Hent PDF
Transcription
Hent PDF
Marianne Gudnor (2063) Efterår 2007 Indholdsfortegnelse: Fordimensionering af aksler: ......................................................................................... 3 Indgangsakslen til maskinenhed B............................................................................. 3 Indgangsakslen til maskinenhed A ............................................................................ 4 Valg af gear .................................................................................................................... 4 Udligningskobling,B. ..................................................................................................... 5 Dimensionering af remtræk ........................................................................................... 7 Valg af belastningsfaktor ........................................................................................... 8 Valg af remprofil........................................................................................................ 8 Udvekslingsforhold i .................................................................................................. 9 Remskivediametre...................................................................................................... 9 Centerafstand ........................................................................................................... 10 Remlængde Ld .......................................................................................................... 11 Remhastighed v ........................................................................................................ 12 Bøjningsfrekvensen f ............................................................................................... 13 Effektoverføring pr. rem PN ..................................................................................... 13 Korrektionsfaktor for remlængde C2 ....................................................................... 13 Korrektionsbue for anlægsbue C3 ............................................................................ 13 Antal kileremme Z ................................................................................................... 14 Forslag til transmission ............................................................................................ 14 Friktionskobling ........................................................................................................... 15 Torsionsmomentet for friktionskoblingen Tk fk ....................................................... 15 Valg af friktionskobling ........................................................................................... 16 Indkoblingstiden ta................................................................................................... 17 Varmeundersøgelse .................................................................................................. 18 Elastisk kobling............................................................................................................ 19 Valg af kobling ........................................................................................................ 19 Stødpåvirkning fra motorsiden ................................................................................ 20 Reduceret amplitudeværdi Twi ................................................................................ 23 Udmattelsesmomentet TKW ...................................................................................... 24 Dæmpning ................................................................................................................ 25 Udligningskobling ved motor .................................................................................. 