4 Konstrukcija z

Presjek A-A

A

3

1

1

2 2

2

2 1

2 1

1

A

4

elementi konstrukcije prenosnika

Zupčanici i zupčani prijenosi

Elementi konstrukcije prenosnika

4.1 IZVEDBA PRENOSNIKA 4.1.1 Postupak konstruiranja para zupčanika Postupak konstruiranja zupčanog prenosnika ovisi o tome koji ulazni podaci su dostupni. Najčešće je poznata snaga P 1 koju treba prenositi uz zadanu ulaznu brzinu vrtnje n1 i prijenosni omjer i. Zadatak konstruktora je za te ulazne podatke konstruirati zupčani par, tj. odrediti sve relevantne materijale, dimenzije i parametre; propisati tolerancije kako bi prijenos snage za zadane pogonske uvjete mogao teći pouzdano, tj. bez ikakvog narušavanja integriteta prenosnika u cjelini kao i svakog njegovog pojedinog dijela. Preporuča se sljedeći postupak: 1. Odabrati materijal, kvalitetu ozubljenja, način izrade zupčanika i njegovu toplinsku ili kemijsko–toplinsku obradu. 2. Odabrati broj zubi manjeg zupčanika. Broj zubi ovisi i o prijenosnom omjeru jer veći prijenosni omjer znači veći broj opterećenja u jedinici vremena, tj. manju trajnost, odnosno čvrstoću. Izbor se može provesti iz iskustvene tablice 4.1 u ovisnosti o prijenosnom omjeru i materijalu, odnosno obradi.

Tablica 4.1 Materijal zupčanika

Orijentacijske vrijednosti za izbor broja zubi manjeg zupčanika z 1 Prijenosni omjer i 1

2

4

poboljšano ili kaljeno 32 do 60 20 do 55 25 do 50 do 230 HB iznad 300 HB 30 do 50 27 do 45 23 do 40 sivi lijev 26 do 45 23 do 40 21 do 35 nitrirano 24 do 40 21 do 35 19 do 31 rotacijsko kaljenje 21 do 32 19 do 29 16 do 25 korijena Napomena: manje manje vrijednosti birati za n1 < 1000 min-1, a veće za n1 > 3000 min-1

8 22 do 45 20 do 35 18 do 30 16 do 26 14 do 22

Ovako određen broj zubi manjeg zupčanika je konačan. 3. Odrediti broj zubi većeg zupčanika: 2

≈ i ⋅ z 1

(4.1)

koja vrijednost se treba zaokružiti na cijeli broj zubi. Da bi se smanjila učestalost zahvata istih zubi te da bi se smanjila mogućnost pobude vibracija, poželjno je da z 2 ne bude višekratnik od z 1. Poželjno je čak da brojevi zubi oba zupčanika ne budu parni brojevi. Da bi se ovo postiglo, može se z 2 zaokružiti na proizvoljni cijeli broj, ali tako da stvarni prijenosni omjer i

=

2

z 1

(4.2)

po mogućnosti ne odstupa od zadanog više od 2,5 %. Odstupanje ukupnog prijenosnog omjera, bez obzira na broj stupnjeva, ne bi smio prelaziti vrijednost od 3 %.

- 246 -



Ovako određen broj zubi većeg zupčanika je konačan. 4. Odabrati omjer dimenzija zupčanika. Bira se samo jedan omjer dimenzija: ψ = b1 d 1 (tablica 4.2) u ovisnosti o materijalu i uležištenju zupčanika ili ψ = b mn (tablica 4.3) u ovisnosti o obradi, uležištenju i brzini vrtnje zupčanika. Omjer dimenzija ψ = b1 d 1

Tablica 4.2 Materijal i toplinska obrada zupčanika Konstrukcijski čelici Čelični, sivi i nodularni lijev < 230 HB Poboljšani čelici ≥ 230 HB Cementirani i kaljeni čelici Površinski kaljeni čelici Nitrirani i karbonitrirani čelici

Tablica 4.3

Način uležištenja pogonskog zupčanika obostrano obostrano konzolno simetrično nesimetrično b1/d 1 ≤ 1,8

b1/d 1 ≤ 1,5

b1/d 1 ≤ 1,0

b1/d 1 ≤ 1,6

b1/d 1 ≤ 1,8

b1/d 1 ≤ 0,8

b1/d 1 ≤ 1,4

b1/d 1 ≤ 1,8

b1/d 1 ≤ 0,7

b1/d 1 ≤ 1,1

b1/d 1 ≤ 0,9

b1/d 1 ≤ 0,6

b1/d 1 ≤ 0,8

b1/d 1 ≤ 0,6

b1/d 1 ≤ 0,4

Orijentacijske vrijednosti za omjer dimenzija ψ = b mn

Zubi lijevani, neobrađeni

ψ = 6...10

Zubi obrađeni, konzolno uležajnje vratila manjeg zupčanika

ψ = 10...15

Zubi dobro obrađeni, uležajnje u kućištu reduktora

ψ = 15...25

Zubi vrlo dobro obrađeni, uležajnje i podmazivanje u kućištu reduktora, n1 ≤ 3000 min-1 Isto kao gore, pri n1 > 3000 min-1 Zubi kaljeni i brušeni

ψ = 25...45 ψ = 45...100 ψ = 5...15

5. Odrediti kut nagiba zuba na diobenom promjeru β . Preporuka je izračunati ga iz uvjeta da suma dodirnih linija bude konstantna, tj. da prekrivanje koraka εβ bude cijeli broj. Tada se iz izraza (2.254) dobiva β. 6. Odrediti ekvivalentne brojeve zubi z 1n 1n i z2n. Ovo je potrebno za određivanje faktora oblika zuba u izrazima za dimenzioniranje. 7. Iz uvjeta čvrstoće, izrazi (3.58) do (3.60) ili (3.98 do 3.100), ili iz nekih drugih valjanih izraza, odrediti jednu dimenziju zupčanika, npr. modul mn kojeg treba zaokružiti na konačnu, standardnu vrijednost, tablica 2.1. 8. Odabrati prethodnu vrijednost sume faktora pomaka profila xΣ = x1 + x2 prema uputstvima u poglavlju 10.8, npr. iz dijagrama na slici slici 2.58. 9. Iz izraza (2.219) izračunati osni razmak i zaokružiti ga na konačnu vrijednost koja ne mora biti standardna, tablica 4.4, ali je poželjno da bude zaokružena barem na parni broj milimetara.

- 247 -



10. Iz istog izraza (2.219), na osnovi konačne vrijednosti osnog razmaka, izračunati stvarnu vrijednost zahvatnog kuta αw. 11. Iz izraza (2.222) odrediti konačnu vrijednost sume faktora pomaka profila i raspodijeliti je na x1 i x2 tako da se po opisanoj proceduri očita x1 , a x2 ovako: x2 = ( x1+ x2 ) – x1.

Tablica 4.4 50 63 (280) 315

80 (355)

100 400

125 (450)

(140) 500

160 (560)

Standardni osni razmaci, mm (180) 200 (224) 250 630 710 800 1000

12. Odrediti sve konačne dimenzije zupčanika potrebne za njihovu izradu. 13. Dovršiti konstrukciju reduktora i svih njegovih dijelova uključivši sustav podmazivanja. 14. Izračunati gubitke reduktora i stupanj iskoristivosti. i skoristivosti. 15. Izračunati temperaturu ulja i usporediti je s dopuštenom. 16. Provjeriti čvrstoću zupčanika na boku i u korijenu zuba. 17. Provjeriti sigurnost zupčanika prema zaribavanju i prema probijanju uljnog filma. 18. Provjeriti integritet svih elemenata reduktora, naročito vratila i ležajeva. 19. Odrediti tolerancije, tj. granična odstupanja kontrolnih mjera, debljine zuba i druge, prema potrebi, tj. primjeni zupčanika. zupčanika.

4.1.2 Raspodjela prijenosnog omjera Pri raspodjeli prijenosnog omjera kod višestupanjskih prenosnika treba imati na umu da višegodišnja iskustva u projektiranju ukazuju da u jednom stupnju prijenosni omjer ne bi trebao biti veći od i = 8. Razlog tome su velike deformacije većeg zupčanika, tj. nestabilnost njegovog položaja na vratilu. Kod dvostupanjskih reduktora, ukupni prijenosni omjer ne bi smio prelaziti vrijednost i = 45, a kod trostupanjskih i = 100. Kod višestupanjskih reduktora potrebno je podijeliti ukupni prijenosni omjer na parcijalne. Jedan od starijih načina podjele kod kojeg ova raspodjela ovisi samo o ukupnom prijenosnom omjeru, jest onaj prema profesoru Niemannu: – prijenosni omjer prvog prvog stupnja za 2-stupanjski 2-stupanjski reduktor: iI

0, 8 ⋅ i 2 3 ≈ 0,8

(4.3)

– prijenosni omjer prvog prvog stupnja za 3-stupanjski 3-stupanjski reduktor: iI

≈ 0, 6 ⋅ i 4 7

(4.4)

– prijenosni omjer drugog drugog stupnja za 3-stupanjski 3-stupanjski reduktor: iII

≈ 1,1 ⋅ i 2 7

- 248 -

(4.5)



– prijenosni omjer drugog stupnja za nisko i srednje opterećeni 3-stupanjski reduktor može se odrediti i prema izrazu: iII

= 1, 98 ⋅ 3 i ψ ⋅ b − 1,

(4.6)

iII

= 2, 36 ⋅ 3 i ψ ⋅ b −1 .

(4.7)

gdje je ψ b omjer b/d 1, tablica 4.2. Za visokoopterećene reduktore je:

4.1.3 Materijali zupčanika Izbor materijala ovisi o svojstvima koja zupčanici moraju imati: opteretivost, pouzdanost, trajnost i točnost prijenosa gibanja za zadane uvjete pogona. Zbog zahtjevnosti postupka izrade s obzirom na kvalitetu ozubljenja, vrlo važno svojstvo materijala jest njegova obradivost. Značajnu ulogu ima i cijena materijala, posebno kod serijske proizvodnje. Cijena ovisi i o tehnološkom postupku kojim se može dobiti zupčanik tražene kvalitete i svojstava, a tehnološki postupak, pored ostalog, i o materijalu. Budući da je manji zupčanik više opterećen od velikog, običaj je vlačnu čvrstoću njegovog materijala uzeti za oko 50 N/mm 2 veću od vlačne čvrstoće velikog zupčanika: Rm1

≈ Rm2 + 50 N/mm2

(4.8)

Za materijale zupčanika upotrebljavaju se: metali, sinterirani materijali i polimeri.

4.1.3.1 Metalni materijali i njihova toplinska ili toplinsko-kemijska obrada Metalni zupčanici se izrađuju najčešće iz čelika kao cementirani, cijanizirani, nitrirani, kaljeni s popuštanjem na niskim temepraturama ili površinski kaljeni pri čemu se toplinska obrada izvodi poslije izrade ozubljenja, a deformacije nastale toplinskom obradom otklanjaju završnom obradom zubi. Zupčanici pojedinačne ili maloserijske proizvodnje izrađuju se obično od čeličnih otkivaka ili otpresaka, odljevaka ili zavarivanjem. Radni predmet se poboljšava ili normalizira do malih tvrdoća pri kojima se obrada zubi može obaviti i poslije toplinske obrade. Neobrađeni ili izrađeni kopirnim postupkom, sporohodni zupčanici, izrađuju se od ljevanog željeza, čelika ili čeličnog lijeva i ne podvrgavaju se toplinskoj obradi. Veliki čelični odljevci se ponekad normaliziraju radi dobivanja strukture najpogodnije za obradu. Pored navedenih, željeznih materijala, za izradu zupčanika se još upotrebljava temper (kovkasti) lijev te bakarne, aluminijske i cinkove legure (za velike brzine klizanja). Pored čelika, zupčanici se izrađuju i od nodularnog lijeva, sivog lijeva, crnog tremper lijeva te bakarnih, aluminijskih i cinkovih legura (za velike brzine klizanja).

- 249 -



Zupčanici koji se toplinski ili toplinsko-kemijski obrađuju poslije izrade zubi. Kod ovih zupčanika dubinsko kaljenje s niskim popuštanjem bez prethodnog cementiranja ne osigurava visoku tvrdoću radnih površina zubi i dovoljnu žilavost jezgre zuba. Pri površinskom kaljenju strujom visoke frekvencije – indukcijskom kaljenju, mogu se pojaviti u površinskom sloju znatna vlačna naprezanja. Da bi se izbjegla ova zaostala naprezanja, potrebno je za svaki slučaj posebno, pažljivo odabrati režim kaljenja. Cijanirani i nitrirani zupčanici ne zaostaju u pogledu tvrdoće za cementiranim zupčanicima, ali zbog male debljine tvrdog površinskog sloja, ne mogu izdržati veća preopterećenja. Nitriranje zupčanika radi se u onim slučajevima kada je nemoguće brušenje zubi (primjerice, zupčanici s unutrašnjim ozubljenjem) što znači da je deformacije zubi nastale pri toplinskoj obradi potrebno smanjiti na što manju mjeru. Zupčanici koji rade pod velikim optrećenjima i koji su izloženi udarnim opterećenjima, moraju imati veliku dinamičku čvrstoću jezgre i veliku otpornost na kontaktna naprezanja. Najbolja kombinacija ovakvih osobina dobiva se kod cementiranih zupčanika iz čelika za cementiranje i od novijih vrsta čelika legiranih borom koji im daje veliku prokaljivost. Kemijski sastav čelika ima daleko manji utjecaj na čvrstoću zupčanika od načina toplinske obrade i vrste završnih operacija obrade zubi, posebice od njihovog brušenja. Prema tome, svrsishodnije je odabrati jeftiniji čelik s boljom toplinskom obradom negoli obrnuto. Da bi se smanjile deformacije i dodaci za brušenje, primjenjuje se izotermičko ili stupnjevito kaljenje, a također i kaljenje u ulju zagrijanom na temperaturu 180 do 200 oC. Minimalne deformacije daje kaljenje naugljičene površine strujom visoke frekvencije. Neki režimi toplinske obrade koji daju malu deformaciju cementiranih zupčanika mogu dovesti do smanjenja zaostalih tlačnih naprezanja u površinskom sloju, tj. do smanjenja otpornosti zubi na gnječenje. Kaljenje u ulju iz plinske cementne peći daje najmanje zaostalih naprezanja. Lagano hlađenje, ponovno zagrijavanje i kaljenje u ulju povećava zaostala naprezanja. Još je veći porast zaostalih naprezanja pri kaljenju u solnim rastvorima. Pored toga, pri složenom obliku zupčanika, ovakvo kaljenje povezano je s rizikom od pojave pukotina. Pri cementiranju u čvrstim sredstvima za cementiranje i pri kaljenju poslije ponovnog zagrijavanja, zaostala naprezanja su manja od takvog kaljenja pri plinskoj cementaciji. Plinsku cementaciju velikih zupčanika treba završiti periodom difuzije bez uvođenja plina. Ovim se postiže ravnomjerniji prelaz cementiranog sloja u masu jezgre, što povećava čvrstoću zubi. S obzirom na čvrstoću korijena, optimalna debljina cementiranog sloja iznosi ∼ 0,2 mm, ali, zbog povećanja tlačne čvrstoće zubi ona treba biti veća: za mn = 1,5 do 4 mm oko 15% debljine zubi u blizini kinematskog pola i 0,5 √mn – za mn = 4 do 30 mm. Da bi se povećala tvrdoća površinskih slojeva zubi zupčanika koji rade bez preopterećenja, primjenjuje se hladna obrada na – 50 do – 55 oC. Nitriranje je

postupak pri kojemu se površinski sloj obogaćuje dušikom na temperaturi od 500– 590 C, u struji amonijaka (tvrdo nitriranje) ili u solnoj kupki s kalijevim nitratom (meko nitriranje). Rezultat je tvrdi, tanki površinski sloj debljine 0,02 do 0,5 mm u ovisnosti o veličini o

- 250 -



kontaktnih naprezanja za vrijeme rada prenosnika. Nitrirani zupčanici pri velikim brojevima ciklusa opterećenja izdržavaju znatno veća opterećenja od cementiranih, ali loše podnose preopterećenja, udarna ili vibracijska, koja se pojavljuju pri prelazu prenosnika kroz rezonancijsku zonu. Oni mogu raditi na temperaturama do 450 do 500 oC s čvrstim sredstvima podmazivanja. Nitriranje se provodi na niskim temperaturama pa se zupčanici ne deformiraju. Zbog toga nitriranje može biti, i najčešće jest, zadnji korak obrade. Nitriranje zupčanika od lijevanog željeza ne daje veći efekt. Kada je zbog velikih dimenzija zubi praktički neizvedivo kaljenje zubi, npr. kod velikih brodskih reduktora, često se manji zupčanik cementira i kali, a veliki nitrira. Meko nitriranje se

provodi na zupčanicima koji rade bez trošenja, sa sredstvima podmazivanja koja ne sadrže abrazivne čestice. Izvodi se u solnoj kupci koja sadrži preko 30% cijanoksid kalija u trajanju od 1,5 do 2 sata na temperaturama od 550 do 580 oC. Radi povećanja tvrdoće površinskog sloja zubi zupčanika koji su izrađeni od čelika sa srednjim sadržajem ugljika (legiranih ili nelegiranih) primjenjuje se cijaniziranje. To je ustvari nitriranje, ali u posebnoj solnoj kupci, kojim se dobiva tvrdi sloj male dubine (0,1 do 0,3 mm), tvrdoće oko 70 HRC. Zbog toga, brušenje zubi poslije cijaniziranja nije dopušteno. Potrebno je poduzeti mjere da bi se smanjile deformacije pri kaljenju: provodi se kaljenje u kalupima koji sprečavaju deformacije. U novije vrijeme usvojen je proces dubokog cijaniziranja na visokim temperaturama s debljinom sloja do 2 mm.

Nitrokarburiranje i karbonitriranje su

postupci obogaćivanja tankog sloja boka zuba dušikom i ugljikom, u različitim omjerima, na temperaturama od 560 do 590 0C. Prednost ovih postupaka jest što se mogu primijeniti na sve vrste čelika te na sivi i nodularni lijev. Za površinsko plameno kaljenje najpogodniji je ugljični čelik Č 1531. Zagrijavanje se izvodi rotacijom zupčanika kojega se kali ili zagrijavanjem svakog zuba posebno (pri mn ≥ 8 mm). Ako se kale samo radne površine zubi, znatno se smanjuje čvrstoća zubi na savijanje (do 50%). Prema tome, pri površinskom kaljenju plamenom ili strujom visoke frekvencije treba kaliti i podnožja zubi. Pojedinačno kaljenje svakog zuba pri zagrijavanju visoke frekvencije može se primijeniti pri mn ≥ 2,5 mm. Da bi se izbjeglo dubinsko prokaljivanje zubi i njihovih podnožja, kaljenje sa zagrijavanjem uz okretanje zupčanika zahtijeva pravilan izbor kemijskog sastava čelika i režima kaljenja. Ako se kaljenje pojedinih zubi vrši zagrijavanjem strujom visoke frekvencije, režim toplinske obrade mora biti tako izabran da u površinskim slojevima zaostanu tlačna naprezanja. Upotreba slabo prokaljivih čelika daje isti učinak. Naknadna površinska deformacija (tzv. "nakivanje") podnožja zubi može povećati čvrstoću zubi do čvrstoće koja se dobije cementiranjem. Tvrdi površinski sloj na zubu može se dobiti i kaljenjem na ograničenu dubinu u toploj kupci ili površinskim plamenim kaljenjem. Tvrdoća jezgre, pri bilo kojem gore opisanom načinu dobivanja tvrde površine, ne smije biti veća od HRC 45 za ugljične čelike ili HRC 50 za legirane čelike koji sadrže nikal ili molibden jer je pri većim tvrdoćama znatno smanjena otpornost na udare.

- 251 -



Čelici za zupčanike toplinski obrađene prije izrade zubi. Prokaljivost i obradivost su osnovni faktori koji utječu na izbor čelika za zupčanike toplinski obrađene prije izrade zubi. Ako su veći promjeri i širina zupčanika i ukoliko je potrebna veća točnost zahvata, utoliko je potrebnije birati tvrdoću pri kojoj je obrada najpogodnija, budući da je gubljenje reznih svojstava alata za izradu zupčanika ograničeno tolerancijama ozubljenja i zahtijevanom hrapavošću bočnih površina zubi. Vijenci velikih i brzohodnih zupčanika izrađeni od ugljičnog čelika obično se prije obrade normaliziraju, pri čemu se sadržaj ugljika bira tako da se dobiva vlačna čvrstoća Rm = 500 do 600 ili 550 do 650 N/mm 2. Pri povišenim tvrdoćama dobro se obrađuju i normalizirani čelici. Najmanja tvrdoća manjeg zupčanika ne bi trebala biti manja od najveće tvrdoće većeg zupčanika. Za zupčanike s kosim i strelastim zubima ranije se uzimala razlika u tvrdoći manja od HB 50. Međutim, bolji efekt daje veća razlika u tvrdoćama. Prema tome, ako je za veći zupčanik neostvariva ili nepogodna obrada zubi koji imaju veliku tvrdoću, treba cementirati, nitrirati ili površinski kaliti manji zupčanik. Prenosnik će moći prenijeti tim veće opterećenje što je postignuta veća tvrdoća zubi manjeg zupčanika. Za veće zupčanike s ravnim zubima koji se toplinski obrađuju poslije izrade zubi, preporučuju se čelici koji poslije poboljšavanja imaju tvrdoću HB 280 do 320, a za manje oni čelici koji imaju poslije popuštanja tvrdoću HB 320 do 350. Takav zupčasti par treba obraditi postupcima završnih obrada koje daju srednju hrapavost površina zubi manju od 0,8 µm. U otvorenim prijenosima primjenjuju se zupčanici od sivog ili nodularnog lijeva. Opasnost od zaribavanja i brzog trošenja pri nedovoljnom podmazivanju znatno je manja kod zupčastih sprega lijevano željezo po lijevanom željezu ili lijevano željezo po čeliku, od sprege u kojoj su zupčanici izrađeni od čelika. Prema tome, izbor ljevanog željeza za otvorene prenosnike je potpuno opravdan, unatoč maloj čvrstoći na savijanje. Završna obrada toplinski obrađenih zupčanika je brušenje (odvalno ili kopirno) te lepanjeglačanje brusnim prahom. Za kvalitetnije toplinski neobrađene zupčanike završna obrada je brijanje (grecanje). Najvažnija mehanička svojstva češće upotrebljavanih metalnih i ostalih materijala za zupčanike prikazana su u tablici 4.4.

