Prenosniki moci

Tesnjenje ohišij

Slika 1: Porazdelitev hitrosti v

enakomerni špranji

Kadar pa se višina ležajne špranje v smeri potovanja gibajoče ploskve znižuje (d h/d x < 0), slika menzije utorov za vgradnjo o-tesnil v pokrove so podane na sliki Error! Reference source not found.. Preglednica 1: Dimenzije gredi, ohišij in

pokrovov na mestu vgradnje o -tesnil

a) tesnjenje ohišja in gredi, slika

 b) tesnjenje pokrovov, slika

d  2  2 

t

b + 0,2

z

d  2  2 

h

b + 0,2

T

[mm] 1,5 2 2,5 3 3,5 4 5 6 7 8

[mm] 1,1 ±0,06 1,5 ±0,08 1,9 ±0,1 2,3 ±0,12 2,7 ±0,14 3,1 ±0,16 3,9 ±0,2 4,7 ±0,24 5,5 ±0,28 6,3 ±0,32

[mm] 2,2 2,8 3,4 4,1 4,7 5,4 6,6 7,8 9,0 10,3

[mm] 2,1 2,6 3,0 3,5 3,9 4,5 5,4 6,4 7,3 8,2

[mm] 1,5 2 2,5 3 3,5 4 5 6 7 8

[mm] 1,1 ±0,03 1,5 ±0,04 1,9 ±0,05 2,3 ±0,06 2,7 ±0,07 3,1 ±0,08 3,9 ±0,1 4,7 ±0,12 5,5 ±0,14 6,3 ±0,16

[mm] 2,2 2,8 3,4 4,0 4,6 5,2 6,4 7,6 8,8 10,0

[mm] 2,1 ±0,06 2,9 ±0,08 3,6 ±0,1 4,3 ±0,12 5,1 ±0,14 5,8 ±0,16 7,3 ±0,2 8,7 ±0,24 10,2 ±0,28 11,7 ±0,32

Zapiranje izvrtin v ohišjih gonil s cenenimi pokrovi  Namesto pokrova z o-tesnilom se pogosto uporabijo kar jekleni pokrovi, ki so prevlečeni z elastomerom, slika 2. Na ta način se zagotovi dobro tesnjenje izvrtin v ohišju. Preglednica 2: Dimenzije cenenih tesnilnih pokrovov za izvrtine v ohišju in širina posnetja Imenski premer  D H8  D H8 [mm]  16 19 22 26 28 30 32 35 37 40 42 47 50 52 55

Širina

Širina

pokrova  A [mm]  A [mm] 4 7 4 6,5 7 5 7 7 5 7 9,5 8 10 7 9

posnetja  B [mm]  B [mm] 1 1,5 1 1,5 1,5 1 1,5 1,5 1 1,5 1,8 1,5 1,8 1,5 1,8

Imenski premer  D H8  D H8 [mm]  62 68 72 75 80 85 90 100 110 120 125 130 140 150 180

Širina

Širina

pokrova  A [mm]  A [mm] 8 8 9 7 8 12 8 12 12 12 12 12 15 15 12

posnetja  B [mm]  B [mm] 1,8 1,8 1,8 1,5 1,8 2 1,8 2 2 2 2 2 2 2 2

Ceneni pokrovi se običajno dobijo v dimenzijah, kot kaže preglednica 2, kjer je dodana še širina  potrebnega posnetja v ohišju. premerom  D =  = 47 mm, ki naj  bo širok  A =  A = 8 mm Pri naročanju cenenega pokrova za izvrtino s premerom D  je treba navesti naslednjo oznako: Tesnilni pokrov (Verschlußkappe) 47×8.

A

tesnilni

ohišje

širina posnetja B

žlebi D  jeklo elastomer

 D H8 10o

a)

 b)

Slika 2: Zapiranje izvrtine v ohišju gonila s cenenim pokrovom a) pokrov pred vgradnjo, b) vgrajen pokrov

1 . 1 T e s n j e n j e o h i š i j   Tesnila so zato, da u stvarimo oviro, ki preprečuje tekočini ali plinu, da ki nastane na stiku dveh teles.

bi uhajala skozi špranjo,

 Načeloma se tesnila delijo na tesnila statičnih in tesnila dinamičnih sistemov, glede na to , ali deli med seboj mirujejo ali pa se relativno gibl jejo. Vsi prirobnični stiki, ki so značilni za stike na ohišjih, so v osnovi statični stiki, čeprav se deli medsebojno resda minimalno premikajo , vendar zgolj zaradi vibracij, temperature, tlačnih razlik, udarcev in podobnega. Prirobnice lahko zatesnimo na tri načine:

 –  Z uporaba konvencionalnih tesnil, ki jih stisnemo. V to skupino spadajo pluta, papir, guma,  –   – 

kovine in druge snovi, ki ne vsebujejo azbesta. S tekočimi tesnili (CIP –  Cured-in-Place),  Cured-in-Place), ki se v nekaj sekundah strdijo na svojem mestu zaradi obsevanja z ultravijolično svetlobo. To se zgodi še pred montažo. S tekočimi tesnili (FIP –  Formed-in Formed-in-Place), ki se strdijo šele, ko so deli že sestavljeni v celoto.

Pri vseh treh načinih morajo tesnila zagotoviti naslednje:  –  ustvariti tesnjenje,  –  vzdrževati tesnjenje,  –  narediti spoj nepropusten za tekočino,  –  spoj mora ostati sprejemljiv za nadaljnje tehnološke postopke. S silikonskimi tekočimi tesnili FIP  je možno tesniti dele, obremenjen e z nizkimi tlaki, med deli  pa je sorazmerno velika špranja, kot je to na primer pri spoju odpreskov. Anaerobna tesnila FIP so  primerna za spoje, ki so obremenjeni z visokimi tlaki, vendar so spojne ploskve zelo toge. T ekoča tesnila CIP so primerna za takšne spoje, ki jih večkrat sestavljamo in razstavljamo. Tekoča tesnila (FIP  –  Formed-in-Place  Formed-in-Place) nastajajo tako, da se tekočina najprej nalije na eno od tesnjenih površin. Potem se dela sestavita. Takrat tekoče tesnilo pronica in priteče v vse prazne  prostore, špranje in praske; ko se dokončno strdi se ustvari trajno tesnilo. Ta koncept je primeren za ročno ali avtomatsko nanašanje tesnilne mase na tesnjene površine. Obstajata dve vrsti tekočih tesnil  FIP: ( Room Temperature Vulcanisation) Vulcanisation) FIP, kar  –  Eno je tako imenovano silikonsko tesnilo RTV ( Room  – 

 pomeni, da vulkanizacija poteka pri sobni temperaturi. temperaturi. Drugo pa je tako imenovano anaerobno tesnilo FIP, kar pomeni, da vulkanizacija steče šele

A

tesnilni

ohišje

širina posnetja B

žlebi D  jeklo elastomer

 D H8 10o

a)

 b)

Slika 2: Zapiranje izvrtine v ohišju gonila s cenenim pokrovom a) pokrov pred vgradnjo, b) vgrajen pokrov

1 . 1 T e s n j e n j e o h i š i j   Tesnila so zato, da u stvarimo oviro, ki preprečuje tekočini ali plinu, da ki nastane na stiku dveh teles.

bi uhajala skozi špranjo,

 Načeloma se tesnila delijo na tesnila statičnih in tesnila dinamičnih sistemov, glede na to , ali deli med seboj mirujejo ali pa se relativno gibl jejo. Vsi prirobnični stiki, ki so značilni za stike na ohišjih, so v osnovi statični stiki, čeprav se deli medsebojno resda minimalno premikajo , vendar zgolj zaradi vibracij, temperature, tlačnih razlik, udarcev in podobnega. Prirobnice lahko zatesnimo na tri načine:

 –  Z uporaba konvencionalnih tesnil, ki jih stisnemo. V to skupino spadajo pluta, papir, guma,  –   – 

kovine in druge snovi, ki ne vsebujejo azbesta. S tekočimi tesnili (CIP –  Cured-in-Place),  Cured-in-Place), ki se v nekaj sekundah strdijo na svojem mestu zaradi obsevanja z ultravijolično svetlobo. To se zgodi še pred montažo. S tekočimi tesnili (FIP –  Formed-in Formed-in-Place), ki se strdijo šele, ko so deli že sestavljeni v celoto.

Pri vseh treh načinih morajo tesnila zagotoviti naslednje:  –  ustvariti tesnjenje,  –  vzdrževati tesnjenje,  –  narediti spoj nepropusten za tekočino,  –  spoj mora ostati sprejemljiv za nadaljnje tehnološke postopke. S silikonskimi tekočimi tesnili FIP  je možno tesniti dele, obremenjen e z nizkimi tlaki, med deli  pa je sorazmerno velika špranja, kot je to na primer pri spoju odpreskov. Anaerobna tesnila FIP so  primerna za spoje, ki so obremenjeni z visokimi tlaki, vendar so spojne ploskve zelo toge. T ekoča tesnila CIP so primerna za takšne spoje, ki jih večkrat sestavljamo in razstavljamo. Tekoča tesnila (FIP  –  Formed-in-Place  Formed-in-Place) nastajajo tako, da se tekočina najprej nalije na eno od tesnjenih površin. Potem se dela sestavita. Takrat tekoče tesnilo pronica in priteče v vse prazne  prostore, špranje in praske; ko se dokončno strdi se ustvari trajno tesnilo. Ta koncept je primeren za ročno ali avtomatsko nanašanje tesnilne mase na tesnjene površine. Obstajata dve vrsti tekočih tesnil  FIP: ( Room Temperature Vulcanisation) Vulcanisation) FIP, kar  –  Eno je tako imenovano silikonsko tesnilo RTV ( Room  – 

 pomeni, da vulkanizacija poteka pri sobni temperaturi. temperaturi. Drugo pa je tako imenovano anaerobno tesnilo FIP, kar pomeni, da vulkanizacija steče šele

Tesnjenje ohišij ob odsotnosti zraka.

V primerjavi s tesnili, ki jih moramo prej izrezati v obliko prirobnice, imajo tekoča tesnila FIP vrsto prednosti. Tesnila FIP tesnijo tudi površine, ki imajo precej nepopolnosti, prask in  podobnega. Tesnila FIP omogočajo konstruktorju, da brez zadržkov stakne kovinsko površino z drugo kovinsko površino. Anaerobna tesnila FIP pripomorejo k strukturni trdnosti sestava. Uporaba tesnil FIP zmanjša stroške izdelka, ker lahko sprostimo tolerance obdelave. Tekoča tesnila pomenijo, da nimamo na zalogi cele serije izrezanih tesnil , temveč samo tesnilno tekočino FIP iz katere lahko naredimo skoraj katerokoli tesnilo. FIP hranimo v ori ginalni embalaži (plastenke).  Nanašanje je lahko avtomatsko. N epotrebno je naknadno privijanje vijakov; le-to je sicer potrebno pri uporabi izrezanih tesnil, ki se čez čas posedejo, vijačne zveze pa se deloma sprostijo. Tekoča tesnila nam dovolijo uporabo tanjših vijakov in ožjih prirobnic. Tekoča tesnila lahko nanašamo bodisi na vodoravne površine, poševne ali pa na navpične. Po demontaži jih z lahkoto odstranimo in očistimo površino. Konstruktor se mora odločiti, kakšno tesnilo FIP bo uporabil: anaerobno ali silikonsko. Anaerobna tesnila so primerna za toge spoje aluminijastih ali železnih elementov. Karakteristični  primeri anaerobnih aplikacij so: črpalke, mot orji in nasploh vsi transmisijski agregati. Ti spoji se medsebojno v primerjavi s spoji prešanih delov ali plastičnih komponent , zelo malo pomikajo. Za te slednje elemente so mnogo bolj primerna silikonska tesnila RTV FIP, ki lahko dobro kompenzirajo tudi večje pomike.

Slabosti tesnil, ki jih moramo vnaprej izrezati v določeno obliko Tesnila, ki jih vnaprej izrežemo v določeno obliko in jih vgradimo tako, da jih stisnemo med dve prirobnici, so tako imenovana tlačna tesnila. Za tlačna tesnila je značilno, da  jih moramo na tesnilno ploskev pritisniti, tako da zapolnijo prostor med dvema prirobnicama in se vtisnejo tudi v

nepravilnosti na sami tesnilni ploskvi. Takšna tlačna tesnila morajo torej prenašati obremenitev vijakov. Glavni razlogi, da tlačna tesnila p opustijo, so naslednji:  –  Tlačno posedanje. S časom tesnila izgubijo svojo elastičnost in postanejo manj prožna. Sila, ki pritiska na tesnilo, in relativni pomiki povzročijo, da se le-to stanjša, kar lahko pripelje do spuščanja tesni la oziroma do odpovedi njegove primarne funkcije.  –  Usločenje prirobnice. Področje, kjer je prirobnici treba tesniti, je tudi na sredi med vijaki. Prav na tem mestu pa je zaradi njegove oddaljenosti od prijemališča tesnilne sile, ki vsekakor deluje v centru vijaka, najmanjši tlak oziroma najmanjši pritisk, ki tišči ti šči skupaj dve  prirobnici. Tudi v primeru notranjega notranjega tlaka je prav na sredi sredi med prirobničnima vijakoma vijakoma najmanjša sila in zato najslabše tesnjenje.  –  Tesnilo se lahko iztisne iz prirobnice. Kadar sta prirobnici stisnjeni skupaj s premajhno silo, znotraj ohišja pa vlada povišan tlak, se lahko zgodi, da se tesnilo v prostoru med vijakoma iztisne iz področja prirobnice. S tem je tesnjenja seveda konec.  –  Deformacije ob izvrtini za vijak. Neposredno ob vijaku se na material tesnila pre našajo velike napetosti. Te lokalne napetostne konice lahko povzročijo razpoke v tesnilu, tesnilo se lahko raztrga oziroma prekine, v nekaterih primerih pa ga osna sila v vijaku povsem iztisne iz prirobnice. 1.1.1

Anaerobna tesnila FIP

Anaerobna tesnila FIP se strjujejo zaradi odsotnosti zraka in zato, ker je prisotna kovina ali

druga aktivna površina. Čas strjevanja pri sobni temperaturi je lahko od nekaj minut pa tja do nekaj ur. Ker ni prisotnega topila, je konverzija tekočine v trdno telo tako rekoč sto odstotna. Pri tem se  povsem zapolnijo vse špranje med tesnilnima ploskvama, nepopolnosti na površinah in sledi orodja, s čimer se odpravijo vsa možna mesta , skozi katera bi lahko pronical medij, ki ga moramo tesniti. Anaerobna tesnila imajo v primerjavi s tlačni mi tesnili celo vrsto prednosti:

 –  Tesnjen spoj se ne zrahlja. Kontakt kovine na kovino zagotavlja pravilno prednapetje v

dotegovanje vijačnih spojev  ni potrebno.  –  Manjša nihanja dimenzij. Anaerobna tesnila dovoljujejo prirobnicam, d a se stakne kovina steblih vijakov. Naknadno

 F  d 1

 pmax

2a d 2

δ

d 1

d 2  F 

na kovino. Pri tem konstruktorju ni potrebno upoštevati debeline tesnila, kaj šele, da bi se ukvarjal s toleranco debeline tesnila, ki je lahko zelo velika. To pomeni, da so tolerance delov, ki se spajajo, bolj pod kontrolo.

 –  Strukturna trdnost. Anaerobna tesnila prenašajo tudi strižne napetosti, kar se lahko porabi za  prenašanje prečnih obremnitev. To pripomore k temu, da se vijačne zveze ne zrahljajo  ter da ni drgnjenja in torne obrabe na spojnih ploskvah prirobnic, vse to pa pripomore k strukturni trdnosti sklopa.

 –  Odvečen material tesnila ostane tekoč. V primerjavi z drugimi tekočimi tesnilnimi materiali se anaerobni materiali strjujejo zgolj med ploskvami prirobnic. Z zunanje strani prirobnic se

odvečen tesnilni material enostavno pobriše s krpo, z notranje strani pa se lahko splakne s kakšno primerno tekočino, saj se anaerobne tekočine mešajo z večino fluidov. To pomeni, da bodo prehodi in kanali ostali odprti, saj jih tesnilna masa ne bo po nepotrebnem zamašila, ker bo enostavno odtekla oziroma jo bo olje raztopilo.

 –  Končna obdelava tesnjenih ploskev je lahko bolj groba. Anaerobna tekoča tesnila dovoljujejo bolj grobe površine prirobnic pa tudi toleranca ravnosti teh površin je lahko večja. Popraskana in porezana površi na se lahko povsem dobro zatesni in je ni treba  – 

naknadno strojno obdelovati. Strjevanje se ne začne pred sestavljanjem. Ker se anaerobni tesnilni material strdi v

odsotnosti zraka, ni problemov z njihovim skladiščenjem. Ta lastnost anaerobnih tekočih tesnilnih mas razširja področje njihove uporabe in povsem odpravlja probleme, ki jih sicer imamo s skladiščenjem tesnilnih mas narejen ih na osnovi topil ali pa tistih mas, ki se strjujejo zaradi vlage v zraku. Anaerobni produkti se tako dolgo, dokler so v originalni embalaži , sploh ne strjujejo.

 –  Zmanjšajo se stroški zalog. Tesnila, ki jih moramo predhodno izrezati v določeno obliko, so  primerna le za tiste prirobnice, katerih obliko imajo. Takšna tesnila zahtevajo posebno skrb glede skladiščenja in rokovanja nasploh. Velika zaloga tesnil, ki so vnaprej narezana, lahko  povzroča kar precejšnje stroške.  –  Kemijska kompatibilnost. Strjena anaerobna tesnila imajo odlično odpornost proti raztapljanju v gorivih, oljih, vodi in večini običajnih kemikalij, ki se uporabljajo v industriji. Čeprav ima uporaba anaerobnih tesnil v primerjavi s konvencionalnimi alternativami  res veliko  prednosti, pa zanje velja tudi nekaj omejitev:

 –  Pomikanje prirobnic. Anaerobni FIP pripomorejo k omejevanju pomikov prirobnic, ki s o  posledica različnih toplotnih raztezkov ali zunanjih obremenitev. Če pa prečne sile  premagajo strižno trdnost tesnilnega materiala ali če je sila, ki hoče ločiti prirobnici takšna, da je presežena natezna trdnost tesnilnega materiala, potem je tesnilna sposobnost takšnega spoja vprašljiva, kar bi se seveda zgodilo z vsakim tesnilom. Takšni relativni pomiki morajo  biti obvladani s konstrukcijskimi rešitvami.  –  Temperaturne omejitve. Anaerobna tesnila so v svojem bistvu duromerni polimeri, za katere  je značilno področje uporabe od – 50 °C do 150 °C. Nekatera tovrstna tesnila pa lahko zdržijo celo do 200 °C.

Tesnjenje ohišij Pri konstruiranju ohišij in pokrovov gonil, ki jih medsebojno tesnimo z anaerobnim tesnilom po  prirobnicah, je izredno pomemben parameter delilna razdalja med vijaki na prirobnici. Po pravilu delilna razdalja med vijaki ne bi smela biti večja od desetkratn ika premera vijaka. Po drugi strani  pa je delilna razdalja med vijaki odvisna tudi od širine prirobnice, preglednica 3. Preglednica 3: Nasveti za določitev širine

Širina prirobnice

prirobnice, ki se tesni z anaerobnim tesnilom

[mm]

Delilna razdalja med vijaki [mm]

3,2

32

6,4

64

9,5

76

12,7

102

Zanesljivo tesnjenje dveh prirobnic je navsezadnje odvisno od adhezije na površini posamezne  prirobnice. Torej je za celovitost spoja zelo pomembna površinska obdelava prirobnic. Posebej moramo biti pozorni, da odstranimo ostre robove pri izvrtinah za vijake in pri drugih izrezih v  prirobnici. Vsekakor mora biti anaerobno tekoče tesnilno sredstvo FIP naneseno v neprekinjeni

liniji po površini cele prirobnice. Še posebej je pomembno, da so povsem obkrožene vse izvrtine za vijake, s čimer  se blokirajo sekunda rne poti iztekanja tekočine, ki jo tesnimo, slika 3. Uporaba anaerobne tesnilne mase FIP omogoča, da prirobnic ni treba sestaviti takoj po nanosu tesnilne mase. Priporoča pa se, da se deli vendarle sestavijo v roku ene ure, saj bi sicer lahko prišlo do kontaminacije tesnjene površine zaradi kakšnih tujkov. Priporočljivo je, da se večji deli ohišij in  pokrovov sestavijo s centrirnimi zatiči, saj to pripomore tudi k temu, da se tesnilna masa lokalno ne izrine s površine prirobnice.

tekoče FIP tesnilo izvrtina za vijak  prirobnica

Slika 3: Anaerobno tekoče tesnilo FIP mora biti naneseno v neprekinjeni liniji

Anaerobna tesnila se med kovinskima površinama hitro strdijo. Ta proces se lahko še dodatno  pospeši s povišano temp eraturo ali s posebnimi predhodnimi nanosi na kovinsko površino   (t.i.  primeri), ki delujejo kot pospeševalniki procesa strjevanja tesnilne mase. Da bi tesnilo resnično dobro delovalo, morajo biti vsi pritrdilni vijaki priviti do imenskega momenta kar v najkrajšem času. Priporoča se, da se vijaki dokončno privijejo v manj kot treh minuta h po tem, ko sta dela sestavljena. Da bi se zagotovila dovolj velika pritisna sila na prirobnici med procesom strjevanja tesnilne mase, bodo morda podsestavi morali  biti pričvrščeni oziroma stisnjeni skupaj s pomožnimi  pritrditvami. Preden bi testirali tesnost prirobničnega spoja s stisnjenim zrakom , je vsekakor treba

 počakati toliko časa, da se tesnilna masa strdi.

1.1.2

Silikonska tesnila RTV (Room Temperature Vulcanisation) FIP (Form-in-Place)

Silikonski elastomeri se vulkanizirajo pri sobni temperaturi zaradi njihove reakcije z vlago v atmosferi. Silikonska tesnila RTV, ki se vulkanizirajo pri sobni temperaturi, se po kapljicah

nanesejo na površino prirobnice. V roku 10 minut se morajo deli sestaviti. Silikonska komponenta  pri tem steče v vse špranje in pore, površinske nepravilnosti in praske ter zapolni vrzeli, ki nastanejo zaradi neravnosti ploskev. Tesnilna masa bo na robovih prirobnice pritekla iz špranje, ki  jo tesni. Silikoni RTV ne vsebujejo nobenih topil. Konverzija iz tekočine v trdno snov je stoodstotna. V primerjavi z drugimi tesnilnimi materiali imajo FIP silikonska tesnila naslednje prednosti:

 –  Tesnijo velike špranje. S silikonskimi tesnilnimi masami je možno uspešno tesniti špranje,  – 

ki merijo do 6 mm. Omogočajo podajanje s prirobnico. Silikonski elastomeri prenesejo zelo visoke raztezke; tja

do 600 odstotkov. Zato ta tesnila brez težav prenašajo velike toplotne diletacije ali ostanejo  povsem funkcionalna tudi v primerih zelo elastičnih ohišij in pokrovov.  –  Dovoljujejo večje odstopke na tesnjenih  ploskvah. Silikonskia tesnila omogoča jo tesnenje  površin z višjo hrapavostjo, dovoljeni pa so tudi veliki odstopki glede ravnosti. V nekaterih  primerih si lahko privoščimo celo to, da s silikoni tesnimo neobdelane lite površine.  –  Zagotavljajo zmanjšanje stroškov skladiščenja. Podobno kot anaerobna tesnila tudi silikonska tesnila znižujejo stroške skladiščenja, ki bi sicer nastali zaradi velikega in  –   –   – 

dragega nabora konvencionalnih rezanih tesnil. Imajo veliko temperaturno področje uporabe. Silikonska tesnila l ahko uporabljamo v  področju od – 70 °C do 260 °C . Za kratek čas prenesejo temperature do 315  °C, posebni silikoni pa tudi več kot 340  °C. So adhezivni. Silikoni se odlično oprijemajo mnogih površin. Silikoni, ki vulkanizirajo pri sobni temperaturi, so primerni za tes njenje olj, hladilnih

tekočin in zraka. Slabosti silikonskih tesnil FIP:

 –  Slabo so odporni na gorivo in aromatska topila.  –  Silikonska tesnila niso primerna za tesnjenje posod pod visokim tlakom, ker imajo nizko strižno in natezno trdnost. Ploskev, ki jo tesnimo s silikonskim tesnilom, mora ležati v eni ravnini. Kadar tesnilna ploskev ne leži v eni ravnini, raje uporabimo posebej oblikovana gumijasta tesnila. Najmanjša širina  prirobnice mora biti med 15 mm in 20 mm. Razmik med prirobnicama naj znaša od 0,5  mm do 1,25 mm. Ta razmik je možno izvesti seveda le pri tesnjenju ohišij in pokrovov, ki niso del nosilne strukture. Kadar pa  je tesnjena prirobnica na nosilnem delu ohišja ali pokrova, nalijemo silikonsko tesnilo v za to namenjen utor ali žleb. Takšen zadrževalni žleb je ponavadi kar odtisnjen ali odlit v eno prirobnico, druga ploskev prirobnice pa je gladka. Zadrževalni žleb, ki teče vzdolž ene od  prirobnic, je v prečnem prerezu ponavadi krožni odsek in poteka od enega do drugega vijaka.

Značilne dimenzije prirobnice, v kateri je zadrževalni žleb, so naslednje:  –  Globina zadrževalnega žleba je 1,5 mm, njegova širina pa okoli 3 mm, če je odlit v aluminijasto prirobnico. V jeklenih prešanih pokrovih pa je širina zadrževalnega žleba večja in znaša do nekako 6  mm.  –  Zadrževalni žleb se začne in konča v oddaljenosti od 1  mm do 6 mm od roba luknje za vijak, če je prirobnica narejena iz aluminija. V jeklenem prešanem pokrovu pa je oddaljenost žleba od luknje za vijak večja, in sicer znaša od 6  mm do 13 mm.  –  Širina prirobnice z zadrževalnim žlebom na oljnem koritu naj znaša od 15  mm do 21 mm. Širina prirobnice na drugih pokrovih, ki imajo vgrajen zadrževalni žleb, pa naj bo od 8  mm do 10 mm.

 –  Debelina prirobnice, ki je narejena iz vlečene jeklene pločevine, naj bo med 1  mm in 1,5 mm. Širina prirobnice pa naj ne bo manjša od 6  mm.

Tesnjenje ohišij  –  Pokrovi iz aluminija pa naj imajo prirobnice, ki so debele od 5 mm do 10 mm.  –   Najmanjša razdalja med notranjim tesnilnim robom in izvrtino za vijak ali zadrževalnim žlebom naj znaša 6  mm. Delilna razdalja med vijaki na prirobnici naj ne bo več kot desetkratnik premera vijaka. Ponavadi je za oljno korito uporabljen vijak premera 6 mm, kar pomeni, da je delilna razdalja med vijaki 60 mm. Na splošno je priporočljivo uporabiti manjše vijake, ki so nameščeni bolj skupaj, saj

se tako zagotovi minimalna reža na spoju. Površine, ki jih tesnimo s silikonskimi tesnilnimi materiali, morajo biti   predhodno dobro očiščene. Silikoni RTV tesnijo zaradi adhezije, ne pa zaradi tlačne sile, zato je pomembno, da se  prirobnici sestavita skupaj,  preden se tesnilni material prevleče s kožo. Adhezija na površini  prirobnic mora biti prisotna ves čas uporabne dobe tesnjenega spoja. Zaradi relativnega pomikanja  prirobnic nastopajo v silikonskem tesnilu raztezki, kar pomeni tudi, da se veča strižna napetost na  površini prirobnic. Če te strižne napetosti presežejo adhezivno ali kohezivno trdnost silikona, tesnilo popusti, odpove v svoji funkciji. To se ne sme zgoditi. S konstrukcijskimi ukrepi se mora

zagotoviti, da tesnjeni spoj ni izpostavljen prevelikim strižnim obremenitvam. Silikoni, ki se vulkanizirajo na sobni temperaturi, morajo biti v kontaktu z atmosfersko vlago.

Če hočemo, da bo strjevanje potekalo neovirano, mora biti omogočen dotok atmosferskega zraka do tesnilnega materiala. Kljub temu pa se bo v praksi morda zgodilo, da se bo silikon v špranji velikosti 6 mm strjeval predolgo v primerjavi z zgolj 2,5 mm široko špranjo. Zaradi prepočasnega strjevanja je proizvodni proces lahko oviran. Silikon je treba v neprekinjeni liniji nanesti po vsej ploskvi prirobnice, slika 3. Posebno  pozornost je treba nameniti luknjam za vijake, ki morajo biti povsem oblite s silikonom, da bi na ta način preprečili sekundarno pronicanje tesnjene tekočine v okolico. Silikonski material se začne strjevati v tistem trenutku, ko pride v stik z atmosfero. Zato moramo sestavne dele sestaviti sorazmerno hitro, in sicer v manj kot treh minutah po tem, ko je bil nanje nanesen tesnilni material. Tudi vijaki se morajo priviti do imenskega momenta precej hitro: v petih minutah po sestavi delov.

Zapomniti si velja, da se silikon počasneje strjuje v manj vlažnem okolju. Hitrost strjevanja se zato lahko pospeši v komorah z visoko vlažnostjo. Preden izvedemo preizkus tesnosti, ko se tesnjeni spoj izpostavi povečanemu tlaku, je vsekakor treba  pustiti dovolj časa za strjevanje silikonskega tesnila.

čiščenje zaradi servisiranja in popravljanja Včasih je vsekakor potrebno, da se pokrovi na gonilu od stranijo in razstavijo komponente gonila. Silikonska in anaerobna tesnila imajo veliko strižno trdnost. Priporoča se, da pokrov , ki ga hočemo dvigniti oziroma odstraniti z drugega dela ohišja, izpostavimo obremenitvam, ki so  podobne kot pri luščenju. Najlažje bo, če bomo pokrov skušali dvigniti le na enem koncu. Priporočljivo je, da sta že ohišje in pokrov oblikovana   tako, da sta na njiju naslona, v katera vtaknemo neke vrste zagozdo in ju razmaknemo, ne da bi pri tem poškodovali tesnilno površino Odstranjevanje tesnil FIP ter

 prirobnic.

Pred ponovnim tesnjenjem je površini prirobnic treba temeljito očistiti. Pri tem je treba uporabiti primerna orodja. Za alumi nij in druge barvne kovine je primerno uporabiti plastično strgalo. Stara tesnilna masa mora biti povsem odstranjena. Za popolno odstranitev stare tesnilne mase je treba uporabiti kemične odstranjevalce, ki omehčajo in stopijo še zadnje ostanke  predhodnega tesnila. Tam, kjer ne moremo uporabiti kemičnih sredstev, pa moramo staro tesnilno

maso temeljito postrgati s strgali. Pri aluminijastih in plastičnih pokrovih ne smemo uporabiti abrazivnih sredstev oziroma jih ne smemo čistiti z rotacijskimi kovinskimi ščetkami. Najbolje je staro tesnilo  počistiti s primernim topilom. Topila na osnovi petroleja niso primerna, ker lahko za seboj pustijo ostanke, ki novemu tesnilu ne bodo omogočili dovolj velike oprijemljivosti.

