UNIVERZITET U NOVOM SADU FAKULTET TEHNIČKIH NAUKA GRAFIČKO INŽENJERSTVO I DIZAJN Dragoljub Novaković Gojko Vladić Nemanja Kašiković Stefan Đurđević GRAFIČKI SISTEMI -praktikum za vežbe- Novi Sad, 2015.
PREDGOVOR U proces grafičke proizvodnje uključen je niz grafičkih sistema, mašina i uređaja koji realizuju procese. Ti sistemi, mašine i uređaji su iz područja izrade grafičkih materijala, procesa, pripreme grafičke proizvodnje, procesa štampe kroz različite tehnike štampe, do sistema, mašina i uređaja završne grafičke obrade, procesa pakovanja i distribucije grafičkih proizvoda. To je jedan izuzetno širok spektar sistema, mašina i uređaja sa mnoštvom rešenja. Da bi se razumeli ti procesi ono što je suštinski bitno je struktura koja obuhvata elemente od kojih se grade sistemi, mašine i uređaji. Kroz praktikum se težilo da se prezentuju smisaone celine posebno bitne za grafičke inženjere i razumevanje tehnologija realizacije grafičke proizvodnje. U okviru toga se težilo upoznavanju strukturnih elemenata koji čine složene grafičke sisteme, mašine i uređaje. Posebna pažnja je posvećena elementima prenosne i noseće strukture sistema, mašina i uređaja bitnih za njihovo funkcionisanje. U području automatizacije grafičkih sistema, mašina i uređaja poseban značaj imaju pneumatski i hidraulični sistemi. Studentima su oni predstavljeni do nivoa predstavljanja i gradnje pneumatskih šema upravljanja i komponenti od kojih se sastoje. Cilj ovoga je razumevanje funkcionisanja mnoštva posebno pneumatskih elemenata u složenim grafičkim sistemima. Da bi se značajnije upoznalo funkcionisanje posebnih sklopova i elemenata grafičkih sistema osmišljen je jedan broj kreativnih vežbanja u kojima studenti izrađuju vizuelizacije dvodimenzionalnih i trodimenzionalnih sklopova i elemenata sistema sa čime dokazuju da su u potpunosti ovladali funkcionalnom strukturom i podlogama za projektovanje sklopova i elemenata. U vizuelizaciju su uključeni i tehnološki parametri od značaja za realizaciju nanosa boje na podlogu koja se štampa i mehanizam upravljanja procesom. Težilo se da u analizu sistema bude uključen veći broj sistema reprezentnih za određene faze procesa grafičke proizvodnje. Akcenat je dat na štamparske mašine i sisteme kao bitne elemente dobijanja otisaka, a samim tim i grafičkih proizvoda. Posebna pažnja je posvećena najšire rasprostranjenim grafičkim sistemima prisutnim u procesima ofset tehnike štampe. Obrađene su i specifične tehnike štampe. Ono što je posebno značajno je da se težilo stvaranju praktikuma za vežbe gde će studenti moći da vežbaju na realnim sistemima. Najveći broj savremenih grafičkih sistema obrađenih u praktikumu se nalazi u laboratoriji Grafičkog inženjerstva i dizajna tako da studenti imaju priliku vraćati se tim sistemima i posle realizovanih vežbanja kao i realnoj proizvodnji u firmama grafičke struke gde se deo vežbi realizuje. Autori
SAdRŽAJ VEŽBA 1. Struktura grafičkih sistema...9 VEŽBA 2. Primena pneumatskih i hidrauličkih komponenti u grafičkim sistemima...33 VEŽBA 3. Vizuelizacija zonske regulacije nanosa boje u štamparskoj mašini...55 VEŽBA 4. Vizuelizacija principa funkcionisanja mašine za rezanje grafičkih materijala...71 VEŽBA 5. Vizuelizacija uređaja za sakupljanje tabaka na tabak...83 VEŽBA 6. Vizuelizacija elemanata mašine za elektrofotografsku tehniku štampe...99 VEŽBA 7. Grafički sistemi ofset tabačne štampe...123 VEŽBA 8. Grafički sistemi ofset rotacione štampe...143 VEŽBA 9. Grafički sistemi propusne i tampon štampe...165 VEŽBA 10. Grafički sistemi digitalne štampe...183 VEŽBA 11. Grafički sistemi završne grafičke obrade...199 VEŽBA 12. Održavanje grafičkih sistema ofset štampe...213
