MATURSKI RAD Tema: Frikcioni prenosnik
1
1. Uvod
Pod prenosnikom u najširem smislu podrazumjeva se mašinska grupa ili cjela mašina, čiji je zadatak prenošenje mehaničke energije od pogonske mašine, ka radnoj mašini ili ka radnim djelovima mašine , pri čemu se po pravilu vrši promjena brzina i sila, odnosno obrtnih momenata. Frikcioni prenosnici su takve konstrukcije kod kojih se kretanje od vodećeg do vođenog tijela prenosi silama trenja. Najjednostavniji frikcioni prenosnik sa paralelnim osama sastoji se od dva valjka koji vrše pritisak jadan na drugi sa zadatom snagom. Pri obrtanju vodećeg valjka na mjestu kontakta pojavljuju se sile trenja koje izazivaju obrtanje vođenog valjka.
2
2. Kinema Kinematik tika a frikcioni frikcionih h parova parova
Oblik radnih radnih površina površina frikcionih parova parova tjesno je vezana sa odnosima odnosima ugao ugaoni nih h brzi brzina na kao kao i sa među međuso sobn bnim im polo položa žajem jem osa osa obrt obrtan anja ja frik frikci cion onih ih točkova. Naime, on mora da zadovolji uslov kotrljanja bez klizanja jedne radne površine u odnosu na drugu, što znači da obimne brzine dodirnih tačaka jedne i druge radne površine moraju biti međusobno jednake. Da bismo odredili potrebne oblike radnih površina frkcionih parova za razne slučajeve međusobnog položaja osa obrtanja kao i za razne odnose ugaonih ugaonih brzina, brzina, razmotrit razmotrit će mo najprije najprije cijeli problem problem sa čisto kinemats kinematske ke tačk tačke e gled glediš išta ta.. Izve Izvede dene ne zakl zaklju jučk čke e i rezu rezultltat ate e kori korist stitit će mo kod kod sv svih ih prenosnika sa neposrednim dodirivanjem. Osnovne veličine koje određuju položaj jedne ose obrtanja u odnosu na drugu, kao i odnose inteziteta odgovarajućih ugaonih brzina su: osno ratojanje, osni ugao i kinematski prenosni odnos. Ove veličine predstavljaju osnovne polazne veličine u kinematici frikcionih parova, pa ćemo sve ostale veličine izvoditi u funkciji ovih osnovnih. Osno rastojanje(a) je najkraće rastojanje osa obrtanja. Ako su ose
para parale leln lne e ili ili se mimo mimoililaz aze, e, to je duži dužina na koju koju one one osje osjeca caju ju na njiho jihovo vojj zaje zajedn dnič ičko kojj norm normal ali,i, a ako ako se sjek sjeku, u, osno osno rasto rastojan janje je ravn ravno o je nuli nuli.. Kod Kod frikcionih parova, parova, osno rastojanje je uvjek konstantno. ϕ ) je ugao između vektora (odnosno njihovih projekcija na Osni ugao( ϕ
rava paralelnu objema osama), posmatran kao apsolutna vrijednost manja od π. Osni ugao je kod frikcionih parova uvjek konstantan. Na slici 1. prikazano je osno rastojanje i osni ugao.
ϕ
ω1
a
ω2 ϕ=0
ω2
Slika 1. Osno rastojanje i osni ugao 3
ω1
Kinematski prenosni odnos, ili kreće – prenosni odnos je odnos
intenziteta vektora ugaonih brzina, i to uvjek intenziteta veće ugaone brzine prem prema a inte intezi zite tetu tu manj manje e ugao ugaone ne brzi brzine ne.. Za razl razlik iku u od radn radnog og pren prenos osno nog g odnosa, kinematski prenosni odnos je uvjek pozitivna veličina, veća ili jednaka jedinici. i
=
ω 1
≥
1
ω 2
Pored osa obrtanja frikcionih parova koje zauzimaju stalan položaj jedna u odnosu na drugu, postoji još jedna osa, vrlo važna za kinematske odnose, a to je trenutna osa obrtanja jednog tijela u odnosu na drugo, u kinematici prenosnika sa neposrednim dodirivanjem, poznata je i kao kinematska osa. Trenutna odnsno kinematska osa predstavlja geometrisko mjesto tačaka u kojima su one komponente brzina oba tijela, koje su upravne na ovu osu, međusobno jednake. Kinematske površine dodiruju se duž trenutne ose i kotrljaju se jedna po drugoj bez klizanja u pravcu upravnom na trenutnu osu. U slučaju paralelnih osa obrtanja, kinematske površine su cilindrične površine, odnosno cilindar i raven u slučaju kada jedno tijelo vrši obrtno, a drugo translatorno kretanje upravno na osu obrtanja. Na slici 2. prikazan je spolješnji cilindrični par (a), unutrašnji cilindrični par (b) i raven cilindrični par (c).
Slika 2. Kinematske površine cilindrični parova 4
3. Osnovne karakteristike frikcionih prenosnika
Frikcioni prenosnici spadaju u grupu prenosnika koji opterećenje prenose prijanjanjem. Frikcioni prenosnici i varijatori izrađuju se od veoma male snage do nekoliko stotina kilovata. Kod većine frikcionih prenosnika i varijatora snaga ne prelazi 20kW. Za veće snage izrađuju se varijatori sa više zona z ona dodira. Pozitivne osobine frikcionih prenosnika su: -
jednostavnost kotrljajućih točkova,
-
ravnomjernost obrtanja, što omogućava primjenu frikcionih prenosnika kada mačina pri visokim brzinama, a takođe kod instrumenata (npr. U instrumentu za provjjeru preciznosti zupčanika),
-
mogućnost promjenljivog prenosnog odnosa – varijatori. Nedostaci frikcinoih prenosnika:
-
veli velika ka opte optere reće ćenj nja a na osov osovin ine e i leži ležišt šte e ili ili neop neopho hodn dnos ostt prim primje jene ne specijalnih konstrukcija s rasterećenim osloncima,
-
neophodnost specijalnih uređaja za pritezanje jednog kotrljajućeg točka uz drugi,
-
opasnost oštećenja prenosnika pri okretanju na mjestu ili u pojedinim slučajevima neravnomjerno trošenje kotrlajućih točkova,
-
nemogu nemogućno ćnost, st, dobiva dobivanja njaaps apsolu olutno tno tačnih tačnih srednj srednjih ih prenos prenosnih nih odnosa odnosa zbog zbog prok prokliliza zavan vanja ja i neiz neizbj bjež ežni nih h nepr neprav avililno nosti sti preč prečni nika ka ktrl ktrlja jaju jućih ćih točkova.
4. Podjela Podjela frikcionih frikcionih prenosnika prenosnika
Kod frikcionih točkova obrtanje se prenosi sa jednog vratila na drugo samo trenjem i stooge tu može lako nastupiti međusobno klizanje spregnutih točkov točkova. a. Ova okolno okolnost, st, međuti međutiim, im, omoguća omogućava va naroči naročito to uspješ uspješnu nu primje primjenu nu frikc kciionih točkova tam tamo gdje priključe jučen ne mašine treba zaštiti tititti od preopterećenja i udara.
5
Prema zadatku koji vrši, razlikuju se frikcioni prenosnici: -
sa stalnim prenosnim odnosom,
-
sa promjenljivim prenosnim odnosom i
-
prenosnici za neizmjenično obrtanje.
Frikcioni točkovi sa stalnim prenosnim odnosom (slika 3.) primjenjuju se za prenos prenos snage snage pri malim malim razmac razmacima ima vratil vratila. a. Suštin Suština a frikci frikciono onog g penosa penosa sastoji se u tome što se ovdje, kao posljedica pritiska jednog točka na drugi, javlja na dodirnoj površini otpor trenja, usljed kojeg se obrtanje prenosi sa predajnog na prijemno vratilo. Pri tom veličina obodne sile koja se prenosi zavisi od veličine pritiska Q i nemože biti veća od otpora trenja. P ≤ µ Q
Slika 3. Frikcioni bezstepeni prenosnik Bezstepeni frikcioni prenosnici po kinematici se djele na: jednostavne pren prenosn osnik ike, e, pren prenos osni nike ke sa spojn spojnim im kotr kotrljljaj ajuć ućim im točko točkovi vima ma i plan planet etar arni ni prenosnici, a po obliku obliku kotrljajući tijela, kod koga se mjenjaju radiusi kotrljanja kotrljanja na: disk prenosnike ili čeone, konusne, kuglične i torusne. Prenosnici sa promjenjivim prenosnim odnoso ili varijatori (slika 4.) mogu biti različiti konsktrucija. Najjednostavniji primer je u slučaju kada se ose sjeku, a sastoji se od frikcijonih točkova cilindričnog oblika. Pri tome se jedan točak u toku rada može aksijano pomjeriti, pa se promjenom prečnika na kome se vrši dodirivanje mjenja, pa tako i prenosni odnos. Primjenjuje se kod frikcionih pres presa. a. Pošt Pošto o se ovdj ovdje e radn radne e povr površi šine ne nepo nepokl klap apaj aju u s kine kinema matsk tskim im,, čisto čisto kotr kotrljljan anje je je samo samo u jedn jednoj oj tačk tački,i, a u osta ostalilim m tačk tačkam ama a dodi dodira ra nast nastaj aje e kinematsko klizanje.
6
Slika 4. Frikcioni varijatori 5. Radne površine frikcionih parova
S obzirom na to da se kinetičke površine kotrljaju jedna po drugoj bez kliz klizan anja ja,, tije tijela la u obli obliku ku akso aksoid ida a mogu mogu se upot upotre rebi bititi kao kao glav glavni ni dije dijelo lovi vi prenosnika, dakle za prenošenje kretanja i obrtnog momenta sa jednog vratila na drugo, ako se obezbjedi kotrljanje jednog takvog tijela po drugom bez klizanja. Za ovo se koristi prijanjanje radnih površina – one se pritiskuju normalnom silom F N jedna ka drugoj, pri čemu obimna sila, koju treba prenijeti sa jednog točka na drugi FO mora da bude manje od granične sile trenja F µO između ovih površina: F O
<
F µ O
=
F N ⋅ µ O
U ovom je suština rada frikcionih prenosnika. U praksi, međutim, kod frikcionih parova ne može se uvjek ostvariti čisto kotrljanje bez ikakvog klizanja radnih površina jedna po drugoj, tako da gonjeni točak uvjek malo zaostaje u odnosu na pogonski točak. Uzroci ovog klizanja mogu biti dvojaki, pa se tako razlikuje kinematsko klizanje i elastično klizanje.
7
Knematsko klizanje nastaje u slučajevima kada se oblik radnih površina
frikcionog frikcionog para ne poklapa poklapa sa oblikom odgovarajuć odgovarajućih ih kinematskih kinematskih površina. površina. Tada nastaje klizanje u svim tačkama dodira koje leže izvan kinematskih površina. Ovo je slučaj kod tzv. ožljebljenih frikcionih točkova, kod kojih radne površine nisu glatke, nego snadbjevene žljebovima u ravnima upravnim na osu obrtanja. Kod njih kinematskog klizaja nema osim u tačkama koje ležen u presjeku radne i kinematske površine. Elastično klizanje posljedica posljedica je elastičnih elastičnih deformacija deformacija radnih površina površina
frikcionog para na mjestu dodira i to kako usljed dejstva normalne sile, tako i usljed dejstva tangentne, obimne sile. Normalna sila elastično deformiše radne površine, tako da se one ne dodiruju po liniji nego po nekoj maloj površini (slika 5.).
Slika 5. Elastično klizanje frikcionih parova
8
6. Materi Materijal jal frikci frikcioni onih h točkova točkova
Od pravilnog izbora materijala radnih površina frikcionih točkova zavisi ispravan rad i trajnost frikcionog prenosnika. Od materijala za frikcione točkove zahtjeva se da ispuni sljedeće uslove: a) Velik Velik modul elastičn elastičnost osti,i, da bi se sprije spriječil čile e veće veće deform deformaci acije je na mjestu dodira, a time smajilo elastično klizanje i gubici energije za deformacije. b) Velik Velik koeficij koeficijent ent trenja, trenja, da bi se smanji smanjila la veličina veličina potrebn potrebne e sile sile pritiska jednog točka ka drugom. c) Veli Velika ka otpor tporno nost st na dodi dodirrni prit pritis isa ak i na haba habanj nje e, da bi se obezbjedio dovoljan vijek trajanja prenosnika. Kaljen čelik po kaljenom čeliku ima veliku izdržljivost s obzirom na
habanje i dodirni pritisak, veliku čvrstoću, velik modul elastičnosti, ali mali koeicijent trenja. Sivi liv po sivom livu ili po čeliku pokazuje slične osobine kao i čelik po
čeliku. On mora biti termički obrađenu površinu. Sivi liv je zgodan za složene oblike frikcionih točkova i za frikcione točkove velikih dimenzija. Gumena obloga po čeliku ili sivom livu ima velak koeficijent trenja, dobru
