Transmissionselement Kopplingar

Transkript

1 Transmissionselement Kopplingar 1 Transmission transportera effekt Transmissionselement - Axlar - Kopplingar - Växlar - mm. Val av transmissions element - Typ beroende på önskad funktion - Storlek (dimension) bestäms av uppskattad belastning Motor Dimensionering = Val av storlek (dimension) Bestäms av uppskattad belastning I första hand vridmoment (transmission av roterande rörelse) Last avgör hur stort moment som tas ut Dimensionera efter last eller motor? - Motor måste vara starkare än lasten för säkerhets skull dim efter motor Dimensionerande moment = märkdata driftfaktor säkerhetsfaktor - Märkdata = motorns data enligt specifikationer (märkplåt) - Driftfaktor: k = tillägg för hänsyn till dynamiska effekter (stötar) - Säkerhetsfaktor: s = tillägg för osäkerhet i beräkningar 1

2 Säkerhetsfaktor: s = tillägg för osäkerhet i beräkningar - Hur noggranna beräkningsmetoder använder vi? - Är lasterna rätt uppskattade? - Hur stora förenklingar har vi gjort? - Kan vi få oväntade laster p.g.a. t.ex. fastkörning? - Finns risk för yttre påverkan, korrosion mm.? - Finns risk för personskada? Vanligt vid allmän maskinkonstruktion s = 1,5 Ibland Normer (= lagar) som bestämmer säkerhetsfaktor (ex. hissar) Driftfaktor: k = tillägg för dynamiska effekter (stötar) - Stötformig belastning ger större påverkan på material mm än konstant belastning. - Driftfaktorn är ett mått på hur mycket större påverkan blir - Tabeller finns där man kan avläsa driftfaktorer för olika maskinelement och olika belastningsfall 4 Vi skall dimensionera en koppling. Lasten är 75 Nm Motorn har märkmoment 100 Nm Remväxel: - innebärattdriftfaktorn kansättastill 1,5 Motor Vi är osäkra på last mm (fastkörning kan momentant ge stora laster): - använder säkerhetsfaktor Hurstort blir dimensionerandemoment för kopplingen? M dim = 100 1,5 = 00 Nm 5 Huvudfunktion - Överföra effekt - Hålla samman delar Ändamål, (hjälpfunktion) - Ta upp riktningsfel - Överföra rörelser i vinkel - Ta hand om radialrörelser - Ändra dynamiska egenskaper - Skydda mot överbelastningar - Start av tunga maskiner - In- och urkoppling av maskiner - Rörelse i en riktning 6

3 Fasta förband / fasta kopplingar - Fasta kopplingar - Axel-, nav-förband mm Radiellt rörliga och vinkelrörliga Elastiska kopplingar Manövrerbara kopplingar - Klokopplingar/Tandkopplingar - Friktionskopplingar Varvtalsstyrda kopplingar - Hydraulkopplingar - Centrifugalkopplingar Säkerhetskopplingar Riktningsstyrda kopplingar Engelska: - Clutch = manövrerbar koppling - Coupling, joint = icke manövrerbar koppling 7 Kan ta upp: - Riktningsfel - Rörelser - Vibrationer Fjäderelement: - Stål - Gummi (vanligast) - Luft 8 Kugg-kopplingar Universalkopplingar - Polhemsknut - Kardanknut Kulkopplingar 9

4 10 Princip Rzeppa-koppling Rzeppa Bendix-Weiss

5 Formbetingade Klokoppling Tandkoppling Kraftbetingade - Friktionskoppling (bilkoppling) 1 Hur mycket, uttryckt i procent, ökar den överförbara effekten i en enskivig friktionskoppling (se figur) som har friktionsytans ytterdiameter 00 mm och innerdiameter 140 mm, om ytterdiametern ökas med 10%? Kopplingens ansättningskraft F enligt figuren ges av yttrycket p vilket antas lika stort i båda fallen. 14 r y r i r m approx r m exakt Fel i r m approx 1 0 0,500 0,667,% 1 0,1 0,550 0,67,% 1 0, 0,600 0,689 14,8% 1 0, 0,650 0,71 9,7% 1 0,4 0,700 0,74 6,1% 1 0,5 0,750 0,778,7% 1 0,6 0,800 0,817,1% 1 0,7 0,850 0,859 1,0% 1 0,8 0,900 0,904 0,4% 1 0,9 0,950 0,951 0,1% 1 0,999 1,000 1,000 0,0% r m, approx ry ri r m, exakt ry r y r i r i r y r i 15 5

6 Ju högre varvtal ju starkare inkoppling Centrifugalkopplingar Hydraulkopplingar För en slirkoppling gäller att den ingående effekten är P =,4 kw och det ingående varvtalet är n = 1000 varv/min. Det utgående varvtalet är momentant n = 850 varv Besvara följande frågor: a) Hur stor är kopplingens slip? Hur kan begreppet slip beskrivas? b) Hur stort är vridmomentet i ingående axeln? c) Hur stort är vridmomentet i utgående axeln? d) Hur stor är kopplingens utgående effekt? e) Var tar skillnaden mellan tillförd och avgiven effekt vägen? 18 6

7 Ju högre varvtal ju starkare inkoppling Fjäderförspänd Inkopplingsfördröjning (tomgångsvarvtal) - Ex: Motorsåg, moped Kraftöverförande massa Block/backar Pulver Pulviskoppling Stålkulor Metallukkoppling 19 En centrifugalkoppling har friktionsytan på radien R = 150 mm. De två glidblocken väger tillsammans 0,8 kg och har tyngdpunkten e = 0 mm innanför friktionsytan. De är infästa med fjädrar som avpassas så att kopplingen börjar driva vid 5% av det normala varvtalet som är 500 varv/minut. Beräkna kopplingens överförda moment vid 500 varv/minut samt visa i diagram hur överfört vridmoment varierar med ingående varvtal. Friktionstalet är 0,5. Fjädrarnas vikt försummas. Observera att glidblockens tyngd har en helt försumbar inverkan på överfört vridmoment. 0 F c Ur formelsamlingen: F c = m r ω, n = 0 ω π ω = nπ 0 Blockens sammanlagda massa m = 0, 8 kg r är radien från blockens masscentrum till rotationscentrum: Då blocken ligger mot friktionsytan (vid alla intressanta varvtal): r = 150 mm 0 mm = 10 mm F f Eftersom m och r är konstanter: F c n = mr π 0 n Kopplingen börjar överföra moment vid 5% av 500 rpm = 65rpm Vid detta varvtal ligger blocken mot friktionsytan, men kontakttrycket (och friktionen) 0 Jämvikt ger ett utryck för fjäderkraften: F f = F c (65) Eftersom fjädern inte kan sträckas längre blir fjäderkraften inte större än så. 1 7

8 F F c För varvtal större än 65 rpm: Ny jämvikt ger F = F c F f F n = F c n F c (65) F μ F f Anta att blocken snurrar med konstant hastighet, momentjämvikten ger: M = F R μ M n = Rμ F n = Rμ(F c n F C 65 ) R = 150 mm, μ = 0, 5 M M n = Rμ mr π 0 n mr π 0 65 = M 500 = Rμmr π Rμmr π 0 n 65 = 0, 15 m 0, 5 0, 1 m 0, 8 kg π s 49 Nm M n = Rμmr π 0 n M [Nm] n [rpm] Frihjul (bakhjulsnavet på cyklar) Rullgardin mm 4 8

9 Kulsäteskoppling Friktionskoppling Brytpinne Centrifugalkoppling 5 9