Jõuülekanne (2)

Põltsamaa Ametikool
Jõuülekanne
A3
Alvar Müür
Kaarlimõisa 2010

Sisu

1. Hammasülekanded 3
1.1 Eelised ja puudused 3
1.2 Liigid 3
ringkiiruse järgi 4
Hammasülekannetest üldiselt 4
1.3 Diferentsiaal 5
1.3.1 Planetaarülekanne 5
1.3.2 Tiguülekanne 9
2. Rihmülekanne 11
11
2.1 Rihmülekande eelised: 11
2.2 Rihmülekande puudused: 11
2.3 Rihmülekannete klassifikatsioonid 12
3. Võllid ja teljed 13
4. Kettülekanne 14

1. Hammasülekanded

1.1 Eelised ja puudused

• Eelised- kõrge kasutegur (kuni 98%).
  
• väikesed mõõtmed (võrreldes hõõrd- ja rihmülekandega).
  
• konstantne ülekandearv.
  
• suur ülekantav võimsus (kümneid tuhandeid kilovatte)
  
• võllide ja laagrite väike koormus.
  

• eriseadmete vajadus hammaste lõikamiseks.
  
• võimatu muuta ülekandearvu sujuvalt .
  
• valmistamise ebatäpsusest tingitud müra.
  

1.2 Liigid

Hammasülekannete liigitus telgede vastastikuse asendi järgi-

• silinderhammasülekanded
  
• koonushammasülekanded
  
• hüpoidülekanded
  
• hammaslattülekanded
  
• kruvihammasülekanded
  

Hammasülekannete liigitus hammaste paiknemise järgi ratta moodustaja suhtes-

• sirghammastega
  
• noolhammastega
  
• kaldhammastega
  
• kõverjooneliste hammastega
  

Hamba kuju järgi-

• evolventprofiiliga
  
• tsükloidprofiiliga
  
• ringjoonelise profiiliga
  

Konstruktiivse kujunduse järgi-

• lahtised hammasülekanded:
  
• kinnised hammasülekanded
  

ringkiiruse järgi

• väga aeglasekäigulisteks ( ringkiirus alla 0,5 m/s )
  
• aeglasekäigulisteks ( ringkiirus 0,5-3 m/s )
  
• keskkäigulisteks ( ringkiirus 3-15 m/s )
  
• kiirekäigulisteks ( ringkiirus üle 15 m/s )
  

Hammasülekannetest üldiselt

Ülekandetegur on üks tähtsamaid hammasülekannet iseloomustavatest parameetritest.
Valdav osa hammasülekannetest teostab pöörlemise ülekandmist ühelt võllilt teisele tingimustes, kus võllide asend on fikseeritud ning ei muutu. Sellisel juhul võib hammasrataste pöörlemist käsitleda lihtliikumisena.
Vajadus hammasülekande järele tekib tavaliselt siis kui on vaja muuta võllide pöörlemiskiirust, kusjuures üldjuhul on töömasinat käitav jõumasin (elektrimootor) liialt suure pöörete arvuga ja temaga ühendamiseks on vaja vahele asetada pöördeid alandav hammasülekanne ehk reduktor . Seetõttu tekib vajadus pöörlemiskiiruse mutest iseloomustamiseks mingi konkreetse parameetriga. Selleks on ülekandetegur ehk ülekandesuhe.
Joonis 1. Hammasülekanne

1.3 Diferentsiaal

1.3.1 Planetaarülekanne

Planetaarülekandeks nimetatakse hammasülekannet, kus on liikuvate telgedega hammasrattaid. Planetaarülekanded koosnevad välis- ja sisehambumisega hammasratastest. Planetaarülekandes on keskratas välishambumises satelliitidega, mis pöörlevad raami paigutatud telgedel, kusjuures ka raam ise pöörleb. Teisest küljest on satelliidid sisehambumises liikumatu hammasrattaga ning pöörlevad koos raamiga ümber keskratta.
Vedav lüli
Vedavaks lüliks võib planetaarülekandes olla kas keskratas või siis raam. See võimaldab ülekande ühe ja sama skeemi juures saada erinevaid ülekandearve. Lihtsaimal planetaarülekandel, millel on liikumatu ratas ning vedav keskratas võib ülekandearvu leida järgmise valemiga.
kus
zliikumaturatas on sisehammastega liikumatu ratta hammaste arv,
zvedavkeskratas on vedava keskratta hammaste arv.
Kui panna aga pöörlema ka üldjuhul liikumatu sisehammastega ratas, siis sõltub raami nurkkiirus ühtaegu keskmise ja välimise ratta nurkkiirustest ning ülekanne muutub diferentsiaalülekandeks
Planetaarülekande astmete- ja ülekandearv
Planetaarülekanded võivad olla ühe- ja mitmeastmelised ülekandearvuga kuni 1000 ja rohkem.
Planetaarülekande eelised:
Planetaarülekande kasutamine võimaldab vähendada konstruktsiooni massi kahe- ja enamkordselt.
Satelliitide ühtlane paigutus raamis võimaldab omavahel tasakaalustada planetaarülekandes rataste hambumisel tekkivate jõudude radiaalkomponente.
Võimaldab saada suuri ülekandearve 1000 ja rohkem.
Planetaarülekande puudused:
Kõrgendatud täpsusnõuded rataste valmistamisel ja koostamisel.
Madal kasutegur, eriti suurte ülekandearvude korral.
Planetaarülekande konstrueerimisele eelnev arvutus
Planetaarülekannete hammasrattaid arvutatakse tugevusele samade valemitega mis tavaliste ülekannete hammasrattaidki.
Planetaarülekande konstrueerimist alustatakse kinemaatikaarvutustest. Lähtesuurus on nõutav ülekandearv. Kinaemaatikaarvutus seisneb hammasrataste hammaste arvu valikus . Sisselõike vedava keskratta hamba jalal peab tema hammaste arv za olema suurem kui 17. Enamasti võetakse za = 18 (kasutatakse ka nihutust ja ). Teiste rataste hammaste arvusid valides arvestatakse kolme tingimust:
ühistelgsust,
satelliitide paigutust võrdsete nurkade all (sümmeetrilisust),
heanaaberlikkust.
Planetaarülekande kinemaatikaarvutus
Planetaarülekande kinemaatikaarvutus tehakse järgmiste valemitega:
Ülekandesuhe:
hammaste arvud za≥18; zb=za(i-1); zg=0,5(zb-za;
Ühistelgsuse tingimus (kui lähtekontuuri ei nihutata):
zb = za + 2zg
Sümmeetrilisustingimus (koostamistingimus):
ja ehk
kus nω on satelliitide arv ülekandes (tavaliselt 3), e aga suvaline täisarv;
heanaaberikkustingimus:
,kus aω on ülekande telgede vahe, 0,5dsatelliidipeaderingjoon on satelliidi peaderingjoone läbimõõt.
Pärast kinemaatikaarvutusi tehakse jõuarvutus.
Planetaarülekande jõuarvutus
Planetaarülekande jõuarvutuse esimestes järkudes (materjali ja termotöötluse valik, lubatud pingete määramine) toimitakse üldiselt silinderhammasülekannete arvutamiseks antud soovituste järgi. Erinevused on järgmised:
Lubatud pingete määramisel leitakse eategurid KHL ja KFL rataste suhtelise liikumise järgi, st. ja
, kus on pingevaheldustsüklite arv rataste suhtelisel liikumisel.
Pingevaheldustsüklite arv vedaval rattal: , kus on vedava keskratta suhteline nurkkiirus, ωvedav ja ωraam on vedava ratta ja raami nurkkiirused.
Satelliitidel , kus on raami suhteline nurkkiirus.
Planetaarülekande telgede vahe
Planetarrülekande telgede vahe määratakse järgmise valemiga:
, kus
Ω = 1,1...1,2 on koormusvoogude ebaühtluse tegur,
ψa on hammasratta laiustegur, mis korral on 0,5 i > 6,3 korral aga 0,315.< väärtus asendatakse lähima suurema väärtusega standardreast.
Suurratta laius planetaarülekandes
Suurratta laius planetaarülekandes arvutatakse valemiga b2 = ψaaω
Väikeratta läbimõõt
Ülekande moodul
Arvutatud mooduli väärtus asendatakse lähima väärtusega standardreast Pärast seda määratakse hammasrataste läbimõõdud, selgitatakse toorikute sobivus ja arvutatakse hambumisjõud.
Hammasrataste läbimõõdud planetaarülekandes
Hammasrataste toorikute sobivus planetaarülekandes
Et termotöötlusega saada arvutamisel eeldatud hammasrataste mehaanilisi omadusi, ei tohi toorikud olla lubatust suuremad.
Ringjõud
Seejärel kontrollitakse painde- ja kontaktpingeid.
Hammaste paindekontroll
Hammaste kontroll kontaktpingete järgi
Planetaarülekande konstrueerimine
Arvutustele järgneb konstrueerimine. Nagu tavalisegi reduktori korral, koostatakse algul eskiisprojekt .
Planetaarülekande eskiisprojekt
Eskiisprojekti korral planetaarülekandes määratakse:
detailide põhimõõtmed ja vastastikune asend,
võllide esialgsed mõõtmed,
detailide vahekaugused,
detailide toereaktsioonid,
valitakse laagrite tüübid ning mõõtmed. Keskrataste võllid toetatakse kerge seeria radiaalkuullagritele, satelliidid aga keskmise seeria sfäärilistele kuul- või rulllaagritele.
Saadud tulemuste põhjal tehakse esialgne eskiisprojekt koos esialgsete eskiisjoonistega.
Planetaarülekande projekt
Planetaarülekande lõpliku projekti tegemisel võetakse arvesse kõiki eelnevalt arvutustega leitud tulemusi ning lisaks eelnevatele arvutustele tehakse veel järgnevat.Valitud veerelaagritele tehakse kontrollarvutus toereaktsioonidega, mis leitud jooniselt. Arvestades suurimat võimalikku pöördemomenti jaotuse ebaühtlust voogude vahel, määratakse see jõud kiirel (vedaval) võllil , kus d1 on hammassiduri jaotusläbimõõt. Aeglasel vedaval võllil , kus Th on moment väljundvõllil (raamil), aω ülekande telgede vahe. Kõige rohkem ongi koormatud satelliitide laagrid . Nende vajalik dünaamiline kandevõime Cvajalik leitakse jõu Fr = 2Ft järgi, kus Ft on eelnevalt arvutataud ringjõud.

1.3.2 Tiguülekanne

Ehitus
Tiguülekanne koosneb pöörlevast kruvist, mida nimetatakse teoks, ja tigurattast, mille pöial olevate hammastega hambuvad teo keermeniidid. Ülekande vedavaks lüliks on tigu .
Tiguülekande eelised

• sujuv ja müratu töö
  
• võimalus saada väikeste gabariitide juures suuri ülekandearve
  
• isepidurduvus
  

Tiguülekande puudused:

• madal kasutegur
  
• hammasülekannetega võrreldes väike ülekantav võimsus (tavaliselt mitte üle 70 kW)
  
• suur kulumine
  
• vajadus kasutada kalleid materjale, nagu näiteks pronks
  

Tiguhambumise geomeetria
Tiguülekandes nagu hammasülekandeski esinevad tigu ja tiguratta silindrilised algpinnad. Nende pindade kokkupuutumiskoht on hambumispoolus.
Tiguülekande jagunemine pinna kuju järgi
Olenevalt pinna kujust , millele lõigatakse keermeniidid, eristatakse:

• silindertigusid
  
• globoidtigusid
  

Tiguülekande jagunemine keermeniidi profiili järgi
Keermeniidi profiili järgi telglõikes, eristatakse:

• sirgjoonelise profiiliga tigu
  
• kõverjoonelise profiiliga tigu
  

2. Rihmülekanne

Joonis 2. Klassikaline kiilrihmülekanne
Rihmülekanne koosneb kahest või rohkemast rihmarattast, mis on kinnitatud võllidele, ja nendele asetatud lõputust rihmast. Rihmülekannet kasutatakse põhiliselt siis, kui võllide vahekaugus on suur ning ülekanded ei nõua rangelt konstantset ülekandearvu (välja arvatud hammasrihmülekanne). Rihmülekanded on mehaanilistest ülekannetest ühed vanimad. Tänapäeva rihmülekannete võimsus ei ületa tavaliselt 50 kW, kuid leidub ka ülekandeid võimsusega 1000 kW.

2.1 Rihmülekande eelised:

• Võimalus kanda võimsusi üle suurte vahemaade (kuni 15 meetrit)
  
• Sujuv ja müratu töötamine
  
• Lihtne ehitus ja kasutamine
  
• Võime taluda purunemata suuri väheajalisi ülekoormusi
  

2.2 Rihmülekande puudused:

• Suhteliselt suured mõõtmed
  
• Rihma väike tööiga
  
• Rihma libisemisest tingitud muutuv ülekandearv
  
• Rihma pingusest tingitud suured koormused võllidele ja laagritele
  

2.3 Rihmülekannete klassifikatsioonid

Lamerihmülekanded on kiilrihmülekannetest eelistatavamad suuremate pöörlemiskiiruste, telgede suure vahe ning ülekande maksumuse võimaliku vähendamise korral. Ülekantav võimsus on tavaliselt 0,5...50kW, kuid esineb ka lamerihmülekandeid võimsusega 1000kW ja rohkem
Lamerihmülekannete erikujud : Praktikas kasutatakse mitmesuguste skeemide järgi kujundatud lamerihmülekandeid.

• Lahtist ülekannet kasutatakse, kui võllid on paralleelsed ja pöörlevad samas suunas.
  
• Ristuva rihmaga ülekannet kasutatakse, kui võllid on paralleelsed, kuid pöörlevad vastassuunas .
  
• Poolristuva rihmaga ülekannet kasutatakse kiivate võllide puhul.
  
• Juhtrullidega ülekannet kasutatakse samuti kiivate võllide puhul, kusjuures rihma liikumissuunda muudetakse juhtrullidega.
  

Joonis 3. a-lahtine ülekanne; b-ristuva rihmaga ülekanne; c-poolristuva rihmaga ülekanne; d-juhtrullidega ülekanne
Hammasrihm: Hammasrihma õige pingsuse määrab tavaliselt pingutusrulli hoidevedru. Rihma saab kontrollida kui selle katted eemaldada. Katete eemaldamiseks tuleb eemaldada generaatori rihm jne. rihmad . Sammuti ka mootori väntvõlli rihma seib. Rihm ei tohi olla õline, kui on siis vahetada ja nukkvõlli otsatihend. Enne rihma eemaldamist leidke kõik pöörlevate rataste märgid. Kui märgid on leitud siis vabastada regulaatori kinnituspoldid ja eemaldada rihm (oleks hea kui saaks eelnevalt kõik rihma rattad fikseeritud, peale rihma eemaldamist mootorit mitte keerata). Kui vana rihm tagasi panna siis ta peaks jääma samas suunas pöörlema, visuaalselt kontrollitakse eelnevalt rihma seisundit kontrollitakse rihma laiust ja võrreldakse autodata andmetega. Tavaliselt vahetatakse koos rihmaga ka tugi- ja pingutusrullid. Tugi- ja pingutusrulli laagrid ei tohi käega pöörates häälitseda. Uue rihma paigaldamisel lugeda eelnevalt vana rihma hammaste arv ja võrrelge seda uuega. Mõnedel mootoritel fikseeritakse nukkvõll, väntvõll ja kõrgrõhupump, enne seda kui uus rihm on paigaldatud kontrollitakse nukkvõllide ja väntvõlli otsatihendite leket (et õline ei ole) kui esineb õlis, siis vahetage see.
Rihma pingutakse nii, et rihma pikem haru käega pöörates ei võimalda rohkem kui 90 kraadi pöörata. Pingutusrullidel on vedru sees, mis määrab keti pingutuse.
Pärast koostamist keeratakse mootorit käsitsi vähemalt 2 ringi, et kontrollida/veenduda rihma/keti paigaldamise õigsuses. Rihm kaetakse plastik katetega ja keti korral suletakse klapikambrikaan. Mootor käivitatakse ja veendutakse tulemuse õigsuses.

3. Võllid ja teljed

Teljed on pöörlevate detailide kandjad, võllid lisaks sellele veel ka pöördemomenti edastavad.
Seega töötavad võllid lisaks paindele alati ka väändele.
Enamik võlle ja telgi on sirged. Kolbmasinais vajatakse murtud geomeetrilise teljega väntvõlle, peamiselt aparaadiehituses veel ka paindvõlle.
astmeline sirge võll, paindvõll,
Teljed on kas liikumatud või koos neile kinnituvate detailidega pöörlevad.
Osi, millega võllid ja teljed laagritele toetuvad, nimetatakse tappideks.
Radiaaltapid on enamasti silindrilised, harvem koonilised või sfäärilised. Telgkoormust vastuvõtvad tapid on kas tasapinnalised või nn. kammtapid.
Koonustapi eripäraks on laagrilõtku reguleerimisvõimalus telgnihutust kasutades. On levinud peamiselt peenmehaanika-seadmeis.
a- silindriline, b- kooniline, c- sfääriline e. keratapp,
d- tugi e. aksiaaltapp, e- kammtapp

4. Kettülekanne

Kettülekanne on ülekanne, mis põhineb lõputa keti kujulise vedava lüli hambumisel ketiratastega, mis kujutavad endast spetsiaalselt selle ülekande jaoks toodetud hammasrattaid.
Lihtne Pukskettülekanne
Kettülekannet kasutatakse juhtudel kui pöörlemisliikumist tuleb libisemata üle kanda teineteisest kaugel (kuni 8 meetrit) asetsevate võllide vahel. Kettülekandes kasutatavaid kette nimetatakse ka ajamikettideks.
Kettülekande klassifikatsioon:

• Pukskettülekanne
  
• Rullpukskettülekanne
  
• Hammaskettülekanne
  
• Kujulülikettülekanne
  

Kettülekande eelised rihmülekande ees:

• väiksemad mõõtmed.
  
• Võllide väiksem koormus sest keti eelpingus on väike.
  
• Suur kasutegur ( 0,96...0,98%).
  

Kettülekande puudused:

• Keti väljavenimine šarniiride kulumise tagajärjel.
  
• Võllide täpse montaaži vajadus.
  
• Keti ebaühtlane kiirus, eriti ketirataste väiksema hammaste arvu puhul. See põhjustab täindavaid koormusi .
  
• Kettülekanne on rihmülekandest kallim.
  

Kettülekande kasutamine:
Ketid jagunevad kasutusalade järgi:

• ajamikettid
  
• veoketid
  
• lastiketid
  

Ajamiketid
Ajamiketid kannavad kettajamis võllilt võllile üle pöördemomenti. Et jõudu kantakse üle hambumisega, mitte aga suurt eelpingutust nõudva hõõrdega, siis piisab elementide sidestuse hoidmiseks tavaliselt keti vaba haru kaalust , mis põhjustab läbiripet. Ajamikettülekanne on võrreldes rihmülekandega kompaktsem, koormused laagritele on väiksemad ning kett on rihmast tugevam. Oluline eelis on ka libisemise täielik puudumine ja püsiv keskmine ülekandearv. Ajamiketid võimaldavad võimsusi üle kanda suures vahemikus (kilovati murdosast kuni tuhandete kilovattideni), ent kõige sagedamini kasutatakse neid võimsustel kuni 100kw, sest üle selle kasvab järsult ülekande maksumus. Tavaliselt on ülekandearv i