Luentojen viikko-ohjelma

Transkriptio

1 Luentojen viikko-ohjelma periodi viikko aihe opettaja 1 36,37 Johdanto, historiaa, suunnittelu, CE -merkki, kuormitus, kestävyys, materiaalit, valmistus Yrjö Louhisalmi 1 38,39,40 liitososat ja liitokset: ruuvit, hitsaus Yrjö Louhisalmi 1 40,41 laakerit, ketjuvälitykset Yrjö Louhisalmi 1 42,(43) hihnavälitykset Yrjö Louhisalmi 2 44,45 laakereiden voitelu, jouset, liimaus, niittaus, liitosesimerkkejä, laakerointi ja tiivistys välikoe Yrjö Louhisalmi 2 46,47,48 akselit ja niiden liittäminen Tapio Korpela 2 48,49 kytkimet ja jarrut Tapio Korpela 2 49,50 hammasvälitykset Tapio Korpela 2. välikoe

2 Vaihteen tarve Pyörimisnopeutta tai momenttia muutetaan, jotta moottorin ominaisuudet sopivat paremmin käyttötarkoitukseen. Moottori ja käyttölaite sijoitetaan erilleen toisistaan. Moottorin ja käyttölaitteen akselien suunnat poikkeavat toisistaan. Vaihteen valintaan vaikuttavat myös Huollontarve hinta Erityiskäyttö: teräketju, kuljetinketju, kokoaja, ym. Useita vaihteita yhdessä - vaihteisto Vaihteiden portaaton muuttaminen, mm. variaattori Kytkin Värähtelyjen ja iskujen vaimennus Muuta huomioitavaa vaihteista Taajuusmuuttaja korvaa vaihteita. Vaihde kuormittaa mm. sähkömoottorin laakereita.

3 Vaihteiden ominaisuuksia Hammasvaihde ketju lattahihna kiilahihna hammashihna Maks. teho kw Suurin momentti knm Suurin kehänopeus m/s Maksimivälitys 15:1 6:1 15:1 10:1 15:1 välitystarkkuus hyvä hyvä kohtalainen kohtalainen hyvä hyötysuhde 0,94-0,98 0,94-0,98 0,98-0,99 0,92-0,97 0,93-0,98 käyttölämpötila käyntiääni voimakas voimakas hiljainen hiljainen meluisa voitelutarve kyllä kyllä ei ei ei

4 Ketjukäytöt Rullaketjun ketjupyörää koskettava osa on karkaistu pyörivä rulla. Se on sidottu sivulevyillä viereisiin rulliin. Ketjupyörän hampaiden sivut ovat pyörimissäteen suhteen vinot ja rulla pyrkii vedossa vierimään ulos päin. Tällöin ketju kuitenkin kiristyy ja asettuu omalle pyörimisympyrälleen. Tästä syystä kosketuspaine jakaantuu jokaiselle ketjua koskettavalle ketjupyörän hampaalle niin, että lähestyttäessä ketjun jättökohtaa ketjupyörällä paine häviää. Tässä ketjukäyttö poikkeaa täydellisesti hammaspyöräkäytöstä, missä kosketuspaine kohdistuu z 1 = 17 z 2 = 25 pääasiassa vain yhteen hammaspariin kerrallaan. Ilmiö johtaa siihen, että ketjukäytön tehonsiirtokyky on ensi sijassa riippuvainen ketjun laadusta, ei ketjupyörän. Ketjupyörässä voi olla hampaiden kohdalla jopa jakovirheitä ja sen materiaali voi olla pehmeää koneistettavaa terästä tai valurautaa. Ylikuormituksissa ketjupyörä ei koskaan tuhoudu, vaan ketju katkeaa.

5 Ketjuvälityksen geometria

6 Tappi-, holkki- ja rullaketju... Tappiketjussa ensimmäinen sivulevy kiinnitetään tappiin, toinen saranoidaan siihen. Holkkiketjussa ensimmäinen sivulevy kiinnitetään tappiin, toinen holkkiin. Sarana on tapin ja holkin välissä. Rullaketju on kuin holkkiketju, mutta holkin ympärillä on lisäksi rulla (kuva). Tapeiksi voidaan valita myös pidemmät tapit. Sivulevyiksi voidaan valita suorat tai taivutetut kiinnikelevyt. Ketju voi olla yksi tai monirivinen.

