Põhiõppe projekt - valts (0)

MÕÕGA SOONEVALTS
MHX0020 – Põhiõppe projekt
Üliõpilane: Ove Hillep
Kood: 072974
Juhendaja : Priit Põdra ja
Maido Ajaots
Tallinn
2009
Sisukord
1. Eessõna 3
2. Sissejuhatus 3
3. Väikevaltsid ja valtsimine 4
4. Kinemaatiline skeem 5
6. Arvutused 5
6.1. Vänt 5
6.2. I võll 6
6.3. Hammasülekanne 6
6.2. I võll jätk. 8
6.4. II võll 9
6.5. Hõõrdeülekanne 10
6.3. II võll jätk. 10
6.4. III võll 12
7. Laagrite valik 13
8. Liistu arvutus 13
9. Kokkuvõte 14
10. Kasutatud kirjandus 14
11. Lisad 14

1. Eessõna

Olles mitu aastat sepatööga tegelenud on tulnud ette nii mõningaidki tehnilise raskusi just relvade valmistamisel. Mõõgasoone raiumine on neist üks hullemaid. Materjali tuleb deformeerida mõlemalt poolt korraga ning kuigi alasiabinõudega on see võimalik, valmistab see ometi parajat peavalu, kuna toorik on väga aldis ära libisema. Pealegi võtab see tohutult aega ja loomulikult on majanduslikult mõistlikum detail võimalikult väheste kuumutamistega valmis saada. Seega tekkis idee muuta see närvesööv tegevus inseneritehniliste lahendustega tohutult lihtsamaks.
Tänada tuleb minu sepakunsti õppejõudu Gunnar Varest ning Tallinna Tehnikaülikoolis mind juhendanud dotsent Priit Põdrat ja professor Maido Ajaotsa.

2. Sissejuhatus

Põhiõppe projekti raames sai selle semestri jooksul kavandatud käsivalts soone surumiseks mõõgatoorikusse. Keeruliseks osutus interneti otsingusüsteemidest pildimaterjali leidmine, kuna selgus, et enamus pilte nimega „ valts “ olid mitte masinast vaid aktimodellist nimega Jurgita Valts. Õnneks oli edukam ingliskeelne otsing „sheet metal roller,“ mis koos juhendaja poolt antud piltidega andsid väga hea ettekujutuse, kuidas valmistatav mehhanist töötama peaks ja välja näha võiks.
Esmalt valmis lähtemäärang (leiab lisast), millega said töö eesmärgid umbkaudu kirja pandud. Seejärel sai joonestatud hulk visandeid masina detailidest ning koostust üldiselt. Alles hilisel kevadel võtsin ette peenemate jooniste vormistamise, mis arvutiga tegemisel osutusid ootamatult keeruliseks, kuid mitte ülejõu käivateks. Valmisid detailijoonised valtsirulli vedavast võllist, hammasrattast, valtsi vända ning valtsi enda koost . Samuti on seletuskirjas ära toodud arvutused, millest lähtuvalt valts sai konstrueeritud.
Valtsi konstruktsioonilisi arvutusi tehes lähtusin käe poolt rakendatavast jõust vändale. Selle kaudu arvutasin minimaalse vändavõlli ristlõike läbimõõdu. Lähtuvalt hammasrataste momentidest sai välja rehkendatud ka valtsirulle toetavad võllide ristlõigete läbimõõdud.
Valtsirullid said kontrollitud hõõrdele. Arvutuste kohaselt pöörleks alumine valtsirull toorikult tuleneva surve jõul ka ise, kuid töökindluse huvides ühendasin selle ka hammasülekandega käsiajami külge.
Ove Hillep

3. Väikevaltsid ja valtsimine

Lehtmaterjali ristlõike läbimõõdu muutmiseks mõeldud valts
http://www.motorera.com/dictionary/pics/s/sheet_roller.jpg
http://i2.iofferphoto.com/img/item/952/757/17/2b05_1.JPG
Lisaks veel proffesor Ajaotsa poolt toodud pildid:
Patendiameti kodulehelt ei suutnud midagi valtsile teemakohast tuvastada.

4. Kinemaatiline skeem

l = 84 mm
s = 35 mm

6. Arvutused

Vändale rakenduv jõud: Fv = 200 N
6.1. Vänt Maksimaalne paindemoment Mmax = 200 N * 0,3 m = 60 N*m
[σ] = 250 MPa
Kus
σ paine – vändale rakenduv paindepinge , MPa
M – vändale rakenduv jõumoment, N*m
W – vända tugevusmoment , m3
[σ] – lubatud pinge, MPa
b – lühema külje pikkus
h – pikema külje pikkus
= 0,014 ≈ 15 mm
b = h/2 ≈ 8 mm
6.2. I võll Võllile mõjub vändast tulenev väändepinge τ ning hammasratta tangensiaaljõust tulenev paindepinge σ.
[τ] = (0,56...0,6)[σ] ≈ 150 MPa
Kus
τ – väändepinge
T – väändemoment, N*m
d – ristlõike diameeter
[τ] – lubatav väändepinge
= 0,01267 ≈ 13 mm
Valime võll I läbimõõduks 15 mm.
Paindepinge arvutamiseks peame esmalt arvutama hammasrataste raadiused.
6.3. Hammasülekanne
Valime ülekandearvuks 5.
Hammasratasteks valime silindrilised sirghammasrattad.
Hammasrataste materjal: teras.
Väike – 50 HRC,
Suured – 45 HRC.
Lubatud kontaktpinge
Kus
KHL – eategur, KHL = 1,
σHlim – lubatud pinge vastavalt pingevahetustsüklite arvule
σHlim = 18 * HRC + 150 MPa
[SH] – varutegur , [SH] = 1,2
Väikesel rattal
= 875 MPa
Suurel rattal
= 800 MPa
Arvutustes kasutame väikseimat lubatud pinget:
[σH] = 800 MPa
Lubatud paindepinge
[σFlim] – piirpinge , [σFlim] = 500...550 MPa,
[SF] – varutegur, [SH] = 1,8
= 278 MPa
Ülekande moodul
Kus
Ka = 14,
u – ülekandearv,
K – koormustegur, K = Kα * Kβ * Kv, ,d
Kα – koormuse jaotumise tegur, Kα = 1,
Kβ – koormuse konsentratsiooni tegur, Kβ = 1,1...1,25,
Kv – dünaamikategur, Kv = 1,05,
K = 1 * 1,25 * 1,05 ≈ 1,31
Ψbd – ratta laiuse tegur, Ψbd = 0,3...0,6,
z1 – väikeratta hammaste arv, z1 = 12.
= 1,2 mm
Tugevdame ülekannet, valides m = 5 mm
Suure hammasratta hammaste arv:
= 60
Maksimaalsed nihutustegurid
Jõuülekannetes, kus 10 ≤ z1 Telgede vahe
Δy
Δy = 0,083
y = 0,917
= 184,585 mm
Rataste läbimõõdud
Jaotusringjoon
d = z * m
z – hammaste arv,
m – ülekande moodul.
= 60 mm
= 300 mm
Peaderingjoon
= 74,17 ≈ 74 mm
= 314,17 ≈ 314 mm
Algläbimõõt
= 61,53 mm
= 307,64 mm
Suure hammasvöö laius
= 36 mm
Väikese ratta laius
Valime b2 = 40 mm.
6.2. I võll jätk.
Arvutame võllile I langeva paindepinge.
Selleks määrame hammasliites tekkivad jõud. Sirghammaste korral aksiaaljõudusid ei teki.
= 2000 N
R1 – väikehammasratta raadius,
T – võllile mõjuv väändemoment,
= 2128 N
= 728 N
Fr – radiaaljõud,
Ft – tangentsiaaljõud.
Radiaaljõust tekkiv moment laagritele:
= 30,6 N*m
Võlli läbimõõt lähtuvalt paindepingest:
= 0,0107 m ≈ 11 mm
Arvutame kolmanda tugevusteooria alusel ekvivalentpinge:
= 92 MPa
= 91 MPa
= 203,9 MPa σ] = 250 MPa
6.4. II võll
Väändepinge
Kus
Fr = 2000 N
R2 – suure hammasratta
raadius,
R2 = 0,15 m.
= 300 N*m
= 0,02167 ≈ 25 mm
= 98 MPa τ]
Paindepinge
∑F = 0
∑M = 0
Punkti B2 suhtes
Punkti A2 suhtes
FRull tuleb hõõrdeülekande arvutusest
6.5. Hõõrdeülekanne
D = 300 mm
M = 300 N*m
f – hõõrdetegur, f = 0,3
= 2000 N
= 6666 N ≈ 6,7 kN
Lubatud jõud
E – elastsusmoodul , E = 210 GPa,
p – kõverusraadius, p = 150 mm,
[σH] – lubatav kontaktpinge,
[σH] = 18 HRC = 18 * 55 = 990 MPa
B – ratta laius, B = 0,05 m,
= 101 kN
= 15,15 kN
S – varutegur, S = 2,
Lubatud moment
= 2273 N*m
Tugevus on tagatud!
6.3. II võll jätk.
= 9492 N
= 2792 N
MC2 = 0
= 333 N*m (-)
= 333 N*m (+)
= 217 MPa σ]
Ekvivalentpinge arvutus
= 292 MPa > [σ]
Tuleb valida suurema läbimõõduga võll.
Valime võlli läbimõõduga 30 mm.
= 57 MPa
= 126 MPa
= 170 MPa σ]
6.4. III võll
T = 300 N*m
∑F = 0,
∑M = 0,
= 0
N
= 9856 N
= 234,5 N*m (+)
= 102 N*m (+)
Võllile mõjuv nihkepinge
= 57 MPa
Võllile mõjuv paindepinge
= 89 MPa
Ekvivalentpinge
= 145 MPa σ]

