Uređaj za umjeravanje mjernih pretvornika statičkog

MergedFileMašovi, Robert
Degree Grantor / Ustanova koja je dodijelila akademski / struni stupanj: University of Zagreb, Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture / Sveuilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje
Permanent link / Trajna poveznica: https://urn.nsk.hr/urn:nbn:hr:235:649346
Rights / Prava: In copyright
Repository / Repozitorij:
Zagreb, 2018. godina.
Izjavljujem da sam ovaj rad izradio samostalno koristei znanja steena tijekom studija i
navedenu literaturu.
Zahvaljujem se mentoru doc.dr.sc. Krešimiru Vukoviu na neizmjernoj pomoi, strpljenju
i korisnim savjetima koji su bili neophodni prilikom izrade ovog diplomskog rada.
Takoer se zahvaljujem prijateljima asistentu Ivanu ularu mag.ing.mech i Josipu Arlandu
mag.ing.mech na dugogodišnjem prijateljstvu i savjetima kojima su pomogli u cjelokupnom
studiranju i izradi ovog rada.
U konanici, zahvaljujem se obitelji na bezuvjetnoj podršci tijekom godina studiranja kao i
djevojci Tei na strpljenju prilikom izrade ovog rada.
Robert Mašovi
SADRAJ
1.1. Elektrini mjerni pretvornici statikog momenta sile .................................................... 2
1.1.1. Oblik mjernog dijela pretvornika i naini prijenosa momenta sile .......................... 2
1.1.2. Konstrukcijske izvedbe mjernih pretvonika statikog momenta sile prema nainu
povezivanja ........................................................................................................... 5
SILE ..................................................................................................................................... 8
2.1. Umjeravanje mjernih pretvornika statikog momenta sile metodom s utezima ............. 8
2.2. Umjeravanje mjernih pretvornika statikog momenta sile usporednom metodom ......... 9
2.3. Neuleištene i uleištene poluge ................................................................................... 11
3. STANJE SVJETSKIH LABORATORIJA I TRIŠTA .................................................... 12
3.1. PTB (Physikalisch-Technische Bundensanstalt) ........................................................... 12
3.1.1. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1 Nm ........................................... 12
3.1.2. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm ..................................... 13
3.2. „National metrology institute of Japan (NMIJ)“ i „National Research Laboratory of
Metrology (NRLM)“ .................................................................................................. 14
3.2.1. Razvoj ureaja za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm (NRLM) ........ 14
3.2.2. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 20000 Nm (NMIJ) ...................... 15
3.3. „The Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS)“ ............................ 15
3.4. „MIKES - RAUTE“ – laboratorij za masu i silu, Finska .............................................. 16
3.4.1. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 2000 Nm (MIKES RAUTE) ...... 17
3.4.2. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 20 Nm (50 Nm) (MIKES
RAUTE) .............................................................................................................. 18
3.5. „Centro Español de Metrología (CEM)“ ....................................................................... 18
3.5.1. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm (CEM) ........................ 19
3.6. „Centro Nacional de Metrología (CENAM)“, Meksiko – ureaj 1000 Nm ................ 20
3.7. Norbar ............................................................................................................................ 21
4.1. Koncept 1 ...................................................................................................................... 25
4.2. Koncept 2 ...................................................................................................................... 27
5. ODABRANE KOMPONENTE I KONSTRUKCIJSKA RJEŠENJA .............................. 29
5.1. Motoreduktor (aktuator) ................................................................................................ 29
5.5. Prirubnica mjernog pretvornika .................................................................................... 35
5.6. Pomino postolje aktuatora ........................................................................................... 35
5.7. Modul za oitanje nagiba poluge................................................................................... 36
5.8. Stalak ............................................................................................................................. 36
6.1. Vratilo ............................................................................................................................ 38
6.5. Nosai utega .................................................................................................................. 51
6.6. Vratilo aktuatora ............................................................................................................ 55
6.7.3. Rezultati analize ..................................................................................................... 61
7. POSTUPAK UMJERAVANJA ........................................................................................ 63
7.1.1. Podruje primjene .................................................................................................. 63
7.1.3. Test preoptereenja ............................................................................................... 63
7.1.5. Postupak umjeravanja ............................................................................................ 64
7.1.5.4. Izmjerena vrijednost ........................................................................................ 65
7.1.6. Evaluacija ureaja za umjeravanje ......................................................................... 66
7.1.6.1. Odreivanje osjetljivosti S ............................................................................. 66
7.1.6.2. Odreivanje srednje vrijednosti X ................................................................. 66
7.1.6.3. Odreivanje ponovljivosti mjerenja 'b ........................................................... 67
7.1.6.4. Odreivanje obnovljivosti mjerenja b ............................................................ 67
7.1.6.5. Odreivanje zaostale vrijednosti 0f pri nultoj vrijednosti momenta .............. 67
7.1.6.6. Odreivanje reverzibilnosti h ......................................................................... 68
7.1.6.7. Odreivanje odstupanja oitanja od prilagoene krivulje (eng. fitted curve) af
...................................................................................................................68
7.1.7. Mjerna nesigurnost ................................................................................................. 69
7.1.7.2. Relativna standardna mjerna nesigurnost ........................................................ 70
7.1.7.3. Sloena standardna mjerna nesigurnost .......................................................... 70
7.1.7.4. Proširena mjerna nesigurnost .......................................................................... 71
7.1.7.8. Standardna mjerna nesigurnost A i B vrste ..................................................... 71
7.1.8. Odreivanje standardne mjerne nesigurnosti za rastui moment ........................... 72
7.1.9. Provoenje umjeravanja ......................................................................................... 74
7.1.11. Klasifikacija ureaja za umjeravanje ................................................................... 76
7.2. ISO 6789-2:2017 dodatak C .......................................................................................... 78
7.2.1. Umjeravanje mjernog ureaja (mjernog pretvornika) ................................................ 78
7.2.2. Najmanji moment umjeravanja AT ........................................................................ 78
Robert Mašovi Diplomski rad
7.2.3. Uvjeti prilikom unosa optereenja ......................................................................... 79
7.2.4. Pogreška mjerenja .................................................................................................. 79
7.2.4.2. Odreivanje srednje vrijednosti rX ................................................................ 79
7.2.4.3. Zabiljeena greška mjerenja ............................................................................ 80
7.2.5. Izvori mjerne nesigurnosti .......................................................................................... 80
7.2.5.1. Odreivanje ponovljivosti mjerenja reb .......................................................... 80
7.2.5.2. Odreivanje obnovljivosti mjerenja repb ......................................................... 80
7.2.5.3. Odreivanje zaostale vrijednosti zb pri nultoj vrijednosti momenta (nultom
signalu) ........................................................................................................ 81
7.2.6.1. Odreivanje intervala relativne mjerne nesigurnosti ...................................... 82
8. ZAKLJUAK .................................................................................................................... 83
9. LITERATURA .................................................................................................................. 84
POPIS SLIKA
Slika 1. Oblici mjernog dijela pretvornika ........................................................................... 3 Slika 2. ETP spoj .................................................................................................................. 4 Slika 3. Prirubnika veza vijcima ......................................................................................... 4 Slika 4. Promjena otpora uslijed produljena tenzometra ...................................................... 6
Slika 5. Primjer Wheatstoneovog mosta na torzijski optereenom vratilu ........................... 6 Slika 6. Shema prijenosa signala putem kliznih prstena ...................................................... 7 Slika 7. Shema ureaja za umjeravanje apsolutnom metodom (1) ....................................... 8
Slika 8. Shema za umjeravanje apsolutnom metodom (2) ................................................... 9 Slika 9. Shema usporedne metode (1) .................................................................................. 9 Slika 10. Shema usporedne metode ...................................................................................... 10 Slika 11. Neuleištena poluga .............................................................................................. 11 Slika 12. Uleištena poluga .................................................................................................. 11
Slika 13. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1 Nm (PTB) ............................... 13 Slika 14. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm (PTB) ......................... 13 Slika 15. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm (NRLM) ..................... 14
Slika 16. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 20000 Nm (NMIJ) ..................... 15 Slika 17. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 100 Nm (KRISS) (1) ............... 16 Slika 18. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 100 Nm (KRISS) (2) ................. 16
Slika 19. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 2000 Nm (MIKES RAUTE) ..... 17
Slika 20. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 50 Nm (MIKES RAUTE) ......... 18
Slika 21. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm (CEM) ........................ 19 Slika 22. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm (CENAM) .................. 20
Slika 23. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm - shema (CENAM) .... 20 Slika 24. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika od 500 Nm - 5000 Nm (NORBAR)
............................................................................................................................... 21
Slika 25. Koncept 1 .............................................................................................................. 25 Slika 26. Tlocrt poluge i leaja ............................................................................................. 26 Slika 27. Alternativna opcija uleištenja .............................................................................. 26
Slika 28. Koncept 2 .............................................................................................................. 27 Slika 29. Dizajn poluge koncepta 2 ...................................................................................... 27
Slika 30. SHA 58A 161 ........................................................................................................ 29
Slika 31. Graninik ............................................................................................................... 30
Slika 32. ahura leaja ......................................................................................................... 30 Slika 33. Kuište leaja ........................................................................................................ 30 Slika 34. Spojka s elastinim prstenima Modulflex 9215-17-4500 ...................................... 31
Slika 35. Shema ureaja a) s dvije spojke; b) s jednom spojkom ........................................ 32 Slika 36. Rezultati mjerenja momenta savijanja i poprenih sila u sluaju a) i b) ............... 32
Slika 37. ETP spoj ................................................................................................................ 33 Slika 38. Ostvarivanje veze .................................................................................................. 33 Slika 39. RINGSPANN obujmica ........................................................................................ 34
Slika 40. Princip povezivanja ............................................................................................... 34 Slika 41. Pomino postolje Drylin HTS-30 AWM ............................................................... 35
Slika 42. Modul za oitanje nagiba poluge ........................................................................... 36
Slika 43. Ureaj za umjeravanje ........................................................................................... 37 Slika 44. Vratilo s torzijskim optereenjem ......................................................................... 38
Fakultet strojarstva i brodogradnje V
Slika 45. Shema poprenih sila vratila ................................................................................. 38 Slika 46. Dijagrami unutrašnjih sila i momenata savijanja vratila ....................................... 40 Slika 47. Glavina s prirubnicom s pripadnim optereenjem ............................................... 45
Slika 48. Veza poluge i glavine s prirubnicom pomou dosjednih vijaka ........................... 49 Slika 49. Nosa utega - svornjak ......................................................................................... 51 Slika 50. Nosa utega – uzduna sila ................................................................................... 51 Slika 51. Dijagrami kontinuiranog optereenja, poprenih sila i momenata savijanja
svornjaka (na optereenom dijelu svornjaka) ........................................................ 51
Slika 52. Vratilo aktuatora .................................................................................................... 55 Slika 53. Konani element C3D20R ..................................................................................... 58 Slika 54. Rubni uvjeti ........................................................................................................... 59 Slika 55. Zadavanje optereenja na desnom kraju poluge .................................................... 60
Slika 56. Konvergencija naprezanja s poveanem broja konanih elemenata ..................... 61 Slika 57. Najoptereenije podruje poluge ........................................................................... 61 Slika 58. Primjer predoptereenja i redoslijeda umjeravanja s minimalno 8 koraka
umjeravanja i mjernu nesigurnost ureaja za umjeravanje 0,1%U .................. 75
Slika 59. Primjer predoptereenja i redoslijeda umjeravanja za vratila/utore kvadratnog
presjeka s minimalno 5 koraka umjeravanja i mjernu nesigurnost ureaja za
umjeravanje 0,1 1%U ..................................................................................... 75
presjeka s minimalno 5 koraka umjeravanja, samo za rastui moment; mjerna
nesigurnost ureaja za umjeravanje 0,1 1%U ................................................ 75
presjeka s minimalno 3 koraka umjeravanja i mjernu nesigurnost ureaja za
umjeravanje 1%U ............................................................................................. 75
POPIS TABLICA
Tablica 1. Konstrukcijske izvedbe .......................................................................................... 5 Tablica 2. Morfološka matrica ............................................................................................... 22 Tablica 3. Mjerne nesigurnosti – rastui moment .................................................................. 73 Tablica 4. Uvjeti klasifikacije ureaja za umjeravanje .......................................................... 77
Tablica 5. Odreivanje mjernih nesigurnosti ......................................................................... 82
POPIS TEHNIKE DOKUMENTACIJE
Ureaj – poluga – RM Poluga
Ureaj – vratilo – RM Vratilo
Ureaj – postolje – RM Postolje
Ureaj – postolje – 2 – RM Nosivi stup
Ureaj – postolje – 3 – RM Rebro
Ureaj – postolje – 4 – RM Greda
Ureaj – postolje – 5 – RM Temeljna ploa – leajevi
Ureaj – postolje – 6 – RM Temeljna ploa motora
Ureaj – motor – RM Sklop motora
Ureaj – ploe – 1 – RM Nosiva ploa motora
Ureaj – ploe – 2 – RM Temeljna ploa motora
Ureaj – ploe – RM Ploe motora
Ureaj – motor – 3 – RM Vratilo motora
Ureaj – vijani spojevi – RM Vijani spojevi
Ureaj – p. leaj – RM Postolje leaja
Ureaj – p. leaj – 1 – RM Donja ploica
Ureaj – p. leaj – 2 – RM Stup leaja
Ureaj – p. leaj – 3 – RM Gornja ploica
Ureaj – nosa – RM Nosa utega
Ureaj – nosa – 1 – RM Vilica
Ureaj – nosa – 2 – RM Ploa
Ureaj – nosa – 3 – RM Šipka
Ureaj – stalak – RM Stalak
Ureaj – spajanje – RM Primjeri spajanja mjernih pretvornika
POPIS OZNAKA
jA 2mm Površina poprenog presjek jezgre vijka
projA 2mm Projekcijska dodirna površina
1K Linearni koeficijent toplinskog istezanja
0 - Faktor vrstoe materijala
b mV/V Obnovljivost mjerenja 'b mV/V Ponovljivost mjerenja
eb Nm Greška mjerenja
reb Nm Ponovljivost mjerenja
ref,epb % Relativna greška referentnog mjernog standarda pri
momentu umjeravanja
zb Nm Zaostala vrijednost pri nultoj vrijednosti momenta
(nultom signalu)
E 2N/mm Youngov modul
F N Pogonska sila
tF N Obodna sila
1F N Sila u leaju 1
2F N Sila u leaju 2
af mV/V Odstupanje oitanja od prilagoene krivulje
0f mV/V Zaostala vrijednost pri nultom momentu
- Faktor udara
h mV/V Reverzibilnost
I mV/V Oitanje ureaja za umjeravanje za korak umjeravanja u
rastuem nizu koraka umjeravanja
I Nm Oitana vrijednost pri optereenju (ISO 6789-2)
'I mV/V Oitanje ureaja za umjeravanje za korak umjeravanja u
padajuem nizu koraka umjeravanja
0I mV/V Oitanje nultog signala ureaja za umjeravanje prije unosa
optereenja
prije unošenja optereenja pri definiranom montanom
poloaju
AK - Pogonski faktor
AM Nm Najmanji moment raspona umjeravanja
EM Nm Najvei moment raspona umjeravanja
kM Nm Uneseni statiki moment sile umjeravanja
f, maxM 2N/mm Najvei moment savijanja
redM Nm Reducirano optereenje prema energetskoj teoriji HMH
m kg Masa
eR 2N/mm Granica teenja materijala pri vlanom optereenju
r Nm Razluivost ureaja za prikaz vrijednosti
S mV/V / N m Osjetljivost
postS - Postojea sigurnost
potrS - Potrebna sigurnost
f, dop 2N/mm Dopušteno naprezanje kod savijanja
DNf 2N/mm Trajna dinamika vrstoa na savijanje
red 2N/mm Reducirano naprezanje
1t mm Duljina poprenog presjeka pera u vratilu
2t mm Duljina poprenog presjeka pera u glavini
pt mm Širina poluge
vt mm Širina vilice
DNt 2N/mm Trajna dinamika vrstoa na uvijanje
s, dop 2N/mm Dopušteno naprezanje materijala na smik
t 2N/mm Naprezanje uslijed momenta uvijanja
U mV/V Proširena mjerna nesigurnost
bu Nm Mjerna nesigurnost obnovljivosti
'b u Nm Mjerna nesigurnost ponovljivosti
cu Nm Sloena standardna mjerna nesigurnost
af u Nm Mjerna nesigurnost interpolacije
ru Nm Mjerna nesigurnost razluivosti
tcmu Nm Mjerna nesigurnost ureaja za umjeravanje
u X mV/V Standardna mjerna nesigurnost
W 3mm Aksijalni moment otpora presjeka
W % Proširena relativna standardna mjerna nesigurnost
mdW % Relativna proširena mjerna nesigurnost ureaja za
umjeravanje pri momentu umjeravanja
refW % Relativna proširena standardna mjerna nesigurnost
referentnog mjernog standarda
bw % Relativna mjerna nesigurnost obnovljivosti mjerenja
'b w % Relativna mjerna nesigurnost ponovljivosti mjerenja
cw % Sloena relativna standardna nesigurnost
af w % Relativna mjerna nesigurnost interpolacije
mdw % Relativna standardna mjerna nesigurnost ureaja za
umjeravanje pri svakom koraku umjeravanja
md,cw % Sloena mjerna nesigurnost mjernog ureaja (npr.
mjernog pretvornika)
pretvornika
vrijednosti
rw % Relativna standardna mjerna nesigurnost razluivosti
ureaja za prikaz vrijednosti (ISO 6789-2)
rew % Relativna standardna mjerna nesigurnost ponovljivosti
mjerenja
mjerenja
w X % Relativna standardna mjerna nesigurnost
zw % Relativna standardna mjerna nesigurnost iznosa nultog
signala
maxX Nm Najvea vrijednost X pri razliitim montanim
poloajima
poloajima
EX mV/V Srednja vrijednost pri najveem momentu raspona
umjeravanja
za razliite montane poloaje
refX Nm Vrijednost utvrena referentnim ureajem
SAETAK
Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika statikog momenta sile slui za procjenu
ispravnosti i tonosti mjernih pretvornika. Mjerni pretvornici koriste se u razliitim granama
industrije gdje je potrebno mjeriti moment bilo zbog povratne informacije ili regulacije
upravljanja. U sklopu ovog rada objašnjen je princip rada mjernih pretvornika statikog
momenta sile, prezentirano je trenutno stanje slinih ureaja za umjeravanje u svjetskim
laboratorijima i trištu te je proveden proces koncipiranja i konstruiranja ureaja za
umjeravanje. Takoer, opisan je postupak umjeravanja mjernih pretvornika prema
meunarodnoj smjernici EURAMET cg-14 v. 2.0 (03/2011) i normi HRN EN ISO 6789-
2:2017 dodatak C kako bi se dobila cjelokupna slika funckioniranja te djelovanja ureaja za
umjeravanje.
Kljune rijei: ureaj za umjeravanje, mjerni pretvornik, moment, sila, poluga, optereenje,
mjerna nesigurnost, mjerenje, postupak umjeravanja
SUMMARY
Purpose of the static torque transducer calibration device is to estimate the accuracy and
validity of the transducer. Torque transducers are used in various industries where the torque
measurement is required either as a feedback or as a control parameter for regulation. This
thesis covers work the basic work principles of the static torque transducers, current market
state regarding the calibration devices as well as conceptualizing and designing process of the
calibration device. In addition, transducer calibration procedure according to international
guideline EURAMET cg-14 v. 2.0 (03/2011) and standard HRN EN ISO 6789-2:2017 Annex
C is described in order to obtain the full picture of the functioning and calibrating static torque
transducers using appropriate calibration device.
Key words: calibration device, static torque transducer, torque, force, lever, measurement
uncertainty, measurement, calibration procedure
1. UVOD
U svijetu industrije moment sile svrstava se pod naješe mjerene fizikalne veliine. Uloga
momenta sile protee se preko velikih postrojenja kao što su plinske i parne turbine snage 50
MW i momenta 8000 Nm pri 8000 1min do automobilske industrije u kojoj prednjai
Formula 1 gdje su prisutni momenti sile u rasponu od 1 Nm - 2000 Nm pri 20000 1min .
Meutim, moment se pojavljuje i u svakodnevnici ovjeka. Pria li se o pritezanju vijaka ili
odvijanju epa plastine boce svaka takva radnja iziskuje upotrebu momenta sile koji mora
biti propisan i definiran. Samim time nameu se sve vee potrebe za mjerenjem i regulacijom
momenta sile u svijetu brzorastue tehnologije i potreba za specijaliziranim ureajima
namijenjenim upravo tomu. Podruje koje momentu sile daje najvei znaaj je automobilska
industrija. Moment sile se u automobilskoj industriji pokazao kao najpraktiniji parametar pri
razvoju motora s unutrašnjim izgaranjem jer u kombinaciji s brojem okretaja definira snagu
automobila. Budui da se danas nameu potrebe za što manjom potrošnjom goriva, boljom
udobnosti, duim vijekom trajanja vozila i poboljšanom sigurnošu navedeni zahtjevi nuno
za sobom povlae i potrebu za preciznim mjerenjima kao i provedbu velikog broja testiranja,
prvenstveno momenta kao jednog od najbitnijih fizikalnih parametara u automobilskoj
industriji [1].
Moment M se kao fizikalna veliina moe definirati na više naina:
1. vektorska fizikalna veliina koja opisuje uzrok kutne akceleracije,
2. vektorski umnoak vektora poloaja hvatišta vektora sile r i sile F : M = r × F,
3. umnoak momenta inercije J i kutne akceleracije tijela α : M = Jα;
4. derivacija kutne koliine gibanja L po vremenu: M = dL/dt.
Mjerna jedinica momenta sile je njutn metar (Nm). [2]
U praksi se razlikuju ureaji i naprave za unos momenta sile (momentni kljuevi, odvijai ili
elektromotori), ureaji za osjet i kontrolu momenta te ureaji za provjeru unesenog momenta
kao što je mjerni pretvornik momenta sile (eng. torque transducer). Mjerni pretvornici koriste
se u procesima umjeravanja drugih ureaja te unutar automobilskih sustava za kontrolu goriva
i upravljanja. Takoer, koriste se u sektorima kontrole i ouvanja kvalitete kako bi se procesi
odravali ispravnima i kontroliranima. Korištenjem napredne tehnologije prilikom izrade
Fakultet strojarstva i brodogradnje 2
mjerila momenta sile, javlja se i potreba za što tonijim umjeravanjem takvih ureaja koje se
vrši u za to specijaliziranim laboratorijima.
1.1. Elektrini mjerni pretvornici statikog momenta sile
Mjerni pretvornik statikog momenta sile (dalje u tekstu: momenta sile; momenta) je ureaj
koji se upotrebljava za mjerenje momenta sile. Mjerni pretvornici momenta sile pretvaraju
ulazni elektrini signal u izlazni na temelju razlike napona koji je proporcionalan unesenom
momentu. Do promjene u naponu dolazi uslijed promjene elektrinog otpora vodia koji se
produlji ovisno o unesenom optereenju. Mjerni pretvornik se sastoji od rotirajueg dijela,
rotora, te kuišta (statora). Pretvornici se razlikuju po tipu pretvornika i po pitanju prijenosa
signala i napona. Signal i napon mogu se prenositi mehaniki ili beskontaktno dok prema tipu
pretvornika razlikujemo: vratila, glavine i prirubnice [1]. Takoer, mjernih pretvornici
momenta dodatno se dijele na statike i rotirajue. Statiki mjerni pretvornici ne rotiraju, u
pravilu su jeftiniji, dugotrajniji i zahtijevaju relativno malo odravanja. Montiraju se preteno
prirubnikim povezivanjem pomou vijaka. Rotacijski mjerni pretvornici sastoje se od
rotacijskog strojnog dijela (vratilo) te naješe koriste metodu kliznih prstena za prijenos
signala, a nerijetko i beini oblik prijenosa podataka. Kompliciranije ih je montirati (veza
spojkom s ili bez pera) te ih karakterizira krai vijek trajanja, kao i potreba definiraja
dopuštenog broja okretaja. Odabir reakcijskog ili statikog mjernog pretvornika ovisi o
samom sustavu, odnosno javlja li se potreba za mjerenjem reakcije uslijed momenta ili je
potrebno mjeriti moment uslijed kontinuiranog gibanja strojnih dijelova. [3]
1.1.1. Oblik mjernog dijela pretvornika i naini prijenosa momenta sile
U uporabi su naješe pretvornici s punim, šupljim ili kvadratnim vratilom koji su uslijed
djelovanja momenta optereeni samo torzijski. Tvrtka HBM je sredinom devedesetih godina
prošlog stoljea proizvela pretvornike koji mjerenje momenta vrše pomou principa sminog
optereenja.
Slika 1. Oblici mjernog dijela pretvornika
Moment se na pretvornik moe prenijeti na tri naina [1]:
1. Pravokutnim utorom (npr. DIN 3121)
2. Spojkom
Slika 2. ETP spoj
[7]
[8]
1.1.2. Konstrukcijske izvedbe mjernih pretvonika statikog momenta sile prema nainu
povezivanja
Prema nainu povezivanja s pogonskim odnosno radnim strojem postoje razliite izvedbe
mjernih pretvornika. Najuestalije izvedbe prikazane su u tablici 1.
Tablica 1. Konstrukcijske izvedbe
1.2. Mjerenje momenta i prijenos signala
Elektrootpornike mjerne trake (tenzometri) jedne su od glavnih komponenti koje slue za
mjerenje momenta sile dok se u novije vrijeme pojavljuju i pretvornici s piezoelektrinim
materijalima. Moment se mjeri na temelju razlike napona koji se javlja u Wheatstoneovom
mostu u kojem su spojena etiri tenzometra. Uslijed djelovanja momenta vratilo pretvornika
optereeno je torzijski. Na vratilo su postavljeni tenzometri koji se usred deformacije
produljuju. Produljenjem tenzometra otpor elektrinoj struji raste te se pomou
Wheatstonovog mosta moe isitati razlika napona prije i uslijed djelovanja momenta.
Matematiki gledano, mjerenje momenta prate linearne zavisnosti. Moment je proprocionalan
naprezanju, dok je naprezanje proporcionalno produljenju. Relativna promjena u otporu
proporcionalna je produljenju, stoga e izlazni signal s Wheatstonovog mosta biti linearno
proproiconalan relativnoj promjeni u otporu tenzometra. Drugaije reeno, mjeri se promjena
otpora iz kojeg slijedi deformacija, dok se preko deformacije rauna naprezanje, a uz poznatu
geometriju izraunava se moment.
Slika 5. Primjer Wheatstoneovog mosta na torzijski optereenom vratilu [1]
1.2.1. Prijenos signala putem kliznih prstena
Signal mjerenja prenosi se s pretvornika pomou kliznih prstena i grafitnih etkica. Ovakav
prijenos odlikuje prijenos signala bez smetnji i dug operativni vijek pa stoga nema potrebe za
odravanjem. Koriste se dva seta etkica kako bi kontakt bio osiguran u svim radnim
uvjetima. Setovi su postavljeni na opruge u svrhu kontinuiranog ostvarivanja kontakta s
kliznim prstenom te su zamaknuti jedan od drugoga pod odreenim kutem. U pravilu,
dovoljna su etiri klizna prstena za prijenos signala, no postoje izvedbe s dodatnim petim
prstenom koji slui za izjednaavanje potencijala izmeu rotora i statora. Bez izjednaavanja
potencijala mogue su smetnje u prijenosu signala pa samim time i potpuna tonost mjerenja
[1].
[1]
2. NAINI UMJERAVANJA MJERNIH PRETVORNIKA STATIKOG
MOMENTA SILE
Umjeravanje mjernih pretvornika statikog momenta sile u laboratorijima moe se vršiti na
dva naina u horizontalnom poloaju, ovisno o konstrukciji ureaja koji je tomu namijenjen.
Uz umjeravanje korištenjem apsolutne metode (metoda s utezima), postoji i umjeravanje
korištenjem metode usporedbe. Valja napomenuti i da postoji umjeravanje vertikalnim
ureajima, no njih se u ovom radu nee obraivati.
2.1. Umjeravanje mjernih pretvornika statikog momenta sile metodom s utezima
Na krajeve poluge vješaju se utezi poznate mase te se razlikom teine na krakovima postie
odgovarajui moment. Krakovi su jednake duljine, a poluga je privršena na leajno mjesto
u sredini. Uneseni moment se preko spojki i elemenata za privršenje prenosi na mjerni
pretvornik momenta s kojeg se oitava vrijednost. Na drugom kraju ureaja nalazi se motor
koji spreava rotaciju umjeravanog pretvornika i prikljunih dijelova, odnosno u njemu se
javlja reaktivni moment momentu unesenom preko poluge. Cilj ovakvog ispitivanja je
usporediti uneseni moment preko poluge iji je iznos poznat s izmjerenim momentom na
pretvorniku.
[5]
Slika 8. Shema za umjeravanje apsolutnom metodom (2)
2.2. Umjeravanje mjernih pretvornika statikog momenta sile usporednom metodom
U usporednoj metodi motor unosi optereenje, odnosno moment, kojeg su u aspolutnoj
metodi stvarali utezi. Referentni mjerni pretvornik slui kao referenca za ispitivani mjerni
pretvornik. Leaj u sredini preuzima momente savijanja (slika 11.) i sile koje nastaju prilikom
umjeravanja ispitivanog pretvornika. Na drugom kraju ureaja nalazi se nosa na koji je sam
ureaj privršen te preuzima uneseni moment. Dvije paralelne vodilice nalaze se ispod
ureaja pomou kojih se moe namjestiti odstojanje dijelova ureaja kako bi se mogli
umjeravati pretvornici razliitih dimenzija te koristiti razliiti referentni pretvornici.
Slika 9. Shema usporedne metode (1)
[6]
[5]
Na slici 8. numerirane komponente prikazuju kako slijedi:
1. Referentni mjerni pretvornik
2. Umjeravani mjerni pretvornik
3. ETP spoj
4. Elastine spojke
5. Elementi za spajanje ETP spoja i elastine spojke (takoer komponenta 7)
6. Element za spajanje ETP spoja sa servomotorom
[9]
2.3. Neuleištene i uleištene poluge
Neuleištene poluge naješe se koriste u industriji zbog svoje jednostavnosti i niske cijene.
Pogodne su za umjeravanje raznih momentnih ureaja do 1500 Nm. Veliki nedostatak
neuleištene poluge (Slika 11) jest unošenje dodatnog savijanja na sam mjerni pretvornik što
u konanici dovodi do moguih pogrešaka u oitavanju i grešaka u samom mjerenju [11].
Uleištene poluge (Slika 12) oslonjene su na jedno ili dva leajna mjesta. Leajna mjesta
preuzimaju vertikalnu silu utega i na taj nain smanjuju efekt savijanja na mjernom
pretvorniku. Pri ureajima koji imaju polugu oslonjenu na jedno ili dva leajna mjesta
mjernim pretvornicima optereenje utega dovodi se preko spojki. U pravilu se takvom
izvedbom unosi greška u koaksijalnosti osi, kutnom odstupanju osi ili aksijalnom odstupanju
osi. Navedene greške unose dodatne neeljene sile na mjerni pretvornik no mogu se efektivno
eliminirati primjenom elastinih spojki [10]. Uleištene poluge koriste se u ureajima kojima
se eli postii najvea tonost mjerenja.
Slika 11. Neuleištena poluga Slika 12. Uleištena poluga [11] [11]
Uklještenje
Uklještenje
Leaj
3. STANJE SVJETSKIH LABORATORIJA I TRIŠTA
U ovom poglavlju prikazani su postojei ureaji u svjetskim laboratorijima i oni komercijalno
dostupni na trištu, primarno ureaji kojima se umjeravanje mjernih pretvornika vrši
apsolutnom metodom (metoda s utezima). U daljnoj je razradi iz postojeih ureaja
napravljena morfološka matrica iz koje je argumentiranim odabirom koncipiran ureaj za
umjeravanje mjerih pretvornika statikog momenta sile apsolutnom metodom kapaciteta do
2000 Nm.
3.1. PTB (Physikalisch-Technische Bundensanstalt)
PTB spada meu vodee laboratorije u svijetu po pitanju mjerenja i umjeravanja ureajana
podruju sile i mase. U Njemakoj, a i u svijetu predstavlja standard za sve ostale laboratorije
koji se bave umjeravanjem mjerila momenta sile. Na podruju mjerenja momenta sile
laboratorij ima velik broj ureaja, u rasponu od 1 N m do 1 MN m .
3.1.1. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1 Nm
Ureaj ima horizontalno postavljenu polugu koja je uleištena u sredini. Na krajevima poluge
nalaze se utezi ija teina na kraku poluge stvara moment. Kao leajno mjesto koristi se
aerostatiki leaj opskrbljivan zrakom pod tlakom od 4 bara. Kako je ureaj namijenjen za
vrlo male momente, poluga je napravljena iz jednog dijela što uvjetuje veu krutost samog
sustava mjerenja. Poluga je obostrana, odnosno mogue je zadavanje momenta u smjeru
kazaljke na satu i obratno. Sila se na polugu prenosi preko tankih metalnih traka na ijim se
krajevima nalaze utezi. Utezi koji se koriste umjereni su tako da daju tonu teinu u njutnima,
s uzetim uzgonom zraka u obzir. Postavljanje utega vrši se pomou posebnog ugraenog
ureaja. Maksimalno je mogue koristiti po deset utega sa svake strane prilikom mjerenja.
Mjeriti je mogue u rasponu od 1% do 100% nazivnog momenta ureaja [12].
Slika 13. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1 Nm (PTB)
3.1.2. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm
Ureaj se moe koristiti u rasponu od 2 N m do 1000 Nm s koracima umjeravanja u iznosu
od 2 N m . Utezi se, kao i kod prethodnog ureaja, mogu stavljati s obje strane poluge.
Prilikom mjerenja mogue je spojiti dva pretvornika što omoguuje mjerenje metodom s
utezima (preko poluge), a ujedno i usporeivanje rezultata s referentnim pretvornikom.
Dodaci za ovaj ureaj takoer omoguuju umjeravanje momentnih kljueva. Oprema i
software koji se koriste u ovom ureaju omoguavaju potpuno automatizirano umjeravanje
[5].
Slika 14. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm (PTB)
1- naprava za postavljanje utega
2 - kavez za utege
utega na polugu
4 - obostrana poluga
5 - aerostatiki leaj
[12]
[13]
3.2. „National metrology institute of Japan (NMIJ)“ i „National Research Laboratory of
Metrology (NRLM)“
3.2.1. Razvoj ureaja za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm (NRLM)
Ureaj moe umjeravati mjerne pretvornike u rasponu od 5 N m do 1000 Nn. Ovaj raspon je
odabran prema istraivanju provedenom u Japanu kojim se pokazalo da je to najzastupljenije
podruje korištenja momentnih ureaja u industriji. Moment se moe, kao i kod prethodnih
ureaja, postaviti u oba smjera s obzirom na obostranost poluge. Kao oslonac poluge koristi
se aerostatiki leaj koji koristi zrak pod pritiskom od 6-8 bara. Leaj moe podnijeti
radijalno optereenje od 3,4 kN. Poluga je ukupne duljine 1 m, odnosno svaki krak iznosi 500
mm te je izraena je od austenitnog nehrajueg elika. Na krajevima poluge nalaze se
senzori koji slue za zadravanje horizontalnog poloaja prilikom umjeravanja. Takoer,
poluga je opskrbljena laserskim interferometrima koji mjere produljenje kraka poluge
prilikom optereenja (utega) koji su postavljeni na njenim krajevima. Sila utega na polugu
prenosi se tankim trakama od berilij-bakra debljine 100μm. Koriste se utezi razliitih teina:
10N, 20N i 100N. Na kraju ureaja nalazi se motoreduktor sa servomotorom prijenosnog
omjera 1:5000 koji, po potrebi, vraa polugu u ravnoteni poloaj. Tolerancija namještanja
poluge u horizontalni poloaj iznosi 1'' ( 2μm na kraju poluge). Shema ureaja prikazana je
na slici 17. [6]
Slika 15. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm (NRLM)
[6]
3.2.2. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 20000 Nm (NMIJ)
Raspon umjeravanja kree se od 200 N m do 20000 Nm. Poluga ima krakove duljine 1000
mm i oslonjena je na dva aerostatika leaja, a ureaj je konstruiran da moe podnijeti 110%
maksimalnog optereenja. Masa ureaja je 13,2 t, dok dimenzije iznose 3470 mm (širina) x
2820 mm (duljina) x 3866 mm (visina). Korištena su dva aerostatika leaja zbog velikog
radijalnog optereenja. Zrak u leajevima je pod tlakom od 9 bara i leaji kao takvi mogu
podnijeti maksimalno radijalno optereenje od 22 kN. Krajevi poluga imaju senzore nagiba i
laserske interferometre kao i prethodni ureaj. Sila utega se na polugu prenosi tankim trakama
od berilij-bakra debljine 400μm. Utezi koji se koriste teine su 200 N, 500 N, 1 kN i 2 kN.
Motoreduktor sa servomotorom prijenosnog omjerom 1:25000 zaduen je za odravanje
poluge u horizontalnom poloaju pomou dva puna i jednog planetarnog prijenosnika.
Tolerancija namještanja poluge u horizontalni poloaj iznosi 10μm na kraju poluge [14].
Slika 16. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 20000 Nm (NMIJ)
3.3. „The Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS)“
Ureaj se sastoji od poluge, zranog leaja, motora, šest skupina utega, dvije elastine spojke,
dva tarna spoja, laserskog senzora poloaja, step motora za aktivaciju utega, sustava za
fiksiranje poluge i kontrolnog sustava ureaja. Poluga je izraena od INVAR-a ( legura nikla i
eljeza vrlo malog koeficijenta toplinskog rastezanja). Svaka strana poluge duljine je 250 mm
na ijim se krajevima nalazi traka od nehrajueg elika debljine 50 μm koja prenosi teinu
utega na polugu. Poluga je uleištena na aerostatikom leaju izvedbe „H“ (omoguava
[14]
radijalna i aksijalna optereenja) koji je za ovaj ureaj posebno razvijen. Mogue je
umjeravati pretvornike u rasponu od 1 N m do 100 N m . U svrhu prigušenja vibracija, dio
ureaja nalazi se u komori s viskoznim fluidom. Setovi utega nalaze se na rotirajuem
postolju koje pogone step motori. Kako se postolje pomie prema dolje tako se utezi vješaju
na krajeve poluga. Kruto komponzacijske spojke su korištene radi eliminiranja nepovoljnih
efekata komponenti uslijed djelovanja sila i momenata. Tarni spojevi u obliku ETP spojeva
prenose moment na pretvornik [15].
Slika 18. Ureaj za umjeravanje mjernih
pretvornika do 100 Nm (KRISS) (2)
3.4. „MIKES - RAUTE“ – laboratorij za masu i silu, Finska
„MIKES - RAUTE“ je laboratorij najviše razine u Finskoj po pitanju mjerenja sile i momenta.
Finski centar za mjerenje i akreditaciju MIKES akreditirao ga je 1991. godine za silu, a 1996.
godine za moment. Posjeduju etiri ureaja za mjerenje momenta od 0,1 N m do 20000 Nm.
Potreba za laboratorijem javila se 90-ih godina prošlog stoljea kada su kompanije u Finskoj
Slika 17. Ureaj za umjeravanje mjernih
pretvornika do 100 Nm (KRISS) (1)
[15]
[15]
Stepping motors – Korani motori
Cam system – Zakoni sustav
Friction joint – Tarni spoj
Counter motor - Motoreduktor
imale po 800 zahtjeva godišnje po pitanju umjeravanja. Najvei broj umjeravanja kretao se do
momenta od 2000 Nm.
3.4.1. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 2000 Nm (MIKES RAUTE)
Izraen 1996. godine, zbog potreba privrede, moe umjeravati ureaje u rasponu od 20 N m
do 2000 Nm. U originalnom izdanju svaka strana poluge bila je duljine 1 m te su krajevi
zaobljeni radijusom duljine kraka kako bi se kompenzirali otkloni poluge prilikom
optereenja. Poluga je uleištena na kuglinim leajima. Kao komponenta u kojoj se javljao
reaktivni moment koristilo se uvršeno vratilo. Koristile su se elastine spojke s lamelama
radi kompenzacije radijalnih, aksijalnih i kutnih odstupanja, a spojevi na vratilo izvršeni su
ETP spojevima. Kako su zahtjevi industrije porasli, 2002. godine izvršene su neke preinake
na ureaju. Poluge s radijusnim završetkom pokazale su se nekonzistentne u paru s elinom
uadi koja je prenosila teinu utega na polugu. Konstruirana je nova poluga te joj je znatno
smanjena masa, dok je sama poluga dobila na stabilnosti. Krajevi poluge sada su bez
zakrivljenja te se utezi postavljaju na visee nosae utega. Mjerenjem je utvreno da su oba
dijela poluge duljine 1 m s odstupanjem od 50 μm . [16].
Slika 19. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 2000 Nm (MIKES RAUTE) [16]
3.4.2. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 20 Nm (50 Nm) (MIKES RAUTE)
Poluge ureaja su duljine 250 mm. Sredina metalne trake koja prenosi teinu utega nalazi se
na navedenoj udaljenosti od sredine oslonca, odnosno zranog leaja. Za prihvat pretvornika
koriste se elastine spojke s vijanim stegama za osiguranje prihvata. ETP spojevi ne mogu se
koristiti jer su promjeri vratila vrlo mali. Elektrini motor s harmonijskim prijenosnikom slui
kao komponenta u kojoj dolazi do pojave reaktivnog momenta te uz to osigurava da je poluga
uvijek u horizontalnom poloaju. Godine 2006. ugraen je aerostatiki leaj tipa „H“ te su
izvršene odreene prienake poluge rezultirajui poveanjem raspona mjerenja ureaja na 50
N m [16].
Slika 20. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 50 Nm (MIKES RAUTE)
3.5. „Centro Español de Metrología (CEM)“
CEM je uz pomo njemakog PTB-a uspostavio laboratorij za moment kao rezultat
zajednikog projekta izmeu 1998. do 2004. godine. Laboratorij sadri jedan ureaj 1000
Nm za umjeravanje metodom s utezima te dva ureaja za umjeravanje usporednom metodom
od 5000 Nm i 2000 Nm. Svi ureaji kao oslonac koriste aerostatiki leaj. U daljnjem tekstu
detaljnije je opisan ureaj od 1000 Nm.
[16]
3.5.1. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm (CEM)
Poluga je izraena od Super INVARA-a (koeficijent toplinskog istezanja 7 12 10 K ) ije
duljine krakova iznose 500 mm. Horizontalno pozicioniranje poluge ostvareno je senzorima i
motorom te je mogue pozicionirati polugu unutar odstupanja od 10μm . Sila koju rade utezi
prenosi se na polugu preko metalne trake debljine 25μm . Aerostatiki leaj koji se koristi kao
oslonac stvara moment trenja u iznosu 10μN m uslijed neoptereene poluge što je izraunato
testiranjem leaja. Leaj radi pod tlakovima zraka izmeu 4-6 bara. Utezi su izraeni od
austenitnog nemagnetinog elika (X2CrNiMoN 18-14.3) površinske hrapavosti Ra 5μm i
Rz 10,5μm . Raspon teine utega iznosi od 4N do 200N. Setovi utega postavljeni su na
rotirajui stol. Motoreduktor sa servo motorom vraa polugu u horizontalan poloaj.
Prikljuni dijelovi omoguuju umjeravanje pretvornika radijusa 300 mm i duljine do 830 mm
te promjera vratila od 8 do 50 mm. Elastine spojke i ETP spojevi koriste se kako bi se
eventualna odstupanja prilikom postavljanja pretvornika i pojave savijanja unutar pretvornika
reducirala [17].
Slika 21. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm (CEM)
[17]
3.6. „Centro Nacional de Metrología (CENAM)“, Meksiko – ureaj 1000 Nm
Specifinost ovog ureaja jest što moe obavljati obje metode umjeravanja, pomou utega i
usporednu metodu. Sustav poluge sastoji se od dvije ploe nehrajueg elika duljine 2 m.
Sila utega se prenosi na polugu putem metalnih traka debljine 25 μm . Horizontalni poloaj
oitava se pomou senzora nagiba poluge. Simulacijom konanim elementima utvreno je
odstupanje od 91 μm na samom vrhu kraka poluge pri optereenju od 1000 Nm. Utezi teine
od 1 N do 250 N izraeni su od nehrajueg nemagnetinog elika ASTM-304. Zrani leaj
radi pod tlakom zraka od 4-6 bara. Moment trenja leaja iznosi 20-25 μN m . Komponenta
zaduena za preuzimanje unesenog momenta je motoreduktor s harmonijskim prijenosnikom
koji uz to slui za vraanje poluge u horizontalan poloaj. Shema ureaja pri upotrebi
usporedne metode umjeravanja ve je prikazana na slici 12 [9].
Slika 22. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm (CENAM)
Slika 23. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika do 1000 Nm - shema (CENAM)
(1) - mjerni pretvornik
(2) – ETP spojevi
(3) - elastine spojke
spojeve i elastine spojke
3.7. Norbar
Norbar je poduzee iz Ujedinjenog Kraljevstva koje se specijaliziralo za proizvode vezane uz
mjerenje i primjenu momenta. Njihovi proizvodi komercijalno su dostupni, a ukljuuju
poluge za umjeravanje momenta, mjerne pretvornike, moment kljueve i ostalu pomonu
opremu. Posjeduju više ureaja za umjeravanje mjernih pretvornika metodom s utezima, a
poluga za vješanje utega je konzolno uleištena za manje momente dok je za vee momente
uleištena izmeu dva leajna mjesta kao i kod svih prethodno opisanih ureaja u ovom
poglavlju. Na slici 26. prikazan je ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika 500 Nm – 5000
Nm.
Slika 24. Ureaj za umjeravanje mjernih pretvornika od 500 Nm - 5000 Nm (NORBAR)
[18]
4. MORFOLOŠKA MATRICA I KONCEPTI UREAJA
Na temelju prikazanih ureaja iz prethodnog poglavlja konstruirana je morfološka matrica sa
svim potrebnim komponentama za realizaciju ureaja za umjeravanja mjernih pretovrnika
statikog momenta sile. Prema morfološkoj matrici koncipirane su potencijalne izvedbe
ureaja te je elaborativno odabrana najbolja izvedba s kojom e se krenuti u daljnju
konstrukcijsku razradu.
ELEMENT
POSTAVLJANJE
UREAJA
4.1. Koncept 1
Slika 25. Koncept 1
Motor s lijeve strane u ovom sluaju ima dvije funkcije: u motoru se javlja reaktivni moment
momentu unesenom na poluzi te vraa polugu u horizontalni poloaj. Poeljno je koristiti
motor koji ima što veu preciznost namještanja, odnosno što veu rezoluciju enkodera servo
pogona. Mogui tipovi motora su servo motor u kombinaciji s harmonijskim prijenosnikom ili
servo motor i puni prijenosnik. U ovom sluaju krajevi poluge ne trebaju bit izraeni s
radijusom duljine kraka poluge. Motor osigurava da krak optereenja uvijek bude 1 m
odravanjem poluge u horizontalnom poloaju. Mogue je uzduno pomicanje motora na
vodilici (npr. pomino postolje ili automatizirane vodilice) kako bi se omoguilo umjeravanje
mjernih pretvornika razliitih veliina. Kao veze izmeu vratila i središnjeg dijela ureaja
odabrane su krute kompenzacijske spojke zbog mogunosti anuliranja pogreškaka kao što su
kutna, radijalna i aksijalna odstupanja osi vratila. Dodatan zahtjev koji se postavlja na spojke
jest torzijska krutost. Postoje izvedbe s kompenzacijskom spojkom samo na jednoj strani
ureaja, meutim, u sluaju kada se koriste dvije spojke, utvreno je da su ometanja i svi
neeljeni efekti pet puta manji naspram korištenja samo jedne spojke [10]. Na spojke se
nadovezuje spojni element (npr. prirubnica) koju s mjernim pretvornikom spaja ETP spoj.
ETP spoj je odabran jer je jednostavan za montau i demontau što je bitno kod zamjene
ispitivanih pretvornika, jednostavne je konstrukcije i omoguava lako povezivanje s drugim
elementima, ne zahtijeva odravanje i ne uzrokuje nikakve greške u spoju (npr. zazore ili
proklizavanje). Jeftinija alternativa je povezivanje obujmicama ili sl. Poluga je uleištena
aerostatikim leajem koji za ovaj ureaj predstavlja idealni odabir jer se momenti trenja
unutar leaja kreu u rasponu od 15-25 μN m . Dizajn poluge je takav da optereenje djeluje
tono u središtu leaja kako se ne bi javljali nepoeljni dodatni momenti savijanja u leaju.
Kao materijal poluge koristi se Super-INVAR elik koeficijenta toplinskog rastezanja
7 12 10 K . U sluaju ureaja do 2000 Nm, mogue je alternativno odabrati opciju s dva
aerostatika leaja (Slika 27) koji su industrijski dostupni. U sluaju izvedbe samo s jednim
leajem potrebno je krenuti u konstrukciju i izradu istoga (izrada prema narudbi). Cijeli
ureaj je postavljen na dvije temeljne ploe koje su zavarene na postolje koje moe biti
zavarene ili lijevane izvedbe. Prednost je dana zavarenoj izvedbi zbog ekonomskih razloga
izrade postolja.
Slika 27. Alternativna opcija uleištenja
4.2. Koncept 2
Slika 28. Koncept 2
Glavna razlika u odnosnu na prvi koncept jest nosa vratila s lijeve strane koji je u ovom
sluaju komponenta u kojoj se javlja reaktivni moment. Takoer, u ovakvoj izvedbi nije
mogue odravati, odnosno vraati polugu u horizontalni poloaj, stoga poluga mora imati
zaobljene krajeve radijusa 1 m kako bi u sluaju otklona poluge optereenje djelovalo na
tono definiranom kraku od 1 m. Prilagodba na razliite tipove pretovrnika vrši se primjenom
razliitih odstojnih elemenata (npr. prirubnice, ploice itd.). Aerostatiki leaj nalazi se na
svom postolju te je poluga konzolno uleištena što uzrokuje moment savijanja u vratilu na
mjestu leaja što je poeljno izbjei. Takav koncept ureaja nije najpovoljniji, meutim
novano je isplativiji i moe posluiti za umjeravanje pretvornika uz nešto vee smetnje u
sustavu. Ureaj je postavljen na temeljnu plou koja se moe montirati na stol ili postolje.
Slika 29. Dizajn poluge koncepta 2
4.3. Zakljuak o konceptima
Koncepti osmišljeni na temelju analize laboratorija i trišta predstavljaju dobro utemeljeno
polazište i osnovu za daljnju detaljnu konstrukcijsku razradu. Oba su koncepta prihvatljiva te
ih ne treba gledati kao potpuno definirane ureaje, ve kao modularne ureaje, gdje je sam
koncept ureaja jasno definiran dok se izvedba ureaja moe izvesti na više jednako dobrih
naina (npr. alternativna opcija uleištenja je primjenjiva i na konceptu 2). Potrebno je
svakako obratiti panju na to da ureaj bude konstruiran na nain da umanjuje sve nepoeljne
faktore koji nepovoljno utjeu na mjerenje, kao što su odstupanja osi, pogreške pri izradi
dijelova, vibracije, pojava savojnih optereenja itd. Kao uleištenje poluge, aerostatikii leaj
predstavlja uvjerljivo najpoeljniju opciju radi eliminacije trenja u leajevima, kao i krute
kompenzacijske spojke po pitanju povezivanja vratila i ostalih elemenata ureaja. ETP spoj
predstavlja najjednostavniju i najsigurniji nain povezivanja pretvornika s ostalim
elementima, no postoje pretvornici s vratilom kvadratnog presjeka te bi se u tom sluaju ETP
spoj trebao zamijeniti odgovarajuim spojem za prijenos momenta oblikom. Kao polazišni
koncept odabran je koncept 1 iz sljedeih razloga:
1. Motor odrava horizontalan poloaj poluge; jednostavniji rad s ureajem i vea
tonost
2. Poluga e biti simetrino uleištena s obzirom na leajeve što dovodi do jednakih
optereenja leajeva; koristit e se dva aerostatika leaja koji su komercijalno
dostupni
U narednom poglavlju pojašnjeni su pojedini izbori komponenata ureaja i njihova funckija s
obzirom na cilj koji ureaj treba ispuniti.
5. ODABRANE KOMPONENTE I KONSTRUKCIJSKA RJEŠENJA
5.1. Motoreduktor (aktuator)
Uslijed unošenja optereenja (pozicioniranje utega na krajeve poluge) doi e do blagog
otklona poluge. Ukoliko se eli s malom mjernom nesigurnošu umjeravati mjerne
pretvornike nuno je da krak poluge bude na tono definiranoj udaljenosti te e motor sluiti
kako bi vraao polugu u horizontalan poloaj. Druga funkcija motora je ostvarivanje
reakcijskog momenta momentu unesenom preko poluge. Odabrani aktuator je proizvoaa
Harmonic Drive, model SHA 58A 161 [19]. Aktuator je kompaktne izvedbe s
impelementiranim servo motorom unutar kuišta. Karakteristike ureaja:
Masa: 32 kg
Ugraena konica koja podrava moment do 2400 Nm
Prijenosni omjer: 161
Mogunost pozicioniranja: 0,00002
Prednosti odabranog aktuatora su mala masa, vrlo kompaktna izvedba, ugraena konica i
mogunost namještanja poloaja koja je meu najpreciznijima na trištu. Glavni nedostatak
predstavlja visoka cijena aktuatora. Alternativna rješenja su kombinacija punog prijenosnika
i servo motora ili eventualno prijenosnik pokretan runim kolom. Mane takvih ureaja su
veliina i teina i upitna tonost pozicioniranja. Prednost alternativnih ureaja je prije svega
povoljnija cijena.
5.2. Leajevi
Tipovi leajeva koji se mogu razmatrati su valjni ili aerostatiki (klizni). Glavna razlika meu
navedenim leajevima jest moment trenja. Moment trenja u valjnom leaju predstavlja iznos
momenta koji je potrebno svladati kako bi se leaj poeo rotirati. Kod valjnih leajeva taj
moment ovisi o tipu leaja i o radijalnoj sili koja na njega djeluje. Iznosi momenta trenja
variraju izmeu par desetaka do par stotina Nmm. Moment trenja kod zranih leajeva
praktiki je zanemariv, odnosno iznosi od 610 10 do 630 10 Nm. Pri umjeravanju mjernih
pretvornika moment trenja u leajevima ima veliki utjecaj kod umjeravanja malih iznosa
momenta. Kako je taj utjecaj nepovoljan i narušava preciznost ureaja poeljno ga je izbjei
te se iskljuivo iz toga razloga odabiru zrani leaji. Odabrani su zrani leajevi proizvoaa
OAV Air Bearing, model OAVTB150i75 [20]. Bitne karakteristike leajeva:
Unutarnji promjer: 75 mm
Tlak zraka: 2,7 – 6,9 bar
Proizvoa uz leaj nudi i vlastita kuišta što olakšava primjenu i montau leajeva. Takoer,
navedeni model leaja podrava i aksijalna optereenja uz specijalizirane graninike na vratilu
što osigurava vratilo ureaja od aksijalnih pomaka i udara.
Slika 31. Graninik Slika 33. Kuište leaja Slika 32. ahura leaja [20] [20] [20]
5.3. Spojke
Spojke kao strojni elementi slue za prijenos momenta i gibanja. U sluaju ureaja za
umjeravanje mjernih pretvornika statikog momenta sile spojke slue iskljuivo za prijenos
momenta, s obzirom na to da gibanja praktiki nema (izuzve vraanja poluge u horizontalan
poloaj). Spojke moraju biti torzijski krute kako bi se potpunosti prenijele kut uvijanja vratila
poluge na mjerni dio mjernog pretvornika. Mjerni pretvornik oitava moment po principu
produljenja tenzometara koji izravno ovisi o kutu uvijanja vratila poluge, a samim time i
vratila mjernog pretvornika. Dodatni zahtjev koji se namee na spojke je mogunost
eliminiranja grešaka ureaja kao što su: koaksijalnost osi, kutno odstupanje osi i aksijalno
odstupanje osi. Odabrane su krute kompenzacijske spojke proizvoaa Rexnord, model
Modulflex 9215-17-4500. Karakteriziraju ih:
Dozvoljeno aksijalno odstupanje osi: 1,6 mm
Dozvoljeno radijalno odstupanje osi: 0,45 mm
Greška koaksijalnosti osi: 0,75 mm
Nazivni moment: 2000 Nm
Ureaj e koristiti dvije spojke, svaku s jedne strane mjernog pretvornika kako bi se
maksimalno eliminirali problemi koje prouzrokuje savijanje uslijed teine mjernog
pretvornika i drugih komponenti. Takoer, korištenje dvije spojke minimizira utjecaj
eventualnih poprenih sila i ostalih utjecaja koji mogu narušiti tonost umjeravanja [10].
Slika 34. Spojka s elastinim prstenima Modulflex 9215-17-4500
[21]
Slika 35. Shema ureaja a) s dvije spojke; b) s jednom spojkom
Slika 36. Rezultati mjerenja momenta savijanja i poprenih sila u sluaju a) i b)
[10]
[10]
5.4. ETP spoj/ RINGSPANN stezni spoj
ETP spoj koristit e se kako bi mjerni pretvornik povezao s ostatkom ureaja, odnosno s
prirubnikim elementom koji se potom vee na spojku. Jednostavne je izvedbe, lako se
montira i demontira što olakšava proces izmjene mjernog pretvornika i osigurava preciznost
pozicioniranja dijelova ureaja. Pritezanjem vijka poveava se tlak ulja unutar ETP spoja koji
širi rukavac osiguravajui spoj izmeu komponenti ureaja, preciznije izmeu mjernog
pretvornika i prirubnikog elementa. Mana ovakvog spoja je visoka cijena.
Slika 37. ETP spoj
Slika 38. Ostvarivanje veze
Alternativa ETP spoju je RINGSPANN stezni spoj. Radi po principu natezne ljuske te
povezuje glatko vratilo mjernog prevoznika s prirubnim elementom koji se vee na spojku.
Glavna prednost jest povoljna cijena dok je jedina mana u odnosu na ETP spoj pritezanje
veeg broja vijaka.
5.5. Prirubnica mjernog pretvornika
Kako je promjer spojke velik (60 - 75 mm) ne postoji odgovarajui ETP spoj koji bi mogao
povezati spojku i mjerni pretvornik izravno. Takoer promjeri vratila mjernih pretvornika
variraju, ovisno o modelu mjernog pretovrnika. Iz navedenog razloga se izmeu spojke i
mjernog pretvornika nalazi prirubnica u koju se montira ETP spoj / RINGSAPNN stezni spoj.
Prirubnica je jednostavan element koji efikasno premošuje razlike u promjerima vratila
mjernog pretvornika i spojke. Isplativije je izraditi više modela prirubnica razliitih promjera i
spariti ih s odgovarajuim ETP spojevima / RINGSPANN steznim spojevima nego mjenjati
spojke kako bi se ostvarila veza mjernog pretvornika s ostatkom ureaja.
5.6. Pomino postolje aktuatora
Na kraju ureaja nalazi se pomino postolje na kojem je montiran aktuator. Kako postoje
razliite izvedbe mjernih pretvornika pa samim time i razliite veliine istih, potrebno je
osigurati aksijalno namještanje aktuatora. Pozicija na postolju podešava se runo okretanjem
kotaia za namještanje. Preciznost namještanja prema specifikacijama proizvoaa iznosi 0,1
mm. Takoer, postolje se moe dodatno opremiti pokazivaem poloaja i konicom za
osiguravanje pozicije. Aktuator s pripadnim nosivim ploama se vijcima povezuje na
pomino postolje dok se samo pomino postolje vijcima povezuje na temeljnu plou postolja
ureaja. Model odabranog pominog postolja je DryLlin HTS-30 AWM proizvoaa IGUS.
Slika 41. Pomino postolje Drylin HTS-30 AWM
[23]
5.7. Modul za oitanje nagiba poluge
Modul za oitanje nagiba poluge oitava zakret poluge oko osi ureaja, odnosno slui za
kontrolu horizontalnog poloaja poluge. Osiguravanjem horizontalnog poloaja osigurava se
toan iznos unesenog momenta tj. krak djelovanja sile teine utega bit e 1 m. Odabrani
modul je SCA121T proizvoaa Murata. Razluivost modula iznosi 0,0025 što osigurava
praktiki savršeno namještanje u horizontalan poloaj pomou aktuatora.
Slika 42. Modul za oitanje nagiba poluge
5.8. Stalak
U eventualnom sluaju preoptereenja (prilikom unosa optereenja preko utega, udara utega
itd.) treba osigurati da preoptereenje ne optereti ostale komponente ureaja, a posebice da ne
ošteti mjerni pretvornik. Konstruiran je stalak ijim se podmetanjem pod polugu ureaja
spreava prijenos optereenja na vratilo ureaja, a samim time i na mjerni pretvornik.
Prilikom stavljanja utega na nosa utega stalak dri optereenje i polugu u horizontalnom
poloaju. Kada je proces stavljanja utega završen, ukljuuje se aktuator koji preuzima polugu
s optereenjem te se laganim zakretanjem poluge stalak rastereuje i slobodno izmie.
5.9. Dizajn poluge
Ureaj za umjeravanje koristi motor za odravanje i namještanje poluge u horizontalan
poloaj stoga nije potrebno izraditi polugu sa zaobljenim krajevima. Korišteni materijal je
elik S235JR radi mehanike krutosti i povoljne cijene. Aluminij iako je osjetno lakši izrazito
je deformabilan što bi uzrokovalo znaajne deformacije na krajevima poluge. Velike
deformacije krajeva poluge unijele bi dodatnu mjernu nesigurnost u sustav po pitanju duljine
[24]
kraka poluge. Poluga je povezana s glavinom pomou dva dosjedna vijka te je optimirana
kako bi imala što manju masu, a samim time manje optereivala aerostatike leajeve.
Slika 43. prikazuje model kompletnog ureaja za umjeravanje s naznaenim bitnim
komponentama ureaja. Odreene komponente prikazane su u razliitim bojama kako bi
predodba ureaja za umjeravanje bila jasnija.
Slika 43. Ureaj za umjeravanje
Poluga
Leaj
Stalak
Graninik
leaja
Aktuator
Postolje
ureaja
Spojka
Mjerni
pretvornik
Nosa
utega
Pomino
postolje
aktuatora
Modul
oitanja
nagiba
Prirubnica
mjernog
pretvornika
6. PRORAUN KOMPONENTI UREAJA
6.1. Vratilo
Vratilo ima vanjski promjer 75 mm koji je uvjetovan unutarnjim promjerom leajeva te je
zbog smanjenja mase izraeno kao šuplje s unutarnjim promjerom 50 mm. Kritino mjesto na
vratilu je presjek preko utora za pera. Vratilo je izraeno iz elika E355.
Slika 44. Vratilo s torzijskim optereenjem
Slika 45. Shema poprenih sila vratila
Vratilo je optereeno teinom utega, nosaa utega, graninika (2 po leajnom mjestu), poluge,
prirubnice poluge, samom teinom vratila i na desnom kraju teinom spojke, prirubnice
mjernog pretvornika i polovicom teine samog mjernog pretvornika. Reakcije 1F i 2F u
leajnim mjestima oznaene su plavom bojom. Sile pri maksimalnom optereenju vratila
iznose:
poluga poluga
200 9,81 1962 N
3,7 9,81 36,3 N
mjerni pretvornik mje
14 9,81 137,3 N
1,3 9,81 12,8 N
4 9,81 39,2 N
Reakcije iznose:
graninik spojka obujmica prirubnica mj. pretv. mjerni pretvornik
2
0
400
M
G G G G G F

1 2
1271 N / 2 2
G G G
Slika 46. Dijagrami unutrašnjih sila i momenata savijanja vratila
Najvei moment savijanja djeluje na udaljenosti 247 mm od lijevog kraja vratila (Slika 46).
Na udaljenosti 270 mm od lijevog kraja (presjek kod utora za pero) vratilo postaje dodatno
optereeno i torzijski (Slika 44). Pretpostavit e se nepovoljniji sluaj, da na udaljenosti 270
mm od lijevog kraja djeluje najvei moment savijanja (u realnosti, moment savijanja u tom
presjeku nezamjetno je manji od maksimalnog). Sukladno tome, kritini presjek nalazi se na
mjestu utora za pero optereen najveim savojnim i torzijskim optereenjem.
Reducirano naprezanje red moe se izraunati prema teorij najvee distorzijske energije
(HMH teoriji) [34]:
gdje je:
kf f
gdje je:
kf - dinamiki faktor zareznog djelovanja kod savijanja,
W - aksijalni moment otpora.
m 600 N/mmR :
kf 1,9 (6.6)
4 4 4 4 375 50
=33236 mm 32 32 75
d D W
33236
(6.8)
kt t
kt - faktor zareznog djelovanja kod uvijanja,
pW - polarni moment otpora presjeka.
Prema [25] str. 38 faktor zareznog djelovanja kod uvijanja vratila s utorom za pero:
kt 2,0 (6.10)
4 4 4 4 3
p
gdje je:
D - unutarnji promjer vratila.
Naprezanje uslijed uvijanja iznosi:
42206
(6.12)
m 600 N/mmR ) faktor vrstoe materijala iznosi:
fDN 0
Uvrštavajui (6.8), (6.12) i (6.13) u (6.4) reducirano naprezanje iznosi:
2 2 2
red 11,6 3 (0,96 94,8) 158 N/mm (6.14)
Postojea sigurnost u kritinom presjeku postS mora biti vea ili jednaka potrebnoj sigurnosti
potrS , a odreuje se prema [34]:
1 2 fDN post potr
red
fDN - trajna dinamika vrstoa za naizmjenino promjenjivo naprezanje pri savijanju,
- faktor udara,
Potrebna sigurnost potrS u ovisnosti o postotnoj uestalosti maksimalnog optereenja
b bmax 0,25h h i naina optereivanja (III – naizmjenino promjenjivo optereenje) moe se
oitati iz [25] str. 34 te iznosi:
potr 1,2S (6.16)
Prema [25] str. 35 dijagram 2. uz 75 mmd faktor veliine strojnog dijela iznosi:
1 0,77b (6.17)
m 500 N/mmR i površinsku obradu vratila z 6,3R
faktor površinske obrade iznosi:
2 0,97b (6.18)
Prema [25] str. 35 tablica 2. faktor udara za lagane udarce iznosi:
1,0 (6.19)
Uvrštavanjem (6.14), (6.16), (6.17), (6.18) i (6.19) u (6.15) postignuta sigurnosti iznosi:
post potr
1,0 158 S S
6.2. Pero vratila
Moment uvijanja koji djeluje na vratilo iznosi 2000 Nm i djeluje na promjeru 75d mm.
Sila koja djeluje na pero iznosi
3
t
75
d
. (6.20)
Odabrano je pero prema DIN 6885 A20x12 nosive duljine 80 mmtl , 1 7,5 mmt ,
2 4,5 mmt .
2 2t
4,5 80 dop
2t - debljina pera u glavini,
tl - nosiva duljina pera,
dopp - dopušteni boni tlak prema [35].
Prema programskom paketu KISSsoft [27] kojim se provodi proraun pera prema normi DIN
6892 dobivene su sline vrijednosti:
Naprezanje u vratilu (boni tlak): 2133 N/mm
Naprezanje u peru (boni tlak): 2140,5 N/mm
Naprezanje u glavini s prirubnicom (boni tlak): 2140,5 N/mm
Pero zadovoljava.
6.3. Glavina s prirubnicom
Slika 47. Glavina s prirubnicom s pripadnim optereenjem
Glavina s prirubnicom optereena je momentom uvijanja prema Slika 47. Kao kritini presjek
uzima se se presjek kod radijusa. Promatraju se dvije kritine toke toga presjeka, prva na
radijusu zaobljenja, druga na mjestu utora za pero. Naprezanje uslijed uvijanja t moe se
izraunati prema [34]:
kt - faktor zareznog djelovanja kod uvijanja,
0 - faktor vrstoe materijala,
Polarni moment otpora za promatrani presjek iznosi:
4 4 4 4 3
p
3 2
84110
(6.24)
Kako se u promatranom presjeku nalaze dva mjesta zareznog djelovanja, dinamiki faktori
zareznih djelovanja su zbrojeni prema jednadbi (6.25) i dodijeljeni na mjesto radijusa
zaobljenja, odnosno na vanjski promjer glavine gdje je nominalno naprezanje uslijed uvijanja
vee nego na mjestu utora za pero. Dodatno, kako je glavina male debljine, pretpostavlja se da
e utjecaj zareznog djelovanja na unutarnjem promjeru utjecati na poveanje naprezanja na
vanjskom promjeru. Time je pretpostavljen nepovoljniji sluaj optereenja i proraun
proveden na strani sigurnosti. Ukupni dinamiki faktor zareznog djelovanja prilikom uvijanja
za promatrani presjek rauna se prema [27] kao:
kt 1,kt 2,kt1 1 1 (6.25)
gdje je:
kt - ukupni dinamiki faktor zareznog djelovanja kod uvijanja,
1,kt - dinamiki faktor zareznog djelovanja kod uvijanja za toku na radijusu
zaobljenja,
2,kt - dinamiki faktor zareznog djelovanja kod uvijanja za toku na mjestu utora za
pero.
U sluaju toke na mjestu radijusa zaobljenja dinamiki faktor zareznog djelovanja prilikom
uvijanja rauna se prema [27] kao:
1,41,kt 2 kt1 1c (6.26)
gdje je:
1,4kt - statiki faktor zareznog djelovanja kod uvijanja.
Prema [25] str. 36 dijagram 5. Uz 180
/ 1,9 95
D d :
2 1c (6.27)
/ 0,03 95
zareznog djelovanja iznosi:
1,4kt 1,6 (6.28)
1,kt 1 1 1,6 1 1,6 (6.29)
U sluaju toke na mjestu utora za pero dinamiki faktor zareznog djelovanja prilikom
uvijanja prema [25] str. 38 iznosi:
2,kt 2,0 (6.30)
iznosi:
kt 1,kt 2,kt1 1 1 1 1,6 1 2 1 2,6 (6.31)
1 2 tDN post potr
kt t
tDN - trajna dinamika vrstoa na uvijanje (naizmjenino optereenje),
- faktor udara,
t - naprezanje uslijed uvijanja,
potr 1,2S (6.33)
1 0,77b (6.34)
m 220 N/mmR i površinsku obradu z 6,3R faktor
površinske obrade iznosi:
2 0,98b (6.35)
1,0 (6.36)
Prema [25] str. 34 tablica 1. trajna dinamika vrstoa na uvijanje (naizmjenino optereenje)
tDN za materijal S235JR iznosi:
2
tDN 110 N/mm (6.37)
Uvrštavanjem (6.24), (6.31), (6.34), (6.35), (6.36) i (6.37) u (6.32) postignuta sigurnost
iznosi:

6.4. Dosjedni vijci
Slika 48. Veza poluge i glavine s prirubnicom pomou dosjednih vijaka
Poluga je povezana glavinom dosjednim vijcima. U sluaju najveeg optereenja na
krajevima poluge djeluje sila od 2000 N koja na kraku 1 m stvara moment iznosa 2000 Nm.
Kada se taj moment prenese na promjer 140 mmd na kojem su postavljeni dosjedni vijci.
Pogonska sila po jednom vijku koja optereuje spoj iznosi:
32 2 2000 10 2 28571 N
140
2 F
Vijci se nalaze u prijelaznom dosjedu s polugom i glavinom. Vijci se proraunavaju na smik
(odrez) i površinski tlak prema [35]. Materijal vijaka je elik 8.8.
Naprezanje na smik (odrez) s, max [35]:
A s, max s, dop
K F
F - pogonska sila
s, dop - dopušteno naprezanje na smik materijala vijka prema [35]
2 2
25
4

.
Dodirni pritisak izmeu vijka i poluge prema [35] rauna se kao:
A A dop
A d t
F - pogonska sila,
pt - širina poluge
2 21 14286 38 N/mm 120 N/mm
25 15 p
Dodirni pritisak izmeu dosjednog vijka i glavine istovjetan je dodirnom pritisku izmeu
dosjednog vijka i poluge pošto su dodirne površine jednake te materijali dijelova isti.
Dosjedni vijci zadovoljavaju.
6.5. Nosai utega
Nosai utega optereeni su silom teine utega koja u sluaju momenta 2000 Nm iznosi
2000N. Nosai pomou svornjaka s utorom za rascjepku prenose optereenje na polugu
ureaja.
(na optereenom dijelu svornjaka)
Slika 50. Nosa utega – uzduna sila Slika 49. Nosa utega - svornjak
Naprezanje u vijku M12 rauna se prema
2A v
76, 2
K F
jA - popreni presjek jezgre vijka prema [28] str. 505
Prema [29] dopušteno naprezanje vlano optereenih vijaka iznosi 0,8 eR materijala vijka koji
je u ovom sluaju elik S235JR ija granica teenja iznosi 2
e 235 N/mmR . Dopušteno
dop e32,8 N/mm 0,8 0,8 235 188 N/mmR - vijak zadovoljava.
Savojno naprezanje svornjaka f rauna se prema [26]:
A f, max
f f, dop
W - aksijalni moment otpora svornjaka; 30,1W d
f, dop - dopušteno naprezanje kod savijanja materijala svornjaka prema [27]
U sluaju preoptereenja nosaa utega (npr. prilikom postavljanja utega uteg se naglo poloi
na nosa i doe do udara) pretpostavit e se pogonski faktor A 1,25K .
Savojno naprezanje iznosi:
3 2 2
0,1 20
Naprezanje na smik (odrez) s, max [26]:
A s, max s, dop
4
3
s, dop - dopušteno naprezanje na smik materijala svornjaka prema [27]
2 2
203
4
. (6.45)
Dodirni pritisak izmeu svornjaka i poluge prema [26] rauna se kao:
A A dop
A d t
2 21,25 2000 8,3 N/mm 118 N/mm
20 15 p
Dodirni pritisak izmeu svornjaka i vilice nosaa utega prema [26] rauna se kao:
A A dop
A d t
2 21,25 2000 6,25 N/mm 118 N/mm
2 20 10 p
6.6. Vratilo aktuatora
t
p
T
Polarni moment otpora za promatrani presjek iznosi:
3 3 3
W d
3 2
82835
(6.52)
Dinamiki faktor zareznog djelovanja prilikom uvijanja rauna se prema [25] kao
1,4kt 2 kt1 1c (6.53)
gdje je:
1,4kt - statiki faktor zareznog djelovanja kod uvijanja.
Prema [25] str. 36 dijagram 5. Uz 200
/ 2,7 75
D d :
/ 0,4 75
zareznog djelovanja kod uvijanja:
Uvrštavanjem (6.54) i (6.55) u (6.53) dinamiki faktor zareznog djelovanja prilikom uvijanja
iznosi:
kt 1 1 1 1 1 (6.56)
1 2 tDN post potr
kt t
tDN - trajna dinamika vrstoa za naizmjenino promjenjivo uvojno optereenje,
- faktor udara,
kt - dinamiki faktor zareznog djelovanja kod uvijanja,
t - naprezanje uslijed uvijanja,
potr 1,2S (6.58)
1 0,77b (6.59)
m 220 N/mmR i površinsku obradu z 6,3R faktor
površinske obrade iznosi:
2 0,98b (6.60)
1,0 (6.61)
Prema [25] str. 34 tablica 1. trajna dinamika vrstoa na uvijanje (naizmjenino optereenje)
tDN za materijal S235JR iznosi:
2
tDN 110 N/mm (6.62)
Uvrštavanjem (6.52), (6.56), (6.59), (6.60), (6.61) i (6.62) u (6.57) postignuta sigurnosti
iznosi:

6.7. Poluga
Poluga, kao najkompleksniji dio ureaja, proraunata je u programskom paketu ABAQUS
[30]. Parametri po kojima je provedena analiza metodom konanih elemenata:
Materijal poluge: S235JR
Korišteni elementi: C3D20R, 3D elementi drugog reda s reduciranom
integracijom
U provedenoj trodimenzijskoj analizi korišteni su konani elementi C3D20R. Navedeni
elementi su elementi drugog reda (3 vora po bridu elementa) s reduciranom integracijom
(2x2x2 toke integracije). Konani elementi u obliku paralelopipeda posjeduju 3 stupnja
slobode gibanja po voru, odnosno stupnjevi slobode su komponente pomaka u Kartezijevom
koordinatnom sustavu. Funkcija pomaka unutar elementa ima u jednadbi 20 nepoznatih
konstanti ia (koliko i vorova) i moe se u opem obliku zapisati kao polinom drugog reda:
1 2 3 4 5 6 7 8
2 2 2 2 2 2 9 10 11 12 13 14
2 2 2 2 2 2 15 16 17 18 19 20
u a a x a y a z a xy a yz a zx a xyz
a x a y a z a x y a x z a y x

Funkcije oblika za vorove u vrhovima elementa opisane su izrazima:
1
i i i i i i iN (6.64)
gdje su , , lokalne koordinate s ishodištem u teištu elementa. Za vorove du ruba
elementa s koordinatama 0i , 1i , 1i funkcije su oblika [37]:
21 ( , , ) 1 1 1
4 i i iN (6.65)
6.7.2. Rubni uvjeti i optereenje
Rubni uvjeti definirani su na provrtima za dva dosjedna vijka koji povezuju polugu i glavinu.
Dosjednim vijcima se optereenje prenosi na ureaj. Kako u z smjeru optereenja nema niti je
predvieno u eksploataciji ureaja ogranieni su samo pomaci u x i y smjeru tj. pomaci U1 i
U2.
Optereenje utega se preko svornjaka prenosi na polugu. Definirana je referentna toka na
sredini provrta kojoj je opcijom coupling dodijeljena donja polovica površine provrta. Kako
su svornjak i poluga u labavom dosjedu , na donjoj polovici površine provrta ostvaruje se
kontakt navedenih dijelova. Opcija coupling omoguava da pomake površine uskladimo s
pomakom toke na koju se ona referencira. Sila koja optereuje polugu iznosi 2500 N (sluaj
preoptereenja prilikom udara utega ili sl.) te je zadana kao koncentrirana sila s hvatištem na
mjestu referentne toke.
6.7.3. Rezultati analize
Na Slika 56. prikazana je konvergencija naprezanja dok je na Slika 57. prikazano
najoptereenije podruje poluge.
Slika 57. Najoptereenije podruje poluge
20
40
60
80
100
120
140
160
Rezultati analize ukazuju na najoptereeniji dio poluge prema Slika 57. uz iznos naprezanja
od 2139 N/mm . Poluga e u eksploataciji biti naizmjenino optereena te se kao referenta
dopuštena vrijednost naprezanja uzima trajna dinamika vrstoa za naizmjenino naprezanje
materijala S235JR koja iznosi 2
fDN 170 N/mm . Obzirom na dinamiku vrstou materijala
poluga zadovoljava.
Dodatno, analiza poluge mogla se provesti i dvodimenzijski (korištenje manje resursa, bra
analiza) no kako geometrija poluge nije komplicirana i ne zahtjeva korištenje puno resursa
odlueno je provesti analizu trodimenzijski.
Kontakti izmeu poluge i dosjednih vijaka i poluge i svornjaka kojima se prenosi optereenje
nisu modelirani jer cilj analize nije razmatranje naprezanja dosjednih vijaka i svornjaka te
meusobnog utjecaja navedenih komponenti ve samo naprezanje poluge. Dosjedni vijci i
svornjaci ve su prethodno proraunati u ovom radu.
7. POSTUPAK UMJERAVANJA
Postupak umjeravanja opisan je prema smjernici EURAMET cg-14 v. 2.0 (03/2011) te normi
HRN EN ISO 6789-2 dodatak C.
7.1. EURAMET cg v. 2.0 (03/2011)
7.1.1. Podruje primjene
Podruje koje obuhvaa smjernica EURAMET odnosi se:
1. Na ureaje za mjerenje momenta gdje se oitanje momenta temelji na mjerenju
elastine deformacije tijela ili neke druge mjerne veliine koja je proporcionalna
elastinoj deformaciji
2. Smjernica se odnosi na umjeravanje pomou statikog momenta sile na ureajima koji
koriste uleištene poluge ili se umjeravanje vrši na ureajima koji koriste metodu
usporedbe opisane u poglavlju 2. ovog rada
3. Ureaj za umjeravanje definiran je kao instrument koji obuhvaa sve svoje dijelove,
mjerni pretvornik te pripadajui ureaj za prikaz vrijednosti. [31]
7.1.2. Ureaj za umjeravanje
Svi dijelovi i oprema koja se koristi prilikom umjeravanja ili sainjava sam ureaj i opremu
za mjerenje treba biti pojedinano i jednozano utvrena. Mjerni pretvornik treba biti naveden
s pripadajuim maksimalnim radnim momentom i rasponom momenta koji je u stanju mjeriti.
Mjerni pretvornik i pripadajue komponente koje su mehaniki povezane s istim moraju biti
konstruirane i sklopljene tako da je mogua primjena momenta u oba smjera, odnosno u
smjeru kazaljke na satu i smjeru obrnutom od smjera kazaljke na satu. [31]
7.1.3. Test preoptereenja
Prije prvog umjeravanja, preporuljivo je mjerni pretvornik i pripadajue spojke podvrgnuti
dvama testovima preoptereenja. Moment preoptereenja treba biti 8 – 12% veeg iznosa od
nominalnog momenta kojim e se opteretiti mjerni pretvornik. Navedeni moment potrebno je
zadrati u rasponu od 1 -1,5 minute. Test preoptereenja izvodi se iz sigurnosnih razloga kako
bi se utvrdilo da je mjerni pretvornik ispravan te kako ne bi došlo do štete prilikom samog
procesa umjeravanja. [31]
7.1.4. Postavke prije procesa umjeravanja
Ureaj za prikaz vrijednosti treba biti namješten u skladu s proizvoaevim
preporukama i u skladu s naruiteljevim specifikacijama. Prije umjeravanja poeljno
je provjeriti pokazni ureaj kako ne bi ugrozio tonost umjeravanja. Takoer,
podešavanja i vrijednosti postavki pokaznog ureaja nuno je zabiljeiti prije i nakon
procesa umjeravanja.
Ureaj za umjeravanje s ukljuenim dovodom energije potrebno je postaviti u mjernu
okolinu dovoljno vremena prije samog procesa umjeravanja kako bi mu se
temperatura stabilizirala.
Potrebno je izmjeriti i zabiljeiti nulti signal mjernog pretvornika prije njegove
montae u ureaj za umjeravanje. Nulti signal mjernog pretvornika mjeri se u
specificiranom poloaju ovisno o mjernom pretovrniku.
Potrebno je identificirati montani poloaj mjernog pretvornika u ureaju za
umjeravanje. Pogrešna montaa mjernog pretovrnika moe uzrokovati loš prijenos
momenta te samim time i pogreške u mjerenju. [31]
7.1.5. Postupak umjeravanja
Nakon montiranja u ureaj za umjeravanje, mjerni pretvornik potrebno je predopteretiti tri
puta u smjeru u kojem e se vršiti umjeravanje. Moment predoptereenja treba biti jednak
maksimalnom radnom momentu mjernog pretvornika. Dodatno, prilikom svake promjene
poloaja mjernog pretovrnika potrebno je jednom predopteretiti mjerni pretvornik. Trajanje
predoptereenja treba iznositi 30 sekundi te je potrebno zapisati vrijednost s ureaja za prikaz
vrijednosti. [31]
Mjerni pretvornik poeljno je umjeravati u 3 razliita poloaja. Montani poloaji definirani
su rotacijom mjernog pretvornika s pripadajuim mehanikim elementima (spojke, prirubnice
itd.) za 120
oko mjerne osi ureaja za umjeravanje. Ako se koristi mjerni pretvornik s
kvadratnim presjekom vratila ili kvadratnog prihvata potrebno je provesti umjeravanje u 4
poloaja. [31]
7.1.5.2. Raspon umjeravanja
Preporueni minimalni broj koraka umjeravanja je 5. Koraci su podijeljeni u priblino
jednaka optereenja u iznosu od 20 - 100% EM .
Za izraun prilagoene krivulje (eng. fitting curve) minimalan broj koraka je 5.
U sluaju kada je potrebno umjeravati mjerni pretvornik momentima manjima od 20% EM
koraci umjeravanja iznose 10%, 5%, 2% EM . [31]
7.1.5.3. Uvjeti prilikom unosa optereenja
Uslijed puzanja materijala uslijed optereenja moe doi do pogreške u izmjerenoj vrijednosti
mjerenja te je stoga potrebno vremenski period izmeu dva koraka umjeravanja odravati
jednakim. Izmjerena vrijednost moe se zapisati s ureaja za prikaz vrijednosti tek kada se
stabilizira.
Umjeravanje bi se trebalo provesti pri stabilnoj sobnoj temperaturi koja maksimalno varira za
1 C. Temeperatura prostorije u kojoj se provodi umjeravanje treba biti u rasponu od 18

Uređaj za umjeravanje mjernih pretvornika statičkog

Text of Uređaj za umjeravanje mjernih pretvornika statičkog

Razvoj i umjeravanje prijenosnoga sustava za mjerenje ...hrast.sumfak.hr/~nms/v29/bosner_1-15.pdf · vlage u trenutku ru{enja stabla. Saarilahti(2002)zapotrebeizra~unafaktorakret-nosti

MEĐUDJELOVANJE POSTUPKA GRAĐENJA I STATIČKOG …gfosweb.gfos.hr/portal/images/stories/studij/sveucilisni-diplomski/mostovi-ii/04... · Međutim, isti se NS može izvesti na dva,

DOKUMENTACIJA ZA NADMETANJE...- Kompenzacija radijusa alata (G40,G41,G42) - Kompenzacija dužine alata (Txxyy) 4. Umjeravanje alata, 5. Nulta točka, 6. Ispunjavanje zapisnika o prijavi

RAZVOJ SUSTAVA ZA INTERFERENCIJSKO UMJERAVANJE …

UNIVERZA V MARIBORU - FERI · Zasnova podatkovne baze: Štefan Masič Zasnova oblikovnega pretvornika: ... 6 Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko - avtomatizacija

Mjerač broja okretaja sa LCD ekranom i analognim izlazomIzlazne karakteristike mjernih pretvornika su: mjerni signal, područje mjernog signala, vrsta mjernog signala, izlazna impedancija

ZAVRŠNI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/313/1/10_07_2008_pere_zavrsni_1.pdf · statičkog i kinematičkog profila vozila. U drugom dijelu obrazloženo je vijuganje vozila,

NORMA IEC 61850 I ELEKTROENERGETSKA OPREMA · –Umjeravanje tih mostova za sada ne nudi niti jedan metrološki zavod • Problem provjere točnosti u prijelaznim stanjima –Ispitne

ZAVRŠNI RAD - repozitorij.fsb.hrrepozitorij.fsb.hr/8773/1/Vrančić_2018_završni_preddiplomski.pdfeksperimentalnom dijelu rada vrši se umjeravanje tenzometra pomoću dvije poznate

UPUTSTVO ZA POČETNIKE - poincare.matf.bg.ac.rspoincare.matf.bg.ac.rs/~marija/oop/vezbe/cas04/Ovo je prica koju vrlo... · vežbama smo naveli dobar primer statičkog atributa: brojač

Temperature and Injection Current dependent ... papers/MIDEM_46(2016)3p142.pdf · in vzbujalnega toka za primer enosegmentnega enospojnega pretvornika laserske moči izdelanega iz

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET …...S. Medić: Razvoj sustava za umjeravanje mjernih skala ZAHVALA Ovom priliko prvenstveno bih se želio zahvaliti mentoru prof.dr.sc. Vedranu Mudronji

slobodanpraljak.comslobodanpraljak.com/MATERIJALI/RATNI DOKUMENTI/Anex_genezi_su… · ( isporuka, priprema, montaza kombiniranog magazina umjeravanje ) — Uspostavljanje LB,

Microsoft Word - Dinamika Merilnega Pretvornika Za Tlak

ENERGETSKI ARHITEKTURA - Cekate · 2013-04-02 · kim pravilima predviđena je kuća s kosim krovom koji ne omogućuje optimalnu usmjerenost sunčanih pretvornika. Pasivna kuća N2

Uputstvo za montažu i servisiranje VIESMANN - … · grejne ili vodovodne cevi radi oslobađanja od statičkog naelektrisanja. Opravke! Pažnja Opravke sastavnih delova sa bezbednosno-tehničkom

2. ZADATAK (8 bodova)...2. ZADATAK (8 bodova) Dimenzionisati drvenu rožnjaču pravougaonog poprečnog presjeka, opterećenu ravnomjerno raspodijeljenim opterećenjem, statičkog sistema

HYDROMETTE BL - GANN · 2014-11-24 · - Statički elektricitet – kod niske vlage mogu se pojaviti naboji statičkog elektriciteta sa visokim naponom, praćeni vanjskim utjecajima

Oglasnik za normativne dokumente31.45.242.218/pdf/Oglasnik511.pdf(ISO 3987:2010+Cor 1:2011) HRN ISO 7507-4:2011 en pr Nafta i tekući naftni proizvodi – Umjeravanje vertikalnih cilindričnih

DIPLOMSKI RAD - CORE · 1.1. Električni mjerni pretvornici statičkog momenta sile ..... 2 1.1.1. Oblik mjernog dijela pretvornika i načini prijenosa momenta sile ..... 2 1.1.2

UNIVERZALNI POLNILNIK Z VRŠNO MOČJO - core.ac.uk · prikazana s simbolom Zener diode. ... Tabela 6.5: Rezultati meritev izkoristka pretvornika z iskanjem vršne moči z diodo.....54

Upute za uporabu - Digitron · zaštita od preoptereenja pretvornika automatsko iskljuivanje, indikator punjenja i ispražnjenosti baterije RS-232 serijsko komunikacijsko suelje Interni

IZVJEŠĆE O OBAVLJENOJ · PDF filematerijala bez razaranja, toplinska obrada materijala i umjeravanje uređaja, tribološka ispitivanja materijala, projektiranje i stručni nadzor,

SADRŽAJ - SMEITS - Savez mašinskih i elekrotehničkih ... · Web viewMrđanov: Pravilnici iz elektroenergetike (sa komentarom) – Postrojenja, nadzemni vodovi, zaštita od statičkog

Povećanje razlučivosti A/D pretvornika oblikovanjem šuma

Digitalna vaga za mjerenje statičkog elisnog potiska

ZAVRŠNI RAD - FSBrepozitorij.fsb.hr/5063/1/Marsic_2016_zavrsni...Peć za umjeravanje po pravilu ima izotermalni blok, tako da zona umjeravanja u tom slučaju obuhvaća blok i rupe

VLT® HVAC Drive Navodila SW2files.danfoss.com/download/Drives/doc_MG11A536.pdf · Vrednost, navedena na napisni ploščici frekvenčnega pretvornika, temelji na tipičnem 3-faznem

AUTOMATIZIRANO UMJERAVANJE OTPORA · PDF fileNa predmetu "Mjerenja u elektrotehnici", sudjelujem kao voditelj na laboratorijskim vježbama, te držim i auditorne vježbe iz istog predmeta

Primjena rezultata statičkog penetracijskog pokusa za

Documents

Uređaj za umjeravanje mjernih pretvornika statičkog

Text of Uređaj za umjeravanje mjernih pretvornika statičkog