7 Rullaketjun tärkeimmät mitat d 1 rullan halkaisija, d 2 tapin halkaisija b 1 sisäleveys, b 2 ulkoleveys p ketjun jako

8 Valmistajien luettelotietoja Polkupyörän ketju: jako p x sisäleveys b 1 - lenkkiluku: 1/2 x 3/

9 Ketjun liitoslenkit Ketju voidaan yhdistää erilaisten liitoslenkkien avulla.

10 Kuljetinketju Akkumuloivassa ketjussa isot vapaasti pyörivät rullat keräävät esimerkiksi pakkauksia yhteen kuljettimella.

11 Levykimppuketju Käytetään kuormaketjuna hississä jne (edestakainen liike).

12 Rotary-ketju supistetut lenkit sysäys- ja iskukuormiin sietää karkeaa likaa

13 Monilevyinen tappiketju eli Gallin ketju Käytetään kuormaketjuna. Ei sovellu tehonsiirtoon.

14 hammasketju Käytetään mm. jakoketjuna moottoripyörien moottorissa. Hiljainen käyntiääni

15 Ketjuvälityksen etuja joustaa, mutta ei luista välityssuhde vakio pitkät akselivälit ja väliakselit mahdollisia ei esikiristystä, pieni laakeripaine akseleilla hyötysuhde jopa 0,99 pieni asennustarkkuus toimii huonoissakin olosuhteissa yksinkertainen ja halpa helppo liittää ja jatkaa standardiosia saatavissa

16 Ketjuvälityksen haittoja välityssuhde vaihtelee välyksiä esiintyy nykivä käynti vaatii yhdensuuntaiset akselit osat kuluvat värähtelee ja meluaa tarvitsee voitelun ketju venyy ja pitää kiristää monivaihteisen välityksen toteutus vaikeaa

17 Ketjupyörän hampaiden määrä z vaikuttaa käynnin tasaisuuteen [Decker, Maschinenelemente, 9 p., Hanser, 1985.]

18 Ketjuvälityksen suunnittelu välityssuhde i = 1 / 2 = n 1 / n 2 = z 2 / z 1 = d 2 / d 1 minimihammasluku z 1 > 17 z 1 > 21 keskisuurelle ja suurelle ketjunopeudelle hammaspyöriin pariton, jaoton hammasluku ketjuun parillinen lenkkimäärä (-> tavallinen liitoslenkki) Jos kuormitus on iskumainen akselille tarvitaan liukukytkin tai ketjupyörän kiinnitykseen murtosokka.

19 Ketjun akseliväli a a0 = alustava akseliväli ( 40p) X0 = 2 a 0 p z 1 2 n = alustava lenkkiluku, josta pyöristämällä 2 z k a lähimpään parilliseen kokonaislukuun saadaan lenkkiluku X. kn = z 2 2 p = jako, Lopullinen akseliväli: a = p 4 k z p = lenkkilukukerroin z1, z2 = hammasluku. 2 1 k1 8kn, k1 = X - z1 z 2 2 = etäisyyskerroin

20 Rullaketjun valintakäyrästö Jako [mm]. Merkintä Nr. 20B viittaa eurooppalaistyyppiseen ketjuun (DIN 8187).

21 Drehzahl = pyörimisnopeus (r/min.) Teilung = jako (mm) Alkuperäinen DIN mukainen valintakäyrästö (kts. esimerkki). Merkintä Nr. 20A viittaa amerikkalaistyyppiseen ketjuun.

