Témata
Reklama

Provedené výzkumy ukázaly, že ozubená kola složená z kombinace ocel/pěna z epoxidové pryskyřice mají hlučnost nižší o 15 dB a jsou lehčí o 40 % než kola z ocele. Přenášený výkon se oproti ocelovým kolům sníží pouze na 80 %.

Materiál ozubených kol se volí především podle přenášeného výkonu daného ozubeného převodu. Kromě toho se sledují rovněž celkové vlastnosti pohonu, především kompaktnost konstrukce, malá hmotnost a nízká hladina hlučnosti.

Reklama
Reklama
Obr. 1 Velký potenciál. Pěna z epoxidové pryskyřice skýtá z pohledu jednoduché výroby několik výhod, jako je schopnost spojení pěny s ocelí a začlenění plnění pěnou přímo do procesu výroby ozubených kol.

Dobré tlumicí vlastnosti

Hladina hlučnosti ozubených soukolí je s ohledem na stále rostoucí nároky na životní prostředí důležitým parametrem. Z důvodu dobrých tlumicích vlastností se proto stále častěji uplatňují plasty. Ozubená kola z plastů jsou v průmyslu používána např. ve vzduchotechnice (větráky), v textilních, papírenských, balicích a tiskařských strojích. Ozubená kola z plastů však mohou přenášet pouze malé výkony. Používají se především u málo zatížených pohonů, kde lze využít jejich přednosti, jako je odolnost proti korozi, vysoké tlumení rázů a vibrací, malá hlučnost a málo nákladná výroba technologií vstřikovacího lití.

Obr. 2 Srovnání materiálů. Výhoda vysoké únosnosti je zřetelně na straně celoocelových ozubených kol. Gewicht- und Garäuschreduktion - snížení hmotnosti a hladiny hluku Kunststoffzahnrad - ozubená kola z plastu Werkstoffverbundzahnrad - ozubená kola z kombinace materiálů Ideales Zahrad - ideální ozubená kola Stahlzahnrad - celoocelová ozubená kola übertragbare Leistung - přenášený výkon

Zvýšení přenášeného výkonu ozubených kol z plastu na úroveň ocelových ozubených kol je v současné době nedosažitelné. Z hlediska přenášeného výkonu jsou jednoznačně nejlepší ozubená kola ocelová. Provedené výzkumy byly zaměřeny na spojení výhod obou materiálů, tj. ocel/plast, aby se dosáhlo snížení hlučnosti a hmotnosti, při malém snížení únosnosti ozubeného převodu.   

Snížení hladiny hluku

Cílem řešení projektu EP - Gaercomp v rámci Innonet (Förderung von innovativen Netzwerken) bylo provést podrobný výzkum ozubených kol tvořených kombinací ocele a plastu. Z ocelových kol byly použity ozubený věnec a náboj, prostor mezi nimi je vyplněn pěnou z epoxidové pryskyřice.

Obr. 3 Snížení hmotnosti. Ocelový ozubený věnec a ocelový náboj jsou vzájemně spojeny pěnou z epoxidové pryskyřice. Stahlzahnkranz - ocelový ozubený věnec Epoxidharzschaum - pěna z epoxidové pryskyřice Stahl-Nabe - ocelový náboj

S takovým provedením ozubených kol se dosáhlo snížení hmotnosti o 40 % a současně snížení hladiny hluku o 15 dB. Došlo však ke snížení únosnosti kol na 80 % oproti ozubeným kolům z ocele. Výsledky výzkumu ukazují, že pěna z epoxidové pryskyřice skýtá svojí jednoduchou a cenově příznivou výrobou další významné výhody. Pěna má dobrou lepicí schopnost ve styku s ocelí a technologii plnění lze zařadit přímo do linky vyrábějící ozubená kola. Optimální složení pěny z epoxidové pryskyřice ve spojení s vhodnými vlákny a plnivy skýtá možnost zvýšení přenášeného výkonu a ještě dalšího snížení hlučnosti.