4.1.3.2 Sinterirani materijali Sinterirani materijali nisu standardarizirani, ali u DIN–u su podijeljeni na šest grupa prema postotku poroznosti. Izrađuju se od mješavine metalnog praha koji se preša u odgovarajućim kalupima, a zatim sinterira. Za izradu zupčanika se primjenjuju sinter materijali grupa C (s 20 % poroznosti), za zupčanike i strojne dijelove velike čvrstoće materijali grupe D (s 15 % poroznosti) i grupe E (s 10 % poroznosti) te za zupčanike i strojne dijelove vrlo velike čvrstoće materijali grupe F (s 5 % poroznosti). Postoji mogućnost da se cementiranjem i kaljenjem zubi sinteriranih zupčanika poveća opteretivost njihovih bokova. Mehaničke osobine najčešće primjenjivanih sinter–materijala prikazane su tablici 4.5, a dinamička čvrstoća korijena i boka zuba zupčanika iz sinter–materijala na bazi željeza s 1,5 % bakra i 0,4 % ugljika u tablici 4.6.

- 252 -



Tablica 4.5

Materijal

Sivi lijev

Nodularni lijev Crni temper lijev Čelični lijev Konstrukcijski čelici

Čelici za poboljšanje

Č. za poboljšanje, plameno ili indukcijski kaljeni Čelici za poboljšavanje, nitrirani

Oznaka po HRN

SL 20 SL 25 SL 35 NL 40 NL 60 NL 80 NL 100 CTe L 35 CTe L 65 ČL 0545 ČL 0645 Č 0462 Č 0545 Č 0645 Č 0745 Č 1331 Č 1531 Č 1731 Č 4130 Č 4131 Č 4731 Č 5431 Č 1531 Č 4131 Č 4732

Č 1531 Č 4732 Č 4732 Č 1220 Č 4320 Čelici za Č 4321 cementiranje Č 4721 Č 5420 Č 4520 Sintermetal: Fe + 1,5% Cu + 0,4% C Duroplast grubi Poliamid 6.6

Trajne dinamičke čvrstoće i tvrdoće boka zuba zupčanika Trajna dinamička čvrstoća Tvrdoća korijena Toplinska obrada boka zuba boka zuba zuba, σHlim σFlim 2 N/mm 2 N/mm 180 HB 40 300 220 HB 55 360 – 240 HB 70 380 – 180 HB 185 370 – 250 HB 245 490 – 290 HB 300 580 poboljšano 350 HB 350 700 150 HB 160 320 – 220 HB 230 460 160 HB 140 320 – 180 HB 160 380 – 130 HB 140 290 – 160 HB 160 370 – 190 HB 175 430 – 208 HB 205 460 poboljšano 140 HV10 170 440 normalno 190 HV10 200 530 poboljšano 210 HV10 220 530 poboljšano 260 HV10 250 580 poboljšano 260 HV10 250 580 poboljšano 280 HV10 260 530 poboljšano 310 HV10 300 630 površina zakaljena, uključivo korijen zuba

560 HV10 610 HV10 650 HV10

270 300 360

1.030 1.100 1.070

nitrirano u kupki nitrirano u kupki nitrirano u plinu

400 HV10 500 HV10 550 HV10 720 HV10 720 HV10 720 HV10 720 HV10 720 HV10 740 HV10 80…100 HV10 –

300 380 380 400 430 440 380 460 500

1.000 1.100 1.070 1.400 1.470 1.500 1.500 1.490 1.510

250

400

50 40

110 70

cementirano i kaljeno

– – - 253 -

-



Prednost zupčanika iz sinter-metala jest što su upotrebljivi kod manjkavog podmazivanja. Naime, oni se natope mazivom koje ispuni pore pa ulje stalno pomalo vlaži spregnute bokove zubi. Sinterirani zupčanici se uspješno sprežu s čeličnim zupčanicima i sa zupčanicima iz polimernih materijala.

Tablica 4.6 Materijal SINT B11 SINT C10 SINT D10 SINT E10

Mehaničke osobine važnijih sinter–materijala prema DIN–u, u N/mm2 Modul Trajna dinamička Granica tečenja Vlačna čvrstoća elastičnosti čvrstoća Re

Rm

E

R-1

> 180 > 160 > 230 –

> 220 > 200 > 300 > 400

90.000 105.000 130.000 –

– > 85 105 120

4.1.3.3 Polimerni materijali Polimerni materijali (polimeri) se općenito dijele na dvije glavne skupine: na duroplaste i termoplaste. su termoreaktivni polimeri koji se dobiju natapanjem tekstilnih tkanina (tekstolit), tankih drvenih pločica (lignofol) ili staklenih vlakana u fenolformaldehidnoj smoli i prešanjem pod pritiskom pri povećanoj temperaturi. Tako se dobivaju poluproizvodi u obliku ploča i okruglih profila od kojih se mehaničkom obradom mogu izrađivati zupčanici. Duroplasti

Pri ponovnom zagrijavanju duroplasta (npr. u radu) ne dolazi do njihovog smekšavanja, tj. proces omekšavanja i stvrdnjavanja nije reverzibilan.

Neke mehaničke karakteristike važnijih duroplasta dane su u tablici 4.7.

Tablica 4.7 Materijal Hwg 2081 Hwg 2082 Hwg 2083

Mehaničke karakteristike važnijih duroplasta prema DIN – u Modul Postojanost Vlačna čvrstoća Savojna čvrstoća elastičnosti oblika do temperature, oC Rm , N/mm2 Rms , N/mm2 E , N/mm2 50 80 100

100 130 150

7000 8000 9000

125 125 125

su takvi materijali koji se zagrijavanjem omekšavaju, a hlađenjem se stvrdnu (reverzibilan proces). Zupčanici od termoplasta manjih dimenzija, a pogotovo u velikim serijama, proizvode se tako da se materijal zagrije do tekućeg stanja i ubrizgava pod pritiskom u kalupe. Termoplasti

- 254 -



Budući da i kod zupčanika iz termoplasta postoji mogućnost loma u korijenu zuba, pittinga te trošenja i zaribavanja, njihov proračun je identičan proračunu čeličnih zupčanika. Treba imati u vidu da se smanjenjem debljine radnog predmeta poboljšava mikrostruktura i povećava specifična čvrstoća. Zbog niskog koeficijenta toplinske provodljivosti polimernih materijala (i do 300 puta manja provodljivost od čelika), ne bi trebalo izrađivati oba zupčanika od polimera, već jedan od njih, redovito manji, mora biti od lijevanog željeza ili čelika. Ovakvi zupčani parovi nužno ne zahtijevaju podmazivanje, rade praktički bez buke, a vijek trajanja im je tim veći što je kvalitetnija obrada površine metalnog zupčanika. Budući da trošenje zupčanika iz polimernih materijala ovisi o tvrdoći i hrapavosti površine njima spregnutog metalnog zupčanika, preporuča se da se ovi kale do tvrdoće HRC 45 i bruse. U slučaju da postoji opasnost da zupčanici u radu dođu u dodir s kiselinama, tada oba zupčanika treba izraditi iz odgovarajućih polimernih materijala. Loše strane zupčanika iz termoplasta su slaba provodljivost topline, visoki koeficijent toplinskog istezanja i higroskopnost zbog koje se mogu promijeniti dimenzije i mehanička svojstva zupčanika. Visoka savitljivost i toplinska dilatacija polimera može dovesti i do zaglavljivanja zubi. Da bi se to izbjeglo treba predvidjeti povećanu bočnu zračnost od oko 1,5 puta veću od zračnosti koja se propisuje čeličnim zupčanicima. Iz istog razloga se izrađuju zubi smanjene visine. Zupčanici iz termoplasta izvode se s ravnim zubima, jer kod njih kosi zubi ne daju mirniji rad niti im je čvrstoća veća. Važnija mehanička svojstva termoplasta za zupčanike data su u tablici 4.8, a dinamička čvrstoća korijena i boka zuba za poliamid 6.6 u tablici 4.4.

Tablica 4.8

Materijal

Poliamid 6 Poliamid 6.6 Polioksimetilen

Mehanička svojstva termoplasta za zupčanike Za temperature Trajna Koeficijent do dinamička trenja čvrstoća

Vlačna čvrstoća

Modul elastičnosti

Rm ,

E , N/mm2

µ

2800 3000 3300

0,41 0,33 0,34

2

N/mm 80 85 70

o

C

R-1,s N/mm2

120 120 120

32 27 –

4.1.4 Konstrukcija reduktora Dvostupanjski reduktori s cilindričnim zupčanicima izvode se u razvučenoj konstrukciji, slika 4.1a, ili kao koaksijalni, slika 4.1b. Obje konstrukcije dvostupanjskih reduktora mogu biti bez grananja i s grananjem snage, slika 4.1c i 4.1d. Trostupanjski reduktori s paralelnim vratilima obično su razvučene konstrukcije i to bez grananja, slika 4.2a, i s grananjem snage slika 4.2b.

- 255 -



4.1.4.1 Konstrukcija kućišta Kućišta su važan stacionarni dio reduktora. Osnovni oblici kućišta reduktora ovise o tipu reduktora, o vrsti ležaja kao i o tome da li je ono lijevano ili zavareno. Kućišta su obično dvodjelna, a za višestupanjske uspravne reduktore mogu biti i višedjelna. Pri tome, razdjelna ravnina mora prolaziti kroz osi vratila. Donji, nosivi dio kućišta koji čini osnovu čitavog reduktora, treba biti masivniji, dok se gornji dio, poklopac, izrađuje s tanjim stijenkama čija debljina ovisi o načinu proizvodnje (lijevanje, zavarivanje) i o potrebnoj krutosti radi sprečavanja vibracija i stvaranja buke. Poklopac treba biti smješten i dimenzioniran tako da omogućava vizuelni pregled unutrašnjosti prenosnika, posebno zupčanika. Dosjedni vijci ili još češće zatici, osiguravaju točan međusobni položaj obiju polovica kućišta. Ako je poklopac izrađen zavarivanjem, njegove stijenke mogu biti svega 3 do 4 mm, a ponekad i manje. U novije vrijeme, kada je riječ o uređajima široke potrošnje, malih snaga i opterećenja, sve više su u upotrebi reduktori koji su smješteni u kućišta izrađena od polimernih materijala, pleksiglasa i sl.

b)

a)

I

II

I

II

c)

d)

I Slika 4.1: Dvostupanjski reduktori s paralelnim vratilima a) razvučeni b) koaksijalni c) razvučeni s grananjem snage d) koaksijalni s grananjem snage

- 256 -



Pri projektiranju kućišta treba obratiti pozornost s jedne strane na njegovu kompaktnost, a s druge strane na dovoljnu prostranost, kako bi se jedno te isto kućište moglo upotrijebiti za više različitih prenosnih omjera, odnosno za reduktore različite snage. Ovo vrijedi za prenosnike jednakog osnog razmaka. Oblik kućišta u mnogome ovisi o vrsti ležajeva koji se primjenjuju. Svako kućište sastoji se od stijenki, rebara, stopala, oboda itd., međusobno povezanih u jednu cjelinu. Za izradu kućišta najčešće se koristi lijevano željezo kao najjeftiniji materijal, a rjeđe, za veča opterećenja, čelični lijev. U nekim slučajevima kada je težina stroja ograničena (primjerice transportni strojevi), za kućišta se upotrebljavaju i lake legure na bazi aluminija.

a)

I

II

b)

II

I Slika 4.2: Trostupanjski reduktori a) bez grananja b) s grananjem snage

U usporedbi s lijevanim, zavarena kućišta omogućuju bolje gospodarenje materijalom, a u pojedinačnoj proizvodnji, primjena zavarivanja umjesto lijevanja omogućuje jeftiniju i bržu izradu kućišta. U srednjeserijskoj proizvodnji za zavarene konstrukcije primjenjuju se elementi dobiveni savijanjem lima, a u velikoserijskoj i masovnoj proizvodnji – presani elementi. Često je u primjeni kombinacija zavareno-lijevanih konstrukcija kućišta od čeličnog lijeva i lima, zavarenih u jednu cjelinu.

- 257 -



4.1.4.1.1 Lijevana kućišta Pri korištenju lijevanih kućišta mora se posebno voditi računa o debljini stijenki. Proces lijevanja završava se hlađenjem rastaljenog metala do temperature okoline. Za vrijeme hlađenja rastopljena masa se skuplja što kao posljedicu može imati nastajanje šupljine u unutrašnjim slojevima izlivene mase te pukotine u vanjskim slojevima stijenke. Može doći čak do razdvajanja ohlađenih slojeva, tj. do loma stijenki, a redovno nastaju i zaostala naprezanja u odljevku. Ukoliko je stupanj skupljanja materijala veći, tim lakše dolazi do spomenutih pojava pa je potrebno obratiti veću pažnju konstruiranju kućišta. Budući da je sivi lijev najjeftiniji materijal, a uz to mu je stupanj skupljanja relativno malen, on je najpogodniji materijal za izradu lijevanih kućišta. Istovremeno stvrdnjavanje lijevanog materijala postiže se kompleksom konstrukcijskih i tehnoloških mjera. Potrebno je pridržavati se sljedećih pravila: 1. Stijenke odljevaka trebaju imati, po mogućnosti, ravnomjernu debljinu; 2. Elementima odljevaka koji se sporije hlade (unutrašnje stijenke), treba za ubrzano stvrdnjavanje konstruirati smanjene presjeke; 3. Prijelazi između stijenki različitih debljina moraju biti postupni; 4. Stijenke odljevaka ne smiju imati oštre prelaze; 5. Po mogućnosti treba izbjegavati mjesta nagomilavanja materijala; 6. Dijelove gdje se spajaju stijenke manje mase s većim (zadebljani dio) poželjno je izvoditi s blagim nagibom koji raste u pravcu povećane mase. Tehnološki, ravnomjernost hlađenja osigurava se upravljanjem brzine hlađenja. Masivni djelovi odljevaka, kao i djelovi s lošim odvođenjem topline, hlade se pomoću metalnih umetaka za odvod topline. Reduktori s cilindričnim zupčanicima, najčešće se konstruiraju tako da u završnoj ravnini donjeg dijela kućišta koja se spaja s odgovarajućom površinom poklopca – gornji dio kućišta – (u daljnjem tekstu – ravnina sklapanja) leže sve osi vratila, slika 4.3. Ovako konstruirana kućišta vrlo su pogodna za montažu. Svako vratilo reduktora s ležajima i sa svim ostalim elementima koji se na njemu nalaze, može biti sklopljeno odvojeno, nezavisno o drugim vratilima pa se onda postavlja u kućište.

Ravnina sklapanja

3

2

1

Osnovna ravnina Slika 4.3: Najčešća konstrukcija reduktora: osi svih vratila u istoj ravnini - 258 -



Radi lakše obrade kućišta, ravnina sklapanja najčešće se postavlja paralelno s osnovnom ravninom kućišta, slika 4.3. Međutim, moguće je i takvo rješenje kod kojega ravnina sklapanja nije paralelna s osnovnom ravninom. Time se postiže smanjena težina kućišta i poboljšani uvjeti podmazivanja zupčanika, jer su veći zupčanici svih stupnjeva prijenosa podjednako zaronjeni u ulje. Primjer ispravne konstrukcije dvodjelnog lijevanog kućišta jednostupanjskog prenosnika s cilindričnim zupčanicima pokazan je na slici 4.4, a pripadajuće iskustvene dimenzije u tablici 4.9. Tablica 4.9

Orijentacijske dimenzije lijevanog kućišta prema slici 4.4

a

δ

Standardni razmak osi

0,03a +5

d 2

δ2

≈0,06d

mm

(0,8…1) δ

δ1

C

D

h

h1

d 1

0,08d e

(0,8…1) δ

≈H≈a

a/ 2

1,5 δ

2d d- ∅ vijka

δ3

K 1 i K 2

B

B

L

(0,35…0,4) a

0,5 a

(0,8…1) δ

prema d

za 1-stupanjski reduktor

- 259 -

za više- K 2+ δ1+5 mm stupanjski reduktor

(8…10) d 2

1

A A k e j s e r P 2

1

2

1

2

2

1

1

3

A

2

A

a m i c i n a č p u z m i n č i r d n i l i c s a r o t k u d e r g o k s j n a p u t s o n d e j a t š i ć u k g o n a v e j i l g o n l e j d o v d a j i c k u r t s n o K : 4 . 4 a k i l S



Trodimenzijski izgled lijevane konstrukcije kućišta jednostupanjskog reduktora s cilindričnim zupčanicima prikazan je na slici 4.5.

Slika 4.5: Trodimenzijski prikaz lijevanog kućišta jednostupanjskog reduktora s cilindričnim zupčanicima

4.1.4.1.2 Zavarena izvedba kućišta Zavarena izvedba kućišta primjenjuje se za pojedinačnu i maloserijsku proizvodnju. Debljina stijenki zavarenih kućišta u načelu može biti manja od lijevanih kućišta i poklopaca. Obično se uzima za 30 % manja od debljine stijenki lijevanih kućišta i poklopaca. Kućište i poklopac reduktora zavaruju se iz elemenata pripremljenih od lima. Na slici 4.6 prikazana je jedna zavarena izvedba kućišta dvostupanjskog koaksijalnog reduktora sa zavarenim cilindričnim zupčanicima.

- 261 -



Slika 4.6: Zavarena izvedba kućišta dvostupanjskog reduktora

4.1.4.2 Uređaji za ventilaciju Za vrijeme rada reduktora ulje u kućištu se zagrijava i isparava, a tlak u kućištu reduktora raste što dovodi do poremećaja brtvljenja, tj. do curenja ulja između brtve i vratila kao i na spojevima kućišta i poklopca. Znatnije zagrijavanje nastaje kod pužnih reduktora, što dovodi do povećanja temperature maziva i intenzivnijeg isparavanja.

Slika 4.7: Poklopac za ventilaciju

Uslijed prskanja ulja izazvanog rotacijom zupčanika, unutrašnjost kućišta puna je uljnih kapljica koje djelomično isparavaju. Uređaji za ventilaciju trebaju spriječiti povećanje tlaka u kućištu i onemogućiti izlaz zraka s česticama ulja kroz za to predviđen otvor u obliku oduška. Za reduktore s većom količinom ulja upotrebljava se specijalni poklopac za ventilaciju, slika 4.7. Za ventilaciju se upotrebljavaju i odušci koji se sastoje od kućišta, poklopca, prstena i žičane mrežice. Često se, iz konstrukcijskih razloga, pokazivač nivoa ulja kao neophodni dio prenosnika, upotrebljava i kao odušak. - 262 -



4.1.4.3 Otvori za ispuštanje ulja Pri bilo kakvom sustavu podmazivanja zupčanika u kućištu reduktora nalazi se ulje pa se kućište reduktora koristi i kao spremnik za ulje. Pri radu zupčanika ulje stari, zagađuje se smolama koje se izdvajaju iz ulja, a stvaraju se i produkti trošenja zubi. Tako ulje s vremenom gubi svoja svojstva pa ga treba periodično mijenjati. Stoga se na svakom kućištu predviđa otvor, slika 4.8, koji se zatvara čepom u obliku vijka. Poželjno je da dno reduktora ima nagib 1 do 2o usmjeren prema otvoru za ispust ulja. Osim toga kod samog otvora treba postojati udubljenje koje omogućava da se ulje bez ostatka ispušta iz kućišta. Prilikom ispuštanja, ulje bi se slijevalo niz stijenke kućišta i dospijevalo na temeljnu ploču ili sam temelj. Zbog toga, kao najbolje rješenje, može se smatrati ono kada se otvor za ispuštanje ulja nalazi na dnu kućišta. No, to je često neizvedivo. Da se ulje pri ispuštanju ne bi slijevalo niz vanjsku stijenku kućišta i tako dospijevalo na temelj, neophodno je ispusni otvor izraditi s ojačanjem. Ponekad je pogodno da se u ispusni otvor kućišta uvrne specijalni vijak s otvorom koji se zatvara čepom. Kod nekih konstrukcija susreću se otvori s „bradom“ koji ne dopuštaju da se ulje pri istjecanju razliva po vanjskoj površini stijenke kućišta. Često se ispusni otvor Slika 4.8: Otvor za ispuštanje ulja izvodi sa strane oboda za oslanjanje kućišta.

4.1.4.4 Konstrukcija ležajnih mjesta – gnijezda Reduktori serijske proizvodnje konstruiraju se tako da kraj izlaznog i ulaznog vratila može biti na bilo kojoj strani. Da bi se ovo ostvarilo, potrebno je da su otvori za ležajeve istih dimenzija.

2...3

Slika 4.9: Konstrukcija ležajnog mjesta

Širina mjesta za smještanje ležajeva ovisi o samom ležaju te elementima za njegovo fiksiranje. Pri tome treba voditi računa da se ležaji ugrađuju u ležajna gnijezda na rastojanju od 3 do 5 mm od unutrašnjeg ruba stijenke kućišta ukoliko ne postoji odstojni prsten za reguliranje, slika 4.9. Ako ovaj prsten postoji, položaj ležajeva određuje se širinom prstena odnosno širinom držača maziva koji dopire u unutrašnjost kućišta 2 do 3 mm.

4.1.4.5 Konstrukcija rebara za ukrućivanje Za povećanje krutosti i čvrstoće te bolji odvod topline, naročito lijevanih detalja kućišta, primjenjuju se rebra. Kompletnim razmještajem rebara mogu se poboljšati uvjeti lijevanja, olakšati skupljanje i umanjiti stvaranje unutrašnjih naprezanja.

- 263 -



1

1

<5 ~ 1,25 ~ = (0,6-0,8) = 0,5 = 0,5 = 1,5

Zbog ujednačenijeg poprečnog presjeka i boljih ljevačkih uvjeta, uobičajena konstrukcija rebra se izvodi prema slici 4.10 na kojoj su dani svi potrebni omjeri dimenzija.

Slika 4.10: Uobičajena konstrukcija rebra

4.1.5 Konstrukcija zupčanika Oblik tijela zupčanika prvenstveno ovisi o uvjetima pogona, vijeku trajanja, opterećenju, njegovom materijalu i dimenzijama, veličini serije i o tehnologiji koja stoji na raspolaganju. Manji zupčanici izrađuju se izjedna s vratilom do vrijednosti diobenog promjera koji ne prelazi vrijednost dvostrukog promjera vratila, slika 4.11.

Slika 4.11 : Zupčanik izrađen izjedna s vratilom

Kada je neophodno da mali zupčanik bude iz vrlo kvalitetnog i skupog materijala, izrađuje se posebno pa se spaja s vratilom steznim spojem, pomoću klina, slika 4.12, ili žlijebljenim spojem.

Slika 4.12: Veza zupčanika s vratilom ostvarena pomoću klina Konstrukcija zupčanika izjedna s vratilom je preporučljiva jer se povećava krutost vratila i položaja zupčanika na vratilu. Pored toga, štedi se na izradi žlijebova na zupčaniku i vratilu.

- 264 -



Veći zupčanici izrađuju se za veće serije lijevanjem ili kovanjem (manji radije kovanjem, a veči radije lijevanjem), a za pojedinačnu proizvodnju zupčanika s promjerom d ≥ 400 mm, zavarivanjem. Izbor postupka izrade za srednje i male serije ovisi o rezultatima postupka optimiranja. Ipak, s veličinom zupčanika rastu i problemi izrade alata za izradu lijevanjem (kalupa) i kovanjem (ukovnja) pa je sve veća sklonost ka njihovoj izradi zavarivanjem. Sve ovo se odnosi na izradu tijela zupčanika. Zubi se režu, toplinski obrađuju i finalno mehanički obrađuju (bruse) naknadno, osim pri lijevanju u pijesku gdje se zubi najčešće više ne obrađuju – npr. kod ručnih dizalica, poljoprivrednih strojeva i sl. Gotovi zupčanici koji se više ne dorađuju također se rade brizganjem iz lakih metala i polimernih materijala, kao i pri sinteriranju, ekstrudiranju, provlačenju i štancanju. Na slici 4.13 prikazana je tipična konstrukcija zupčanika izrađenog lijevanjem kod kojeg je vijenac tankom pločom ili paocima (kao na slici) povezan s glavinom.

Slika 4.13: Lijevana izvedba zupčanika a) s jednim redom paoka (ruku) i rebrima b) sa dva reda paoka

Na slici 4.14 prikazan je zupčanik izrađen kovanjem u ukovnju, a na slici 4.15 skica zavarene izvedbe velikog zupčanika.

Slika 4.14: Kovana izvedba zupčanika - 265 -



Slika 4.15: Zavarena izvedba velikog zupčanika Vijenac zupčanika s ozubljenjem kod lijevanih zupčanika veže se za glavinu pomoću jednog ili dva reda ploča ili paoka (ruku), dok se kod kovanih i zavarenih zupčanika vijenac i glavina vežu pločama koje, zbog uštede materijala, obično na sebi imaju rupu. Kod zavarene izvedbe, prema slici 4.15, ova veza je ostvarena pomoću dvije ploče po obodu kutnim zavarom zavarene za vijenac i glavinu te ukrućene s tri puta po šest uzdužnih rebara. Glavina se izrađuje iz valjane čelične šipke, a vijenac iz plosnatog čelika savijanjem. Zupčanici najvećih promjera se često rade iz dva dijela. Ravnina dijeljenja prolazi sredinom dvaju rebara i dvjema uzubinama, a međusobno se spajaju (vijcima ili se zavaruju) u blizini glavine i u blizini vijenca. Debljina vijenca je obično 3 do 4 modula, a kod cementiranih i zakaljenih zubi može biti i preko šest modula. Kada je materijal zubi kvalitetan, a izrađeni su iz skupog materijala, da bi se pojeftinila proizvodnja, samo vijenac se radi iz tog materijala, dok se ostatak lijeva iz sivog ili nodularnog lijeva. Ova dva dijela se spajaju stezno uz obvezatan zatik za centriranje. Kada se smjer aksijalne sile koja djeluje na zupčanik s kosim zubima ne mijenja, tada je poželjno ploču zupčanika nakriviti u smjeru suprotnom od smjera djelovanja sile, slika 4.16.

Slika 4.16: Zupčanik s nakrivljenom pločom

- 266 -

Time se povećava aksijalna krutost tijela zupčanika i smanjuju njegova vlačna naprezanja na račun tlačnih.



Presjek kroz ravninu spajanja jednog dvostupanjskog reduktora lijevane izvedbe kućišta sa zavarenim cilindričnim zupčanicima pokazana je na slici 4.17.

Slika 4.17: Presjek kroz ravninu spajanja dvostupanjskog reduktora

- 267 -



4.2 PODMAZIVANJE PRENOSNIKA Tri su svrhe podmazivanja:

• smanjenje trenja, a time i gubitaka snage, • sprečavanje trošenja i • odvođenje topline nastale trenjem – hlađenje. Da bi se ostvarilo podmazivanje koje će ispuniti ove zahtjeve, presudan je dobar izbor vrste i količine sredstva za podmazivanje.

4.2.1 Izbor ulja za podmazivanje Svako ulje definirano je vrstom i viskozitetom na radnoj temperaturi te se označava slovnim oznakama vrste i brojčanom oznakom viskoziteta kod temperature od 40 °C. Vrsta, tj. kvaliteta ulja, bira se za element nekog sklopa koji ima najteže uvjete rada, tj. podmazivanja (visoka opterećenja uz velike relativne brzine gibanja, otežan dotok maziva, visoke temperature, velika klizanja, neodgovarajući materijal). Kod zupčanih prenosnika to su redovito zupčanici. Tada se i svi ostali elementi (ležajevi, spojke i sl.) podmazuju istim uljem. Pravilan izbor maziva u konkretnim uvjetima eksploatacije zasniva se na temelju opsežnih eksperimentalnih istraživanja za različite uvjete rada koje je dalo Američko udruženje proizvođača zupčanika AGMA. Ona mogu poslužiti kao orijentacija proizvođačima i korisnicima maziva. Oznake maziva za industrijske zupčaste prenosnike najčešće su dane prema firmi koja ih proizvodi, ali ih je lako dovesti u vezu s brojevima AGMA klasifikacije, primjerice SAE (The Society of Automotive Engineers) ili API (American Petroleum Institute). Uvođenje klasifikacije reduktorskih maziva u ovisnosti samo od njihovog viskoziteta, omogućilo je korisnicima i dobavljačima da imaju jedinstven uvid u osobine maziva. AGMA je predložila kao oznake maziva za industrijske reduktore brojčane indekse od 1 do 9 pri čemu svakom broju odgovara jedna vrijednost kinematskog viskoziteta. Specifikacija po standardima AGMA dopunjava se oznakom aditiva koji se dodaje mazivu i količinskim odnosom. Uz specifikaciju za reduktorska maziva se navodi da moraju biti visokokvalitetna, dobro očišćena, da ne smiju izazivati koroziju zupčanika i ležajeva, da moraju biti kemijski neutralna, termostabilna, da se ne pjenušaju, da ne sadrže pijesak ni druge abrazivne materijale. Maziva oznake od 1 do 6 za primjenu u običnim uvjetima moraju imati indeks viskoziteta najmanje 30, a ako je radna temperatura veća od 45 °C onda najmanje 60; za maziva oznake 7k, 8k, i 8Ak, indeks viskoziteta mora biti preko 90. Udruženje SAE je usvojilo klasifikacijske brojeve maziva za podmazivanje transmisija kod automobila SAE 75, 80, 90, 140 i 250. Prema hrvatskom standardu, za zupčane prenosnike obično se upotrebljavaju ulja za zatvorene zupčane prenosnike (oznaka: ZU) – prema tablici 4.10. U obzir dolaze još mineralna ulja za mehaničke prenosnike (oznaka: MP) pogodna za velike obodne brzine i male okretne momente; cirkulacijska ulja (CP-S, CP-T, CP-VT, i CP-NT), s istom primjenom kao i MP ulja, ali za veće temperature; turbinska inhibirana ulja (ITU-S i ITU-T); ulja za visoke pritiske (UVP 75 do UVP 250) – mineralna selektivno rafinirana ulja s aditivima za visoke pritiske (EP) koji stvaraju

- 268 -



naročito otporan epilamen (granični sloj), a koja se upotrebljavaju za teško opterećene zupčane prenosnike pri niskim temperaturama; hipoidna ulja – hipenoli (HIP 80, HIP 90 i HIP 140) koja imaju još veći postotak legirnih dodataka te se upotrebljavaju za još teže uvjete rada nego UVP ulja. Za najteže uvjete rada upotrebljavaju se hipenoli HIP GTL HD, dok se za automatske mjenjače preporučuju ulja Transmol DB. Prema HRN, brojčana oznaka iza slovne predstavlja kinematički viskozitet kod 50 °C. Kinematički viskozitet ulja kod 40 °C, tzv. ISO VG broj, određuje se po empiričkoj formuli po Linkeu: ν 40

≅ f V ⋅10[2,2log(ϑ

Un

+20) −0,52log v −1,42 ]

(4.9)

gdje je f V faktor viskoziteta, tablica 4.11, a v srednja obodna brzina svih zupčanika. Tablica 4.10

Ulja za podmazivanje zupčanika

Naziv

Oznaka po HRN

Obična mineralna ulja L 25, L 35, (ležajna) L 45, L 60 Mineralna ulja za mehaničke prenosnike MP4, MP5 (motornih vozila)

Cirkulacijska ulja

Inhibirana ulja

CP-S, CPT, CP-VT, CP-NT

turbinska ITU-S ITU-T

UVP 75 UVP 80 Ulja za visoke pritiske UVP 96 UVP 140 UVP 250

Hipoidna ulja

HIP 80 HIP 90 HIP 140

Opis

Primjena

Bez aditiva

Za protočna podmazivanja i uljna punjenja pri niskim i umjerenim opterećenjima ležaji, zupčanika i mehanizama

–

Za podmazivanje hipoidnih zupčanika i pužnih prijenosa kod velikih brzina i malih okretnih momenata

Legirana ulja za podmazivanje

Za podmazivanje hipoidnih zupčanika i pužnih prijenosa kod velikih brzina i malih okretnih momenata, pri povišenim temperaturama;

–

Za parne i vodne turbine

Mineralna, selektivno rafinirana ulja s aditivima za visoke pritiske koji stvaraju naročito otporan granični sloj

Za teško opterećene zupčane prenosnike pri niskim temperaturama; za nezakaljene i brušene zupčanike s Rm > 400 N/mm2 te za kaljene i brušene zupčanike s Rm > 800 N/mm2 za pogonske temperature do 90 °C

Imaju veći postotak legirnih dodataka

Za još teže uvjete pogona nego UVP ulja

- 269 -



Nastavak tablice 4.10 Ulja za zatvorene zupčane prigone Pogonski uvjeti Način podmazivanja

n < 350 P < 18 P = 18…65 P > 65 n = 350…1000 P < 11 P = 11…50 P > 50 n = 1000…2500 P < 7 P = 7…37 P > 37 n = 2500…5000 P < 4 P = 4…15 P > 15

Podmazivanje uranjanjem

Podmazivanje cirkulacijsko, ili uranjanjem

Zatvoreni zupčanici Otvoreni zupčanici Pužni prenosi

Broj AGMA

ZU - 55 ZU - 80 ZU - 190

2...3 3 6

ZU - 40 ZU - 55 ZU - 80

2 2...3 3

ZU - 80 ZU - 190 ZU - 305

3 6 8k

ZU - 55 ZU - 80 ZU - 190

2...3 3 6

ZU - 40 ZU - 55 ZU - 80

2 2...3 3

CP - 20 ZU - 40 ZU - 55

1 2 2...3

ϑ - temperatura, °C n - brzina vrtnje pogonskog

zupčanika, min-1 P - snaga koja se prenosi, kW ϑ = 0…70 °C n < 350 P < 18 P = 18…65 P > 65 n = 350…1000 P < 11 P = 11…50 P > 50

Cirkulacijsko podmazivanje

Maziva po HRN

ϑ = -20…20 °C

ZU - 80 ZU – 40 OZ - 15 MP 4- 140 MP 4- 80

veliko opterećenje malo opterećenje ϑ < 60 °C ϑ - normalna ϑ - visoka

Tablica 4.11

3 2 – – –

Faktor viskoziteta f V

ϑ o

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

f V

0,01 5

0,17

0,26

0,40

0,63

1,0

1,6

2,5

4,0

6,5

10

16

°C

- 270 -



4.2.2 Načini podmazivanja zupčanika Način podmazivanja zupčanika ovisi prvenstveno o njihovoj obodnoj brzini ili centrifugalnom ubrzanju. Dvije su osnovne vrste podmazivanja:

• Podmazivanje uranjanjem i • Cirkulacijsko podmazivanje. 4.2.2.1 Podmazivanje uranjanjem Podmazivanje uranjanjem, slika 4.18, upotrebljava se za manje obodne brzine, do 15 m/s odnosno za centrifugalna ubrzanja (d/2)·ω2 ≤ 550 m/s2. Kod ovog načina podmazivanja, unutrašnja strana kućišta se izvodi s kanalima i sabirnicama preko kojih ulje dolazi do ležajeva. Ipak, ovaj način podmazivanja nije dovoljno dobar za podmazivanje kliznih ležajeva. Slika 4.18: Shema podmazivanja uranjanjem dvostupanjskog reduktora

Prednost mu je velika sigurnost u pogonu i to što ne zahtijeva nikakve dodatne uređaje.

To je razlog zbog kojeg je ovaj način podmazivanja široko rasprostranjen u praksi. Nedostatak mu je i taj što se mazivo u procesu rada ne može filtrirati. Cilindrične zupčanike dovoljno bi bilo zaroniti u ulje do polovine visine zubaca, ali treba računati s time da se svi vijenci zupčanika ne nalaze na istoj udaljenosti od dna kućišta. Osim toga, neizbježno je kolebanje nivoa ulja u toku rada prenosnika. Uzimajući ovo u obzir, mogu se preporučiti sljedeće iskustvene vrijednosti uranjanja zupčanika u uljnu kupku: Pri velikim obodnim brzinama, bliskim graničnim (15 m/s), cilindrični zupčanici mogu se uroniti u uljnu kupku do dubine od jednog do tri modula. Konični zupčanici pri graničnim obodnim brzinama trebaju se uroniti u ulje od polovine do cijele visine zubi. Što je manja obodna brzina zupčanika, to se on može zaroniti na veću dubinu u uljnu kupku. Sporohodni zupčanici drugog i trećeg stupnja prijenosa mogu se uroniti na dubinu i do polovine kinematskog polumjera zupčanika. Kod brzohodnih prijenosnika ne preporuča se duboko zaranjanje u ulje čak ni za zupčanike drugog i trećeg stupnja prenosa. Zupčanici na udaljenim vratilima višestupanjskih uspravnih reduktora te zupčanici brzohodnih stupnjeva prijenosa, često ne dosežu do razine ulja pa se tada podmazuju pomoćnim zupčanikom ili prstenom, slika 4.19. Pomoćni zupčanik za podmazivanje obično se izrađuje od tekstolita ili drugih nemetalnih materijala. Širina ovog zupčanika uzima se od 0,3 do 0,5 od širine osnovnog zupčanika.

- 271 -



pomočni zupčanik

Slika 4.19: Podmazivanje pomoćnim zupčanikom Kada je dovod maziva u valjni ležaj zbog konstrukcije otežan ili je nedovoljan (male obodne brzinu zupčanika pa se ulje nedovoljno rasprskava na zidove kućišta), tada se koriste: strugači koji skidaju mazivo sa strane vijenca zupčanika i dovode ga u ležaj, žljebovi u obodu kućišta kojima se mazivo s gornjeg dijela kućišta reduktora slijeva u ležaj.  

Ako se na taj način ne osigurava dovoljna količina maziva, ležajevi se moraju podmazivati pojedinačno konzistentnom mašću. Tada se sa unutrašnje strane kućišta postavlja zaštitni prsten, a s vanjske poklopac da se ne bi gubilo mazivo. Mašću se napuni 1/3 do 1/2 slobodnog volumena ležaja ako je brzina vrtnje iznad 1500 min-1. Mast se dopunjava svaka tri mjeseca, a jednom godišnje se zamjenjuje novom mašću, nakon što se ležaj prethodno ispere, očisti i osuši.

4.2.2.2 Cirkulacijsko podmazivanje Cirkulacijsko podmazivanje primjenjuje se pri većim obodnim brzinama. Shema uređaja prikazana je na slici 4.20. Sastoji se od spremnika ulja (1) u kojeg se ulje slijeva iz kućišta reduktora (2) i kućišta drugih uređaja u pogonu; iz spremnika, kroz usisnu kutiju (3) sa sitom, glavna pumpa (4) siše ulje i ohlađeno u hladnjaku (5) tlači do svakog zupčanog para, do svakog pojedinog ležaja i na druga mjesta u pogonu koja treba podmazivati. Posebna, manja pumpa (6) također siše ulje iz spremnika, tlači ga preko filtera (7) natrag u spremnik. Na taj način, osigurano je u sustavu uvijek čisto ulje. Između hladnjaka i prenosnika ugrađen je premosni ventil (8) preko kojega se svo ili dio ulja može vratiti natrag u spremnik, zaobilazeći prenosnik. Na taj način se regulira temperatura ulja u sustavu. Naravno, prije i poslije hladnjaka ugrađeni su termometri (9), na vrhu spremnika odzračnik (10), s vanjske strane spremnika uljokaz (11), a na njegovom dnu ventil (12) za ispust ulja.

- 272 -



Osim kod brzohodnih prenosnika i reduktora velikih snaga, cirkulacijsko podmazivanje zupčanika se uvijek upotrebljava ako je ono inače predviđeno za ležajeve i druge dijelove. 8

9 5

7

4

6

2

10

11

1 3

12

Slika 4.20: Shema cirkulacijskog podmazivanja reduktora Ulje se, pod pritiskom pumpe, pomoću sapnica (rasprskača) prska na bokove zubi. Pri obodnim brzinama v = 10 do 60 m/s ulje se prska na ulazu zubi u zahvat, slika 4.21a, a pri vrlo velikim obodnim brzinama ulje se prska na izlazu zubi iz zahvata, slika 4.21b. Kod potonjeg načina, brzina sudara rasprskanog ulja s bokovima zubi je toliko velika (jednaka zbroju njihovih pojedinačnih brzina) da se ulje ne može uhvatiti za zube nego se pretvara u uljnu maglu koja ispunjava čitavu unutrašnjost prenosnika i stalno pomalo pada na sve zube i ostalo.

a)

b)

Slika 4.21: Prskanje ulja sapnicom a) na ulazu u zahvat b) na izlazu iz zahvata

- 273 -



Kod cirkulacijskog podmazivanja količina maziva u kućištu treba biti najmanje jednaka protoku ulja za 20 minuta rada. U reduktorskim kućištima zamjena maziva se određuje u svakom konkretnom slučaju u ovisnosti o uvjetima eksploatacije, sredine u kojoj reduktor radi i drugih faktora. U nastojanju da reduktor što duže pouzdano funkcionira AGMA preporuča da se mazivo u toku perioda razrade mijenja poslije dva tjedna rada. Prethodno se kućište temeljito očisti lakim mazivom za ispiranje. Nakon toga mazivo treba mijenjati poslije svakih 2500 sati rada ili svakih 6 mjeseci. Ako su uvjeti rada teži, primjerice pri oštrim promjenama temperature u kućištu reduktora koje dovode do kondenzacije vlage, zatim pri povećanoj vlažnosti i zagađenosti okoline te pri radu u parama kemijskih spojeva, mazivo se mora mijenjati jednom mjesečno odnosno jednom tromjesečno. Da bi se mazivo što racionalnije koristilo trebalo bi ga povremeno testirati (viskozitet i pH broj, proizvode trošenja i vode, prljavština) radi ocjene njegove daljnje radne sposobnosti. Pri dobrom pročišćavanju maziva, kada u cirkulacijskom sustavu postoji filter ili se povremeno uključuje centrifuga, mazivo se može koristiti i do 10 godina bez zamjene. Pri konstrukciji kućišta treba predvidjeti otvore za ulijevanje ulja i za vizualnu kontrolu radnih površina zupčanika. Pri dnu kućišta treba osigurati otvor za ispuštanje maziva i emulzije kod ispiranja i čišćenja reduktora. Promjer otvora treba biti toliki da cjelokupna količina ulja istječe prosječnom brzinom od 0,5 m/s.

4.3 GUBICI SNAGE I TEMPERATURA ULJA Gubici snage prenosnika sastoje se od gubitaka snage u ozubljenju, gubitaka snage u ležajevima i gubitaka brtvljenja. Njihovo određivanje, prikazano u daljem tekstu, temelji se na njemačkom standardu DIN 3990.

4.3.1 Gubici u ozubljenju 4.3.1.1 Gubici u ozubljenju pod opterećenjem (za jedan par zupčanika) : Gubici snage u ozubljenju, pod opterećenjem, za jedan par zupčanika, određuju se izrazom: PZP =�mZ PH V

(4.10)

gdje je µmZ srednji koeficijent trenja u ozubljenju, približno jednak koeficijentu trenja u kinematskom polu C: µmZ

≈ µ c = 0,12 4

Ovdje je wBt jedinična obodna sila:

- 274 -

wBt Ra η U vΣc ρ cn

.

(4.11)



F

= K A K V K Hα K Hβ K Bγ t

(4.12)

= 1 + 0, 2 ( ε γ − 2 )( 5 − ε γ )

(4.13)

wBt

b

gdje je K Bγ faktor nagiba zuba: K Bγ

a εγ zbirni stupanj prekrivanja. Projekcija sume obodnih brzina na zajedničku tangentu u kinematskom polu C je: vΣc

= 2v tan α w cos α t .

(4.14)

Ekvivalentni polumjer zakrivljenosti u kinematskom polu C u normalnom presjeku: ρ cn

=a

sin α . 2 cos β 1 i + ( ) i

(4.15)

Dinamički viskozitet ulja na radnoj temperaturi ϑ U u mPa·s određuje se poznatim izrazom: 174

ηU

ϑU + 95

= 0,1282 ⋅η 50

− 0,198

298

e

ϑ U + 95

.

(4.16)

Ovdje je Ra srednje aritmetičko odstupanje površina spregnutih profila, a P je snaga koja se prenosi dok je faktor gubitaka snage u ozubljenju jednak: H V

1

=π 

 z1

+

1

1

1 + ε12 + ε 22 − ε α ) . (  z 2  cos β b

(4.17)

4.3.1.2 Gubici snage u praznom hodu Za podmazivanje uranjanjem (za jedan par zupčanika) hidraulički moment gubitaka je: TH

= CSpC1e C2 ( v / vt0 )

(4.18)

Ovdje je v obodna brzina uronjenog zupčanika u m/s, vt0 = 10 m/s je konstanta, C Sp je faktor rasprskavanja ulja: C Sp = 1 za lučni put zahvaćenog ulja do zahvata jednak π/2. Za isti put jednak 3π/2 je: 1,5

 4e  2hC C Sp =  max  h l 3 h  C 

(4.19)

Ovdje je emax najveća dubina uronjenog zupčanika, hC je visina odvalne točke C nad najdublje uronjenom točkom, a l h je hidraulična duljina kućišta reduktora - 275 -



lh

= 4 AK O

(4.20)

A K je unutrašnja površina kućišta reduktora u blizini većeg zupčanika, a O je opseg te površine. C 1 i C 2 su faktori koji obuhvaćaju utjecaj širine zupčanika i dubine njihovog uranjanja u uljnu

kupku na gubitke snage zbog bućkanja:

3

e +e  b C 1 = 0,063  1 2  + 0,0128   e0   b0  C 2

=

e1 + e2

80e0

+ 0,2

(4.21)

(4.22)

Ovdje su e1 i e2 dubine uranjanja zupčanika 1 i 2, a e0 = b0 = 10 mm. Ukupni gubici praznog hoda u ozubljenju su: k

= ∑ T Hi

PZ0

π ni

i =1

30

,

(4.23)

gdje je k ukupni broj parova zupčanika u prenosniku. Za podmazivanje brizganjem ulja na ulazu u zahvat (za par zupčanika): TH

= 1,67 ⋅10−6 ρ U Qe d (v − vs ) + 32 ⋅10−9 ρU d W1,5ν U0,065m0,18b 0,5v1,5 (Qe / Qe0 ) 0,1 + 0,1

(4.24)

Za podmazivanje brizganjem ulja na izlazu iz zahvata (za par zupčanika): TH

= 8,33 ⋅10−6 ρ UQed W (v + vs )

(4.25)

U ovim formulama je ν U kinematički viskozitet ulja, ν U = η U ρ U u mm2/s; ρ U – gustoća ulja u kg/dm3; Qe količina ubrizganog ulja u l/min; Qe0 = 2 l/min; v s brzina ubrizganog ulja u m/s. Ukupni gubici u ozubljenju su jednaki sumi gubitaka u ozubljenju pod opterećenjem i gubitaka u ozubljenju u praznom hodu: PZ

= PZP + P Z0

(4.26)

Obje vrste gubitaka potrebno je sumirati za svaki par zupčanika te izračunati stupanj iskoristivosti za svaki par pa je onda ukupni stupanj iskoristivosti ozubljenja: ηZ

= ηZ1 ⋅ηZ2 ⋅η Z3

- 276 -

(4.27)



4.3.2 Gubici u ležajevima 4.3.2.1 Valjni ležajevi Ako se zanemare gubici praznog hoda u ležajima te eventualni gubici za dodatno aksijalno opterećenje (kod valjkastih ležaja), gubici u ležajevima se mogu računati prema izrazu PL

= Σµ i Fi vi

(4.28)

gdje je µ koeficijent trenja u ležaju, F opterećenje ležaja, v obodna brzina, a i redni broj ležaja. Koeficijenti trenja ovise o vrsti ležaja i obliku valjnog tijela, a dati su u tablici 4.12. Tablica 4.12 Vrsta ležaja Radijalni kuglični ležaj Samopodesivi radijalni kuglični ležaj Radijalni kuglični ležaj s kosim dodirom Radijalni kuglični ležaj s kosim dodirom, dvoredni

Koeficijenti trenja za valjne ležajeve Vrsta ležaja Samopodesivi valjkasti ležaj Konični valjkasti ležaj Aksijalni kuglični ležaj Aksijalni valjkasti ležaj Aksijalni valjkasti samopodesivi ležaj

µ

0,0018 0,0010 0,0011 0,0020

µ

0,0018 0,0018 0,0013 0,0050 0,0018

4.3.2.2 Klizni ležajevi 4.3.2.2.1 Radijalni klizni ležaj Obodna sila trenja F tr = µF r stvara moment trenja T tr = F tr ·d/ 2 koji pomnožen s kutnom brzinom ω daje snagu gubitaka. Poslije sređivanja proizlazi:

= µ ⋅ F ⋅ v

(4.29)

≅ πψ So

(4.30)

≅ πψ So

(4.31)

PL

gdje je koeficijent trenja u ležaju (približno): µ

za So ≥ 1 i µ

za So < 1. Ovdje je ψ relativna zračnost u ležaju: ψ = Z/d v

gdje je Z zračnost, a d v promjer vratila. So je Sommerfeldov broj:

- 277 -



So =

η L ⋅ ω pm ⋅ψ 2

(4.32)

pri čemu je pm srednji pritisak u ležaju, η L dinamički viskozitet maziva kod radne temperature ulja u ležaju, a ω kutna brzina rukavca. 4.3.2.2.2 Aksijalni klizni ležaj Slično kao i kod radijalnih ležajeva, i ovdje je snaga gubitaka: P L

= µ a ⋅ Fa ⋅ vm

(4.33)

gdje je µ a koeficijent trenja u ležaju, F a aksijalno opterećenje ležaja, a vm obodna brzina na srednjem promjeru ležaja. Koeficijent trenja je µ a

=3

η U ⋅ vm pm ⋅ b

(4.34)

Srednji pritisak u ležaju je pm = Fa ( b ⋅ l ⋅ z ) , pri čemu je b širina, l duljina, a z broj segmenata. Ukupni gubici u ležajevima jednog prenosnika jednaki su zbroju gubitaka u pojedinim ležajevima. PL

= ΣP Li

(4.35)

4.3.3 Gubici brtvljenja Gubitak snage zbog brtvljenja u vatima po jednoj brtvi može se približno izračunati prema izrazu: PBi

= [145 − 1, 6ϑU + 350 log log(ν 40 + 0,8) ] d v2 n ⋅ 10−7

(4.36)

Ovdje je ν40 kinematski viskozitet ulja kod 40oC, u mm2/s; d v promjer vratila u mm; n brzina vrtnje vratila u min-1 . Ukupan gubitak snage zbog brtvljenja jednak je zbroju gubitaka u pojedinim brtvama: k

PB

= ∑ P Bi i =1

gdje je k broj brtvi.

- 278 -

(4.37)



4.3.4 Stupanj iskoristivosti prenosnika Ukupan gubitak snage u prenosniku jednak je zbroju gubitaka u ozubljenju, u ležajevima i na brtvama: Pg

= PZ + PL + P B

(4.38)

dok je stupanj iskoristivosti: η = 1 −

P g P 1

(4.39)

Za jednostupanjske reduktore s čeličnim zupčanicima kreću se stupnjevi iskoristivosti u granicama: η = η =

0,98 … 0,988 za rezane zube 0,985 … 0,995 za brušene zube.

4.3.5 Temperatura ulja U stacionarnim uvjetima pogona svi gubici zupčanog prenosnika pretvaraju se u toplinu koja se, ako nema dodatnog hlađenja, preko kućišta prenosnika prenosi u okolinu, slika 4.22. Ovo se može analitički izraziti: Pg

= Q = kA ϑ K Un

(4.40)

gdje je Q toplina koja se iz unutrašnjosti prenosnika preko stijenke prenosi na okolinu, u W; k je koeficijent prolaza topline iz unutrašnjosti prenosnika na okolinu, u W/(m 2K): 1

k =

1 αi

s

1

λ

α e

+ +

(4.41)

Ovdje je α i koeficijent prijelaza topline na unutrašnjoj strani kućišta, u W/(m 2K): bira se u granicama α i = 150…300 W/(m2K); s debljina stijenke kućišta, λ koeficijent provodljivosti -4 2 topline materijala stijenke, W/(m·K); za čelična kućišta je s/ λ ≈ 2·10 m K/W, α e koeficijent prijelaza topline sa vanjske strane kućišta; prema Winteru, može se uzeti: αe

= f K (10 + 0,07ϑ Un )H −0,15

(4.42)

gdje je f K rashladni faktor, tablica 4.13. Tablica 4.13 v Z , m/s ≤ 1 (mirni zrak) f K 1

2 1,3

3 1,6

5 2,3

- 279 -

7 2,9

10 3,6

Rashladni faktor f K 15 20 5,0 6,3



Visina prenosnika H u mm se u fazi projektiranja može približno uzeti: H = 2,12⋅a za prenosnike sa zakošenim poklopcem; H = 2,5⋅a za prenosnike s horizontalnim poklopcem. Površinu kućišta s koje se prenosi toplina, Ak je vrlo teško odrediti, naročito u fazi projektiranja (planimetriranje) kada se, ako nema preciznijih podataka, može približno uzeti Ak = P g , pri čemu je potrebno P g uvrstiti u kW da bi se dobila Ak u m2. Druga približna formula je Ak = 20⋅a2 u m 2, ako se a uvrsti također u metrima. Nadtemperatura ulja nad okolinom ϑ je: NU

ϑ NU

= ϑU − ϑ 0

(4.43)

gdje je ϑ temperatura ulja u kućištu prenosnika, a ϑ temperatura okoline prenosnika. U

0

ulje

zrak

U N

S N

s

U

i

e

o

konvekcija kondukcija konvekcija 0 °C Slika 4.22 : Shema prolaza topline od zagrijanog ulja u okolinu Ista količina topline prenosi se konvekcijom s kućišta na okolinu. U tom slučaju bilanca energije se može zapisati kao: Pg

= Q& = α e AKϑ NS

(4.44)

gdje je ϑ Sn nadtemperatura stijenke nad okolinom; ϑ NS = ϑ S - ϑ 0 . Ako se usvoji da je prema iskustvu, tj. prema mjerenjima, temperatura ulja za oko 4 K veća od vanjske temperature stijenke ϑ S , iz prije navedenih jednakosti izvodi se izraz za nadtemperaturu ulja nad okolinom:

- 280 -



ϑ NU

Pg H 0,15

= 14,3

f K AK

+ 5400 − 70 .

