Transcript
Inleiding werktuigen Werktuigsystemen 1 Aandrijfsysteem: enegriebron+ overbrenging + lastproces Werktuigsysteem heeft als functie het overbrengen van vermogen =energie/tijd (Vermogen = kracht*snelheid P = T*ω P=U*I P=F*v) Vermogen berekenen? eerst arbeid, dan naar tijdseenheden kijken voor P. Energiebron: Elektromotor o Driefasen wisselstroom o Gelijkstroommotor o stappenmotoren Zuigermotor o Stoommachine o Verbrandingsmotoren (inlaat compressie arbeid uitlaat) Stromingsmachine o Water, gas, stoomurbine o Windmotor (molen) Brandstofcel Batterijen/accu s Energiebronkarakteristiek (koppel vs hoeksnelheid) geeft optimum aan. Overbrenging: verandert koppel + snelheid Overbrengverhouding: i = ω 2/ ω 1 Lastproces: Vb fietsen: luchtweerstand +versnellen Lastkarakteristiek (koppel vs hoeksnelheid) Stel variërende vraag vermogen lastproces: elastsische energie: veer, gasaccumulator potentiele energie: contragewicht kinetische energie : vliegwiel Bedrijfspunt Tbron=Tlast Berekening motorvermogen!!! Werktuigsysteem 2 Op het einde naar kijken, overview van alles. Verbinden 1 Lassen (H6) Druklassen vs smeltlassen Druklassen, geen sprake van smelten, meestal zonder materiaaltoevoeging. Weerstandlassen (punt, projectie, rolnaad, stomplassen) Wrijvingslassen (ook ultrasoon) Er ontstaat warmte volgens E= P*t (P= I 2 R) Smeltlassen, verbinding tussen lasmateriaal en werkstukmateriaal. Elektrisch booglassen Elektrodelassen: staal MIG/MAG: ongelegeerd staal, Al, RVS; beschermend/actief gas TIG: RVS, Al, ongelegeerd staal. Thermochemischlassen Stralingslassen Voordelen T.o.v. gietconstructies Grotere onderdelen mogelijk Minder gevoelig voor variatie in wanddikten Grote vrijheid bij vormgeven Geschikter bij kleinere series T.o.v. klink en boutconstructies Gewichtsbesparing door wegvallen overlappingen Gladde wanden esthetisch beter Betere kracht doorleiding Lassen leent zich beter voor automatisering Voordelen algemeen Materiaalbesparing; lichte constructies Vormvrijheid bij kleine series Economisch Nadelen: Leidt tot krimp Hoge inwendige spanning en structuur verandering in en langs de lasnaad Gevaar van brosse breuk en scheurvorming Richten van vervormde lasdelen (doorkrimp) is tijdrovend en kostbaar Controle las moeilijk (röntgenonderzoek) Vervorming: Langskrimp Dwarskrimp Hoekverdraaiing T las: hele dunne platen Figuur 6 10 leren! Blz 100 Figuur 6 24 leren! Dubbele hoeklas beter voor krachtdoorleiding Voor belasting met schuifkracht F = A* τ Klinken: vormsluiten door omvormen Klinken, holklinken, tapklinken, holtapklinken. Zie figuur 7.2 Voordelen: Geen ongunstige beïnvloeding materiaaleigenschappen geen kromtrekken van constructiedelen neemt weinig ruimte in ongelijksoortige materialen kunnen worden verbonden Nadelen: Constructiedelen worden verzwakt door gaten Stompe verbindingen niet mogelijk, overlap is nodig. arbeidsintensief ( gaten maken én klinken) Ponsklinken: goed voor grote series, automatisering Klinknageldiameterformule op formuleblad. t= plaatdikte 1) Bepaal benodigde klinknageldiameter met minimale plaatdikte als graadmeter 2) Bereken het aantal benodigde klinknagels, gebruik hierbij de afschuifbelasting(optredende schuifbelasting en materiaaleigenschap maximale schuifspanning), stuikdruk. Formules hiervoor op formuleblad met: F = over te brengen kracht n = aantal krachtoverdragende nagels m= aangal afschuifvlakken per verbinding d = diameter klink A = doorsnedeoppervlak klinknagel t min = kleinste som van de werkzame dikten Constructieve aspecten 1: Massieve profielen: trek/druk en afschuiving ( + overgang naar andere vormen makkelijk) Holle gesloten rofielen: buiging en torsie (bij dynamische en statische belasting waarbij gewicht van belang is) Holle open profielen: lage weerstand te gen torsie, niet voor hoofdbelasting, handige aansluiting op andere vormen I profiel voor buiging over de x as. Dimensionering van machineonderdelen: Belastingsoort: statisch, dynamisch, stoot.. Belasting: trek/druk, buiging, thermisch, afschuiving, torsie. BLZ 37! fig Schroefvebinding: door wrijving! Fw = µ*fv Vlaktedruk kan je afbouwen via onderlegring. Bij wisselende spanningen is de toelaatbare spanning lager, doordat vermoeiing optreedt. Wöhlerkromme: toelaatbare spanning als functie van het aantal wisselingen. Smithdiagram: toelaatbare spanning als functie van de spanningstoestand BLZ Schroefverbindingen: Bevestigen Bewegen Instellen Afdichten Schroef vs bout Punt vs gelijkblijvende diamter Van boven aangedraaid vs krachten zijwaarts aangebracht Zelf draad tappend vs gebruik makend van voorgesneden draad (denk:moer) Metrische schroefdraad, (hoek van 60 graden, krachtoverbrenging +geleiding) Tabel 8.1 Metrisch fijnschroefdraad, (hoek van 60 graden, minder diep, krachtoverbrenging +geleiding) Whitworth pijpschroefdraad (hoek van 55 graden, krachtoverbrenging +geleiding) Trapezium schroefdraad (hoek van 30 graden, geleiding) Zaagtandschroefdraad (geleiding) Stijghoek: verplaatsing bij 1 volledige rotatie single: 1p Double: 2p Triple : 3p Bezwijkgedrag van bouten kan je voorkomen. Ze kunnen tegen trekbelasting. Sterkteklasse a.b Dat betekent: R 0.2 = a*b*10 Mpa R m = a*100 Als bout op afschuiving belast wordt: controleren op afschuiving én stuik! Pasbout: krachtoverdracht door afschuifsterkte Voorspanbout: krachtoverdracht door wrijving onderdelen Krachten op vlakke schroefdraad fig blz 213! ρ = wrijvingshoek φ = spoedhoek Als φ ρ dan is het niet zelfremmend en glijdt hij vanzelf. Aandraaimoment: M = F*r = Fvm*0.5d * tan (φ +-ρ ) Ρ = schroefdraadwrijvingshoek Aanhaalmoment = aandraaimoment + draagvlakwrijvingsmoment Bij dynamische belasting: verminderen van spanningspieken door: Uitstekende schroefdraad Afgeronde verdieping en uitstekende boutschroefdraad Uitboren van de schroefbout Bij dynamisch kan de bout verlengd worden. Maak kleine afschuiningen aan de inbrengopening verstoren de neerslagophopingen bij gegalvaniseerde materialen. (gegalvaniseerd = bedekt met een laagje metaal, verzinken) Zorg voro een draadgatuitloop loodrecht op de as. Mogelijkheden schroefdraad in dunne plaat: omvouwen, oplassen verdikking, (beide gevoelig voor corrosie) vloeiboren, lasmoeren, inklinkmoeren. Draagvlakken moeten loodrecht op schroeflengteas staan, om buigspanningen in schroefschacht te voorkomen. Inserts bij zwak basismateriaal. Opgave 5.2 college schroefverbindingen Constructieve aspecten 2 Verbindingen: Krachtgesloten, begrensd door w rijving Vormgesloten, begrensd door bezwijkkracht van de constructie Materiaalgesloten Krachtgesloten v-snaar, slipkoppeling, klembus N: kans op slip, mogelijk verlies van wrijvingskracht (door verandering van Fn of µ) V: grote en gunstige krachtoverbrenging mogelijk, eenvoudige constructie, gecontroleerd slip toegestaan bij overbelasting (par ) Vormgesloten: N: complexer van vorm, bij overbelasting vervorming/breuk V: geen slip, eenvoudige montage Materiaalovergangen: Belastingconcentratie Vervorming Wrijving Geleiding hoge rekgrens elasticiteitsmodulus wrijvingscoefficient geleidingscoefficient (elektr./therm) Zwaar belaste onderdelen kan je harden/veredelen Slecht : staal-al, Al-Al, staal-staal Goed: staal-brons, staal-nylon, Al-kunststof Geschroefde verbindingen: H8 voor berekeningen - alle bouten hetzelfde - sluitringen toevoegen! - borgring bij dynamische belasting Rechtgeleiding: rollende wrijving 1/100 van glijdende wrijving Lagers Functie: nauwkeurig en wrijvingsarm langs elkaar laten bewegen, beperking van het aantal vrijheidsgraden van bewegen. Wentellagers Glijlagers magneetlater Wentellagers Glijlagers (metalen raken elkaar niet) Magneetlager ( duur, specifieke toepassingen) Wentellagers: V: Geen wrijving aanloopmoment niet groter dan bedrijfsmoment Smeermiddelgebruik laag Weinig onderhoud Geen inlooptijden Goed uitwisselbaar N: gevoelig voor stoten/trillingen, vooral bij lage n Onderhoud aan lagerafdichtingen nodig Belasting: axiaal taatslager Let op verschil vast lager en los lager(buitenring schuivend) Los lager neemt radiale krachten, zou anders door buiging trekdruk veroorzaken. Contacthoek α: Hoek tussen het vlak loodrecht op de as van het lager (radiaalvlak) en de lijn door de aangrijppunten van de krachten op de ringen van het lager(contactlijn) Hoe groter α, hoe groter de axiale belasting die kan worden opgenomen. Kies hoek tussen radiale kracht en som van de radiale en axiale kracht gelijk aan contacthoek. Kogellager (groef) niet demontabel goedkoop opname radiale kracht goed opname axiale kracht redelijk ogeen axiale asverplaatsing goede uitlijning noodzakelijk soms voor Fa/Fr 0,3 met tweerijjig kogellager Eenrijige hoekcontactkogellagers 14 7 (tweede lager in tegengestelde richting gemonteerd) Niet demontabel α = 40 (of 15 of 25) Opname Fr goed Opname Fa goed (in richting hoge schouder) tweede lager in tegengestelde richting 14 8) vierpuntslager, tweerijig hoekcontactlager, kogellager met losse buitenring, zelfinstellend kogellager Cilinderlager 14 9 Groter radiaal vermogen dan kogellager Nauwelijks bestand tegen Fa Goede uitlijning nodidg Asgeleiding mogelijk Max n en draagvermogen afhankelijk van vulling Naaldlager Kleine afmetingen Grote radiale starheid Alleen opname radiale krachten goed bestand tegen stootbelasting opname Fa in combinatie met axiaal kogellager ook toepassing zonder binnen of buitenring (icm hoge eisen) Kegellager Vaste contacthoeken radiaal én axiaal hoog belastbaar gemakkelijke demontage paarsgewijs en gespiegeld gebruikt CompactAligningRollerBearing (cilinderlager) hoekverdraaiing as tot 1 graden Axiale verplaatsing tot 20% breedte lager Tonlager Compensatie voor scheefstand (4 graden, dubbel tot 2) Radiaal én axiaal hoog belastbaar Niet demontabel Tontaatslager compensatie scheefstand ( tot 2 graden) Zelfinstellend Axiaal hoog belastbaar radiaal beperkt belastbaar contacthoek 45 graden Montage: Vulsleufmethode Conrad