26 2 Fordimensionering af aksler: Indgangsakslen til maskinenhed B tzul tD sD min , hvor τtD = τtwn . τ er torsionsspændingen. S DM vælges til for at få den største sikkerhedsfaktor1. τtwn = 150 forudsat at akslen er af stål S3552. tzul wn sD min 150 37.5[N/mm2 ] 4 Ved maskinenhed B er der tale om et statisk belastningstilfælde, fordi belastningen er konstant3. T KA Tnom 1.5 90 135[Nm] , KA er en anvendelsesfaktor.4 d3 16 T T 1.72 3 tzul tzul d 1.72 3 135 103 26.4[mm] 37.5 Altså skal akseldiameteren til maskinenhed B være 26.4[mm] 27[mm] . 1 Se venligst side 62 i Rolof Matik. 2 Se tabel 1-1side 1 i Rolof Matik, tabellen. 3 Se bild 3-7 side 41 i Rolof Matik. 4 Se tabel 3-5 side 41 i Rolof Matik, tabellen. 3 Indgangsakslen til maskinenhed A Tnom 30 20 50[Nm] T KA Tnom 1.5 50 75[Nm] d3 16 T T 1.72 3 tzul tzul d 1.72 3 75 103 21.7[mm] 22[mm]. 37.5 Denne rundes op til 25 mm af hensyn til friktionskoblingens standard.5 d 25[mm] Valg af gear Først beregnes udvekslingsforholdet itotal . itotal n1 1450 7.25 [omdr/min] n2 200 Der vælges nu et gear fra Brd. Klee.Side 76 I katalog for tandhjulsgear type C. Der er valgt gear nr. C212_7.1, hvor 7.1 er udvekslingsforholdet ved 1400 omdr/min6. Gearet kan klare et moment på 130 Nm. igear 7.1 Da 130 > 90 ok Effekten beregnes. 5 6 Der henvises til afsnittet ” valg af friktionskobling”. Se venligst bilag 1. 4 Pn1 2.8[ Kw] , den maksmale indgangseffekt, som er aflæst7. d 0.95 , dette er virkningsgraden for det valgte gear8. d p2 100 [%] p1 0.95 p2 2.8 p2 2.66 [ Kw] P T n 2 60 Pindgang , gear 90 200 2 60 Pindgang , gear 1.885 [ Kw] Da 1.885 < 2.66 ok. Således er det valgte gear ok til systemet. Udgangsakslen på gearet har en diameter på 25 mm. Indgangsakslen har en indstillelig diameter på 14-24 mm.(Oplyst af Michael Rasmussen fra Brd. Klee.) Denne indstilles til 24 mm for at være sikker på at den kan holde. Udligningskobling,B. Dimensionering af udligningskobling mellem gear og maskinenhed B: TKN TLN St Tacc , St for stål er 1 så i princippet udgår den9. TLN 90[Nm] 7 Se venligst bilag1 Se bilag 2 9 Se side 141 i Machine Elements, DTU. 8 5 Nu beregnes Tacc. Tacc JB B JB t Tacc 0.8 2 (205 0) 20 Tacc 8.59[Nm] 9[Nm] Tacc lægges til torsionsmomentet fra lastsiden som sikkerhedsfaktor, da torsionsmomentet vil værre større under opstart. Således fås: TKN (90 9) 1 TKN 99[Nm] Den nominelle moment belastning skal altså være større end 99 Nm. Nu kan der vælges en udligningskobling. Der er valgt en størrelse 200 MODELL SK210. Denne udligningskobling har indstillelig diameter. D 24 45[mm] , indgangsakslens diameter til maskinenhed B på 27 mm ligger indefor dette interval. Denne udligningskobling kan vinkeludligne 1.5 grad, hvilket er acceptabelt. Den har et indstilleligt moment på 120-240 Nm. Meget specielt at momentet kan indstilles, men det kan det altså her. Momentet indstilles til 120 Nm. Det nominelle moment TKN bliver således: TKN 120[Nm] 10 Se bilag 3. Sicherheitskupplungen fra R+W. 6 Da 120 Nm > 99 Nm ok Udligningskoblingen skal kunne låses faste på begge aksler fra gearet. Udgangsakslen på gearet er 25 mm i diameter og indgangsakslen til maskine B fra gearet er 27 mm i diameter. Det er således muligt at låse udligningskoblingen fast på akslerne, da udligningskoblingen kan skrues fra 24-45, dvs. den kan sættes på en aksel med denne størrelse. Denne udligningskobling har et masseinertimoment på JUdl , B 5.30 103 [ Kgm2 ] . Dimensionering af remtræk Alle henvisninger i dette afsnit refererer til Roulunds Transmissionshåndbog. Da hele udvekslingsforholdet er sat i gearet medfører det at n2, gear 1450omdr/min. Dette bevirker at udvekslingsforholdet i remtrækket bliver 1, da n1, gear 1 . iremtræk n1,gear 1450 1[omdr/min] n2, gear 