(4.45)

Temperatura ulja je: ϑU

= ϑNU + ϑ 0 .

(4.46)

Ukoliko je ovako dobivena temperatura ulja previsoka (za mineralno ulje ne bi smjela prelaziti 65...75 °C, iznimno 80 do 90 °C), odabere se drugo ulje s većom viskoznošću. Za ograničenu trajnost zupčanika, mineralna ulja mogu podnijeti i znatno veće temperature. Ovisnost vijeka trajanja mineralnih ulja o rasponu temperatura prikazuje slika 4.23 koja može poslužiti za procjenu granične temperature kada su poznati uvjeti eksploatacije zupčanika. Temperature se biraju u osjenčenom području između donje i gornje linije granične temperature. Donja linija vrijedi za mineralna ulja s antioksidantima i primjenjuje se kad je opskrba kisikom neograničena. Gornja granica temperature se primjenjuje kad je prisustvo kisika beznačajno. Dakle, vijek trajanja ulja za podmazivanje ovisi o količini kisika i katalizatora u njemu, a za unaprijed određenu trajnost, temperatura koju može podnijeti ovisi o njegovom sastavu, tj. kvaliteti.

Slika 4.23: Temperaturne granice za mineralna ulja

Ukoliko se u izraz za količinu topline koja se prenosi u okolinu uvrsti za temperaturu ulja njezina maksimalno (ekstremno) dopuštena vrijednost (ϑ U = 100 °C), tada on daje graničnu, najveću količinu topline koja se preko kućišta može prenijeti u okolinu: Qgr

= kAK (100 − ϑ0 ) ≅ α e AK (100 − ϑ 0 )

(4.47)

Ako je gubitak snage P g ≥ Q& gr , treba uvesti dodatno hlađenje prenosnika ventilatorom ili hlađenjem ulja u njemu pomoću cijevi s rashladnom vodom koje prolaze kroz ulje u kućištu, ili se prelazi na tlačno cirkulacijsko podmazivanje. Za svaki od ovih slučajeva bilanca snage je: Pg

= Q& + Q& d

(4.48)

gdje je Q& d količina topline u jedinici vremena odvedena dodatnim rashlađivanjem. Kod cirkulacijskog podmazivanja je: Q& d

= V&P ρ U cp ∆ϑ

- 281 -

(4.49)



gdje je V &P protok pumpe za ulje u m3/s, ρ U je gustoća ulja; c p je specifična toplina ulja kod konstantnog pritiska, a ∆ϑ razlika temperatura ulja na ulazu i izlazu iz hladnjaka. Ako ne postoje precizniji podaci za ρ U i c p kod određene temperature, tj. za njihovu promjenu s temperaturom, može se računati s ρ U = 850…900 kg/m3, s c p = 2 kJ/(kg·K), dok se razlika temperatura ulja uzima ∆ϑ = (10…20)K. Iz posljednje dvije jednadžbe lako je izračunati temperaturu ulja u prenosniku ili ∆ϑ za željenu temperaturu ulja. Potrebno je također kontrolirati vrijeme optoka ulja u sustavu: t =

V U

& V P

(4.50)

koje treba biti u granicama t = 0,5…2,5 min. Pri tome je V U količina ulja u kućištu (ili u spremniku) u m3 . Kod podmazivanja uranjanjem uzima se količina ulja u prenosniku u dm 3 orijentacijski: V U = (3…8) P g

(4.51)

gdje se P g uvrštava u kW. Pri tome treba biti ispunjen uvjet da veći zupčanik bude uronjen u ulje barem e2 = 3mn.

- 282 -



4.4 POPIS OZNAKA a

mm2 mm

b

mm

bo

mm

AK

unutrašnja površina kućišta osni razmak računska širina zupčanika; duljina zuba širina testnog zupčanika faktori koji obuhvaćaju utjecaj širine zupčanika i dubine njihovog uranjanja u uljnu kupku na gubitke snage zbog bućkanja faktor rasprskavanja ulja toplinski korekcijski faktor specifični toplinski kapacitet ulja pri konstantnm pritisku

C 1, C 2

C Sp C th c p

J/(kg· K)

Q& gr

W

granična toplina hlađenja Sommerfeldov broj

s

mm

debljina stijenke reduktora

T

Nmm

okretni moment

T H

Nmm

hidraulički moment gubitaka

v * v

m/s

obodna brzina parametar brzine mjesna suma tangencijalnih brzina suma tangencijalnih brzina u kinematskom polu

So

vΣ vΣC

cγ

d E e eo f F f K G H

N mm ⋅ µ konstanta krutosti za kose zube

H H H P H v h

mm

hC

µm

*

h i

m/s

tangencijalna brzina dodirne točke

v

m/s

obodna brzina

V P

m3/s

v

m/s

vo

m/s

protok pumpe ulja obodna brzina uronjenog zupčanika obodna brzina uronjenog testnog zupčanika

vs

m/s

brzina ubrizganog ulja

rashladni faktor wBt modul smicanja maziva X αβ visina prenosnika x korekcijski faktor kod računanja Y C faktora trenja prema Ohlendorfu korekcijski faktori kod računanja faktora trenja prema Y d Ohlendorfu faktor gubitaka snage u z ozubljenju

N/mm

specifično opterećenje zuba faktor kuta faktor pomaka profila faktor utjecaja debljine zakaljenosti

visina zuba

α

rad

kut pritiska na krugu odgovarajućeg indeksa

α

W m 2 K

koeficijent prelaza topline

K V

N/mm m

m/s

u

promjer odgovarajućeg kruga (bez indeksa – promjer diobenog mm kruga) 2 N/mm modul elastičnosti dubina u ulje zaronjenog mm zupčanika dubina u ulje zaronjenog testnog mm zupčanika korekcijski faktor za računanje 2

m/s

debljina uljnog filma u odvalnoj točki C relativna visina zuba zupčanog para u kinematskom polu prijenosni omjer

α n α p

- 283 -

konstrukcijski faktor broj zubi

o

m2/N

kut nagiba boka zuba standardnog profila koeficijent ovisnosti viskoznosti o pritisku


Elementi konstrukcije prenosnika *

K -1

koeficijent ovisnosti viskoziteta o temperaturi

o

kut zahvata

o

kut nagiba zuba (bez indeksa – na diobenom krugu)

K A

faktor udara

K Bα K Fα K Hα

faktori raspodjele opterećenja na α w zube u zahvatu

K Bβ K Fβ K Hβ

faktori raspodjele opterećenja po β boku zuba

K Bγ

faktor nagiba zuba

ε α

K V

dinamički faktor

ε β

stupanj prekrivanja u čeonom presjeku stupanj prekrivanja u aksijalnom presjeku

koeficijent prolaza topline

ε γ

zbirni stupanj prekrivanja

toplinski faktor maziva

ε n

k

W m 2 K

Lth

α

µy µmz

stupanj prekrivanja u normalnom presjeku koeficijent toplinske vodljivosti materijala stijenke dinamički viskozitet pri niskoj vrijednosti smicanja, korigiran za trenutnu temperaturu i pritisak stupanj iskoristivosti ležajeva efektivni viskozitet dinamički viskozitet ulja pri radnoj temperaturi stupanj iskoristivosti ozubljenja koeficijent trenja koeficijent trenja u aksijalnom kliznom ležaju mjesni koeficijent trenja srednji koeficijent trenja

ν

Poissonov broj

l h

mm

hidraulička duljina kućišta reduktora

λ

m

mm

modul

η0

mn n

mm min-1

normalni modul brzina vrtnje

ηL η p

O

mm

unutrašnji opseg kućišta

ηU

P P B

W W

snaga gubici snage uslijed brtvljenja

ηZ µ

P g

W

gubici snage

µa

P L P Z

W W

P ZP P Z0 p Q Q

gubici snage u ležaju gubici snage u ozubljenju gubici snage u ozubljenju pod W opterećenjem W gubici snage u praznom hodu 2 N/mm pritisak kvaliteta izrade zupčanika toplinski tok iz unutrašnjosti W prenosnika

W m ⋅ K

mPa·s

mPa·s mPa·s

ω ψ ψ

s-1

ρ

mm

o

Qe

l/min

količina ubrizganog ulja

ρ Cn

mm

QeO

l/min

količina ubrizganog ulja testnog ρ CT reduktora

mm

Q& d

W

toplinski tok dodatnog hlađenja

K

ϑ

- 284 -

kutna brzina relativna zračnost ležaja polukut debljine zuba polumjer zakrivljenosti ekvivalentni polumjer zakrivljenosti bokova u kinematskom polu ekvivalentni polumjer zakrivljenosti bokova u kinematskom polu testnog para temperatura



Indeksi 1 2 0 A A' a b C E F f i

pogonski zupčanik gonjeni zupčanik alat točka početka zahvata točka početka zahvata zupčanika s dubinom modifikacije profila pri vrhu zuba većom od efektivne krug preko glave zuba; aksijalni presjek; osni razmak temeljni (evolventni) krug odvalna točka točka kraja zahvata para zupčanika granična točka profila podnožni krug unutrašnja strana kućišta

e m max min n

vanjska strana kućišta srednja vrijednost najveća vrijednost najmanja vrijednost normalni presjek

N

nadtemperatura

r S t U w y

radijalni smjer stijenka tangencijalni smjer ulje kinematski krug proizvoljna točka (krug) boka zuba

- 285 -

4 Konstrukcija z

Recommend Documents