otpo otporn rnos ostt prem prema a haba habanj nju, u, neču nečuja jan n rad rad i malo malo zagr zagrija ijava vanj nja, a, ali ali je modu modull elastičnosti mali, isto i dozvoljena vrijdnosst dodirnog pritiska. 7. Gubici Gubici na trenje, trenje, koeficijen koeficijentt korisnog korisnog dejstva dejstva i proračun pritisnih mehanizama
Gubici, povezani sa nejednakom izmenom brzine po dužini dodirne površine, najbitiniji su za varijatore. Koordinatu ∆ presjeka, u kome dolaze do čistog kotrljanja i koje odre određu đuje jepr pren enos osni ni odno odnos, s, izra izraču čuna nava va se iz uslo uslova va ravn ravnot otež eže e jedn jednog og od kotrljajućih točkova (slika 6.). Najkarakterističniji slučaj je pri dodiru kotrljajućih točkova po liniji i tada je dužina dodirne površine mala u poređenju sa izvodnićom konusa. Promjena sila trenja po dužini dodirne površine u odnosu na os kotrljajućoh točkova može se zanemariti i usvojiti da je kružna sila jednaka razlici sila trenja na dodirnoj površini: F = fQ
2∆ b
9
tada se koordinata izračunava: F b
∆ ≈
Qf 2
Slika 6. Shema neklizeće tačke i gubitaka na trenje Koordinata ∆ određuje se od sredine dodirne linije u stranu koja odgovara smanjenju brzine obrtanja na izlazu. Srednja brzina klizanja na dodirnoj površini je: vck
=
0,5b(ω 1 sin α 1
± ω 2
sin α 2 )
Gubici snage na trenje izračunavaju se: P 1
=
Q ⋅ f ⋅ vck
=
0,5 ⋅ Q ⋅ f ⋅ b(ω 1 sin α 1
± ω 2
sin α 2 )
Snagu P određujemo kao proizvod kružne sile na kružnu brzinu, izračunava se: P 1
=
Q ⋅ f ⋅ ω 1 ⋅ R1
10
Relativni gubici na trenje izračunavaju se: ψ
1
=
P 1 P
=
b 2 R1
(sin α 1
±
i sin α 2 )
Gubici, povezani sa proklizavanjem u frikcionim prenosnicima koji rade u ulju lju, teor teoret etsk skii je mog moguće uće izra izraču čuna natiti na osnov snovu u rješe ješen nja konk konkre retn tno o – hidrodinamičkih jednačina sa uključivanjem kontaktnih deformacija kotrljajućih točova.
11
8. Zakl Zakljjučak učak
Prenosnici služe za prenos obrtnog momenta i u većini slučajeva vrši transformaciju obrtnog momenta. Takođe frkcioni prenosnici služe za prenos i transformaciju energije. Prenos energije se vrši neposredno dodirom. Frikcioni prenosnici rade na principu trenja između dvije površine, a koje mogu biti od čelika, sivog liva i dr. Gumene obloge se koriste za povećanje trenja, dolazi manje do zagrijavanja i dobru otpornost na habanje. Frikcioni prenosnici mogu da samo prenose obrtni moment, kao i promjenu broja obrtaja. Rad frikcioni spojnica je tih, odnosno neproizvode buku i kao spojnice lako se vrši uključivanje i isključivanje. Na kraju možemo zaključiti da frikcione spojnice jednostavne i lake za rad i nisu pogodne za prenos velike snage, odnosno ako prenose veću snagu onda se mora povećati površinu trenja a time i komplikovanost prenosnika.
12
Literatura
1. Slobodan Veriga;MAŠINSKI ELEMENTI, Univerzitet u Beogradu 1974.
2. Vasi Vasililije je Volk Volkov ov;; ELEM ELEMEN ENTI TI MAŠI MAŠINA NA,, Zavo Zavod d za izda izdava vanj nje e udžb udžben enik ika a Sarajevo 3. Pašaga Pašaga Muratović; Muratović; MAŠINS MAŠINSKI KI ELEMENTI ELEMENTI 2, 2, Lukavac Lukavac 2005. 2005.
13
Sadržaj 1.
Uvod
1
2.
Kinematika frikcionih parova
2
3.
Osnovne karakteristike frikcionih prenosnika
4
4.
Podjela frikcionih prenosnika
4
5.
Radne površine frikcionih parova
6
6. Mate Materi rial al frik frikci cioni onih h točk točkov ova a
8
7. Gubici Gubici na trenje trenje,, koefici koeficijen jentt korisnog korisnog dejstv dejstva a i prorač proračun un pritisn pritisnih ih 8 mehanizama 8.
Zaključak
11 11
Literatura
12
14
