Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Výzkum převodových mechanismů s ozubenými koly, brzd a spojek
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

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.


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
 

Další články

Vzdělávání a školství
Měření ve strojírenství
Informační technologie/E-business
Výzkum/ vývoj
Převody/pohony/ložiska/spojky

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky














Sledujte nás na sociálních sítích: