 175 [MPa]
z
z = 0,6
Nacisk dopuszczalny
k
o
(St5)
= 105 [MPa]
Wyliczona minimalna długość wpustu
l
w
> 102,53 [mm]
Przyjęta długość wpustu
l = 110 [mm]
Przyjęta długość tulei
L = 50,00 [mm]
Naprężenia styczne skręcające
τ = [MPa]
Średnica zewnętrzna tulei kołnierza sprzęgła
d
z
= 75 [mm]
Średnica wewnętrzna tulei kołnierza sprzęgła
d
w
= 65 [mm]
Średnica podziałowa śrub
D
rs
= 130 [mm]
Długość śruby M10 liczona od łba (z normy)
d
1
= 11 [mm]
Współczynnik tarcia stal-stal
µ = 0,2
Przyjęta ilość śrub na kołnierz sprzęgła
n
ś
= 4
Wytrzymałość na ściskanie/rozciąganie
k
c
/k
r
(St5)
= 145 [MPa]
Nacisk dopuszczalny
k
o
(St5)
= 90 [MPa]
Grubość kołnierza sprzęgła wyliczona
g
w
= 5,75 [mm]
Grubość kołnierza sprzęgła przyjęta
g = 10 [mm]
Długość śruby pasowej
l
ś
= 35 [mm]
Średnica kołnierza sprzęgła
D = 180 [mm]