methode Bevestiging op as Lichte drukpassing Asmoer Bout en schijf Borgring Trekbus Drukbus Bevestiging buitenring in huisboring: met centreerstuk van het lagerdeksel en steunring of met ringsleuf en snapring dat bespaart ruimte. N = 1 rijig Nn= 2 rijig Lagerkooien: onderlinge positionering wentellichamen verhindering direct contact wentellichaam (vermindert slijtage, evenredige belastingverdeling) bijeenhouden wentellichamen bij demontabele lagers Geen kooi bij laag toerental en hoge belastbaarheid. achtervoegingen? Smering voorkomt metallisch contact bescherming slijtage en corrosie versmering en oliesmering Afdichtingen bescherming omgevingsinvloeden één of twee kanten bij twee kanten smering tussen de seals Standaard Weinig radiale ruimte Hoge Fr Fa + Fr Scheefstelling Groefkogellager Naaldlager Rol tonlagers hoekcontactlagers + kegellagers zelfinstellend lager Fa taatslager Kentallen: Statisch draaggetal C 0 (N of kn); statisch radiale belasting die op de hoogst belaste vlakken van het wentellager een blijvende vervorming van 0,01% van de diameter van het wentellichaam veroorzaakt Dynamisch draaggetal C; zuiver radiale bealsting waarbij 90% van een groep identieke lagers een nominale levensduur van 10 6 omwentelingen haalt Equivalente belasting P; vergelijkende lagerbelasting tabel 14 3 Wentellagers: P = X*F r + Y*F a Zuiver radiaal belaste wentellagers: P = Fr Zuiver axiaal belaste wentellagers P = Fa Statisch n 10 of zwenkbewegingen C o =f s * P 0 Dynamisch n 10 omwentelingen/minuut C P * (f L /f n ) f L : dynamisch kengetal, geeft indicatie over afdoende levensduur f n : toerentalfactor Levensduur: Nominale levensduur L 10 (in 10 6 omw), aantal omw dat 90% behaalt zonder afgekeurd te worden op vermoeiingsverschijnselen. Nominale levensduur L 10h (in h) aantal uren dat 90% behaalt zonder afgekeurd te worden op vermoeiingsverschijnselen Statisch kengetal f s = C 0 /P 0 Constructie elementen voor rechtgeleiding: Kogelhulzen, lineair rollende geleiding, kogelomloopspindel Glijlagers: relatieve beweging tussen as en lagerschaal drukopbouw in vloeistof, gas of vet als tussenmedium Hydrostatisch (externe drukbron) of hydrodynamisch (drukopbouw door glijbeweging) Lagermaterialen: Massief glijlager van materiaal met hoge treksterkte Rm! Compound glijlager: oppervlaktelaag met positieve glij eigenschappen Hydrostatische lagers zijn eenvoudig in grote systemen te plaatsen, continu onderhoud nodig (pompen van olie) Hydrodynamische lagers zijn geometrisch eenvoudig, maar geen smering bij lage snelheden. Glijvlakken stilstand: statische wrijvingsweerstand (µ 0,3), slijtage Glijvlakken bij relatieve beweging: dynamische wrijvingsweerstand, geen slijtage Smeermiddel: drukopbouw door pomp/bewegingsenergie, warmteafvoer + reinigen Oppkwaliteit: lage ruwheid dunne smeerfilm grotere draagkracht Overbrengingen: riem H16 ketting H17 tandwiel H20tm23 Riem Looplaag treklaag deklaag Vlakke riem V riem Tandriem verbinding is kritisch geringe voorspanning grote kracht (efficiënter dan vlakke riem) Vormgesloten, synchrone loop (positioneren, geen slip) V: geluidsarm, stoot en trillingsvrije loop, eenvoudig, grote afstanden as mogelijk, geen smering noodzakelijk, lage onderhoudskosten, laag gewicht per eenheid vermogen N: geen constante overbrenging (slip), voorspanning nodig, grotere as belasting, grote inbouwruimte, beperkt temperatuurgebied (T omhoog, rubber gaat kruipen, minder wrijving), invloed omgevingsfactoren, mogelijke elektrostatische oplading F t (trekkracht in riem) wrijvingskracht Schakelbare overbrenging: tapschijven (trapsgewijs), kegeltrommels (geleidelijk), CVT i 6 Standaard open uitvoering i 15 spanrollen i 10 Tandriemen i 20 V riem i 40 poly V riem Ketting: Schakelketting (transport/hijsen) Scharnierketting (óók voor vermogensoverbrenging) penketting, pen in schallen slijtage busketting pen vast in buitenstes challen, binnenste schallen bus, bus draait om pen rollenketting: pen vast in buitenste schallen, ZIE PLAATJE Keuze type ketting: tabel 17 3 Gunstig: kettinglengte = even getal * steek, aantal tanden oneven i 7 Ongunstig: versnellende overbrengingen Tandwielen: roloverbrenging vs schroefroloverbrenging Roloverbrenging parallel/snijdende assen zuiver rollend contact, weinig wrijving relatief goedkoop, want standaard N; stotende belasting Schroefroloverbrenging geen snijdende assen schuivend contact (wrijving, laag rendement) Stiller, betere spanningsverdeling schroefwieloverbrenging: er zijn meerdere puntcontacten te gelijk. VB) wormwiel: Hoge i mogelijk, veel wrijbing, zelfremmend. Worm draait wormwiel schroefkegeloverbrenging: verschuiving van overbrengingsassen V= ω*r Vertandingen: Clycloïde vertanding: perfecte afrolling, nauwkeurige productie + installatie Pennenrad Evolvente vertanding: benadering, goedkoper (wordt v aak gebruikt!) Tandvoetbreuk door te hoge belasting of vermoeiing. Te voorkomen door geometrie en materiaal. Putvorming door vermoeiing of wisselende spanning. Te voorkomen door geometrie (aantal tanden) Vreten/galling door te hoge lokale druk/ hoge glijsnelheden. Gevolg: hoge T, ontbrekende smeerfilm, tijdelijk aaneen lassen. Oplossing: lage ruwheid, juiste flankspeling en smeermiddelen Vermogen bij tandwielen is constant! P = T *ω aantal tanden min. 14 om ondersnijding te voorkomen! Modulus = d/z (z=aantal tanden) Omtrek O = z*p (p=steek) d = z* m Tandwielenoverbrenging Stappenplan 1.Bepaal overbrengingsverhouding i = ω1/ω2 =n1/n2= d2/d1 = z2/z1 2.Bepaal z1 z1 en z2 geen gemeenschappelijke deler, z1 14 tabel Bepaal breedte van het tandwiel zo groot mogelijk, lage contactspanning, tabel Bepaal de tandhoek β 5.Bepaal de modulus m (figuur 21.20) Planeetwiel: V: veel variaties, hoge i, symmetrisch, weinig slip, hoge snelheid, hoge belastbaarheid, compact N: duur, complex, berekening i moeilijk. H21,22,23! As naafkoppelingen: vormgesloten krachtgesloten voorgespannen vormgesloten materiaal gesloten Vormgesloten Spie, wordt belast op afschuiving en vlaktedruk. Vlaktedruk bepalend voor spie afmetingen. tabel of 12 1 Spie iets korter dan de naaf. Spie as als inlegspie niet mogelijk is. Polygoonverbinding Voor stotende torsiemomenten. Zelf centrerend, demontabel. Kopvertanding, kan groot moment opvangen Penverbinding, voor overbrengen van kleine en stootvrije torsiemomenten, niet voor serie Krachtgesloten Cilindrische persverbinding (langspersverbinding, krimpverbinding): niet demontabel, voor stoot en wisselende belasting. Kegelpersverbinding: bevestiging van naven op as uiteinden. Voor hoge loopnauwkeurigheid. Klemelementverbinding: conische klemring: demonteerbare mechanische persverbinding. Invloed toleranties en oppnauwkeurigheid minder. Klemverbinding: voor plaatsing op langere gladde assen Kopspie verbinding: voor zware schijven, wielen en koppeling. Constructieve aspecten 3 Pen belast op buiging alleen trek? iets meer speling ivm montage. Wisselende belasting minder speling (losse passing) Bij draaien/zwenken: losse passing, evt glijlagerbus toevoegen denk aan monteerbaarheid! Glijlagers statisch belastbaar eenvoudig, wrijving afhankelijk van smeringstoestand, lage toerentallen Wentellagers dynamisch belastbaar Kritisch, lage rolweerstand De ring in het lager die wisselende belasting ziet, krijgt vaste passing! lagerpassingproblemen: walsen, rotatie van lagerring tov zitting as gaat bezwijken passingsroest, vocht tussen as en binnenring roest als slijpmiddel dus slijtage. Kies minder speling! Faal: verontreiniging in lager, vocht in lager dus roest, walsen, overbelasting, vermoeiing Borgen van as en lager: Borgringen: bij lage axiale krachten, bij vast lager rekening houden met verschouving Afdichtingen: beschermen tegen vocht, binnenhouden smeerstof. Afdekschijven: kleine spleet nog en met metaal Afdichtschijven: compleet dicht van rubber Elastisch. Assen Draagassen, aandrijvassen, astappen Draagassen: buigbelasting, geen torsiemoment, weinig afschuiving Stilstaande as: gelagerde delen, statische belasting (buiging) V; belasting gunstig Rondlopende assen: vastzittende onderdelen, wisselende belasting (buiging) V: eenvoudiger Aandrijfassen: draaien rond en dienen voor het o verbrengen van torsiemomenten dmv tandwielen, riemschijven, koppelinge etc. : torsie en buiging soms axiaal Astappen, getrapte draagas en aandrijfaseinden: dragen en lageren, cilindrisch, conisch of kogelvormig. Asberekening: Puntbelastingen VLS tekenen balkentheorie (S&S) Je kan ontwerpen op torsie, buiging (bij lange as) of afschuiving (bij assen verwaarloosbaar) BEKIJK BEREKENINGEN EN EVT FORMULES.. RAADSEL Verbinden Penverbinding: een pen in een gat die door alle te verbinden onderdelen gaat. Pen zonder kop met of zonder splitpengaten en ringen Pen met kop en splitpengaten Pen met kop en schroefdraad Pennen hebben geen voorspanning, bouten wel. Bouten axiaal belast, pennen loodrecht daar op. Pennen op buiging belast. Bout/klink op trek! Conische pen: nauwkeurige positionering V; montage, positionerend vermogen. N: duur, niet trilvast Cilindrische pen: positionerend/roterend/beveiligend, alle passingen, duur door opruimen gat, lastig los te maken, niet trilvast. Kerfpennen: positionerend/roterend kerfgroeven op omtrek zorgen voor elastische vervorming van kerfrand radiale voorspanning. V: trilvast, herbruikbaar, simpele montage Spanbussen: positionerend/roterend/smerend, dinsdgerold uit verenstaal V: trilvast, herbruikbaar, simpele montage Veren elastische vervorming door belasting. F = K*x Opslag en vrijgave energie, compensatie maatvoering, demping, realisatie beweging of kracht. Veerconstante afhankelijk van materiaal/ geometrie Bladveren: Fmax voor tentamen???? Trekveren alleen statisch belasten. Remmen Vertragen van bewegende massa s, vasthouden van een last, opweken van tegenkoppel Mechanisch, op wrijving gebaseerd Hydrodynamisch, pompen, stromingsrem/waterrem Elektrisch, energieopname