1.1.3

Tesnila CIP

Princip tesnil CIP (CIP  –  Cured-in-Place) je iz tekočine narediti takšno tlačno tesnilo, ki se nanese na eno od prirobnic, se nato strdi in postane skupaj s prirobnico vred za vedno en element. Tesnilni spoj se v tem primeru izvede tako, da se uporabi poseben stroj za nanašanje tesnilne  mase CIP, ki tesnilno maso CIP zelo natančno  nanese po vsej ploskvi prirobnice. Po tem se tesnilo za

kakih 30 sekund obseva z ultravijolično svetlobo, kar ima za posledico, da se tesnilo strdi in trdno  poveže s površino prirobnice. Tesnjenje se ustvari s stiskanjem tesnila CIP med ploskvama  prirobnic. Kadar  je primerneje uporabiti mehkejša in bolj stisljiva tesnila, se uporabi silikonski penasti material; le-ta se speni na podlagi dušika, ki je v njem . To so t. i. dušikovi-penasti silikoni CIP.

zahteva bistveno večjo natančnost in ponovljivost tako glede nanašanja tesnilne mase kot tudi glede postopka utrjevanja, saj mora imeti tesnilo povsem določno obliko in  položaj. Iz teh razlogov se je treba  premišljeno odločiti, ali naj bo tesnilo iz penjenega ali ne penjenega materiala, kakšen naj bo mehanizem strjevanja tesnila, pa tudi glede tega ali bomo Tehnologija tesnil CIP

uporabili eno- ali dvo-komponentno tesnilno maso.

nadomeščajo tesnila, ki jih je bilo prej treba izrezati iz gume ali penjene pl astične mase s pomočjo matrice, nadomeščajo pa tudi lita gumijasta ali plastična tesnila. Pri tem pa imajo Tesnila CIP

tesnila CIP vrsto prednosti:

 –  Servisibilnost. Pripomočke za izdelavo tesnil CIP je enostavno narediti in tudi enostavno  prenašati.  –  Prihranek pri stroških dela. Nameščanje in lepljenje tesnil, ki so vnaprej izrezan a s pomočjo matrice ali so lita, na površino prirobnic je zamud no.  –  Povišana kvaliteta. S sodobni mi robotskimi sistemi nanašanja tesnilne mase je možno doseči vrhunsko natančnost oblike in položaja tesnil.  –  Zmanjšanje stroškov skladiščenja. Za serviserje so tesnila prava nadloga. Tesnila CIP pa so za vedno nameščena na prirobnici, zato serviserjem sploh ni treba razmišljati, ali imajo tesnilo ali ga nimajo.

 –  Možnost izdelave raznolikih tesnil. Sistemi za nanašanje tesnilne mase na prirobnico so tako fleksibilni, da je z lahkoto možno spremeniti obliko in položaj tesnila, pa tudi  prototipna tesnila je možno narediti zelo enostavno in hitro. CIP se morajo strditi,  preden se uporabijo. Načeloma je to možno narediti hitro z ultravijoličnim obsevanjem ali pa tudi zelo počasi, v približno enem ali dveh tednih, če se tesnila strjujejo zaradi vlage v zraku. Če hočemo zmanjšati stroš ke nabave drage opreme za ultravijolično obsevanje,  bomo tesnila strjevali s pomočjo vlage; problem pa je, da se v tednu ali dveh tesnila lahko onesnažijo  preden se strdijo. Prav zaradi slednjega se priporoča strjevanje tesnil z ultravijoličnim obsevanjem, saj je v 30 sekundah tesnilo trdno. Če pospešimo proces strjevanja, je

tudi skladiščenje takšnih delov manj zahtevno. Poudariti je potrebno, da v tesnilih CIP ni topil in da so to enokomponentna tesnila, ki se strjujejo z ultravijoličnim obsevanjem ali zaradi vlage v zraku, kar se lahko odvija tudi v temnem  prostoru. Strjen silikonski elastomer ima visoko odpornost proti vplivom okolice in tudi proti temperaturnim obremenitvam. Tesnilo se odlično oprime na mnoge materiale, tudi na plastiko. 1.1.4

Varovanje vijačnih zvez

Vijaki in matice, ki jih uporabimo za pritrditev delov med seboj, se sami od sebe ne smejo odviti. V privitem stanju se vijak podaljša, njegovo steblo se raztegne. Temeljni vzrok za odvijanje vijačnih spojev leži v zrahljanju vijačne zveze. Vijačn i spoj se zrahlja, ker nekako izgine napetost oziroma natezna sila v steblu vijaka (vijačna zveza se posede) .

Vzroka, da izgine natezna sila v vijaku sta lahko načeloma dva:  –  groba kontaktna površina pod glavo vijaka, na podložki ali na matici postane gladkejša zaradi ponavljajočih tlačnih obremenitev;

Tesnjenje ohišij  –  napetost v steblu vijaka ali v podlogi je zaradi ponavljajočih se obremenitev spoja večja od meje lezenja, zato se element vda oziroma posede.

 Najboljši način za preprečevanje rahljanja vijačnega spoja je ta, da povečamo elastičnost vijačne zveze. Poleg tega, da vijačno zvezo zategnemo na predpisan moment, lahko elastičnost vijačne zveze zagotovimo še na več načinov:  –   povečamo dolžino vijaka z napetim steblom,  –   pod glavo visokotrdnostnega vijaka in pod matic o podložimo dovolj velike, dovolj debele, dovolj trdne in dovolj trde podložke, da tako zmanjšamo površinske tlake ,  –  uporabimo vijake in matice, z vgrajenimi  podložk ami, ki se elastično deformirajo ,  –  za podložke uporabimo zelo toge krožnikaste vzmeti .

Preglednica 4: Natezna sila sile in momenti pritegovanja za vijake z metrskim navojem Dimenzije

M4 M5 M6 M8 x 1 M8 M10 x 1 M10 x 1,25 M10 M12 x 1,25 M12 x 1,5 M12 M 14 x 1,5 M14 M 16 x 1,5 M 16 M18 x 1,5 M18 x 2 M 18 M 20 x 1,5 M 20 x 2 M 20 M 22 x 1,5 M 22 x 2 M 22 M 24 x 1,5 M 24 x 2 M 24 M 26 x 1,5 M 27 x 2 M 27 M 28 x 1,5 M 30 x 1,5 M 30 x 2 M 30

6.9 3250 5350 7550 15300 13900 27500 23900 22100 36500 34300 32400 49500 44300 66500 61500 87000 81000 74000 110000 103000 96000 136000 127000 119000 164000 154000 138000 193000 201000 181000 226000 264000 253000 221000

Natezna sila [N] trdnostni razred 8.8 10.9 3900 5450 6350 8950 9000 12600 18100 25500 16500 23200 30400 42800 28300 39800 26200 36900 43300 61000 40700 57000 38300 54000 58500 82500 52500 74000 79000 111000 73000 102000 103000 145000 96000 134000 88000 124000 130000 183000 122000 171000 114000 160000 161000 226000 151000 212000 141000 199000 194000 273000 183000 257000 164000 230000 230000 322000 238000 335000 215000 302000 268000 376000 313000 441000 300000 422000 262000 368000

12.9 6550 10700 15100 30600 27900 51400 47700 44300 73000 68500 64500 99000 88500 133000 123000 174000 161000 148000 220000 205000 192000 271000 255000 239000 328000 309000 276000 386000 402000 363000 452000 529000 506000 442000

Moment pritegovanja [Nm] trdnostni razred 6.9 8.8 10.9 12.9 2,4 2,9 4,1 4,9 5,0 6,0 8,5 10 8,5 10 14 17 23 27 38 45 21 25 35 41 46 55 77 92 44 52 73 88 41 49 69 83 80 95 135 160 76 90 125 150 72 86 120 145 125 150 210 250 115 135 190 230 190 225 315 380 185 210 295 355 295 325 460 550 265 310 440 530 245 290 405 485 385 460 640 770 370 440 620 740 345 410 580 690 520 610 860 1050 500 600 840 1000 465 550 780 930 690 820 1150 1400 650 780 1100 1300 600 710 1000 1200 880 1050 1470 1760 970 1150 1600 1950 890 1050 1500 1800 1070 1270 1810 2170 1400 1650 2300 2750 1350 1600 2250 2700 1300 1450 2000 2400

Pri uporabi preglednice 4 je treba upoštevati naslednje opombe: Vrednosti v preglednici veljajo pri srednjem koeficientu trenja μ = 0,14, značil nem za vijake brez

 posebne površinske obdelave ali fosfatirane vijake, ki se ne mažejo ne z oljem ne z mastmi. Osna sila je določena tako, da znaša primerjalna napetost v steblu vijaka 90 % meje plastičnosti. Primerjalna napetost se določi kot posledica torzijskih obremenitev zaradi privijanja vijaka in kot  posledica osnih nateznih obremenitev. Zgolj natezna napetost (zaradi osnih obremenitev) pri tem

znaša 70 % meje plastičnosti. Pri veliki hrapavosti podlage naj bo prvi moment privijanja za 10 % do 20 % večji od navedenega. Vijak se naj nekajkrat zapored privije in odvije, da se  površina posede, potem pa naj se privije s predpisanim momentom.

Pri mazanju navojev z MoS2 se naj pritezni moment zmanjša za 20 %, kar bo še vedno  povzročilo za okoli 8 % večjo natezno silo v vijaku (μ = 0,10). Pri pocinkanih vijakih zmanjšamo pritezni mo ment za 8 %, osna sila pa bo pri tem večja za 3  % (μ = 0,125). Pri kadminiziranih vijakih zmanjšamo pritezni moment za 30 %, osna sila pa bo večja za 17 % (μ = 0,08). Pri uporabi pnevmatski strojev, ki sunkovito privijajo, je treba navedene momente pritegovanja

zmanjšati za 8 % (μ = 0,125). Pravilno priviti vijaki, preglednica 4, se ne bodo

odvili, če se bomo držali naslednjih ukrepov:

 –  Za pomembne vijačne zveze upo rabimo vijake, ki jih lahko zelo obremenimo; to so tako imenovani visokonapetostni vijaki. Tovrstne vijake lahko dovolj razt egnemo, da se ne bodo  posedli.

 –  Vijačni spoj oblikujemo tako, da bodo vijaki dovolj dolgi. Pokazalo se je, da je potrebno razmerje pr emera vijaka proti njegovi dolžini 1/6 ali več.  –  Povečati je treba trenje tako, da pravilno obdelamo naležno površino pod glavo vijaka in matico.

 –  Uporabimo lepila oziroma varovalne mase v navoju in s tem preprečimo odvitje vijaka, tako da povečamo trenje v  navoju samem.  –  Vijačno zvezo mehansko zavarujemo.  Na splošno lahko ukrepe, ki preprečujejo odvitje določene, že izvedene vijačne zveze razdelimo na tri področja:  –  Povečanje elastičnosti vijačnega spoja. To lahko naredimo tako, da za podložko uporabimo zelo togo krožnikasto vzmet. Druge elastične podložke, kot na primer valovita vzmetna  podložka ali prerezana vzmetna podložka, so neprimerne. S povečevanjem elastičnosti vijačnega spoja zagotovimo, da je osna sila v spoju vedno prisotna, zato se vijačni spoj n e  bo sam odvil.

 –  Sistemi za preprečevanje odvijanja. To so sistemi, ki sicer ne preprečijo tega, da bi se vijačna zveza zrahljala, preprečijo pa odvijanje. To pomeni, da se zaradi delovanja zunanjih sil lahko posedejo površine pod glavo vijaka ali pod matic o, odvijanja pa ni. Primer za to so kronske matice, varovanje z žico ali samovarovalne matice s plastičnimi ali kovinskimi vložki. Vijaka ali matice v tem primeru sicer ne izgubimo, sposobnost prenašanja obremenitve vijačne zveze pa je zelo okrnjena.  –  Sistemi za preprečevanje samoodvijanja. To so sistemi, ki preprečujejo samoodvijanje, kot so na primer vijaki in matice z zobci, narebreni vijaki za prirobnice in varovalne mase. 1.1.5

Tesnjenje navojev

Tesnila v navojih preprečujejo iztekanje tekočin ali plinov iz spojev. Najbolj pogosti primeri tesnjenja navojev so problemi tesnjenja cevnih spojev. Takšni cevni spoji z navoji so pogosto izpostavljeni dinamičnim obremenitvam zaradi vibracij, lahko se menjuje tlak v cevi ali pa se spreminja temperatura.  Navoj sam po sebi ne more tesniti, slika 4, ker med

navoji vedno ostaja navojna špranja.

Tesnjenje ohišij

matica –  notranji navoj

matica –  notranji navoj

navojna

špranja

vijak – zunanji navoj a)

vijak – zunanji navoj je na stožcu  b)

Slika 4: Principa cevnih navojev a) zunanji in notranji navoj sta valjasta,  b) zunanji navoj je na stožcu, notranji navoj je na valju

Eden od najsta rejših načinov tesnjenja cevnih navojev je mazanje navojev z zelo viskoznim strojnim oljem ali pasto z dodanimi polnili . Značilen primer je tesnjenje vodovodnih cevi,  pri katerem se v ta namen pogosto uporabljata laneno olje in preja. Mazivo namaže vijačni   spoj v

celoti in zapolni tudi špranje v navoju, vendar ne zagotavlja nobenega samozapornega učinka, pod  pritiskom se lahko izrine iz navoja, ima pa tudi precej slabe lastnosti, kar se tiče obstojnosti v topilih. Ta način tesnjenja je neprimeren za tesnjenje cilindričnih navojev. Drugi starodaven način tesnjenja cevnih spojev je uporaba zelo viskoznih maziv, ki so narejena na podlagi topil. Topilo izhlapi in potem ostane v navoju posušeno mazivo. Prednost tovrstnega tesnjenja je, da imamo prisotno mazivo v navoju, kar pomeni, da se navojna špranja zapolni z mazivom, ki ga je precej težje izriniti. Slabost pa je, da se posušeno mazivo v navojni špranji zaradi izparevanja topila skrči, kar pomeni, da moramo navojni spoj čez nekaj časa ponovno priviti, da bi ta skrček nekako kompenzirali. Ti spoji imajo kar nekaj samozapornega učinka, saj se trenje v navoju zaradi posušenega maziva poveča.  Najbolj pogost sodoben način tesnjenja cevnih navojnih spojev je uporaba teflonskega tesnilnega traka. Polimerni trak, kot  je teflon, zagotavlja odlično začetno tesnjenje in hkrati zagotavlja veliko odpornost proti kemičnim vplivom. Za tesnjenje plinastega kisika je teflonski trak edino možno tesnilo. Prednosti pri uporabi teflonskega traka so v tem, da pri privijanju deluje k ot mazivo, prenaša visoke pritezne momente in je odporen proti topilom. Slabost teflonskega traku pa  je, da je vijačna zveza dobro namazana tudi za primer odvijanja; spoj se lahko torej sorazmerno hitro zrahlja. Dinamično obremenjeni vijačni spoji so nagnjeni k temu, da se sčasoma posedejo in zato začnejo puščati. Mazalni učinek teflonskega traku lahko pripelje do pretegnitve vijačne zveze. Spoj lahko celo poči. Še posebej nevarno je uporabiti teflonski trak v občutljivih hidravličnih sistemih. Pogosto se namreč zgodi, da se teflonski trak natrga in zamaši hidravlični sistem, kar lahko pripelje do resnih  problemov v delovanju celotnega stroja.

Konstruktorji v nekaterih primerih predvidijo tako natančno izdelane notranje in zunanje navoje, da je njihovo doda tno tesnjenje teoretično in konec koncev tudi praktično nepotrebno. To so tako imenovani suhi tesni spoji. Prednost takšnih spojev je v tem, da ti resnično tesnijo, če so seveda dovolj skrbno izdelani. Njihova slabost pa je, da so dragi, saj jih je precej težko narediti zaradi zahtevnih toleranc.

Vedno pogosteje se navojne zveze zatesnijo z anaerobnimi tekočimi tesnilnimi sredstvi ; le-ti se v navoju strdijo v netopljivo žilavo plastiko, ki povsem zapolni navojno špranjo, ne glede na to ali  je prisoten torzijski moment ali ne. Prednosti uporabe anaerobnega tekočega tesnilnega sredstva so

naslednje:

 –   –   –   –   –   –   –   –   – 

maže navoj med privijanjem, resnično tesni vijačni spoj , tesni tako učinkovito, da prej raznese cev , kot spusti pa tesnilna masa; zagotavlja vnaprej predvidljiv moment odvijanja vijačnega spoja, tesnilna masa se ne strjuje zunaj navoja, zato se višek mase z lahkoto odstrani s krpo , ni treba uporabljati polnil, ki bi lahko povzročala težave v hidravličnih sistemih , najnižji stroški na enoto tesnjenega spoja, enostavna uporaba v proizvodnem postopku, lahko je že predhodno naneseno na en navoj .

Slabosti uporabe anaerobnih tekočih tesnil za navojne spoje pa so predvsem v tem, da jih ni mogoče uporabiti za tesnjenje kisika  in da ne prenašajo višjih temperat ur kot 200 °C, poleg tega pa niso primerna za tesnjenje cevnih navojev z večjim premerom od 80  mm. b

mirujoča  ploskev

V 

mazivo

h

gibajoča se ploskev

u

TORNA GONILA BREZ VLEČNEGA

2

ELEMENTA –

GONILA S TORNIMI KOLESI

Za gonila s tornimi kolesi je značilno, da se obodna sila s trenj em neposredno, torej brez vmesnega člena,   kot je na primer jermen, prenese z enega tornega telesa na drugega. S takšnimi gonili lahko pretvarjamo obliko gibanja, na primer krožno gibanje lahko pretvorimo v linearno (kolo in tračnica). Za ustvarjanje torne sile je potrebno delovanje določene priti sne sile in zagotovljen mora biti primeren, čim višji seveda, koeficient trenja. Smer vrtenja pogonskega in odgonskega kolesa je, tako kot pri zobnikih, nasprotna. Da elementi gonila ne bi bili obremenjeni po nepotrebnem, se pogosto vgrajujejo posebne naprave, ki pritisno silo po velikosti prilagodijo obremenitvi. Prednosti gonil s tornimi kolesi:

 –   –   –   –   –   –   – 

enostavnost, točna izdelava kotalnih teles (valj, stožec, vrtenina) , enakomerno prenašanje gibanja (ni spremembe ubirne togosti, kot  se to zgodi pri zobnikih), možno je spremeniti smer vrtenja brez pojave zračnosti (pri zobnikih bočna zračnost), med spreminjanjem smeri vrtenja se prenaša moment, nizki nivo hrupa, če se uporabljajo mehki torni materiali , možna je izvedba z mazanjem ali brez njega (odvisno od parjenega materiala),  brezstopenjsko spreminjanje prestave, ne da bi se porušil tok sile (pri zobniških gonilih to ni možno),  –  kotalna telesa lahko prevzamejo funkcijo ležajev, tako da včasih klasični ležaji sploh niso več potrebni. Slabosti gonil s tornimi kolesi:

 –  Pritisna ali normalna sila Fn je večja od tangencialne ali obodne sile Ft, (v odvisnosti od  –   –   – 

 parjenih materialov) za 1.5- do 50-krat ( F n = F t /   ). Visoka kotalna obremenitev v dotikalni coni. Visoka obremenitev gredi in ležajev.  Normalna sila obremenjuje le majhno področje (linijski ali

točkovni dotik). To pomeni, da  je obremenitev posameznih mest bistveno večja kot pri jermenskem gonilu.  –  Zdrs (0,2 – 10) % je odvisen od materiala parjene dvojice. Če se pri načeloma suhem trenju  pojavi vpliv vlažnosti al i olja, se spremeni obodna sila oz. koeficient trenja.  –  Majhno dušenje udarcev. Hrup je podoben kot pri jermenskih pogonih. Hrupnost se poveča  –   – 

 pri nemazanem parjenju jeklo/jeklo. Potrebne so posebne priprave za zagotavljanje pritisne sile, ki je primerna za prenašanje določene obremenitve. Upoštevati je treba obrabo, spreminjanje medosja in različno veliko obodno silo. Dvojenje jeklo/jeklo je občutljivo na preveliki zdrs, kar lahko povzroči razjedanje.

 Nekaj vrst tornih gonil je prikazanih na sliki 5. Pri vseh prikazanih gonilih so torna kolesa med seboj v stalnem kontaktu. Ker so razmerja kotalnih polmerov oziroma radijev konstantna, so tudi  prestavna razmerja konstantna; če seveda ne upoštevamo zdrsa. Za vsa tri predstavljena torna

gonila velja, da se torna kolesa enakomerno kotalijo vzdolž dotikalne linije in ne nastopa neželeno spodrsavanje, ki bi bilo posledica različnih obodnih hitrosti ,  povzročenih s konstrukcijo gonila. Pri  planetnem gonilu s tornimi kolesi pritisna sila, ki je potrebna za prenašanje obodne sile, ne obremenjuje ležajev gonila. Prenosniki moči

13

Gonila s tornimi kolesi

Pri cestnih vozilih tvorita torno gonilo pnevmatika in cestišče, pri železniških vozilih pa  predstavljata torno gonilo kolo in tračnica. Gonila s tornimi kolesi se uporabljajo za pogon merilnih instrumentov, gramofonov, gospodinjskih strojev, malih transportnih sistemov in obdelovalnih strojev. valjasto kolo

stožčasto kolo  poln

sončnik  r

votel

sončnik 

r

R

R  planetnik  b)

a)

c)

Slika 5: Gonila s tornimi kolesi s konstantno prestavo a) torno gonilo z valjastima kolesoma, b) torno gonilo s stožčastima kolesoma,  c) planetno gonilo z valjastimi tornimi kolesi

2.1.1

Pralni stroj gnan s tornim gonilom

 Na sliki 6  je prikazan primer

uporabe gonila s tornimi kolesi za pogon večjega pralnega stroja. Boben pralnega stroja je hkrati poganjan in vležajen na dvanajstih tornih kolesih, od tega je 6 koles  pogonskih. Pogonski stroj sta dva elektromotorja. Hidrodinamični sklopki, prigrajeni med elektromotorjema in tornima goniloma, pa zagotavljata mehak za gon bobna in izravnavata razlike v vrtilnih frekvencah, ki bi morda nastopile zaradi različnih kotalnih polmerov tornih koles. Za vležajenje in pogon je možno uporabiti avto mobilska kolesa ustreznih dimenzij.

kolut za aksialno vodenje vstop

reduktor

elektromotor sklopka

 pralni  boben

izstop

radialni ležaji  –  avtomobilska kolesa

Slika 6: Gonilo s tornimi kolesi poganja pralni stroj

kolut za aksialno vodenje

aksialno vodenje

Gonila s tornimi kolesi

2.1.2

Planetno gonilo s tornimi kolesi

možno sestaviti tudi planetno gonilo. Normalna sila se ustvari z elastično deformacijo zunanjega votlega obroča, ki je izdelan pod mero , ali pa tako, da gonilo opremimo s S tornimi kolesi je

 posebno stiskalno napravo oziroma s sistemom za napenjanje, ki zagotavlja le tako veliko normalno silo, kot je potrebna za prenašanje vrtilnega momenta. V tem drugem primeru je notranji

sončnik sestavljen iz dveh stožčastih delov. Ta dva dela se zaradi zunanje obremenitve oziroma momenta stiskata skupaj s čelnimi zagozdami. Oba konična dela notranjega sončnika zagozde stisnejo skupaj, zato se poveča delovni premer notranjega sončnika, kar povzroči radialno pritisno silo, ki zagotavlja dovolj veliko obodno silo. Zaradi simetrične razporeditve dveh ali več  planetnikov radialne oziroma normalne sile ne povzročajo obremenitev ležajev. Ležaji so v gonilu zgolj zato, da vodijo torna kolesa in prenašajo zunanje obremenitve, ki delujejo na vstopno in izstopno gred gonila. Okoli sončnika namestimo toliko planetnikov kot le lahko. Tako razporedimo c elotno obodno silo na čim več dotikalnih točk. Planetna gonila s tornimi kolesi tečejo zelo mirno in tiho. Planetno gonilo s tornimi kolesi je  prikazano na sliki 7.

nosilec planetnikov

votel sončnik 

os planetnikov

 planetnik

ohišje

 poln sončnik 

izstopna gred

vstopna gred

 poln  pomik sistem za napenjanje

sončnik  strmina

zasuk

ležaj

krogla vstopna gred

Slika 7: Planetno gonilo s tornimi kolesi, ki je opremljeno s sistemom za napenjanje 2.1.3

Preklopno gonilo s tornimi kolesi

V nekaterih gonilih lahko torna kolesa odmikamo iz kontakta in jih kasneje primaknemo nazaj, takrat nam torna kolesa lahko služijo tudi kot sklopka. Takšne lastnosti ima na primer preklopno

gonilo s tornimi kolesi. To gonilo nam omogoča tudi regulacijo pritisne sile. Pritisno silo lahko  postopoma zvezno povečujemo. Po drugi stran i pa lahko torna kolesa tudi povsem odmaknemo od gnanega kolesa, pogon lahko torej popolnoma razdvojimo. Ker se pogonski kolesi vedno vrtita s konstantno vrtilno frekvenco, odgonsko kolo pa se lahko vrti v eno ali drugo smer ali miruje, bo v  primeru delovanja gonila v funkciji sklopke nastopil kar velik zdrs. Tovrstna gonila se uporabljajo kot gonila pri mlinih na veter ali vodo, za pogon vretena torne stiskalnice, pri fonografih in navijalnih strojih. Pri tem delujejo torna kolesa tudi kot varovalne zdrsne sklopke. Pogonski kolesi sta narejeni iz jekla, morda jeklene litine. Torne površine imata gladko obdelane. Torna obloga je nameščena na odgonskem kolesu, ki ima konstanten torni

Gonila s tornimi kolesi

 polmer. Na ta način je zagotovljena najmanjša obraba torne obloge, saj je o bremenitev torne obloge v tem primeru najbolj enakomerna. Preklopno gonilo s tornimi kolesi se lahko uporabi za pogon enostavne stiskalnice, slika 8. V tem primeru se obe torni kolesi na pogonski gredi vrtita s konstantno frekvenco. Pogonsko gred  poganja elektromotor preko jermenskega gonila. Če se premakneta torni kolesi s pogonsko gredjo

vred v desno, pomeni, da se levo torno kolo pritisne ob torno kolo na vretenu, in to povzroči, da se navojno vreteno zavrti tako, da se dvigne (odvije) navzgor. V nasprotnem primeru, ko se torni kolesi premakneta v levo (poganja desno kolo), se navojno vreteno zavije v ohišje stiskalnice in spusti navzdol (to je ponavadi delovni gib vretena).  pogonska gred  pogonski kolesi

torna sklopka

gnano torno kolo

menjalni mehanizem

 jermen torna obloga

vijačno vreteno orodje

Slika 8: Preklopno gonilo s tornimi kolesi uporabljeno za pogon enostavne stiskalnice

Torni kolesi na horizontalnem vretenu in torno kolo na navojnem vretenu služijo hkrati kot vztrajniki. Pri spuščanju in dvigovanju vretena se menja tudi prestava proti kolesu na navojnem vretenu. Za torne obloge se najpogosteje uporabljajo vrvice, izdela ne iz živalske kože, ki so odporne na obrabo, elastične in neobčutljive na sunke. Pri preobremenitvi mora zdrsniti varnostna drsna sklopka, ker ni primerno, da bi pri največji obremenitvi   nastopil zdrs med tornimi kolesi.

3

MENJALNIKI

Menjalnik ali gonilo z nastavljivo prestavo je tisto gonilo, ki mu je prestavo med vrtilno frekvenco vstopne in izstopne gredi možno menjati. Sem spadajo tako stopenjski kot brezstopenjski menjalniki.  Nekateri delovni procesi zahtevajo spreminjanje vrtilne frekvence in vrtilnega momenta.  posebej velja za tiste procese, pri katerih se pogosto nekaj težko zaganja.

To še

Skoraj vedno je najbolj gospodarno, da zasnujemo takšno gonilo, p ri katerem prestave nastavljamo oziroma menjujemo tam, kjer so visoke vrtilne frekvence in zato majhni momenti. K asneje pa znižamo vrtilno frekvenco in dvignemo vrtilni moment s pomočjo prigrajenega

zobniškega gonila s konstantno prestavo. Ko se odločamo o primerni vrsti gonila z nastavljivimi prestavami se skušamo najprej  prepričati, ali nam morda v danem primeru ne reši vseh zahtev gonilo z več konstantnimi  prestavami. Ni  priporočljivo, da skušamo vsak  problem takoj rešiti z brezstopenjskimi gonili. Zato  poglejmo najprej nekaj značilnosti stopenjsko nastavlj ivih gonil.

3 . 1  Z o b n iš k i m e n ja ln ik i  Takšna gonila imajo prednost pred vsemi drugimi nastavl jivimi oz. stopenjskimi gonili, slika 9. V kombinaciji z enostavnim motorjem na izmenični tok spadajo zobniška stopenjska gonila  med najbolj zanesljiva in cenovno ugodna gonila.

kućište mjenjača

klizni ležaj

menjalna os menjalne vilice

 pogonsko vratilo

 pomična zobnika zobata gred

nepomična zobnika odgonska gred

ulje

Slika 9: Enostaven zobniški menjalnik 

Prenosniki moči

17

Menjalniki

drsni ležaj sinhronski sklop

 pogonska gred

odgonska gred

vklopni obroč

ulje

Slika 10: Zobniški menjalnik s sinhroni

Pri vsaki prestavi lahko stopenjsko p restavljivemu zobniškemu gonilu oziroma zobniškemu menjalniku na odgonu odvzamemo polno moč; to pomeni velik moment pr i majhnih vrtilnih frekvencah in obratno. Preklapljanje prestav oziroma stopenj se lahko olajša z vgradnjo sinhronizacije, slika 10. Na vstopu se lahko prigradi hidravlični pretvornik, ki omogoči mehak zagon in visok zagonski moment. Pozorni moramo biti na to, da je pri prestavljanju tok vrtilnega momenta prekinjen!

3 .2 B r e z s t o p e n j s k i menjalniki n a st a vl j i v a g on i l a

ali

brezstopenjsko

Pri majhnih močeh, do okoli 0 ,5 kW, in pri močeh preko 75 kW se za regulacijo vrtilne frekvence na izstopu iz gonila uporabljajo nastavljivi elektromotorji. Pri višjih močeh prevladujejo enosmerni elektromotorji, z ustrezno regulacijo seveda. Ti enosmerni motorji se napajajo iz

izmeničnega omrežja preko usmernika. Na pomenu pa dobivajo tudi enostavnejši asinhronski elektromotorji na izmenični tok, saj s o elektronski frekvenčni pretvorniki vedno cenejši . Razvojni inženir mora seveda to spremembo upoštevati. Področje od 0,5 kW do 75 kW pa danes uspešno pokrivajo brezstopenjsko nastavljiva mehanska gonila. Toda vsak ič  je treba  preveriti cenovno in funkcijsko upravičenost takšnega gonila v  primerjavi s ceno in funkcijo "nastavljivega" elektromotorja ter hidravlične rešitve. Vprašati se moramo, katera od naštetih rešitev ima dovolj prednosti, da jo v določenem primeru uporabimo. Osnovni kriteriji za izbiro vrste brezstopenjskega menjalnika

Osnovni napotki, ki nam lahko pomagajo pri izbiri stopenjskega zobniškega ali  brezstopenjskega gonila, so zbrani v preglednici 5.

Brezstopenjski menjalniki Preglednica 5: Osnovne značilnosti najbolj pogostih menjalnikov Brezstopenjska gonila

s stopenjska z s tornimi zobniško hidroklinastim z zobniki verigo kolesi z drogom statična  jermenom

hidro-

dinamična

elektromotor

Prenaša moment v

mirujočem

da

da

da

da

da

da

ne

ne

2 – 100

3 – 9

6 – 10

5 – 35

∞

5

2,5

1,2 – 50

da

ne

ne

da

ne

da

ne

da

da

ne

možno možno

da

da

da

da

natančno

srednje

dobro srednje

majhno

dobro

slabo

majhno

 jermen, kolesa, zobata  jermenice, veriga obloge sklopka

tesnila

ležaji

 – 

stanju?  Največja /

najmanjša  prestava, R

Možna sprememba smeri vrtenja? Spreminjanje  prestave pri mirovanju? Držanje  prestave K ritični elementi 3.2.1

 – 

ležaji

Razmerje med največjo in najmanjšo prestavo brezstopenjskega gonila, R 

R je razmerje med največjo in najmanjšo možno prestavo, ki jo lahko na gonilu nastavimo ( R = imax / imin). To razmerje, R, naj bo le tako veliko, kot je potrebno, če pa se le da, naj bo blizu 1, saj ima večina gonil tukaj največji izkoristek. Pri velikih R (npr. 10) se morajo uporabljati ma jhni  premeri koles, kar povzroči visoke obremenitve, visoke tlake   in visoke obremenitve dotikalnih  površin. Čim večje je razmerje nastavljanja gonila, dražje in večje postane gonilo. Pri gonilih s fino regulacijo je nastavitvena natančnost toliko večja, koliko bliže 1 leži R (možnost prigraditve  planetnega gonila, da na ta način povečamo prestavno področje). V razvojni

fazi nove vrste stroja ali nekega postopka je zaradi preizkušanja često potrebno, da vgradimo gonilo z velikim področjem nastavljanja R. Toda kasneje, ko je že znano   ugodno obratovalno področje,  lahko v serijski proizvodnji uporabimo gonilo, ki ima n ižji R   in je zato  bistveno cenejše. Včasih  pa se kljub vsemu zgodi, da moramo zasnovati gonilo za ekstremne razmere obratovanja. Zahteva se lahko na primer, da je področje nastavljanja R = ∞,  pa tudi, da mora gonilo zagotavljati spremembo smeri vrtenja in podobno. Potem smo pač prisiljeni poiskati ustrezne konstrukcijske rešitve. Kadar je zahtevano R = , lahko na primer uporabimo nihajno gonilo. Kadar je treba zamenjati smer vrtenja R < 0, lahko gonilu s tornimi kolesi dogradimo  planetno gonilo. Toda biti moramo pozorni, kadar se odgonska vrtilna frekvenca  bliža nič, postaja

gibanje vedno bolj neenakomerno in z naraščanjem obremenitve hitro pada. Kadar delovni stroj obratuje z različnimi   a skoraj konstantnimi nivoji vrtilne frekvence, je smiselno uporabiti kombinacijo s stopenjsko nastavljivim gonilom. Ponavadi delovni proces zahteva, da se prestava gonila zvezno menja med samim delovnim  postopkom. Menjanje prestave oziroma nastavljanje prestave gonila pri mirovanju gonila je možno

le v izjemnih primerih, ko to pač dovoljuje delovni proces, seveda. Karakteristika nastavljanja je odvisna od medsebojne povezanosti položaja določenega krmilnega elementa (na primer kolesa z vretenom) in prestave gonila. Ta karakteristika je zelo

Menjalniki

 pomembna, če je gonilo povezano v neki regulacijski sistem. Karakteristiko nastavljanja je za vsako posamično gonilo treba izmeriti z meritvijo vstopne in izstopne vrtilne frekvence ter položaja krmilnega elementa (primerja se s podatki proizvajalca). 3.2.2

Momentna karakteristika delovnega stroja, ki ga poganjamo z menjalnikom

Diagram 1  predstavlja momentne karakteristike značilnih delovnih strojev, za katere se lahko zgodi, da jih moramo poganjati z brezstopenjsko nastavljivim mehanskim gonilom. Za primer delovnega stroja s karakteristiko b (na primer sinhronski generator) ne bomo potrebovali nobenega  prestavljivega gonila, saj v tem primeru več kot očitno zadošča gonilo s konstantno  prestavo. Na

splošno pa mnogi delovni stroji potrebujejo gonila z nastavljivo prestavo. Pogosto si na primer želimo, da imamo pri različnih vrtilnih frekvencah na izstopni gredi na njej tudi bolj ali manj konstanten vrtilni moment (karakteristiki a in d), pogonski stroj pa nam tega ne more zagotoviti, diagram 1. Za takšen primer so primerna nastavljiva gonila, ki se zasnujejo po merilih za industrijska gonila. Tako zasnovana gonila dovoljujejo povečanje mo menta v fazi zagona ali pri hladnem delovnem stroju. Takšna robustna nastavljiva mehanska gonila bi bila primerna za pogon

strojev, ki nekaj gnetejo, mešajo, centrifugirajo ali pa za pogon transportnega traku. Za delovne stroje s karakteristiko c se izplača zasnovati električni pogon ali pa hidravlični prenosnik.  b)

c)

   ]   m    N    [    t   n   e   m   o   m    i   n    l    i    t   r   v

d)

d)

a) d) vrtilna frekvenca [min –  ]

Diagram 1: Momentne karakteristike nekaterih strojev a –  dvigalo ali transportni trak, b  –  sinhronski generator, c – upor zaradi izgub pri toku (črpalke, zračni upor vozil), d – upor zaradi trenja pri delovnih strojih, ki plastično preoblikujejo material 3.2.3

Čas prestavljanja

Je čas, ki je potreben, da gonilo prestavimo iz enega skrajnega do drugegega skrajnega  prestavnega razmerja. V prvi vrsti je odvisen od zahtev po hitrosti spreminjanja prestavnega

razmerja. Temu primerno moramo oblikovati napravo za prestavljanje. Naprave so lahko ročne ali s pogonskim motorjem (električnim, hidravličnim ali pnevmatskim). Pri zahtevnih pogonih se uporabljajo krmiljene in regulirane prestavljalne naprave.

Pri ročnem prestavljanju je čas odvisen od izvedbe naprave za prestavljanje in prestavljalca. Znaša lahko od 20  s naprej. Za naprave gnane z motorjem znaša normalni čas prestavljanja od 10  s do 60 s. 3.2.4

Doba trajanja brezstopenjsko nastavljivega mehanskega gonila

Doba trajanja ali kot jo imenujejo nekateri življenjska doba nastavljivega mehanskega gonila je  pri podanih obratovalnih razmerah odvisna predvsem od pravilno izbrane velikosti gonila. Nekaj napotkov za konstruktorje gonil

Zelo neugodno j e, če brezstopenjsko nastavljivo gonilo dlje časa obratuje pri neki bolj ali manj

konstantni prestavi. Pojavi se namreč nevarnost, da zaradi stalnega polmera kontakta nastopi

Brezstopenjski menjalniki

intenzivna obraba tornih koles, tako da zaradi obrabe nastanejo na kolesih celo ž lebi ali utori, ki lahko kasneje zelo motijo pri prestavljanju.

 Na življenjsko dobo brezstopenjsko nastavljivega gonila zelo ugodno vpliva avtomatska oziroma samodejna nastavitev pritisne sile med dvema tornima elementoma. Avtomatika poskrbi za to, da je pritisna sila le tako velika, kot je resnično potrebna za prenašanje določenega momenta.

Deli, ki so izpostavljeni povečani obrabi, naj bodo lahko zamenljivi. Velikost ležajev in njihova življenjska doba sta močno odvisni od tega , ali pritisna sila deluje  popolnoma aksialno ali radialno na ležaj, oziroma ali se po principu planetov pritisk na ležaj morda celo ne izniči. 3.2.5

Izkoristek brezstopenjsko nastavljivega gonila

Pri močeh do 1 kW izkoristek in segrevanje nista izloči lna kriterija. V diagramu 2 so prikazane karakteristike nastavljivih gonil za neko srednjo področje moči. Pri gumijastih klinastih jermenih in  pri tornih kolesih, obloženih z mehkim materialom , temperatura teles elementov ne sme preseči 70 °C. Temperatura olja v tornih gonilih pri parjenju jeklo na jeklo pa ne sme preseči 90  °C. Višje temperature zmanjšujejo življenjsko dobo olja in močneje vplivajo na povečanje trenja. dvostopenjsko zobniško enostopenjsko zobniško dvostopenjsko zobniško 100 % torna kolesa  plastika/jeklo

90 %

zobata veriga   η  ,   a    l    i   n   o   g    k   e    t   s    i   r   o    k   z    i

80 %  jermen

hidro-statično 70 %

hidro-

torna kolesa  jeklo/jeklo (v olju)

zobniško z

dinamično

drogom

60 %

50 % 7:1

5:1

v počasneje

3:1

1:1  prestava

1:3

1:5

1:7

v hitreje

Diagram 2: Srednji izkoristki pri prestavljivih gonil ih ob polni moči (do 7,5  kW) 3.2.6 gonila

Stabilnost oziroma ohranjanje konstantne prestave brezstopenjsko nastavljivega

V nekaterih primerih je natančno ohranjanje  prestave odločilen kriterij za kvaliteto  brezstopenjsko nastavljivega mehanskega gonila. Natančno st ohranjanja prestave je pogosto zahtevana v papirniški industriji, pri pečeh, skozi katere teče transportni trak , in še pri mnogih drugih izdelovalnih postopkih, pri katerih  je pač odločilna hitrost transporterja.

Menjalniki

Glavna vzroka za to, da neko gonilo ni sposobno ohranjati vnaprej nastavljene prestave sta spreminjajoča se obremenitev in spreminjajoča se vrtilna frekvenca. To oboje vpliva na spremembo tornega koeficienta, ta pa povzroči spremembo zdrsa, kar seveda spremeni prestavo gonila.  Neugodno pa na ohranjanje prestave vplivajo tudi deformacije elementov gonila in njihova obraba.

Včasih se zahteva, da moramo   uporabiti brezstopenjsko nastavljivo mehansko gonilo in  prestavo ohranjati na neki točni   konstantni vrednosti. V tem primeru je  priporočljivo  gonilo z nastavljivimi zobatimi stožčastimi koluti in zobato verigo, ki po diagramu 3 spada med gonila, ki  prestavo ohranjajo najbolj stabilno.

0 zobate verige    ] 5    %    [   e   v   a    t   s   e   r 10   p   e    j   n   a   p   o    t   s 15    d   o

kovinska torna kolesa z regulirano  pritisno silo

širok klinasti  jermen z napenjalno napravo

širok klinasti jermen z napenjalno napravo

širok klinasti jermen –   pritisna sila zaradi vzmeti

20 0

imenski moment

 pogonski moment

dva imenska momenta

trije imenski momenti

Diagram 3: Stabilnost prestave za posamezna brezstopenjsko nastavljiva gonila. 3.2.7

Obnašanje brezstopenjsko nastavljivega gonila pri preobremenitvi

lahko povzročijo povečan zdrs, to pa ima za  posledico močnejše segrevanje gonila. Pri parjenju jeklo na jeklo pa lahko preobremenitve  povzročijo zajedanje materiala. Klinasti jermen in torne obloge se lahko poškodujejo in pretirano obrabijo. Najboljša zašč ita pred preobremenitvijo je seveda primerno dimenzionirano gonilo. Pred  poškodbami zaradi preobremenitve pa varujejo tudi sistemi za samodejno nastavljanje pritisne sile. Preobremenitve, kot so na primer zagonski sunki,

Ti sistemi ugodno vplivajo tudi na dobo trajanja elementov pri delni obremenitvi gonila.

Konstantna pritisna sila, povzročena na primer z vzmetmi, pa deluje na splošno neugodno. 3.2.8

Položaj pogonske in odgonske gredi

Konstruktor si pogosto želi, da je položaj pogonske in odgonske gredi gonila fiksen. To  pomeni, da se položaj ene in druge gredi glede na ohišje gonila in temelje ne spreminja ne v radialni ne v osni smeri. Za zobniška gonila je takšna zahteva povsem samoumevna, medtem ko za  brezstopenjsko nastavljiva mehanska gonila to pogosto sploh ni možno pričakovati. Fiksen položaj gredi je značilen predvsem za gonila z nastavljivimi stožčastimi jermenicami in le pri nekaterih gonilih s tornimi kolesi. Pri mnogih gonilih s tornimi kolesi se nastavlja vrtilna frekvenca tako, da se prečno premika odgonska gred. Koaksialen položaj gredi je zato mogoč le pri nekaterih gonilih s tornimi kolesi, pri katerih to omogoča konstrukcija gonila.

Brezstopenjski menjalniki

3.2.9

Mazanje brezstopenjsko nastavljivega gonila

Pri vsakem posamičnem primeru se mora pojasniti, ali  je mazanje sploh dopustno in če je, katero določeno mazalno sredstvo je predpisano in kakšni so intervali zamenjave mazalnega sredstva. 3.2.10

Vzdrževanje in popravljanje brezstopenjsko nastavljivih gonil

Glede enostavnosti vzdrževanja so ponavadi v prednosti go nila, ki so krmiljena na enostaven mehanski način. Če se uporablja jo elektronske komponente, mora biti zagotovljeno, da se ob izpadu elektronike gonilo še vedno lahko ročno krmili in da v določeni prestavi še vedno obratuje. To je pri visokih zahtevah gled e zanesljivosti obratovanja odločilna prednost v primerjavi s  pogonom, pri katerem se prestava spreminja z uporabo krmiljenega elektromotorja.

Če je gonilo nameščeno v neobičajni legi, ki odstopa od normalnega horizontalnega položaja, se mora posebna pozornost posvetiti pritrditvi gonila, kontrolnim odprtinam gonila (na primer odprtinam za zagotavljanje nivoja olja), paziti moramo tudi na tesnjenje gonila in priključke za

ročno ali daljinsko krmiljenje.

3 . 3 B r e z s t o p e n j s k o variatorji

nastavljiva

mehanska

g o n i l a  – 

Brezstopenjsko nastavljiva mehanska gonila delujejo po principu, da je možno brezstopenjsko nastavljati polmer, na katerem deluje sila. Tovrstna brezstopenjska gonila je z redkimi izjemami

možno izvesti le z uporabo elementov tornih gonil. Obratujejo mirno, tiho in dobro dušijo sunke. Primerna so za stalne ali občasne pogone montažnih linij, sušilnih naprav, peči, obdelovalnih strojev, dozirnih naprav in transportnih sistemov. 3.3.1

Motorno torno gonilo, pri katerem se spreminja le en polmer kolesa

Če je pogon na kolesu s konstantnim polmerom prijemališča sile, sta pogonska obodna sila in vrtilna frekvenca vstopne gredi v gonilo konstantni, slika 11.  pogonski motor  R1 = const  pritisna sila

odgonska gred  R2 ≠ const

Slika 11: Torni variator s konstantno močjo na

izhodu

Takšno gonilo prenaša konstantno moč, kar pomeni, da je, glede na prestavo pač, na izstopu iz gonila pri nizkih vrtljajih visok moment in obratno. Prav v tej lastnosti je prednost brezstopenjskih mehanskih gonil v primerjavi s krmiljenimi elektromotorji. Krmiljeni elektromotorji lahko trajno

 proizvajajo kvečjemu le imenski moment, povišan moment pa zgolj kratkotrajno, če seveda začasno povečamo  tok.Če pa je pogon na kolesu s spremenljivim polmerom prijemališča sile, daje gonilo na sliki 12 (pri konstantni pritisni sili) na izhodu konstanten odgonski moment, to pomeni,

da moč na odgonski gredi pada, če se njena vrtilna frekvenca zmanjšuje.

Menjalniki

 pogonski motor

 pomik pri  prestavljanju

ω1  R1

 R1 ≠ const

 pritisna sila

odgonska gred

ω2  R2 = const

 P 1 = M 1 ω1  M 1 ≠ const

 P 2 = M 2 ω2

ω1 = const

Slika 12: Torni variator, ki se mu na 3.3.2

i = R2 / R1 = ω1 / ω2

 M 2 = const

ω2 ≠ const

odgonski gredi z vrtilno frekvenco manjša moč

Torni variatorji, pri katerih se hkrati spreminjata polmera obeh koles

 pogonska jermenica  R2

 pogonska gred

 R1 vmesno kolo  R1  R2

odgonska  jermenica

odgonska gred

možni  položaji  jermena a)

b)

Slika 13: Torni variator, ki se mu hkrati spreminjata oba aktivna polmera tornih koles a) torni variator z vmesnim kolesom, b) torni variator z jermenom

Pri teh gonilih se polmera prijemališča sile na pogonski in odgonski strani hkrati spreminjata, slika 13. To pomeni, da karakteristike teh gonil ležijo nekje vmes med tistimi, ki so opisane za torni gonili, pri katerih se spreminja le en polmer prijemališča sile, in so gnane enkrat na eni, drugič na drugi strani – konstantna moč ali konstanten vrtilni moment. Brezstopenjsko nastavljiva torna gonilo z dvema kolesoma

V principu je možno nastavljiva gonila s tornimi kolesi narediti na dva načina. Prvi je takšen, da se vstopna in izstopna gred med seboj premikata. Kadar pogonski motor namestimo na vstopno gred in potem premikamo cel sklop (motor, gred in torno kolo) napram trdno vležajeni izhodni gredi in tornemu ko lesu na njej, lahko dobimo zelo enostavno gonilo. Drugi princip pa je takšen, da

imamo v nekem ohišju fiksno vgrajeni dve torni kolesi, med njima pa premikamo, pravzaprav drsamo, eno ali več vmesnih tornih koles. Pri uporabi tega drugega principa je predno st v tem, da tako dobimo večja področja nastavljanja ter da je možno vstopno in izstopno gred postaviti v koaksialen položaj, vsekakor pa ostaneta položaja vstopne in izstopne gredi nespremenjena ne glede na to, v kakšni prestavi gonilo obratuje. Pomanjklj ivost gonil z vmesnimi tornimi kolesi pa je v podvojenem številu dotikališč, kar pomeni dvakratne izgube v primerjavi z gonili, ki delajo po  prvem principu.

Brezstopenjski menjalniki

Pri brezstopenjsko nastavljivem tornem gonilu z dvema stožčastima kolesoma, pri katerem se  pogonska in odgonska gred medsebojno premikata, slika 14, ne moremo niti teoretično zagotoviti čistega kotaljenja po celem območju prestavljanja. Čisto kotaljenje nastopa le pri tisti prestavi gonila, pri kateri se vrha stožcev tornih koles stikata v eni točki. Ker pa si želimo, da tudi takrat, ko gonilo obratuje v vseh drugih prestavah, ne bi bilo prevelikega spodrsavanja, da bi torej bile drsne

hitrosti čim nižje, kar pomeni, da bi bila tudi obraba zaradi tega nepotrebnega spodrsavanja čim manjša, morajo biti širine kontaktnih ploskev čim manjše. To je vzrok, da se vsaj eno kotalno telo  bombira, včasih pa sta bombirana kar oba. Bombiranje pomeni, da sta telesi oblikovani kot krogelni odsek ali kot krožna vrtenina. Ker so torej zaradi zmanjšanja drsenja zmanjšane dotikalne  ploskve, je posledica tudi manjša normalna sila. Povedano drugače: tovrstna prestavljiva torna gonila prenašajo le manjše moči. Zaradi velikih tornih izgub na dotikalnem mestu se priporoča zaporedna vezava kvečjemu dveh tornih mest. obodne v1 > u1 hitrosti v2 = u2 v3 < u3

obodne v1 = u1 hitrosti v2 = u2 v3 = u3

 pogonska gred

v1 v2

v3

u1

odgonska gred

v1

u3 u2

v2

u1

v3 u3 u2

obodne v1 < u1 hitrosti v2 = u2 v3 > u3

a)

u1

v1 v2

 b)

v3

u3 u2 c)

Slika 14: Brezstopenjsko nastavljivo torno gonilo z dvema tornima kolesoma a) kolesi se kotalita, b) in c) kolesi delno spodrsavata

Moč, ki jo prenaša nastavljivo gonilo s tornimi kolesi, se v kompaktnejši izvedbi gonila razdeli na več paralelnih vej. Takšna gonila morajo biti izdelana dovolj natančno, elementi pa morajo  biti dovolj togi, da se moč resnično čim  bolj enakomerno razdeli na vsa torna mesta. Prestavno področje je pogosto izključujoč kriterij pri izbiri gonila. Za prestavljiva torna gonila ni priporočljivo, da dlje časa tečejo pri neki fiksni prestavi, ker bi lahko nastali utori in brazde, ki bi v najboljšem primeru kasneje oteževali prestavljanje. Daljše obratovanje gonila pri neki ko nstantni  prestavi bi lahko povzročilo tako veliko lokalno obrabo, da bi bilo določen torni element predčasno treba zamenjati.

Z dograditvijo planetnega gonila je možno prestavno področje razširiti. Z dodatnim  planetnim gonilom se poboljša tudi točnost nastavitve. Tako modificirano nastavljivo gonilo se lahko poganja naprej, lahko se zaustavi ali pa vrti v nasprotno smer. Prav tako pa dodatno planetno gonilo

omogoča, da se skozi takšno kombinirano gonilo prenaša še večja moč. Planetno gonilo deluje kot dodatno gonilo, ki ima vhod na dveh mestih. Eden od vhodov v  planetno gonilo je direktno povezan z vstopno gredjo v torno gonilo, drugi vhod v planetno gonilo  pa je povezan z izhodno gredjo iz tornega gonila. Posebno prikladno je povezati koaksialno torno gonilo in planetno gonilo.

Menjalniki

Težave lahko nastopijo takrat, k adar je izhodna vrtilna frekvenca iz planetnega gonila nastavljena na nič, odgonska gred pa je kljub vsemu obremenjena z določenim odgonskim momentom. Takrat sta prestavljivo torno gonilo in dograjeno planetno gonilo povezana v zaključen krog, iz katerega teoretično ne izhaja nobena moč, po krogu pa se pretakajo velike moči in zato se tudi ustvarjajo sorazmerno velike izgube. Glavne razlike med posameznimi izvedbami nastavljivih gonil s tornimi kolesi so v obliki tornih oziroma kotalnih teles, v sistemu za prestavljanje in v načinu zagotavljanja  pritisne sile. Torus gonilo

 Na sliki 15  je predstavljeno nastavljivo gonilo s tornimi kolesi s prigrajenim planetnim

gonilom, tako imenovano Torus gonilo. Ker sta v gonilu nameščena dva vmesna koluta, se pritisne oziroma normalne sile izenačijo, kar pomeni, da zaradi tornih sil ni dodatnih prečnih sil na ležaje vstopne gredi. Aksialne sile v gonilu s tornimi kolesi pa so vendarle zelo visoke in zato so v to

gonilo nameščeni močni aksialni ležaji. Torna kolesa so iz kaljenega jekla. Gonilo teče točno, saj je spodrsavanja oziroma vijačenja zelo ma lo. Vstopna in izstopna gred sta koaksialni. Prestava se spreminja pri mirovanju gonila.

vmesno torno kolo torno kolo na vstopni gredi

torno kolo za  pogon zobnika 3

sončnik z notranjim ozobjem, zobnik 3 nosilec planetnikov –  odgonska gred diagrami obodnih hitrosti

 R2

v3

 R1

v3 v1

naprej

sončnik,

v3 v1 v1

odgonska gred stoji

nazaj

zobnik 1  planetnik, zobnik 2

Slika 15: Osnovni princip delovanja Torus gonila

V gonilo s tornimi kolesi je nameščena priprava za zagotavljanje pritisne oziroma potrebne normalne sile v tornih kontaktih, slika 16.

Brezstopenjski menjalniki

torno kolo, ki se lahko aksialno in tangencialno pomika po gredi gred

strmina

zasuk 

valjast zatič,

 pritisna sila

 pomik 

 pritisna sila

zasajen v gred

Slika 16: Osnovni princip delovanja priprave za zagotavljanje pritisne sile Torni variator s pripravo za zagotavljanje pritisne sile na odgonski gredi

 Na sliki 17  je prikazano gonilo, ki ima konstanten polmer tornega kolesa na odgonski gredi. Torni obroč na odgonski gredi je ponavadi izdelan iz umetnega materiala, ojačenega s tekstilnimi vlakni. Stožčasti disk   na pogonskem motorju je iz litega železa. Priprava za zagotavljanje pritisne sile je nameščena na odgonski gredi, torej na kolesu s konstantnim polmerom. Ker je z pripravo za zagotavljanje pritisne sile opremljena odgonska gred, je moment na odgonski gredi konstanten, ne

glede na njeno vrtilno frekvenco. Če se prestava veča, se torej izstopna gred vrti vedno počasneje in moč na izstopu pada. Gonilo je enostavno, spodrsavanja na račun vijačenja pa je zelo malo.  pogonski motor  P 1 = M 1 ω1  M 1 ≠ const ω1 = const odgonska gred

 P 2 = M 2 ω2  M 2 ≠ const

ω2 ≠ const

naprava za zagotavljanje  pritisne sile  pomik pri  prestavljanju Slika 17: Torni variator s pripravo za zagotavljanje pritisne sile na odgonski gredi

Torni variator z vmesnim obročem Slika 18 prikazuje torno gonilo z dv ema dvojnima stožcema in vmesnim obročem. Konstrukcija tega tornega gonila zagotavlja, da se v primeru premika stožčastega diska označen ega z 1,  premakne tudi stožčasti disk na odgonski strani označen z 2. Obe pomični stožčasti torni kolesi sta na zunanji strani gonila med seboj trdno povezana s stremenom, ki je na sliki vrisan črtkano. Posledica tega, da sta se premaknila oba stožčasta koluta, je premik vmesnega obroča, in sicer  pravokotno na gred –  prestava se je torej spremenila. Torna telesa so iz kaljenega jekla. Normalna sila se ustvari s prednapetostjo stožčastih kolutov. Vmesni obroč se za toliko premakne iz središčne lege v smeri tornih sil, dokler te niso v popolnem ravnotežju. Gonilo teče točno, drsenja oziroma vijačenja je malo. Zgradba gonila je   zelo kompaktna. To gonilo je na preprost način možno kombinirati z mnogimi drugimi dodatnimi gonili ali sklopkami.

Menjalniki

stožčasti disk 1 fiksno

vmesni obroč

gonilo za premikanje

ohišje

stožčastega diska 1

vležajenje  pogonska gred

 pomik

vmesni

obroč

 pomično vležajenje

streme za  povezavo

odgonska gred

 pomično vležajenje

fiksno

stožčasti disk 2

vležajenje

Slika 18: Torni variator z vmesnim obročem

Planetni torni variator s stožčastimi planetniki Brezstopenjsko prestavljivo torno planetno gonilo s planetniki v obliki dvojnega stožca, slika 19, ima kotalna telesa, izdelana iz kaljenega jekla, na odgonski in pogonski strani pa je opremljeno

tudi z napravo za zagotavljanje pritisne sile. Gonilo teče točno. Spodrsavanje oziroma trenje zaradi vijačenja je srednje veliko. Pogonska in odgonska gred sta koaksialni. Radialne sile na ležaje so majhne, ker se diametralno izenačujejo. Tovrstna gonila so kompaktno grajena.

Planetni torni variator z več diskastimi planetniki Prestavno razmerje brezstopenjsko nastavljivega gonila v obliki planetnega tornega variatorja z več diskastimi planetniki na eni osi nosilca planetnikov, slika 20, se spreminja s spreminjanjem

medosja med diskastimi planetniki in sončnikom, ki je sestavljen iz več obročev. Moč teče po naslednji veji: pogonska gred, zobnik 1, zobnik 2, zobnik 3, gred z diskastimi planetniki, diskasti

 planetniki, sončnik iz obročev, odgonska gred. Vsa torna telesa so izdelana iz kaljenega jekla. Naprava za zagotavljanje normalne pritisne sile

na odgonski gredi mora hkrati omogočati aksialno razmaknitev in primaknitev diskov z obroči, ko se spreminja prestava R2/R1 (R2 = const.). Ker je kot stožca na diskih planetnika zelo velik so ležajne sile sorazmerno majhne (polovičen kot stožca znaša okoli 87 ° do 88°). Sile se izenačujejo zaradi planetno nameščenih paketov z diski. Ta gonila so kompaktna in relativno lahka. Ker so mnogi elementi hkrati v dotiku (do sedem paketov s stožčastimi in obročastimi koluti), je zahtevana zelo točna izdelava elementov gonila.

Brezstopenjski menjalniki

 pomični nosilec planetnikov votli sončnik  menjalna ročica

dvojni planetnik 

 pogonska gred

 polni sončnik 

 R1  R2

odgonska gred

naprava za zagotavljanje  pritisne sile

Slika 19: Planetni torni variator s stožčastimi

planetniki pogled P

ročica 2

diskasti  planetniki

P

 pogonska gred

zobnik 3

ročica 2

zobnik 2

zobnik 3

 R1+ R2

ročica 1  R1 ≠ const

zobnik 2

 R2

zobnik 1

ročica 1

Slika 20: Planetni torni variator z Brezstopenjsko torno gonilo s kroglicami

zobnik 1

odgonska gred

naprava za zagotavljanje  pritisne sile

sončnik iz obročev

več diskastimi planetniki

Menjalniki

 Na pogonski in odgonski gredi sta nameščena torna koluta. Gredi nista koaksialni, temveč sta njuni osi zamaknjeni. Med obema tornima kolutoma je nameščena prosto vrtljiva kletka s kroglicami, slika 21. Kletko dvigujemo in spuščamo ter tako spreminjamo prestavo med pogonsko in odgonsko gredjo. Z analizo hitrostnih diagramov je bilo dokazano, da se pri neobremenjenem gonilu pri vsakem položaju kletke kroglice le kotalijo, škodljiv o drsenje ne ne pojavlja. Ko osi  pogonske gredi in kletke s kroglicami sovpadeta, je vrtilna frekvenca na odgonski gredi enaka nič. Kadar pa odgonsko stran obremenimo z momentom, med kolutoma in kroglicami nastopi zdrs. Torne sile, ki pri tem nastanejo, so tako usmerjene, da kletka ne prevzame nobenega momenta. Potrebna pritisna sila, ki zagotavlja delovanje gonila, se ustvari z vzmetjo, ki deluje na torni kolut na pogonski strani. Pri prekoračitvi določenega vrtilnega momenta zdrs naraste , tako da se izstopna gred lahko celo ustavi. O b uporabi specialnega mazalnega sredstva (sintetična olja) gonilo takšno

stanje prenese brez poškodb. Pri velikem zdrsu se pojavi močan padec tornega koeficienta. Tovrstna gonila lahko služijo kot zagonska gonila ali varovalni členi proti preobremenitvi. Skrajno

enostavna kotalna telesa so iz kaljenega jekla. Spodrsavanje oziroma vijačno trenje je srednje. Moč se prenaša preko številnih kontaktnih površin. Ležajne sile so relativno velike.

kolo za nastavljanje prestave torni kolut torni kolut

 pomik

naprava za zagotavljanje  pritisne sile

 pogonska gred

odgonska gred

mazivo

kletka za kroglice

ležaj Slika 21: Brezstopenjsko torno gonilo s kroglicami

Jermenski variatorji

3 . 4 J e r m e n sk a g o n i l a z b r ezst o p en j sk o n a st a v l j i v i m i prestavami Brezstopenjska gonila s plo ščatimi jermeni

3.4.1

Uporabljajo jih v tekstilni, usnjarski ter živilski industriji itd. Ponavadi sta stožca 22 in 23). »v« pomeni zamaknitev jermena, ki je potrebna, da jermen lahko mirno teče.

enaka (sliki

 pomik jermena  x

    n

n1

vhod

PRESTAVNA KARAKTERISTIKA

n2

izhod

d 

  a   c   n   e   v    k   e   r    f   a   n    l    i    t   r   v

n2 n1

 D  x  pomik jermena

l 

Slika 22: Princip delovanja brezstopenjskega jermenskega gonila s ploščatim jermenom in dvema stožčastima jermenicama (koničnost ( D –  d ) / l znaša od 1 : 20 do največ 1 : 10)

vhod mehanizem za  prestavljanje

n1

v

 jermen se  postavi

 poševno

v n2 izhod

Slika 23: Brezstopenjsko jermensko gonilo z dvema stožčastima jermenicama in  prestavljanje 3.4.2

mehanizmom za

Prestavljalna karakteristika

Opazujemo, kako se spreminja izstopno število vrtljajev n2 s premaknitvijo jermena x.

Prenosniki moči

31

Menjalniki

r  n2  f  ( x ) n1  x1 r  x 2

(1)

Splošno velja: l  r min (r max r min )   x n2 n1  l  r min (r max r min)  (l   x)

(2)

Da bi bil jermen dobro napet v celotnem prestavljalnem območju, izdelamo jermenice z 10 odstotnim nagibom:

r max r min l  3.4.3

 100 10%  

(3)

Brezstopenjska gonila s klinastimi jermeni

Za vlečni element uporabljamo:  –  normalni klinati jermen,  –  širok e klinaste jermene različnih izvedb,  –  heksagonalni klinasti jermen itd. Jermenska brezstopenjska gonila  –   variatorji se v praksi pogosto uporabljajo povsod tam, kjer

se pri nekem postrojenju želi z enostavno regulacijo doseči spremembo prestavnega razmerja in s tem spremembo izstopnih vrtljajev oziroma hitrosti. Principov delovanja je več , kar kaže jo slike 25  – 37. Za manjše moči do 50 kW se predvsem uporabljajo variatorji s širokimi klinastimi jermeni, s tornimi verigami pa za moči preko 100 kW.

normalni klinasti jermen (z eno plastjo vlaken)

široki klinasti jermen

normalni klinasti jermen

z več plastmi vlaken

dvojni klinasti  jermen

široki ozobljeni klinasti jermen

Slika 24: Vrste klinastih jermenov primernih za variatorje

Eden bolj znanih proizvajalcev jermenov je firma Continental. Izdeluje navadne in ozke klinaste jermene za navadna jermenska gonila ter širok e klinaste, heksagonalne in druge posebne vrste jermenov za variatorje, slika 24.

Jermenski variatorji

V praksi najbolj pogosto uporabljamo za vlečni element širok ozobljen klinast  jermen (slika 24  –  spodaj desno). Brezstopenjsko gonilo z eno razporno jermenico

medosje fiksna  jermenica

 pomična polovica  jermenice  jermen vzporednost premika motorja z jermenico navojno vreteno

motor

Slika 25: Brezstopenjsko jermensko gonilo z eno razporno jermenico  –  le ena polovica se premika

medosje fiksna  jermenica

 pomična  jermenica  jermen motor navojno vreteno

Slika 26: Brezstopenjsko jermensko gonilo z eno razporno jermenico  –  obe polovici se premikata

Pogonska jermenica je sestavljena iz dveh delov, pomičnega in fiksnega. Če želimo spremeniti  prestavno razmerje, moramo spremeniti medosje. Motor moramo premakniti vzporedno s stranico  jemenice, slika 25. Lahko pa sta tudi oba dela jermenice premi čna. Tudi v tem primeru moramo za spreminjanje  prestavnega razmerja spreminjati medosje, vendar moramo sedaj motor premikati vzporedno z  jermenom oziroma pravokotno na os jermenice, slika 26.

Menjalniki

Brezstopenjsko gonilo z dvema razpornima jermenicama

Če teče jermen na sredini, je prestavno razmerje i = 1 : 1. Če sta obe razporni jermenici enaki, je 1 imin  imax

(4)

n i 2  R  max  max imax nmin imin

in

Za imax = 3

R=9

je

imax   R

(5)

Običajne izvedbe so takšne, da je na pogonski in gnani gredi ena strožčasta plošča premakljiva. Medosje je konstantno. Kadar sta pogonska in gnana gred na nasprotnih straneh jermenskega variatorja govorimo o izvedbi gonila »Z«  –   slika 27. Obe gredi sta lahko tudi na isti strani  jermenskega gonila, takrat pa govorimo o izvedbi gonila »U« , kar lahko vidimo na sliki 28.

kolo za nastavljanje  prestave

motor   e    j   s   o    d   e nastavljiva polovica   m  pogonske jermenice   o   n    t   n   a    t   s   n   o    k

gonilo

široki klinasti jermen

nastavljiva polovica odgonske jermenice

Slika 27: Brezstopenjsko jermensko motorno gonilo, izvedba »Z«

V praksi se med jermenskimi brezstopenjskimi gonili največ uporabljajo tista s širokim ozobljenim klinastim jermenom. Nastavljive jermenice

 Nastavljive jermenice so sestavljene iz dveh polovic, slika 29, in sicer iz dveh stožčastih kolutov, ki se lahko med seboj razmikata in primikata. Premična polovic a jermenice se aksialno  premika po gredi z moznikom ali ozobljeni gredi, ki je del druge polovice. Spoj mora biti namazan (mast), da je prestavljanje bolj tekoče.  Na pogonski in gnani gredi je na vsaki po ena stožčasta  plošča premakljiva. Da se ne bi  prišlo do  bočno upogibanje jer mena (poševnega vleka), sta  premakljivi diagonalni polovici jermenic; na slikah 27, 28 in 36  sta narisani črtkano. Področje nastavljanja za taka gonila je do  R  = 9, pri tem je medosje konstantno. Tudi obe drugi polovici

Jermenski variatorji

 jermenice na pogonski in gnani gredi sta lahko premakljivi, vendar se ta konstrukcija uporablja

manj, ker je zahtevnejša in dražja. motor nastavljiva polovica  pogonske jermenice

  e    j   s   o    d   e   m   o   n    t   n   a    t   s   n   o    k

kolo za nastavljanje  prestave

široki klinasti  jermen

gonilo nastavljiva polovica odgonske jermenice Slika 28: Brezstopenjsko jermensko motorno gonilo, izvedba »U«

gred fiksna polovica jermenice

 pomična polovica jermenice

ozobje

 pomična puša Slika 29: Nastavljiva jermenica za klinasti jermen s prosto pomično polovico

Menjalniki

lopatica  pomik

 pokrov

 pomična polovica jermenice 

vzmet

fiksna polovica jermenice gred

Slika 30: Nastavljiva jermenica za klinasti jermen z vzmeteno pomično polovico

Slika 31  prikazuje

kombinirano gonilo, ki je sestavljeno iz zobniškega dela in variatorja. Takšno gonilo se v praksi pogosto uporablja. Prva   (variatorska) stopnja je prestavljiva, druga (zobniška) pa s fiknim prestavnim razmerjem. Pogon prehaja iz EM na variator in z variatorja na zobniško predležje. Glede na prestavljalno karakteristiko dobimo izstopno vrtilno hitrost v velikem razponu in tako zelo široko možnost uporabe takšnega gonila. kolo za  prestavljanje

široki ozobljeni klinasti jermen

elektromotor  prirobnica

 pomični

dvostopenjski zobniški

 jermenici

reduktor

ohišje  jermenskega variatorja

Slika 31: Brezstopenjski jermenski menjalnik, povezan z zobniškim reduktorjem

Jermenski variatorji

elektromotor

zobniški reduktor 

zavora Slika 32: Zavora je nameščena na  variatorju

ventilator zavora

zobniški reduktor 

Slika 33: Zavora je nameščena na elektromotorju

Mnogokrat je naš pogon treba zavreti, da se gred delovnega stroja ne začne premikati samodejno. To naredimo z uporabo zavore. Uporabimo lahko zavorni motor (zavora, prigrajena na motorju, slika 33). Kadar pa obstaja nevarnost zdrsa variacijskega jermena, je bolje, da je zavora med jermenom in delovnim strojem  –  na izstopni gredi variatorja, slika 32.

Menjalniki

elektromotor torni variator

zobniški reduktor 

Slika 34: Zunanja podoba brezstopenjskega jermenskega motornega variatorja z reduktorjem

sistem za premikanje  jermen

 pomične polovice  jermenice

luknje za hlajenje  pogonska gred

ventilator krmilno kolo

odgonska gred

Slika 35: Sestava brezstopenjskega jermenskega gonila Opis in konstrukcija

Jermenski variatorji Prestavljalna (variacijska) jermenica je običajno nameščena na gredi elektromotorja. Z vrtenjem krmilnega kolesa premikamo polovico jermenice in jermen ter tako spreminjamo prestavno razmerje, slika 35. Brezstopenjsko jermensko gonilo je lahko izdelano tako, da so jermen in  jermenici zaprti v kompaktnem ohišju (slika 34). Takemu gonilu rečemo tudi zaprto. Včasih se moramo z medosjem prilagoditi delovnemu stroju. Takrat uporabimo tako imenovano odprto gonilo (slike 27, 28 in 36). Ena jermenica je nasajena na gred pogonskega motorja, druga pa na vstopno gred v delovnem stroju . Ustrezno medosje dobimo s primerno dolžino variacijskega  jermena. Tako gonilo je treba zavarovati z mrežo, da se prepreči  delovna nezgoda.

Gonila običajno obratujejo eno delovno izmeno, lahko pa tudi neprekinjeno ves dan. Primerne temperature okolice se gibljejo med – 10 °C in +30 °C. Pogoje obratovanja je pri izbiri ali snovanju novega variacijskega gonila treba upoštevati. Geometrija premakljive plošče in jermena

Geometrične velikosti stožčastih plošč (diskov) in jermena kažeta sliki 36 a in b. φ1

b

 x

h  Dw1

d w1

 pogonska  jermenica

 Dw1

 s1   e    j   s   o    d   e   m  ,    A

α γ

gnana  jermenica

d w2

γ

d w2

 Dw2

φ2 a)

 b)

 s2

Slika 36: Geometrijske vrednosti brezstopenjskega jermenskega gonila a) čelni pogled, b ) stranski pogled

kaže značilen, najbolj praktično uporaben variator s širokim klinastim jermenom. Vlečni element (jermen) izberemo enako kot druge klinaste jermene. Zato moramo imeti na razpolago ustrezne diagrame proizvajalca  –   diagram 4. Paziti moramo, da pritisna sila v aksialni smeri ni prevelika, saj se jermen sicer usloči, ker se zmanjša stik med jermenico in jermenom in lahko nastopi nevarnost, da je jermen premalo prednapet ter zmanjša trenje. Če želimo, da gonilo dobro deluje v vseh območjih, moramo zato izbrati pravi način doseganja aksialne sile in Slika 35

diagonalno razpiranje pogonske in gnane jermenice (slike 27, 28 in 36).

Določitev dolžine jermena Lw in kota jermena

Menjalniki

1 sin     ( Dw1 d w 2 ) 2  A

(6)

 1 d w2   2  D   Lw  w1  2  A cos  360 360

(7)

Dolžina (notranja) jermena Li:   Li  Lw 2  (h x)

(8)

Določitev nastavljalne poti za  A = konst.  s tan   ( Dw d w )

(9)

Pomen:  Dw1 = največji premer pogonske jermenice d w1 = najmanjši premer pogonske jermenice  = polovični kot klina jermenic b = širina h = višina jermena  x = višina od notranjega roba do nevtralne cone jerm ena  Li = notranja dolžina jermena  Lw = dolžina jermena v nevtralni coni  Dw2 = največji premer gnane jermenice d w2 = najmanjši premer gnane jermenice  s1 = nastavljalna pot na pogonski jermenici  s2 = nastavljalna pot na gnani jermenici  = kot nagiba jermena proti medosju φ1 = objemni kot na pogonski jermenici φ2 = objemni kot na gnani jermenici  A = medosje

Določitev medosja 

( Dw1 d w 2 ) 2

 A 0,5  ( Lw   ( Dw1 d w 2 )  2

 Lw

) (10)

 Nastavljalno pot s za gonila, pri katerih se medosje speminja, določimo tako, da izračunamo medosje pri premerih, kjer nastopata nmin in nmax, in nato:

 s  Amax Amin

(11)

Določitev sil Slika 37  prikazuje sile v gonilu za pomoč pri določitvi sil. Enačba za potrebno pritisno silo za stiskanje jermenice je dobljena na podlagi meritev. Obodna sila:

 P   F u  S 1 S 2 v

(12)

Jermenski variatorji

 pogonska  jermenica

 F  N 

vlečna stran jermena

 F  N   F u

S 1 gnana  jermenica

S 1 S 2

S 1

 F a

φ

S A

S 2 S 2

 pomična

fiksna  polovica  jermenice

 polovica  jermenice

sproščena stran jermena α Slika 37: Sile v nastavljivem jermenskem gonilu v

dinamičnem stanju

Potrebna pritisna sila znaša:  P   f  s  F a  2 v c tan

(13)

To je sila, s katero moramo pritiskati na jermen oziroma stiskati polovici jermenice eno proti drugi. To silo običajno dobimo z vzmetjo, na drugi jermenici  pa držimo ravnotežje z nastavljalno

napravo. Ta sila nam tudi zagotavlja pravilno napetost jermena. Zato moramo biti pri izračunu te sile in določitvi karakteristike vzmeti previdni in natančni. Upoštevati moramo še, da se sila v vzmeti med spreminjanjem prestave gonila spreminja (širjenje in oženje razpora jermenice) Prevelika sila povzroči deformacijo  jermena v prečni smeri , ta pa zmanjša dotikalno površ ino in s tem poveča drsenje, kar je slabo. Pri premajhni sili pa so napetosti jermena premajhne in s tem do drsenja jermena. Posledica obojega je krajša doba trajanja gonila. ln 5

1

e c 1,25 

ln 5

e

(14)

Hitrost jermena – mora  – mora biti manjša od

kritične hitrosti vkrit

d    n v w 60

(15)

Kritična hitrost pa je vkrit  

 2  F a  b h 

(16)

Sila, ki obremenjuje gred SA 2

2

S  A  S 1 S 2 2  S 1  S 2  cos(180 2 )

Pomen oznak:

(17)

Menjalniki

S 1 = sila v delovni veji [N] S 2 = sila v jalovi veji [N]  P = moč gonila [W] v = hitrost = hitrost jermena [m/s]  F u = obodna sila [N]  F a = pritisna sila, potrebna za stiskanje deljenih jermenic [N]  F  N = normalna sila, ki izhaja iz prednapetja [N] S  A = sila, ki obremenjuje gred [N] α = polovični kot klina jermenic jermenic [°] φ = objemni kot na manjši jermenici [rd]  f  s = varnostni faktor, ki znaša od 1,45 do 1,5 [– ] c = pomožni faktor za preglednejši izračun izračun [– ] e = osnova naravnih logaritmov (2,71828…) [– ] = specifična masa (gostota) jermena [kg/m3]  = koeficient trenja, ki znaša od 0,25 do 0,3 [– ] Izbira jermena

Jermen izberemo na podlagi hitrosti in moči. Pomagamo si z diagramom 4.

30

višina jermena

   ]   s    /   m 20    [

6

7

h [mm]

8 9 10 12 14 16 18 20 22 26

30 20

    v

  a   n   e   m   r   e    j    t   s   o   r    t    i    h

10

10

7 5 4 3

7 5 4 3

2

2

1

0,1

0,2 0,3

4 5 6 7 10 nazivna moč jermenskega gonila  P  N [kW] 0,5

0,8

1

2

3

20

30

1

Diagram 4: Izbira klinastega jermena

Za večje moči pa izbiramo posebne jermene posebnih konstrukcijskih izvedb. Tako poznamo  poleg izvedbe izvedbe F še izvedbi Z in FZ (Continental).  Nekatere konstrukcijske vrednosti: Celotni kot klina jermenice (jermena) 0

0 = od 14° do 20° pri nesimetričnih jermenicah in jermenih  ter 0 = od 22° do 34° pri simetričnih jermenicah in jermenih . Tako znaša za posamezne jermenice: = 0 za nesimetrične jermenice in = 0/2 za simetrične jermenice.

Koristna moč gonila

Jermenski variatorji

Če želimo vedeti, s kakšno močjo razpolagamo na   izstopni gredi, moramo poznati drsne razmere (zdrs jermena) in izkoristek.

To je odvisno od območja prestavljalne karakteristike  R, načina doseganja  pritisne sile, obdelave delovne površine jermenic itd.

moč

100 % 90 %   η

3%      S

  s   r    d   z

izkoristek

   2

   k   e    t   s    i   r   o    k   z    i

  a      P   n   u    č   p   o   o   t   m  s   z

zdrs

   i

0,3

1

3  prestava gonila io

Diagram 5: Karakteristika izkoristka, moči in zdrsa

Diagram 5 kaže odnose med izkoristkom, zdrsom in močjo. 100 %   η    k   e    t   s    i   r   o    k   z    i

90 % 80 % 70 % 0,3

1

3  prestava gonila io

Diagram 6: Karakteristika izkoristka brezstopenjskega jermenskega gonila

Ugotovimo, da je moč  P 2 odvisna od tega, na katerem prestavnem razmerju gonilo deluje, od tega so odviseni tudi zdrs S , izkoristek η in potrebna moč na vstopu  P 1 –  diagram  diagram 6. Zdrs

Merimo ga v preizkuševališču. Merilo zdrsa je razlik a med vstopno in izstopno vrtilno frekvenco ob upoštevanju prestave pod obrem enitvijo. Zdrs se spreminja glede na spremembo  prestavnega razmerja in spremembo izstopnega momenta (različna obremenitev) pri enakem vstopnem momentu. Pri gonilih s klinastimi jermeni znaša elastični zdrs ~ 1 %. S  = f   = f (i, M 2) –  zdrs  zdrs jermena je odvisen od prestavnega razmerja razmer ja in obremenitve. Zdrs se poveča, če med obratovanjem pod obremenitvijo spreminjamo premer (prestavno razmerje), na katerem teče jermen . Izkoristek

Menjalniki

Variatorji s klinastimi jermeni pri nazivni obremenitvi in prestavnem razmerju i = 1, dosegajo izkoristek tudi več kot η  0,9. Z večanjem vrtilne frekvence na izstopu se pojavi ta vpliv

dinamičnih (masnih) sil in večji zdrs, zato krivulja izkoristka z večanjem vrtilne frekvence (prestava <1) pada –  diagram 6. Zamenjava jermena

Ko snamemo zaščito, postavimo jermen ico v narisani položaj.  Ko začnemo snemati jermen , se nam tudi vzmetena jermenica razširi. Sedaj je mogoče jermen sneti in ga zamenjati. Slika 38 kaže zamenjavo jermena.

 jermenici se razmakneta

sneti pokrov

 jermen se prestavi preko roba spodnje jermenice najprej na boku

 jermen se dokončno sname preko spodnjega roba jermenice

Slika 38: Zamenjava jermena na brezstopenjskem jermenskem gonilu Segrevanje gonila in ropot

 Naša naloga je skonstruirati gonilo, ki bo lahko trajno obratovalo ob najmanjšem hrupu. Pri trajnem obratovanju in veliki obremenitvi se jermen močno segreva. Segrevanje preprečim o s  pravilnim konstruiranjem zaščite in dovajanjem zraka. Ropot gonila ali prehrupnost omejimo s  pravilnimi konstrukterskimi rešitvami na tistih mestih, kjer hrup nastane –  slika 39. Konstrukcijske izvedbe jermenic

1° do 2°) Poznamo še variacijske jermenice, ki niso simetrične. Ena stena je skoraj navpična (  druga pa ima nagib okoli 18°. Prednost tega je enostavnejše nastavljanje razpora jermenic in enakost variatorskih jermenic pri izvedbah U in Z, saj se odmikata samo polovici jermenic z večjim nagibnim kotom (Becker in Strojna Maribor). Konstrukcijskih izvedb je veliko. Vsaka firma proizvajalka gonil je razvila svoj sistem. Največ se o konstrukcijskih izvedbah vidi iz prospektov proizvajalcev. Na slikah 40, 41, 42, 43 in 44 so nek atere rešitve. Sestava celega variatorja je na sliki 45.  Na slikah 46 in 47 vidimo princip delovanja jermenskega variatorja na skuterju.

Jermenski variatorji

vibracije teles

zvočne vibracije

 prenos vibracij na temelje Slika 39: Izvori in širjenje vibracij

(nastavljivi jermenici, zračne špranje, magnetno polje, ventilator)  pokrov na jermenici  pokrov spoj z obliko  pogonska gred sojemalnik vzmet

obe polovici  pogonske jermenice ermen fiksna jermenica

odgonska gred

Slika 40: Brezstopenjsko jermensko gonilo z eno vzmeteno in eno fiksno jermenico (sprememba prestave s spremembo medosja)

Menjalniki

Slika 41: Pogonska jermenica jermenskega variatorja s prosto pomično

polovico jermenice

spoj z obliko  pogonska gred spoj z obliko

fiksna  polovica  jermenice

 prosto pomična jermenica  jermen  pokrov na  jermenici

 jermenica z vzmetjo

 pokrov

odgonska gred

sojemalnik vzmet

Slika 42: Brezstopenjsko jermensko gonilo z eno vzmeteno in drugo prosto pomično jermenico (sprememba prestave brez spreminjanja medosja)

Jermenski variatorji

ročno kolo

varovanje

verižnik 

a)

varovanje

 b)

Slika 43: Izvedbe pogonskih jermenic brezstopenjskega jermenskega gonila

a) pomična polovica jermenice se premika z ročnim kolesom,  b) pomično polovico jermenice premika verižnik   pomična polovica zaščitni pokrov vzmet

zaščitni pokrov

utor za moznik

ventilator

Slika 44: Samonastavljiva jermenica brezstopenjskega jermenskega gonila Kontrola jermena

Vlečni element (jermen) moramo trdnostno prekontrolirati. Za kontrolo veljajo podatki  proizvajalca jermenov. Če ni podatkov proizvajalca, veljajo izkušnje in podatki za kontrolo normalnega klinastega jermena.

Običajno proizvajalec navaja: d 1min = f (višine jermena, izvedbe  jermena) Zmeraj je treba po enačbi preveriti moč, ki jo jermen prenese pri nsmin in

moč, ki jo jermen prenese pri nsmax – rezultat mora biti večji od imenske moči  P  N  P   C   C   C   C   P 2  N  1 3 4 5 C 2  P  N  = moč, ki jo lahko prenaša jermen (glej diagram 4), C 1 = koeficient udarcev

Menjalniki C2 = koeficeint dolžine jermena  f  ( L); glej preglednico 6 C 3 = koeficient velikosti jermena (običajno je 1) C 4 = koeficient razmerja b / h; glej preglednico 7 C 5 = koeficient prestavnega razmerja i (~ 1). Preglednica 6: Koeficient dolžine C 2 L

630

1250

2500

C 2

0,9

1

1,12

Preglednica 7: Koeficient razmerja b/h C 4 b/h

1,6

2

2,5

3,15

4,0

5,0

C 4

0,9

1

0,94

0,87

0,80

0,75

fiksna polovica pogonske jermenice

kolo za ročno

ročno nastavljanje

nastavljanje

navojno vreteno elektromotor

čep prepreči fiksirna ročica

izstop

napenjanje  jermena

vrtenje matice vretena

široki klinasti  jermen fiksna odgonska  polovica  jermenice

 prirobnica

vzmet

samodejno prestavljanje

Slika 45: Sestava industrijskega motornega jermenskega variatorja

Jermenski variatorji

 jermensko gonilo

motor z notranjim zgorevanjem

odgonska  jermenica

 pogonska  jermenica

  e    j   s   o    d   e   m

klinasti  jermen

 pesto s kolesom in zavornim kolutom

Slika 46: Brezstopenjsko nastavljivo jermensko gonilo, vgrajeno v skuter

 pogonska jermenica se stiska skupaj ekscenter centrifugalna sila

utež tendenca

  e    j   s   o    d   e   m

motor z notranjim zgorevanjem odgonska jermenica se razmika vzmet se stiska

tendenca

tendenca Slika 47: Jermenskemu variatorju na skuterju se prestava menja z vrtilno frekvenco motorja

Menjalniki

3 .5 V e r i ž n a g o n i l a prestavami

z

b r e z s t o p e n j s k  o

nastavljivimi

Poznamo brezstopenjsko nastavljiva gonila s tornimi verigami in lamelno verigo. Gonila s

tornimi verigami so po načinu delovanja in konstrukciji enaka gonilom s klinastim jermenom za  brezstopenjsko spreminjanje prestavnega razmerja.

Koluti so gladki. Moč se prenaša s trenjem med posebno torno verigo in stožčastim gladkim kolutom. Ker so verige posebnih konstrukcij, je trenje med zglobi in obraba zglobov majhna. Iz enakega razloga imajo ta gonila najmanjši poligonski učinek in so uporabna za večje hitrosti. 3.5.1

Vrste verig

Kot smo že povedali, uporabljamo za prenos večjih moči kot vlečni element verige namesto širokih klinastih jermenov. Sliki kažeta shemo gonila z verigo kot vlečnim elementom. Verig je več vrst. Tudi stožčaste plošče  oziroma jermenice variatorja so lahko gladke, podobno kot za klinaste  jermene, ali nazobčane. Taki variatorji imajo še nekatere druge prednosti , in sicer jih lahko uporabljamo v ekstremno težkih pogonih ter pri nizkih in visokih temperaturah.

lamele 2

lamele 1

2

1

2

1

2

1

2

 F n / 2

 F n / 2  F r 

sile na kotalna valjčka a)

b)

Slika 48:Veriga s kotalnimi valjčki a) veriga, b) sile na element

Veriga s kotalnimi valjčki Veriga s kotalnimi valjčki , slika 48, ima po dva valjčk a na členek ; valjčka se naslonita eden na drugega in se pri natekanju/iztekanju verige na/z verižnika  zavrtita, kar pripomore k njuni enakomerni obrabi, slika 48.

Veriga s kotalnimi obroči Veriga s kotalnimi obroči je sestavljena iz masivnih jeklenih členkov, na katerih so nameščeni torni elementi. Torni element je kotalni obroč, ki  je vležajen na členu verige , slika 49a. Obroč se lahko vrti okoli svoje osi. Členi so med seboj pove zani z nihajnimi členi (zglobi), slika 49 b, obraba členkov in podaljšanje verige sta zato manjša . Ta veriga je prikladna za prenos večjih moči kot veriga s kotalnimi valjčki  na sliki 48. 50

Prenosniki moči

Verižni variatorji Veriga z nihajno-kotalnimi elementi

 Nihajno-kotalni elementu je na obeh koncih bombirano zaključen in ustvarja kontakt s kolutom, slika 50, ter tako prenaša silo na stožčaste verižnike. Verige so fino razčlenjene  in lahke, ki

omogočajo velike hitrosti. Konstrukcija verige omogoča samo kotaljenje med polovicama nihajnega elementa, ki sta z obliko (jeziček) povezana z lamelami verige. Konci nihajnih elementov so tisti, ki prenašajo s trenjem vlečno silo z verige na verižni kolut. Tako je nihajni element hkrati tudi kotalni element. Teh verig je več vrst. sila zaradi

sila zaradi

 jeklenega členka

 jeklenega členka

kotalni obroč okrogla luknja

nihajni člen

v jeklenem členku

 jekleni členek 

nihanje, kotaljenje

a)

 b)

Slika 49: Veriga s kotalnimi obroči a) veriga, b) nihajni člen

zunanja zaščitna lamela

Pri prepogibanju verige se nihajna elementa kotalita drug po drugem

A

lamela in ustrezni nihajnokotalni element sta

 povezana z jezičkom (med njima ni premikanja)

A

 b)

 bombirano

Rez AA

nihajno-kotalna elementa lamele

c) a) lamele

Slika 50: Veriga z nihajno-kotalnimi elementi a) zunanja podoba verige, b) kotaljenje nihajnih elementov, c) prerez verige preko nihajnega elementa Lamelna veriga

Menjalniki Zahteva radialno ozobljene stožčaste plošče. Aksialno premakljive lamele tvorijo pri vteku v ozobljeni verižnik  zobe, ki se oblikujejo po zobeh verižnika. Členi so povezani z valjčnim zgibom, slika 51.

Lamele, ki so aksialno pomične, na začetku ubiranja v ozobljeno stožčasto ploščo oz . verižnik tvorijo zobe. Členki verige so povezani s sornikom v valjčnem zgibu. Zaradi prečnega  pospeševanja lamel pri vsakokratnem ubiranju s stožčasto ploščo je hitrost verige omejena. Lamelno verigo je treba pritiskati (napenjati) na ozobljen stožčasti verižnik le z 1/ 4 pritisne sile, ki  bi bila potrebna pri gladkem brezzobem verižniku. Pri uporabi te verige rabimo za enako prenosno moč le okoli 25  % pritisne sile v primerjavi s tornimi verigami.

smer natekanja verige

A

valjčni zgib

A

 paket lamel

verižnik 

a)

zob na verižniku zob na verigi

Rez AA lamela

verižnik 

verižnik 

valjčni zgib  paket lamel

 b)

c)

Slika 51: Lamelna veriga

a) zunanja podoba

verige, b) prerez vzdolž lamele, c) ubiranje lamelne verige z utornimi verižniki

Uporaba

Te verige uporabljamo za natančno nastavitev vrtine frekvence in sunkovite pogone. Gonila delujejo z malim zdrsom (1 %  –  1,5 %) –  pregledenica 8. Veriga na sliki 51 ima svojo specifičnost , in sicer pakete lamel, ki se lahko premikajo. Takšna veriga zahteva tudi pravilno nazobčana stožčasta kolesa. Variator s takšno verigo deluje zelo

natančno in seveda ne omogoča nobenega drsenja v tangencialni smeri. 3.5.2

Izvedbe brezstopenjskih verižnih  gonil

Brezstopenjsko gonilo z lamelno verigo .

Prestava se spreminja preko navojnega vretena sila se zagotovi s pritisnima čevljema, slika 52.

in ročičnega mehanizma. Konstantna pritisna

Verižni variatorji navojno vreteno

ročno kolo

lamelna veriga

ročični mehanizem

 pritisni

čevelj

a)

 b)

Slika 52: Brezstopenjsko gonilo z lamelno verigo

a) naris - nastavitev prestavnega razmerja s navojnim vretenom in roč nim kolesom,  b) stranski ris - napenjanje ver ige z napenjalnimi čevlji ali kroglično pritisno napravo Preglednica 8: Uporaba verižnih brezstopenjskih gonil Vrsta verige

lamelna veriga

s kotalnimi valjčki  s kotalnimi obroči z zibnimi členi

Moč [kW] 0,9 – 11 0,16 – 22 30 – 130 5,5 – 110

Hitrost verige [m/s] 10 20 25 30

R

6 10 6 6

Nastavitev v mirovanju ne da ne da

Primeri uporabe

obdelovani in tekstilni str. tiskarski in tekstilni str. transportne naprave

kemična ind., lesni str.

Sliki 52 in 53 kažeta verižni variator z lamelno verigo in mehanizmom zapiranje stožčastih ozobljenih plošč. Običajne vrednosti za R so od 3 do 6.

za razpiranj e oziroma

Menjalniki

mehanizem za

ročno regulacijo

ohišje

vstopna gred

ročica

mehanizem za napenjanje verige

veriga

izstopna gred ozobljen

ozobljen

stožčasti

stožčasti

kolut

kolut

Slika 53: Brezstopenjsko gonilo z lamelno verigo

z ohišjem

Gonilo s torno verigo

Slika prikazuje osnovni enoti verižnega variatorja: pogonsko in gnano , in sicer z dvema verigama. Za ta variator lahko uporabljamo specialni verigi, kar kažeta sliki 49 in 50. Zelo zanimiva je slika 50, ki k aže verigo z nihajnimi elementi. Za takšne verige je značilno, da je sornik  sestavljen iz dveh delov in pri prehodu iz premočrtnega v krivočrtno gibanje   med sornikom in lamelami ni drsnega trenja, ki sicer nastopa pri običajnih verigah, ampak kotalno trenje. Zato imajo  pogoni s takšnimi verigami dobre izkoristke  in visoke nosilnosti. Uporabljamo jih tudi v avtomobilski industriji (Audi: menjalnik multitronic, slika 55). Tudi veriga na sliki 48 ima posebno značilnost, in sicer obojestranske kotalne elemente. Pogoni, slika 54, s takšnimi verigami imajo dober izkoristek in povzročajo ma jhno obrabo stožčastih plošč.

Verižni variatorji mehanizem

za ročno regulacijo napenjalna naprava vstopna gred

mehanizem za napenjanje

ročica

napenjalna naprava

veriga

izstopna gred

gladki

gladki

stožčasti

stožčasti

kolut

kolut

Slika 54: Brezstopenjsko gonilo z verigo s

zobnik iz menjalnika

veriga

po dvema kotalnima valjčkoma na členek  gladki stožčasti  pogonski verižnik

 pastorek  polgred diferencialno gonilo

gladki stožčasti odgonski verižnik 

krožnikasti zobnik  pogon avtomobilskih koles Slika 55: Verižni variator v avtomobilski transmisiji

Menjalniki

56

Prenosniki moči

4

SAMOZAPORNOST IN SAMOZAVORNOST

Pri gonilih je načeloma vseeno, kje j e pogonska in kje izstopna gred. Saj poznamo tako reduktorje (prestava v počasneje) kot multiplikatorje (izstopna gred se vrti hitreje od vstopne). Pri nekaterih gonilih pa to ni vseeno. Pri zamenjavi pogona in odgona se lahko izkoristek gonila precej spremeni. Ponekod celo toliko, da gonilo ne deluje več (izkoristek je enak nič). Razlikuj emo dve možnosti: O samozapornosti  govorimo, kadar se neko gonilo kljub obremenitvi na eni od gredi,

»izstopni« (s silo ali vrtilnim momentom), ne začne gibati. Nekatera gonila pa so celo taka, da se  po izključitvi pogonskega motorja, kljub bremenu, ki pospešuje vrtenje v isti smeri, gonilo samodejno ustavi. Taka gonila so samozavorna  –  samodejno se zavrejo (ustavijo), kljub  poganjanju »izstopne« gredi.

Vzemimo za primer pritrdilni vijak in matico. Ko vrtimo matico s ključem, le -ta premika vijak in stiska elemente, ki jih spajamo. V vijaku lahko dosežemo zelo veliko silo. Kaj pa v nasprotni smeri? Skora j nemogoče je doseči, da se bo, kljub zelo veliki osni sili v vijaku, matica začela vrteti. Vijaki in matice so samozaporni ali celo samozavorni, kar izkoriščamo pri pritrdilnih vijakih –  matica se po zategovanju ne sme odviti! Pri gibalnih vijakih pa je o bičajno matico mogoče zavrteti z osno silo v vijaku.

Samozaporna ali samozavorna so tudi nekatera gonila: polžna gonila, nekatera planetna gonila… Poznamo še vrsto različnih mehanizmov, vzvodovja in drugih naprav, pri katerih lahko dosežemo samozapornost  ali samozavornost. Odločitev glede samozavornosti in samozapornosti  je odvisna od zahtev za uporabo gonila. V splošnem si prizadevamo izbrati gonila z visokim izkoristkom. Vendar so v praksi želena tudi samozaporna in samozavorna gonila, ki včasih  zelo poenostavijo izvedbo tehniške rešitve. Oba pojma si bomo v nadaljevanju ogledali podrobneje. Videli bomo splošen pristop pri reševanju takih problemov. Pridobljeno znanje bomo lahko uporabili pri gonilih in drugi h napravah, ki jih uporabljamo vsak dan. Pomembno je, da se znamo zadeve pravilno lotiti, tako da ne dobimo samozapornih in samozavornih naprav takrat, ko jih nočemo ali obratno.

4 . 1 O p r ed el i t ev , d ef i n i c i j e Gonilom definiramo vstopno in izstopno gred kot zavorni in kot prosti priključni člen. Prosti člen je označen z A, zavorni s H, z G pa je označena podlaga. Sliki 56a in 56 b prikazujeta simbola za enakomerni in neenakomerni prenos momenta oz. samozaporna oz. samozavorna gonila. Indeks

V pomeni izgube, vstopne moči so pozitivne, izstopne pa negativne.

4 . 2  Sa m o za p or n a g o n i l a Gonilo je samozaporno, če v mirovanju na priključek H, slika 56  in preglednica 9, deluje  poljubno velika sila oziroma moment, zaradi katerih se v gonilu pojavijo sile trenja, ki tako zavrejo vsaj en element v verigi prenosa moči, da gibanje ni mogoče. Vzrok samozapornosti je trenje v gonilu.

Računsko določamo samozapornost z uporabo statičnih ravnotežnih enačb za samozaporni člen,  pri tem pa upoštevamo samo takšne sile trenja na členu, ki so posledica momentov in sil , delujočih na priključek H.

Prenosniki moči

57

Samozapornost in samozavornost

Opazovanje z vidika statičnega ravnovesja

4.2.1

Samozapornost gonila se lahko dokaže za vsak položaj gonila. Pri poljubno velikih silah oziroma momentih, ki delujejo v mirovanju na zavorni priključek H, se v gonilu pojavijo sile trenja, ki so vedno večje, kot je gonilna sila oziroma moment. Preglednica 9: Načini pogona

 P V Pogon

 P A

 P  A > 0  P  H  < 0  P V < 0  

 P H  P V

Obratni pogon (pogon z nasprotne strani)

 P  A < 0  P  H  > 0  P V < 0  

 P H

 P A  P V  P A

Zavorni pogon

 P  A > 0  P  H  > 0  P V < 0  

 P H

 P  A > 0 ali P  A < 0  P  H  > 0  P V < 0  

 P V

Izmenični pogon

 P A

 P H

H

A

G

H

A

a)

G

 b)

Slika 56: Shematski prikaz za a) enakomeren prenos, b) neenakomeren prenos

Stanja oziroma načini pogona glede na pretok moči v gonilu so zbrani v preglednici 9.

Za dokaz samozapornosti uporabimo statične ravnovesne enačbe za samozaporni člen, ob upoštevanju prijemajočih sil oziroma momentov. Upoštevati je treba naslednje tri pogoje:  –  gonilne sile oziroma momenti morajo delovati na zavorni priključek H,  –  smer povzročenih tornih sil oziroma momentov mora, kadar gonilo ni samozaporno, biti  – 

nasprotna gibanju, računati moramo s koeficientom trenja pri mirovanju 0.

S preverjanjem statičnega ravnovesja pokažemo, da je vsota tornih sil oziroma momentov, ki delujejo na zavorni člen, večja ali enaka vsoti gonilnih sil oziroma momentov. Pogoj samozapornosti je odvisen od načina delovanja vseh delujočih sil in momentov na prenosne elemente (gonilo) in njihovega ravnotežja. Pogoj za samozapornost sta ravnovesje sil:

 F 

 H 

F A  

(18)

in ravnovesje momentov:

 M 

 H 

M A  

(19)

Samozaporna gonila  F  A , M  A –  pogonska sila oziroma moment na pogonski člen  F  H  , M  H  –  torna sila oziroma moment na zavorni člen Pri tem gre samo za vse sile oziroma momente ali njihove komponente, ki smereh gibanja prenosnih elementov.

delujejo v možnih

Faktor samozapornosti r 

4.2.2

Značilnica samozapornosti je faktor samozapornosti, ki ga lahko določimo iz ravnovesja sil ali momentov r  

 F   F 

 H   A



 M   M 

 H 

iz pogojev ravnovesja sil ali momentov – enačbi 18 in 19

(20)

 A

Gonilo je samozaporno, če je izpolnjen pogoj r >1

(21)

To je potreben in zadosten pogoj. Mejna vrednost je pri r = 1,

teoretično pomeni še samozapornost, vendar je v praksi zaradi varnostnih razlogov izločen. V praksi se moramo držati  pogoja r 1. Samozaporni faktor je s tem tudi varnostni faktor. Predstavlj a odnos med zavirajočimi in gonilnimi silami oziroma momenti. Če je v gonilu več elementov, ki bi lahko povzročili samozapornost, je vedno odločilen le tisti, ki leži najbližje priključnemu členu H. Za vse naslednje  prenosne elemente velja, da so brez zaviralnih sil in da niso samozaporni.

4 . 3 P r i m er i sa m oza po r n o st i : 4.3.1

Dvojno potisno gonilo

 F H

3  H  4

  F n21

 F 21  F t21



 F  R41 1  A  F A

2

 F n41 4

a)

 b) Slika 57: Dvojno potisno gonilo a) shema delovanja, b) plan sil

Pri dvojnem potisnem gonilu, slika 57, je drsnik 1 pogonski člen A in drsnik 3 odgonski člen H. Kadar na pogonskem členu A ni  potrebna sila F  A, je gonilo samozaporno.

Določimo naslednje veličine:  pogonske sile:  F  A  F 21  sin  



(22)

Samozapornost in samozavornost

torne sile:  F  H   041  F 21  cos  

(23)

 pogoj za samozapornost gonil:  F  H   F A  



(18)

 041 tan  

(24)





samozaporni faktor:



r   041   tan 

(25)

Ročično gonilo

4.3.2

Za izpeljavo samozapornosti nastavimo ravnovesno enačbo   (19) za momente v točki 0 na ekscentru. Ekscentrska gred 1 je pogonski člen A in ni obremenjena , M  A=0. Ročica 2 je odgonski člen H in deluje na ekscenter gonila s silo  F 21 = F  H , ki ustvari torno silo. Del 3 je ogrodje ročičnega gonila, glej sliko 58.

 F T 21  021   F 21

in  F T 31  031  F 31  

(26)

Določimo momente:  pogonski momenti:  M  A  F 21  e cos  



(27)

torni momenti:

 M 

 H 

d    D   F 21  e sin   031   F 21     021   2 2 

(28)

 pogoj za samozapornost gonil:

 M 

 H 

M A  

(19)

 021  (d  2  e sin )  031   D 2  e cos  

(29)

samozaporni faktor: (2  e sin )  031   D   r   021   2 e cos 

(30)

A 3

F21=FH

Prerez AA



FR21 MA

d

D MA

M

e 2  H 

1  A A

FH

FH

a)

FR31

F31=-FH  b)

Slika 58: Ročično gonilo

a) ročično gonilo; b) plan sil.

4 .4 Sa m o za v or n a g o n i l a Gonilo je samozavorno, če v gibanju in pri pogonu na gred H deluje poljubno velika sila oziroma moment na priključek A in H, na katerih v verigi prenosa moči elementi gonila povzročijo

Samozavorna gonila

izgubo moči, ki je v časovnem povprečju večja kot preko priključka H dovedena moč. Če preko A v časovnem povprečju ne dovedemo moči, se gonilo ustavi. Vzrok je trenje v gonilu. Samozavornost določimo na osnovi opazovanja energije na priključkih. Pri izračunu izgube moči P V  moramo upoštevati vse deleže, ki izhajajo iz momenta oziroma sil, delujočih na priključka A in H. 4.4.1

Energijsko ravnovesje

Samozavorno gonilo mora izpolnjevati naslednje zahteve:

 –  Mehanska moč se prenaša od pogonskega člena A do odgonskega člena H:  PA > 0 in  –   – 

 PH < 0. To stanje gibanja odgovarja tako imenovanemu pogonu naprej iz preglednice 9. Pri priključnem členu H kot pogonu, deluje (se giblje) samo takrat, če je istočasno tudi  priključni člen A pogon, tako da je PA > 0 in PH > 0. To stanje imenujemo zavorno stanje.  Neodvisna morajo biti od smeri pretoka moči na priključnem členu H in od na njem delujočih sil oziroma moment ov, da pridejo iz stanja gibanja v zavorno stanje, če pri  prostem členu A ni nobenih od zunaj delujočih mehanskih učinkov.

Pri prostem priključnem členu A ostane gonilo tako dolgo v gibanju, dokler z A povezani gonilni členi sprejemajo kinetično energijo. To obravnavamo kot zunanjo mehansko energijo ; ko se ta energija porabi, pride gonilo prisilno v mirovanje tudi, če na priključni člen H deluje gonilna sila oziroma moment. Samozavornost ocenjujemo vedno, kadar je gonilo v gibajočem stanju, in sicer zaradi analize energijskih tokov.

Izhodna enačba ravnovesja moči:  P  A+P  H +P V = 0

(31)

 P  A in  P  H  sta mehanski moči na priključnih členih A in H. Izguba  P V  vsebuje vse izgube trenja, ki nastajajo zaradi delovanja sil oziroma momentov na A in H ter na vse prenosne člene. Mehanska moč in izguba trenja se lahko časovno spreminjata .

 P  A  P  A (t ),  P  H   P  H  (t ),  P V   P V  (t )  

(32)

Glede na predznak P  A in P  H  je v preglednici 9 označeno stanje v katerem gonilo je. 4.4.2

Samozavorni faktor

Samozavornosti ne moremo oceniti na podlagi trenut nega stanja moči. Gonilo je samozavorno, so v gonilu nastale izgube zaradi trenja v času T večje , kot je preko priključnega člena H

če dovedena energija v času T. To nam pokaže enačba za samozavorni faktor. W  Q b  1   A   W  H  W  H 

(33)

Samozavornost je za W  H 0, ko je b 1. W  A = mehanska energija na priključnem členu A v

času T

W  H  = mehanska energija na priključnem členu H v

času T 

Q = v času T  nastala toplota zaradi trenja v gonilu

Energijo izračunamo iz moči: T 



W  A   P  A (t )  dt   

(34)

0 T 

W  H    P  H  (t )  dt    0

(35)

Samozapornost in samozavornost

T 

Q   P V  (t )  dt   

(36)

0

Izbrati moramo dovolj velik veljati pogoj

integracijski čas T . Za dovolj velike časovne intervale t   mora

b(T )=b(T + t )

(37)

Pri periodičnih gonilih je lahko T  periodično dolg. Za podane zavorne čase t B mora biti T t B. Integracijski čas mora biti daljši od zavornega, tako da se gonilo zanesljivo ustavi. V enačbe vstavimo izraza za moč: ds za translacijsko gibanje in  P   F  dt  d  za vrtenje  P   M   dt  Dobimo izraz za energijo: T 

(38) (39)

S 

 P  dt    F   ds   M   d   0

0

 

(40)

0

T  = integarcijski čas S  = integracijska pot  = integracijski kot Samozavorni faktor b  lahko primerjamo z koeficientom varnosti in nam pove, da je v gonilu  proizvodena zavorna energija b-krat večja kot mehanska energija W  H  dovedena preko priključnega člena H. Za b = 1 pokriva pri prostem priključnem členu A energija W  H  ravno še toplotno izgubo Q zaradi trenja. Gonilo obratuje na meji samozavornosti. Šele pri pogoju Q W  H   pri prostem  priključnem členu A se gonilo zaustavi. Samozavornost je toliko varnejša, koliko r je samozavorni faktor b > 1. Pri r ačunanju samozavornega faktorja  je, v nasprotju s samozapornim faktorjem, treba upoštevati možne smeri gibanja. Upoštevati je treba vse sile, ki delujejo na gonilo.

Vidimo lahko, da pri časovno konstantnih silah oziroma momentih za samozavorni in samozaporni faktor nastanejo isti odnosi, k i se razlikujejo samo po vrsti trenja (mirujoče, gibajoče).

4 .5 I zk o r i s t ek Za gonilo s časovno konstantno močjo na priključnih členih velja ta naslednja izraza W  A = P A. t in W  H  = P  H . t . Za ta gonila se lahko izračunata dve vrsti izkoristka .  –  izkoristek za energijski tok od H (pogon) do A (odgon) W  H 

 AH  

W  A

 P 

  H     P  A

(41)

 –  izkoristek za nasprotni energijski tok od H (pogon) do A (odgon) W  A

 HA 

W  H 

 P 

  A    P  H 

(42)

Med izkoristkom in samozavornim faktorjem za pogon z druge strani gonila (obrnjeni pogon) velja odnos:

 HA 1 b  

(43)

Izkoristek za pogon se lahko izrazi na osnovi izkoristka za obrnjeni pogon ali s samozapornim faktorjem:

Vrednotenje gonil

 AH  

1

2   HA



1

1 b

 

(44)

4 . 6 V r ed n o t en j e g on i l Samozapornost in samozavornost označujeta dve različni fizikalni veličini. Samozaporni faktor r  določimo na osnovi statičnega ravnotežnega stanja samozapornega prenosnega člena ; izraža samozapornost stoječega gonila. Samozavorni faktor b določimo na podlagi opazovanja energije v  priključnem členu, pri čemer se gonilo giblje. Samozaporni in samozavorni faktor dovolita primerjavo delovanja različnih vrst gonil. Dobra stran samozapornosti in samozavornosti je, da ju lahko izrazimo s številskimi vrednostmi kot faktor samozapornosti r   in faktor samozavornosti b. Teoretično leži spo dnja meja samozapornosti pri r = 1. Faktor samozavornosti b = 1 še ne vodi do samozavornosti in do hitrosti v = 0; gibanje se nadaljuje s konstantno hitrostjo v. Bolj ko r  in b presegata vrednost 1, bolj je gonilo samozaporno oz. samozavorno. Po drugi strani pomeni velik faktor samozavornosti veliko izgubo energije.

Posebno pri velikih močeh nastopi možnost pregrevanja pri gonilih, ki so dolgo časa v pogonu. Zraven je treba povedati, da gre še za velike izgube energije (več kot polovica   dovedene  –   glej enač bo). Po pravilu se samozaporni in samozavorni faktor razlikujeta po vrednosti. To pa zaradi tega, ker se pri samozapornosti upošteva koeficient trenja pri mirovanju 0, pri samozavornosti pa koeficient trenja pri gibanju . Koeficienta 0 in   se po vrednosti razlikujeta. V nadaljevanju lahko samozavorni faktor upošteva delujoče torne sile, ki so odvisne od teže in delujejo na zavorne ter

tudi na druge prenosne člene. Pri neenakomernem obratovanju je samozaporni faktor, v nasprotju s samozavornim faktorjem, odvisen od nastavitev gonila.

 Nadalje lahko moč in smer moči vplivata na samozaporni in samozavorni faktor. Pri spremembi toka moči se spremenijo dotikalne površine in koeficient trenja  med njima. Tudi velikost drsne hitrosti vpliva na drsno trenje in s tem na samozavorni faktor.

Samozapornost ne vključuje tudi samozavornosti, enako tudi samozavorno gonilo ni v vsakem  položaju tudi samozaporno. Samozavornost in samozapornost obravnavamo ločeno. Na splošno se lahko reče, da  je za gonilo z enakomernim pogonom samozaporni faktor večji od samozavornega, to izhaja iz razmerja 0 . Seveda je treba opozoriti na to, da se lahko samozapornost in samozavornost med obratovanjem spremenita. Po utekanju gonila se lahko trenje v gonilu toliko zmanjša, da gonilo ni več samozaporno ali samozavorno (polžna gonila). Prav tako je treba paziti  pri gonilih, ki obratujejo na meji samozapornosti ali samozavornosti, saj lahko pri pomanjkljivem mazanju gonilo postane samozaporno ali se pojavi samozaviranje gonila. Prav tako lahko gonilo, ki

dalj časa ni obratovalo, deluje z zmanjšanim izkoristkom, postane pa lahko tudi samozaporno ali samozavorno.

V literaturi se samozapornost označuje z izkoristkom  HA . Kadar je samozavornost podana z b 1 dobimo izkoristek negativen. Iz opisanega razloga je treba razlikovati samozapornost in samozavornost, tako da dokaz samozapornosti   HA 0, ne drži  povsem, saj za samozaporno gonilo, ki miruje, slika izkoristka ni smiselna, ker ni prenosa energije.

4 . 7 K o n st r u k c i j sk i v pl i v i Samozaporni in samozavorni faktor sta odvisna od geometrijskih veličin in od koeficienta trenja. Z obema lahko v določenih mejah vplivamo na samozapornost in samozavornost. Na osnovi tega lahko določimo veličine, ki imajo manjši ali večji vpliv.

Samozapornost in samozavornost

4 .8 T e h n i č n o - m er i l n e u g o t o v i t v e Pri gonilih s konstantno močjo na priključnih členih meri. To ponazori primer dvižnega portala na sliki 59.

se lahko samozavorni faktor enostavno

Primer: Določitev faktorja samozavornosti iz moči na pogonski gredi 2.

shematsko prikazuje dvižni portal s polžnim gonilom in navojnim vretenom. Pri spuščanju bremena G s konstantno hitrostjo v je bil izmerjen na pogonski gredi A konstanten vrtilni moment  M  A. Električni pogon deluje v fazi spuščanja bremena tako, da v gonilo priteka energija  preko priključnega člena A (pogon z elektromotorjem) kakor tudi preko priključnega člena H Slika 59

(breme).

G

1 –  pogonski motor 2 –  merilna gred – 

v

5

4  H 

 priključni člen A 3 –  polžno gonilo 4 –  ploščad za breme –   priključni člen H 5 –  navojno vreteno G –  breme 1

3

 M , 

2  A

Slika 59: Dvižni portal

Podatki:

 –  obremenitev G = 10000 N,  –  moment na merilni gredi M  A = 20 Nm,  –  razmerje med hitrostjo dviganja v [ms – 1] in kotno frekvenco [s – 1] je v = 0,01 · (določa konstrukcija gonila in navojnega vretena)

 –  mehanska moč na priključnem členu A:  –  mehanska moč na priključnem členu H:

 P  A = M  A .   P  H  = G . v

Samozavorni faktor b izračunamo po enačbi 33

  M   20 b 1  A 1  1,2 G v 10000  0,01

Prenos (polžno gonilo in (ali) vijačno vreteno) je samozavoren in samozaporen zaradi visokega koeficienta trenja v mirovanju 0 in koeficienta trenja v gibanju ; to pomeni visok samozaporni faktor r  in visok samozavorni faktor b.

5

PLANETNA GONILA

Planetna gonila (PG) se v tehniški  praksi zelo pogosto uporabljajo: v strojegradnji, gospodinjskih aparatih, dvigalogradnji, ladjedelništvu, robotih, letalski in vesoljski tehniki, tirnih vozilih, avtomobilih vseh vrst (osebnih, tovornih, posebnih), gospodarskih strojih, kmetijski mehanizaciji pa tudi pri kolesih. Skratka, ni področja, kjer ne bi uporabljali planetnih gonil. V robotiziranih proizvodnjah se pri gradnji robotov uporabljajo poleg klasičnih zobniš kih planetnih gonil še posebna planetna gonila , kot so ekscentrska gonila. Posebni predstavniki so ekscentrsko gonilo z evolventnimi zobmi, ekscentersko gonilo s cikloidnimi zobmi (Cyclo gonilo) in valno gonilo (Harmonic drive). Gradniki planetnih gonil so  poleg vseh vrst zobniških parov (valjasti, stožčasti, polžati) tudi torna kolesa  –   sliki 5c in 7. Planetna gonila imajo kopico prednosti pred

klasičnimi. Bistvena prednost pa je, da je vsako planetno gonilo mogoče uporabiti za več vrst  pogonov (prestav), kot razdelilnik moči, diferencial ali tudi seštevalno gonilo, saj ima v najbolj osnovni izvedbi tri gredi. Ima pa seveda tudi nekatere pomanjkljivosti.

5 . 1 U v o d i n o sn o v e P G

2

2

2'

2'

GV

GV O

O

G1

G3

O

G3 G1

1 1

3 a)

3

 b)

1, 3, 2, 2'  –  valjasti zobniki; G1, G3  –  pripadajoči gredi zobnikov 1 in 3; GV –  vmesna gred z zobnikoma 2 in 2'; O  – ohišje gonila Slika 60: Stabilno gonilo  –  dvostopenjsko povratno (koaksialno) gonilo a) model v poševni projekciji , b) shema.

Slika 60  prikazuje dvostopenjsko običajno (stabilno) gonilo kot povratno   (tudi koaksialno) gonilo. Povratno zato, ker sta vst op in izstop v isti osi. Prestava je lahko v počasneje kot redukcija ali v hitreje kot multiplikacija. Izkoristek je v obeh primerih enak. Prestavno razmerje i je razmerje med vstopno in izstopno vrtilno frekvenco: n i 1   n3

(45)

To lahko izrazimo s š tevilom zob posameznih stopenj

Prenosniki moči

65

Planetna gonila

 z    z  i i1  i2  2 3    z 1   z 2

(46)

Stabilno gonilo (SG)

v principu spremenimo v planetno tako, da sprostimo ohišje (da se lahko

vrti), ki postane ročica. 2

GP 2'

2'

2

OP

GP

S S

G3

G1

GS

G3

S GS

1

3

GS

O

G1

GS

1

3

O

a)

 b)

1, 3 – sončna (osrednja) zobnika; 2, 2' –  planetna zobnika; S  – ročica (tudi nosilec planetnikov ali stega); G1, G3 –  pripadajoči gredi zobnikov 1 in 3; GP  –  povezava med planetnikoma 2 in 2'; GS  – gred ročice (gred z nosilcem planetnikov); O – ohišje gonila; OP –  os planetnikov. Slika 61: Planetno gonilo a) model v poševni projekciji , b) shema.

Slika 61  pa prikazuje, kako se

običajno gonilo spremeni v planetno gonilo. Običajnemu gonilu dodamo ročico (ta nosi zobnike (planetni zobniki ali planetniki) in jim omogoča vrtenje okoli lastne osi in središčne osi gonila) in dobimo planetno gonilo. PG se lahko kinematično obnaša kot stabilno (običajno) gonilo, če ročica miruje –  če jo zavremo –   slika Error! Reference source not found.. V takem primeru velja vse zgoraj zapisano. Ker pa je po svoji zgradbi PG, velja pozneje dokazana enačba za planetna gonila , in sicer:

n1 i13  n3 (1 i13 )  nS   

(47)

n3 in nato v Če je nS  0 , enačba preide v n1 i13  n i13  1   n3

(48)

To pa  je enačba za prestavno razmerje SG. To je dokaz, da se lahko vsako PG obnaša kot stabilno. Obratno vedno ne gre! Iz primerjave obeh slik se lepo vidi, da je mogoče na planetno gonilo priključiti več pogonov, saj iz PG izhajajo tri gredi in ne samo dve kot pri SG. Tako se na  podlagi preprostega primera lahko sklepa na širšo uporabnost PG. Planetno gonilo da ve čje število  prestavnih razmerij, ki so seveda odvisna od prestavnega razmerja stabilnega gonila. V tem  primeru od i13. Osnovna enačba PG lepo kaže, da za različna prestavna razmerja (beri: kaj je  pogonsko in kaj gnano) izhajajo različna prestavna razmerja PG.

Uvod in osnove

5.1.1

Definicija planetnih gonil

PG so običajno gonila z valjastimi ali stožčastimi zobniki (mogoči so tudi polžasti pari in torna kolesa), pri katerih je prisoten vsaj en zobnik, imenovan planetnik, katerega gred ni vležajena v ohišje gonila, temveč v posebno ohišje, imenovano ročica (tudi stega  ali nosilec planetnikov), sliki 61 in 62.

nosilec planetnikov sončnik –  notranje

ozobje

sončnik –  zunanje

ozobje

 planetnik

Slika 62: Preprosto planetno gonilo 5.1.2

Lastnosti planetnih gonil

PG imajo v primerjavi s SG celo vrsto prednosti, za katere pa ni nujno, da so vedno hkrati

izkoriščene:  –  koaksialna pogonska in odgonska gred,  –  zahtevajo malo prostora –  so kompaktna,  –  vstopna moč se lahko enakomerno razdeli in skozi gonilo vodi po več  poteh,  –   prenašajo veliko moč na enoto volumna ,  –  omogočajo velika prestavna razmerja na enostaven način ,  –  niso občutl jiva na preobremenitve. Velika prednost PG je tudi v tem, da lahko zaporedno ali vzporedno povezujemo ista ali različna gonila in tako na preprost način uvajamo modulno gradnjo gonil, slika 63. Najbolj  preprosto in tudi najbolj pogosto pa je seveda enostopenjsko PG, slika 64.

Slika 63: Dvostopenjsko planetno gonilo

Planetna gonila

5.1.3

Osnove

PG so lahko samostojna gonila, slika 64, ki so opremljena s pogonsko in odgonsko gredjo. Takšna gonila se izdelujejo serij sko in se uporabijo tako kot vsi reduktorji. PG pa so lahko tudi sestavni del kompleksnega stroja in so povsem integrirana v druge sklope. Na sliki 65  je prvo znano planetno gonilo, ki ga je oblikoval James Watt leta 1788. To planetno gonilo je bilo sestavljeno iz dveh zobnikov z zunanjim ozobjem (enega s ončnika in enega planetnika) in  nosilca  planetnika ter je predstavljalo temeljni del sistema za spreminjanje gibanja. 1  – vstop in sončnik z zunanjim ozobjem 1)  pogo 2  –  planetnik 2)  planet 33)  – sončnik –  notranje ozobje sončn 44)  –  odgo izstopna gred – en del ročice 55) –  prirob prirobnica – drugi del ročice 6)  noge 6  –  noge za pritrditev gonila 7)  ležajn 7  – ležajna prirobnica 8) os pla 89)  –  ležaja os planetnika 910) ležaj  – ležaja planetnika 11) ležaj 10  – ležaj ročice na odgonu 12) ležaj 11 – ležaj ročice 13) ležaj 12  –  prvi ležaj vstopne gredi 14) tesnil 13  – drugi ležaj vstopne gredi 15) tesnil 14 –  tesnilo na izstopni gredi 15 –  tesnilo na vstopni gredi Slika 64: Samostojno enostopenjsko planetno gonilo

Slika 65: Enostopenjsko planetno gonilo kot del parnega stroja, ki ga je konstruiral J. Watt

K o

razumemo, kako so planetna gonila načeloma sestavljena in kako delujejo, jih rišemo na  poenostavljen način, slika 66. Najmanjši sončnik, ki je ponavadi opremljen z zunanjim ozobjem in  je podoben pastorku , ima številko 1. Planetniki so vedno označeni s številko 2. Tej številki je pri kompleksnejših planetnih gonilih dodan še kak znak, da se planetniki razlikujejo med seboj.

Uvod in osnove Planetnik je dvojni planetnik , kadar je sestavljen iz dveh istoosnih (koncentričnih) med seboj nepremakljivih zobnikov (glej sliko 79). Če je planetnik dvojni, potem je en zobnik planetnika

označen s številko 2, drugi pa s številko 2'. Večji sončnik, ponavadi je to zobnik z notranjim ozobjem ali pa kar del ohišja, ima številko 3. Torej se številki 1 in 3 uporabljata zgolj za sončnike. Če je sončnikov več, jih med seboj ločujemo tudi tako, da številki sončnika dodamo indeks ali eksponent. Ročica se označuje z veliko črko S.

1. gred –   pogon 1

S

2

2 3. gred 1. gred

S

1. gred 1

1 2. gred –   pogon 2

3. gred –  odgon

3. gred

2. gred

2. gred 3

3

ohišje

ohišje

c)  b) (notranje ozobje), S – ročica ali 1 – sončnik  a) (zunanje ozobje), 2  –  planetnik, 3 – sončnik nosilec  planetnikov Slika 66: Poenostavljena predstavitev planetnega gonila in običajne a) pogled, b) presek, c) shema. 5.1.4

oznake osnovnih elementov

Osnovna enačba planetnega gonila

Klasična gonila so tista , iz katerih štrlita dve gredi. Ena je pogonska, druga je odgonska. Planetna gonila so tista, iz katerih v splošnem štrlijo tri gredi. Planetna gonila imajo načeloma tri izhode oziroma vhode, slike Error! Reference source not found. , 66 in 67. Vsaka od teh gredi se

lahko vrti na svoj način, vsaka je lahko pogonska, odgonska ali pa trdno povezana z ohišjem  planetnega gonila. Tudi vsa diferencialna gonila so po principu delovanja planetna gonila, slika 68.

2. gred –  odgon

1. gred –   pogon

1. gred –   pogon 1

2. gred –   pogon 2

a)

3. gred –  odgon

 b)

Slika 67: Planetna gonila imajo na splošno tri gredi a) navadno zobniško gonilo , b) planetno zobni ško gonilo

Planetna gonila  pogon diferenciala –  nosilca planetnikov

 pogon iz menjalnika

 planetnik 2 nosilec planetnikov S

 – ohišje diferenciala sončnik 1 ležaj

odgon –  levo kolo

sončnik 3 odgon –  desno kolo trdno spojeno

 prosto vrteče

 planetnik je prosto vrteč – ležaj Slika 68: Diferencialna gonila so po principu delovanja planetna gonila

Slika 69: Preprosto planetno gonilo

sta zobniški kolesi narisani na poenostavljen način. Z r 1 in r 2 sta označena kinematska polmera sončnika in planetnika. Veljajo naslednji odnosi:  Na sliki 69

 z 1 r 1 ;  z 2 r 2 ;

S   r  s r 1 r 2  

(49)

K inematski polmeri so proporcionalni številom zob . V enostavni izvedbi ima planetno gonilo dve gredi, slika 69. Na tem preprostem planetnem gonilu opazujmo zasuke, φ, in iz tega izračunajmo prestavna razme rja planetnega gonila. Zamislimo si preprosto planetno gonilo, slika 69, vendar predpostavimo, da lahko obratuje v različnih stanjih, slika 70  (kot zobata sklopka, 70a, in kot običajno gonilo, 70 b in 70c). Naj bo

zasuk gredi sončnika 1 neodvisen parameter in opazujmo, kaj se dogaja z zasukom planetnika 2. Glede na sliko 70a, na kateri je prikazano, da sta planetnik in nosilec planetnikov trdno  povezana z zaporo, lahko ugotovimo, da se v primeru zasuka sončnika 1 za kot φ 1 premakne tudi nosilec planetnikov za enak kot, prav tako pa se za enak kot zavrti tudi planetnik 2. Zapišemo lahko:

2 I  S   

(50)

 planetnik se zavrti za isti kot kakor ročica.  Na sliki 70 b je pokazano običajno (stabilno) gonilo. To pomeni, da je ročic a nepremična  –  trdno spojena z ohišjem. Glede na definicijo potemtakem to sploh ni planetno gonilo! Poglejmo,

kaj se zgodi z zasukom planetnika, če zasučemo sončnik nazaj v izhodiščno lego, torej v levo za

Uvod in osnove

kot φS . Ker se ta dvojica zobnikov obnaša tako, kot se na splošno obnašajo zobniki v navadnih zobniških reduktorjih, lahko zapišemo naslednjo zakonitost: 2 II  (na r 2 ) S  (na r 1 )  

(51)

Dolžini lokov na kinematskem krogu sončnika in planetnika sta enaki . Zamislimo si preprosto planetno gonilo, slika 69, vendar predpostavimo, da lahko obratuje v različnih stanjih, slika 70 (kot zobata sklopka, 70a, in kot običajno gonilo, 70 b in 70c). Zasuk gredi sončnika 1 naj bo neodvisen parameter; opazujmo, kaj se dogaja z zasukom planetnika 2.

zapora se sprosti

zapora (čep) (povezava S in 2)

S

1

a

 b

c)

Slika 70: Različne možnosti zasukov najenostavnejšega planetnega gonila

a) Nosilec planetnikov z zaporo trdno povežemo s planetnikom. Sončnik se zavrti v desno .  b) Zaporo sprostimo in sončnik zavrtimo v levo, v  prvoten položaj. Nosilec planetnikov miruje. c) Nosilec planetnikov še vedno miruje. Sončnik zavrtimo desno . Glede na sliko 70a, na kateri je prikazano, da sta planetnik in nosilec planetnikov trdno  povezana z zaporo, lah ko ugotovimo, da se v primeru zasuka sončnika 1 za kot φ 1, premakne tudi

nosilec planetnikov za enak kot, prav tako pa se za enak kot zavrti tudi planetnik 2. Zapišemo lahko:

2 I  1  

(52)

Planetnik se zavrti za isti kot kakor sončnik .  Na sliki 70 b) je pokazano običajno (stabilno) gonilo. To pomeni, da je ročica (nosilec  planetnika) blokiranain nepremična, oziroma trdno spojen a z ohišjem. Glede na definicijo  potemtakem to sploh ni planetno gonilo! Poglejmo, kaj se zgodi z zasukom planetnika, če zasučemo sončnik nazaj v izhodiščno lego, torej v levo za kot φ S . Ker se ta dvojica zobnikov

obnaša tako, kot se na splošno obnašajo zobniki v navadnih zobniških reduktorjih, lahko zapišemo naslednjo zakonitost:

2 II  (na r 2 ) S  (na r 1 )  

(53)

Dolžini lokov na kinematskem krogu sončnika in planetnika sta enaki . Tretja situacija, slika 70c, je takšna, da je ročica še vedno blokirana, vendar zavrtimo sončnik 1 desno za neki splošen kot φ 1. Vrtenje v desno ima pozitiven predznak, vrtenje v levo pa

v negativen. Zapišemo lahko podobno odvisnost kot v prejšnjem primeru: 2 III  (na r 2 ) 1 (na r 1 )  

Dolžini lokov na kinematskem kroga sončnika in planetnika sta enaki .

(54)

Planetna gonila

Če združimo vse tri na sliki 70 prikazane situacije, lahko zapišemo, da se planetnik 2 zavrti v desno za naslednji kot: r 

r 

r 2

r 2

2 2 I  2 II  2 III  S   1  S   1  1  

(55)

2  je zasuk planetnika 2 v desno pri zasuku nosilca planetnikov S in sončnika 1 v desno .

Če vrednosti v zgornji enačbi delimo s časom t , dobimo razmerje kotnih frekvenc (ω = φ / t): r 

r 

r 2

r 2

2  I   II   III  S   1  S   1  1  

(56)

ω2 = kotna frekvenca planetnika 2 pri kotni frekvenc i nosilca planetnikov S in sončnika 1 Če vrednosti v zgornji enačbi delimo z 2π, lahko zapišemo prestavno razmerje vrtilnih frekvenc: r  r  n2 n I  n II  n III  nS   1  nS   1  n1 r 2 r 2

(57)

n2 = vrtilna frekvenca planetnika 2 pri

vrtilni frekvenci nosilca planetnikov S in sončnika 1 To enačbo lahko še malo preoblikujemo, tako da na desni strani enačbe pustimo le tiste člene, ki vsebujejo vrtilno frekvenco nosilca planetnikov: r  r  n2  1  n1 nS   1  nS  r 2 r 2

(58)

To enačbo lahko še poenostavimo:

 r 1  r  1  n2  1  n1  nS    r 2 r   2

(59)

Upoštevajmo še, da se prestavno razmerje stabilnega g onila zapiše z naslednjim izrazom (predznak  '– ' pove, da se smer vrtenja zamenja: če en zobnik zavrtimo v desno, se bo drugi zavrtel v levo, in seveda obratno):59 r  i12  1   r 2

(60)

To je prestavno razmerje stabilnega gonila (nosilec planetnikov je blokiran).

Enačbo59 (59)59  planetnega gonila, ki smo jo že poenostavili, pomnožimo s prestavnim razmerjem stabilnega gonila:

 r 1  r  n2  1  n1  1  nS    r 2 r   2

 r 2      r 1

(61)

Za pišemo lahko:

 r 2  r 1  r 2   r 1   r 2           n2  n 1  nS    r   r  1       r  r   1 2  1   2   r 1

(62)

Po množenju in krajšanju dobimo:   r 2    r 2     n1  n 1 nS         r   2   r    1   1 

(63)

Če prestavo stabilnega gonila zapišemo na splošen način, je enačba planetnega gonila takšna:

Uvod in osnove

n1 i12  n2 (1 i12 )  nS   

(64)

Enačba (64) je osnovna enačba planetnega gonila (OEPG)! n1 = vrtilna frekvenca sončnika [s – 1] n2 = vrtilna frekvenca planetnika [s – 1] nS = vrtilna frekvenca nosilca planetnikov [s – 1] i12 = prestava stabilnega gonila Prestava stabilnega gonila je povsem odvisna od vrste planetnega gonila. Na sliki 71  sta narisani dve vrsti planetnega gonila. Izvedba 71a se imenuje 1A, izvedba 71 b pa se imenuje 1I.

Številka označuje število stopenj planetnika, ki je lahko enojni ali dvojni: torej je lahko na prvem mestu številka 1 ali 2. Velika črka na drugem in pogosto tudi na tretjem mestu označbe planetnega gonila pa opisuje sončnik. A pomeni, da ima sončnik zunanje ozobje (nemško : Aussen), I pomeni, da ima sončnik notranje ozobje (nemško : Innen). Prestava stabilnega planetnega gonila vrste 1A (sončnik 1 in planetnik 2 se vrtita v različn ih smereh) –  slika 71a: r  i12  1   r 2

(65)

Prestava stabilnega planetnega gonila vrste 1I (sončnik 1 in planetnik 2 se vrtita v isto smer)  –  slika 71 b:

r  i12  1   r 2

(66)

a)

b)

Slika 71: Dve enostavni vrsti planetnih gonil a) vrsta planetnega gonila 1A, b) vrsta planetnega gonila 1I

OEPG velja tudi za običajna gonila. Običajna eno - ali večstopenjska gonila nimajo ročice, zato  je nS = 0. OEPG preide v enačbo: n1 i12  n2 0  

(67)

in iz tega n i12  1   n2

(68)

Iz enačb se vidi, da se vsako planetno gonilo lahko obnaša kot stabilno gonilo, če je ročica v mirovanju – enačba (64), se pri nS = 0 spremeni v enačbo (68). Osnovno enačbo planetnih gonil lahko izpeljemo še na drugi način: iz opazovanja diagramov obodnih hitrosti, slika 72.

Planetna gonila

Poglejmo najprej diagram obodnih hitrosti pri mirujočem nosilcu planetnikov, slika 72a. To je  pravzaprav stabilno gonilo. Zapišemo lahko naslednje: nS  = 0 … vrtilna frekvenca nosilca planetnikov je nič αS  = 0 … kot, ki opisuje obodno hitrost nosilca planetnikov, je nič

Za mirujočo ročico se pri  vrtenju sončnika 1 v desno  planetnik 2 zavrti v levo. Iz diagramov obodnih hitrosti, slika 72a, je možno priti do naslednjih zakonitosti:  r   tg 1  1 1 1   r 1

(69)

To je t angens kota, ki opisuje obodno hitrost sončnika  1. r   r   2  tg 2  2 2 1 1   r 2 r 2

(70)

To je tangens kota, ki opisuje obodno hitrost planetnika 2. r  1 n1   1   2 n2 r 2

i12 

(71)

To je prestava stabilnega gonila. Iz diagramov obodnih hitrosti, slika 72 b, pa lahko izpeljemo naslednje:

2 r S   S  r 1  1   r 2 

(72)

trikotnik hitrosti stabilnega gonila nS = 0

trikotnik hitrosti  planetnega gonila

a

b

Slika 72: Planetno gonilo in pripadajoči diagram obodnih hitrosti a) r očica miruje, b) r očica se giblje Preglednica 10: Vrste planetnih gonil in enačbe vrtilnih frekvenc Vrsta in shema planetnega gonila

Prestava stabilnega gonila

Enačbe vrtilnih frekvenc  r 2 r 3  r  r  n1  2 3  n3  n S  1     r 1 r 2' r  r   1 2'   r 2 r  n1  2  n2  1  r 1  r 1

  n S   

Uvod in osnove

2AA

r S  r 1 r 2 r 3 r 2 '

r  i12  1 r 2 r  i23  3 r 2 ' r   r  i13  2 3 r 1  r 2'

1A

r S  r 1 r 2 r 2

i12  r 1

 r 2 r  1 n1  2  n2   r 1  r 1

   nS   

r S  r 1 r 2 2II

1I

2AI

r S  r 1 r 2 r 3 r 2 '

i12  r 1

 r 2 r 3  r  r  n1  2 3  n3  1   n S    r 1 r 2 ' r  r   1 2' 

r  i23  3 r 2'

 r 2 r  n1  2  n2  1  r 1  r 1

r 2

r   r  i13  2 3 r 1  r 2 '

  n S     r 3  r  n2  3  n3  1  n S    r 2 ' r   2' 

r  i12  2 r 1

 r 2  r  1   n1  2  n2  nS    r 1 r   1

r S  r 1 r 2

r S  r 1 r 2 r 3 r 2'

1AI r  r  r S  r 1 r 2 r 3 r 2  1 3 2

r  r  r 2  3 1 2

r  i12  2 r 1

 r 2 r 3  r  r  n1  2 3  n3  1   n S    r 1 r 2 ' r  r   1 2' 

r  i23  3 r 2

 r 2 r  n1  2  n 2  1  r 1  r 1

r   r  i13  2 3 r 1  r 2'

 r 3 r  n2  3  n3  1  r 2'  r 2'

  n S      n S   

i12  r 1

 r 3  r  n1  3  n3  1  nS    r 1 r   1

r  i23  3 r 2

 r 2 r  n1  2  n2  1  r 1  r 1

  nS   

r  i13  3 r 1

 r 3 r  n2  3  n3  1  r 2  r 2

  n S   

r 2

2 r 1 r 2  S  r 1  1 : r 1   r 2 

(73)

 r 2  r  1  2  2   S    1    r 1 r   1

(74)

Planetna gonila

Če v to zadnjo enačbo vstavimo izraze za prestavo stabilnega gonila, dobimo osnovno enačbo  planetnega gonila, ki povezuje kotne frekvence:

1 i12  2 (1 i12 )  S   

(75)

Če to enačbo delimo s π /30, pa dobimo enačbo, ki povezuje vrtilne frekvence: n1 i12  n2 (1 i12 )  nS    S tem smo spet dobili

(76)

osnovno enačbo planetnega gonila  (64).

z valjastimi zobniki s pripadajočimi enačbami  prestav stabilnih gonil in enačbami za planetna gonila. Te enačbe so izpeljanke OEPG. Na osnovi napotkov v tej preglednic i lahko izračunamo prestave v osnovnih vrstah planetnih gonil. Iz V preglednici 10 so navedene osnovne vrste PG

 preglednice 10  je lepo razvidno, da je vsako prestavno razmerje kateregakoli planetnega gonila

odvisno od prestavnega razmerja stabilnega gonila. Vidimo tudi, kar je že bilo omenjeno, da je vsako planetno gonilo mogoče uporabiti za več načinov (prestav) in  da se vsako planetno gonilo lahko obnaša kot stabilno gonilo, če seveda ročica miruje. Že iz samih enačb se lahko lepo ugotovi za koliko načinov uporabe lahko uporabimo enostavno trigredno planetno gonilo.  Oznaka vrste PG  je sestavljena iz številke 1 ali 2 (1 –   navadni planetnik, 2  –   dvojni planetnik) in črk A in I, ki opišeta vrsto sončnikov v PG (A –  sončnik z zunanjim ozobjem in I –  sončnik z notranjem ozobjem) –  slika 73. os planetnika z

vležajenjem

sončnik z notranjim ozobjem –  gred 3

 planetniki (enojni)

nosilec planetnikov –  gred S

sončnik z zunanjim ozobjem –  gred 1

Slika 73: Planetno gonilo z valjastimi zobniki brez ohišja  vrste 1AI –  3D-model

5 .2 G r a dn i k i p l a n et n i h g on i l Za gradnike planetnih gonil lahko uporabimo, kinematično gledano, kolesa različnih oblik  in izvedb. Najbolj pogost a so zobniška, ki pa so lahko valjasta in stožčasta. V planetnih gonilih se uporabljajo tudi torna kolesa, slika 77.  Največ se govori in piše o uporabi planetnih gonil z valjastimi zobniki.

Gradniki planetnih gonil

5.2.1

Planetna gonila z valjastimi zobniki

V glavnem bomo govorili o gonilih z valjastimi zobniki, zato je na tem mestu samo slika modela PG (slika 73) z valjastimi zobniki zaradi neposredne primerjave s PG s stožčastimi zobniki, slika 74. 5.2.2

Planetna gonila s stožčastimi zobniki

 Na nekaterih področjih pa prevladujejo planetna gonila s stožčastimi zobniki. T a imajo nekatere specifičnosti. Tudi za njih velja jo osnovna enačba planetnega gonila in  problemi, ki izhajajo iz razmerja zob, da lahko vgradimo izbrano želeno število planetnikov, enakomerno ali ne. Slika 75 kaže primer planetnega gonila s stožčastimi zobniki. Opazimo neko specifičnost, in sicer da je za razumevanje dobro narisati diagram hitrosti v dveh pogledih, ker se šele iz tega nazorno pokažejo vse razmere. Tudi za planetno gonilo s stožčastimi zobniki (slik i 74 in 75), ki jih uporabljamo kot izravnalna gonila (diferenciali) v gradnji motornih vozil, velja OEPG:

n1 i13  n3 (1 i13 )  nS   

(77)

Ponavadi je

 z 1 = z 3 

(78)

r 1 = r 3 

(79)

in zato je tudi

iz česar sledi stabilna prestava i13 =  – 1

(80)

 pri blokirani ročici je potem

(81)

n1 = – n3 

enačba vrtilnih frekvenc se poenostavi in dobimo:

n1 n3 2  nS   

(82)

krožnikasti zobnik  ročica sončnik   polgred

 b)

 planetnik  pogonski pastorek

c)

a) Slika 74: Planetno gonilo s stožčastimi zobniki –  3D-model a) sestava diferenciala, b) vožnja naravnost, c) vožnja v ovinek 

Razmerja obodnih in vrtilnih frekvenc so razvidna iz diagramov hitrosti (slika 75 a, b, c). Priporočljivo je, da rišemo obodno hitrost tudi v narisu. Enako velja tudi za sile, tako da na ta način lahko določimo momente, moči in izkoristke. Uporabljena je enačba 82.

Planetna gonila

 pogon iz men alnika

Princip delovanja avtomobilskega diferenciala

2 n1

3

n3

ležaj 3

1

Vožnja v ovinek  Vožnja naravnost

Brez pogona na S

S, nS

S

1

1

13S

nS  0, n2 0

nS  0, n2 0

n2 0

n1 n3

nS  (n1 n3 ) / 2

nS  n1 n3

2

3 2

S  – ročica – ohišje diferenciala 1,3 – sončnika –  na polgredeh 2  –  planetnika, lahko jih je več

S 3

S

1

3 2

3 S

1

S

1

a)

 – so v ohišju prosto vrtljivi

2

 b)

c)

Slika 75: Planetno gonilo s stožčastimi zobniki v stranskem ris u in tlorisu a) ni pogona – vrtimo eno polgred (kolo) (ročica stoji) , b) neenaka hitrost vrtenja koles pri vožnji v ovinek, c) vožnja naravnost in enak odjem moči na obeh kolesih 5.2.3

Torna planetna gonila

gonilo s tornimi kolesi. Normalna sila se ustvari z elastično deformacijo zunanjega votlega obroča, ki je izdelan pod mero ali pa tako, kot je prikazano na sliki  Na sliki 76 je prikazano planetno

77, tj. da gonilo opremimo s posebno stiskalno napravo, ki zagotavlja le tako veliko normalno silo,

kot jo potrebujemo za prenašanje vrtilnega momenta.  F n

 F n  F t 2r 2 r 1

 F t

2 F t

2 F t  F t

 F n

 F n

Slika 76: Gonila s tornimi kolesi in konstantno prestavo

V drugem primeru je notranji sončnik sestavljen iz dveh stožčastih delov. Ta dva dela se zaradi zunanje obremenitve oziroma momenta stiskata skupaj s čelnimi zagozdami. Oba konična dela notranjega sončnika zagozde stisnejo skupaj, zato se poveča delovni premer notranjega sončnika, kar povzroči radialno pritisno silo, ki zagotavlja dovolj veliko obodno silo. Zaradi simetrične razporeditve dveh ali več  planetnikov radialne oziroma normalne sile ne povzročajo obremenitev ležajev. Ležaji so v gonilu zgolj zato, da vodijo torna kolesa in prenašajo zunanje obremenitve, ki delujejo na vstopno in izstopno gred gonila. Okoli sončnika namestimo toliko planetnikov kot le lahko. Tako razporedimo celotno obodno silo na čim več dotikalnih točk. Planetna gonila s tornimi kolesi tečejo zelo mirno in tiho.

Gradniki planetnih gonil

nosilec planetnikov votel sončnik 

os planetnikov

 planetnik

ohišje

 poln sončnik 

izstopna gred

vstopna gred

 poln  pomik

sončnik  strmina

sistem za napenjanje

zasuk

ležaj

krogla vstopna gred Slika 77: Planetno gonilo s tornimi kolesi

5 . 3  M o n t a ž a p la n e t n ik o v  Na ročici se ponavadi nahaja več planetnikov, slika 78, ki so lahko po obodu ročice razmeščeni enakomerno, ali tudi neenakomerno. Načeloma v planetnem gonilu zadošča   le en planetnik in gonilo deluje. Enakomerna razporeditev planetnikov po obodu pa je smiselna zato, ker tako

razbremenimo ležaje sončnikov, saj se radialna obremenitev teh ležajev zaradi simetrije  planetnikov lahko povsem odpravi, hkrati  pa je gonilo mnogo bolje masno uravnoteženo. os planetnika nosilec planetnikov

 planetnik

sončnik 

a)

 b)

c)

Slika 78: V planetno gonilo lahko vgradimo enega ali več planetnikov a) en planetnik, b) dva planetnika, c) trije planetniki

V vsako planetno gonilo je načeloma možno vgraditi vsaj en primeren pl anetnik, slika 78a. Seveda morajo biti zobje zobnikov, ki ubirajo, med seboj usklajeni. Za vgradnjo več planetnikov, ki so po obodu enakomerno razporejeni, pa morajo biti izpolnjeni določeni pogoji. Prvi pogoj je ta, da morajo biti vsi planetniki popolnoma enaki, slika 79 (planetnika pod a in b nista enaka, čeprav imata enako število zob) .

Planetna gonila

 b)

a)

Slika 79: Dvojni planetnik a) pozicionirano ozobje, b) nepozicionirano ozobje

Pri izdelavi enojnih planetnikov zobnik z luknjo, slika 80.

ni težav glede enakosti pri izdelavi, saj je planetnik zgolj

Slika 80: Običajna oblika enojnega planetnika

Pri dvojnih planetnikih pa moramo biti pozorni na medsebojni odnos obeh ozobij. Ozobji morata biti med sabo nekako povezani - pozicionirani. Na vseh planetnikih, ki se vgradijo v eno gonilo, morata biti obe ozobji v enakem položaju eno na sproti drugemu, vgradnja pa je mogoča samo, kadar so vsi planetniki tudi pravilno postavljeni na nosilec planetnikov v odnosu na oba sončnika. Poleg pogoja, da so vsi  planetniki enaki, pa mora

biti za vgradnjo več planetnikov izpolnjen še  pogoj, da je nosilec planetnikov možno zavrteti v predvideno pozicijo za montažo naslednjih  planetnikov. Predpostavimo, da smo v planetno gonilo vrste 2AI vgradili prvi planetnik, slika 81. Potem bi

lahko bil postopek montaže za vgradnjo naslednjega planetnika naslednji: Sončnik 1 zavrtimo za N' delitev v smeri urnega kazalca. Medtem votli zobnik 3 miruje! Ročica S se zato premakne za kot δ 1 in zavzame položaj S 1 (slika 84). Sončnik 1 fiksiramo. Votli zobnik  z 3 zavrtimo za eno ali N  delitev v smeri nasprotno od urinega kazalca. Ročica S se premakne od S 1 do S 2, torej za kot δ2 (slika 85).  Na isto mesto, kjer je bil v začetnem položaju prvi planetnik, vgradimo novega, ki pa mora biti obrnjen natanko tako kot prvi.

Montaža planetnikov

S 0 = začetni položaj ročice S ob montaži prvega planetnika Slika 81: Položaj

prvega dvojnega planetnika v planetnem gonilu 2AI

Slika 82: Sončnik 1 se lahko zavrti tako, da bo kot zavrtitve ustrezal N' kratniku kota delitve

Sončnik 1 se lahko zavrti za kot, ki ustreza  N'   delitev, slika 82. Os nosilca planetnikov se  premakne na nek drug po ložaj, na prvotno mesto pa je možno vgraditi nov  dvojni planetnik.

Slika 83: Sončnik 3 se lahko zavrti tako, da

bo kot zavrtitve ustrezal N' kratniku  kota delitve

 Nosilec planetnikov premaknemo z izhodiščnega položaja S 0 na novi položaj S 1  tako, da sončnik 1 zavrtimo za kot φ 1, slika 84. Na začeten položaj, kjer je bil prej S 0, je možno vgraditi nov  planetnik!

Planetna gonila

360

1  N '

 z 1

 

(83)

 N' = število delitev na zobniku 1

Slika 84: Sončnik 1 se zasuče za kot φ 1, ročica se zavrti za kot δ 1 (sončnik  3 miruje)

 Nato nosilec planetnikov premaknemo s  prejšnjega položaja S 1 na položaj S 2 tako, da sončnik 3 zavrtimo za kot φ3, slika 85. Na začeten položaj, kjer je bil S 0, je možno vgraditi novi planetnik!

Tak postopek je pomemben zaradi izračuna, v praksi pa pri montaži planetnikov lahko postopamo enostavneje. Vstavimo prvi planetnik. Blokiramo en sočnik, drugega pa vrtimo tako dolgo, da se ročica zavrti za kot delitve planetnikov in vstavimo drugi planetni k, ki pa mora biti obrnjen (pozicioniran) natanko tako kot prvi …

360

3  N  

 z 3

 

(84)

 N = število delitev na zobniku 3

Slika 85: Sončnik 3 se zasuče za kot φ 3, ročica se zavrti za kot δ 2 (sončnik 1 miruje)

Z enačb ami planetnega gonila opišimo prestave zasukov v planetnem gonilu vrste 2AI, slika 86.

Slika 86: Splošna slika planetnega gonila vrste 2AI

najdemo enačbo, ki za to vrsto planetnega gonila povezuje vrtilne frekvence sončnikov in nosilca planetnikov: V preglednici 10

 r 2  r   r  r 3    n1  2 3  n3  1 nS      r 1  r 2' r  r    1 2' 

(85)

Montaža planetnikov in uporabimo enačbo planetnika vrste 2AI ter izračunajmo zasuk nosilca planetnika za primer, ko sončnik 3 miruje ( n3 = 0), za večkratnik delitve pa sučemo sončnik 1. Predpostavimo, da poznamo geometrijske podatke,

 r 2  r 3    n1  1 n S     r    r   1 2'   r 2  r 3    n1  1 nS   r    r   1 2' 

S   1 

(86)

ali

S  

1    r 2  r 3

(87)

1 r 1  r 2 '

1  1   r 2  r 3

(88)

1 r 1  r 2'

360

  oziroma 1   z 1 N '  360  

1  N ' 

zasuk ročice pri mirujočem zobniku 3

 z 1

(89)

število delitev zobnika 1

Izračunajmo

zasuk nosilca planetnika še za primer, ko sončnik 1 miruje ( n1 = 0), za večkratnik delitve pa sučemo sončnik 3.  r 2  r 3    1  n3  nS     r    r 1  r 2 ' r   1 2'  r 2  r 3

(90)

r 2  r 3

r 2  r 3

r   r  r   r  3   nS   1 2'  n3   ali S   1 2 '  r 2  r 3 r 2  r 3 1 1 r 1  r 2 ' r 1  r 2'

(91)

r 2  r 3

S  2 

r 1  r 2'  3   r 2  r 3

(92)

1 r 1  r 2 '

360   oziroma 3   z 3 N   360   3  N    z 3

zasuk ročice pri mirujočem zobniku 1

(93)

število delitev zobnika 3

Izračunali smo zasuk ročice za vsaki primer vrtenja sončnikov. Najmanjši kot, za katerega se lahko premakne ročica, pa je razlika obeh izračunanih kotov, δ 1 in δ2. r 2  r 3 r   r  ' 1  1  1 2  3   r 2  r 3 r 2  r 3 1 1 r 1  r 2 ' r 1  r 2 '

 2  1 

(94)

  z 2   z 3          3    z   z  '  z   z  ' 1 2 1 1 2 '   z 1   z 2 '  z 2   z 3   z   z   1 2





1

1

 z 1   z 2 '  z 2   z 3

  z 1   z 2 '  z 3   1  z 2  3  

(95)

(96)

Planetna gonila

1



 z 1   z 2 '  z 2   z 3 360 



 z 1   z 2 '  z 2 '  z 3

  z 2 '  N ' 360   N   360     z 2 

(97)

   z 2 '  N '  z 2  N   

(98)

Pri tem je:  z 2 = število zob zobnika 2  z 2' = število zob zobnika 2'  N  = število delitev zobnika 1, za katero smo ta zobnik zavrteli pri mirujočem zobniku z notranjim ozobjem 3  N ' = število delitev zobnika 3, za katero smo ta zobnik zavrteli pri mirujočem zobniku z notranjim ozobjem 1 { z 2', N ', z 2, N } Є cela števila Vrednost oklepaja lahko zavzame vrednost 0, ±1, ±2, ±3 … Absoluten minimum, to je δ = 0, je tehnično nezanimiv, ker nam pove, da lahko planetnik na nekem mestu vzamemo ven in ga spet damo na isto mesto. Domnevamo lahko, da se enačba poenostavi, če uvedemo skupni delitelj T . T   360 

 z  '  z     N ' 2  N    2   z 1   z 2 '  z 2   z 3 T  T 



(99)

T  = največji skupni delitelj števila zob zobnikov  z 2 in z 2'  Vrednosti v oklepaju lahko tako dolgo spreminjamo, da bo vrednost oklepaja 1. To daje tudi

najmanjša vrednost kota za katerega lahko zasučemo nosilec planetnikov. min 

T   360 

 z 1   z 2 '  z 2   z 3

 

(100)

δmin = najmanjši možni zasuk nosilca planetnikov, da lahko na začetno mesto vgradimo drugi  planetnik

Razume se, da lahko vrednost oklepaja zavzame še vse druge vrednosti: 1, 2, 3, … To pomeni, da lahko naslednji planetnik montiramo na vsak kot zasuka ročice, ki je mnogokratnik kota δ min. k  

T   360 

 z 1   z 2'  z 2   z 3

(101)

δ = možni zasuk nosilca planetnikov, da lahko na začetno mesto vgradimo drug planetnik  k  = poljubno celo število: 1, 2, 3, … T = največji skupni delitelj števila zob planetnika z 2'  in z 2  z 1 , z 2 , z 2', z 3 = število zob zobnikov v planetnem gonilu 2AI Z dosedanjo analizo geometrijskih razmer v gonilu smo odkrili, da teoretično lahko vsak naslednji planetnik montiramo na položaj, ki bo s prvim planetnikom oklepal takšen kot, ki je večkratnik δmin. Postavlja pa se vprašanje, ali je tudi kot, na katerem si mi želimo montirati nov  planetnik, večkratnik δmin in je dovolj prostora za montažo naslednjega planetnika, slika 87. Kot, na katerem naj bo montiran planetnik,

znaša:

360



 p

 

(102)

Ta kot je hkrati tudi večkratnik najmanjšega kota, za katerega lahko zasučemo ročico: 360 



 p



k  T   360 

 z 1   z 2'  z 2   z 3

 z    z 2'  z 2   z 3

 k   1

 p  T 

 

(103)

Če je k celo število, lahko planetnike enakomerno namestimo po obodu ročice na vsakih:

Montaža planetnikov k  min  

(104)

1

S 2

3

1 – sončnik  2 – štirje ( p) planetniki 3 – votli sončnik S – ročica –  nosilec planetnikov   –  kot razporeditve planetnikov

Slika 87: Položaj planetnika na ročici je odvisen od števila

planetnikov

Če pa k  ni celo število, planetnikov po obodu ne moremo enakomerno namestiti. Načeloma je  planetnike na ročico seveda mogoče namestiti tudi neenakomerno. Taka konstrukcija bi bila  primerna za manjše hitrosti. Težko si je zamisliti, da bi bili delilni koti na nosilcu s tremi planetniki na primer takšni: 118,2°, 120,9° in 120,9°. r S

r k2

  p > ni  prostora

  p < a)

 b)

Slika 88: Planetniki morajo imeti dovolj prostora, da jih lahko vgradimo a) dovolj prostora za planetnike,  b) ni dovolj prostora za štiri planetnike

Toda tudi ,

če so vsi plan etniki izdelani popolnoma enako in je zagotovljeno, da jih je možno montirati enakomerno po obodu, še vedno ne moremo biti prepričani, da jih bomo res lahko na ročico tudi namestili. Izpolnjen mora biti namreč še tretji pogoj. Planetnike je možno vgraditi le, če  je to tudi fizično mogoče; pravzaprav  jih lahko vgradimo zgolj , če je njihov kot vgradnje manjši , kot je delilni kot na nosilcu planetnikov, slika 88 ter enačbi (105) in (106). sin

 p 2

d k 2

2  r S 

d k 2

r 1 r 2 2

 pri čemer  mora biti

 

(105)

 p  

(106)

Preglednica 11  prikazuje specifična

gonila in podaja enačbe za izračun pogoja kota, ko gre za  poljubno razporeditev planetnikov in enačbo za k , ki mora biti celo število za enakomerno razporeditev planetnikov na ročici. Takšne  preglednice s pridom uporabljamo pri praktičnem izbiranju števila zob zobnikov. Glej primere kontrole vgradnje planetnikov. Preglednica 11: Koti in pogoji za števila zob za Izvedba gonila –  shema

Oznaka gonila

nekatera planetna gonila

Pogoj kota

Pogoj števila zob /  p za 360

Planetna gonila



2AA, 2II



k  T   360 

 z 1   z 2 '  z 2   z 3

k   T   360 

 z 1   z 2 '  z 2   z 3

 z    z  '  z    z  k   1 2 2 3  p  T 

 z    z  '  z    z  k   1 2 2 3  p  T 

S

n2

1

2AI

2

1AI 3

nS

k  360



 z 1  z 3

 z   z 3 k   1  p

n3

n1 3 2' S 2 n1

k  360

1

 z   z  k   3 1  p

2 S 2' nS n1

1 n3 2 S

 z 3  z 1

n3 nS

3 2'

n1



nS

k  360

1



3 n3

 z 1  z 3

 z   z 3 k   1  p

se število zob planetnikov v enačbah redko pojavlja. To pa ne  pomeni, da je lahko poljubno. Premeri zobnikov in njihova števila zob so sorazmerna. Tako dobimo, da je polmer zobnika z notranjim ozobjem enak (P azi: to so kinematični polmeri zobnikov, zato seštevanje in odštevanje polmerov ne moremo razširiti na število zob zobnikov! –  enačbe). Tako je polmer zobnika 3 enak: Kot vidimo iz preglednice,

r 3 r 1 r 2  r 2 '

(predznak »+« pred r 2

velja, če je zobnik 1 z zunanjim ozobjem , pred r 2' pa

če je 3 z notranjim ozobjem)    polmer ročice pa znaša

(107)

r S  r 1 r 2 r 3 r 2 '  (predznak »+ «velja, če je zo bnik 1 ali 3 z zunanjim ozobjem

(108)

in je hkrati medosje obeh delnih gonil  – zobniških

parov 1,  2 in 2, 3 ali 2', 3) Razen že navedenega pa je treba med seboj uskladiti še geometrijske veličine zobnikov.  Najpomembnejši je enak modul vseh zobnikov, ki med seboj ubirajo. Polmer ročice je enak medosjema: sončnik z zunanjim ozobjem –   planetnik in planetnik  –  sončnik z notranjim ozobčanjem ; obe medosji se torej morata ujemati! To pomeni, da morajo biti usklajeni tudi profilni  premiki in koti poševnosti. Zaradi dobre izravnave ozobij in možnosti izdelave vseh zobnikov običajno število zob ustreza enačbi (109).  z 3  z 1  z 2  z 2 '  K   

(109)

 K  je odvisen od števil zob zobnikov in načina izravnave ozobja.  K  je običajno med – 2 in 3.

Pri PG se večinoma uporabljajo ravni zobniki, vendar pri večjih hitrostih vrtenja se zaradi zmanjšanja hrupa uporabljajo zobniki s poševnim ozobjem (osebna vozila). Pri ubiranju zobnikov z

Montaža planetnikov notranjim in zunanjim ozobjem je treba preverjati tudi motnje pri ubiranju in izdelavi (interference).

5 . 4 D i a g r a mi o bo dn i h h i t r o st i i n v r t i l n i h f r ek v en c že pokazanih enačb ali tudi grafično. V dobi računalnikov je dovolj, da analizo opravimo na podlagi sheme , in sicer tako, da narišemo shemo planetnega gonila ter diagram obodnih hitrosti in vrtilnih frekvenc (po Kutzbachu). Iz take grafične analize ugotovimo smer vrtenja posameznih gradnikov in razmerja Delovanje planetnega gonila si lahko zelo dobro predstavimo na osnovi

med njimi, kar je nazorno prikazano na sliki 89. r v3w

3 S

ohišje gred 1

nS

S

vS

gred S v

v1w

n2

n3 = 0

n1

2 v1 = v2

2 1

3

S  H

3 2

1

1

P a)

b)

c)

Slika 89: Grafična določitev hitrosti in smeri vrtenja a) shema gonila, b) diagram obodnih hitrosti, c) diagram vrtilnih frekvenc

n1

r n3 = 0

3

n2

v3 = 0

S

vS ohišje

S

nS

2

2 v1

gred 1

1

gred S

1 v,n

P a) Slika 90: Diagram v in n, združena v

b)

eni sliki (osenčen del je diagram v)

a) shema, b) diagram obodnih hitrosti v in vrtilnih frekvenc n Pristopi k shematskemu risanju diagramov so različni. Tako sta diagrama v in n lahko ločena (slika 89) ali pa združena v eni sliki  (slika 90). Za zahtevnejša in sestavljena PG je primerneje risati vsakega posebej, saj je sicer lahko vse skupaj precej nepregledno.

Možna pa je tudi varianta, kot jo kaže slika 91. Diagrama sta združena, vendar je diagram vrtilnih frekvenc narisan na spodnjo stran.

Če narišemo gonilo v nekem izbranem merilu in izberemo H, lahko iz diagrama dobimo realne vrednosti hitrosti v  in vrtilnih frekvenc n  ob predpostavljenih vrednostih, npr. pogona.

Izračunavanja na takšen način se danes poslužujemo redkeje.

Planetna gonila

Po sliki 91 definiramo merila: v smeri osi  .r   merilo hitrosti l v, v smeri r  merilo dolžin l d in na osi vrtilnih frekvenc ustrezno merilo l n, ki pa izhaja iz prejšnjih dveh meril in ga lahko spreminjamo še z razdaljo  H , izračunamo pa po enačbi 112. m  s l v  A    cm

(110)

l v  je merilo obodnih hitrosti (1centimeter na risbi predstavlja hitrost A metrov na sekundo)

m l d   B    cm

(111)

l d  je merilo dolžin (1centimeter na risbi predstavlja dolžino  B metrov) 1

l v

1

l n    2 l d   H 

  s 1    cm 

(112)

l n je merilo vrtilnih frekvenc (1centimeter na risbi predstavlja vrtilno frekvenco l n v s – 1) r  3 r 2 = 20mm

3

r 3 = 50mm

2 S

S

2 obodna hitrost  r  1

1 2 1

r 1 = 10mm

10

9

8

7

vrtilna frekvenca

6

S 5

4

3

2

 H =2cm

3 1

0

vrtenje v desno

-1

-2

-3

-4

vrten e v levo

Slika 91: Diagrama obodnih hitrosti in vrtilnih frekvenc 5.4.1

Pravila za risanje in analizo diagramov (slika 91)

 –  Diagram obodnih hitrosti se riše le za zgornjo polovico gonila.  –   Na abciso se rišejo obodne hitrosti, na ordinato kinematični polmeri.  –  Vsak element planetnega gonila (sončnik, pl anetnik, nosilec planetnikov) je predstavljen z eno črto. Sončniki se narišejo le s pol črte, planetniki pa s celo črto.  –   Nagib črte, ki predstavlja element, daje podatek o kotni frekvenci tega elementa.  –  Če so črte elementov nagnjene v različne smeri (ene v levo, druge v desno), pomeni, da se elementi vrtijo v različne smeri (eni v levo, drugi v desno).  –  Tangens kota pod katerim leži črta, ki predstavlja element, je enak kotni frekvenci elementa.  –  Element, ki miruje, se nariše z navpično črto.  –  Črte elementov so med seboj povezane v zaključene trikotnike.  –  Diagram vrtilnih frekvenc se riše pod diagramom obodnih hitrosti.  –  Vzporedno z abcisno osjo diagrama obodnih hitrosti povlečemo na razdalji H še eno vzporedno linijo, imenujmo jo skala vrtilnih frekvenc, s kate re bomo odčitavali vrednosti vrtilnih frekvenc.

 –  Vrtilne frekvence se odčitavajo s skale vrtilnih frekvenc na levi in desni strani

Diagrami hitrosti

 –   – 

koordinatnega iz hodišča, ki je definirano s presečiščem skale vrtilnih frekvenc in ordinatne osi. Enoto na osi vrtilnih frekvenc definiramo na osnovi merila obodnih hitrosti, merila dolžin in oddaljenosti H (v metrih). Odčitano vrednost na vrtilnih frekvenc v centimetrih pomnožimo z merilom vrtilne frekvence l n in dobimo pravo vrtilno frekvenco v s – 1.  Nagibi linij, ki predstavljajo posamezne elemente planetnega gonila, so enaki nagibom linij elementov v diagramu obodnih hitrosti.

V prilogi je na primeru prikazano, rezultatov.

kako na podlagi grafične metode   pridemo do realnih

Pri praktičnem reševanju analize planetnih gonil ali sinteze pa narišemo shemo planetnega gonila ter diagrama v in n  z namenom, še enkrat poudarjamo , da nazorno vidimo, smeri vrtenja  posameznih gradnikov in odnose med njimi. To je za nadaljnje delo izjemno koristno. Naslednje

slike kažejo nekaj takšnih primerov. r v3

3 S

n1

vS gred 3

2

2

S

n2r n2 nS

3

S

v1 1

gred S v

n3 3 2

1

1

P gred 1 a)

b)

c)

Slika 92: Shema PG z diagramoma obodnih hitrosti in vrtilnih frekvenc  –  vrtijo se tri gredi a) shema, b) diagram obodnih hitrosti, c) diagram vrtilnih f rekvenc

Razlika med frekvenco vrtenja nosilca planetnikov in planetnika nam da potreben podatek za

izračun ležajev planetnika. Tudi to lahko odčitamo iz diagrama vrtilnih frekvenc. Smer vrtenja  planetnika je manj pomembna od velikosti. Tako je n2r   relativna vrtilna frekvenca planetnika nasproti vrtilni frekvenci nosilca planetnikov  –   torej razlika vrednosti! Seveda sta pri tem  pomembni smeri vrtenja nosilca planetnikov in samega planetnika –  slika 92.  Na sliki 93  je prikazano dvostopenjsko planetno gonilo (1AI + 1AI) za pogon bagra, ki je

nameščeno v pesto kolesa skupaj s pogonskim hidravličnim motorjem. Ohišje gonila, na katerega  je pritrjen nosilec planetnikov druge stopnje gonila (miruje), in pogonski motor sta pritrjena na  pogonsko premo bagra. Skupaj s pestom kolesa, vležajenim na ohišju,  je izdelan zobnik z notranjim ozobjem, ki je skupen obema stopnjama planetnega gonila. Pogon gre od motorja preko gredi na sončni zobnik z zunanjim ozobjem 11. Ta poganja prvo stopnjo planetnega gonila, pri katerem se vrti skupaj s pestom sončnik z notranjim ozobjem. Vrti pa se še nosilec planetnikov S 1,

ki pa je spojen s sončnikom druge stopnje 1 2. Ta pa preko planetnih zobnikov na mirujočem nosilcu planetnikov S 2 vrti sončnik z notranjim ozobjem. Izvedba je zanimiva še zato, ker imajo

 planetni zobniki prve in druge stopnje enako geometrijo ozobja. To seveda ni nujno, saj lahko s spreminjanjem zobnikov (predvsem prve stopnje) spreminjamo prestavo gonila, ki je zato uporabno na različnih vozilih. Pri tem  je treba paziti na to, da, čeprav po velikosti ozobja enaka, sta oba sončnika 11 in 1 2 različna dela in se vrtita vsak s svojo hitrostjo. Na povečanem preseku gonila se to dobro vidi, saj se razlikujeta po barvnem odtenku.

Planetna gonila

31 = 32

31 = 32 S2 = 0

31 = 32

S1

S1

S2 = 0

S2 = 0

S1 12 12

ohišje

11

11

 b)

12

11

c)

1AI 1AI Dvostopenjsko planetno gonilo 1AI+1AI 11, 12 – sončnika prve in druge stopnje S1, S2 –  nosilca planetnikov (S 2 miruje) 31, 32 –  zobnik z not. ozob. (en zobnik)

0

motor  a)

esto

n nS2 = 0 nS1 = n12

d)

n11

Slika 93: Shema, prerez in diagrami hitrosti planetnega gonilo za pogon kolesa bagra a) prerez gonila, b) shema gonila, c) diagram obodnih hitrosti, d) diagram vrtilnih frekvenc

Diagrama obodnih hitrosti ni enostavno narisati, saj vemo samo za hitrost vrtenja motorja n1. Iz obeh povezav v gonilu (n31 = n32 in nS1 = n12) lahko s poskušanjem narišemo še  preostalo. Da lahko narišemo diagram obodnih hitrosti v enem poskusu, pa je najenostavneje izhajati iz hitrosti n3, čeprav je ne poznamo. Iz te točke narišemo povezavo na S2, katere hitrost je enaka 0. V podaljšku te črte dobimo presečišče na polmeru sončnika in s tem hitrost vrtenja sončnika 12. To točko

 povežemo s koordinatnim izhodiščem, dobljeno daljico pa podaljšamo do srednjice planetnikov,

kjer dobimo hitrost nosilca planetnikov S 1. Premica, ki povezuje hitrost pesta in hitrost nosilca  planetnikov S1 seka polmer sončnika 11  in tu dobimo tudi njegovo hitrost. Pomanjkljivost tega  postopka je, da hitrosti niso narisane v merilu. Če to želimo, diagram narišemo še enkrat. Ustrezne

 povezave vzporedno (vzporedne povezave so ustrezno označene z eno, dvema in tremi prečnimi črticami) prenašamo v diagram vrtilnih frekvenc. Iz razmerja dolžin n1 in n3  lahko sklepamo na  prestavno razmerje (cca 30). Opazimo še lahko, da sta smeri vrtenja pogona in kolesa nasprotni.

5 .5 W o l f o va si m b ol i k a Wolfove simbolike si lažje predstavljamo razmere v zvezi s prestav o, momenti ali močmi. Mnogo enostavneje je mogoče prikazati gonilo z nekaj dogovorjenimi znaki, kakor pa  Na osnovi

risati mnogokrat nepregledne in zahtevne skice. Wolfov simbol za PG, je sestavljen iz kroga, kar  predstavlja enostavno PG in treh radialnih iz gonila izhajajočih črt, ki so simboli za gredi. Gred

običajno zaključimo s kratko prečno črto. Če prečni črti pripnemo šrafuro, pomeni, da gred miruje  –  je blokirana. Na koncu simboličnih gredi so vpisane oznake gredi, slika 94.

Wolfova simbolika

2 1. gred

S 2. gred (venec) 3. gred

1

3. gred (ročica)

1. gred (sončnik)

2. gred 3

ohišje a)

 b)

Slika 94: Planetno gonilo narisano z Wolfovo simboliko je enostavnejše a) običajna shema planetnega gonila , b) Wolfov simbol za planetno gonilo Preglednica 12: Predstavitev pogonskih in odgonskih gredi z Wolfovo simboliko Planetno gonilo

Pogon / odgon

Planetno gonilo

Pogon / odgon

nS = 0  blokirano = S  pogon = 1 odgon = 3

 pogon = S  pogon = 3 odgon = 1

nS = 0  blokirano = S  pogon = 3 odgon = 1

 pogon = 1  pogon = 3 odgon = S

n3 = 0  blokirano = 3  pogon = 1 odgon = S

 pogon = 1  pogon = S odgon = 3

n3 = 0  blokirano = 3  pogon = S odgon = 1

 pogon = 1 odgon = S odgon = 3

n1 = 0  blokirano = 1  pogon = S odgon = 3

 pogon = S odgon = 1 odgon = 3

n1 = 0  blokirano = 1  pogon = 3 odgon = S

 pogon = 3 odgon = 1 odgon = S

vpišejo trije momenti: M 1, M 3 in M S. Vsota vseh momentov mora  biti enaka nič! Gred z absolutno največjim momentom je gred s tako imenovanim sumarnim momentom. Označi se tako, da je njen simbol narejen z dvojno črto, slika 95. K simbolom za gredi se lahko

Glede na to, katera gred je pogonska in katera odgonska, lahko enostavno PG deluje na 12 možnih načinov, kar se najbolj nazorno pr edstavi z Wolfovo simboliko, preglednica 12.

Planetna gonila

S S

1

3

1

 podatki: M1 = +10 Nm M3 = +30 Nm MS = – 40 Nm

3

S +10 Nm 1

-40 Nm +30 Nm 3

Slika 95: Številke ob gredeh podajajo vrtilne momente

5 .6  D o l o č e va n j e s il , m o m en t o v i n m o či   Naloga planetnih gonil je spreminjati vrtilne frekvence in vrtilne momente. Le kakšen odstotek

moči, ki teče skozi nje, se pretvori v toploto. Zato za približne analize lahko rečemo, da moč ostaja skorajda nespremenjena; moč na izhodu iz gonila je približno enaka moči, ki vstopa v goni lo. Izkoristek planetnih gonil je zelo visok. Vedno pa ni tako. Zato si bomo najprej ogledali, kako se  porazdelijo sile na planetnike, zakaj in kako se pretvarjajo momenti ter kaj se dogaja z močjo, kadar izgub ne upoštevamo, kasneje pa bomo k temu dodali še izgube .

Sile, momenti in moči brez upoštevanja izgub

5.6.1

Sile, momenti, moči, hitrosti in frekvence so v medsebojnih povezavah, tako kot jih že  poznamo pri navadnih gonilih, samo da jih moramo pravilno porazdeliti na tri gredi, ki jih imajo PG.

 P   M    

(113)

 P  = moč, [W]  M = moment, [Nm] ω = kotna frekvenca, [rad/s = s – 1]

2  n



60



n  30

 

(114)

Če pa je vrtilna frekvenca izražena v vrtljajih na sekundo, kotna pa v radianih na sekundo,  potem velja:

n   2 

(115)

Planetna gonila imajo več gredi, ki štrlijo iz gonila. Ker velja pravilo, da se znotraj gonila vsaj teoretično nič moči ne izgubi (zaenkrat zavestno pozabimo na toplotne izgube), je vsota moči na vseh gredeh gonila:

 P 1  P 3  P S  0  

(116)

Ta enačba seveda velja tudi za gonila z dvema gredema. Pri njih je moč tiste tretje gredi, ki je fiksirana za ohišje, enaka nič, saj je njena vrtilna frekvenca enaka nič. Moč neke gredi velja za pozitivno, če teče h gonilu. To pomeni, da ima vrtilni moment isto smer kot je smer vrtenja. Ta gred je definirana kot pogonsk a gred. Če pa moment deluje v nasprotni smeri kot vrtilna frekvenca, se šteje za odgonskega, moč pa  je negativna. Torej, negativna moč teče iz gonila po odgonski gredi.

Kakšne sile delujejo v planetnem gonilu, si najlažje prestavljamo, če najprej narišemo tiste sile, ki delujejo na planetni zobnik. Sile na planetnem zobniku namreč morajo biti v ravnotežju, slika 96. Radialne komponente zobnih sil lahko zanemarimo, saj na planetnik delujejo vedno paroma in so si nasprotne. Ne glede na to, katera gred je pogonska, katera odgonska, sile v planetnem gonilu so v vseh primerih enake, tako po velikosti kot po smeri!

Sile, momenti in moči F3 = F1

sončnik 3

FS = F1 + F3

 planetnik 2

ročica –  nosilec

F1

 planetnikov S

sončnik 1

Slika 96: Sile v planetnem gonilu vrste 1AI

Med obratovanjem planetnega gonila bi se lahko za trenutek zgodilo, da bi sile na eni strani  planetnika postale večje od sil na drugi strani planetnika, slika 97. To bi bila vzpodbuda, ki bi

 planetnik zasukala, in sile bi se izenačile. Enako velja pri enakomernem vrtenju. Ko sile ne bi bile v ravnotežju, bi se gonilo zavrtelo malo počasneje ali hitreje in sile bi se prav tako izenačile. Na ta način gonilo obratuje – sile se vedno izenačujejo.  F 3 > F 1

 F 3 = F 1

 F 3 = F 1

 F S = F 1 + F 3

 F S = F 1 + F 3  F 1

 F 1

 F 1  b)

a)

 F S = F 1 + F 3

c)

Slika 97: Sile na planetniku se vedno uravnotežijo a) ravnotežje planetnika, b) planetnik ni v ravnotežju –  se zavrti, c) ponovno ravnotežje

Iz pogojev ravnotežja sledi, da mora biti vsota mom entov, ki vstopajo in izstopajo iz gonila enaka nič!  M 1  M 3  M S  0  

ali

 M   M  1  3  S  0    M 1  M 1

(117)

 Najprej zapišemo momente z zmnožki ročic in sil, potem pa za planetno gonilo vrste 1AI napišemo ravnotežje momentov, slika 96:  M 1  F 1  r 1  

(118)

r   M 3   F 3 r 3  F 1  r 1 3   r 1

(119)

 r 3   M S    F S   r S    F 1  r 1  1     r 1

(120)

Planetna gonila

 F 1  r 1  F 3  r 3  F S   r S  0 r 1 r 2 r 2 2  r 1 r 2 0  F 1  r 1  F 1   F 1 

ravnotežje je izpolnjeno!  

(121)

Če momente normiramo z M 1, na splošno za vsa planetna gonila velja:  M 3  M 1  M S   M 1  M S   M 3

i13  

(122)

1 i13  

(123)

1 i13



i13

 

(124)

Osnovno enačbo (64) n1 i13  n3  1 i13  nS  najprej zapišemo v normirani obliki: n n 1 i13 3  1 i13 S  0   n1 n1

(125)

Potem ko v osnovno enačbo vstavimo namesto prestav razmerje momentov, dobimo:  M  n  M  n 1  3 3  S  S  0  M 1 n1  M 1 n1

(126)

+ M ... vrtilni moment, ki vrti v smeri urnega kazalca je pozitiven!

 –   M ... vrtilni moment, ki vrti v smeri nasprotno od urnega kazalca, so negativni!

Pri opornih momentih je obodna hitrost enaka nič, zato je tudi moč gredi, ki so povezane z mirujočim ohišjem planetnega gonila , enaka nič. Če zanemarimo izgube, mora biti vsota vseh moči enaka nič.  P 1  P 3  P S  0  

ali

 P   P  1  3  S  0    P 1  P 1

(127)

Moči lahko izrazimo z momenti in kotnim i frekvencami ali vrtilnimi frekvencami, kar je le drugačen zapis osnovne enačbe:  M 1  1  M 3  3  M S   S  0

ali

(128)

 M  n  M  n 1  3 3  S  S  0  M 1 n1  M 1 n1

v normirani obliki

(129)

Za gonila tipa 1AI velja:

 P 1  F 1  r 1  1  

(130)

r   P 3   F 3 r 3  r 1 3  3  F 1  3   r 1

(131)

 r 3   S   1  S     P S    F S   r S    F 1  r 1    r   1

(132)

Za vsa planetna gonila velja:

Sile, momenti in moči  P 3  P 1  P S   P 1  P S   P 3

n

i13 3  

(133)

n1

n

1 i13 S   

(134)

n1

1 i13 nS 



i13

  

(135)

n3

Pogosto eno od treh gredi planetnega gonila blokiramo (ω = 0, P = 0). To običajno pomeni, da  jo trdno spojimo oziroma fiksiramo na ohišje gonila. V takem primeru na temelje oziroma  pritrdilne ležaje deluje ustrezen oporni moment, ki ga moramo nekako prenesti na temelje. Preglednica 13: Pregled kombinacij pogonov in odgonov planetnih gonil

 pogon odgon

Ena gred je fiksna nS  = 0 n3 = 0 n1 = 0 1 3 1 S 3 S 3 1 S 1 S 3

Dve pogonski in ena odgonska gred 1 in 3 1 in S 3 in S S 3 1

Ena pogonska in dve odgonski gredi S 3 1 1 in 3 1 in S 3 in S

pogon odgon

Ena od obeh preostalih gredi je pogonska, druga odgonska. Pri treh vrtečih se gredeh sta lahko dve pogonski in ena odgonska ali ena pogonska in dve odgonski. Vseh možnih kombinacij pogona in odgona je 12, preglednica 13. 5.6.2

Sile, momenti in moči ob

upoštevanju izgub

V planetnem gonilu na splošno nastopajo izgube na vseh ubirnih mestih zobnikov zaradi trenja med zobnimi boki; izgube nastajajo zaradi trenja v ležajih na ročici in v ležajih, kjer so vležajene gredi sončnikov; izgube so posledica trenja v tesnilkah; nastajajo pa tudi zaradi mešanja olja, če gre za mazanje v oljni kopeli, slika 98. izgube zaradi zobnega ubiranja

izgube v ležajih izgube v ležajih

izgube v tesnilkah

izgube zaradi mešanja olja Slika 98: Izgube v planetnem gonilu 5.6.3

Sklopna, kotalna in jalova moč

Kot je že od prej znano , se vsako planetno gonilo lah ko obnaša kot planetno (glej OEPG in sliko 98), kot klasično –   stabilno gonilo (slika 100), če ročico zavremo , ali pa tudi kot zobniška sklopka, če se ročica vrti enako hitro kot ena od drugih gredi (slika 99). Oglejmo si ti dve skrajni možnosti obratovanja PG.

Sklopna moč

Planetna gonila

V primeru obratovanja planetnega gonila, ko je nosilec planetnikov trdno povezan z enim od sončni kov, se zobniki v planetnem gonilu sploh ne vrtijo  proti ročici in drugim zobnikom. To je 'blokada ali zapora planetnega gonila', slika 99. Moč se prenaša kot pri sklopki, zato tako moč imenujemo tudi sklopna moč . V tem mejnem p rimeru rečemo, da je vsa moč, ki se pretaka skozi gonilo, zgolj sklopna moč. Gonilo dejansko sploh ne opravlja funkcije gonila –  prestava gonila je

ena. Gonilo ima zgolj funkcijo nekakšne sklopke. sklopke. Sklopna moč je enaka produktu hitrosti vrtenja ročice in o bodne sile, ki deluje na planetnike, oziroma produktu kotne frekvence vrtenja ročice in momenta, ki poganja ročico. Pri samem vrtenju ročice oziroma nosilca planetnikov se ne pojavi ubiranje zob, ampak samo prenos vrtilnega momenta pri določeni hitrosti,  podobno kot  pri sklopki. Od tod tudi ime: sklopna moč. Pri PG ( o PG v bistvu govorimo samo, kadar se ročica  vrti) se sklopna moč pojavi vedno. Pri takem vrtenju v gonilu izgube zaradi ubiranja zob ne nastanejo.

izgube v ležajih zapora,

 blokada (čep)

izgube v tesnilkah

izgube zaradi mešanja olja Slika 99: Izgube v planetnem gonilu pri 'blokadi'

oziroma izgube pri sklopni moči

To je situacija, ko se v planetnem gonilu ustvarja najmanj izgub. Pravzaprav se zobniki med seboj relativno sploh ne premikajo (tudi gred ročice z ročico se vrti z enako kotno frekvenco) , zato

izgub zaradi zobnega ubiranja in izgub zaradi trenja v ležajih planetnikov sploh ne more biti. biti . izgube zaradi zobnega ubiranja

izgube v ležajih izgube v ležajih

ročica je blokirana

izgube v tesnilkah

izgube zaradi mešanja olja

Slika 100: Izgube v stabilnem PG

Kotalna moč

Sile, momenti in moči Drugi mejni način obratovanja planetnega gonila je obratovanje s stoječo ročico,   slika 100.   vsi zobniki se vrtijo samo okoli lastnih osi. Tako PG je stabilno gonilo. Vsa Ročica je blokirana –  vsi moč se prenaša z ubiranjem (kotaljenjem) zobnikov. Zato to vrsto moči imenujemo kotalna moč. Ker zobniki ubirajo drug z drugim (se kotalijo med seboj), nastanejo izgube. Izgube zaradi ubiranja

v stabilnem gonilu pa znamo določiti. Izgub je ravno toliko kot pri običajnem (stabilnem) gonilu. Pri vsakem PG, pri katerem se ročica vrti s kotno frekvenco, ki se razlikuje od kotne frekvence katere koli druge gredi tega gonila, se nekaj moči prenaša kot kotalna moč in nekaj kot sklopna moč – enačbe – enačbe 144, 145 in 146. Posamezne gredi se lahko vrtijo v istih ali nasprotnih smereh, kar je odvisno od velikosti in razporeditve posameznih koles. Kam in kako se vrtijo posamezne gredi, nam pove stabilna prestava PG. Kadar se dve gredi, na katerih so kolesa (zobniki ali torna kolesa), ki ubirajo med seboj, vrtita v isti smeri, je relativna

hitrost kotaljenja (ubiranja) med njima manjša. Tako je tudi kotalna moč, ki se prenaša med njima  preko teh koles, manjša. Če pa se gredi vrtita v različnih smereh , je relativna hitrost večja in s tem kotalna moč. različne  in prav tako tudi izkoristki PG. Glede na to, je treba dobro  poznati dogajanje na mestih izgube. Če menimo, da so izgube v tesnilih, ležajih in ob pljuskanju Zaradi tega so izgube

olja poznane ter za skoraj vse primere uporabe planetnega gonila enake, je treba izgubam na ubirnih mestih posvetiti največ pozornosti. pozornosti. Ugotoviti namreč moramo, moramo, kolikšen del dosedanje dosedanje moči  P se prenaša kot kotalna moč  P w in koliko kot sklopna moč P k  k.  Velja naslednje:

 P   Pw  Pk   

(136)

Ker znamo določiti sklopno moč (vemo , kako hitro se vrti ročica), poznamo pa tudi moč na vstopu, lahko enostavno določimo še kotalno moč.  in ker P  ker  P k  Ker je običajno  P w manjši od  P  in k  ne povzroča izgub v ozobju , je izkoristek PG večji od izkoristka stabilnih gonil. Toda pozor! Včasih so znotraj planetnega gonila taki pretoki moči, ki  pripeljejo do velikih  P w; v takih primerih ne velja, da je izkoristek PG večji od izkoristka SG. Takrat moramo biti še posebej pozorni. V PG se pojavijo delna gibanja, ki so odvisna od prestavnih razmerij med posameznimi gredmi

in se razlikujejo od kotne frekvence ročice. Posamezne gredi se lahko vrtijo v istih ali nasprotnih smereh, kar je odvisno od velikosti in razporeditve posameznih koles. Kam in kako se vrtijo  posamezne gredi, nam pove stabilna prestava PG. Kljub temu pa včasih ni enostavno določiti  pravilnih smeri vrtenja. Imamo dve možnosti : Kadar sta k otalna otalna in sklopna moč sta manjši od dovedene moči, govorimo o delitvi moči v planetnem gonilu . Problem nastane, takrat kadar je ena od moči večja od dovedene moči . V takem primeru govorimo o  jalovi moči v PG.

Določitev sklopne in kotalne moči s pomočjo diagramov di agramov hitrosti  Najlaže si predstavljamo in izračunamo velikosti kotalne in sklopne moči na osnovi sheme gonila in diagrama hitrosti  –  tako kot gonilo v resnici deluje. Potem narišemo še dva delna diagrama hitrosti. Hitrosti razstavimo na dva dela: Pri prvem je kotna frekvenca ročice enaka kot  pri normalnem delovanju, vse gredi pa se vrtijo z enako kotno frekvenco  –  tako   tako dobimo razmere, ko se moč prenaša kot v sklopki. Pri drugem ročico ustavimo (kotna frekvenca ročice je enaka nič).  Narišemo oba diagrama. Če smo narisali prav, morajo biti vse vsote delnih hitrosti posameznih gredi enake dejanskim hitrostim teh gredi. Vsota diagramov pri čistem kotaljenju in sklopki mora  biti enaka diagramu diagramu normalno delujočega delujočega planetnega planetnega gonila. Postopek Postopek lahko vidimo iz diagrama diagrama 7.

Planetna gonila

gonilo (normalno delovanje) = gonilo (sklopka) + gonilo (ubiranje) n3 = 0

moč gonila

1AI

sklopna moč vS 

vS  S 2' 3

 P do do

=

v3 = 0

2 1

n1 = n3 = nS 

nS = 0

+

kotalna moč  – v3

v3

vS = 0 v1w = v1 – v1k 

v1k 

v1  P od  od 

n1

nS = n1 = n3

nS 

n3 a)

n1     w

     P

 P do do

 P V  V   P od  od 

 b)

      k

     P

Diagram 7: Delitev moči na kotalno in sklopno a) diagram hitrosti , b) tok moči

Jalova moč Jalova moč se pojavi , kadar je sklopna ali kotalna moč večja od dovedene moči. Kadar sta tako obe delni moči (sklopna in kotalna) različnega predznaka (njuna vsota j e vedno enaka zunanji moči), je lahko kotalna ali sklopna moč večj a (po absolutni vrednosti) od zunanje koristno uporabljive moči (večja od moči pogonskega(ih) motorja(ev)). Ta moč je navidezna in praktično neuporabna, zato jo poimenujemo  jalova moč. Jalova moč, ki poveča kotalno moč , slabo vpliva na delovanje PG (glej diagram 9). Zaradi dodatnih izgub na mestih ubiranja manjša izkoristek PG in povzroča njegovo dodatno segrevanje. Te izgube so lahko precej večje od običajnih izgub, ki se pojavijo ob ubiranju navadnega zobniškega para oziroma pri stabilnem gonilu. Izkoristek je lahko celo manjši od 50  % - lahko znaša samo nekaj odstotkov. V takem primeru lahko dobimo samozavorna ali zamozaporna PG. Mogoče je še na en način razložiti povečanje kotalne moči. Kadar se pri PG (s tremi gredmi) pri zaviranju (zmanjševanju hitrosti) ročice ena od drugih gredi začne vrteti hitreje,  imamo opravka z  jalovo močjo, ki povečuje povečuje kotalno moč. Sklopna moč je tudi lahko večja od vstopne moči v gonilu. Takrat se kotalni moči spremeni  predznak. Takemu gonilu pravimo tudi protitočno PG (glej diagram 8). Paziti moramo na velikost  jalove moči, saj je treba nekatere dele gonil dimenzionirati na večje moči kot je vstopna moč gonila. Deli gonila, ki so podvrženi obrabi (zobniki, ležaji, gredi), morajo ustrezati kotalni moči. Sklopni moči pa morajo ustrezati deli, ki p restrezajo notranje sile (nosilec planetnikov, os  planetnika).

Pri izračunih je najpravilneje, da uporabljamo vrednosti za hitrosti z ustreznimi predznaki. Pri določevanju pravilnih smeri vrtenja in s tem predznakov hitrosti lahko nastanejo napake.  Najenostavneje preverjamo smeri vrtenja z diagramom hitrosti. Zelo previdni moramo biti (pri

risanju in računanju) v bližini vrednosti prestav stabilnega gonila okoli (+)1. Ker hočemo pravilno

Sile, momenti in moči izračunati vse hitrosti in moči, moramo biti zelo natančni pri izvaja nju, hkrati pa moramo pravilno razumeti delovanje obravnavanega primera PG. gonilo (normalno delovanje) = gonilo (sklopka) + gonilo (ubiranje) n3 = 0

moč gonila

2

sklopna moč

2'

nS = 0

+

kotalna moč

vS 

v1

3  P do

= vS 

S

1

n1= n3 = nS 

v1w = v1 – v1k 

v1k 

v3

v3=0

-v3

 P od 

n1 nS 

a)

 b)

nS=n1=n3

n1     w

     P

 P do

      k

     P

Diagram 8: Sklopna moč je večja od dovedene moči

 P V 

n3

 P od 

(protitočno gonilo)

a) diagram hitrosti, b) tok moči Iz zgornjega lahko zaključimo naslednje: Pri protismernih PG (prestava stabilnega gonila je negativna) je kotalna moč vedno manjša od zunanje moči. Ker se del moči prenaša kot sklopna moč, del pa kot kotalna, dobimo izkoristke , ki so večji kot pri stabilnem gonilu. Pri istosmernih PG (prestava stabilnega gonila je pozitivna) je lahko kotalna moč večja, enaka ali manjša od zunanje moči, zato  je tudi izkoristek istosmernega PG lahko večji, enak ali manjši od izkoristka SG. Velikost kotalne moči je odvisen od toka moči v gonilu. Tok moči je določen z geometrijskimi izmerami zobnikov (koles) v gonilu (prestava SG) in vrsto pogona (tip gonila  –   npr. 2II …). Zaželena je čim manjša kotalna moč.   Za pojme: prestava stabilnega gonila, istosmerno gonilo in  protismerno gonilo glej poglavji Prestavno razmerje stabilnega gonila ter Protismerna in istosmer na  planetna gonila.

Opazili smo lahko, da je bila ena od sončnih gredi (3) blokirana. Pri tem so nastopile tri možnosti, ki so razvidne iz diagramov 7, 8 in 9. Prestavno razmerje med gredema 1 in S (i1S = nS/n1) je lahko pozitivno (obe gredi se vrtita v isto smer) ali negativno, ko se gredi vrtita v

nasprotnih smereh. Pri pozitivni prestavi nastopita dve možnosti: pri velikosti prestave med 0 in 1 (0 < i1S < 1) se vstopna moč deli, pri prestavi večji od 1, pa je sklopna moč večja od vstopne (protitočno gonilo). Mejni primer i1S = 1 pomeni, da je dovedena moč enaka sklopni moči vse gredi  pa se vrtijo z enako hitrostjo  –   gonilo je kot sklopka. Drugi mejni primer je i1S = 0. To pomeni, da se vstop vrti, ročica pa stoji. To se zgodi, kadar sta sončnika 1 in 3 enaka. To pa je mogoče samo  pri istosmernih PG in pri PG s stožčastimi kolesi. Pri negativni prestavi pa je kotalna moč večja od vstopne moči. To je mogoče pri nekaterih protismernih gonilih. Zadnje ugotovitve la hko strnemo v diagram 10.

Planetna gonila

gonilo (normalno delovanje) = gonilo (sklopka) + gonilo (ubiranje) n3 = 0

n1 = n3 = nS 

moč gonila

=

sklopna moč

vS  S 2'

nS = 0

+

kotalna moč

vS  v3

v3 = 0

-v3

3 2  P do

v1

1

v1w = v1 – v1k 

v1k 

 P od 

n1

nS 

n3

nS  n1

n 2, n 2'

a)

      k

     P

 P V 

    w

     P

 P do

 b)

 P od 

Diagram 9: Kotalna moč je večja od

dovedene moči a) diagram hitrosti, b) tok moči

1

 0  1S

izkoristek je boljši od izkoristka stabilnega gonila

 –  2

 –  1 (jalova moč) P w > P do

0

delitev moči

1

2

(jalova moč) Pk > P do

Diagram 10: Izkoristek PG v odvisnosti od prestave gonila

Analitično določevanje kotalne in sklopne moči

3  prestava i1S 

Sile, momenti in moči Planetna gonila v splošnem delujejo tako, da se del moči skozi gonilo prenaša v obliki sklopne moči, drugi del moči pa se skozi gonilo prenaša v obliki kotalne moči. Za izračun ocene izkoristka  je treba določiti, kolikšen delež celotne moči je kotalna moč in kolikšen delež je sklopna moč. Analizirajmo delo, ki ga opravijo obodne sile na posameznih zobnikih, in iz tega

skušajmo

sklepati na strukturo moči, ki se pretaka skozi planetno gonilo. Za lažjo predstavo o tem, kakšna moč se pretaka skozi gonilo, obodn e sile, ki delujejo na kinematskih krogih, nadomestimo s silo uteži. Uteži so obešene na vrveh, ki so napeljane preko vrvenic, ki ustrezajo kinematičnim krogom, slika 101a.  Na sliki 101 b je prikazana si tuacija, ko je planetnik s čepom oziroma z zap oro togo povezan z nosilcem planetnikov. Vsa moč, ki jo planetno gonilo prenaša, je sklopna moč, saj se vrvenice med seboj sploh ne morejo vrteti. Če se sončnik 1 premakne v desno za kot φ S , je na gonilu opravljeno naslednje delo: W  K 1 = F 1 . r 1 .φS  

(137)

Utež na sončniku 1 se je premaknila navzdol. Porabljeno delo. W  K 3 = F 3 . r 3 .φS  

(138)

Utež na sončniku 3 se je premaknila navzdol. Porabljeno delo. W S = –   F S  . r S  .φS    

(139)

Utež na nosilcu planetnikov S se

je premaknila navzgor. Dobljeno delo. S  S 

3

3 2

2 S

 F 3 = F 1 S

        ˙

 F 3

čep

     S

    r

   3

    r

 F S

S

1

     S

        ˙

1    1

     S

        ˙

   1

 F 1

   1

    r

b)

   )      S              ˙    1   –     r    1         (    ˙      S

        ˙

 F 1

 F 3

r 3˙(S  – 3)

     S

    r

1

a)

     S

        ˙

    r

 F S

1

2

     S

        ˙    3

     S

 F S = 2 . F 1

r 3˙3

3

3

    r

c)

   1

    r

 F 1

Slika 101: Slika za pomoč pri razumevanju vrste moči, ki

se pretaka skozi planetno gonilo 1AI a) Obodne sile na zobnikih nadomestimo z vrvenico in utežmi . b) Nosilec planetnikov in planetnik sta s pojena s čepom oziroma zaporo. Sončnik 1 se zasuče za kot φ S . Vsa moč, ki se pretaka skozi gonilo, je sklopna moč.  c) Nosilec planetnikov je zavrt . Sončnik 1 se zavrti v desno za kot φ 1 – φS . Vsa moč, ki se pretaka skozi gonilo, je kotalna moč.  Na sliki 101c)

je nosilec planetnikov S blokiran. Planetno gonilo lahko v takšnem stanju  prenaša zgolj kotalno moč. Sončnik 1 zasučemo v desno za φ 1 - φS  in poglejmo, kakšno delo je bilo opravljeno v gonilu. Najprej zapišimo porabljeno delo, torej tisto, ko se uteži premaknejo navzdol: W W1   = F 1 . r 1 . (φ1 – φS )

(140)

Utež na sončniku 1 se je premaknila navzdol. Porabljeno delo.

Ko zasučemo sončnik 1 v desno za kot φ 1 – φS , potem se sončnik 3 zasuče v levo za kot φ 3 – φS . Utež F3 pa se pri tem dvigne za višino φ 3 – φS . To je dobljeno delo.

Planetna gonila W W3   = –  F 3 . r 3 . (φS  – φ3) Utež na sončniku 3 se

(141)

je premaknila navzgor. Dobljeno delo.

W W3   = F 3 . r 3 . (φ3 – φS )

(142)

Če dobljene izraze za delo delimo s časom t, dobljeno vrednost φ/ t  pa označimo s kotno frekvenco, smemo zapisati:

Pogonska moč na gredi sončnika 1:  

(143)

 S   F 1  S     P 1  P k 1  P w1  F 1  r 1  r 1  1 

(144)

Pogonska moč na gredi sončnika 3:  S   F 3  3 S     P 3  P k 3  P w3  F 3  r 3  r 3 

Odgons ka moč na nosilcu

(145)

planetnika S:

S     P S   F S   r S  

(146)

Moč, ki teče skozi gonilo, se razveji na dva dela: na sklopno moč P K  in na kotalno moč P W. Enačbo za ravnotežje moči lahko torej na splošno zapišemo:  P k 1  P w1  P k 3  P w3 P S  0  

(147)

Oba deleža kotalne moči sta po absolutni vrednosti med seboj enaka:  P w1 P w3  

(148)

Samo kotalna moč se prenaša z izgubami, ki nastanejo na ubirnih mestih, slika 102. Sklopna moč pa se prenaša brez izgub, ki sicer nastanejo na mestu ubira zobnikov. Ob prenašanju ene in druge vrste moči pa seveda nastajajo izgube v ležajih in tesnilkah, prav tako pa so v obeh primerih  prisotne tudi izgube zaradi mešanja olja. Izgubljena moč zaradi drsenja in kotaljenja na ubirnem mestu, ali na kratko izguba, je sorazmerna kotalni moči, slika 103. Pri primerjalnih izračunih je pogosto dovolj natančno, če vstavimo za ν1 = v2 = 0,01. Takrat tore j predpostavimo, da eno ubirno mesto povzroči okoli 1  % izgube. V praksi pa je koeficient izgub ubiranja zobnika z zunanjim in notranjim ozobjem manjši od koeficienta izgub ubiranja dveh zobnikov z zunanjim ozobjem.





 





2AI

2II

1AA

Slika 102: Izgube zaradi prenašanja kotalne moči se pojavljajo na ubirnih mestih

 P V 1  P w1 1 

izguba na ubirnem mestu

 

(149)

 P V 3 3 P w3

izguba na ubirnem mestu

 

(150)

ν1 = 1 – μ1 koeficient izgub na ubirnem mestu   μ1 = izkoristek ozobja na ubirnem mestu  ν3 = 1 – μ3 koeficient izgub na ubirnem mestu   μ3 = izkoristek ozobja na ubirnem mestu 

(151) (152)

Sile, momenti in moči Skupne izgube v gonilu zaradi drsenja in kotaljenja na ubirnem mestu so seštevek posameznih izgub.

 P V   P V 1 P V 3

(153)

Izkoristek gonila, če upoštevamo le dogajanje na ubirnih mestih, znaša:  P od 



 P do

 P do  P V 



 P do

 P V 

1 

 P do

 

ali

 P   P  1     od   od    P V   P do  P od   P V  1  P od 

(154)

 P od  = odvedena moč  P do = dovedena moč  P V = izgube zaradi ubiranja zobnikov

 P k   P od 

 P do

 P w

 P V 

Slika 103: Izgube zaradi ubiranja zobnikov so sorazme rne kotalni moči

5 . 7 I zk o r i st ek p l a n et n i h g o n i l Dokler je pričakovati in se že iz zgradbe PG lahko ugotovi, da bo izkoristek PG dober oziroma večji od SG  je vse v redu. Kaj pa se zgodi, če je izkoristek PG slabši? Če uporabljamo zgoraj opisano metodo ne vemo, k akšen je »pravi« izkoristek. Izgubam v gonilu moramo posvetiti večjo  pozornost in izkoristka ne moremo računati na podlagi te poenostavljene metode.  Novejše raziskave so iskale pot za določevanje izkoristka na podlagi spoznanj in ugotovitev za stabilna gonila. Izhajalo se je iz predpostavke, da je za stabilna gonila na razpolago ogromno meritev, ki bi jih lahko koristno uporabili pri analizi izkoristka planetnih gonil. Že OEPG nekoliko nakazuje pot iskanja odvisnosti PG od SG. V OEPG vidimo, da je vsako prestavno razmerje PG odvisno do prestavnega razmerja SG , ki je enostavno določljivo.

V nadaljevanju bomo opisali pristop za določevanje izkoristka PG na podlagi znanj o SG.  Najvažnejši izkoristek, ki največ vpliva na izkoristek vsakega gonila je izkoristek ubiranja zob  z  . Temu izkoristku je treba  posvetiti tudi največ pozornosti. Ostali izkoristki so več ali manj konstantne vrednosti in znašajo:  –   L 0,98 0,995  –  T  0,99 0,995  –   Pl  0,99 0,995 5.7.1

za vse kotalne ležaje za tesnila pljuskanje olja pri mazanju v kopeli

Izkoristek ozobja  –  ocenjen  z 

 Nekateri avtorji navajajo izkoristek   z  0,99 (0,98) ali 0,995 ne glede na kombinacijo ozobja, ki je v ubiranju. Vemo, da je kombinacija zunanjega valjastega zobnika z notranjim (votlim)

zobnikom ugodnejša, kakor kombinacija dveh zobnikov z zunanjim ozobjem. Izkoristek pa zagotovo zavisi od:

Planetna gonila

 –   –   –   –   –   – 

natančnosti geometrijske izdelave , toplotne obdelave,

hrapavosti površin, kombinacije materialov (parjenje), vrste maziva, načina mazanja itd.

Izkušnje potrjujejo, da je ocenjena vrednost  z  0,99  dokaj realna. 5.7.2

Izkoristek ozobja na podlagi stopnje izgube

 z  1  

(155) 1

1

 z 1

z 2

   f    (  )

 – stopnja izgube

(156)

2 1

»+«

2 1

a)

» –  «

 b)

Slika 104: Ubiranje dveh zobnikov ponazorjenih s kinematskima krogoma a) Ubir dveh zobnikov z zunanjim ozobjem, »+«;  b) Ubir zobnika z zunanjim ozobjem in zobnika z notranjim ozobjem, » – «

V oklepaju velja:

 –  +, če ubirata dva valjasta zobnika z zunanjim ozobjem –  slika 104 a,  –   – , če ubirata votel zobnik  ( z 2) in zobnik z zunanjim ozobjem ( z 1) –  slika 104 b,  –  torni koeficient je (0,06 – 0,08) pri obremenjenem gonilu,  brušenih ali strganih in kaljenih  – 

 bokih zob ter dobrem mazanju,  f  = koeficient ubiranja.

Koeficient ubiranja določimo iz stopnje prekrit ja in sicer: 2

2

 f   1   1  2   l 

   t b

l 

1    1 

t b l 

2  2   

t b

l , l 1 in l 2 = dolžine delov ubirnice

(157) (158)

(159)

(160)

Sile, momenti in moči

3 Stopnja izgube (1 –  ) / %

x

2 q 1



m 0 Profilni premik x1 = –   x2 / – 

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Višina glave q = hk /m / – 

0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

Ubirni kot / °

15°

20°

25°

30°

Modul m / mm

4

3

2

1

Slika 105: Vpliv nekaterih veličin na stopnjo izgube pri

konstantni prestavi in medosni razdalji

 f  ) vstavimo: Praktično lahko za ( 

 –  0,15 za zunanje ozobje  –  faktor K I  –  0,20 za notranje ozobje  –  faktor K II Če razmislimo, ugotovimo, da je stopnja izgube odvisna še od vrste ozobja ( ), koeficienta  profilne premaknitve ( x), višine glave zoba ( q) in modula (m). Izkoristek oz. izgube vseh ubiranj znaša:   z 1 (1  (1  (1  1)  2) n) 

5.7.3

(161)

Izkoristek stabilnega gonila 0

Izkoristek istega gonila se razlikuje po tem ali gonilo deluje kot SG ali PG. Velja:

 –  Vse izgube se obravnavajo enako.  –  Izkoristek ozobja je enak tako za SG kot za PG.  –  Izgube so posledica le dela moči, ki se prenaša kot kotalna moč . Praktična enačba za izračun izkoristka:  P   z    L  T    Pl   P do

S  

 P od 

oz .

1  

 P 

S   do 1    P od 

(162) (163)

Če nas pri enačbi 162 zanima samo notranji izkoristek, ki je posledica izgub ozobja velja: 0  z   

(164)

so konstantne, zato jih lahko upoštevamo čisto na koncu izračuna vseh izgub ali izkoristka   P  lahko privzamemo enačbo 164. Vrednosti   Pl   z ,   L ,  T  in 

Planetna gonila

5.7.4

Karakteristika gonila i0

Za karakteristiko gonila si izberemo pres tavo stabilnega gonila in jo označimo z i0 . Odvisna je

od geometrijskih veličin (premera koles, števila zob). Običajno jo izberemo vnaprej.  Lahko pa jo izračunamo tudi iz vrtilnih frekvenc iz osnovne enačbe planetnega gonila  OEPG (64). Zelo enostaven je prehod iz enačbe 64 (OEPG) na enačbo (166): n1 i13  n3 (1 i13 )  nS   

(64)

to je prestavno razmerje gonila, če ročica stoji  

i13 i0

(165)

n1 i0  n3 (1 i0 )  nS  nS  i0  nS   –  odpravimo oklepaj n1 nS  i0  (n3 nS  )  –  uredimo in iz tega izrazimo i0 n nS  i0  1 n3 nS 

 – izračun karakteristike gonila iz vrtilnih frekvenc  

(166)

Gonila z enako stabilno prestavo i0 so kinematično enakovredna. Iz enačb na sliki 106, enačbe 166 in z upoštevanjem pogojev vgradnje lahko izračunamo število zob posameznih zobnikov PG. 5.7.5

Protismerna in istosmerna planetna gonila

Glede na predznak prestave SG velja naslednji dogovor: i0 < 0  –   kadar sta na vstopni in izstopni gredi SG en zobnik z zunanjim in en z notranjim ozobjem. Če pogledamo obe gredi SG, ugotovimo, da se vrtita v nasprotni smeri. Tako gonilo imenujemo tudi »protismerno« PG ali krajše, po prevodu iz nemščine, »minus« PG. i0 > 0  –   kadar sta na vstopni in izstopni gredi SG oba zobnika z zunanjim ali oba z notranjim ozobjem. Če pogledamo obe gredi SG, ugotovimo, da se vrtita v isti smeri. Tako gonilo imenujemo tudi »istosmerno« PG ali krajše, po prevodu iz nemščine, »plus« PG. 1AI 2

2AI

2A 3

2

2'

2

S

S

2 2'

i0  0  z 1   z 2'

3

S 1

 z    z  i0  2 3 0  z 1   z 2'

Slika 106: Sheme gonil s 5.7.6

3

1 3  z 2   z 3

 z  i0  3 0  z 1

2' S

1

1

2I

 z    z  i0  2 3 0  z 1   z 2'

pripadajočimi karakteristikami

Prestavno razmerje planetnega gonila, i  f  (i0 )

Za gonila, pri katerih se vrtita dve gredi,  je šest možnosti  –   glej tudi prva dva stolpca  preglednice 13. V nadaljevanju smo za vseh teh šest možnosti izračunali prestavo PG v odvisnosti od i0. Dobljene enačbe veljajo za vse osnovne vrste planetnih gonil iz preglednice 10, kjer so že zbrane splošne enačbe za PG s tremi vrtečimi se gredmi in prestavna razmerja SG. 1.) P  –  pogon je na sončniku 1, O v enačbo 166 vstavimo 0 namesto n3!

n nS  n1 nS   i0  1 n3 nS  0 nS 

– odgon je na ročici S, B –  blokiran je sončnik 3 (slika 107):

 i0  nS  n1 nS 

 n1 nS   (1 i0 )

Sile, momenti in moči n i1S   1 1 i0   nS 

(167)

Iz OEPG sledi enako: n1

i13  n3 (1  i13 )  nS 

n1



nS 

1 i13  i1S  1 i0  

(167)

V naslednjih točkah ne bomo več računali iz OEPG , ampak samo iz enačbe 166. O S P

1 3

B

Slika 107: Wolfova shema gonila

2.) P  –  pogon je na ročici S, O – odgon je na sončniku 1, B –  blokiran je sončnik 3 (slika 108): v enačbo 166 vstavimo 0 namesto n3! n nS  n1 nS  i0  1  n3 nS  0 nS 

nS  n1 nS   i0 

n1 nS   (1 i0 ) n 1 1 iS 1  S      n1 1 i0 i1S 

(168)

Dobimo obratno vrednost za prestavo, kot pri točki 1, kar je pri zamenjanih gredeh tudi logično. P S O

1 3

B

Slika 108: Wolfova shema gonila

3.) P  –  pogon je na sončniku 3, O v enačbo 166 vstavimo 0 namesto n1!

n nS  0 nS   i0  1 n3 nS  n3 nS 

– odgon je na ročici S, B –  blokiran je sončnik 1  (slika 109): 1

 n3 nS   (1  )

n 1 i 1 i3 S   3 1   0   nS  i0 i0

i0

(169)

Planetna gonila

O S B

1 3 P

Slika 109: Wolfova shema gonila

4.) P  –  pogon je na ročici S, O – odgon je na sončniku 3, B –  blokiran je sončnik 1 (slika 110): v enačbo 166 vstavimo 0 namesto n1!

n nS  0 nS   i0  1 n3 nS  n3 nS 

 nS  n3 

i0

i0 1

i 1 iS 3  0    i0 1 i3S 

(170)

P S B

1 3 O

Slika 110: Wolfova shema gonila

Zadnja dva primera pa sta gonili z zavrto ročico, kar pomeni stabilno gonilo in nimamo kaj računati. 5.) P  –  pogon je na sončniku 1, O –  odgon je na sončniku 3, B –  blokirana je ročica S (slika 111): v enačbo 166 vstavimo 0 namesto nS! i13 i0  

(171)

B S P

1 3 O

Slika 111: Wolfova shema gonila

6.) P  –  pogon je na sončniku 1, O –  odgon 112): v enačbo 166 vstavimo 0 namesto nS! 1 i31    i0

je na sončniku 3, B –  blokirana je ročica S (slika (172)

Sile, momenti in moči

B S O

1 3 P

Slika 112: Wolfova shema gonila

V vseh teh primerih je enačba stabilnega gonila v principu enaka. To lahko vidimo na sliki 106. Paziti moramo le na pravilne predznake.  z    z  i0  2 3    z 1   z 2'

(173)

 z   pri enojnem planetniku (tip 1AI) je (z2 = z2') se celo poenostavi v i0  3    z 1  z 3

če enega sončnika ni (tip 1I in 1A) pa v i0 

 z 2'

ali

 z 2  z 1

 

(174)

(175)

Zaključimo lahko, da je prestavno razmerje PG i  odvisno od prestavnega razmerja stabilnega gonila in od tega, katera gred je pogonska, katera je odgonska in katera je blokirana, kar bomo imenovali vrsta pogona (VP ).

i  f  (i0 , VP )  

(176)

Enačbe lahko predstavimo tudi grafično (naslednje poglavje, slika 113) 5.7.7

Diagram prestavnega razmerja i  f  (i0 , VP )

Karakteristika i0 je lahko pozitivna ali negativna. Pozitivne stabilne prestave imajo gonila tipov 1I, 2AA in 2II. Imenujemo jih tudi »istosmerna« ali »plus« gonila. Tipi 1A, 1AI in 2AI imajo negativno stabilno prestavo in jih imenujemo tudi »protismerna« ali »minus« gonila. Tako lahko iz

diagrama enostavno razberemo možnosti, ki jih imamo z gonili posameznih tipov. Do zelo velikih  prestavnih razmerij lahko pridemo blizu stabilne prestave i0 = 1, kar pa je mogoče samo pri plus gonilih. Slika 113  prikazuje grafe i1S  , iS 1 , i3S  in iS 3   kot funkcijo karakteristike gonila i0. Pri

najpogostejših PG (tip 1AI), ki so tudi konstrukcijsko enostavna, pa je mogoče doseči prestavna razmerja, ki so za ena večja od stabilne prestave. Praktično uporabna so prestavna razmerja do 20, čeprav so teoretično možna tudi večja. Največ se uporabl jajo gonila s prestavnim razmerjem do 10. 5.7.8

Glavna enačba izkoristka planetnega gonila

Izkoristek gonila je treba poznati, da lahko pravilno določimo moč pogonskega motorja.  Najprej so podane teoretične osnove, po katerih računamo izkoristke planetnih gonil, v nadaljevanju pa so v preglednicah podani že določeni izkoristki za najpogosteje uporabljana  planetna gonila. Izkoristki planetnih gonil so lahko večji ali pa tudi manjši od izkoristka  primerljivega stabilnega gonila.  P do = dovedena (pogonska) moč  P od  = odvedena moč na izstopni gredi  P v = izgubljena moč

Planetna gonila

 prestava planetnega gonila i / –  6 iS1

iS3

5 i1S

2'

2

 z 3 S i  z 2  0  z 1   z 2 '

i3S 4 1

3

3

2 1 iS3 0

 – 6  – 5

 – 4

 – 3  – 2

i3S 2 3

1

 – 1

3

2'

2

S

3

 – 3

1

 – 4  z 2   z 3

 z 3

i1S

 – 5

i0   z 1   z 2 '

i0   z 1

6

 – 2

S 1

5

 prestava stabilnega gonila i0 / – 

 – 1 2

4

iS1

 – 6

Slika 113: Prestavna razmerja kot f (i0)

 P i 0   

(177)

 P do  P od  P v 0  

(178)

 P od   P do

 P   P v

 do

 P do

s 1  

(179)

Zgornja enačba je splošna in velja tudi za PG. Dobimo:  M od   P 

 M od  od 

 p  od    P do

 M 

n

 M 

i

  od  od   do  m   ndo  M do do  M do ndo i

(180)

nod  n i  do   nod 

(181)

 M  im  od     M do

(182)

Za gonilo z dvema vrtečima gredema je izkoristek PG torej: i   p m 1 i

Pri čemer sta:

(183)

Sile, momenti in moči im = momentno prestavno razmerje i = prestavno razmerje vrtilnih frekvenc

Če razmišljamo fizikalno vidimo, da izgube nastopijo pri pretoku momentov. Zato je treba raziskati momentno prestavno razmerje im. Glede na to, da je im  razmerje momentov, je jasno, da je  M od  odvisen od izgub v notranjosti gonila, torej ozobja oz. 0 , stabilnega prestavnega razmerja i0 in vrste pogona VP . Ker pa to še ni dovolj, si pomagamo z eksponentom w, ki definira smer toka kotalne moči. Mogoči sta dva smeri. 1, kar pa pomeni, da imamo za izračun im dve enačbi. Kakšno Tako je vrednost w,  lahko  vrednost ima w  je odvisno od toka kotalne moči. Če ne poznamo toka kotalne moči  (ne poznamo w), moramo izračunati oba izkoristka in oceniti, katera rešitev je prava (smiselna)!  Tako posredno

ugotovimo tudi pravo smer toka kotalne moči. Pišemo lahko:

i m  f  (i0 ,  0w , VP )  

(184)

V preglednici 14 so zbrane enačbe izkoristkov za enostavna planetna gonila z dvema vrtečima se gredema v odvisnosti od vrste pogona (kaj je pogon in kaj odgon), prestavnega razmerja stabilnega gonila i0 in izkoristka stabilnega gonila 0 . 5.7.9

Izkoristek gonila z dvema vrtečima gredema

Vsekakor je želja določiti  p   z izkoristkom stabilnega gonila 0   in prestavnim razmerjem stabilnega gonila i0. Ugotovili smo, da je izkoristek odvisen od toka kotalne moči in da za  p dobimo dve enačbi. Smer toka kotalne moči je odvis na od razmerja  P /  P w . 5.7.10

Razmerje moči L planetnega gonila z dvema vrtečima gredema

Moč na gredi je sestavljena iz:  –  kotalne moči P w in  –  sklopne moči P k.   P   P k  P w  

(136)

 P w  P  ali  P w  P  

(185)

smer toka kotalne moči . Izkoristek planetnega gonila je manjši od izkoristka stabilnega gonila, če je kotalna moč večja od pogonske moči –  enačba (189), in obratno – enačba (188 ). Z razmerjem L ugotavljamo velikost in

 P   L   f  (i0 )  Pw  f  (i0 ) 1 ali

 

 f  (i0 ) 1  

(186) (187)

Predznak L odloča, kakšna je smer toka kotalne moči w, velikost  L pa pričakovano vrednost  p glede na 0 , kot sledi iz enačb 188 in 189.  L 1   p 0

in  P  P w  

(188)

 L 1   p 0 in  P  P w  

(189)

L je odvisen:

 –  od načina pogona PG (kaj je blokirano),  –  od predznaka i0 (negativna ali pozitivna),  –  od velikosti i0.

Planetna gonila

L ima dve funkciji:

 –  z velikostjo kaže vrednost  p  glede na 0 (glej rešitve v diagramu Error! Reference source not found. a in b),

 –  s predznakom kaže smer toka kotalne moči ( rezultati so v preglednici 15). Preglednica 14: Tok kotalne

moči

Po. gred

Od. gred

Blo. gred

Prestava i

Smer toka

Momentna  prestava im

Izkoristek

1

S

3

1 i0

13

(1 i0  0 )

0 ) /(1 i0 ) (1 i0 

I

1

S

3

1 i0

3 1

 i0  1   0

 i0   1  /(1 i0 )     0

Ia

S

1

3

1 /(1 i0 )

13

1/(1 i0  0 )

(1 i0 ) /(1 i0  0 )

II

S

1

3

1 /(1 i0 )

3 1

 i0 1 /  1   0

 i0 (1 i0 ) /  1 

IIa

3

S

1

(i0 1) / i0

13

 1 1    i   0 0

 1  1    1 1  i  /     0 0  i0

III

3

S

1

(i0 1) / i0

3 1

 i0  1   0

 0  1  1  1  /  i  0  i0

IIIa

S

3

1

i0 /(i0 1)

13

  i0  1  1  1 /      0 

 1  1    1 / 1    i  i   0  0 0

IV

S

3

1

i0 /(i0 1)

3 1

1/(1 (1 i0  0 ))

 1  0  1  / 1    i  0  i0

IVa

Preglednica 15: Tok kotalne

Oznaka

 p

 0

moči

VP

w = 1 - tok kotalne moči 1  3

w = -1 - tok kotalne moči 3  1

i1S 

im (1 i0  0 )

im  1 i0 / 0

iS 1

0 ) im  1 /(1 i0 

 i0 im  1 / 1 

i3 S 

 1 1  im   i   0 0

im  1 0  i

 1 1/ 1  im   i   0 0

1 0 im 1 /    i0

iS 3

i13

0 im  i0 

i31

tok kotalne moči 1  3  pri tem načinu  pogona ni možen

Razmerje moči L kot funkcija i0 Glej primere v poglavju 5.7.6.

 0

  

0

 

tok kotalne moči 3  1  pri tem načinu  pogona ni možen 

im  0 i0