Témata
Reklama

Výzkum převodových mechanismů s ozubenými koly, brzd a spojek

Výzkum převodových mechanismů, brzd a spojek je pro Ústav konstruování a částí strojů Fakulty strojní ČVUT v Praze tradiční disciplínou. Ústav disponuje výpočtářskou a experimentální kapacitou v tomto oboru. V aplikační sféře se ústav zaměřuje na transportní, zemědělskou a stavební techniku a stroje a zařízení pro těžbu a zpracování nerostných surovin.

Pro výzkum ozubení jsou k dispozici výpočetní postupy založené na normalizovaných postupech i na postupech nenormalizovaných, především metodě konečných prvků (MKP). Analyzují se stavy napětí a deformací v ozubení při záběru ozubených kol a dopady technologických postupů na životnost ozubení. Výpočtové postupy jsou pak verifikovány vhodnými experimentálními metodami.

Reklama
Reklama
Obr. 1 MKP výpočet záběru ozubení)

Analýzy napjatostí a deformací prostřednictvím tenzometrického měření

S přibývajícími požadavky strojního průmyslu na snižování hmotnosti a optimalizaci tvaru jednotlivých komponent roste i poptávka na experimentální vyšetřování silových poměrů, napjatosti a deformace těchto součástek. Optimalizace tvaru a snižování hmotnosti mají mj. dopad i na zmenšení ekonomických nároků firem. Za tímto účelem jsou užívány různé metody pro ověření bezpečnostních, trvanlivostních a pevnostních parametrů. Na začátku výzkumu stojí analytické výpočty a výpočty pomocí metody konečných prvků. Protože však většina výpočetních metod pracuje s idealizovanými mechanicko-matematickými modely, je žádoucí provést za účelem verifikace těchto výpočetních aparátů, porovnání s experimentální analýzou.

Obr. 2 Testování ozubení na ohyb je prováděno pulzátorovou zkouškou, která umožňuje zatížení ozubení na ohyb dynamickým cyklem. Ten je předem navržen pro konkrétní modul a materiál ozubení.

Ústav konstruování a částí strojů Fakulty strojní ČVUT v Praze se zabývá rozsáhlou problematikou experimentální analýzy již celou řadu let. Díky získaným zkušenostem a znalostem problematiky je ústav schopen provádět nejrůznější měření. Jedním z nejvyužívanějších postupů jsou tenzometrická měření, kdy je sledována deformace dílce v daném místě, resp. místech. Z deformace je možné v následném vyhodnocení určit napětí případně silové veličiny jako například ohybový nebo krouticí moment. Za tímto účelem je možné sestavit celou řadu variant pro měření veškerých typů zatížení, jako jsou tah, tlak, ohyb, krut a případně jejich kombinace. K měření jsou používané jak běžné odporové fóliové tenzometry různých rozměrů a jmenovitých hodnot odporů, tak polovodičové tenzometry pro daleko citlivější posuzování deformací.

Obr. 3 Pro zkrácené běhové životnostní zkoušky je Ústav vybaven zkušebním zařízením na principu Niemannova okruhu – mechanicky uzavřené smyčky –, které umožňuje laboratorní testování ozubených kol v podmínkách reálného provozu.

Odečet naměřených hodnot

Pro odečítání hodnot z tenzometrů jsou používány běžné stacionární měřicí stanice propojené s tenzometry prostřednictvím vodičů a dále měřicí stanice s Wi-Fi modulem pro bezdrátový přenos dat, a to zejména z rotujících dílů stroje. Navíc byla vyvinuta autonomní záznamová zařízení s vlastním napájecím zdrojem a paměťovým médiem. Zařízení je možné využít pro zkoumání hůře dostupných míst, jako jsou například ozubená kola v převodových skříních, kde je problematický i přenos měřených dat pomocí bezdrátového signálu. Autonomní záznamové zařízení dokáže pracovat s vysokou vzorkovací frekvencí (cca 2 500 Hz) a zapisovat signál po dobu několika hodin až z 8 kanálů s přihlédnutím na obtížnost aplikace. Toto zařízení obstojí i ve ztížených provozních podmínkách, jako jsou např. vysoké teploty.

Obr. 4 Nainstalované tenzometry na boku zubu korunového kola planetové převodovky. Tenzometrie je řešení, které umožňuje stanovení zatížení ozubení v reálných provozních podmínkách.

Tým složený z pracovníků Ústavu konstruování a částí strojů provádí celou řadu tenzometrických měření na základě komerčních zakázek firem. Za zmínku stojí několik následujících úspěšně ukončených projektů. Jedná se například o měření krouticího a ohybového momentu na hřídeli turbíny vodní elektrárny, zkoumání napjatosti převodové skříně při provozu převodovky, zjišťování typu zatížení na speciální závěsce převodovky kolejového vozidla a další standardní aplikace. A nakonec nejzajímavější experimentální analýza, kterou je zkoumání zatížení ozubení všech typů převodovek.

Ověřování provozních vlastností ozubených kol

Zkoumání ozubení v převodových ústrojích je obtížné hned z několika důvodů. Samotné umístění tenzometrů do ozubení je limitováno místem, které je při záběru soukolí mnohdy velice omezené. Snahou je umístit tenzometr na bok zubu, kde je dosahováno nejvyššího napětí, a to z důvodu citlivosti a s tím související přesnosti měření. Do mezery mezi spolu-zabírající zuby je navíc nutno instalovat vodiče od tenzometrů. Tenzometry spolu s vodiči musejí být navíc chráněny před agresivním prostředím mazacího média v převodové skříni. Díky tomu je zapotřebí velké přesnosti a pečlivosti při samotné instalaci. Zapojení tenzometrů je koncipováno tak, aby byl kompenzován vliv teploty, která se v průběhu zatěžování stroje mění a má tedy vliv na deformaci způsobenou právě změnou teploty. Díky velké škále užívaných měřicích aparatur je možné provádět měření na libovolných kolech převodových mechanismů, mohou být měřeny pastorky, spoluzabírající kola, ale i korunová kola, pastorky a planetová kola, která jsou součástí planetových převodovek a diferenciálů. Častým požadavkem je poté určení rovnoměrnosti rozložení zatížení po šířce zubu, které rozhoduje o životnosti ozubení. K tomuto je použita řada tenzometrů umístěných v patě zubu po celé jeho šířce. Z naměřených hodnot je potom analyzováno a porovnáno zatížení na jednotlivých tenzometrech. Jako hodnota, která nejlépe popisuje tento stav, je v tomto případě použit koeficient Khβ – součinitel nerovnoměrnosti zatížení zubů po šířce.

Měření účinnosti a ztrát v mechanismech

Ústav disponuje stavebnicovou měřicí základnou vybavenou řadou snímačů krouticího momentu a snímačů měření otáček. Měření účinnosti je prováděno v elektricky uzavřených okruzích, které jednak umožňují rekuperaci energie a jednak umožňují řízení experimentů podle předem stanovených zátěžných cyklů.

Obr. 5 Naměřená záběrová křivka ozubených kol po šířce zubu

Testování brzd a spojek

Zkušební stand pro testování chování čelisťových brzd umožňuje programování variabilních brzdných cyklů, vyhodnocování třecích sil a koeficientu tření v závislosti na obvodové rychlosti kotouče, teplotě kotouče apod. Pro testování spojek je k dispozici zařízení pro stanovování torzních vlastností spojek. Zařízení umožňuje upnutí spojky do speciálních přírub, měření hydraulicky vyvozovaných zátěžných sil a úhlu natočení spojky.

Prof. Ing. Vojtěch Dynybyl, Ph.D.,

Ing. Martin Dub, Ing. Ondřej Berka, Ing. Karel Petr

Fakulta strojní ČVUT v Praze

Ústav konstruování a částí strojů
vojtech.dynybyl@fs.cvut.cz

Reklama
Vydání #7,8
Kód článku: 140750
Datum: 25. 06. 2014
Rubrika: Trendy / Pohony
Autor:
Firmy
Související články
Soutěž pro středoškoláky

Jubilejní, již pátý ročník soutěže o Putovní pohár partnerských škol Siemens - Sinumerik Cup se letos konal v Mohelnici, v prostorech zdejší Střední školy technické a zemědělské a stejně jako před třemi lety, kdy tato škola byla hostitelem, i letos zdejší ředitel Jiří Ženožička se svým týmem organizaci pojal velmi profesionálně.

Trendy ve světě přesné měřicí techniky

Požadavky kladené na kontrolu kvality se rok od roku stále zvyšují. S tímto trendem se musejí vypořádat všichni výrobci měřicí techniky. Shodně je tomu i u firmy Mitutoyo, která se snaží šíří svého sortimentu maximálně vyhovět požadavkům pro dílenskou kontrolu, měrové laboratoře i procesní kontrolu, ale zároveň neopomíjí současný trend - Průmysl 4.0 a IoT - požadavek na inteligentní komunikativní měřidla a přístroje.

Příprava pracovníků pro výrobu technologií vstřikování plastů

Následující příspěvek představuje jeden ze způsobů přípravy pracovníků ve firmách, jejichž hlavní pracovní náplní je technologie vstřikování plastů

Související články
Ozubené řemeny v pohonech ekologických taxi člunů

Britská firma vyvinula hybridní pohon pro 550 vodních taxíků pro Benátky. Kombinace dieselového motoru a elektromotoru zde snižuje hluk, emise i náklady, přičemž vysoce výkonný řemen Synchrochain Carbon umožňuje použití kompaktního motoru s nízkou hmotností.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Zvyšování užitné hodnoty obráběcích a tvářecích strojů

Konkurence v oboru prodeje obráběcích strojů je velká a všechny firmy hledají způsob, jak nabídnout koncovému uživateli vyšší užitnou hodnotu. Tato užitná hodnota se posuzuje podle parametrů koncové výrobní technologie (přesnost, jakost, produktivita, celkové náklady) a pro výrobce obráběcích strojů je to jeden z bodů, kde mohou technickými znalostmi a inovacemi ovlivnit svou konkurenceschopnost na trhu.

Silná geometrie s měkkým řezem

Existují prezentace produktů, které je potřeba přečíst si několikrát, než je člověk pochopí. Tato prezentace k nim ovšem nepatří. S-Cut SC-UNI je fréza, jejíž funkční princip lze přes její unikátní provedení, nebo právě proto, velmi snadno vysvětlit. Její břity ve tvaru S a extrémně nestejné dělení potlačující chvění vyvolané procesem obrábění vytvářejí z této frézy vysoce kvalitní nástroj, který v rámci veškerých srovnávacích testů poráží porovnávané frézy.

Inteligentní řešení pro hospodárné obrábění miniaturních dílů

Až do současnosti byla přesná mikroobráběcí centra stavěna především výzkumnými ústavy a některými výrobci obráběcích strojů – s jen malými ohledy na výrobní náklady. Aby byla uspokojena rostoucí poptávka po stroji, který je schopen vyrábět velmi jemné geometrie dílů s vynikající přesností a s přijatelnými úrovněmi nákladů, představila společnost Makino své přesné obráběcí centrum iQ300.

Jak zpracovat plán kontroly a údržby

V České republice je v provozu vedle velkých zpracovatelských průmyslových celků také překvapivě velké množství celků středních a malých. Dostupné statistiky hovoří o desítkách tisíc podnikatelských subjektů, které provozují technické celky ve zpracovatelském průmyslu. Pro všechny tyto celky, bez ohledu na jejich velikost, složitost, nebo stáří platí jedna základní skutečnost. Jejich porucha může v důsledku znamenat zastavení produkce se všemi důsledky.

Automatizace bez zbytečných limitů

Většinou jsou uváděny desítky technických "nej", kterými dodavatelé argumentují, proč zvolit právě jejich programovatelný automat (PLC) pro řízení aktuálního projektu.

Pomocník pro plánování výroby

Většina lidí dnes ví, že žádná firma, která chce být konkurenceschopná, neobejde bez kvalitního ERP. Díky němu lze především řídit procesy, a to doslova všechny. Ne každý si však uvědomuje, jak velké mohou být rozdíly mezi systémy pro jednotlivé oblasti podnikání. Asi nejsofistikovanější ERP najdeme bezesporu ve výrobních firmách.

Průkopníci využití umělé inteligence v počítačové bezpečnosti

S Miroslavem Trnkou se známe dlouhou dobu – od dob Invexu, kde jeho přednášky v rámci akcí o počítačových virech a ochraně proti nim patřily vždy k těm nejlepším na této akci. Jeho vždy velmi pečlivě připravené příspěvky vedly k zamyšlení o problematice ochrany uživatelů proti napadení počítačů.

Válka technologií a myšlení v krabici

Strategické myšlení předchází strategickému řízení, které je jen nástrojem. Bez skvělého strategického myšlení (proč a kam jdeme) nemůže být skvělé strategické řízení. Poučíme se z minulosti i ze slabých signálů budoucích trendů?

RCMT - 20 let ve výzkumu obráběcích strojů (2. část)

Před 20 lety se začaly psát dějiny novodobé tuzemské výzkumné základny strojírenské výrobní techniky. Tento příspěvek nahlíží na klíčové milníky na jeho cestě očima aktérů, kteří stáli a stojí po jeho boku. Vydejme se společně na cestu, která formovala dnešní podobu Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii RCMT (Research Center of Manufacturing Technology) při FS ČVUT v Praze.

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