22 Ketjuvälityksen välittämä teho P lask Vaativammat käyttöolosuhteet huomioidaan nimellistehon P nim (moottoriteho tms.) korjauskertoimilla. Plask = Pnim kk kz 1,085 kz = 19 z1 = hammaslukukerroin Pnim = nimellinen teho kk käyttökerroin tasainen kk = 1,0 epätasainen kk = 1,5 iskumainen kk = 2,0 painokone työstökone puhallin rullaportaat kalanteri kuivatusrumpu keskipakopumppu nesteen sekoittaja betonimylly hollanteri kuulamylly mäntäpumppu nostokoneet puristimet vasaramylly öljynporauslaitteet ruoppauskone murskaimet

23 Tarkennettu laskennallinen teho P lask P'lask = Plask /(ka km kt kp ke kv) akseliväli 20 p 30 p 40 p 60 p 80 p akselivälikerroin 0,85 0,94 1 1,08 1,15 ka voiteluolosuhteet hyvä voitelu, ei epäpuhtauksia puutteellinen voitelu, ei epäpuhtauksia puutteellinen voitelu, epäpuhtauksia erittäin puutteellinen voitelu, epäpuhtauksia erittäin puutteellinen voitelu, likaiset olosuhteet ei voitelua, likaiset olosuhteet voitelukerroin kv 1 0,9 0,7 0,5 (v < 4 m/s); 0,3 (v = 4 7 m/s) 0,3 (v < 4 m/s); 0,15 (v = 4 7 m/s) 0,15 (v < 4 m/s); 0,3 km = ketjumuotokerroin, (normaalisti = 1, supistetuille lenkeille = 0,8) kt = ketjutyyppikerroin (rullaketjut = 1, holkkiketjut 0,5) kp = 0,9 (K-2), missä K = ketjupyörien lkm ke = 3 L 0 / Lv, missä L0 = h ja Lv = haluttu kestoikä

24 Varmuusluvut ketjulle Vetävällä puolella staattinen vetokuorma: F=P/v josta dynaaminen vetokuorma: F d = F k k ketjuun kohdistuva keskipakovoima: F c = q v 2, P=teho, v= z 1 *p *n 1 =nopeus, k k =käyttökerroin, q=ketjun pituusmassa Vetopuolen normaalivoima: N = F d + F c Varmuusluvut: - staattiselle kuormitukselle n s = F M /F > 7 - dynaamiselle kuormitukselle n d = F M /N > 5 F M = ketjulle ilmoitettu murtokuorma. Akseliin kohdistuva voima: F w ~1,5 F

25 Kestoikä pintapaineen perusteella (nopeat välitykset) p zull /p 0,8 0,9 0,95 1,0 1,2 L h p zull = c λ p 0 saadaan seuraavan sivun taulukosta p = N/A N = vetopuolen normaalivoima A = ketjun nivelten laakeripinta-ala (valmistajan taulukkotieto)

26 [Decker, Maschinenelemente, 9 p., Hanser, 1985] Einfach =yksirivinen z 1 pienemmän ketjupyörän hammasluku

27 Voitelu

28 Esimerkki ketjukäytön mitoituksesta Nelisylinterisen dieselmoottorin teho (P = 60kW, n 1 = 600 r/min.) siirretään rullaketjun avulla kaksisylinteriselle mäntäpumpulle: i = 4, a 0 ~2000mm. Valitaan käyttökerroin k k = 1,5 ja z 1 = 17 eli hammaslukukerroin k z = 1,1 -> P lask = 60kW*1,1*1,5= 99kW Ketjuksi valitaan kolmirivinen tyyppi 28A, jolle jako p= 44,45 mm (DIN8188 mukaan, kts. kaavio). v= z 1 p n 1 = 17 *0,04445 m *10 1/s = 7,6 m/s z 2 = 4 z 1 = 68 k n = ((68-17)/2 ) 2 = 65,884, X 0 = 133,95 -> valitaan X=134, k 1 = 91,5 -> a= 2001 mm

29 F=P/v = 60 kw/7,6 m/s = 7,9 kn F d =F k k =7,9 kn * 1,5 = 11,9 kn F c =q v 2 = 21,7 kg/m (7,6m/s) 2 = 1253 N N=F d +F c = 13,1 kn n s = F M /F = 517,2kN/7,9kN = 65,5>7 n d = F M /N = 517,2kN/13,1kN = 39,5>5 Kestoikä: p= N/A = 17050N/14,16cm 2 = 1204 N/cm 2 p 0 = 1420N/cm 2, = 1,08 [Decker, Tab A23.7] p zull = c p 0 = 0,85 1, N/cm 2 = 1304 N/cm 2 p zull /p = 1304/1204 = 1,08 -> kestoikä luokkaa h Akseliin kohdistuva voima F w ~1,5 F = 1,5 * 7,9 kn = 12 kn Voitelu roiskevoitelulla.

30 Ketjupankko pelkkahakkurin teräpyörien välissä.

31 145 SR 10 Harja 145 SR x240 Särmäyskurso Särmäyskurson vastaanottokuljetin

32 vipu pitkä reikä M16 Harjan käyttö on toteutettu ketjulla. Harja puhdistaa laudan päältä mukaan pyrkivät hakkeen palaset. Se kuluu tietenkin ajan mittaan ja sen asentoa on kyettävä säätämään pitäen huolta samalla ketjun sopivasta kireydestä. Harja on kiinnitetty yhdestä pisteestä nivelöityyn vipuun. Nivelen rakenne on oheisessa kuvassa. Nivel löysätään yhdellä ainoalla ruuvilla ja kiristetään haluttuun asentoon.

33 Ketjun nopeus on yleensä suhteellisen pieni, vain muutamia metrejä sekunnissa pienillä ketjuilla ja suurilla jopa alle metrin/sek. Rajat ovat kuitenkin hyvin venyvät, sillä ketjun vapaiden osuuksien hyvä tukeminen mahdollistaa huomattavasti suurempia nopeuksia. Suurilla akseliväleillä ketjun paluupuoli ja todella suurilla väleillä myös vetopuoli on syytä tukea muovikiskoilla, sillä pitkä vapaaväli muodostaa ketjuun tarpeettoman suuren kiristyksen. Paluupuolelle on silti varattava käytetyn ketjupyörän läheisyyteen riittävän pitkä vapaa osuus, jotta ketjun luonnollinen kiristys pääsee muodostumaan. Sopivasti profiloituja muovikiskoja on saatavissa valmiina. Niiden yhteyteen voidaan rakentaa myös vaimennus, jolloin ne koskettaessaan ketjua antavat mahdollisuuden erittäin suuriin nopeuksiin.

34 Ketjun kosketuskulman ja sopivan kulkureitin järjestämiseksi joudutaan usein turvautumaan kiristys- ja taittopyöriin. Niiden sijoittelussa on pidettävä huoli siitä, että taittokulma ylittää kaksi jakoväliä ketjulla, muuten ketju hakkaa pyörää vasten. Koska näiden pyörien kautta ei välitetä minkäänlaista momenttia, houkuttelee ajatus jättää ne ilman hampaita. Tällöin ketjun rulla kohtaa kuitenkin taittopinnan kohtisuoraan ja suuremmilla nopeuksilla rullien iskut aiheuttavat pyörään voimakasta kulumista. Ketjupyörällä hammas lähestyy taittopintaa vinosti ja voiteluaine kykenee vaimentamaan iskun. kulumisjäljet On selvää, että pyrittäessä hyvin suuriin ketjunnopeuksiin, on ketjupyörien tarkkuuteen kiinnitettävä suurempaa huomiota. Hampaat on syytä karkaista, sillä suurilla nopeuksilla iskut kuormittavat niiden kosketuspintoja. Kovin pieniä hammaslukuja on syytä välttää, joskin suurilla nopeuksilla mennään pienen ketjupyörän hammasluvussa jopa arvoon z 1 = 11. Pienemmillä välityssuhteilla z 1 = Parittomia arvoja on syytä suosia, sillä se tasoittaa jonkin verran käyntiä. Suurilla hammasluvuilla ei tällä ole merkitystä.

35 Ketjun kiristin voi olla tällainenkin. [Renold Roll-ring ]

36 Muita ketjuja kaapelin/letkun kuljetinketju lenkkiketju (kettinki) Variaattoriketju (CVT continuous variable transmission) LuK (Schaeffler)