Šíření hluku a vibrací

Obecný trend v pohonech je zaměřen především na tlumení hluku, který vzniká při záběru ozubených kol. Tento hluk a vibrace se šíří na jedné straně přes těleso kola na hřídel a na ložiska, na druhé straně okolním prostředím na skříň pohonu. Výsledný hluk pohonu je tvořen oběma těmito cestami. Pro celkovou emisi hluku pohonu je určující v první řadě hlučnost vznikající při záběru ozubených kol. Z experimentů je známo, že 60 až 80 % takto vzniklého hluku se přenáší zpět do konstrukce. Zbylých 20 až 40 % se přenáší do okolního prostředí. Velikost emitovaného hluku závisí na tuhosti zabírajících kol a na plynulosti záběru, který je dán přesností výroby kol. Tento poznatek je potvrzen nejen výsledky experimentů uváděných v odborné literatuře, ale také praxí. Opatření pro snižování hluku daná ministerskými vyhláškami a směrnicemi jsou známa. Ve směrnici je uvedena strategie a požadavky na konstrukci ozubeného kola i na geometrii ozubení, tj. korekce boku zubů, hlavová a patní vůle atd.

Obr. 4 Oblasti vzniku hluku. Pro celkovou hladinu hluku pohonu je rozhodující v první řadě hlučnost tělesa konstrukce vyvolaná záběrem ozubených kol. Krafterregung - budicí síla od záběru Wegerregung - cesta buzení Parametererregung - buzení od parametrů soukolí Direkter Luftschall - hluk z okolí Schwingungsfähige Maschinenstruktur - vibračně poddajné části konstrukce Schallabstrahlende Bauteiloberfläche - povrchy části konstrukce, které jsou zdrojem hluku Indirekter Luftschall - nepřímý hluk z okolí Direkter Luftschall - přímý hluk od kmitání okolního prostředí Körperschall - hluk od tělesa Antrieb - pohon Abtrieb - výstupní hřídel indirekte Luftschall - nepřímý hluk od kmitání okolního prostředí mimo převodovku

V zatíženém stavu jsou zuby v záběru deformovány normálovou silou, což vede ke zhoršení kinematiky záběru ozubení. Vhodnou úpravou geometrie zubů se při záběru kol dosáhne ideálního tvaru zubu a převod pracuje plynule, bez rázů a tedy s menší hlučností.

Modifikace materiálu variací plniva

Výzkumy vhodného řešení snížení hlučnosti ozubeného převodu jsou technické veřejnosti málo známé. Použitím tlumicí vrstvy nebo přídavných materiálů s velkým tlumením se bez podrobného rozboru dosáhne pouze přenášení malého výkonu nebo malého tlumení, špatného spojení tlumicího materiálu s ocelí a vysokých výrobních nákladů.

Obr. 5 Výrobní postup. Ozubená kola jsou tvořena ocelovým ozubeným věncem a ocelovým nábojem, které jsou spojeny pěnou z epoxidové pryskyřice. Nabe drehen - soustružení náboje Zahnkranz vorverzahnen - výroba ozubení věnce Klebelflächen reinigungsstrahlen - čištění lepených ploch Nabe und Zahnkranz zentrieren - vystředění náboje a ozubeného věnce EP - Schaum einbringen - nanesení pěny Schäumen - vypěnění Aushärten - vytvrzení Planflächen und Bohrung schleifen - broušení čela a otvoru náboje Verzahnung schleifen - broušení ozubení

V rámci řešení projektu EP - Gaercomp byly provedeny rozsáhlé výzkumy struktury pěny na bázi epoxidové pryskyřice použité jako tlumicí materiál. Pěna je tvořena z epoxidové pryskyřice, z tepelně blokujících tvrdidel a z mikročástic, které při expanzi vytvářejí pěnu. Při zahřátí plast po obvodě změkne a vzniklý vnitřní tlak zvětší objem plastu až o 150 % původního objemu. Zahřátím polymeru na 160 až 180 °C se aktivuje expanze mikročástic a vytvrzující složky reagují s epoxidovou pryskyřicí ve vysoce smáčivý termoset. Materiál (plast) je dodáván již namíchaný jako komplet a v lehce zahřátém stavu (cca 60 °C) ho lze přenášet v libovolném tvaru. Vedle běžných materiálů byl v rámci projektu zkoumán též materiál modifikovaný. Modifikace byla prováděna dodáním různých plnidel a krátkých skleněných nebo aramidových vláken. Hodnocení výsledků bylo prováděno podle následujících kritérií: zvýšení pevnosti, snížení chřadnutí materiálu a podle velikosti vnitřního napětí, při zachování tlumicích vlastností. Optimální varianta plastu byla použita pro výrobu ozubených kol, v provedení ocelový ozubený věnec - pěna z epoxidové pryskyřice - ocelový náboj. U takto vyrobených ozubených kol byla zkoumána únosnost a hlučnost.

