osovine, vratila, rukavci_WEB

ULEŢIŠTENJA I VOĐENJA
Osovine, vratila, rukavci
1
Mehatroničke konstrukcije
OSOVINE
 Osovine su elementi mehatroničke konstrukcije
koji nose na sebi druge mirujuće ili rotirajuće
dijelove kao što su remenice, tarenice, zupčanici,
rotori itd.
 Osovine mogu mirovati, tako da se na njima
okreću smješteni strojni dijelovi, ili mogu rotirati
zajedno sa dijelovima koji su smješteni na njima.
 Osovine su opterećene samo na savijanje i
ne prenose okretni moment.
2
Mehatroničke konstrukcije
OSOVINE
3
Mehatroničke konstrukcije
OSOVINE - Izvedbe osovina
Osovina stalnog poprečnog presjeka
1. Osovina
2. Rukavac
3. Leţaj
Osovina promjenjivog poprečnog presjeka
4
Mehatroničke konstrukcije
OSOVINE - Izvedbe osovina
 Osovine imaju odgovarajući broj rukavaca s
pomoću kojih se uleţišćuju u leţaje.
 Broj rukavaca ovisi o:
 Veličini opterećenja
 Duljini osovine
 Mjestu ugradnje osovine
 Najveći promjer osovine je na mjestu najvećeg
opterećenja na savijanje.
 Promijene poprečnog presjeka moraju biti
izvedene postupno.
5
Mehatroničke konstrukcije
OSOVINE - Izvedbe osovina
 Pune osovine
 Šuplje osovine
 Manja vlastita teţina
 Manje opterećenje na savijanje
 Manje opterećenje leţaja
6
Mehatroničke konstrukcije
OSOVINE - Opterećenje osovina
 Osovine su opterećene na savijanje zbog:
 Dijelova koje nose
 Vlastite teţine
 Utjecaja vanjskih sila
 Kod proračuna osovina određuje se najmanji
dopušteni promjer osovine koji će izdrţati
naprezanje na savijanje.
7
Mehatroničke konstrukcije
OSOVINE - Opterećenje osovina
 Iz uvjeta ravnoteţe
 Izračuna se moment savijanja
Ms zatim se odredi najmanji
mogući promjer osovine i provjeri naprezanje na savijanje
za izabrani materijal.
8
Mehatroničke konstrukcije
OSOVINE - Opterećenje osovina
 Moment savijanja kojim je opterećena osovina (na slici)
 Naprezanje na savijanje
Wx [mm3] - moment otpora poprečnog presjeka
σs
[N/mm2] - stvarno naprezanje na savijanje
σs dop [N/mm2] - dopušteno naprezanje na savijanje za
materijal osovine
9
Mehatroničke konstrukcije
OSOVINE - Opterećenje osovina
 Najmanji dopušteni promjer pune
osovine (dv)
(d) odnosno šuplje
 m - faktor oblika poprečnog presjeka
 za pune osovine
 za šuplje osovine
10
Mehatroničke konstrukcije
m=1
OSOVINE - Primjer za vjeţbu
 Izračunajte potreban promjer pune osovine prema
slici, opterećene silom od 20 N koja djeluje na
udaljenosti od oslonca a = 20 mm i b = 15 mm.
Čelik za osovinu ima dopušteno naprezanje na
savijanje 800 N/mm2.
11
Mehatroničke konstrukcije
VRATILA
 Vratila su elementi mehatroničke konstrukcije koji
nose na sebi druge elemente za prijenos okretnog
momenta kao što su remenice, tarenice, zupčanici,
lančanici itd.
 Vratila se okreću oko svoje uzduţne osi i prenose
okretni moment i snagu.
 Vratila mogu biti:
 Stalnog poprečnog presjeka
 Promjenjivog poprečnog presjeka
12
Mehatroničke konstrukcije
VRATILA - Izvedbe vratila
Ravna vratila
 Puna vratila
 Šuplja vratila (centrični uzduţni provrti)
13
Mehatroničke konstrukcije
VRATILA - Izvedbe vratila
Savitljiva vratila
 Izrađuju se zavojnim namatanjem čelične ţice
(od 0,3 do 3 mm) oko savitljive jezgre u jedan ili
više slojeva.
 Smjer namatanja svakog sloja suprotan je
prethodnom, a između slojeva nema zračnosti.
 Upotrebljavaju se za prijenos manjih snaga kod
vratila koja mijenjaju poloţaj i udaljenost.
 Brzinomjer, brojilo, bušilica…
14
Mehatroničke konstrukcije
VRATILA - Izvedbe vratila
Savitljiva vratila
15
Mehatroničke konstrukcije
VRATILA - Izvedbe vratila
Zglobna vratila
 Sluţe za prijenos između dvaju vratila kojima su osi
usporedne ili se kriţaju pod kutom.
 Povezana su kuglastim ili kriţnim zglobovima.
 Mogu biti:
 Stalne duljine
 Teleskopska (tokom prijenosa duljina im
se moţe promijeniti)
16
Mehatroničke konstrukcije
VRATILA - Opterećenja vratila
 Vratila su opterećena na savijanje i uvijanje
 Sile koje opterećuju vratilo su
 Teţine elemenata za prijenos snage
 Vlastita teţina
 Obodne sile pri prijenosu okretnog momenta
 Vratilu se određuje najmanji dopušteni promjer i
provjerava se naprezanje na uvijanje za odabrani
materijal vratila.
17
Mehatroničke konstrukcije
VRATILA - Opterećenja vratila
 Vratilo sa učvršćenim elementima promatramo kao
opterećenu zavojnu oprugu s progibom (f).
 Zbog vrtnje nastaju impulsi centrifugalnih sila kao
posljedica promjene teţišta masa.
 Vratilo titra zbog stalne promjene zakretnog momenta.
18
Mehatroničke konstrukcije
VRATILA - Opterećenja vratila
 Ako se izjednače pogonska brzina vratila (n) i
frekvencija vlastitog titranja moţe doći do
mehaničke rezonancije.
 Posljedice:
 Nejednolika brzina vrtnje
 Amplituda titranja se povećava
 Progib (f) raste
 Lom vratila
19
Mehatroničke konstrukcije
VRATILA - Opterećenja vratila
 Kritična brzina vrtnje (nk) je brzina vrtnje kod koje
moţe doći do mehaničke rezonancije.
 Da bi se izbjegla pojava mehaničke rezonancije
pogonska brzina vrtnje (n) mora biti ili manja ili
veća od kritične brzine vrtnje (nk)
 n ≤ (0,9 do 0,95) nk ili
 n ≥ (1,1 do 1,15) nk
20
Mehatroničke konstrukcije
VRATILA - Opterećenja vratila
 Najmanji dopušteni promjer vratila
m - faktor oblika poprečnog presjeka (vidi osovine)
τt dop [N/mm2] - dopušteno naprezanje na uvijanje za
P
n
21
[kW]
[min-1]
Mehatroničke konstrukcije
materijal vratila
- snaga koja se prenosi vratilom
- pogonska brzina vrtnje
VRATILA - Opterećenja vratila
 Naprezanje na uvijanje:
 Moment torzije za vratilo:

Wp = 2 Wx [mm3] - polarni moment otpora
poprečnog presjeka
22
Mehatroničke konstrukcije
VRATILA - Opterećenja vratila
 Kritična kutna brzina osovina i vratila
c
[N/mm] - krutost vratila (osovine)
M
[kg]
- ukupna masa koja se vrti
g = 9,81 [m/s2] - teţno ubrzanje
f
23
[mm]
Mehatroničke konstrukcije
- progib vratila ili osovine
VRATILA - Opterećenja vratila
 Kritična brzina vrtnje
K - faktor uleţištenja
K = 1 za osovine i vratila koja se slobodno vrte u leţajima
K = 0,9 za konzolno uleţištene osovine i vratila
K = 1,3 za kruto uleţištene osovine i vratila
24
Mehatroničke konstrukcije
VRATILA - Opterećenja vratila
 Krutost osovine i vratila
E [N/mm2] - modul elastičnosti materijala izrade
Ix [mm4] - moment tromosti poprečnog presjeka
l [mm]
- razmak između leţaja
 Ako je vratilo teško i opterećeno, tada je potrebno
računati i naprezanje na savijanje prema izrazu za
imaginarno naprezanje na savijanje.
25
Mehatroničke konstrukcije
VRATILA - Primjer za vjeţbu
 Puno vratilo i zupčanik učvršćen na sredini vratila,
zajedno teţe 1,2 N. Pogonska brzina vrtnje je
2900 min-1.Vratilo je uleţišteno u dvama kliznim
leţajevima. Promjer vratila 5 mm, a razmak između
leţajeva 100 mm. Vratilo je od čelika modula
elastičnosti 2·105 N/mm2. Kolika je kritična brzina
vrtnje i postoji li pri pogonskoj brzini vrtnje
opasnost od pojave mehaničke rezonancije?
26
Mehatroničke konstrukcije
MATERIJALI OSOVINA I VRATILA
 Ovisno o vrsti opterećenja za izradu osovina i
vratila upotrebljavaju se:
 Konstrukcijski čelici
 Ugljični čelici
 Legirani čelici
 Karakteristike materijala
 Čvrstoća odabranog čelika
 Otpornost na koncentraciju naprezanja
 Otpornost na koroziju
27
Mehatroničke konstrukcije
RUKAVCI VRATILA I OSOVINA
 Rukavci su dijelovi osovina i vratila kojima se
oslanjaju na valjne ili klizne leţaje (ulaze u leţaje) ili
na nepokretne dijelove.
Podjela rukavaca prema obliku:
Valjkasti
Kuglasti
28
Mehatroničke konstrukcije
Stoţasti
RUKAVCI VRATILA I OSOVINA
Podjela rukavaca prema djelovanju sile (opterećenja):
 Uzduţni ili aksijalni
 Poprečni ili radijalni
Fa
Fr
F
Fa
 Uzduţno poprečni ili radijalno-aksijalni
29
Mehatroničke konstrukcije
Fr

Download Report