MEHHATROONIKAINSTITUUT MASINAELEMENTIDE JA PEENMEHAANIKA ÕPPETOOL PORTATIIVNE KÄSIVINTS MHX0020- PÕHIÕPPE PROJEKT Üliõpilane: Kood: Juhendaja:....... prof. Maido Ajaots Tallinn 2006
2 Sisukord Eessõna....lk... Sümbolite ja lühendite loetelu (vajaduse korral)... 1. Sisseuhatus... 2. Portatiivsed käsivintsid ja nende kasutamisvaldkonnad.. 3. Portatiivse käsivintsi kinemaatiline skeem ja lähtekarakteristikud.. 3.1.Objekt ja vintsi talitlusülesanne.. 3.2.Vintsi kinemaatiline skeem 3.3.Välisjõud- ja momendid ning toereaktsioonid. 3.4.Ajami dünaamikaarvutuste lähted. 4. Konstruktsiooniarvutused. 4.1.Võllide arvutus (trumlivõll, teo võll) 4.2.Laagrite valik.. 4.3.Liisliidete arvutus.... 4.4.Tiguülekande arvutus... 4.5.Vända ja käepideme jäikus- ja tugevusarvutus 4.6.Tolerantside, kuju- ja asendihälvete ning pinnakareduste valik... 4.7. Konstruktsiooniloome (materjalide valik, koostamine, hooldus, määrimine jm.).. 5. Konstruktsiooniloome ja tehniline dokumentatsioon 5.1. Projekti konstruktsioonidokumentide komplekt.. 5.2.Tolerantside, kuju- ja asendihälvete ning pinnakareduste valik..... 5.3.Konstruktsiooniloome (materjalide valik, koostamine, hooldus, määrimine jm.).. Kokkuvõte.. Kirjanduse loetelu.. LISAD Tellimus (kui oli).. Lähtemäärang. Vabakäejoonised GRAAFILINE OSA. Detailijoonised
3 Eessõna Lõputöös peab see osa tingimata olema ja miks siis projektiski seda mitte teha saab asja selgeks! Projektis võiks eessõnas seletada ülesande saamislugu: miks just see või teine teema valiti (õppejõu poolt oli ju ette antud väga üldine tellimus ja seadme konkreetne otstarve ning kasutusvaldkonnad tuli projekti autoril endal välja nuputada). Harjutada võite ka tänuavaldamist (projekti koostamist abistanud isikutele). Lugege kättejuhtuvate tööde eessõnu (näidisprojektid, lõputööd, raamatud, üliõpilaste jaoks koostatud õppevahendid jms.). Eessõna ei ole pikk võb-olla veerand kuni pool lehekülge, võib piirduda ka mõne lausega (8 10 rida). Lepime kokku, et ära seda siiski ei jäta. Sümbolite ja lühendite loetelu (vajaduse korral) Põhiõppe projektis selle loetelu järgi erilist vajadust pole, sest seletame ju kõik tundmatud valemite väljakirjutamisel nagunii ära füüsikalised suurused ja ühikud. Mahukamates töödes tekib vajadus korduvalt kasutada pikki termineid, erimõisteid, sõnalühendeid (vaadake näiteks sellist loetelu mõnest sõnaraamatust) ning loomulikult oleks siis mugav need üks kord korrektselt kokku koguda ja ära seletada - just seda selles punktis tehaksegi. Põhiõppe projektis on see loetelu lühike harilikult mahub kõik veerandilepoolele leheküljele. Ka mahukates lõputöödes ja väitekirjades on see loetelu üliharva kaks või enam lehekülge pikk. 1. Sissejuhatus Lühidalt teemast, eesmärkidest ja ülesannetest. Samuti lühidalt, kuidas töötegemine kulges: mida lahendati ja mida valmis tehti st. tulemused tuleb ära tuua. Anda viide lähtemäärangule, mis on köidetud seletiskirja lisasse. Sissejuhatust lugedes tekib lugejal me kirjutame ju oma töö seletuskirja teiste, mitte iseenda jaoks - esimene ülevaade tööst ja saavutatust. Sellepärast on seletuskirjas samad mõtteplokid (pealkirjadeta!), mis töö põhiosaski: eesmärk, ülesanded, lähted, millised on tõõ põhietapid ja mida tehti, mis tulemusteni jõuti st. kokkuvõte. Kui eessõna ei kirjutatud, siis on kõik see, mis kuulunuks eessõnasse, ka sissejuhatuses ära toodud tänuavaldamiseni välja. Siiski tuleks teha vahet: eessõna on põhitegevusele eelnev osa ja sisaldab pigem töövälist, ent tööga siiski seotud infot; sissejuhatus on puht töökeskne seletuskirja peatükk. Maht: lehekülg kuni poolteist. 2. Portatiivsed käsivintsid ja nende kasutamisvaldkonnad Selles osas tuleks esitada lühike ja kokkuvõtlik ülevaade infootsingutest kõik mis huvipakkuvat õnnestus valitud teema lahendamiseks leida. Tuua ainult selline materjal, mis võimaldab teemat arendada ja mida saab konstruktsiooniloomes kasutada. Esitada võib erinevaid kinemaatilisi skeeme, konstruktsioone ja nende analüüsi. Materjali isikupäraseid esitamisvõimalusi on lõputu hulk ja analüüsist peaks välja kooruma projektlahenduste põhikontseptsioon. Sellesse peatükki kogume selle info, mida me saame oma