1450 Effekten beregnes således: Premtræk Tindgang , gear indgang , gear hvor Tindgang , gear TB ig g Tindgang , gear 90 7.1 0.95 Tindgang , gear 13.34[Nm] Tindgang , gear 14[Nm] Momentet bliver jo netop ca.7 gange større inde i gearet, derfor passer med de 13.34 Nm. 7 Effekten ved remtrækket bliver derfor: Premtræk 14 1450 2 60 Premtræk 2126[W] Premtræk 2.126[kW] Valg af belastningsfaktor Remtrækket skal køre ca.16 timer dagligt. Sandsynligheden for at det kommer til at køre over 16 timer daligt er derfor tilstede. C1 , belastningsfaktoren11 vælges til1.4. C1 1.4 C1 er fastsat ud fra de driftsforhold der svarer nærmest til de aktuelle forhold for transmissionen. Valg af remprofil Beregningseffekten( Design power) Pd beregnes: Pd Premtræk C1 Pd 2.126kw 1.4 Pd 2.9764 Pd 3[kw] 11 Se side 46 i Roulunds Transmissionshåndborg. 8 Dermed vælges en remprofil SPZ ud fra skæringspunktet for Pd og kileremskivens hastighed på 1450 omdr/min.(Almindeligvis vælges ud fra den mindste kileremsskive, med da udvekslingsforholdet er 1 kileremsskiverne lige store i dette tilfælde). Remprofil SPZ Udvekslingsforhold i Udvekslingsforholdet er forholdet mellem omdrejningstal på mindste og største kileremsskive. i n1 1450 1 n2 1450 Remskivediametre Kileremskiverne er lige store, men almindeligvis udføres følgende beregninger: Mindste kileremsskives diameter vælges.12 dd 100[mm] Største kileremskives datum-diameter beregnes: Dd dd i 100 1 100[mm] Denne ændres til 125 mm pga. den ønskede centerafstand13. Derfor bliver kileremsskivediametrene i stedet for: dd 125[mm] Dd dd i 100 1 125[mm] Kileremskivernes pitchdiameter beregnes og udvekslingsforhold kontrolleres: 2bd 1.4 iflg. Tabel 2a side 51 under program 11 og remprofil SPZ. 12 13 Se tabel 2 side 50 i Roulunds Transmissionshåndborg. Se afsnittet ”Centerafstand”. 9 i Dd 2bd DP d d 2bd d p i 125 2(1.4) 1 125 2(1.4) Ingen afvigelse. Centerafstand Centerafstanden ønskes at være: Afstanden mellem akslerne i gearet er 323 mm. Dette er oplyst af Michael Rasmussen fra Brd. Klee. Cønsket 800 323 477[mm] Centerafstand vælges i området: Cmin 0.7(dd Dd ) 0.7(100 100) 140[mm] Cmax 2(dd Dd ) 2(100 100) 400[mm] Da Cmax = 400 < Cønsket = 477mm DUER IKKE. Derfor vælges iflg. Tabel 2 side 5o en ny diameter på remskiven De nye kileremsskivediametrene: dd 125[mm] Dd dd i 125 1 125[mm] Herefter fås: Cmin 0.7(dd Dd ) 0.7(125 125) 175[mm] Cmax 2(dd Dd ) 2(125 125) 500[mm] Da Cmax = 500 > Cønsket = 477mm Ok. 10 Remlængde Ld Remlængde Ld : ( Dd d d )2 Ld 2 C 1.57 ( Dd d d ) 4C (125 125)2 Ld 2 477 1.57 (125 125) 4 477 Ld 1346.5[mm] Ld 1346.5[mm] 1347[mm] Datum-længde på 1347 mm. vælges14. Ld ,va lgt 1347[mm] Med korrektion for remlængde bliver endelig Centerafstand C: Cny C Ld Ld ,va lg t 2 Cny 477 1346.5 1347 2 Cny 477.25[mm] 14 I henhold til program 11 side 10 i Roulunds Transmissionshåndborg. 11 X og y minimum justering15: y aflæses til 21 mm. x aflæses til 17 mm. Cmin Cny y 477.25 21 456.21[mm] Cmax Cny x 477.25 17 494.21[mm] Da 477.25 < 494.21 Ok. Remhastighed v Remhastighed v: Beregning af pitchdiameter: d p dd 2bd 125 2 1.4 122.5[mm] v d p n1,remtræk 19100 v 122.2 1450 9.28[m/s] 19100 Anbefalet max. Remhastighed v for program 11 iflg. side 10 er 42 m/s. Da 9.28 < 42 m/s ok. 15 Se tabel 4 side 52 profil SPZ i Roulunds Transmissionshåndborg. 12 Bøjningsfrekvensen f f a v 1000 Ld ,va lg t f 2 9.28 1000 1347 f 13.78[Hz] Anbefalet max frekvens for program 11 iflg. side 10 er 100Hz. Da 13.78 < 100 Hz ok. Effektoverføring pr. rem PN Iflg. Program 11, profil SPZ side 61. n1 1450 omdr/min. og i =1 Kileremskivernes diameter =125 mm. PN aflæses til 3.57 [kW] Korrektionsfaktor for remlængde C2 Længdefaktoren C2 er udtryk for den bøjningsfrekvens kileremmen udsættes for ved passage over remskiverne. For Ld = 1347 mm under profil SPZ smalkileremme16 aflæses C2 til 0.97. Der rundes fra 1.347 ned til 1.341 fremfor op til 1.423. C2 0.97 Korrektionsbue for anlægsbue C3 For dækkede kileremme17 ( program 11 medfører dækkede kileremme): Dd d d 125 125 0 2 2 16 17 Se tabel 6 side 54 i Roulunds Transmissionshåndborg. Se tabel 7 side 55 i Roulunds Transmissionshåndborg. 13 Vinkel = 1800 Faktor C3 1 Antal kileremme Z Z premtræk C1 PN C2 C3 Z 2.126 1.4 PN C2 C3 Z 0.8595 1Rem B, bredde af kileremsskive18 beregnes : B ( z 1) e 2 f B (1 1) 12 2 8 B 16[mm] Forslag til transmission Remtype : Roflex smalkileremme, program 11. Mindste/ største kileremsskives datumdiameter : Dd dd 125[mm] Bredde af kileremsskive : B 16 [mm] Udvekslingsforhold :i=1 Centerafstand : C 477.25 [mm] Justering af centerafstand : -21 / +17 Remsæt :1 stk. Roflex XPZ 1347 Ld 18 Se tabel 21 side 107 profil SPZ i Roulunds Transmissionshåndborg. 14 Friktionskobling Torsionsmomentet for friktionskoblingen Tk fk Tk fk Tk N Tk fk TLB´ TACC , B´ Tk fk TLB´ TACC , B´ Først beregnes TLB´ , det moment som er ført tilbage til Friktionskoblingen: TLB´ Tindgang , gear 14 15.56[ Nm] Re mtræk iRe mtræk 0.9 1 Dernæst beregnes J refl,B , det reflekterede inertimoment fra B: J refl ,B J remskive1 J ikke roterende ( J Re mskive2 J Indganggsaksel , gear ) koblinge stykke= J Armature Disc 1 Remtræk ( JUdgangsaksel , gear JUdl ,B J B ) B Motor 2 1 Remtræk Gear J refl ,B 3.52 103 6.86 104 (3.52 103 2.6 104 ) 2 205 1 60 (0 5.30 103 0.8) 0.9 1450 2 60 2 1 0.9 0.95 J refl ,B 27.23103 [kgm ] 2 15 Her var remskivens19 inertimoment beregnet som inertimomentet for en cylinder: 2 ICyl 1 1 0.125 3 mv2 1.8 3.52 10 [ Nm] 2 2 2 mRe mskive 1.8[kg] Virkningsgraden,Remtræk var for V-remme opgivet til at være 0.820 . Dette blev dog undervejs korrigeret af Lars pedersen til 0.9. Nu beregnes TACC , B´ , torsionsaccelerationsmomentet fra B: TACC ,B´ J refl ,B , A J refl ,B A t TACC ,B´ 141.567 103 2 1450 60 2 TACC ,B´ 2.1[ Nm] Nu beregnes Tk fk : Tk fk 15.56 2.1 17.66[Nm] Valg af friktionskobling Der også skal tages hensyn til at friktionskoblingen skal kunne sidde på mellemakslen. Det forudsætts at mellemakslen har samme diameter som indgangsakslen til maskinenhed A. Dette forudsættes, da det vil være hensigtsmæssigt 19 20 Se bilag 4 ,Birn edb kode 61.0125.03. Se tabel 6.1 side 107 i Mechanical Design. 16 rent økonomisk at vælge mellemakslen til samme diameter, som på indgangsakslen. Akseldiameteren på indgangsakslen, som blev beregnet til 22 mm. rundes op til 25 mm. Således vælges der nu en elektromagnetisk friktionskobling med en boring(akselhul) på 25 mm, altså en størrelse 5, standard uden flange fra katalog fra Mayr Robatic21. Denne kobling har et nominelt torsionsmoment på 45 Nm. TKN ,Fk 45[ Nm] Da 17.66 < 45 Ok. Indkoblingstiden ta Beregninger i dette afsnit er foretaget ud fra formler i kataloget fra Mayr, som er vedlagt som bilag 4. Der vil blive henvist til side nr i kataloget. Maskinenhed B skal kobles ind. Nu beregnes ta, indkoblingstiden22: ta J n I n t1, cl ta Refl.B t1 9.55 M a 9.55 Tacc, Fk Først beregnes torsionsaccelerationsmomentet23 for friktionskoblingen, TAcc,Fk : M a M S M L TAcc,Fk M S TLB´ 21 22 23 Se bilag 5 side 8. Se bilag 5 side 16 formel 6. Se bilag 5 side 16 formel 5. 17 Ms som er koblingens omstillelige moment > Tk fk , hvor Tk fk er det torsionsmoment for koblingen som kræves. Ms er aflæst til 28 på logaritmescalaen24. Da 28 > 17.66 Ok. Derved fås: TAcc,Fk 28 15.56 12.44[Nm] 27.23 103 1450 ta 0.08 9.55 12.44 ta 0.41[s] Da indkoblingstiden skal være under 2 sek og 1.8 s < 2 s Ok. T1 er indstillelig tid25 aflæst til 0.08. Varmeundersøgelse Der undersøges nu for hvor meget friktionsarbejde, der forekommer per acceleration26: 24 Se fig.1 på bilag 5 side 17. Se bilag 5, tabel 1side 18. 26 Se bilag 5 side 16 formel 8. 25 18 Qa I n2 M s QE 182.4 M a J refl n2 M s Qa 182.4 M a 27.23 103 14502 28 Qa 182.4 12.44 Qa 706.474 [ J ] QE 4500[ J ] Da 706.474 < 4500 Ok. QE = 4500 J, da maskinenhed B opstartes 60 gange i timen27. Elastisk kobling Data er valgt fra Centaflexkatalog. Beregninger er foretaget ud fra formler fra undervisningen hos Lars Pedersen. Valg af kobling Som udgangspunkt vælges en elastisk kobling, type 2 fra Centaflex28. Gummimaterialet kan vælges i forskellige typer. Der vælges naturgummi. Derved kan den relative dæmpningsfaktor bestemmes29. 0.6 27 Fig.2 bilag 5 side 17. 28 Se bilag 6 side 4. Se bilag 6 side 6. 29 19 Temperaturfaktoren St bestemmes ud fra graf30. St 1.1 TKN ,ek TLN St TLN ,ek (30 20) 50[Nm] TKN ,ek 50 1.1 55[Nm] Der vælges en elastisk kobling størrelse 8, som har et nominelt torsionsmoment31 på 100 Nm. TKN ,ek 100[Nm] Da 100 55 Ok. Stødpåvirkning fra motorsiden TS TAS J LA S J AM J LA A ( J L J LeK ) TS TAS S ( J A, fraM J Aek ) ( J L J LeK ) A Impulskoefficienten (stødfaktoren) S A aflæses32. S A = 1.7 Opstartsfaktoren33 SZ er 1, da indkoblingshyppigheden kan være op til 1 gang pr.min. 30 Se bilag 6 side 6 aflæst ved 45 [ 0C]. Se bilag 6 side 6. 32 Se tabel 7.2 side 142 Maschine Elements. 33 Se bilag 6 side 6 for op til 120 gange i timen. 31 20 SZ 1 Det maksimale torsionsmoment34 for den elastiske kobling TKMAX aflæses: TK MAX =280 [Nm]. J LA beregnes: J LA J L J Lek J LA 0.2 41104 J LA 202.05 103 [kgm2 ] Masseinertimomentet fra lastsiden ved maskinenhed A er opgivet til 0.2 kgm2. Masseinertimomentet fra den elastiske kobling J Lek er aflæst35. JAM beregnes: J AM J A, fra M J AeK J AM 0.0318 41104 2 J AM 33.83 103 [kgm2 ] 34 35 Se bilag 6 side 6 Se side 9 i bilag 6. 21 Kipmomentet TAS beregnes: Begrebet Kipmoment er et udtryk for hvor høj belastning motoren kan klare uden at den går i stå. kipmoment TAS TKIP 3.1 TN ,Motor TAS TKIP 3.1 PN ,Motor TAS TKIP 3.1 7.5 103 60 2 1450 TAS TKIP 153[Nm] Så fås 202.05 103 TS 153 1.7 33.85 103 202.05 103 TS 222.777[Nm] TK MAX TS St SZ TK MAX 222.777 1.11 280 245.055 OK 22 Reduceret amplitudeværdi Twi Den elastiske kobling kan reducere amplitudeværdien.( Reduceres til Twi ). Twi Tli J AM V J AM J LA fi Tli momentamplitudeværdien 20 V fi forstærkningsfaktor V fi nR 1 n 1 nR 2 Fe i i antal svingninger pr. min. 2 J J LA 1 FE CTDYN AM J AM J LA 2 1 33.85 103 202.05 103 FE 900 Ved 50 HZ 33.85 103 202.05 103 2 FE 28.0412 Så fås den kritiske roterende hastighed nR : nR 28.0412 14.0206 2 23 Ved gennemløb af resonans: nR =14.0206 60 =841.236 [omdr./min] Nu beregnes forstærkningsfaktoren: V fi 1 1450 1 841.236 2 V fi 507 103 Nu kan Twi beregnes: 33.85 103 Twi 20 507 103 3 3 33.85 10 202.05 10 Twi 1.456 Udmattelsesmomentet TKW Udmattelsesmomentet36 TKW for den elastiske kobling må ikke overskrides. TKW = 40[Nm] TKW Twi St S f Sf F omdr / 60 10 HZ 10 HZ Sf 36 1450 / 60 1.55 1.6 10 Se bilag 6 side 6. 24 Så fås TKW Twi St S f TKW 1.456 1.11.6 40 2.56 Ok Dæmpning TK max TWiR St SZ TWiR TLi JA V J A JL R VR resonansfaktor= 2 relativ dæmpning=0.6 Så fås TWi 20 R 33.85 103 2 3 3 33.85 10 202.05 10 0.6 TWi 30.05[Nm] R TK max 30.05 1.11 280 33.0584 Ok 25 Udligningskobling ved motor TK ,udl v.motor TkNfriktion Tmiddel Twi TK ,udl v.motor 45 30 1.4 TK ,udl v.motor 76.4[Nm] TAS TKIP 3.1 TN ,Motor TAS TKIP 3.1 PN ,Motor TAS TKIP 3.1 7.5 103 60 2 1450 TAS TKIP 153[Nm] TAS og TKIP < TMAX, tilladelig Der vælges en udligningskobling af samme størrelse som udligningskobling ved B, altså en 200 Modell SK2. Denne udligningskobling37 som skal sidde ved motoren indstilles til 160 Nm for at være sikker på, at den kan klare kipmomentet. 37 Se bilag 3. Sicherheitskupplungen fra R+W. 26