7. Laagrite valik

Kuna võllid ei ole mõeldud deformeeruma ( deformeerub nendevaheline toorik), ei ole tarvis võtta iseseaduvat laagrit. Valime I võlli jaoks SKF kataloogist üherealise rull-laagri numbriga 6002.
Laagri siseläbimõõt: d = 15 mm,
Laagri välisläbimõõt: D = 32 mm,
Laagri laius: B = 9 mm,
Staatiline kandevõime: C0 = 2,85 kN.
II ja III võlli jaoks valime SKF kataloogist rull-laagri numbriga 6306.
d = 30 mm,
D = 72 mm,
B = 19 mm,
C0 = 16 kN.

8. Liistu arvutus

Kuna tegemist on standartse liistliitega, kontrollime seda vaid pindsurvele:
T – väändemoment, N*m
d – võlli läbimõõt, mm
l – liistu pikkus, mm
k – võllist väljaulatuva liistuosa pikkus, mm
[p] – lubatud surve, [p] = 130 MPa
Hammasratast fikseeriva liistu arvutus:
= 89 MPa p]
Valtsirauda fikseeriva liistu arvutus:
= 176 MPa > [p]
Paigutame 2 liistu mõlemale poole võlli:
= 88 MPa p]

9. Kokkuvõte

Selle projekti eesmärgiks oli kavandada töötav käsivalts. Arvestades asjaoluga, et see oli esimene suurem projekt, siis õppisin üpris palju. Esiteks muidugi seda, et asjadega peaks varem pihta hakkama. Lõpuks aga said kauakirutud joonised tehtud ning aruannegi, mida te hetkel käes hoiate, valmis kirjutatud. Valmistootena peaks see valts muutma mõõkade valmistamise meistrite käe all hulga lihtsamaks, andes taaskehastajatele ning kollektsionääridele võimaluse saada neid muljetavaldavaid ning töökindlaid relvi soodsama hinnaga. Kui vähegi võimalust on, sooviks ka ise selle masina oma sepikotta valmis meisterdada.

10. Kasutatud kirjandus

Kleis, I. Masinaelemendid . Konspekt bakalaureuseõppeks.TTÜ, Tallinn, 2005.
Dunajev, P., Lelikov, O. Masinaelementide projekteerimine . Kursusetööd. Tallinn, „Valgus,“ 1989.
Itskovitš, G., Kisseljov, V., Tšernavski, S., Bokov, K., Panitš, B. Masinaelementide projekteerimine. Tallinn, „Valgus,“ 1976
Purde , M. Tolerantsid ja istud . TTÜ, Tallinn, 2005.
http://www.skf.ee
http://www.osoran.ee/osoran02ee/osoran01ee01.ht m

11. Lisad

Lähtemäärang

Võlli detailijoonis

Hammasratta detailijoonis

Vända koostejoonis

Valtsi koostejoonis