konstruktsioonilahenduste loomisel ja valimisel ära kasutada. Loomulikult tuleb seejuures teha konkreetsed ja korrektsed viited allikatele, kust info on võetud. Kui viide puudub, loetakse esitatu plagiaadiks. Peatüki pikkus sõltub teemast, autori lugemusest ja leidmisõnnest. Väga pikaks ei ole mõtet peatükki teha ikka tuleks valida see materjal, mida saate edaspidises töös kasutada. Ka võiks selles peatükis olla lõik, kust selgub, milliseid infoallikaid autor kasutas et kogu nähtud töövaev ja kulutatud aeg välja paistaks. Liiale ei tohi ka minna ei kirjutata ju monograafiat. Küll aga peab igas seletuskirjas olema käik patendiameti koduleheküljele (siinkohal patendiraamatukogu Olevimägi 8 külastamist soovitada on ilmselt ülepingutamine, kuid kui originaalne lahendus leitakse, tuleb seegi käik ette võtta; aadress tasuks lõputöö puhuks küll meelde jätta ): otsida välja patendiklass ja teha elektroonilises andmebaasis otsing. Peatüki maht harilikult kuni 3 lehekülge. Maht sõltub graafilisest materjalist. Peatüki tekst ja seled olgu üks loogiline tervik, analüüsiks kasutatavad lähtematerjalid näiteks, patendikirjelduse, firmakataloogi väljatrüki jms.- võib paigutada ka seletuskirja lisasse. 4 3. Portatiivse käsivintsi kinemaatiline skeem ja lähtekarakteristikud 3.1. Objekt ja vintsi talitlusülesanne Projektülesande lahendamist alustame objekti analüüsist: mida selle vintsiga tehakse, kui suurt jõudu peab vints arendama, milline on liikumiskiirus, liikumise ulatus ja iseloom, milline on tagasiliikumise režiim. Soovitav oleks lisada tingmärkidega sele (skeem), eriti siis, kui vintsi juurde kuuluvad plokid, polüspastid, konsoolid jt. lisaseadmed. Loomulikult saaks kõiki neid elemente näidata ka kinemaatilisel skeemil, kuid - sedalaadi tööd teete esmakordselt ja sellepärast on otstarbekas edasi liikuda etapide kaupa tipa-tapa sammudega: nii jõuate lõpptulemuseni jõudsamalt. Kui vintsi poolt arendatava jõu vajalik väärtus F vajalik on lähteandmete põhjal leitud, siis analüüsime saadud väärtust igast aspektist ja otsustame, mida valida trossi arvutuslikuks pikkejõuks F arv. Ilmselt peaks F arv olema F vajalik - st mõnevõrra suurem, arvestades lähteandmete mõõtemääramatust. Kui koormus on dünaamiline, siis tuleks sellest põhjustatud tõenäosed lisajõud arvutada ning F arv -i esialgsele väärtusele lisada. Arvutusliku pikkejõu määramiseks rangeid metoodikaid pole ja see on rohkem projekti autori otsustada, millised võimepiirid ta oma tõstevahendile seab. Järgmine samm trossi valik toimub nüüd juba arvutuslikust pikkejõust F arv lähtudes: F katke / F arv S, kus F katke trossi katkemisjõud (katkejõud jõud mille mõjumisel tross katkeb); S - varutegur. Katkejõu F katke väärtuse leiame valmistajatehase poolt trossiga kaasa antavast sertifikaadist, varuteguri leidmiseks otsime abi käsiraamatutest. Liftitrosside varuteguri väärtus antakse harilikult vahemikus 8 15, kiirliftide korral koguni 20 ja enamgi, kaevandusvintsidel harilikult S= 6 10. Masinvintside varutegurite väärtused on, sõltuvalt töörežiimist: kerge - S = 5, keskmine 5,5, raske 6, väga raske - 6,5. Käsivintside (nagu meie põhiõppe projektis) trosside varutegur S=4. Kui tross on koostatud traatide katkejõud on F katke,traat, siis trossi arvutuslik katkejõud F katke,tross =0,83 i F katke,traat, kus i traatide arv trossis.
Kui tross on valitud, siis tuleb otsustada, kui pikk see on (kui suur on objekti käiguulatus, kui suur on pikkusevaru), milline on töökiirus, tagasiliikumise kiirus jms. Kõike seda püüdke võimaluse korral illustreerida skeemidega. 3.2. Vintsi kinemaatiline skeem Nagu harjutustundides kõnelesime, püüame kinemaatilise skeemi koostamisel kasutada ainult ISO-standardite tingmärke. Kinemaatiline skeem tuleks koostada selliselt, et seda saaks kasutada kinemaatikaarvutustel, et selle abil saaks määrata süsteemis toimivad jõud ja momendid. Selleks kanname skeemile trumli läbimõõdu ja pikkuse, tiguülekande hammaste arvu (ülekandeteguri) ja vända õla pikkuse, vändale mõjuva jõuvektori ja selle rakenduspunkti, samuti trossi poolt avaldatava takistusjõu. Kinemaatikaskeemi põhjal peaksime saama koostada trumlivõlli (või -telje) skeemi, leida toetreaktsioonid ning koostada sisejõudude epüürid. Samuti tähistame kõik teljed, kasutades selleks rooma numbreid, näiteks, I-I, II-II, III III jne. nii saame seadet nii kõnes kui kirjas mugavamalt analüüsida. Käsivintsi kinemaatikaarvutusteks ja vintsis mõjuvate jõudude ning momentide leidmiseks ning arvelevõtmiseks siinkohal metoodikaid uuesti üle korrata ei ole nähtavasti mõtet: kõik on üldfüüsika, inseneri- ja masinamehaanika kursustest ju hästi teada - usaldage julgesti iseennast ja püüdke oma teadmisi loovalt ning isikupäraselt rakendada, et leida vastus järgmistele küsimustele: milline peab olema trumli läbimõõt ja selle tööosa pikkus; tiguülekande ülekandetegur, kus ja millised jõud- ning momendid on rakendatud (nende leidmiseks võib vajaduse korral eraldiseisva. 5 3.3. Välisjõud- ja momendid ning toereaktsioonid Ülesanne ei tohiks ületamatult raske olla: inimkäe poolt tekitatud jõud F käsi on koondatud vända käepideme keskele ja tekitab teovõlli (reduktori sisendvõlli) telje suhtes pöördemomendi (hea oleks, kui nüüd ise skeemi teeksite ja kõik õlad ja tähised sinna peale kannaksite). Vintsi käsiajami motoorse jõu valikul võiksite juhinduda tabelis 1 toodud üldtuntud soovitustest. Tabel 1 Inimkäe poolt arendatav jõud ja liikumiskiirus käsiajami käitamisel Töö iseloom ja kestus Vända korral Veoketi korral Jõud, N Kiirus, m/s Jõud, N Kiirus, m/s 1.Pidev töö (või lühikeste 80 100 0,9 1,2 120 160 0,6 0,8 pausidega) 6 8 tundi järjest 2.Perioodiline töö 6 8 150 160 0,7 0,8 180 200 0,5 0,6 tundi sagedaste pausidega 3.Lühiajaline kestusega kuni 200 0,5 0,6 300 400 0,3 0,4 kuni 5 min 4.Väga lühiajaline (rapsak, järsk rebimine) kuni 300 0,3...0,4 kuni 800 0,1...0,2 Vända pikkus (liikumistrajektoori raadius) valitakse seejuures kuni 400mm. Vända pöörlemistelg põrandast valitakse vahemikus 900 1000mm. Käepideme pikkuseks
soovitavad õpikud 300 350 mm (kahe töölise koostegevuse korral 450-500mm). Vända ja käepideme pikkuse valimisel ei tohiks ülaltoodud soovitusi pimesi järgida need on mõeldud ikkagi statsionaarse raamiga ja suure tõstejõuga vintside jaoks. Väikese ühe käega krutitava käsivintsi käepideme pikkuseks on 300 mm ilmselt paljuvõitu. Projekti autor võiks teha käepärastest materjalidest maketi ja hinnata omaenda käe ja musklijõu järgi, millist vänta teha. Tabeli 1 andmed võiksid olla seejuures vaid väga üldiseks orientiiriks usaldage rohkem iseennast. Toereaktsioonid on vaja leida kahe trumlivõlli ja teo võlli laagrite valikuks ning võllide tugevusarvutuste tegemiseks. Eeskujuna soovitame kasutada dots. I.Penkovi koostatud näidisülesannete lahendusi aadressil: http://www.mh.ttu.ee/igor Seal valida MHX0020-P- Projekt ja näide Naide-1.pdf (alates lk. 7). Ja jällegi usaldage iseennast: te ju kujutate vaimusilmas suurepäraselt oma vintsi ette püüdke nüüd see kujutluspilt seletuskirja ja joonistesse vormida nii, et projekti kätte võtnud võõras isik sellest ka ammendava pildi saaks. Harjutustundides kogetu viitab sellele, et tiguülekande lülitamine kinemaatilisse ahelasse valmistab mõnevõrra raskusi. Ent kas pole põhjus mitte selles, et püütakse mehaaniliselt rakendada siit-sealt kuuldud soovitusi, kuidas üht või teist suurust valida, ent ise ei vaevuta süüvida ülesande kogu sisusse. Meie soovitus: lugege läbi tiguülekannete peatükk masinamehaanika konspektist ja vähemalt lk. 96 99 masinaelementide konspektist [1]. Üldinfo saamiseks sobib ka [2]. Puhtpragmaatilistel kaalutlustel on hea abimaterjal kursuseprojekti keskne õpik [3], sest selles on toodud ka käsiraamatulised andmed. Võllide arvutamiseks ja laagrite valiku eeltingimus on, et teame tiguülekandes mõjuvate jõudude väärtusi: arvutame radiaal-, aksiaal- ja tangentsiaaljõu väärtused (tiguülekande geomeetrilised parameetrid peaksid varem valitud olema st. toimime põhimõttel konstruktsioon kõigepealt valmis ja siis kontrollarvutused ). 3.4 Ajami dünaamikaarvutuste lähted Taandada kõik inertsmomendid ja koormused teo võllile ja analüüsige käivitusprotsessi: milline peab olema motoorne moment (võimsus), et ajam käivitada etteantud parameetriteni (need valida ise ette ). See projekti alapunkt on masinamehaanika jõudude ja momentide redutseerimise peatüki harjutusülesanne. Lühikonspekti leiate sama kataloogi failist Jõudude ja momentide taandamine. 6 4. Konstruktsiooniarvutused 4.1. Võllide arvutus (trumlivõll, teo võll) Nagu asja soovitatud, toimime ka nüüd nii: püüdkem võimalikult kiiresti nn. konstruktiivsetel tehnoloogilistel kaalutlustel vintsi konstruktsioon luua ja tehnilise projekti üldvaatejoonis valmis teha. Joonised on projekti kõige aeganõudvam ja töömahukam osa kui see töö on tehtud, on ülejäänuga juba lihtsam hakkama saada. Konstruktsiooniarvutused teeme üldjuhul küll kontrollarvutustena nii on meil algul lihtsam (dimensioneerimisvalemid on ju samad, küsimus füüsikaliste suuruste arvutamise järjekorras) kuid võllide arvutamisel pole olulist vahet ja alustada võite ka dimensioneerimisülesannetega. Ent ka sel juhul peaksid mõned konstruktsiooni põhiparameetrid teada olema (trumli mõõtmed, laagrite vahekaugusedmõõtmed, teo ja tiguratta mõõtmed). Oletame, et trumlivõlli skeem näeb välja nii nagu kujutatud selel 1. Püüdke nüüd oma projekti ülesandest lähtudes leida kõikide jõudude ja geomeetrilisted suuruste väärtused ning koostage sisejõudude epüürid nii nagu tugevusõpetuses seda tegite. Kes koostab epüürid arvuti abil, peab ikkagi endale ka selgeks tegema, mida arvuti teeb ja välja trükib. Seejärel dimensioneerige võll, kasutades õpikus [3] (või mistahes muus vähemalt rakendusinseneri tasemel koostatud abimaterjalis) soovitatud metoodikat.
Eeskujuna võite kasutada ka põhiõppe projekti veebilehekülgedel toodud näidislahendusi (.../maido,.../vikror,.../igor). Edasi - kasutage sama metoodikat tiguvõlli dimensioneerimiseks (sele 1b ). Suure tõenäosusega saate oma projektis piirduda vaid paindearvutustega seda juhul, kui τ<<σ. Tangentsiaalpingete tekitajaks on väändemoment ja põikejõud. Kui tangentsiaalpinged on normaalpingetega võrreldavad, siis tuleb kasutada tugevusteooriaid (meie ülesannetes ja materjaliharilikult III tugevusteooria) 7 a) F A Toereaktsioonid d/2 Trossi tõmbejõud F B b) a b Jõud tigupaaris Jõud tigupaaris c Sele 1. Vintsi trumli- ja teovõllil toimivad jõudud ning nende rakenduspunktid. 4.2. Laagrite valik Punktis 3.3. leitud toereaktsioonid on teisisõnu koormusjõud, mis laagrid peavad kinnislülile kerele, korpusele, raamile - ehk üldistatult kinnislülile - üle kandma. Laagrite valikut alustame koormuste ja kiiruste analüüsist. Käsivintsi võllide pöörlemissagedus on üdjuhul < 10 p/min ja seetõttu valime laagrid lähtudes staatilisest koormusest. Millist laagritüüpi kasutada, selle otsustab projekti autor. Et põhiõppe projekt on ikkagi õppeprojekt, siis oleks soovitatav, kui kasutataks nii veere- kui liugelaagerdusi. Samas: võlle on käsivintsis üldjuhul ainult kaks ja kui otsustatakse mõlemal juhul veerelaagerduste kasuks, on ka see otsus aktsepteeritav. Liugelaagerdus on tegelikult olemas ka vända käepidemes harjutamiseks sobib seegi. Veerelaagrite valikuks on vaja hankida mõni käsiraamat-kataloog, näiteks firmalt SKF, mis on Eestis enim tuntud. Ent miks mitte FAG, TIMKEN, Koyo, GOST jt. kõik sobivad! Ent kõigepealt meenutage konstruktsioonielementide kursusest [1], mis tüüpi veerelaagreid üldse on, millised on nende tunnussuurused ja kuidas neid valitakse. Alles siis otsige internetist, näiteks, www.skf.com (inglise keeles) või www.skf.ru (vene keeles). Samuti on alati võimalus kasutada andmebaase, mida pakuvad SolidWorks, SolidEdge jt. kuid seda
ikka tingimusel, et teate ja annate endale aru, mida arvuti teeb ja teile pakub. Projekti kaitsmisel küsime kindlasti, mis on laagri dünaamiline kandevõime, kuidas arvutada laagri ressurssi, mis on laagri täpsusklass, kuidas on antud piirmõõtmed jne. 8 Järgmiste arvutuste tegemiseks vaata [1] jt. ja harjutustundides soovitatud materjale 4.3. Liisliidete arvutus 4.4. Tiguülekande arvutus 4.5. Vända ja käepideme jäikus- ja tugevusarvutus 5. Konstruktsiooniloome ja tehniline dokumentatsioon 5.1. Projekti konstruktsioonidokumentide komplekt Põhiõppe projekt on õppeprojekt ja sisaldab fragmente tooteloome erinevatest etappidest: esimestest eskiisidest kuni tööprojekti detailijoonisteni. Et enda jaoks teadvustada, mis on mis ja millega tegelesite, nimetage, millised konstruktsioonidokumendid projekti kuuluvad ja kirjeldage neid lühidalt. Ärgem unustagem, et tehnilise projekti üldvaatejoonis see joonis on vaieldamatult meie projekti võtmedokument - on samuti koostejoonis ja tehakse kõigi koostjoonise reeglite järgi, ent on tööprojekti koostejoonisest inforikkam ja insenerimõtte fikseerimise keskne. Kui teatud elemendi tugevuste suurendamiseks on vaja teatud kohas ette näha jäikusribi, siis näidatakse see ära jne. jne. tööprojekti koostejoonisel selle näitamiseks ju vajadust pole: koostamisliinile tulev detail on vaja vaid ära tunda ja vajatakse vaid seda teavet, mis on tarvilik ja piisav detaili paigaldamiseks. Küll on aga vaja insenerimõtet kätkeva jäikuseribi olemasolu teatavaks teha detailikonstruktorile. 5.2. Tolerantside, kuju- ja asendihälvete ning pinnakareduste valik 5.3. Konstruktsiooniloome (materjalide valik, koostamine, hooldus, määrimine jm.).. Kokkuvõte Kasutatud kirjandus 1. Kleis, I. Masinaelemendid. Konspekt bakalaureuseõppeks.ttü, Tallinn, 2005. 138 lk. 2. Rakendusmehaanika. Koost. Ilmar Kleis. Tallinn, Valgus, 1984. 424 lk. 3. Dunajev, P., Lelikov, O. Masinaelementide projekteerimine. Kursusetööd. Tallinn, Valgus, 1989. 360 lk. 4. jne. kõik projektis kasutatud materjalid, ka veebiaadressid 5...