STRUKTURA GRAFIČKIH SISTEMA
VEŽBA 1. Struktura grafičkih sistema Sadržaj vežbe: Osnovne informacije o strukturi grafičkih sistemima, pogonski elementi, elementi noseće strukture, elementi za mehanički prenos kretanja, transformaciju brzine i obrtnog momenta. Cilj vežbe: Ovladavanje osnovnim znanjima vezanim za gradnju grafičkih sistema. Upoznavanje sa načinom funkcionisanja i konstrukcijom elemenata grafičkih sistema. TEORIJSKE OSNOVE Grafički sistemi građeni su po sličnim principima u zavisnosti od tehnologije koju realizuju. Uopšteno se može reći da se grafički sistemi sastoje od tri glavne grupe elemenata: Upravljački elementi, Pogoni i Elementi mehaničke strukture (noseći i prenosni elementi) Upravljački elementi u grafičkim sistemima imaju zadatak da upravljaju radom pojedinačnih mehanizama kao i radom celog sistema. Kontrola celokupnog procesa je takođe u nadležnosti upravljačkih elemenata. Savremenim grafičkim sistemima u zavisnosti od njihove složenosti upravljaju upravljačke jedinice zasnovane na logici personalnih računara (PC) ili programabilnim logičkim kontrolerima (PLC). Softver koji se izvršava u upravljačkim jedinicama može biti namenjen za neki od standardnih operativnih sistema (Windows, Mac OS, Linux ) ili može biti specifično namenjen za određeni uređaj, ukoliko PLC upravlja grafičkim sistemom. Automatsko upravljanje je kompleksna tema koja neće biti detaljno obrađivana. Sistem automatskog upravljanja je definisan kao skup međusobno povezanih (interaktivnih) elemenata koji obezbeđuju da se postigne željeni odziv (izlaz) sistema. Bitno je navesti dva osnovna principa gradnje sistema automatskog upravljanja: sistemi automatskog upravljanja sa zatvorenom povratnom spregom (sa povratnom spregom) i otvorenom povratnom spregom (bez povratne sprege). Pošto je željeni odziv sistema poznat, moguće je generisati signal koji predstavlja razliku između stvarnog i željenog odziva sistema, odnosno signal greške rada sistema. Upotreba ovog signala u upravljanju procesom rezultuje zatvaranjem kruga operacija i formiranjem sistema koji se naziva sistem sa 9
(zatvorenom) povratnom spregom, slika 1.1 a). Sistem bez povratne sprege se često zove direktan sistem ili sistem sa otvorenom petljom, slika 1 b). Ovaj sistem funkcioniše bez povratne sprege (upoređivanje željenog sa stvarnim odzivom) i direktno generiše izlazni signal kao odziv na ulazni. Ako sistem bez povratne sprege ne daje zadovoljavajući odziv, mora se promeniti ceo proces ili neka njegova komponenta. Nasuprot tome, kod sistema sa povratnom spregom željeni odziv se najčešće može postići podešavanjem parametara povratne sprege. U savremenim grafičkim sistemima u većini slučajeva su prisutni sistemi automatskog upravljanja sa povratnom spregom, mada je prisutno i direktno upravljanje, tako da se u sistemu kao celini mogu pronaći primeri obe vrste upravljanja. Ulaz + - Proces Izlaz Ulaz Proces a) Povratna sprega b) Slika 1.1. Sistemi automatskog upravljanja: a) sa zatvorenom povratnom spregom (sa povratnom spregom), b) sa otvorenom povratnom spregom (bez povratne sprege) Izlaz Osnovna uloga pogona je da izazovu kretanje upravljanih delova grafičke mašine koje će biti što bliže željenom kretanju koje odgovara komandama upravljačkih elemenata sistema. Pogonski sistem predstavljaju vezu između druge dve glavne grupe elemenata mašine povezujući mehaničke elemente mašine sa upravljačkom jedinicom. Pogonski sistemi imaju i svojevrsnu ulogu pretvaranja jednog vida energije u drugi (npr. električna u mehaničku, energiju komprimovanog vazduha itd.). Razlikujemo više vrsta pogonskih sistema koji se uobičajeno koriste u grafičkim sistemima: Električni, Elektro-mehanički, Hidraulički, Pneumatski, Hidro-pneumatski, Elektro-hidraulični. Pneumatski i hidraulički sistemi su dosta primenjeni u grafičkim sistemima, pa im je posvećena posebna pažnja u okviru vežbi. Električni odnosno 10
elektromehanički pogonski sistemi koji se danas najčešće koriste kao najčešći pogoni grafičkih sistema su elektromotori koji se mogu nazvati i izvršnim organima upravljanja. Koriste se razne vrste motora. Najzastupljenije vrste motora kod numerički upravljanih grafičkih mašina su: DC motori ili motori jednosmerne struje, AC motori ili motori naizmenične struje, Koračni (step) motori. AC i DC motori imaju veliki broj različitih tipova i varijanti. Koračni motori najčešće se koriste kod sistema upravljanja bez povratne sprege. Elektromotori pretvaraju električnu energiju u obrtno kretanje. Kontrola brzine obrtnog kretanja je od velikog značaja zbog: - Uštede energije, npr. pogon koji radi sa polovinom brzine troši samo 12.5% nominalne snage. - Podešavanje brzine u procesu proizvodnje pruža brojne prednosti u pogledu povećanja produktivnosti, smanjenja troškova održavanja, itd. - Broj startovanja i zaustavljanja mašine može se punom kontrolom brzine značajno smanjiti. Korišćenjem laganog ubrzavanja i usporavanja, izbegavaju se velika naprezanja i nagli udari u mašinskim sklopovima. - Smanjenje troškova održavanja, uz poboljšavanje radnog okruženja. DC motori omogućuju jednostavnu kontrolu brzine obrtanja regulacijom napona struje kojom se motor napaja. Ova regulacija se postiže potenciometrom i daje dobre rezultate u oblasti velikih i srednjih brzina, ali na nižim brzinama je loša. Sve dok se nisu pojavili frekventni regulatori nije bilo moguće u potpunosti upravljati brzinom trofaznog AC motora. Bila je moguća promena brzine promenom broja pari polova, a za dalje pretvaranje brzine korišćeni su mehanički uređaji, reduktori, varijatori itd. koji se i danas koriste zbog visoke cene frekventnih regulatora. Frekventni regulatori su elektronski uređaji koji omogućavaju upravljanje brzinom trofaznih asinhronih motora pretvarajući ulazni mrežni napon i frekvenciju. Koračni motori su elektromehanički konvertori energije, koji pulsnu, odnosno koračnu električnu pobudu pretvaraju u koračni mehanički pomak. Ovim motorima se neposredno upravlja pomoću digitalnog računara i čiji se izlazni signal neposredno dovodi motoru bez složenih konvertora. Pri malim koračnim brzinama rotor se zaustavlja na svakom koračnom položaju, na srednjim i velikim brzinama nema tog zaustavljanja. Postižu preciznost do 11
500 koraka po krugu, sa mogućnošću još veće preciznosti primenom posebnih mikrokoračnih tehnologija. Mehanički elementi grafičkih sistema Osnovna podela mehaničkih elementa strukture grafičkih sistema se može izvršiti na: Noseću strukturu, Prenosnu strukturu Noseća struktura grafičkih sistema Nosećom strukturom se smatraju noseći i potporni elementi mašine i svi delovi čvrsto vezani za noseću strukturu mašine. Noseću strukturu čine postolje i kućište. Zadatak noseće strukture je da sve komponente mašine zadrži u tačnom relativnom položaju. Noseća struktura se mora optimizovati tako da ima što manju masu, a što veću krutost, a pri tome izdržava sva statička, dinamička i termička opterećenja. Statička opterećenja podrazumevaju uticaj sila koje se ne menjaju tokom vremena (težina delova i materijala). Dinamičko opterećenje se javlja usled sila koje se neprekidno menjaju tokom vremena i pri tom deluju na noseću strukturu mašine. Ove sile često dovode do vibracija celog sistema (neizbalansirani rotirajući elementi, nepravilno uparivanje zupčanika, nepravilno izvedeno uležištenje, promena u intenzitetu sila tokom rada sistema). Termičko opterećenje je pojava lokalnih izvora toplote unutar mašine ( elektromotori, trenje u pogonu i prenosnicima, trenje materijala, temperatura okoline). Postolje je deo grafičkog sistema na kojem su postavljeni izvršni radni elementi mašine, namena postolja je da omogući utemeljenje sistema, nadomesti ili podesi visinu i slično. Postolje se može izvoditi u različitim varijantama. Slika 1.2. prikazuje nož za rezanje papira sa dve različite izvedbe postolja. Kućište mašine vezuje delove prenosne strukture i drži ih u tačnom međusobnom položaju. Održavanje tačnog međusobnog položaja elemenata prenosne strukture obezbeđuje pravilan i dugotrajan rad sistema. Na slici 1.3 prikazano je tipično kućište izrađeno od sivog liva, otvori na kućištu su predviđeni za ležaje koji se nalaze između noseće i prenosne strukture. 12
Postolje Slika 1.2. Nož za rezanje papira sa različitim izvedbama postolja. Slika 1.3. Tipično kućište mašine Prenosna struktura grafičkih sistema Elementi prenosne strukture grafičkog sistema obuhvataju veoma veliki broj mašinskih elemenata. Mašinski elementi predstavljaju delove, podsklopove, sklopove, podgrupe, grupe, koji u sastavu različitih mašina vrše određene elementarne funkcije. Mašinski element može biti samo jedan mašinski deo, mašinski sklop, ili čitava mašinska grupa. Mašinski deo je osnovni deo mašine koji obavlja određenu elementarnu funkciju i ne može se rastaviti na prostije sastavne komponente bez razaranja. Primeri mašinskih delova su: vijak, navrtka, cev, vratilo, osovina, zupčanik, klin, zavojna opruga itd. Daljim kombinovanjem mašinskih delova dobijaju se podsklopovi, sklopovi, grupe. 13
Mašinski elementi mogu biti: 1. opšti nalaze se u sastavu različitih mašina, npr. vijci, navrtke, ležaji, vratila, osovine, opruge, ventili, zakivci, itd. 2. posebni (specijalni) upotrebljavaju se samo kod pojedinih vrsta mašina, npr. klipovi, klipnjače, kolenasta i bregasta vratila, zamajci, ukrasne glave, lopatice turbina i dr. Elementi iz opšte grupe se mogu svrstati u sledeće oblasti: elementi za obrtna kretanja (vratila, osovine, ležaji, spojnice), elementi za prenos snage (prenosnici: frikcioni, zupčasti, kaišni, lančani ), elementi za vezu (mašinski spojevi razdvojivi i nerazdvojivi), elementi armatura i instalacija. Elementi za obrtna kretanja Osovine su mašinski elementi najčešće kružnog poprečnog preseka, a služe za prihvatanje opterećenja. Zavisno od kretanja mogu biti: pokretne i nepokretne. S obzirom na konstruktivnu izvedbu mogu biti istog prečnika po čitavoj dužini ili stepenaste, a po izgledu pune i šuplje. Pri opterećenju osovine su uglavnom izložene savijanju. Vratila su mašinski elementi koji prenose obrtne momente, odnosno snagu. Vratila mogu biti prava i kolenasta, obično su stepenastog oblika. Posebna izvedba su kardanska vratila, koja se primenjuju ukoliko ose vratila ne leže na istom pravcu pri prenosu snage. Na slici 1.4. su prikazani primeri osovina i vratila, može se uočiti razlika u tome što osovine nisu čvrsto vezane za elemente koji se nalaze na njima. Na osovine se uglavnom preko ležajeva oslanjaju slobodni točkovi, koturi i slično. Na vratila se osim ležajeva oslanjaju i prenosni elementi poput zupčanika, remenica i slično. Mesta na osovinama i vratilima gde se oslanjaju ležajevi nazivaju se rukavci. Mesta na vratilima gde su vezani prenosni elementi nazivaju se glavčine. a) b) c) 14 Slika 1.4. a) nepokretne osovina, b) pokretne osovina c) vratilo
Ležaji su mašinski elementi koji vrše funkciju oslonaca osovina i vratila. Postavljaju se uglavnom između noseće i prenosne strukture, odnosno pokretnih i nepokretnih elemenata, kao i između elemenata koji vrše različita kretanja te dolazi do trenja između njih. Njihov osnovni zadatak je da omoguće lako obrtanje. Kotrljajni elementi mogu biti različitog oblika: kuglice, valjčići, konusi, burići, iglice itd. Osnovna podela ležaja prema konstrukciji je na klizne i kotrljajne ležaje. Kod kotrljajnih ležaja sile trenja su znatno manje, obzirom da se javlja trenje kotrljanja umesto trenja klizanja. Klizni ležaji mogu podneti znatno veća opterećenja, ali na manjim brzinama. a) b) Slika 1.5. a) klizni ležaj, b) kotrljanji ležaj Prema pravcu delovanja sile ležaji mogu biti: radijalni, aksijalni i kombinovani (radijalno-aksijalni), slika 1.6. a) b) c) Slika 1.6. Kotrljajni ležaji a) radijalni, b) aksijalni, c) kombinovani (radijalno-aksijalni) 15
Spojnice Spojnice su mašinski elementi koji služe za spajanje krajeva vratila, od kojih je jedno pogonsko (npr. vratilo elektro motora), a drugo gonjeno. Vratilo elektromotora je najčešće pogonsko. Spojnice se mogu podeliti na: krute spojnice, pokretne spojnice, isključne spojnice. Krute spojnice sve udare i neravnomernosti obrtnog momenta prenose bez promene sa jednog vratila na drugo. Pokretne spojnice se koriste u slučaju kada je vratilu potrebno omogućiti aksijalno, radijalno ili ugaono pomeranje. npr. pri izduženju vratila usled porasta temperature, kada se spajaju vratila čije se ose seku pod nekim uglom ili čije se ose ne poklapaju. Mogu se izvesti na različite načine kandžaste, zglavkaste, elastične. Isključne spojnice se koriste ako je potrebno pogonsko vratilo isključiti u toku rada. Uobičajeno se izvode kao kandžaste i frikcione spojnice. Na slici 1.7. prikazan je presek krute, pokretne i isključne spojnice. a) b) c) Slika 1.7. Spojnica a) kruta, b)pokretna c)isključna 16
Elementi za prenos snage Frikcioni prenosnici Frikcioni prenos se ostvaruje neposrednim (slika 1.8) ili posrednim dodirom točkova (slika 1.9). Snaga i obrtni moment se prenosi silom trenja. Postoje različite izvedbe frikcionih točkova: ravni, profilisani, cilindrični i konični frikcioni točkovi. Slika 1.8. Frikcioni prenosnik s neposrednim dodirom točkova Frikcioni prenosnici s posrednim dodirom se mogu izvesti s točkom ili kaišem kao međuprenosačem, zbog svoje konstrukcije imaju problem s proklizavanjem. Kaišni prenos Ako se dva točka spoje kaišem ostvaruje se kaišni prenos. Tako spojeni točkovi se nazivaju i kaišnik ili remenica. Spajanjem točkova kaišem moguće je povećati međuosno rastojanje. Profili kaiša mogu biti: pravougaoni, kružni, trapezni (klinasti), polukružni, trouglasti i dr. Kaišni prenos može se izvesti u različitim varijantama i tako omogućiti promenu smera obrtanja, ukrštanjem kaiša za 180 slika 1.9 b ili pravca ose vratila, zakretanjem kaiša pod 90 slika 1.9 c. a) c) b) Slika 1.9. Kaišni prenos sa posrednim dodirom točkova: a) Prenos obrtanja u istom smeru, b) Ukršteni kaiš, prenos promena smera obrtanja, c) Promena pravca ose vratila 17
Slika 1.10. Kaišni prenos s trapeznim kaišem (klinasti kaiš) Kaiševi mogu biti i ozubljeni, slika 1.11. Takvi kaiševi ne proklizavaju i obezbeđuju tačan i konstantan prenosni odnos među točkovima kaišnog prenosa. Ovakva izvedba kaišnog prenosa ne spada u frikcione prenosnike jer se koristi direktan kontakt zubaca kaiša i zubaca kaišnika. Slika 1.11. Kaišni prenos s ozubljenim kaišem (zupčasti kaiš) Zupčasti prenos Zupčasti prenos ostvaruje se neposrednim dodirom ozubljenih točkova. U zavisnosti od geometrijskog oblika zupčanici se dele na: cilindrične, konične i hiperboloidne (slika 1.12). 18
