Erőátvitel tervezése - BMEgjt.bme.hu/sites/default/files/tengelykapcsolo_meretezese_2015_02_22_0.pdf · 8. Szegecsek méretezése A laprugószegecseket a motornyomaték nyírásra

1

Tengelykapcsoló

Erőátvitel tervezése

Magdics G. (LuK Savaria)Trencséni B. (BME)

2

2

Tengelykapcsoló

Tervezési feladat

1. Méretezéshez szükséges járműadatok meghatározása:Motornyomaték, beépítési környezet, csatlakozó méretek, működtetőerő,járműtömeg, váltóáttételek, kerékméret.

2. Nyomatékátviteli biztonsági tényező számítása.3. Hőterhelés számítása.4. Tányérrugó geometria és beépítési helyzet meghatározása.5. Betétrugózási jelleggörbe kiválasztása.6. Áttétel, nyomólap-elemelkedés meghatározása7. Laprugók méretezése (merevség, előfeszítés).8. Szegecsek ellenőrzése nyírásra.9. Kuplung-jelleggörbék analitikus számítása új állapotban és kopásban:

működtetőerő, szorítóerő, nyomólap-elemelkedés.10. Torziós jelleggörbe meghatározása.11. Szerelhetőség ellenőrzése.12. Kopási tartalék ellenőrzése.13. Összeállítási rajz elkészítése (lendítőkerék, váltóharang, kuplungszerkezet,

kuplungtárcsa, kinyomócsapágy, működtető mechanizmus)

3

3

Tengelykapcsoló

Tervezési feladat

4

4

Tengelykapcsoló

1. Kiindulási adatok, jelölések

Mm : Motornyomatéki 1 : 1. fokozat áttételei d : Differenciálmű áttételeRk : Kerék gördülési sugara - számítandó a kerékméretbőlm : a jármű megengedett legnagyobb össztömegenm : Elinduláskor használt fordulatszám - ~1500-2500 1/percxp : pedálút - 120 .. 150 mmxa : Kinyomócsapágy útja (kinyomási út) - 7 .. 8 mmdk : Súrlódó felület külső, ésdb : Belső átmérőjev : Szükséges kopási tartomány - 1,5 .. 2 mms : Biztonsági tényező - 1,3 .. 1,5cz : Tányérrugó nyelvek merevsége - számítandó (analitikus / FEM)cd : Fedél merevsége - számítandó (FEM)dA : Kinyomócsapágy átmérője - Ø40 .. Ø50 mmFAx : Kuplungszerkezet szorítóereje - számítandó (2. pont)z : Súrlódó felületek száma - 2 ..4µ : Súrlódási tényező - 0,3 .. 0,35rm : Közepes súrlódási sugár - számítandó

5

5

Tengelykapcsoló


vo: Járműsebesség nm fordulatszámnálFL: Laprugóelófeszítés adott üzemi pontbanB : A tányérrugó mindenkori beépítési helyzete (lásd 4. pont)B0 : A tányérrugó beépítési helyzete új állapotbanBk: A tányérrugó beépítési helyzete kioldott állapotbanBv : A tányérrugó beépítési helyzete kopott súrlódó betétek eseténFTR : A tányérrugó mindenkori előfeszítése - 3 000 .. 10 000 NlBR : Betétrugózás hossza - 0,6 .. 0,9 mma : A nyomólap elemelkedése a zárt állapotból, a tk. működtetésekor – 1,3 .. 1,6 mmFA : Kinyomóerő, a kinyomócsapágyon - 1000 .. 2000 NFD : Fedélerő (a tányérrugó és a fedél között ébredő erő)hAL : Nyomólapfül magassága a felcsavarozási felülettőlhDL : Laprugó felfekvő felületének magassága a fedélenEM : A tengelykapcsoló beállítási mérete: a felcsavarozási felület és a súrlódó felület

távolsága.

6

6

Tengelykapcsoló


MTFl1

l2dA

dbk dk

k

FAx

FL

FTR

FTR

FD

FA

x

y+

B

hDL

hAL A

C

7

7

Tengelykapcsoló

2. Nyomatékátviteli biztonsági tényező számítása

zrFM mAxkuplung ×××= m

22

33

31

bk

bkm dd

ddr--

=

m

kuplung

MM

s =

, ahol

5,1....3,1=s

Cél:FAx meghatározása oly módon, hogy:

8

8

Tengelykapcsoló

3. Hőterhelés számítása

Cél:

sík úton, és

, ahol

A : az összes súrlódó felület nagysága, ésmn : a nyomólap tömege.

2/40 cmJA

W<

kgKJmW

N

/25<

9

9

A kuplungrendszerben elinduláskor hővé alakuló munkaveszteség :

Tengelykapcsoló


Y-×××=

MMMvmW

i

i202

1d , ahol

Mψ : a váltó behajtó tengelyére redukált fékezőnyomaték(számítandó a menetellenállásokból)

Mi : a motor által nm fordulatszámon leadott nyomaték sík úton,(nyomatékjelleggörbe alapján, ennek hiányában:0,95 Mm dízelmotorra0,85 Mm benzinmotorra

Cél:

sík úton

A : az összes súrlódó felület nagysága, ésmn : a nyomólap tömege

2/40 cmJA

W<

10

10

Tengelykapcsoló


11

11

Tengelykapcsoló

4. Tányérrugó geometria meghatározása

Változtatható paraméterek (bekeretezve):

Kritériumok:- anyagvastagság változtatása 0,05 mm-es lépcsőkben lehetséges;- meredekség változtatása 0,01 mm-es lépcsőkben lehetséges.

B

s10

dbk

dkk

10

12

12

Tengelykapcsoló


A tányérrugó jelleggörbéjének számítására az Almen – László képletalkalmazandó.Ez jó közelítést ad a tányérrugó út-erő jelleggörbéjére, és az egyes élekben ébredőfeszültségekre is.

13

13

Tengelykapcsoló


A tányérrugó geometriáját oly módon kell meghatározni, hogy a mellékelt ábraszerint számítható σm és σa megengedhetőek legyenek a választott anyagra.

B

FTR

B0

Inflexiós pont, sík állapot.

Bk-B0=a+Fkmaxcz

σa

σm

14

14

Tengelykapcsoló


Cél:Jelleggörbe kiszámítása az előző oldal szerint meghatározott geometriávala következő feltételek szerint:

B

FTR

min. v

B0

Inflexiós pont, sík állapot.Bv

min. FAx+FL

15

15

Tengelykapcsoló

5. Betétrugózási jelleggörbe kiválasztása

A motornyomaték függvényében kiszámított szorítóerő alapján történik.Az erő és a szükséges áttétel ismeretében határozandó meg.Kezdeti meredeksége döntően befolyásolja a jármű indíthatóságát.

lBR

FAx

Zárt tk.Oldott tk.

Nyomólap elmozdulás

16

16

Tengelykapcsoló

6. Áttétel, nyomólap-elemelkedés meghatározása

A nyomólap elemelkedése oldott állapotban:

Cél:

dTRk

zKa cFi

cFxa ×-×-

@ 0max

7,0min += BRla

17

17

Tengelykapcsoló

7. Laprugók méretezése

( )33

dlsbEC L

LR -×

×=

Egy laprugó merevsége:

l

sL

b d

18

18

Tengelykapcsoló


Cél:- Kiemelt kuplungnál a laprugók legyenek képesek megtartani kb. a nyomólap

súlyát.- Szállítási helyzetben a hajlítófeszültség ne haladja meg a választott anyag

folyáshatárát.A szállítási helyzetet az az állapot határozza meg, amikor a tányérrugó nyelvekfelütköznek a fedél belső átmérőjén (C pont), vagy ha a laprugók lépcsősszegeccsel vannak szerelve, akkor ezek felütköznek a fedélen (A pont).Ezt a helyzetet úgy kell meghatározni, hogy lehetővé tegye a teljes kopásitartomány kihasználását, de a laprugók a lehető legkisebb hajlító igénybevételtszenvedjék el.

- A laprugók a motornyomaték felét átviszik a fedélről a nyomólapra.Elhelyezésüket a motor forgásirányának ismeretében úgy kell meghatározni, hogyhúzásra legyenek igénybe véve.

- A laprugókat szükséges kihajlásra méretezni. A számítás során a mindkét végénbefogott rúd esetét kell alkalmazni. A terhelő erőt a max. motornyomaték 10-szereseként kell figyelembe venni.

19

19

Tengelykapcsoló


Δh

FB

1.

1. Új állapot

2. Kinyomott állapot (a)

3. Kopás (v)

4. Szállítási helyzet (t)

4.

t

3.

v

2.

a

Feladat:- A laprugómerevség ismeretében a laprugóerő jelleggörbe felrajzolása- A nyomólap és a fedél geometriájának ismeretében (hAL, hDL, EM) az

egyes pontok berajzolása a laprugó-jelleggörbébe.

20

20

Tengelykapcsoló

8. Szegecsek méretezése

A laprugószegecseket a motornyomaték nyírásra veszi igénybe, ezértszükséges ennek az ellenőrzése. Mivel a motornyomaték fele alendítőkerékről közvetlenül a tárcsára adódik, a laprugóknak a motornyomatékfelét kell átvinniük a fedélről a nyomólapra.A szegecseket (és a laprugókat) terhelő erő optimálása érdekében a laprugót anyomólaphoz és a fedélhez rögzítő szegecsek gyakran nem azonos átmérőnhelyezkednek el.

Cél:- 2-es biztonsági tényező nyírásra, a motor forgatónyomatékából származó

igénybevétellel szemben.- A szegecsszárak átmérője általában 5, 6 vagy 7 mm.

21

21

Tengelykapcsoló

8. Szegecsek méretezése

A súrldó betétet a rugószegmensekhez és a szegmenseket amenesztőtárcsához rögzítő szegecseket hasonló módon nyírásra szükségesellenőrizni. Ezeknek azonban a teljes motornyomatékot át kell vinniük.A tk. tárcsákon általában 8 (vagy 8x2) rugószegmens található, így a motornyomaték16 szegecs között oszlik meg a betéten.

22

22

Tengelykapcsoló

9. Kuplung jelleggörbék analitikus számítása

Meghatározandó a tengelykapcsoló szorítóerő (FAx), működtetőerő (FA),nyomólap- elemelkedés (a) és fedélerő (FD) jelleggörbéje a kinyomócsapágyáltal megtett út függvényeként.

Képletek a mellékletben, még le kell ellenőriznem.

23

23

Tengelykapcsoló

10. Torziós jelleggörbe meghatározása

(H - hiszterézis)

24

24

Tengelykapcsoló


Mzár

Mef

β

1

2

3

4

5

6

7

M

25

25

Tengelykapcsoló


1

2

3

4

5

6

7

Meghatározandó a torziós jelleggörbe a fentiperemfeltételekkel.A hiszterézis (súrlódó nyomaték) létrehozásatányérrugóval (6) történik, mely nyelvekkel kapcsolódikaz 5 (tárcsához), hogy elfordulás ellen biztosítvalegyen. A súrlódó erő/nyomaték a (7) műanyag gyűrűnébred.

Cél, kritériumok:- nyomórugók száma 4 vagy 6- a maximális elfordulást a (3) távtartócsapon

felütköző (4) agykarima kell korlátozza oly módon,hogy a rugó menetei nem ütközhetnek felegymáson.

26

26

Tengelykapcsoló


A valóságban gyakran alkalmaznak többfokozatú jelleggörbét (általában max. 4)a jobb izoláció eléréséhez alacsony terheléseknél.

27

27

Tengelykapcsoló


28

28

Tengelykapcsoló


F

m

MRr1r2

a [°]H

MR M

R

M[N

m]

Súrl.erő:

FR = F x m

Súrl. nyomaték

MR = FR x rm

Köz. súrl. sugár:

rm = (r1 + r2) / 2

Hiszterézis

H = 2 x MR

Az F előfeszítő erőt a (4) agykarima és az (5) ellentárcsa által előfeszített (6)tányérrugó biztosítja.

1

2

3

4

5

6

7

29

29

Tengelykapcsoló


A nyomórugók geometriáját úgy kell meghatározni, hogy a menetek Mzár

nyomaték hatására bekövetkező elfordulás esetén se ütközzenek fel egymáson.Ezt a terhelést a (3) távtartócsapok kell felvegyék. Ezeket az Mzár

nyomaték által okozott nyírásra kell ellenőrizni. A másik fontosszempont a méretezésük során a középső hengeres részhosszának meghatározása. Ez és az (5) ellentárcsa geometriájahatározza meg a (6) tányérrugó előfeszítését.Utóbbit úgy kell megállapítani, hogy a (7) műagyag gyűrű néhánytized mm-es kopása esetén is legyen elég szorítóereje a szükségeshiszterézis létrehozásához.

1

2

3

4

5

6

7

30

30

Tengelykapcsoló

11. Szerelhetőség ellenőrzése

Ellenőrizni kell a tervezett szerkezet sorozatgyártásra való alkalmasságát.- a rugók előfeszítése megoldható –e- a távtatócsapok, szegecsek betalálnak –e a számukra kialakított furatokba- tk. csavar hossza elegendő –e a tányérrugó előfeszítéséhez- a szegecskötések alkalmasak –e arra, hogy a szegecselés sorána szerszám ellentarthasson a szegecselő bélyegnek- megoldandó az egyes alkatrészek pozicionálása, központosításapl. a tárcsa súrlódó gyűrűje, vagy a tk. tányérrugója.

1

2

3

4

5

6

7

31

31

Tengelykapcsoló

12. Kopási tartalék ellenőrzése

min. v/2

A súrlódó betétek axiális méretét úgy kell meghatározni, hogy a tk. kopásitartományát kihasználva is maradjon légrés a súrlódó felület és abetétszegecsek feje között.Mivel a lendítőkerék tömege általában nagyobb, mint a nyomólapé, ezértkevésbé melegszik fel, így a tárcsa motoroldali betétjén általában kisebbkopás jelentkezik, mint a váltóoldali betéten.

32

32

Tengelykapcsoló

13. Működtető rendszer

Hidraulikus kuplung kinyomó csapágy

Hidraulikus kuplung kinyomó munkahenger

Sebességváltó hajtótengely

Tengelykapcsoló szerkezet

KuplungtárcsaLendítőkerék

Kuplung ház

VezetékPedálbox

KuplungpedálCsillapítók

Holtponti rugóKiegyenlítő tartály

33

33

Tengelykapcsoló


Dugattyú két mozgó tömítéssel:

34

34

Tengelykapcsoló


Központi kinyomócsapágy munkahenger műanyag házzal, acél vezető-persellyel:

35

35

Tengelykapcsoló

14. Összeállítási rajz

Tartalmazza a tengelykapcsoló, és a tárcsa keresztmetszetét zárt, oldottállapotban, és kopásban, lásd 3. oldal.Felülnézet mindkét alkatrészről:- kuplungszerkezet: a felcsavarozási kép ábrázolásával,- kuplungtárcsa: a rugók elhelyezésének és az elfordulási szöget behatároló

agykarima/távtartócsapok ábrázolásával.Oldalnézet a laprugók környezetéről.Kinyomócsapágy, működtető mechanizmus (pedálig).

36

36

Tengelykapcsoló

14. Összeállítási rajz

Ellenőrzendők a következők:

- tányérrugó pozíciója kinyomott állapotban (nem ütközhet a tárcsával, és nemérhet hozzá a kinyomócsapágyhoz a kinyomási átmérőn kívül),

- kinyomott állapotban a nyomólap és a tányérrugó nem ütközhetnek a fedélnek.- Ellenőrizni kell a kinyomócsapágy működési tartományát. A két legszélső

pozíciója lehetővé kell tegye a tk. teljes oldását, ill. kopott állapotban semütközhet fel a visszanyomott munkahenger.

- Az egyes rendszerelemek között megfelelő távolságokat kell biztosítani kopottbetétek esetén is:

- kopott betéteknél ellenőrzendő a tányérrugó mozgási tartománya. Nem ütközhet afedélnek vagy a váltóháznak,

- a tárcsa csillapító / agy része a betétek kopásával párhuzamosan elmozdul amotor felé (zárt tk. esetén), a lendítőkerék felé ehhez helyet kell biztosítani.

- Oldott tk.nál a tárcsa a betétrugózás miatt elmozdul a váltó irányába, a tk. feléennek helyet kell biztosítani.

Erőátvitel tervezése - BMEgjt.bme.hu/sites/default/files/tengelykapcsolo_meretezese_2015_02_22_0.pdf · 8. Szegecsek méretezése A laprugószegecseket a motornyomaték nyírásra

Documents