Ve srovnání s ocelovými ozubenými koly bylo dosaženo snížení hlučnosti soukolí o 15 dB, při snížení přenášeného točivého momentu na 80 %. Velikost snížení hladiny hluku u takto vyrobených ozubených kol závisí na použité modifikaci pěny z epoxidové pryskyřice. Nejlepší výsledky z hlediska únosnosti a dobré reprodukovatelnosti výsledků vykázala modifikace pomocí křídy jako plniva. Modifikace pomocí skelných nebo aramidových vláken nesplnila předpokládaný efekt.

Únosnost a schopnost tlumení

Zkoušky sady ozubených kol byly provedeny na zkušebním zařízení v RWTH Aachen. Tloušťka pěny byla vzhledem k šířce ozubení malá. Zkoumány byly únosnost a schopnost tlumení u ozubení, která se používají v automobilovém průmyslu a v průmyslových převodech. Zkoušky ukázaly, že použití pěny z epoxidové pryskyřice zde nevedlo ke snížení hladiny hluku. Tento poznatek odporoval výsledkům původních laboratorních zkoušek. Vzhledem k malému modulu pružnosti E pěny z epoxidové pryskyřice došlo při zvětšování zatížení převodu k deformaci těles ozubených kol. Vzniklou deformací se mění záběr ozubených kol a v důsledku záběru hran místo ploch zubů roste hlučnost převodu. Kola s pěnou z epoxidové pryskyřice však byla schopna svým tlumicím účinkem snížit do určité míry hlučnost převodu i zde.

Obr. 6 Normalizované zkoušky ozubení. Zkoušky proveden při otáčkách 1 000 min-1, hnací moment 180 Nm. Parametry ozubení: mn = 3,5 mm, z = 25/36, an = 20°, b = ±19,3°, da = 101/140 mm, di = 45 mm, b = 41,5 mm, IT5, pěna S4, MRK + Saco. Parametry zkoušek: MAn = 180 Nm, nAn = 100 min-1, mazací hmota Aral SAE W 80, θÖl = 40 °C. 1. Ordnung Kösperschall - hlučnost převodu Stahl - ocel Cb = 10 µm Breitenballigkeit - vypustit, včetně vztahové čáry Ca = 20 µm Kopfrücknahme - vypustit, včetně vztahové čáry Ca = 20 µm Kopfrücknahme - vypustit, včetně vztahové čáry Referenz - doporučená hodnota hlučnosti

Potvrdila se schopnost kol s pěnou z epoxidové pryskyřice přenášet 80% výkon, oproti kolům ocelovým. Vznikající deformace jsou zde malé a nemají vliv na změnu záběrových podmínek soukolí.

Rozhodující význam má také směr zatížení

Výzkumy ukazují, že vedle volby materiálu pěny a její pevnosti má rozhodující význam geometrie a směr zatížení zubů. V následujících plánovaných experimentech bude výzkum zaměřen na zjištění, ve kterých oblastech průmyslu a na kterých zařízeních je vhodné kola s pěnou z epoxidové pryskyřice používat. U elektrických pohonů jsou většinou vyšší provozní otáčky než u spalovacích motorů současné konstrukce. Odtud plyne menší přenášený točivý moment.

Obr. 7 Měření hlučnosti. Emitovaná hlučnost prostředí a axiální deformace v závislosti na zatížení a na vznikající frekvenci kmitů ozubení fz a) axiální deformace kola b) hlučnost při 50 Nm c) hlučnost při 200 Nm Obr. a): Axiale Verlagerung - axiální deformace Stahlrad - ocelové kolo Verbund kleiner Durchmesser - složená (kombinovaná) kola malého průměru Verbund mittlerer Durchmesser - složená (kombinovaná) kola středního průměru Verbund grosser Durchmesser - složená (kombinovaná) kola velkého průměru Drehmoment M - točivý moment M Obr. b): Luftschall dB - hlučnost dB gesamt - celková Obr. c): Luftschall dB - hlučnost dB gesamt - celková

Při vyšších provozních otáčkách roste frekvence záběru zubů a současně se mění v širokém rozsahu. Dosavadní výsledky provedených pokusů ukazují, že se chování pěny z epoxidové pryskyřice mění v závislosti na frekvenci změny zatížení. Této otázce bude věnována pozornost v průběhu dalšího řešení úkolu.

Klaus Dilger a kol.

MM Das Industriemagazin, zvl. vydání, April/2011

Zpracoval -VŘ-

dana.benesova@mmspektrum.com

On-line verzi časopisu MM Průmyslové spektrum si můžete zakoupit v digitální trafice PUBLERO.COM 

Reklama
Vydání #10
Kód článku: 111011
Datum: 20. 09. 2011
Rubrika: Inovace / Pohony
Autor:
Firmy
Související články
Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 9. a 10. díl: Jak se staví odborníci k e-mobilitě

V minulém díle našeho seriálu jsme dali prostor pověřenci ministra dopravy pro čistou mobilitu Mgr. Janu Bezděkovskému pro vyjádření se k jednotlivým problematickým aspektům, které s sebou přináší deklarovaný úplný přechod na elektromobilitu. V tomto díle jsme s podobnými otázkami oslovili odborné garanty našeho seriálu – prof. Macka a Ing. Morkuse –, již na ně velmi obšírně odpověděli. Zároveň tímto rozhovorem s odborníky, kteří náš seriál dozorovali, připomínkovali jednotlivé díly a motivovali nás k tvorbě dalších, seriál Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu končí. Snad svůj účel – jímž bylo představit některé problematické stránky úplného přechodu na elektromobilitu a předložit je k další diskuzi – splnil.

Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 4. díl: Jaké jsou limity lithiových baterií

Stěžejní součást bateriových elektrických vozidel představuje trakční baterie, soustava navzájem propojených sekundárních (nabíjecích) galvanických článků, které v podobě chemické energie akumulují tu elektrickou, již z baterie získává elektromotor. Protože se jako jedna z nevýhod elektrických vozidel oproti těm konvenčním uvádí poměr uložené energie a hmotnosti akumulátorů, tedy jejich relativně nízká specifická energie, zaměříme se v tomto díle našeho seriálu právě na ni, představíme si některé možnosti jejího navýšení a zmapujeme důsledky, jaké může pro mobilitu mít.

Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Související články
Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Modernizace laboratoře pro měření emisí

Od listopadu 2011 je v Roztokách u Prahy otevřen objekt VTP Roztoky. Objekt o celkové ploše 4 200 m2 využívá pro k realizaci svých aktivit zejména Centrum vozidel udržitelné mobility (CVUM), založené při ČVUT v Praze, Fakultě strojní. Budova vznikala právě na základě požadavků vědeckých a akademických pracovníků z ČVUT, kteří hledali nové laboratorní a kancelářské prostory se záměrem vytvořit špičkové výzkumné pracoviště a navázat tak na projekty Výzkumných center spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka I, II, úspěšně řešené v  letech 2000 až 2011 pod vedením prof. Jana Macka. Záměr se podařilo realizovat také díky synergii projektů, využitých pro financování výstavby objektu a následně vybavení jednotlivých laboratoří. V loňském roce, sedm let po oficiálním otevření, byla realizována přístavba a obnova emisního vybavení v laboratoři s válcovou brzdou.