a) b) c) Slika 1.12. Tipovi zupčanika: a) ravni, b) konični, c) hiperboloidni Zupčanici mogu biti sa: pravim, kosim, strelastim i krivim zupcima. Najčešći profil zupca je evolventa kruga, slika 1.13. Postoje spoljna i unutrašnja ozubljenja, slika 1.14. a) b) c) d) Slika 1.13. Tipovi zubaca: a) ravni b) kosi, c) strelasti, d) zakrivljeni 19
Lančani prenos Slika 1.14. Zupčanik s unutrašnjim ozubljenjem Dva ozubljena točka spojena odgovarajućim lancem čine lančani prenos. Lančani prenos služi za prenos snage i obrtnog momenta između vratila koja su na većem rastojanju. Moguća je izvedba s jednim ili više redova lanaca u zavisnosti od snage koju treba da prenesu, slika 1.15. Elementi za vezu 20 Slika 1.15. Lančani prenos s jednim i dva reda lanaca. Elementi za vezu koriste se za vezivanje različitih elemenata strukture grafičkih sistema. Osnovna podela elemenata za vezu se može izvršiti na razdvojive i nerazdvojive elemente. Vijci, klinovi, opruge su razdvojivi elementi za vezu, slika 1.16.
Služe za razdvojive veze sa zazorom, razdvojive veze pod pritiskom, zatvaranje otvora itd. Nerazdvojivi elementi za vezu su: zakivci, zavarivani, lemljeni i lepljeni elementi, slika 1.16. Ovi elementi se projektuju i kombinuju u zavisnosti od zadataka koji treba da obave. Njihove dimenzije, materijal, način izrade u velikoj meri određuju način na koji grafički sistem funkcioniše, a samim tim kvalitet sistema kao i kvalitet proizvoda tog grafičkog sistema. Elementi prenosne strukture vrše transformaciju kretanja. Kretanje može biti pravolinijsko (translatorno), kružno (obrtno) i krivolinijsko. Postoje i sloa) b) c) d) e) f) Slika 1.16. Razdvojivi elementi za vezu: a) vijak, b) navrtka, c) opruga, d) rascepka, e) klinovi, f) uskočni prsten Elementi za transformaciju kretanja 21
žena kretanja koja su rezultat kombinacije pomenutih kretanja u prostoru, ova vrsta kretanja se retko primenjuje u grafičkim sistemima. Elementi koji omogućuju transformaciju kretanja su naročito značajni ako se ima u vidu da pogon grafičkog sistema tj. elektromotor daje obrtno kretanje na izlaznom vratilu, a određene operacije zahtevaju pravolinijska kretanja. Primeri su: pozicioniranje naslage materijala kod grafičkog noža, pozicioniranje različitih elemenata grafičkih mašina, podizanje naslage pri ulaganju u grafički sistem za štampi, ostvarivanje kretanja za štampu na principu cilindra prema ploči, itd. Za transformaciju obrtnog kretanja u pravolinijsko najčešće se koriste zupčaste letve i navojna vretena u različitim izvedbama slika 1.17. Usled specifične građe zupčaste letve se mogu koristiti za pretvaranje obrtnog kretanja u pravolinijsko i obrnuto, dok navojna vretena mogu samo pretvarati obrtno kretanju u pravolinijsko. 22 a) b) Slika 1.17. a) zupčasta letva b) navojno vreteno Posebna izvedba navojnog vretena je recirkulaciono vreteno, slika 1.18. Između vretena i navrtke recirkulacionog vretena nalaze se kotrljajni elementi (kuglice) koji smanjuju trenje, poput onih u kotrljajnim ležajima. Tako se znatno produžava radni vek vretena. Kod izvedbe navojnog vretena bez kuglica vreteno se pravi od čelika, dok se navrtka obično pravi od mekšeg materijala, poput bronze ili mesinga. Transformacija kontinualnog kretanja u diskontiualno (periodično) kretanje se može izvesi pomoću mehanizma prikazanog na slici 1.19, malteški mehanizam. Od broja žljebova zavisi koliko obrtaja pogonskog vratila je potrebno za jedan obrtaj gonjenog vratila, gonjeno vratilo se kreće diskontinualno. Mehanizam prikazan na slici ima 6 žljebova, što znači da je potrebno 6 obrtaja pogonskog vratila kako bi se gonjeno vratilo okrenulo jedan put.
Slika 1.18. Recirkulaciono vreteno Slika 1.19. Malteški mehanizam Transformacija brzine obrtanog kretanja osim kontrole pogonskog elementa moguća je i primenom različitih mehanizama. Odnos brzine na ulaznom i na izlaznom vratilu mehanizma naziva se prenosni odnos. Brzina obrtanja se može transformisati povezivanjem prenosnih elemenata (zupčanika, remenica, lančanika) različitog obima. Mehanizam koji transformiše brzinu može biti reduktor (smanjuju broj obrtaja u odnosu na pogonsko vratilo) ili multiplikatori (povećavaju broj obrtaja u odnosu na pogonsko vratilo). Ovakvi mehanizmi mogu imati promenjivu brzinu ili fiksiran prenosni odnos. Jednostepenim reduktorom se smatra jedan zupčasti par gde je pogon- 23
ski zupčanik veći od gonjenog. Višestepeni reduktor je izveden kombinacijom više parova zupčanika, slika 1.20. Slika 1.20. Višestepeni reduktor Sličan princip se primenjuje i kod lančanih prenosnika (menjanje brzina na biciklu). Pri konstrukciji grafičkih sistema ovaj način promene brzine se ne primenjuje. Kaišni prenos takođe omogućuje promenu prenosnog odnosa uparivanjem remenica različitog prečnika ili mnogo češće ugradnjom varijabilne remenice, slika 1.21. Mehanizam se naziva varijator. Ovakva konstrukcija remenice omogućava podešavanje rastojanja između zidova remenice, tako da kaiš upada dublje ili biva istisnut ka spoljnjem prečniku. Promenom prečnika dolazi do promene prenosnog odnosa. 24 Slika 1.21. Varijator
Za velike stepene prenosa od 1:40 pa i veće koristi se pužni mehanizam (puž, pužni par), slika 1.22. Osobina ovog mehanizma je da se okretanjem puža za jedan krug pužni točak pomera za jedan korak (rastojanje između dva zuba). Ovako je moguće na malom prostoru izvesti veliku transformaciju brzine. Izračunavanje prenosnog odnosa Slika 1.22. Pužni mehanizam Razlikuju se dve vrste prenosa: prost prenos i složen prenos. Prost prenos se sastoji se od dva kaišnika, lančanika ili zupčanika, slika 1.23 (postavljenim na različita vratila). Prvi se naziva pogonski, on prima kretanje (snagu) od pogona i prenosi ga na drugi gonjeni. Prenosni odnos i, ugaona brzina ω, poluprečnik elementa R, broj zuba Z U slučaju kaišnog prenosnika to je odnos ugaonih brzina pogonskog i gonjenog kaišnika. Obimne brzine kaišnika su proporcionalne njihovim prečnicima. i = ω 1 /ω 2 =R 2 /R 1 Kod zupčastog i lančanog prenosa, prenosni odnos se izračunava po istom principu. Razlika je u tome što su zupčanici i lančanici karakterisani brojem zuba, pa se prenosni odnos izračunava kao proporcija broja zuba gonjenog i pogonskog elementa. i = ω 1 /ω 2 =Z 2 /Z 1 25
Slika 1.23. Prost prenos Primer 1. Elektromotor ima 1500 o/min. Prečnik pogonskog kaišnika je 80mm. Koliki treba da je prečnik gonjenog kaišnika kako bi se obrtao brzinom 750 o/min? Da li je reč o multiplikatoru ili reduktoru? Rešenje: i = n 1 / n 2 = 1500/750 = 2 (reduktor-smanjuje broj obrtaja) i = D 2 /D 1 D2 = D 1 xi =80 x 2 = 160 mm Primer 2. Gonjeni zupčanik ima 40 zubaca i okreće se 10 o/min. Prenosni odnos je 2. Odrediti broj zubaca i broj obrtaja u minuti pogonskog zupčanika. Rešenje: i = Z 2 / Z 1 Z 1 = Z 2 / i = 40/2 = 20 zubaca i = n 1 / n 2 n 1 = i xn 2 = 2 x 10 =20 o/min 26
Složeni prenos se sastoji od dva ili više parova elemenata koji međusobno prenose snagu, slika 1.24. Slika 1.24. Složeni prenos Ukoliko su uparena dva para kaišnika, prvi par poluprečnika R 1 i R 2 i drugi par prečnika R 3 i R 4. Prenosni odnosi parova kaišnika su: i 1 = ω 1 /ω 2 = R 2 /R 1 i i 2 = ω 3 /ω 4 = R 4 /R 3 Ukupan prenosni odnos može se napisati: I = ω 1 /ω 4 = ω 1 ω 3 /ω 3 ω 4 = ω 1 ω 3 /ω 2 ω 4 = i 1 x i 2 Isto važi i za zupčani i lančani prenos. i = i 1 x i 2... x i n Primer 3. Izračunati broj obrtaja gonjenog vratila transmisije od tri para zupčanika, ako je broj obrtaja pogonskog zupčanika 720 o/min, a brojevi zubaca svakog od zupčanika: Z 1 = 25, Z 2 = 36, Z 3 = 64, Z 4 = 60, Z 5 = 18 i Z 6 = 48 Rešenje: Prenosni odnos: i = i 1 x i 2 x i 3 = Z x Z x Z / Z x Z x Z = 3,6 2 4 6 1 3 5 Broj obrtaja: i= n 1 /n 6 n 6 = n 1 /i = 200 o/min 27
Zadatak 1: Elektromotor ima brzinu 3000 o/min. Poluprečnik pogonskog kaišnika je R = 60mm. Izračunati koliki treba da je prečnik gonjenog kaišnika kako bi se obrtao brzinom 750 o/min? Da li je mehanizam multiplikator ili reduktor? Zadatak 2: Na slici 1.25 je prikazan šematski prikaz transmisije. Broj zuba zupčanika Z 1 =40, Z 2 =60, Z 3 =70, Z 4 =77, Z 5 =25 i Z 6 =55 Izračunati broj obrtaja gonjenog vratila transmisije od tri para zupčanika, ako je broj obrtaja pogonskog zupčanika 1500 o/min. Kako se naziva element označen slovom S na slici 1.25? Z1 S Z3 Z2 Z5 Z6 Z4 Slika 1.25. Transmisija 28
Zadatak 3: Na slici 1.26. je prikazana štamparska jedinica s obeleženim prenosnim elementima. Maksimalna brzina elektromotora je 1500 o/min. Poluprečnik pogonskog kaišnika, R 1 = 30 mm. Broj zuba zupčanika Z 1 = 50, koji se nalazi na istom vratilu s gonjenim kaišnikom i cilindrom nosiocem štamparske forme. Maksimalna brzina štampe je 15000 otisaka/sat. Izračunati poluprečnik R 2 gonjenog kaišnika. Izračunati brojeve zubaca zupčanika Z 2 i Z 3 koji pokreću cilindre štamparske jedinice za ofset štampu s odnosom prečnika cilindara 1:1:2 (cilindar nosilac štamparske forme : cilindar međuprenosač : pritisni cilindar). Brzina pogona u savremenim grafičkim sistemima za štampu se reguliše frekventnim pretvaračima. Koji od mašinskih elemenata može zameniti frekventni pretvarač i na koje mesto u mehanizmu sa slike će se ugraditi? Z1 Z2 R2 Z3 R1 Slika 1.26. Cilindri štamparskog agregata sa prenosnim elementima 29