Proraun i konstrukcija KRUTE SPOJNICE sa obodom

SADRAJ

Sadraj.............................................................................................................2 1. Uvod.......................................................................................................3 1.1. Pojam, namjena i podjela spojnica.............................................3 2. Krute spojnice.......................................................................................5

2.1. Spojnica sa naglavkom.................................................................5 2.2. Oklopna spojnica...........................................................................5 2.3. Spojnica sa obodima.....................................................................6 2.4. Hirtova zupasta spojnica............................................................8 2.5. Kolutne spojnice.........................................................................8

3. Dilatacione spojnice.............................................................................9 3.1. Kandasta spojnica.......................................................................9 3.2. Zupasta spojnica.........................................................................9

4. Elastine spojnice...............................................................................10 4.1. Elastine spojnice sa obodom...................................................10

5. Ostale spojnice....................................................................................11 5.1. Elastine spojnice sa obodom...................................................11 5.2. Iskljune spojnice........................................................................11 5.3. Ukljuno-iskljune spojnice.......................................................11 5.3.1. Frikciona spojn. sa ravnim dodir. povr.............................12 5.3.2. Frikciona spojn. sa koninim dodir. povr........................12 5.4. Sigurnosne spojnice...................................................................13 6. Proraun krute spojnice sa obodom....................................................14 6.1. Proraun vratila...........................................................................14 6.2. Dimenzije spojnice....................................................................15 6.3. Proraun prenika vijaka..........................................................15 6.3.1. Podeeni vijci......................................................................15 6.3.2. Nepodeeni vijci..................................................................16 ZAKLJUAK..............................................................................................17 Literatura...................................................................................................18 Crte 1.......................................................................................................19 Crte 2.......................................................................................................20 Crte 3.......................................................................................................21

- Strana 2 -

1. Uvod

1.1. Pojam, namjena i podjela spojnica Spojnice imaju zadatak da dva susjedna vratila ili drugo vratilo izraeno iz vie dijelova spoje u jednu cjelinu. Koriste se i za spajanje vratila sa elementima za prenos krunog kretanja kao to su npr. zupanici, lananici i drugo. Postavljaju se na krajeve vratila to blie leitima. Treba da omoguuju to laku montau i demontau, po mogunosti bez pomjeranja vratila. Na slici su ematski prikazani primjeri veze sa spojnicama. Na donjoj slici (slika a.) je izvreno spajanje vratila pogonske maine sa ulaznim vratilom prenosnika (reduktora) i izlaznog vratila prenosnika sa vratilom radne maine. Na slici b. je prikazano i povezivanje drugih vratila, koja se rade iz vie dijelova, u jednu cjelinu.

Slika 1.1.1. ema primjene spojnica U zavisnosti od naina ukljuivanja i rada, spojnice se dijele na:

- Mehanike - Elektromagnetne - Hidraulike - Pneumatske - Hidrodinamike

Prema nainu ostvarenja i karakteristikama veze, mehanike spojnice mogu biti:

1) Krute spojnice koje ostvaruju takvu vezu gdje se oba vratila poklapaju i sprijeeno je bilo kakvo meusobno pomjeranje vratila pa se moe rei da spojena vratila ine jedno vratilo;

2) Dilatacione spojnice koje omoguuju izvjesna uzduna pomjeranja vratila (kompenziju), koja nastaju uslijed promjene temperature vratila ili aksijalne oscilacije rotora motora;

3) Elastine spojnice koje omoguavaju meusobno relativno pomjeranje spojenih vratila na raun elastinih elemenata umetnutih u spojnicu

4) Zaglavkaste spojnice koje spajaju vratila koja meusobno zatvaraju neki ugao; 5) Frikcione spojnice koje omoguavaju ukljuivanje i iskljuivanje u toku rada; 6) Specijalne spojnice koje mogu biti automatske iskljune koje prekidaju vezu kada obrtni

moment prekorai odreenu veliinu ili jednosmjerne koje prenose obrtni moment samo u jednom smjeru.

- Strana 3 -

2. KRUTE SPOJNICE Vratila koja su spojena sa krutim spojnicama ine jednu statiku cjelinu. To znai da sve to se deava na pogonskom vratilu se prenosi na gonjeno vratilo. Prenose se svi udari i neravnomjernosti obrtnog momenta kao i momenti savijanja. Ove spojnice imaju jednostavnu izvedbu i nisku cijenu. Od velikog broja konstruktivnih rjeenja najee se primjenjuju slijedee spojnice:

a) Spojnice sa naglavkom b) Oklopna spojnica c) Spojnica sa obodima d) Kompenzujua spojnica sa zupcima

2.1. Spojnica sa naglavkom Spojnica sa naglavkom je jednostavnije izvedbe. Sastoji se od naglavka, izraenog od elika .0445, koji se navlai na krajeve vratila (slika 2.2.1.) i uvruje uzdunim klinovima sa kukom. Pri montai treba voditi rauna da se vratila sueljavaju na sredini naglavka. Slaba strana ovih spojnica je to imaju loije centriranje jer se poslije nabijanja klinova ose naglavka i vratila ne podudaraju a i zahtjeva i izradu dosta dugih lijebova za klinove. Koriste se za spajanje vratila prenika od (10100)mm, i to uglavnom na dizalicama. Veliina glavine se odreuje iz slijedeih odnosa:

D=(1,42)d L=(2,83,8)d

Slika 2.2.1. Kruta spojnica sa naglavkom

2.2. Oklopna spojnica Oklopna spojnica sastoji se iz dva dijela koji se priteu vijcima. Dijelovi se pri montai ne dodiruju kako bi se ostvario to vei pritisak na dodiru polutki oklopa i vratila. Obrtni moment se prenosi trenjem, dok klin bez nagiba slui samo za osiguranja veze. Pri konstrukciji ovih, odabere se broj vijaka (z), a zatim se izrauna njihvo prenik. Zatezanjem svakog vijka, pri montai, na dodirnu povrinu se prenosi sila Fn=Fal, kojoj za sluaj ravne povrine odgovara sila trenja:

F1=F1

Kako na spojnici ima z vijaka to je ukupna sila trenja jednaka F1=zF1

i ona mora biti vea, ili u krajnjem sluaju jednaka obodnoj sili na dodirnoj povrini:

dz

MF 01

2

gdje je: - koeficijent trenja (0,1-0,2) z - broj vijaka (6-8) Oklop spojnice se izrauje od sivog liva, a glavne mjere su: L=(34)d D=(23)d

- Strana 4 -

Oklopne spojnice se uglavnom koriste kod transmisionih vratila i zahtjevaju da se krajevi vratila tano obraeni prema otvoru spojnice, kako bi se to bolje izvrilo pritezanje.

2.3. Spojnica sa obodima Spojnice sa obodima su jednostavnije izvedbe, a osim to se koriste za spajanje vratila, mogu posluiti i u druge svrhe kao npr. toak za koenje, zamajac itd. Izrauje se zasebnim obodima (slika 2.4.1.) a za spajanje vratila veek prenika obodi se iskuju zajedno sa vratilom ili se zavaruju.

Slika 2.4.1. Kruta spojnica sa obodima

Spojnice sa zasebnim obodom izrauju se od sivog liva SL.22. a zatim se nabijaju na vratilo u vruem ili hladnom stanju ili se veza oboda i vratila izvodi klinom. Centriranje se obezbjeuje tako to se na jednom dijelu spojnice izrauje ispupenje a na drugom udubljenje tano odreenih prenika. Meutim, ovakva izvedba je nepodesna kada je potrebno izvriti demontau jer se vratilo mora aksijalno pomjerati za duinu povrine centriranja. To se moe izbjei izradom spojnica kod kojih se centriranje izvodi dvodjelnim prstenom. Vaenjem polutki prstena mogue je povremeno iskljuivanje pojedinih dijelova transmisija. Obrtni moment se prenosi podeenim vijcima koji se nabijaju u rupe i izloeni su smicanju ili otporu trenja izmeu dodirnih povrina oboda pri emu se spajanje oboda moe izvesti nepodeenim vijcima. Prvi nain je sigurniji jer u toku rada, zbog potresa, moe doi do poputanja vijaka pa se tada smanjuje i sila trenja. Podeeni vijci se provjeravaju na smicanje a nepodeeni na zatezanje. Prvo se izrauna obodna sila usljed obrtnog momenta:

O

OD

MF 0

2

gdje je FO obodna sila na osnom krugu prenika DO, MO obrtni moment [Nm] DO prenik osnog kruga vijaka Poprena sila koja otpada na jedan podeeni vijak je:

NDz

M

z

FF

O

OOop

42, gdje je z broj vijaka potrebnih za vezu oboda.

Poto svi vijci nisu podjednako podeeni, neravnomjerno je prenoenje sile, uzima se da samo jedna polovina podeenih vijaka prenosi ovu silu:

- Strana 5 -

22

1

1 4m

dAPa

A

Fs

ssd

s

op

s

- povrina poprenog presjeka stabla vijka

Kod porenosa obrtnog momenta otporom trenja vijci su izloeni zatezanju, a sila koja otpada na jedan vijak je:

onFF 1 , gdje je

Fon [N] poprena sila na srednjem preniku DR koja otpada na jedan vijak, - koeficijent trenja i uzima se 0,20,25 jer se povrine grubo obrauju. Sila Fon [N] se rauna slino kao kod podeenih vijaka, samo to se u obzir uzimaju svi vijci i srednji prenik DR.

mDD

DDDN

Dz

MF

i

i

R

R

O

on)(3

2222

33

DR srednji prenik dodirne povrine prstenastog oblika. Napon zatezanja je:

;1

1zdz Pa

A

F gdje je A1 povrina presjeka jezgra vijka.

Kao orijentacija u izboru osnovnih mjera za ove spojnice koriste se slijedei odnosi: D=(3,23,5)d+0,02 m D=(22,2)d+0,05 m D1=(1,61,8)d+0,02 m DO=(1,51,6)d+0,015 m DO=(2,22,5)d+0,02 m DC=(1,21,3)d+0,01 m DC=(1,41,6)d+0,02 m dO=(0,160,18)d+0,01 m dO=(0,160,18)d+0,01 m b=(12)d =(0,240,26)d+0,01 m L=(2,53,5)d

2.4. Hirtova zupasta spojnica Hirtova zupasta spojnica se sastoji od vie dijelova ije su eone povrine ozubljene a profil zupca razvijen u ravni odgovara profilu metrikog navoja. Dijelovi spojnice se priteu vijkom. Ona slui za spajanje vratila kod montae kuglinih leaja i slino. Omoguava izradu dijelova (od razliitog materijala) koji se mogu neovisno obraivati i zamjenjivati. Ove spojnice su skupe jer se prilikom njihove izrade trai velika tanost same izrade. Na slici 2.5.1 prikazana je Hirtova zupasta spojnica.

- Strana 6 -

Slika 2.5.1. Hirtova zupasta spojnica

2.5. Kolutna spojnica

Kolutne spojnice koriste se za prenos velikih obrtnih momenata, naroito ako je smjer obrtanja vratila promjenljiv.

Slika 2.5.1. Kolutna spojnica

3. DILATACIONE SPOJNICE Ove spojnice se koriste kad je vratilu potrebno omoguiti uzduna pomjeranja koja su uzrokovana promjenama temperature, usljed aksijalnih oscilacija, npr. kod vratila, elektromotora i sl.

3.1. Kandasta spojnica Kandasta spojnica se sastoji od dvije glavine na kojima su izraene po tri jednake pravilno rasporeene kande. Kod montae ovih spojnica, glavine se nabijaju na krajeve vratila i obezbjeuju klinom, a glavine se postave tako da kanda jedne glavine ulazi izmeu dvije kande na drugoj glavini. Izmeu kandi ostavlja se aksijalni zazor kako bi se omoguila uzdna pomjeranja vratila. Centriranje se izvodi prstenom za centriranje. Na donjoj slici dat je izgled kandaste spojnice.

- Strana 7 -

Slika 3.1.1. Kandasta spojnica

3.2. Zupasta spojnica Zupasta spojnica sastoji se od dvije glavine sa nizom evolventnih zuba i dvodjelnog omotaa sa ije se unutranje strane nalaze dva odgovarajua niza zuba. Obrtni moment sa jednog na drugo vratilo prenosi se preko omotaa pomou zuba. Ova spojnica omoguava mala uzduna, poprena i ugaona pomjeranja jednog vratila u odnosu na drugo. Moe se izraivati kao dvostrana (slika 3.2.1.a) i jednostrana (slika 3.2.1.b).

Slika 3.2.1. Zupasta spojnica

4. ELASTINE SPOJNICE Ove spojnice ublaavaju bre promjene obrtnih momenata i udare koji se javljaju u radu a neutraliu i male netanosti nastale pri montai vratila. Karakteristike elastinih spojnica definisane su elastinim elementima koji mogu biti metalni i nemetalni. Spojnice sa nemetalnim elastinim elementima su jednostavnije konstrukcije.

4.1. Elastina spojnica sa obodom Ova spojnica je po obliku slina krutoj spojnici sa obodom. Sastoji se od dva oboda koji se za krajeve vratila veu klinom. Spajanje oboda izvodi se vijcima koji su u jednom obodu podeeni po koninom stablu, a u drugom obodu su smjeteni u elastinim prstenovima od gume ili koe. Prstenovi mogu biti postavljeni i naizmjenino u oba oboda, pri emu oba oboda imaju isti oblik. Kod prenosa manjih obrtnih momenata, da bi se izbjegla krutost spojnice, prstenovi su bavasti ili orebreni. Moment uvijanja koji spojnica moe da prenese je ogranien dozvoljenim povrinskim pritiskom izmeu vijaka i gumenih prstenova. Prstenovi se provjeravaju na pritisak jednainom:

- Strana 8 -

2mm

Np

dbz

Fp d

z

O

, a vijci na savijanje

23

10

2

mm

N

dz

bF

W

Msd

z

Os

s , gdje je

FO obodna sila na osnom preniku; pd=2,4 [N/mm

2] dozvoljeni povrinski pritisak vijaka i gumenih prstenova; z broj vijaka.

Slika 4.1.1. Elastina spojnica sa obodom

5. OSTALE SPOJNICE

5.1. Zglavkaste spojnice Kada je potrebno spojiti dva vratila kod kojih se ose sijeku pod nekim uglom, koriste se zglavkaste spojnice. Kod ovako spojenih vratila, pri prenosu obrtnog momenta, ugaona brzina prijemnog vratila nije ista kao kod predajnog vratila. Kod konstantne ugaone brzine predajnog vratila, brzina prijemnog vratila se periodino mijenja, smanjuje i poveava, to naroito dolazi do izraaja poveanjem izmeu osa vratila. Preporuuje se da 5 Postoji veliki broj razliitih vrsta spojnica, a dijele se na lahke (za alatne maine, u avijaciji itd.), srednje (za automobile, traktore itd.), teke (za teka vozila, brodove i sl.) i vrlo teke (za teke valjaonike stanove, topionike ureaje i dr.).

Slika 5.1.1. ema zglavkaste spojnice

5.2. Iskljune spojnice Ove spojnice omoguavaju da se u toku rada moe iskljuiti jedno vratilo, a ponovno ukljuivanje je mogue samo za vrijeme mirovanja oba susjedna vratila. Mogu biti sa kandama i zupaste.

- Strana 9 -

Mogui profili kande su: pravougaoni, trapezni, trapezasti i trouglasti.

5.3. Ukljuno-iskljune spojnice Ove spojnice omoguavaju ukljuivanje i iskljuivanje gonjenog vratila u vrijeme rada pogonskog vratila. Uglavnom rade na principu trenja pa se jo nazivaju i frikcione spojnice. Ukljuivanje u rad gonjenog vratila, ovim spojnicama, je postepeno i u rijetkim sluajevima popraeno malim udarima. Ako bi se izvrilo naglo ukljuivanje, dolo bi do proklizavanja frikcionih povrina, ali se ne bi mogli izbjei udari, a time i lom na elementima koji se nalaze na vratilu (npr na zupanicima. Prikaz ukljuno-iskljune spojnice dat je na slici 5.3.1.

Slika 5.3.1. Ukljuno-iskljuna spojnica

5.3.1. Frikciona spojnica sa ravnim dodirnim povrinama Ova spojnica (slika 5.3.1.1.) se sastoji od dva diska. Disk (1) je spojen sa pogonskim vratilom pomou klina sa nagibom. Disk (2) se spaja sa gonjenim vratilom pomou dva klina bez nagiba to mu omoguava aksijalno pomjeranje.

Slika 5.3.1.1. Frikciona spojnica sa ravnim dodirnim povrinama

Obodna sila koju treba da prenese spojnica je:

,2

O

O

OD

SMF

gdje je

PM O

- obrtni moment

S Stepen sigurnosti protiv proklizavanja.

- Strana 10 -

)(3

222

33

i

i

ODD

DDD

- raunski prenik na kojem djeluje obodna sila

Srednji specifini pritisak na dodirnim povrinama diskova je:

d

O

p

n pDD

F

A

Fp

)(

42

1

2

5.3.2. Frikciona spojnica sa koninim dodirnim povrinama Ova spojnica se sastoji od dva konina oboda. Obod sa unutranjim konusom se vrlo vrsto vezuje za pogonsko vratilo, a obod sa vanjskim konusom se montira na gonjeno vratilo pomou klinova bez nagiba tako da mu je omoguena aksijalna pokretljivost. Ova spojnica data je na slici (5.3.2.1.)

Slika 5.3.2.1. Frikciona spojnica sa koninim dodirnim povrinama

Za prenoenje obrtnog momenta sa stepenom sigurnosti S na dodirnim povrinama dva oboda, mora se obezbjediti normalna sila:

SF

F On

Aksijalna sila pri ukljuivanju iznosi

)cos(sincossin nnna FtgFFF

Koristi se uglavnom za prenike vratila

- Strana 11 -

6. PRORAUN KRUTE SPOJNICE SA OBODOM Zadatak: Proraunati i konstruisati krutu spojnicu sa obodom prema slici (u postavci). Dimentionisati vijke na spojnici za sluaj kada su vijci: a) podeeni b) nepodeeni. Poznati su slijedei podaci:

- Snaga na vratilu P=12 kW - Broj obrtaja vratila n=1500 o/min - Faktor udara =1,3 - Materijal vratila .0645 - Materijal oboda spojnice SL.20 - Materijal vijka .0545

6.1. Proraun vratila

2700500

mm

Nud

- za elike date jaine pri proraunu vratila koja nose spojnice je:

24024

mm

Nud

230

mm

Nud

- usvajamo.

NmP

M O 4,76

30

1500

12000

- obrtni moment

Napon uvijanja:

sd

u

uW

M

0

Na osnovu poznatog dozvoljenog napona na uvijanje ud , iz jednaine za napon uvijanja slijedi

jednaina za prenik vratila:

mmM

dud

u 5,2330

76400161633

Usvaja se d=24 mm.

6.2. Dimenzije spojnice

- Strana 12 -

Na osnovu prenika vratila usvajaju se slijedee dimenzije spojnice sa obodima, prema preporukama za spojnice sa obodima koje su date na strani 7 u ovom prilogu. D=(3,23,5)d+0,2 m = 3,524mm+20mm = 104 mm D1=(1,61,8)d+0,02 m = 1,824mm + 20mm = 63 mm DO=(2,22,5)d+0,02 m = 2,524mm + 20mm = 80 mm DC=(1,41,6)d+0,02 m = 1,624mm + 20mm = 59 mm dO=(0,160,18)d+0,01 m = 0,1824mm + 10mm = 15 mm =(0,240,26)d+0,01 m = 0,2624mm + 10mm = 17 mm L=(2,53,5)d = 3,524mm = 84 mm

6.3. Proraun prenika vijaka Obodna sila usljed obrtnog momenta:

ND

MFO 1910

80

7640022

0

0

D0 prenik osnog kruga. 6.3.1. PODEENI VIJCI Poprena sila koja otpada na jedan podeeni vijak:

z

FFop

02

Broj vijaka z se usvaja, pa emo mi usvojiti z=2.

NFop 19102

19102

Napon smicanja:

sd

op

sd

F

4

2

0

S

uDNsd

)160130( uDN - za elik .0545,

S=1,5 Stepen sigurnosti.

2100

5,1

150

mm

N

S

uDNsd

mmF

dsd

op93,4

100

1910440

Usvaja se d0=5mm. Provjera na smicanje:

22227,97

4

5

1910

mm

N

mm

Nsds

- Strana 13 -

6.3.2. NEPODEENI VIJCI

onFF 1 - sila koja otpada na jedan vijak;

Fon poprena sila na srednjem preniku; - koeficijent trenja i uzima se (0,20,25) jer se povrine grubo obrauju.

R

onDz

MF

0

2

)(3

222

33

i

iR

DD

DDD

- srednji prenik dodirne povrine prstenastog oblika.

mmDR 18,85

)63104(3

63104222

33

NFon 89718,852

764002

NF 4485

2

8971

zdzA

F

1

1 - Napon zatezanja

1A

zDj

zd

;

2420350

mm

NzDj - za .0545; S=1,5

2280

5,1

420

mm

NzD

mmF

dzD

5,4280

448544 10

Usvaja se d0=5mm. Provjera na zatezanje:

222280229

4

5

4485

mm

N

mm

NzDs

ZAKLJUAK

U mainskim elementima kao naunoj disciplini prouavaju se racionalni konstrukcioni oblici,osnove prorauna i principi izbora materijala, dijelova koji se najee susreu u

mainama i ureajima raznovrsne namjene. Skup vie mainskih dijelova koji ine jednu funkcionalnu naziva se mainski sklop (npr. leite, ventil, spojnica i sl.). Skup vie sklopova i dijelova koji su sjedinjeni zajednikom funkcijom naziva se mainska grupa (npr. Reduktor).

- Strana 14 -

Proraunavanje je postupak kroz koji se odreuju osnovne gemetrijske veliine, kinematske veliine radne sposobnosti i cijena kotanja proizvoda. U praksi se obino provode prethodni i zavrni prorauni. Prethodni proraun se vri radi odreivanja priblinih dimenzija mainskih

elemenata, koji su osnova nekog mainskog sistema. Pri tome se koriste uproeni obrasci iz otpornosti materijala ili iskustveni podaci. Zavrni proraun se izvodi detaljno i kroz njega se

odreuju stvarne dimenzije dijelova i vri izbor standardnih mainskih elemenata.

Provjeravanje je postupak kroz koji se utvruje da li neki elementi, definisan proraunom moe zadovoljiti na mjestu koje mu je namjenjeno u mainskom sistemu, da li odabrani standardni

mainski elementi zadovoljavaju, da li zadovoljavaju kritini presjeci ve proraunatih mainskih elemenata, da li su kontaktni naponi na dodirnim povrinama manji od kritinih i sl.

Pod projektovanjem i konstruisanjem podrazumjeva se stvaralaki rad strunog kadra

(prijektanata i konstruktora), iji je cilj definisanje funkcije mainskog sistema i odreivanje oblika, dimenzija i materijala pojedinih komponenti. Ovaj rad se moe odnositi na potpuno nov

proizvod ili na usavravanje postojeeg proizvoda. Projektovanje ima za cilj izradu idejnog projekta mainskog sistema kao cjeline i obuhvata odreivanje glavnih komponenti i njihovih

pjedinanih funkcija. Projekat treba da sadri: proraun, crtee i specifikaciju materijala. Konstruisanje ima za cilj odreivanje oblika, dimenzija i materijala pojedinih elemenata na

osnovu uslova postavljenih idejnim projektom.

Literatura

- Mainski elementi - knjiga za srednju kolu - Internet