Veletržní válka světů

Redakce MM Průmyslového spektra věnovala šanghajskému veletrhu obráběcích strojů CCMT 2018 nemalou pozornost ve zpravodajství, které bylo uveřejňováno na webových stránkách v rubrice Očima redakce. V tomto článku a na přiložených obrázcích jsou zaznamenány veletržní postřehy, čínský kolorit, veletržní statistiky i holá fakta z oblasti čínského průmyslu. Něco málo o čínské výrobní technice a technologiích, které byly prezentovány na CCMT 2018, i pár dalších postřehů, jsme připravili do tohoto vydání.

Názorové fórum odborníků

Na tomto místě budeme pravidelně přinášet názory odborníků k tématům, která se objeví v aktuálním vydání MM Průmyslového spektra. V dubnovém vydání jsme zástupcům vysokých škol a firem položili následující otázku:

Obráběcí stroje pro produkční výrobu

Po sérii článků v minulém vydání se v posledním poohlédnutí po letošním hannoverském veletrhu EMO věnujeme důležité oblasti, a to jednoúčelovým strojům. I v letošním ročníku byla část expozic věnována této komoditě pro produkční výrobu a my se podíváme, co trh zákazníkům nabídl. Proč? Menším dílem proto, že se jim dlouhá léta autor (nejen) profesně věnuje, dílem podstatným proto, že jsou na nich „bytostně“ závislé veškeré obory nejen strojírenské či technické, ale i stavebnictví, telekomunikace, zdravotnictví a další.

Cena MM Award na EMO

Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.

Komplexní obrábění rotačních dílů

Následující článek poskytuje reference rakouského výrobce obráběcích strojů Emco u svých klíčových zákazníků. V dnešním vydáním přineseme pohled z laakirchenského závodu na výrobu rotačních dílů Miba Gleitlager Austria GmbH a v příštím vydání reportáž ze salcburské firmy MTE Metalltechnik Elsenhuber specializující se od kusové až po sériovou výrobu dílů a sestav.

Válcová laboratoř pro měření emisí

Měřením emisí se Škoda Auto zabývá již více než šedesát let. Spolu s vývojem motorů a vozidel a stále se zpřísňující legislativou vznikla potřeba vybudovat Emisní centrum Jih. Základní kámen tohoto centra byl položen v Mladé Boleslavi v létě 2016 a letos v květnu byl otevřen první ze tří měřicích boxů, vybavený nejmodernějšími technologiemi. Celková investice se vyšplhala k 15 milionům eur.

Češi v říši středu a snů

Česká expozice společné účasti na veletrhu CIMT je stejně jako v předchozích ročnících realizovaná specializovaným úsekem a. s. Veletrhy Brno a organizovaná pod patronací Ministerstva průmyslu a obchodu ČR. Nutno podotknout, že letošní expozice, i když po dlouhé době beze strojů, byla po designové stránce s ohledem na její kompaktnost velmi povedená. Možná právě proto, že ji netříštily volné otevřené plochy kolem stroje.

CIMT je v Číně, Čína je na CIMTu

Při letošním ročníku došlo na CIMT k významné změně. Evropští i američtí vystavovatelé byli přemístěni z hal tzv. západních do východních. Proč, to se mi nepodařilo zjistit. V reportáži před čtyřmi lety jsem umístění evropských a asijských firem popisoval s notnou nadsázkou, a tak si tuto změnu vysvětluji po svém – vystavovatelé si přečetli mé zpravodajství z výstaviště?. Také platí, že není pavilon jako pavilon. Standardy úklidu v halách, stravovacích prostorech, na toaletách byly v pavilonech, kde byla německá a švýcarská expozice, bližší evropským zemím než asijským. A o tom je jedna z čínských mentalit – jaké standardy mají být, ty jim musejí být ukázány, resp. nadiktovány či nařízeny.

Nanovlákenná membrána v oknech ochrání stroje i pracovníky

Zatímco o smogu v ulicích se vedou časté debaty, znečištěný vzduch v interiéru patří k opomíjeným tématům. A to i přesto, že podle Světové zdravotnické organizace stojí život 4,3 milionu lidí ročně a v průmyslových objektech ohrožuje jak zdraví pracovníků, tak samotný provoz. Díky rozvoji moderních technologií nyní interiér účinně ochrání nanovlákenná okenní membrána.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit