Kodutöö MTM0120 (0)

Sisukord

1. Ainetöö ülesanne 2
2. Algandmed 2
3. Eskiis 3
4. Tiguülekande arvutus 4
5. Jõudude arvutus 5
6. Pingete arvutus 6
7. Detaili töötingimuste analüüs 7
8. Detaili tööiga 7
9. Materjali esialgne valik 8
10. Materjali lõplik valik 9
11. Tehnoloogia valik 9
12. Termotöötlus 9
13. Kvaliteedi tagamine 10
14. Kasutatud kirjandus 10

1. Ainetöö ülesanne

Antud ainetöö ülesandeks on kirjeldada tigureduktori tiguratast, teostada sellele tugevusarvutused , valida selle valmistamiseks sobivaim materjal ning valmistustehnoloogia koos viimistlusega.

2. Algandmed

Tõstetav mass
m = 350 kg
Maksimaalne joonkiirus
vmax = 0,7 m/s
Ratta diameeter
d = 0,2 m
Teo keermekäikude arv
z1 = 1
Tiguratta hammaste arv
z2 = 41

3. Eskiis

4. Tiguülekande arvutus

Teo läbimõõduteguri vähim lubatud väärtus
qmin = 0,212*z2 = 0,212 * 41 = 8,69
Valime sobivatest väärtustest (8, 10, 12,5 … ) qmin = 10 mm
Ülekande moodul
m = 3
Teo ning tiguratta telgede reaalne vahe
mm
Teo keerme tõstenurk
γ = 5,71 °
Teo jaotusläbimõõt
d1 = qm = 10 * 3 = 30 mm
Teo peadeläbimõõt
da1 = d1 + 2m = 30 + 2 * 6 = 36 mm
Tiguratta jaotusläbimõõt
d2 = z2m = 41 * 3 = 124 mm
Tiguratta peadeläbimõõt
da2 = d2 + 2m = 124 + 2 * 3 = 130 mm
Tiguratta jalgaderingjoone läbimõõt
df2 = d2 – 2,4m = 124 – 2,4 * 3 = 116,8 mm
Hammasvöö laius
b2
0,75da1, kui z1 = 1 … 3
b2
0,75 * 36
b2
27
Valime b2 = 25 mm
Mootori maksimaalne pöörlemissagedus on f = 1500 1/min = 25 1/s
Teo ringkiirus
ω = 2πf = 2 * π * 25 = 157,1 s-1
Teo libisemiskiirus
Kuna , kasutame koormustegurit K=1

5. Jõudude arvutus

Tiguratta pöördemomendi arvutus
T = F * r = m * g * r = 350 kg * 9,81 m/s2 * 0,1 m = 343,4 Nm
Tiguratta ringjõud
Tiguratta radiaaljõud
Fr = Fring*tanα = 5538,7 * tan 25° = 2582,7 N

6. Pingete arvutus

Hammaste ekvivalentarv
Leiame tabeli 1 järgi hamba kujuteguri YF
x
0,05
41,6
40
45
YF = 2,254
Paindepinge σF
Kontaktpinge σH
σH = 297,6 MPa
Varutegur
[S] = 2
Lubatud paindepinge
[σF] = [S] * σF = 2 * 100,7 = 201,4 MPa
Lubatud kontaktpinge
[σH] = [S] * σH = 2 * 297,6 = 595,2 MPa
Tabel 1: Hamba kujutegur YF
zv
28
30
35
40
45
50
65
80
100
YF
2,43
2,41
2,27
2,22
2,19
2,12
2,09
2,08
2,04

7. Detaili töötingimuste analüüs

Eeldades, et projekteeritav tiguratas töötab 8 tundi päevas, 5 päeva nädalas, 50 nädalat aastas ning toote garantii on 2 aastat, saame sel ajal tehtavate tsüklite maksimaalseks arvuks, eeldusel , et mootori maksimaalne pöörete arv on 1500 pööret minutis , 8,64 * 106.
Tiguratta voolavuspiiri piirtingimus on Rm ≥ 201,4 MPa, kontaktpingest lähtuv kõvaduse piirtingimus on HB ≥ 198.
Tagamaks detaili tõrgeteta töö kogu garantiiaja vältel, tuleb valida piisavalt tugev ning kõva materjal. Eeldusel, et töö toimub sisetingimustes ning tiguratta maksimaalne pöörlemissagedus f = 36 pööret/min, ei ole meil suuremaid kriteeriumeid materjali termopüsivuse osas. Probleeme võib tekitada suur hõõrdumine, kuid määrete kasutamisega saame selle mure lahendada.

8. Detaili tööiga

Kuigi esialgse prao pikkuseks oli antud a0 = 2 mm, ei ole antud detaili juures kasutamiseks see mõistlik. Seetõttu valin ma algse prao pikkuseks a0 = 0,1imm = 0,0001im, esitades detaili töökindluse tagamiseks vastavad kvaliteedinõuded (kirjeldatud peatükis „Kvaliteedi tagamine“). Arvutatud tsüklite arv N = 8,64*106 eeldab, et detail on pidevas töös 8 tundi päevas ning 250 päeva aastas.
Kriitilise prao pikkus
A = 10-12
m = 3
= 201,4 MPa
Y = 1
a0 = 0,0001 m
ac = 0,00011 m
Kriitilise prao suurusest lähtuvalt arvutame materjali purunemissitkuse
KIC = 3,74 MPa

9. Materjali esialgne valik

9.1. Pronkssulam CuZn30Al5Mn4Fe2
Kuna tiguratta pronksvöö vähendaks suuresti tekkivat hõõrdumist, oli esimene loogiline valik selle kasuks. Antud materjal sai valitud just tema suurele kõvadusele, mis takistab plastse deformatsiooni eest kontaktpindadel.
Rm = 450 MPa
HB = 238
Probleemiks aga võib saada materjali hind (3,445 … 4,933 €/kg), mis võib kaalukausi kallutada teiste lahenduste poole.
9.2 Hallmalm EN-GJL-200
Teisena jäi sõelale hallmalm BS EN-GJL-200, mille puhul paistab silma malmidele omane suur kõvadus.
Rm = 210 MPa
HB = 200
σ-1 = 100 MPa
KIC = 20 MPa
Nii tõmbetugevuse kui kõvaduse poolest sobiks antud materjal suurepäraselt, kuna selle näitajad on vaid pisut kõrgemad nõutud omadustest, mistõttu oleks see väga optimaalseks lahendiks. Samuti räägib selle valimise poolt kaasa materjali hind (0,4296 … 0,4725 €/kg). Antud materjal võib aga osutuda liialt hapraks.
9.3 Süsinikteras EN 10277-2
Teraste hulgast paistis sobivuse poolest kõige enam silma süsinikteras EN 10277-2, pinnakarastusega 800o C ning noolutusega 170o C juures.
Rm = 490 MPa
HB = 131
σ-1 = 295 MPa
KIC = 54 MPa
Antud materjal oleks tiguratta valmistamiseks kõige optimaalsem. Tegu on hästitöödeldava materjaliga , mis tähendab, et kulutused töötlusele saab hoida võrdlemisi madalad. Samuti räägib materjali valimise kasuks selle madal hind (0,3862 … 0,5895 €/kg).

10. Materjali lõplik valik

Võttes arvesse ainetöö algseid andmeid ning arvutuste tulemusi, valin ma teoratta materjaliks süsinikterase EN 10277-2, mille tsementiiditav pind, sitke südamik ning madal hind täidavad kõik esitatud nõuded.
Terase EN 10277-2 keemiline koostis:
C – 0,07 %
Mn – 0,3 %
Si – ≤ 0,4 %
P – ≤ 0,045 %
S – ≤ 0,045 %

11. Tehnoloogia valik

Kuna tegu on kesksaritootmisega (500 … 5000 detaili aastas), kasutame tiguratta valmistamiseks vormstantsimist, mis annab piisavalt suure tootlikkuse. Tehnoloogia kasutamise vastu aga räägib stantsivormide kõrge hind, kuid arvestades stantsimistehnoloogia täpsuse ning saadava detaili pinnakvaliteediga, on see õigustatud, kuna tänu sellele võib vahele jätta paljud muidu aeganõudvad lõiketöötlusprotsessid.
Tootmisprotsessi kirjeldus

• Tooriku lõikamine ümarmaterjalist
  
• Detaili valmistamine kuumvormstantsimise teel (T ≥ 800o C)
  
• Detaili puhastamine kraadisoonest
  
• Hammaste lõikamine
  
• Ava ülepuurimine
  
• Soone freesimine
  

12. Termotöötlus

Tsementiitimine
Kuna valitud terase EN 10277-2 näol on tegemist tsementiiditava terasega, viime termotöötlusel läbi ka tsementiitimisprotsessi temperatuuril 900o C. Sellega rikastame tiguratta pinnakihti süsinikuga, muutes selle kõvemaks ning seega kontaktpingele vastupidavamaks. Detaili mahajahtumisel teostame induktsioonkuumutamise teel pindkarastuse temperatuuril 800o C. Sellega saavutame piisava pinnakõvaduse, kuid säilitame sitke südamiku. Karastuskeskkonnana kasutame toatemperatuuril (20o C) vett. Noolutusprotsessi viime läbi temperatuuril 170o C. Karastamine
Noolutamine
Temperatuur
Aeg

13. Kvaliteedi tagamine

Enne tiguratta üleandmist tuleb kontrollida detaili kvaliteeti, eriti kuna vähendasime algse prao pikkust (ao = 0,1 mm). Kontrollmeetodina kasutame magnetpulberkatset, millega on võimalik tuvastada kuni 0,02 mm laiune pragu . Kuivõrd see meetod lubab avastada defekte kuni 6 mm sügavusele ning meie peamiseks murelapseks on just pinnakarastuse pingetest tekkinud defektid , on rahuldab antud meetod täielikult kõiki vajadusi. Sellest hoolimata võib tundlikkuse tõstmiseks kasutada heljumina petrooleumit.

14. Kasutatud kirjandus

Ulrich Fisher, Roland Gomeringer, Max Heinzler, Roland Kilgus, Friedrich Näher, Stefan Oesterle, Heinz Paetzold, Andreas Stephan, „Mehaanikainseneri käsiraamat“ ( originaal pealkiri „ Mechanical and Metal Trades Handbook “), TTÜ kirjastus 2012

Priit Kulu, Daniil Arensburger, Andres Laansoo , Feodor Kommel, „Materjaliõpetus: Juhendmaterjalid ja ülesanded materjalitehnika bakalaureuseõppe kodutöödeks”, TTÜ kirjastus 2003

Enn Hendre , Priit Kulu, Jakob Kübarsepp, Tiit Metusala, Olev Tapupere , „Materjalitehnika”, TTÜ kirjastus 2003

C. W. Wegst, „Stahlschlüssel”, Marbach : Verlag Stahlschlüssel Wegst, 2004

Ilmar Kleis „Masinaelemendid. Konspekt bakalaureuseõppeks”, Tallinn 2005

CES Edupack 2005

http://matweb.com/

http://engineershandbook.com/
10