1

MISKOLCI EGYETEM GPSZMRNKI S INFORMATIKAI KAR

Robert Bosch Mechatronikai Tanszk

FOKOZATNLKLI TELJESTMNY HAJTMVEK

(Forgcsol szerszmgpek fokozatnlkli fhajtmvei)

Oktatsi segdlet

Dr. Jakab Endre egyetemi docens

Miskolc, 2010

2

BEVEZETS A szerszmgp olyan munkavgz berendezs, amelyet meghatrozott technolgiai eljrssal, a munkadarab s a szerszm kztt ltrehozott relatv mozgsokkal a munkadarab geometriai alakjnak clszer megvltoztatsra, kialaktsra alkalmaznak. A munkadarab anyaga tetszleges lehet. A relatv mozgsokat elemi halad s forg mozgsok hozzk ltre. A szerszmgpek kevs kivtellel a diszkrt gyrtsi eljrsok gpei.

A megmunkl gpek krben a fmforgcsol szerszmgpek a legfontosabb gpcsoportot kpezik. A szerszmgpek egyes mozgsainak teljestmnyignye nagyon klnbz. A legnagyobb teljestmnyigny mozgst forgcsol fmozgsnak nevezzk, amelynek teljestmnye legalbb kt nagysgrenddel haladja meg az eltol mozgsokt. A forgcsol fmozgst fhajtmvek biztostjk, ezrt szerepk a gpeken bell kiemelt. A munkadarab megmunklsi pontossga a fhajtm s a fors mkdstl ugyancsak nagymrtkben fgg. A korbban szinte kizrlagos fokozatos fhajtmvek elmleti alapjait s gyakorlati alkalmazsait magas szinten mutatja be TAJNAFI, J. s TAKCS, E. az [1, 2] mvekben, a lertak ma is helytllak s alkalmazottak.

A szmjegyvezrls megjelense lnyegesen befolysolta a szerszmgpek szerkezeti kialaktst, ptelemeik s egysgeik fejlesztst. Az elmlt idszak elektrotechnikai-elektronikai, hajtstechnikai, irnyts- s szablyozstechnikai, informatikai fejldsnek eredmnyeknt a fokozatnlkli fordulatszm hajtmvek terjedtek el. Nagyobb teljestmny gpeken ezek ltalban nhny fokozat fokozatos hajtmvel kombinlt hajtmvek, mert a nyomatkok nvelse leggazdasgosabban ma is fogaskerkhajtsokkal oldhatk meg. A fokozatnlkli fhajtmvek a velk szemben tmasztott kvetelmnyeket igen magas sznvonalon elgtik ki s szmos j funkcit is megvalstanak a fokozatosakhoz viszonytva. A fhajtmvek palettja sokkal gazdagabb vlt pl. a nagy fordulatszm, nagy pontossg s ms specilis fhajtsok megjelensvel.

A korszer fhajtmvek a Szerszmgpek Tanszke oktatsban, ipari s kutat munkiban mr kezdetektl fogva szerepeltek. Ugyanakkor e fhajtmvekrl ttekint magyar nyelv lers, ismertets mg nem jelent meg. A segdlet clja a forgcsol szerszmgpeknl alkalmazott fokozat nlkl llthat fordulatszm, forg fmozgst megvalst hajtmvek bemutatsa, tervezsi krdseinek trgyalsa. A kinematikai tervezs sorn a fokozatos hajtmvek idevonatkoz krdseit ismertnek ttelezzk fel az [1, 2] irodalmak alapjn. Azokbl az elengedhetetlenl szksges ismereteket felhasznltuk illetve hivatkoztunk r. A villamos motorok s hajtsok bemutatsa a tma

3

kapcsn nlklzhetetlen, mivel azok kinematikai-, teljestmny- s nyomatkviszonyai nlkl a korszer fhajtmvek nem trgyalhatk. A lertak ms hajtmveknl, vagy hajtsi feladatoknl kzvetlenl felhasznlhatk illetve adaptlhatk.

A segdlet megrsa kapcsn szeretnm megksznni mindazon kollgk tmogatst, akik biztattak s segtettek e munkban.

Tajnafi Jzsef professzor rtkes szakmai szrevtelei hozzjrultak ahhoz is, hogy a segdlet a Szerszmgptervezs I. [1] jegyzet fokozatos fhajtmvekrl rt ismereteinek folytatst jelentse. Mdai Ferenc kollga villamos hajtsokrl rt oktatsi segdletei [3, 4, 18], hasznos tancsai nemcsak szakmailag, de szemlletben is formltk az anyag rst. A szerkezeti megoldsok rajzainak idignyes beszerkesztse Dr. Takcs Gyrgy s Dr. Vizi Gbor kollgk munkjt dicsri. A lers jobbtsban Lakatos Kroly kollga kritikai szrevtelei voltak hasznomra. Kln ksznettel tartozom az Excel-Csepel Szerszmgpgyrt Kft-nek a szerszmgpeikrl elektronikus formban tadott rajzokrt, amelyeket a tervezs oktatsban hasznlunk fel, s amelyekbl tbb fhajtm szerkezeti megoldst is bemutatunk a segdletben. Az sszelltshoz felhasznltuk mindazon tapasztalatokat s eredmnyeket, amelyek a tanszk oktat, kutat s ipari megbzsos munki kapcsn e tmakrben sszegyltek. Miskolc, 2010. mrcius

Jakab Endre

4

1. FHAJTMVEK FUNKCII, RENDSZEREZSE A forgcsol megmunklshoz szksges mozgsok:

a forgcsol erk aktv komponensei ellenben mkd, vagy ltrehozsuk cljbl vgzett fmozgs(ok) s a

mellkmozgs(ok), amelyeket eltol, vagy fogsvteli mozgsoknak neveznek. A szerszmgpeken emellett ms mellkmozgsok is lehetnek, illetve az egyes mellkmozgsok funkcii vltozhatnak, felcserldhetnek.

Tovbbiakban a forgcsol fmozgsokat ltrehoz fokozatnlkli fordulatszm elektromechanikus s villamos fhajtmveket trgyaljuk. A fokozatos hajtmveket csak az anyag megrtshez szksges mrtkben magyarzzuk. 1.1 Fhajtmvek funkcii A forgcsol szerszmgpek fhajtmveinek legfontosabb funkcija (feladata) a forgcsol fmozgs ltrehozsa, ami a forgcsol sebessgek, a forgcsol erk, nyomatkok (teljestmnyek) s a megmunklsi pontossg lehet leggazdasgosabban trtn biztostst jelenti.

A klnbz megmunklsi feladatok egy adott szerszmgpen trtn gazdasgos elvgzse eltr forgcsolsi paramterek belltst ignyli, ami szorosan sszefgg a megmunklni kvnt munkadarab anyagval, a hozz megvlasztott szerszmmal s a megmunkls minsgi jellemzivel. A technolgiai paramterek vltoztatsa elsdlegesen a forgcsol erk vltozsban jelenik meg. A nagyol megmunklsok a gp legnagyobb nyomatkt (teljestmnyt), a simt megmunklsok pedig a legnagyobb fordulatszmt hatrozzk meg. A fhajtmvet gy kell megtervezni, hogy a lehetsges varinsok ltal meghatrozhat teljestmny s nyomatk ignyt a fordulatszmok fggvnyben a lehet legjobban kielgtse. A szerszmgpek egyetemessge a szleskr technolgiai lehetsgek biztostsban jelenik meg.

Az optimlis s gazdasgos forgcsol sebessgek, illetve az egyes munkadarab, vagy szerszm tmrknl szksges fordulatszmok a fhajtm kinematikai kialaktst befolysoljk. A kinematikai tervezseknl figyelembe kell venni az erhatsokat is, azaz a megfelel kinematikai megoldsok, elemek csak az egyttes kvetelmnyek alapjn vlaszthatk ki.

A megmunklsi feladatokhoz kiszmtott legnagyobb forgcsol ert s nyomatkot a fhajtm mechanikai, szilrdsgi tervezshez hasznljuk fel.

5

A fhajtm teljestmnyt a forgcsol sebessgek s erk, vagy fordulatszmok s nyomatkok egyttesen hatrozzk meg.

6

A fhajtm f funkciit a forgcsol fmozgst vgz szerkezeti egysg (a vgrehajt szerv) valstja meg, amely forg fmozgs esetn a fors (eszterga - fr - mar - krfrsz - kszr - stb. - gp), egyenes vonal halad fmozgs esetn a lineris szn (gyalu- vs- s regel gp). A vgrehajt szerv kialaktsa, ellltsa (gyrtsa, szerelse) s mkdse a megmunkls pontossgt nagymrtkben meghatrozza. A fhajtmvek a f funkcik mellett tovbbiakat is elltnak, amelyek az albbiak lehetnek.

A hajts bekapcsolsa, kikapcsolsa s fkezse a gp be- s kikapcsolsakor, mveletek kzbeni lelltskor munkadarab cserhez, mrs-ellenrzshez, szerszmcserhez, vagy a fordulatfokozatok vltsra a munkadarab tmr vltozsa vagy ms szerszm alkalmazsa esetn.

A fordulatirny megvltoztatst s kzben fkezst ignyel pldul furateszterglsnl balos vagy jobbos szerszm alkalmazsa, a menetvgs s a menetfrs.

A fors pozicionlsa automatikus szerszmcsernl pl. az NC (Numerical Control - szmjegyvezrls) fr- mar megmunkl kzpontoknl, kszrgpeknl, stb. szksges.

A fors C-tengelyes hajtst a hajtott szerszmokkal elltott eszterga kzpontokon alkalmazzk, amikor a fors forg NC tengelyknt mellkmozgsokat (folytonos forg, szakaszos oszt) is megvalsthat a forg fmozgs mellett.

1.2 Fhajtmvek rendszerezse A fhajtmvek rendszerezsre tbbfle szempont knlkozik [1, 2, 6, 7]. A fmozgs lehet:

forg, mint amilyen pldul az esztergagpek, frgpek, margpek, kszrgpek, stb. fmozgsa, vagy

egyenes vonal, szakaszos, mint a gyalu- s vsgpek, az regel gpek, fmozgsa.

A fmozgs nagysga lehet:

lland (forg fmozgs gpek, hosszgyalu, stb.), vagy vltoz (pl. harntgyalu).

A fmozgs nagysgnak vltoztatsa trtnhet:

fokozatosan (er- vagy alakzr mdon kapcsolhatan, vagy cserlheten klnbz lland tttelekkel),

fokozat nlkl (mechanikus srld, hidraulikus, pneumatikus, elektromechanikus s villamos hajtsokkal).

7

A fmozgs s a mellkmozgsok kztti kapcsolatok jellege lehet: kinematikai s technolgiai fggvnykapcsolat.

A kinematikai fggvnykapcsolatok nagy pontossgot kvetelnek a mozgskomponensek kztt, amelyet vagy mechanikus kinematikai lncokkal, vagy szablyozott elektronikus kinematikai lncokkal valstanak meg.

A technolgiai fggvnykapcsolatok nem ignyelnek pontos sszhangot a mozgsok kztt, ezrt az egyes mozgsok ltrehozsnl a szablyozs nlkli, kln villamos, hidraulikus, pneumatikus motoros hajtsok is szba jhetnek. Termszetesen kitnek e clra a kinematikai fggvnykapcsolatoknl felsorolt megoldsok is.

A paramterek nagysga szerinti csoportosts kiterjedhet:

a fmozgs sebessgre (fordulatszmra), a fhajts teljestmnyre, nyomatkra, a hajtm szablyozhatsgra, stb.

A szerkezeti kialaktst alapveten befolysolja a fmozgs jellege. A fmozgst megvalst hajtmvek kinematikai lncnak els, energiakzl tagja rendszerint valamilyen forg villamos motor. A hajtmveket leggyakrabban a mozgst ltrehoz s talakt, kzvett szerkezettl fggen szoks rendszerezni.

A fmozgst elllt hajtmvek tpusai:

Mechanikus hajtmvek. A hajtsi lnc elejn egy lland fordulatszm villamos motor tallhat, utna kapcsoldik valamilyen sokfokozat (vagy fokozat nlkli) mechanikus hajtm. A hagyomnyos egyetemes szerszmgpek jellegzetes hajtmvei.

Elektromechanikus hajtmvek. A hajtsi lnc fokozatmentesen, vagy fokozatosan llthat fordulatszm villamos motorbl (egyenram, szinkron, aszinkron) s utna kapcsolt kis fokozatszm mechanikus hajtmbl, vagy lland tttel hajtsbl esetleg ezek kombincijbl ll. A szmjegyvezrls szerszmgpek hajtmvei leggyakrabban ilyen kialaktsak. Nincs akadlya annak, hogy mechanikus hajtmvet elektromechanikuss alaktsunk, vagy arra cserljnk le meghagyva a tovbbi mechanikus kinematikai lncokat.

Villamos fhajtsok. A hajtst a fokozatmentesen vltoztathat fordulatszm motor kzvetlenl biztostja esetleg tengelykapcsol kzbeiktatsval. Tipikus kiviteli megoldsaik a motororsk, amelyek mind a hagyomnyos, mind a CNC (Computer Numerical Control - szmtgpes szmjegyvezrls) szerszmgpeken megtallhatk. A

8

nagy fordulatszm s/vagy nagypontossg szerszmgpek tipikus fhajtsai.

Hidraulikus s pneumatikus fhajtsokban a villamos energit elszr hidraulikus, pneumatikus energiv alaktjk, amit lineris vagy forg motorok segtsgvel hasznlnak fel mechanikai munkavgzsre.

Fokozatos, vagy fokozatnlkli mechanikus hajtm alatt olyan hajtmvet rtnk, amelynl az egyes fordulatoknak megfelel kinematikai viszonyok kapcsolssal hozhatk ltre.

Az lland tttel hajts alatt olyan hajtskapcsolatot rtnk, amelynl a kinematikai viszonyok llandak. Ha egy lland kinematikai viszony ms lland rtkre val megvltoztatsa szksges, az nem kapcsolssal, hanem a hajtskapcsolat elemeinek (fogaskerekek, szjtrcsk) cserjvel trtnik.

Tovbbiakban rszletesen csak az elektromechanikus s villamos fhajtmveket trgyaljuk, az sszehasonltsokhoz azonban mindegyik hajtm tpus funkcivzlatt megvizsgljuk. 1.3 Fhajtmvek funkcivzlatai (blokkvzlatai) Az 1. s 2. brk a forg fmozgs mechanikus, elektromechanikus s villamos hajtmvek funkcira jellemz vzlatokat szemlltetik, amelyeket szoks blokkvzlatoknak is nevezni.

2 3 4 5 61 1 65

a. b.

1. bra Forg fmozgs, fokozatos fhajtmvek funkcivzlata Az brk jellsei: 1- fmotor lland, fokozatosan vagy fokozat nlkl llthat fordulatszm, 2- tengelykapcsol, 3- fk, 4- irnyvlt, 5- a forg mozgs nagysgt bellt fokozatos vagy fokozat nlkli hajtm, esetleg lland tttel, 6- fors (forg szn), 7- forg/egyenes vonal mozgs-

9

talakt mechanizmus (forgattys-himbs, fogaskerk- fogaslces, ors- anya, stb.), 8- halad mozgs szn. Az 1- fmotor s a mechanikus hajtm kztt rendszerint kszjhajts tallhat, amelyet itt nem brzoltunk. A motor tengelye prhuzamos, vagy merleges lehet a fors tengelyre. Az 1.a bra szerinti funkcivzlat az egyetemes szerszmgpek fhajtsaira jellemz. A hajts clgpi, vagy specilis megmunkl egysgeknl egyetlen lland tttelre egyszersdik, ami lehet fogaskerekes (cserekerekes is) pl. clgpeknl, vagy lapos szjas (esetenknt cserlhet szjtrcskkal) pl. clgpi finomfr, vagy furatkszr egysgeknl (1.b bra). A fordulatirny ltalban azonos az lland technolgia kvetkeztben, megvltoztatsa szksg esetn motorral, vagy reverzl kszlkkel trtnhet. A fors fkezsrl a motorral egybeptett erzr (srld) fk gondoskodhat, amely rugs mkdtets. A motor indtsakor a rugszortst (a fkezst) elektromgnes oldja. A szmjegyvezrls szerszmgpek klnbz kialakts fhajtmveinek funkcivzlataibl (2. bra) jl ltszanak a hagyomnyos mechanikus hajtmvektl val eltrsek. A fokozat nlkl szablyozhat fordulatszm fmotorok tulajdonsgaiknl fogva kedvezbbek, mivel a mechanikus hajtmvek tbb funkcijt is megvalstjk, ennlfogva a funkci sszevons kivl pldjaknt is szolglnak. gy elmaradhatnak a mechanikus hajtmvek olyan szerkezeti egysgei, mint pl. a tengelykapcsolk, fk, irnyvlt, cskken a mozgsnagysg bellt hajtm fokozatszma, szerkezete, nincs szksg fokozatnlkli mechanikus hajtmre ugyanakkor az egyes funkcik mennyisgi s minsgi paramterei javulnak.

32 35 1 311

a. b. c.

2. bra Forg fmozgs, fokozatnlkli hajtmvek funkcivzlatai A 2.a bra szerinti elektromechanikus hajtsban a motor s a kis fokozatszm hajtm kztt rendszerint Poly-V szjhajts (esztergk), fogaskerk tttel, rugalmas tengelykapcsol (fr- mar megmunkl kzpontok) helyezkedik el. A 2.b bra szerinti villamos fhajts alkalmazsa kszrgpeknl, vagy gyorsfordulat faipari margpeknl gyakori. Az egytengely (koaxilis) hajtsnl rugalmas tengelykapcsol a tengelyek kztti szg- s helyzethibt egyenlti ki. A merev tengelykapcsol rendszerint un. tokos, amelynl az

10

egytengelysg biztostsa kiemelt kvetelmny.

11

A tengelykapcsol helyett az 1- motor s a 6- fors kztt olykor csak egy lland tttel szjhajts tallhat. Motororsknl (2.c bra) a fors hz a motor ll (szttor), a fors pedig a motor forg (rotor) rsze. A 3. bra a halad fmozgs mechanikus hajtmvek blokkvzlatt szemllteti. Ha az alternl mozgst olyan 7 nirnyvlt szerkezet hozza ltre-, mint amilyenek a klnbz forgattys mechanizmusok-, a 4 irnyvlt szerkezet elmarad. A halad fmozgs ltrehozsban a jvben szmtani lehet a mozgs talaktval kombinlt forg szervomotoros s a lineris motoros hajtsok megjelensre.

1 2 3 4 5 7 8

3. bra Halad fmozgs fokozatos hajtm funkcivzlata A forg mozgst ltrehoz hidrosztatikus fhajtsokra (4.a bra) pldt a nehz szerszmgpeknl, a halad mozgsakra (4.b bra) hosszgyalugpeknl tallunk. A mozgsi sebessgek fokozat nlkl llthatk a trfogatram nagysgnak vltoztatsval. Levegvel nagyfordulatszm, kis terhels forskat kzvetlenl hajtanak meg. Funkcivzlata a 2.c brhoz hasonl, de az 1 egysg lgturbins motor.

1 85 61

a. b.

4. bra Hidrosztatikus fhajtsok funkcivzlatai

12

2. FHAJTMVEK FORGCSOLSI- S TELJESTMNYVISZONYAI

A mechanikus s elektromechanikus hajtsoknl mindig forg mozgs hajtmvekkel dolgozunk. Ez egyrszt azzal magyarzhat, hogy a forg mozgsok ellltsa villamos forg motorokkal egyszer. Tovbb az egyenes vonal mozgsokhoz is forg mozgs hajtmveket clszer alkalmazni s csak a kinematikai lnc vgre ptett forg/halad mozgs-talakt mechanizmus (ors-anya, fogaskerk-fogaslc, csiga-csigalc, a forgattys mechanizmusssal kezdd klnbz szerkezetek, stb.) biztostja a halad mozgst. A forgcsol szerszmgpek elssorban forg fmozgssal dolgoznak. A forg fmozgs szerszmgpek s fhajtsok jelentsge s kiemelt szerepe abbl addik, hogy csak folytonos forg mozgsoknl hasznlhatk ki a klnbz minsg szerszmok (gyorsacl, kemnyfm, kermia, stb.) optimlis s gazdasgos vgsebessgei. A forgcsol f- s mellkmozgsokat ltrehoz hajtmvek paramterei igen eltrek. A kvetkezkben ennek igazolsra vgezznk el nhny vizsglatot. 2.1 Forgcsolsi- s teljestmnyviszonyok A tovbbi magyarzatok s hivatkozsok megrtsnek knnytsre, a f- s mellkhajtsok bemutatsra az esztergls mozgs- s erviszonyait clszer alapul venni. Ennek magyarzata az, hogy az esztergls a legszlesebb krben alkalmazott s ismert technolgia, amelynek egyl, hatrozott lgeometrij szerszma van [5, 6].

vfz v

fx

z

x x

Mc

nc

Mc

nc

z

(c)(c)

a a

a. b.

5. bra Hossz- s keresztesztergls

13

Az 5. bra a hossz- s kereszteszterglsra jellemz mozgsokat tnteti fel, ahol az egyes jellsek:

14

,n c c - a fors fordulatszma (f/perc), illetve szgsebessge (1/sec),

cv - forgcsol sebessg (fmozgs sebessge), amely a szerszm forgcsoll egy pontjnak sebessge a munkadarab koordinta-rendszerben, mrtkegysge: m/perc, kszrlsnl m/sec,

v fz , vfx (m/perc, vagy mm/perc) a fnv cf = sszefggsbl szmtott koordintairny eltol sebessgek, ahol f az eltols (mm/fordulat, vagy mm/lket),

a fogsmret (mm), amely lehet mlysg, vagy szlessg.

Lthat, hogy a ktfle megmunklsnl az eltol s fogsvteli mozgsok, azaz a sznok funkcii felcserldnek. Az brkon feltntettk az NC gpre vonatkoz x-z koordintarendszert is. Tovbbiakban csak a forgcsolsi folyamathoz nlklzhetetlen eltol mozgsokat vizsgljuk.

Ff

Fp

FFc

vc

vfz

v

6. bra Forgcsolsi alapmodell A 6. bra a hosszeszterglsnl fellp, a szerszmra hat F ered forgcsol ert s v sebessget, valamint azok sszetevit szemllteti, amelyek:

Fc - forgcsol er a fmozgs irnyba esik,

Ff - eltol er az eltols hatsvonalba esik,

Fp - fogsvtel irny, passzv er, ami az elzekre merleges irny,

F - ered forgcsol er, vc - forgcsol sebessg,

vfz -z irny eltolsi sebessg,

v - ered sebessg.

15

Az Fp mlyt irny erhz a forgcsols alatt sznmozgs nem ktdik, ezrt passzvnak tekintjk. A fenti trbeli er- s sebessgvektorok skalris szorzatbl a megmunklshoz szksges P sszes hasznos mechanikai teljestmny s annak sszetevi meghatrozhatk.

==

0

v

v

F

F

F

vFP f

c

p

f

crr

, azaz kifejtve:

fcffccpffcc PPvFvF0FvFvFP +=+=++= . (1)

Az sszefggsekbe a sebessgeket m/sec, az erket N mrtkegysgben kell behelyettesteni.

A Pc (f)forgcsolsi hasznos teljestmny felrhat a forst terhel Mc nyomatk s a fors nc fordulatszmnak szorzatval is:

55,9

nMnM

60

2MP ccccccc

pi== . (2)

Az egyenletek mind az egyenes vonal, mind a forg fmozgs teljestmnynek meghatrozsra alkalmasak klnbz megmunklsi tpusoknl (esztergls, frs, mars, stb.). A legnagyobb forgcsolsi teljestmny, vagy nyomatk meghatrozsa nagyol megmunkls felttelezse mellett trtnik, azaz a legnagyobb levlaszthat forgcskeresztmetszet s a legnagyobb megmunklsi tmrt (szerszm vagy munkadarab) figyelembe vve. A mretezsi fordulatszm meghatrozsa kln megfontolsokat ignyel, amelynek vizsglatra a ksbbiekben trnk vissza.

A Pf eltolsi hasznos teljestmny: P F vf f f= . (3)

Figyelembe vve, hogy Fc> Ff (Ff(0,10,4)Fc) s hogy a vc>>vf (pl. vc20450 m/perc, illetve vf0,21 m/perc rtkekkel) az addik, hogy a forgcsolsi teljestmny nagysgrendekkel nagyobb, mint az eltol teljestmny. A kinematikai eltrseket tovbb nveli, hogy a mellkhajtmveknek kszmeneti (210 10-3 m/perc) s gyorsjrati (1020 m/perc, vagy ennl is nagyobb) sebessgeket is biztostani kell a nagy pozcionlsi pontossg s a kis mellkidk rdekben. A fhajtmvek fordulatszm- vagy sebessg szablyozhatsgval sszevetve az eltol hajtmvek sebessg szablyozhatsga akr kt nagysgrenddel is nagyobb lehet. Mindez a mellkhajtmnek a fhajtmtl lnyegesen eltr kinematikai, mechanikai, szilrdsgi tervezst s kialaktst kveteli meg. A fentiek alapjn mondhatk a fhajtmvek teljestmny- az eltol hajtmvek kinematikai hajtmveknek.

16

Azoknl a szerszmgpeknl, amelyeknl a mellkhajts a fhajtssal kinematikailag sszefgg-, fhajtsrl levezetett mechanikus kinematikai lnc biztostja az eltolst-, a fmotort az sszes szksges teljestmny alapjn kell kivlasztani. Ilyen gpek pl. a hagyomnyos esztergagpek, a frgpek. A kinematikailag fggetlen f- s mellkhajtssal rendelkez gpeknl, mint pl. az egyetemes margpeknl, kszrgpeknl, vagy a CNC gpeknl a motorok teljestmnyt a f- s mellkhajtsokhoz kln- kln kell meghatrozni. A hajtmvek mech mechanikai hatsfoknak figyelembevtelvel szmthat ki a motor tengelyn szksges teljestmny, ami alapjn a motor katalgusbl kivlaszthat. A f- s mellkhajts szksges motorteljestmnyei:

,P

Pmech

ccsz

= mech

ffsz

PP

= . (4)

A hajtm s a motor hatsfokval a bemen villamos teljestmnyszksgletek:

,P

Pvillmech

ccv

= villmech

ffv

PP

= . (5)

Az sszes bemen villamos teljestmny:

fvcvv PPP += . (6)

Az egyetemes szerszmgpek fhajtmveinek mechanikai hatsfoka nagyobb mrtkben a terhels s kisebb mrtkben a fordulatszm fggvnyben vltozik:

95,075,0mech .

A mechanikai vesztesgek keletkezsnek forrsai a hajtm kinematikai- s knyszer prjaiban fellp srldsi vesztesgek, lg- s folyadk ellenllsbl add vesztesgek, kisebb rszben rugalmas deformcis vesztesgek. Megjegyezzk, hogy az resjrati hatsfok mindig rosszabb, mint a terhels alatti. A villamos motor hatsfokt, ami nagyobb nvleges teljestmnyeknl jobb, a mechanikai, lgellenllsi s nagyobbrszt a villamos vesztesgek hatrozzk meg. Szoksos rtke, pl. aszinkron gpeknl:

9,075,0vill .

A szerszmgp fhajtmvek teljestmnye s azt meghatroz komponensek rtkei a technolgia tpusval s szerszmaival illetve azok paramtereivel, a mechanikus ptelemekkel, kszlkekkel fgg ssze. A XIX. szzad vgn s a XX. szzad elejn pldul a villamos motorok megjelense, majd a gyorsacl szerszmok alkalmazsa a szerszmgpek ptst, gy a fhajtmvek kialaktst is nagymrtkben befolysolta, a szerszmgpek forgcsolsi s teljestmny paramterei jelentsen megnttek.

17

A hagyomnyos egyetemes szerszmgpek fordulatszmai ltalban nem lptk tl az 15002000 f/perc rtket. Esztergagpeknl a technolgia s szerszmai mellett a leggyakrabban hasznlt munkadarab befog kszlk, a kzi mkdtets skspirlmenetes tokmny szerkezete is korltot szabott a fordulatszm nvelsnek. A fordulatszm nvelsvel ui. a megfog pofk szortereje a pofkra hat rpt er nvekedse miatt cskken. Mg nagyobb vltozst hozott az NC gpek, a fokozat nlkl llthat fordulatszm motorok alkalmazsa, a forgcsol szerszmok tovbbi fejldse. Az elmlt szz v alatt pldul az esztergls vgsebessge 10 m/perc-rl 1000 m/perc fl ntt klnbz anyagok megmunklst alapul vve [8]:

Szerszmaclok: 1018 m/perc Gyorsacl: 1550 m/perc nttt kemnyfm: 3070 m/perc Zsugortott kemnyfm: 80300 m/perc Oxid s ms kermik: 1002000 m/perc Bevonatos kemnyfmek: 300450 m/perc

Ennek megfelelen ms hatrozott lgeometrij szerszmos megmunkls (mars, frs) vgsebessge is nvekedett. A hatrozatlan lgeometrij, merev kszr szerszmoknl a nvekeds arnyai nem ilyen nagyok, ami a szerszm szerkezetvel magyarzhat.

A ma ptett fhajtsoknl a kvetkezk tendencik rvnyeslnek.

A forgcslevlasztsi teljestmny nvelse cljbl nvelik a fhajts teljestmnyt. A magasabb forgcsolsi paramterek (vc, f, a) megvalstst nagy forgcsol kpessg szerszmok teszik lehetv, a f hangsly a vc nvelsre esik. A fellp nagy erkhz, nyomatkokhoz rendkvl merev gpeket ptenek, s azokat statikus s dinamikus merevsgre mretezik. A gpek a nagy anyaglevlasztsi teljestmny mellett a pontos megmunkls feltteleit is kielgtik.

A nagy forgcsol sebessg szerszmok egyre nagyobb fordulatszm szerszmgpek tervezst ignyeltk. Forg szerszmos gpeknl egyidejleg cskkentettk az alkalmazott szerszmok tmrjt. Gptpustl fggen 400025000 f/perc, vagy specilis esetekben ennl is magasabb fordulatszmokat alkalmaznak.

A cl legtbbszr nem a f forgcsol teljestmny nvelse, hanem a forgcsol erk cskkentse, amit nvekv forgcsol sebessgeknl a fordulatonknti eltols s a fogsmret cskkentsvel rnek el. Mindez a gpek megmunklsi pontossgnak nvelshez vezetett.

Nagy forgcsol erk, illetve fordulatszmok esetn a rezgsek veszlye is nagyobb, aminek elkerlsrl mr tervezskor gondoskodni kell. A

18

statikus terhelsek a munkadarab geometriai alakjt, a dinamikusak a fellet minsgt befolysoljk.

19

3. FOKOZATOS FHAJTMVEK TELJESTMNY- S NYOMATKVISZONYAI

A forgcsolsi teljestmnyt a szmtott legnagyobb forgcsol nyomatk s az un. nkr kritikus fordulatszm (mretezsi fordulatszm) hatrozza meg, amelyet az n1nz fordulatszm tartomnybl kell kivlasztani. Ennek magyarzatt albb megadjuk. Tovbbiakban a fordulatszmnl a c indexet elhagyjuk. A fokozatos fhajtmvek n1nz (nminnmax) fordulatszm tartomnyban sszesen z diszkrt fordulatszm hozhat ltre, amelyek szorztnyezj (fokozati tnyezj) geometriai sort alkotnak. Fokozatos hajtmveknl a =(v) fokozati tnyezt a szerszm gazdasgos vgsebessgtl megengedett szzalkos sebessgcskkens mrtke, a v hatrozza meg. A mretezsi nkr kritikus fordulatszm megvlasztst a klnfle munkadarab- s szerszmanyagok, illetve a technolgia befolysolja. Belthat, hogy a legkisebb fordulatszmokat az alacsony vgsebessg szerszmok (gyorsacl), vagy technolgik (pl. menetvgs) ignylik. A maximlis nyomatkot a nagyol megmunkls technolgijnak figyelembevtelvel hatrozzk meg, amit nagy forgcskeresztmetszet, forgcsol er s megmunklsi tmr jellemez. A legnagyobb Mcmax forgcsol nyomatkot a legkisebb fordulatnl is biztostani kell. Jobb minsg szerszmokkal (pl. kemnyfm) trtn nagyolsnl-, ahol magasabb a forgcsol sebessg-, a maximlis forgcsol nyomatkra ugyancsak szksg van. A mretezs fordulatszmt teht nem a ritkn elfordul esetre (nagyols Mcmax nyomatkkal a legkisebb vgsebessget ad legkisebb fordulaton), hanem a fentiek figyelembevtelvel kell meghatrozni. A forgcsolsi teljestmnyt ezrt az n1 legkisebb fordulatnl magasabb nkr fordulatszmmal (nkr>n1) hatrozzk meg. A mretezs fordulatszma a kialakult gyakorlat szerint a (7) sszefggssel szmthat:

41kr Sznn = , (7)

ahol az Sz a fokozatos fhajtm szablyozhatsga, amelynek rtkt a legnagyobb s a legkisebb fordulatszmok hnyadosa adja. A kritikus fordulatszm kzelten gy is meghatrozhat, mint a legkisebb fordulatszmtl szmtott

( 14

z+ ). fordulatszm.

Pldul egy 12 fokozat hajtmnl nkr=n4, azaz a legkisebbtl szmtott negyedik fordulattal mreteznk. A kritikus fordulatszm szolgl alapul a hajtm szilrdsgi mretezshez is. A hajtm kimen tengelyn, a forsn szksges teljestmny a (2) szerint:

20

55,9

nM

60

2nMMP krmaxckrmaxckrmaxcmaxc

pi== . (8)

A szksges motorteljestmnyt a (4) egyenlet alapjn hatrozzuk meg s a kiszmtott rtkhez legkzelebbi, nagyobb teljestmny motort vlasztjuk:

mech

maxccszm

PPP

= .

A fokozatos hajtm teljestmny- s nyomatk hatrdiagramjai a fordulatszmok fggvnyben a 7. brn lthatk. A diagram kt rszre bonthat aszerint, hogy a nyomatk, vagy a teljestmny lland:

I. =maxcM lland, nCP 1c = , kr1 nnn ,

II. =maxcP lland, n

1CM 2c = (hiperbola), zkr nnn .

A hajtm szerkezeti elemeit az I. tartomny maxcM maximlis nyomatkra mretezik. A 7. brbl is lthat, hogy a motor nvleges teljestmnye ettl nagyobb nyomatkok elrst is lehetv teszi az I. (n1nkr) fordulatszm tartomnyban, ezrt a tlterhels elleni vdelemrl gondoskodni kell. A tlterhels elkerlsre erzr szjhajts, vagy nyomatkhatrol tengelykapcsol alkalmazhat.

n (min-1)

Mc(Nm) P

c(kW)

nz

nkrn1

Pcmin

Pcmax

Mcmax

Mcmin

Pc(n)

Mc(n)

I. II.

7. bra A fokozatos hajtm teljestmny- s nyomatk hatrdiagramjai

21

4. MOTOROK Szerszmgpeken motorknt leggyakrabban a villamos forg motorokat alkalmazzk, egyes esetekben azonban a hidraulikus, vagy pneumatikus motorok elnysek. Az 1. tblzat foglalja ssze a motorok fajtit.

1. tblzat

Villamos Hidraulikus Pneumatikus motorok Forg: egyenram szinkron aszinkron

Forg Forg

Lineris: szinkron Lineris Lineris Fokozatos hajtmveknl a gazdasgos forgcsol sebessgtl megengedett szzalkos sebessgeltrs (10%, 20%, 30%, stb.) alapjn meghatrozott fokozati tnyezvel (1,12, 1,26, 1,41, stb.) kpezik a geometriai fordulatszmsorokat. A fordulatszmsort sokfokozat mechanikus hajtmvel valstjk meg, ami a hagyomnyos szerszmgpeket jellemzi. A fokozatos hajtmveket egy, ritkbban kt diszkrt fordulat (Dahlander) aszinkron motor hajtja meg. A villamos motorok s hajtsok fejlesztse lehetv tette olyan fokozatnlkli hajtsok ptst, amelyek sok paramterben fellmljk a mechanikus fokozatos hajtmveket. A motorok fokozatmentesen llthat fordulatszm egyenram, frekvenciavlts aszinkron, vagy szinkron gpek, amelyek un. ngynegyedes (4/4) hajtssal rendelkeznek, azaz mindkt irny forgs s fkezs ltrehozhat. Ignytl fggen a motorok 1/4-es vagy 2/4-es hajtssal is rendelhetk.

Mm

m

I.

IV.

II.

III.

Motor

(hajt)

Genertor

(fkez)

Genertor(fkez)

Motor(hajt)

8. bra Villamos forggpek hajtsi negyedei

22

2/4-es hajts lehet a ktirny forgats (nyomatk), vagy egyirny forgats (nyomatk) s fkezs. 1/4-es hajts pl. az aszinkronmotor, ahol csak egyirny nyomatk s forgsirny lehetsges. A lertak a 8. bra szemllteti. A motor megvlasztsa a technolgiai ignytl fgg. A motorok tulajdonsgai kvetkeztben jelentsen cskken a mechanikai ptelemek szma. A motor utn gyakran kis fokozatszm mechanikus hajtm helyezkedik el, amelyet pl. esztergagpeknl Poly-V szjhajtsokkal kombinlnak. A ksbbi fejezetben egytt trgyaljuk a szorosan sszetartoz elektromechanikus s a tisztn villamos fhajtsokat. 4.1 Aszinkron motorok A villamos gpek llandsult zemnek (nyomatknak) felttele kt egyttforg mgneses mez meglte. A motor csak addig mkdkpes, a kt oldal csak addig fejt ki nyomatkot egymsra, amg az egytt jrs megvalsul s azt a plusok egymshoz viszonytott helyzete biztostja. Az egyes forg motortpusok-, egyenram, szinkron, aszinkron (kalicks, csszgyrs)-, az ll s forgrszek plusrendszereinek kialaktsban klnbznek egymstl. A fluxus, az I ram ellltsi mdja s a terhelsi szg alakulsa attl fgg, hogyan keletkezik az egyik illetve a msik mgnes. A fokozatos hajtmvek kinematikai lncnak elejn hromfzis aszinkron motor [3, 4, 9, 10] tallhat. A kalicks s a csszgyrs forgrsz tpusok kzl elssorban a kalicks, (rvidrezrt) forgrsz motorok terjedtek el jellemzik miatt. Ismertetsket ehelytt az indokolja, hogy a motorokat egytt clszer bemutatni s a hajtmvek teljestmny s nyomatk viszonyairl tfog, sszehasonltsra alkalmas kpet adni. Az aszinkronmotorokat szmos kedvez tulajdonsg jellemzi:

Hromfzis hlzatra val kzvetlen csatlakozs. zembiztonsg, kis karbantartsi igny, alacsony r. Kis forgrsz-tehetetlensgi nyomatkok. A motor fordulatszma szksg esetn fokozatosan illetve fokozat nlkl

vltoztathat. Szles vlasztk.

A motor llrsz tekercseibe vezetett szimmetrikus, hromfzis U1 vltfeszltsg ltal ltrehozott forg mgneses mez a forgrsz tekercseiben feszltsget (ramot) indukl, ezrt is nevezik indukcis motornak. A forg mgneses mez fluxusa, a motor nm fordulatszma s s szlipje:

23

1

1

f

UK= , )s1(

p

f60n 1m

= , 1

1

n

nns

= , (9)

ahol az f1 hlzati frekvencia 50 Hz, p a plusprok szma, K gplland. Az s szlip a relatv fordulatszmarny, amelynl n a motor mindenkori fordulatszma s n1 a forg mgneses mez szinkron fordulatszma. A motor nyomatkot csak aszinkron llapotban, azaz valamilyen n

24

Egyenram motoros fhajtsok Szerszmgp fhajtsokban ma igen gyakran a hagyomnyos, kefs egyen-ram motorokat hasznljk [3, 4, 6, 9, 10, 11]. Ehhez kapcsold ismeretek rszletesebb trgyalst az indokolja, hogy azok egy rsze tovbbi, fokozatmentesen llthat fordulatszm motoroknl is felhasznlhatk.

Az egyenram motorok f jellemzi:

Nagy vlasztk, az ignyeknek megfelel kialakts. Fordulatszm szablyozhatsguk nagy, fordulatszmtartsuk stabil. 4/4-es zemre alkalmasak, azaz mindkt irny hajts s fkezs

lehetsges, ha ezt a gp tpllsa is lehetv teszi. Ms fokozatmentes fordulatszm llts motorokhoz viszonytva kisebb,

az aszinkronmotorokhoz viszonytva nagyobb karbantarts igny, ami a kefe - kommuttor kialaktsbl kvetkezik.

A motor llandsult llapotbeli mkdsre jellemz egyszerstett kapcsolsi rajzot a 10. bra mutatja. Jl lthat, hogy a fordulatszmot, illetve a nyomatkot meghatroz villamos paramterek ltrehozsa kt, egymstl fggetlen ramkrrel-, armatrakr, gerjeszt kr-, trtnik. A mgnesek ez esetben rammal gerjesztett elektromgnesek. A motor armatra (forgrsz) tekercseiben az llrsz mgneses mez fluxusa ltal induklt Ub bels feszltsg m motor tengely szgsebessgnl s k motorllandnl:

= mb kU , )kU

( bm = . (11)

U Ub

I

R

Mm

m

Ig

Ug +-

-

+

Ig - gerjeszt ram

Ug - gerjeszt feszltsg

10. bra Az egyenram motor egyszerstett kapcsolsa

25

A motor armatrakr feszltsgegyenlete az bra alapjn:

IRUU b += , amelybl IRUUb = . (12)

A motor armatra tekercselsben vltakoz feszltsg indukldik a forgs kvetkeztben. Ez a feszltsg a kommuttor-kefe egyenirnyt hatsa miatt egyenfeszltsgknt jelenik meg. Az elektromgneses motor nyomatka a bels teljestmnnyel s a szgsebessggel kifejezhet, tovbb a (11) behelyettestsvel kapjuk, hogy:

IkIUP

Mm

b

m

mm =

=

= . (13)

A motor tengelynyomatka a vasvesztesgbl s a srldsi vesztesgbl add nyomatkkal, 23 %- kal kisebb az Mm elektromgneses nyomatknl. A motor nyomatkt az I armatraram s a fluxus nagysga hatrozza meg. A (11), (12), majd az (13) egyenletekbl a motor mechanikai jelleggrbje:

)k

U(

R

)k(

R

kUkM m

2m

m

=

= , ( )55,9n mm . (14) Nvleges zemben, nvleges nyomatknl az U/kF -nl kb. 5 % kal kisebb az m, ezrt az egyenram motort szgsebessg (fordulatszm) tartnak mondjuk.

A fordulatszm vltoztatsa

A fordulatszm (szgsebessg) fokozatmentes lltsa a (11) egyenlet szerint tbb mdon is lehetsges.

I. Kapocsfeszltsg vltoztatsa (framkri szablyozs). A leggyakoribb s legjobb megolds az armatra kapocsfeszltsgnek vltoztatsa, amellyel a motor kzel 0 fordulatig is szablyozhat. A feszltsget a legkisebb (Umin) s legnagyobb nvleges (Un) rtk kztt lltjk, mikzben a fluxust a n nvleges rtken tartjk:

nmin UUU , .lln ==

Az Umin-ot a szerszmgp fhajtm legkisebb fordulata hatrozza meg. A (11)(14) egyenletekbl az UUb, =n, I=In felttelezse mellett meghatrozhatk az egyes paramterek:

.llMM maxm == , m1m nCP = , nmmin nnn .

A nyomatk a szablyozsi tartomnyban lland. A teljestmny a fordulatszmmal egyenes arnyban vltozik. A motor nm fordulatszma (szgsebessge) a kapocsfeszltsggel kb. egyenes arnyban ( k/Um ) vltozik a legkisebb (nmin) s a nvleges (nn) rtkek kztt. Kapocsfeszltsg lltssal a motor fordulatszm szablyozhatsg szoksos rtke szerszmgpeknl: Szmk=nn/nmin=510.

26

II. Mezgyengts (fluxuscskkents). A nvleges rtk feletti szgsebessgek villamos okokbl csak a fluxus cskkentsvel valsthatk meg. A fluxus a legnagyobb s legkisebb rtkek kztt vltoztathat, az als hatrt a kedveztlen kefeszikrzs korltozza. A tartomnyban a kapocsfeszltsg lland:

nmin , .llUU n ==

A (11)(14) egyenletekbl az egyes paramterek:

,n

1CM

m2m = .,llPm = rmn nnn .

A nyomatk a szgsebessg nvekedsvel fordtott arnyban vltozik, hiperbolikusan cskken. A teljestmny ebben a tartomnyban lland, maximlis rtk. A motor nm fordulatszma (szgsebessge) a fluxussal fordtott arnyban ( k/Um ) vltozik az nn nvleges s az nr reaktancia fordulatszmok kztt. Az nr az un. reaktancia feszltsg miatti hatrfordulatszm, ami a kefeszikrzssal fgg ssze. Mezgyengtssel a fordulatszm szablyozhatsg szoksos rtke: Szmfl=nr/nn=34.

III. Vegyes szablyozs. Az nr-nl nagyobb, nmax fordulat elrsre hasznlt lltsi md, amelynl az armatra ramot cskkentik, ezltal a min is tovbb cskkenthet. Ebben a tartomnyban mind a teljestmny, mind a nyomatk cskken, szablyozhatsga Szmv=nmax/nr1,21,3. Vegyes szablyozsra csak ritkn van szksg, ekkor: nr=nmax.

A motor teljes szablyozhatsgt a rsz-szablyozhatsgok hatrozzk meg:

Szm=SzmkSzmflSzmv, vagy Szm=SzmkSzmfl, vagy Szm=Szmk. (15)

Az egyenram motor llandsult zemre (S1, S6S9) vonatkoz teljestmny- s nyomatk hatrdiagramjait a fordulatszmok fggvnyben a 11.a,b brk szemlltetik. A 11.a bra hasonl, de nem azonos a fokozatos hajtmvek teljestmny- s nyomatk-fordulatszm hatrdiagramjait szemlltet 7. brjval. A 11.b bra logaritmikus lptk, ami egyszerbb brzolst tesz lehetv. Itt szaggatott vonallal megrajzoltuk valamilyen szzalkos bekapcsolsi idej (pl. bi%=60%, vagy %ED=%60), szakaszos zem gp hatrgrbit is. A gpknyvekben s katalgusokban ltalban kt zemmdra adjk meg a motor, vagy a fhajtm teljestmny- s nyomatk hatrgrbit: lland zemre s szakaszos, vagy rvid ideig tart zemre (4.1 fejezet). A motorok rvid ideig tlterhelhetk egszen a kommutcis hatrig. A motor paramterek szoksos legnagyobb rtkei:

Imax(1,52,5)In, Umax(1,52)Un.

27

n m(min-1)

Mm(Nm)

Pm

nrnnnmin

Pmin

Mmax

Pm(n

m)

Mm(n

m)

(kW)

Pmax

nmax

Mmin

I. II. III.

lgMm

lgPm

(Nm) (kW)

lgnm(min-1)

Pmax

Mmax

MminP

min

nmin nn nr nmax

I. II. III.

lgPm(lgn

m)

lgMm(lgn

m)

a. b.

11. bra Az egyenram motor teljestmny- s nyomatk hatrdiagramjai Egy adott motorhoz klnbz nvleges fordulatszmok s nvleges kapocsfeszltsg rtkek tartozhatnak. A nvleges fordulatszmok ltalban 5002000 f/perc kzttiek, de elfordulnak magasabb rtkek is. A motorok legnagyobb fordulatszma 60007000 f/perc. A motor utni fokozatos hajtmvel (kmax=2) elrhet legnagyobb fordulat: 1200014000 f/perc. A fogaskerekeket a szilrdsgi mretezs, ellenrzs mellett a pontossgi osztlytl fggen megengedett legnagyobb kerleti sebessgre is vizsglni kell. rtke pl. az 6. s 5. pontossgi osztly kerekeknl 4070 m/sec [12]. A nagy fordulatszm fhajtmveknl ltalban a legkisebb fordulatszm is magasabbra kerl, ezltal a fhajtm szablyozhatsga lnyegesen nem n a kisebb fordulatszm gpekhez viszonytva.

Fkezs.

Az egyenram motorokat a ngynegyedes hajtsoknl genertoros fkezssel lltjk meg, mivel ezzel a mddal igen nagy fknyomatk rhet el. A lelltst gyakran technolgiai okokbl fordulatirny vlts kveti.

A lertakbl lthat, hogy a motor hajtsval szemben igen magas s sokfle kvetelmnyt lltanak. A szablyozott villamos motorok tpegysgen (meghajtn, driveren) keresztl csatlakoznak a villamos energia hlzatra. A vezrls - hlzat - tpegysg - motor - hajtm - fors (vgrehajt szerv) egyttest a szablyozshoz szksges mr, ellenrz szervek egsztik ki. A mr, ellenrz jeleket a vezrls fogadja, ahol a klnbz szablyozkrk, vdelmek, stb. foglalnak helyet. A vezrls a programadatok alapjn a szablyozott tpegysgen keresztl hatrozza meg a motor fordulatszmt. A lertakat a 12. bra funkcivzlata (blokkvzlata) szemllteti.

28

Szablyozott

tpegysg

Hlzat

~ =

Motor HajtmVgrehajt

szerv

n Mc

Fors

VezrlsProgram

adatok

12. bra Szablyozott elektromechanikus fhajts funkcivzlata

A motor egyenfeszltsgt flvezets, hrom fzisrl tpllt ramirnytk hozzk ltre. A digitlis, mikroprocesszoros fordulatszm llts s szablyozs az ramirnytkba integrlt. A motorfordulatszm mrsre tachogenertor szolgl, amely a fordulattal arnyos feszltsg jelet ad. A terhels (nyomatk) vltozsbl add fordulatszm ingadozsok elkerlst fordulatszm szablyoz biztostja, a nyomatk szablyozst pedig kln ramszablyoz vgzi. Feladattl fggen tovbbi funkcikat is integrlnak a hajtsba. Pl. a fors szgelfordulst kzvetlenl mr szghelyzet-adt (esztergagpeknl), a fors pozicionlst (indexelst) szerszmcsere cljbl (fr-mar megmunkl kzpontoknl), vagy a terhelstl fggetlen fel- s lefutst, stb.

A motorok rendelsekor ltalban a kvetkez adatokat kell megadni:

Nvleges teljestmny Nvleges feszltsg Nvleges fordulatszm Fordulatszm szablyozs mdja, mrtke zemi krlmnyek, terhels jellege, zemmd ptsi alak, vdettsg, htsi md Motortengelyt terhel radilis irny er Kiegszt egysgek (tachogenertor, stb.) Kln ignyek, stb.

4.2.1 lland mgneses egyenram motoros fhajtsok Az egyenram motorok ll- vagy forgrsze lland (permanens) mgnessel is kszlhet. A motorok bels vagy kls forgrszek lehetnek. A permanens mgneses egyenram motorokat szerszmgpek eltol szervo-motorjaiknt az 1960-as vektl hasznljk, ma is ez a f alkalmazsi terletk. Ezrt rszletesebb trgyalsuk az eltol hajtsoknl tallhat. A motorok szerkezeti kialaktsa, az eltr feladatokhoz igazodan klnbz lehet (nyjtott rd, trcsa, stb. alak).

29

A permanens mgneses llrsz motorok tbbsgkben kisteljestmny trpemotorok s szervomotorok, amelyek fluxusa lland, kapocsfeszltsge vltoztathat. (A 10. bra kialaktsban a gerjeszt ramkr helyn lland mgnes van). A motorok forgrsznek kefe-kommuttoros kialaktsbl add kommutci a magasabb fordulatszm tartomnyban korltozza a legnagyobb dinamikus nyomatk levtelt. Ez a nyomatk hatrdiagramnak a kommutcis hatrgrbe rsze, ahol mind az ram, mind a nyomatk cskken.

A permanens mgneses forgrsz egyenram motorok az egyszer egyenram motor kifordtsval kpzelhetk el. A forgrsz helyre kerl llrsz ekkor lland mgnes, a nagy mgneses trert legtbbszr kermia (ferrit-) mgnesek biztostjk. A kialaktsbl addan ezek kefe (kommuttor) nlkli motorok, amelyeket elektronikus kommutcij egyenram motoroknak is neveznek. Az llrsz legtbbszr hrom, vagy ngyfzis tekercselst a kvnt fordulatirnynak megfelel sorrendben tranzisztorok (kommutl tranzisztorok) kapcsoljk az egyenram hlzathoz a forgrsz helyzettl fggen. A forgrsz helyzett hrom, egyenl osztsra elhelyezett Hall elem, vagy szghelyzet ad rzkeli. Mivel a ltrejv forg mgneses tr s a forgrsz egytt mozog, ezrt olykor a szinkron motor elnevezssel is tallkozhatunk. Ezeket a motorokat eltol hajtsokban egyre nvekv mrtkben hasznljk. Fhajts cljaira elssorban motororsknt alkalmazzk, magas fordulatszm s preczis szerszmgpeknl. A funkci sszevons eredmnyeknt a motor forgrsze (rotora) a szabvnyosan kialaktott fors. A fors csapgyhza s a motor llrsz egyetlen egysget kpez. A hajts tisztn villamos fhajts. A forgrsz kommutcijnak hinya kvetkeztben e motorokkal magas, 1000012000 f/perc rtkek is elrhetk. Az llrsz kapocsfeszltsgnek vltoztatsval a fordulatszm hozzvetleg arnyosan vltozik, ahogy a motor teljestmnye is, a nyomatk pedig kzel lland. 4.3 Frekvenciavlts aszinkron motoros fhajtsok Aszinkron motoroknl fokozatnlkli fordulatszm lltsra elszr a vesztesges slip szablyozsokat hasznltk. Jelentsgk gyakorlatilag megsznt. Ma legszlesebb krben a frekvenciavlts fordulatszm szablyozssal tallkozhatunk Az aszinkronmotorok alkalmazst jelentsen kiszlestette a j minsg, megbzhat frekvenciavltk- s szablyozk kifejlesztse. A frekvenciavlts aszinkron motorok f jellemzi:

A nagy vlasztk motorok viszonylag egyszer felptsek, kis karbantarts ignyek.

30

A kis tehetetlensgi nyomatkok kvetkeztben nagy gyorstsok (lasstsok) rhetk el.

A szoksos frekvenciasv 0400 Hz, de igny esetn tbb kHz-es feszltsg is elllthat, ezltal igen nagy motor szablyozhatsg- s fordulatszm rhet el. Pldul 3000 f/perc szinkron fordulatszm, egy pluspr aszinkronmotor 600 Hz-nl 36000 f/perc fordulat.

Az lland teljestmny tartomnyban lnyegesen magasabb fordulatszmok rhetk el, mivel nincsenek kommutcis problmk.

4/4-es zemre alkalmas motorok, azaz mindkt irnyban forgs s fkezs lehetsges.

A fokozatmentesen llthat frekvencij (fordulatszm), kalicks forgrsz motorokat a nagy fordulatszm igny faipari margpeken mr korbban is szleskren alkalmaztk. Ignyesebb hajtsoknl a motor kialaktsa, vasmag anyagminsge, stb. eltr a szoksos aszinkron gpektl. Fmmegmunkl szerszmgpeken a fokozatmentes fordulatszm vltoztats lehetsge mellett a nagysebessg megmunklsok (pl. mars) elterjedse hatott kedvezen a frekvenciavlts hajtsok alkalmazsra s fejlesztsre. A fmotorok nn nvleges fordulatszma, pl. 850, 1000, 1150, 1500, 1800, 3000 f/perc, stb. lehet. A motornyomatk az albbi sszefggssel rhat fel, ahol K a gplland, U1 a feszltsg, f1 a frekvencia:

2

1

1m f

UKM

= . (16)

A frekvenciavlts aszinkronmotorok Mm(nm) nyomatk jelleggrbit s ha-trgrbt a 13. bra szemllteti, ami az f1 frekvencia fggvnyben is hasonlan rajzolhat fel. A frekvencik fggvnyben ugyancsak hrom tartomny klnbztethet meg, amelyekbl itt kettt brzoltunk. A motor nyomatk (teljestmny) hatrdiagramjnak alakja hasonl az egyenram gpekhez.

.

.

.

..

.

Mm

I.n

mII.

Maximlis nyomatkhatr Nvleges nyomatkhatr

31

13. bra Frekvenciavlts aszinkronmotor jelleggrbi

I. Az lland nyomatk tartomnyban a nvleges fordulatot meghatroz hatrfrekvenciig a motor nyomatkgrbk prhuzamosan jobbra toldnak el, alakjuk nem vltozik s a motorrl a nvleges nyomatk levehet:

.llMM maxm == , m1m nCP = , nmmin nnn , )fff( n1min .

Ez azt is jelenti, hogy a motor fluxusa lland. A motor mechanikai jelleggrbjnek sszefggse (16) szerint az f1 frekvencia vltoztatsa mellett a motor U1 feszltsgt is kzel hasonl mrtkben vltoztatni kell ahhoz, hogy a motor fluxusa, a motorrl levehet nyomatk ne cskkenjen. Kis frekvenciknl a feszltsget kevsb kell cskkenteni ahhoz, hogy a mgneses forgmez fluxusa lland maradjon. A motor alacsony fordulatszmainl a nvleges nyomatk levtele kls htssel biztosthat.

II. Az lland teljestmny tartomnyban a frekvencia nvelsvel a nyomatkgrbk jobbra toldnak, alakjuk megvltozik s a motorrl a nvlegesnl egyre kisebb nyomatkok vehetk le:

m2m n

1CM = , .llPm = , maxmn nnn , ( max1n fff ).

A nyomatk cskkens oka, hogy a (16) sszefggsben az U1 feszltsg rtke nem nvelhet tovbb a frekvencival arnyosan. A II. tartomnyban a fordulatszm llts mezgyengtses, mivel a motor fluxusa a frekvencia nvelsvel cskken.

III. Magas fordulatoknl s nagyobb teljestmnyeknl III. tartomny is ltrehozhat. A frekvencia nvekedse miatti vasvesztesg mr tl nagy lenne, ezrt U1 cskkentsvel a fluxust jobban kell cskkenteni. A nyomatk hatrgrbe esse meredekebb lesz a II. tartomnyhoz viszonytva.

A motor fordulatszmok fggvnyben felrajzolhat teljestmny s nyomatk hatrgrbk a 4.1 fejezet 11. brjhoz hasonlak, ezrt rszletesen nem magyarzzuk. A jelleget a tpegysg s a szablyozs biztostja. Meg kell jegyezni, hogy a klnbz szzalkos bekapcsolsi idknl s nagyobb terhelseknl a legnagyobb fordulatszm hatrrtke megvltozik. Az aszinkron-motorok gyakran kt plusprak, nvleges fordulatszmuk 1500 f/perc. A frekvenciavlts hajtsoknl kt paramter-, a feszltsg s a frekvencia-, lltsa szksges, amelyet kln-kln egysgek oldanak meg [11]. A szerszmgpek kzbens egyenram krs, feszltsginverteres aszinkron motoros hajtsainl nagy szablyozhatsg, a kzbls krbe beiktatott ellenllssal s azt szaggat tranzisztorral 4/4-es hajts valsthat meg. A feszltsginverterek csak kikapcsolhat flvezet elemeket tartalmaznak.

32

Inverteres (egyenrambl vltramot elllt ramirnyt) tpllssal az aszinkronmotorok fordulatszma vesztesgmentesen szablyozhat a tpfeszltsg s a frekvencia egyidej lltsval. A frekvenciavltk kt f egysge az:

egyenirnyt (vltrambl egyenramot kpez) s az inverter.

Tirisztoros

egyenirnyt

S

R

T

50Hz~

Szr-

kr InverterUe=vlt.

Ie

M

3~

Tachogenertor

Szablyz

U1 f1

+

-

U1, f

1

14. bra Egyszer feszltsginverteres frekvenciavlt blokkvzlata

Az egyszer inverteres megoldsnl (14. bra) az Ue kzbens egyenram feszltsg nagysgt (vgl is az U1 feszltsget) az tirisztor gyjtsszg vltoztatsval rik el. Az f1 frekvencit az inverterben lltjk be. A motor fkezse hlzatra visszatpll, genertoros.

Az ISZM (impulzus szlessg modulcis) invertereknl (15. bra) a kzbens egyenram kr Ue egyenfeszltsge-, az inverterbe bemen feszltsg-, lland a dids egyenirnyts kvetkeztben. A dids hd miatt a hlzatba visszatpll fkezs nem lehetsges. Errl a szr utn beptett genertoros fk (energiaelnyel ellenlls) gondoskodik, miltal a hajts 4/4-es lesz. A kimen feszltsg s frekvencia egyarnt az ISZM inverterben llthat be, ami gondoskodik a fluxus lland rtken tartsrl is. Az ISZM inverteres tpllsnl a motor fordulata alacsony rtkeknl is egyenletes. A tpegysgek tovbbi funkcii hasonlak az egyenram motornl lertakhoz.

Didsegyenirnyt

S

R

T~

Szr-kr

ISZMInverter

Ue=ll.

Ie

M3~

Tachogenertor

U1 f1

50Hz

Szablyz

U1, f1

Fk-kr

+

-

33

15. bra ISZM inverteres frekvenciavlt blokkvzlata

Dids hd s egyszer inverter kz iktatott egyenram szaggatval (chopperrel) a bemen feszltsg ugyancsak vltoztathat, a frekvencia vltoztatsa az inverterben trtnik. Nagy fordulatszm ignynl a motor vagy egyetlen, lland hajtviszony (fogaskerk, laposszj) tttellel, vagy rugalmas tengelykapcsoln keresztl, kzvetlenl hajt a forsra. Az ily mdon megvalsthat fordulatszmok fels hatra, a hajts paramtereitl fggen lnyegesen klnbzhet. Fogaskerekes hajtssal kombinlva ltalban 1000014000 f/perc, lapos szjhajtssal akr 60000 f/perc, kzvetlen tengelykapcsols megoldssal 2000024000 f/perc rtkek rhetk el. E fokozatmentes hajtsok igen nagy szablyozhatsggal is rendelkeznek. A fordulatok fels hatrt a kzbeiktatott mechanikai elem fordulatszmhatra korltozhatja. Egyre inkbb terjed az aszinkron gpek un. mezorientlt (vektor kontroll) fordulatszm szablyozsa mind a f- s mellkhajtsokban. Ennek oka az, hogy ennl a hajtstpusnl kedvezek a tranziens zem jellemzi, a fordulatszm bellts gyors s lengsmentes, tovbb a fordulatszm pontosan tarthat. A mezorientlt fordulatszm szablyozsnl a forgrsz fluxust tartjk lland rtken az llrsz ram vals s kpzetes sszetevinek szablyozsval. Ms megoldsban az llrsz fluxust szablyozzk. Ezek hajtsszablyozsa mezorientlt frekvenciavlts. A motorra jellemz nyomatk (teljestmny) hatrgrbk a 13. bra szerint alakulnak. 4.3.1 Aszinkrongpes motororsk

A nagyfrekvencis kszr, mar, fr motorors egysgek [13, 14] tisztn villamos fhajtsak. A korbbi vltozatokat alapveten a kzi szerszmbefogs jellemezte. Percenknti fordulatszmuk nagysgrendtl s technolgiai feladattl fggen 10 s 180 ezer kztt tallhat.

ForsRotor

MotorhzSzttor

Csapgyazs

Hz MotorhzSzttor

ForsRotor

Hz

Csapgyazs

Motor Motor

a. b.

16. bra Motorors elrendezsek

34

Kompakt, frekvenciavlts aszinkrongpes motororskkal egyre elterjedtebben tallkozhatunk a knnyfmek megmunklsra szolgl, nagy forgcsol sebessg fr-mar megmunkl kzpontoknl, ahol a furatos, szabvnyos kialakts forsba a szerszmok automatikus befogsa is megoldott. A frekvenciavlts motororskat gyakran alkalmazzk nagy pontossg szerszmgpeknl, mikro-forgcsolsi feladatoknl. A motor kerlhet a fors csapgyak kz, vagy mg (16. bra). A 17. brn egy motorors minimlisan szksges energiacsatlakozsait tntettk fel. A htfolyadk lehet vz, vagy olaj. A csapgyak kense kis viszkozits olajjal trtnik. Az adagolt olajat kzvetlenl a csapgyakhoz juttatjk, pl. levegvel (porlasztottan), vagy befecskendezssel. A villamos csatlakozsok kdolsa biztostja, hogy a tpegysg az adott orsra megengedett paramtereket ne lpje tl. A mells csapgyak leveg tlnyomsos vdelme mr kln igny szerint kerl beptsre. A csatlakozk a motor hts fedeln oszlanak meg. A CNC szerszmgpek fr- mar motororsinl tovbbi funkcik is szksgesek:

Szerszm automatikus befogs olds s lazts pneumatikus, vagy hidraulikus hengerrel, valamint a dugatty helyzetek rzkelse.

Ors pozicionls automatikus szerszmcserhez forg jelad segtsgvel.

Szerszmkp tisztts szerszmcsernl levegvel.

Az ors felgyelet kiterjedhet a legnagyobb fordulatszmra, a hmrskletre, ramfelvtelre, kenanyag nyomsra, olajtltltsre, htfolyadk mennyisgre.

Htfolyadk motorhoz, mells csapgyhoz

BEKI

Mells csapgykens

Villamos csatlakozs

Hts csapgykens

Leveg a munkaoldal vdelmre

17. bra Motorors energiacsatlakozsai

4.4 Szinkron motoros fhajtsok A szinkronmotorok az aszinkron gpektl a forgrsz kialaktsban s ebbl add eltr mkdsben klnbznek [15]. A szinkron gpek llrsze rendszerint hromfzis (az indukcis gpekhez hasonl), forgrsze pedig

35

valamilyen lland mgnes. Itt ismerhet fel legtisztbban a ktmgnes elv, a kt mgnes, a mgneses tengelyek s a terhelsi szg.

Nagyobb teljestmnyeknl a forgrsz kt csszgyrn be- illetve kivezetett egyenram elektromgnes. Az ll s forgrsz plusprok szma azonos.

Kisebb teljestmnyeknl a gp lland mgnes, reluktancia (mgneses ellenlls), vagy hiszterzis forgrsz.

A hiszterzis motorokat a finommechanikban hasznljk, teljestmnyk kicsi: (50100 W).

Az lland mgnes szinkron motorok elssorban szerszmgpek eltol hajtsaiban, robothajtsokban (szervohajtsokban) hasznljk, de van plda fhajtsra is. A forgrsz vastestt lland mgnessel kombinljk. Fordulatszmtartsuk j, teljestmnyk: 0.510 kW.

A reluktancia motorok is fordulatszmtartk, tovbbi elnyk a pontos pozicionls s tbb hajts egyttfutsa egyszeren biztosthat. Teljestmnyk 50200 W. A reluktancia motorok a plusok irnyban s arra merleges irnyban eltr mgneses ellenllst (reluktancit) hasznljk ki, ezrt kill plusokkal kszlnek. A kapcsolt reluktanciamotorokkal elrt eredmnyek alapjn vrhatan egyre szlesebb krben nyernek alkalmazst.

A szinkron motor, azaz a kt mgnes egymsra nyomatkot csak akkor fejt ki, ha a forg mgneses mezvel a forgrsz egytt, szinkron forog. lland terhel nyomatknl a forg mez s rotor kztt valamilyen terhelsi szg alakul ki. Tlterhelsnl a motor a szinkronbl kieshet. Az indtsnak, szinkronozsnak tbb megoldsa is van. A szinkron motorok mkdse a 4.4 fejezetben trgyalt, lland mgnes egyenram motorokkal sszevethet, ahogy az elektronikus kommutci a hromfzis tpllssal. Az llrszre kapcsolt lland nagysg vltakoz feszltsg, lland nagysg s lland szgsebessggel forg kls mgneses teret hoz ltre. A motor diszkrt fordulatszmait a plusprok szma hatrozza meg. A fokozatmentes fordulatszm llts frekvencia vltoztatssal, kzbls egyenram krs frekvenciavltval trtnik (4.3 fejezet), az lltsi tartomnyban a motor nyomatka lland. A motor s hajtm teljestmny- s nyomatk hatrgrbi a 11. brnak megfelelek. A szinkron motorok fordulatszmtart tulajdonsga igen elnysen hasznlhat ki olyan szerszmgpeknl, ahol kt azonos, vagy klnbz nagysg forgmozgs sszehangolsa szksges. Utbbi esetben a kt klnbz nagysg forgmozgs kztt szksges diszkrt hajtviszony rtkeket fokozatos hajtm, vltkerekek, vagy elektronikus kinematikai lnc valstja meg.

36

Szinkronmotoros hajtsok tallhatk pl. a Csepeli Szerszmgpgyr (jogutdja Excel-Csepel Szerszmgpgyrt Kft.) csigakorongos lefejt fogaskerk kszrgpn [16, 17]. A kszrkorongot kzvetlenl hajt 1500 fordulatszm M2 szinkronmotor s az ugyancsak 1500 fordulatszm trgyforgat M1 szinkronmotor azonos hlzati tplls kvetkeztben azonos szinkron fordulatszmmal br, a kztk lv hajtviszony 1:1.

M1

M3

M2

M2M1

1:1

Szerszmforgs

Fogirnyeltols

Ferde fogazsvltkerekei

Trgyforgs

Fogszm szerintivltkerekek

k=1/z

Bolygm

18. bra Csigakorongos fogaskerk kszrgp hajtsainak, mozgskapcsolatainak funkcivzlata

A gp hajtsainak, mozgskapcsolatainak egyszerstett funkcivzlata a 18. brn lthat. Az M1 a munkadarab, M2 a szerszm forgs, M3 a fogirny eltols, amelyet hidraulikus henger valst meg. A fogazand fogszmnak megfelel hajtviszony a fogszm szerinti vltkerekekkel, a fogferdesgnek megfelel munkadarab jrulkos mozgs a ferde fogazs vltkerekeivel llthat be, amelyet bolygmvn keresztl biztostunk. 4.5 Motorok kivlasztsa A motorok kivlasztsa a fhajtm elrt s meghatrozott paramtereivel szoros sszefggsben, a szksges teljestmny (nyomatk) s fordulatszm alapjn trtnik. A motorok teljestmnye a szksges s elgsges rtket fellrl kzeltse, mivel a tlmretezs gazdasgtalan s felesleges kltsgeket jelent, stb. A motor kivlasztsa sorn szmos tovbbi szempontot is figyelembe kell venni, illetve a rendelskor megadni, mint az ptsi alak, a vdettsgi fokozat (IEC 34-5/1991), a htsi md (IEC 34-6), az zemmd (IEC 34-1), stb. [18]. Az IEC - International Electrotechnical Comission, a Nemzetkzi Elektrotechnikai Bizottsg ajnlsait jelenti.

37

ptsi alak

A motorok klnbz kiviteli, ptsi alakjt az IM betk utni ngyjegy szm adja meg. Az ptsi alak a motor beptsi s csatlakoz mreteit foglalja magba, talpas motoroknl a tengelymagassgot s a talp mreteit, peremes motoroknl a perem geometriai adatait. Az IM 1001 jel talpas motorok felfogsa vzszintes sk felfog felletre csavarokkal trtnik. Az IM 3001 jel peremes motorok kzpontost pereme pontos tengelyhelyzetet biztost, rgztsre a motor kls gyrje szolgl. A motorok forgrsze rendelkezhet egyoldali, vagy ktoldali kihajt tengellyel, esetleg igny szerinti furatos tengellyel, stb.

Vdettsgi fokozat

A vdettsget az IP betk utni ktjegy szm adja meg. Az els szm a motor szemly s idegen test elleni, a msodik szm a vz elleni vdettsgre utal. A leggyakoribb vdettsgi md az IP 44, ami az 1 mm-nl vastagabb szerszmokkal, valamint brmilyen irny frcsklt vzzel szembeni vdettsget jelent [10]. Htsi md

A motor htsi mdjt az IC betk utni szmkombinci hatrozza meg. Az IC0041 a termszetes htsre utal, a gpnek nincs ventilltora. Az IC01 sajt szellzs motor, a htst a forgrszre szerelt, vagy arrl lland tttelen keresztl hajtott ventiltor biztostja. Az IC06 a motorra ptett idegen szellzvel val htleveg ramoltatsra utal. Ez igen gyakori a fordulatszablyozott motoroknl. Az ismertetett htsek nyitott rendszerek, amikor a htleveg a motor belsejn tramlik. Zrt htsi rendszereknl a hts trtnhet a gp felletn, pl. az IC 0641 rptett idegen szellzvel val leveghtst jelent, vagy a gp belsejn s hcserln keresztl. Orsmotoroknl zrt rendszer, kls kpenyes folyadkhtst alkalmaznak hcserlvel.

zemmd

A motor, klnbz zemmdokban terhelhet, brmely zemmdban is a motor melegedsre megengedett rtkekeit tartani kell. A motorokat klnbz zemmdokra tervezik a sajtossgoknak megfelelen. A szerszmgpeken hasznlatos motorok tbb zemmdban is ignybe vehetk, a gp kialaktsnl erre tekintettel vannak. A legfontosabb zemmdok:

Az lland zem-, jele S1, S6S9-, pl. a szerszmgpek alapvet zemmdja. A gp lland fordulatszmmal s lland, vagy kiss vltoz terhelssel zemel, azaz bi%=100%-os bekapcsolsi idej (idegen kifejezssel 100 %ED - 100 %Einschaltdauer). A terhels idnknt sznetelhet. Pl. az S1 lland terhelst, az S6 ciklikusan ismtld

38

terhelst, az S7 ciklikusan ismtld lland zemet, stb. jelent. Ekkor a statikus terhels alapjn szmtott nvleges teljestmny tartsan levehet. A motor hegyenslya bell, a melegeds nvleges rtk.

A rvid ideig tart zemet-, jele S2-, igen vltoz terhelsek jellemezik. Az indtsok s fkezsek hatsa a melegedsre elhanyagolhat. Rvid ideig tart zemmdban a motor meghatrozott, ajnlott t zemideig, 10, 30, 60, 90 percig zemeltethet, de hmrsklete rendszerint nem ri el az llandsult rtket. Kikapcsols utn a motor a krnyezeti hmrskletre hl le. A t zemidre szmtott levehet teljestmny a nvlegesnl nagyobb.

A szakaszos zem gpeknl (S3S5) gyakoriak a motor melegedst befolysol indtsok s fkezsek, a ciklikusan ismtld terhels s fordulatszm lland lehet. Szakaszos zemben a t zemidt s a tc ciklusidt figyelembe vve hatrozzk meg a bi%=t/tc 100% szzalkos, vagy viszonylagos bekapcsolsi idt, amelynek szabvnyos rtkei: 15%, 25%, 40%, 60%. Szakaszos zem gpnl a tc ciklusidt ltalban 10 percben korltozzk. lland zem gp szakaszos zemre val felhasznlsakor a ciklusid tc10 perc s a szzalkos bekapcsolsi idvel egytt adjk meg. A szakaszos zem ekkor a periodikus terhels folyamatos zemnek felel meg- jellse ezrt lehet S6 is- azzal a klnbsggel, hogy a motort kikapcsoljk. A motor lekapcsols utn nem hl le a krnyezet hmrskletre. A kihasznlhat teljestmny a nvlegesnl nagyobb.

Melegeds

Az lland zem motoroknl nvleges teljestmnynl, llandsult llapotban a keletkez s eltvoz hmennyisg egyenslyban van norml krnyezeti felttelek mellett. Rvid idej s szakaszos zemben a motorokrl a nvlegesnl nagyobb teljestmnyek s nyomatkok vehetk le. A tlterhels mrtkt mindig a hegyensly s a hllsgi osztly hatrozza meg. Valamely munkaciklusban a motor henergiv alakul tlagos vesztesge azonos vagy kisebb lehet a nvlegesnl. Az ellenrz szmtsokhoz legtbbszr az egyenrtk ramok mdszert hasznljk. A motorok tlmelegeds ellen vdettek.

39

5. FOKOZATNLKLI FHAJTMVEK TERVEZSE A fokozat nlkl vltoztathat fordulatszm motorokkal kombinlt mechanikus fhajtmvek kinematikai tervezse, a motorteljestmny meghatrozsa a szablyozott motorok tpustl fggetlenl vgezhet el. A hajtm kimen teljestmnyre s nyomatkra jellemz hatrgrbk szerkesztst kapocsfeszltsg (framkri) s mezgyengtses szablyozsi tartomnnyal rendelkez motor esetre mutatjuk be, amelybl az egyszerbb (csak kapocsfeszltsg szablyozs), vagy az sszetettebb (vegyes szablyozssal is br) esetek is levezethetk. 5.1 Kiinduls, kifejts A technolgiailag megkvnt hajt, nmin legkisebb s nmax legnagyobb, fordulatszmok gyakran a motor szls, nm,max s nm,min fordulatszmain kvl esnek. A forsn levehet nyomatkok nvelse, s/vagy a motor fordulatszm tartomny kiterjesztse cljbl a motor utn fokozatos, rendszerint kt- vagy hromfokozat elemi, mechanikus hajtm helyezkedik el. A kinematikai vizsglatokban a mr fokozatos hajtmveknl megismert k hajtviszonyt hasznljuk, amelyet a kapcsold hajt s hajtott fogaskerekek fogszm hnyadosaknt, vagy a hajt s hajtott szjtrcsk tmr hnyadosaknt fejezhetnk ki:

hajtott

hajt

bhajtott

hajt

D

D

z

z

i

1k === (17)

A lertak alapjn addik, hogy a k hajtviszony az i mdosts reciprokaknt hatrozhat meg. A k hajtviszonyok hasznlatnak elnye a kinematikai elemzseknl egyrtelmen kitnik, segtsgvel a fordulatszmok kzvetlenl meghatrozhatk. A fordulatszm tartomny vgs helyzett sokszor egy lland hajtviszony (tttel) lasst, vagy gyorst fogaskerk- vagy szjhajts jelli ki. Az lland hajtviszonyt konstrukcis s/vagy kinematikai szempontok alapjn, a motor s a hajtm (km,h), vagy/s a hajtm s fors (kh,fo) kztt helyezkedik el. Kedvez tulajdonsgaik miatt a fokozatos hajtmveknl alkalmazott eltttengelyes, vagy tlfedett hajtmvek elnyei ekkor is kihasznlhatk [1,2]. A lertak megrtsre a minimlisan szksges mrtkben magyarzzuk a fokozatos hajtmvek idevg ismereteit. A fokozatnlkli elektromechanikus fhajtm Sz szablyozhatsgt a sorba kapcsolt motor Szm, s a fokozatos hajtm Szf szablyozhatsgainak szorzata adja [1, 2, 26]:

fmSzSzSz = ( fm SzSzSz lglglg += ), ahol

40

min

max

n

nSz = ,

min,

max,

m

mm n

nSz = ,

mf Sz

SzSz = . (18)

Ismert, hogy a fokozatos fhajtmveknl a hajtm szablyozhatsg a fokozati tnyezvel s a z fokozatszmmal fejezhet ki:

1zfSz

= , illetve )( 1zfSz = . (19)

( 1z1

zSt

1zz

2123121 n

n

n

nBnnnnnnn =======

min

max,,,, K )

A z fokozatszm s a () fokozati tnyez a (18) egyenletbl:

1Sz

z f +

=

lglg

, illetve. 1Sz

z f +

*maxlg

lg,

1zfSz= , illetve. 1z fSz=* . (20)

Az egyenletekben szerepl jellsek:

Sz - a hajtm teljes szablyozhatsga, az nmax legnagyobb s az nmin legkisebb technolgiai fordulatszmok hnyadosa,

Szm - a motor szablyozhatsga, az nm,max legnagyobb s az nm,min legkisebb motor fordulatszmok hnyadosa,

Szf - a fokozatos hajtm szablyozhatsga, ami a hajtm s a motor szablyozhatsgok hnyadosa, vagy msknt a fokozatos hajtm szls, ered hajtviszonyainak hnyadosa (kz/k1).

z - a fokozatos hajtm fordulatfokozatainak (n1nz) szma,

, - a fokozatos hajtm egyms melletti nagyobb s kisebb hajtviszonyainak (kihajt fordulatszmainak) hnyadosa.

A (19) s (20) egyenletekben az els kifejezsek a hagyomnyos fokozatos hajtmvekre, mg a msodik kifejezsek az elektromechanikus fokozatnlkli fhajtmvek fokozatos fhajtm rszre vonatkoznak. FONTOS! A (20) egyenletben a z fokozatszmot egsz szmra kell kerekteni! Azt, hogy a kerektst felfel, vagy lefel kell-e megtenni, vizsglatokkal kell eldnteni. Els lpsben clszer az ltalnos kerekts szablyai szerint eljrni, s ekkor megvizsglni, hogy a hajtm kinematikailag, szerkezetileg elnysen alakthat ki. Ha pl. a z=2,23-ra addott, a z=2 hajtm esetet vizsgljuk. Ekkor kismrtk tlfeds addik, s esetenknt nem kerlhet el a gyorsts alkalmazsa. Ugyanekkor felfel kerektssel (z=3) jelents tlfedsek addhatnak, s a kinematikai hatrok betartsa is nehezebb. A dnts vgl is a gp technolgiai rendeltetse alapjn tehet meg.

41

A fokozatnlkli hajtmveknl azzal a felttelezssel lhetnk, hogy a fokozati tnyez, azaz az egymsutn kvetkez fordulatszmok hnyadosa 0. A = (v%)=ll. fokozati tnyez a fokozatos hajtm geometriai fordulatszmsornak szorztnyezje, amit a szerszm ln megengedett v% szzalkos vgsebessg cskkens mrtke hatroz meg. Alapvet jellegzetessg, hogy a fokozat nlkli hajtmveknl nem kvetjk a fokozatos hajtmvek trvnyszersgeit, nincs szksg a szabvnyos fokozati tnyezk betartsra, ami a motorok fokozat nlkl llthat fordulatszmbl kvetkezik. A fokozatnlkli elektromechanikus fhajtm fokozatos hajtmvnl a fokozati tnyezt, eltr jelentse miatt a tovbbiakban -al jelljk. A fokozati tnyez ekkor a fokozatos hajtmrszben az egyms melletti magasabb s alacsonyabb fordulatfokozatok hajtviszonyainak hnyadosa, amelyek rtkei azonosak, vagy eltrek lehetnek. A fhajtmvekben szerkezeti okokbl korltozott 2k0,25 hajtviszony hatrrtkek egyben kijellik a fokozati tnyez maximlis hatrrtkeit is:

4k

k

min

maxmax = , illetve 8k

k

min

maxmax = . (21)

A 4*max = esetben a kmax=1/1, kmin=1/4 s 8*max = esetben a kmax=2/1, kmin=1/4 hajtviszony hatrrtkeket vesszk figyelembe. A 4

*max = fokozati

tnyezvel akkor szmolunk, ha a legnagyobb motorfordulatszm magasabb, vagy azonos, mint a legnagyobb technolgiai fordulatszm (nm,max nmax). Ha nm,max

42

km,h

k2

k1

nmax

km,h

k2

nmaxnmin

k1

lgSzm lgSzf lgSzflgSzm

I. II. I. II.

lgSzT+

km,h

nmaxnmin

k1

lgSzflgSzm

I. II.

lgSzT-

nm,max

nmin

lgSz

k2

nm,maxnm,min nm,min nm,maxnm,min

lglg lg

a. b. c. 19. bra Ktfokozat hajtmvel kombinlt fokozatnlkli hajtmvek

fordulatszmbri

A fordulatszmbrkon a fogaskerkprok hajtviszonyai, az egyes tengelyek fordulatszmai s a szablyozhatsgok logaritmikus lptk brzolsban knnyen ttekinthetk. Ezt az brzolst egysgesen alkalmazzuk a tovbbiakban. A 19. brn a motor - hajtm kztti, kmh lasst hajtviszonyt is feltntettk. Az SZT tlfeds a fokozat nlkl llthat fordulatszm motor Szm szablyozhatsgnak (fordulatszm tartomnya) s a fokozatos hajtm, itt ktfokozat hajtm, Szf szablyozhatsgnak hnyadosaknt hatrozhat meg, ami egyben a tlfedett tartomny szablyozhatsgt fejezi ki, s ami ugyancsak fokozatnlkli tartomny lehet:

,Sz

Sz

Sz

Sz/Sz

Sz

SzSz

2ff

f

f

mT === vagy Sz

Sz

Sz/Sz

Sz

Sz

SzSz

2m

m

m

f

mT === . (22)

Az SzT=0 tlfedsnl az Szm motor s az Szf fokozatos hajtm szablyozhatsgai azonosak (Szm=Szf). A hajtm kihagys- s tlfeds nlkl valsthat meg (19.a bra).

SzT+ pozitv tlfedsnl (19.b bra) az SzT+>0 s Szm>Szf , azaz az SzT+ fordulat-rsztartomny a fokozatos hajtm mindkt kapcsolt llsban megvalsthat. A fokozatos hajtmvet a szls hajtviszony gakra kapcsolva a motor azonos nagysg, I. s II. fokozatnlkli fordulatszm tartomnyai egymst meghatrozott mrtkben tfedik. Az Szm>Szf egyenltlensg a motorok nagy szablyozhatsga kvetkeztben ltalban teljesl. A pozitv tlfedsi tartomny a fokozatos hajtm alkalmazsval s a (19) egyenlet alapjn meghatrozott z fokozatszm felfel, egsz szmra val kerektsvel fgg ssze.

43

SzT- negatv tlfedsnl (19.c bra) az SzT-

==1

2f k

kSz , illetve Szm Szf. A ma hasznlt motorok fordulatszm szablyozhatsgt s a fhajtmvek megkvnt fordulatszm szablyozhatsgt figyelembe vve a hajtm z fokozatszma 2, 3, 4. A gyakorlatban leginkbb elfordul eseteket az albbiakban tekintjk t.

A fokozatos hajtm szablyozhatsga: Sz f 4 .

A fokozatos hajtm elemi 2, vagy 3 fokozat s szablyos, azaz a hajtmben lassts(ok) s 1:1 hajtviszony, vagy lassts(ok) s gyorsts fordulhatnak el a megengedett hatrokon bell, amit a fordulatszmbrk (21. bra) mutatnak. A fordulatszmbrkon lthat, hogy a fordulatoknak a tovbbiakban nem kell a fokozatos hajtmvekre jellemz hl metszspontjaira esni. A fokozatos hajtm kiindul fordulatszmbrjnak rcspontjait a hajtm tengelyeinek megfelel vzszintes egyenesek s a lg tvolsgra meghzott fggleges egyenesek metszspontjai kpezik. A szaggatott vonallal feltntetett fordulatszm brbl kiindulva kszthet el a feladatnak megfelel fordulatszmbra (s kinematikai bra), amelyen megrajzoltuk az egyes fordulatfokozatoknl levehet fokozatnlkli fordulatszm tartomnyokat s az egyms melletti tartomnyok tlfedst is (I.-II., II.-III.), amelyek a 21.b brn egyformk. Az brbl az is lthat, hogy a motor fokozatmentes tartomnyai az I.-rl a III. fordulatfokozatra kapcsolskor is tlfedik egymst. Megjegyzs: az brkon a motorfordulatszm szablyozhatsga nem lptkhelyes a fokozatos hajtm szablyozhatsghoz kpest! A motor s hajtm kztt itt km,h=1/1 lland hajtviszony tallhat. A fokozatos elemi hajtmvek szablyozhatsga, a 19. bra kapcsn lertaknak megfelelen, a hajtviszonyokkal kifejezhet:

Szk

kf=

2

1

(21.a bra), illetve Szk

kf=

3

1

(21.b bra).

46

nm,maxkm,h

nbe

k2=kgy

k1=kl

nmin nmaxlgSzf

lgSzf

nm,maxkm,h

nbe

nmin nmax

lgSzf

lgSzf

lgSzm

lgSzmlg lg

lg

lg

k1k2

nm,min

lgSz

lgSz

nm,min

a. b.

21. bra Fordulatszmbrk lasst s gyorst hajtviszonyokkal A tlfedsek szma s mrtke a tlfedseknl lertak szerint, technolgiai cllal szabadon megvlaszthat.

A fokozatos hajtm szablyozhatsga: 4 8 Sz f .

A hajtmvek kinematikai kialaktsra tbbfle lehetsg knlkozik.

a., A feladatok egy rsze szablyos elemi hajtmvel megoldhat (21. bra). A k1, k2, k3 hajtviszonyok a megengedett hatrok kztt, tovbb az lland hajtviszony szabadon vltoztathat

b., A technolgiailag indokolt gyorstsok mellett a tlzott mrtk lasstsok elkerlsre nveljk a gyorsts mrtkt a megadott korlton bell, amelyet azutn valamely, a hajtm s a fors kz ptett kh,fo lland hajtviszonnyal (fogaskerekes, szj) kompenzlunk. A 22. bra az gy kialaktott fokozatos hajtm fordulatszmbrjt szemllteti. A motor s a hajtm els tengelye egytengely (koaxilis). A fokozatos elemi hajtmvek szablyozhatsga az elzek szerint rhat fel.

47

nm,max

k2

k1

nmin nmax

k3

nmin nmax

lgSzf

k1k2

kh,fo

lgSzm lgSzf lgSzm

nm,max

lg

lg lg

kh,fo

lgSzlgSz

nm,minnm,min

a. b.

22. bra Fordulatszmbrk vgfokozati lasstssal c., A knyszerbl alkalmazott gyorstsok s lasstsok E eltttengelyes

megoldssal elkerlhetk, s a nagy lasstsok megoszthatk. A megoszts mrtke a fokozatos hajtmvektl eltren tetszleges lehet. Az egyszer s ketts eltttengelyes megoldsok fordulatszmbri a 23. brn, kinematikai vzlataik a 24. brn lthatk. Az eredeti, k

48

Az egyszer eltttengelyes hajtmegysg ktfokozat, a ketts eltttengelyes hromfokozat elemi hajtmnek felel meg. A fokozatos hajtmegysgek szablyozhatsga a sorba kapcsols kvetkeztben:

Szk kf

=1

1 2

(23.a bra), illetve Szk kf

=1

1 3

(23.b bra).

nbe

z2

II.

I.

z1

E

nki

z3

z4

z5

z6

1

2

III.

nbenki

z1

z2

1

I.

z3

z4

E

II.

a. b.

24. bra Eltttengelyes hajtmegysgek kinematikai vzlatai

Az egyszer eltttengelyes megolds felrajzolt kinematikai vzlatnl (24.a bra) a magasabb fordulatszm tartomny az 1 szjtrcsa, az I. behajt tengely s arra kelt z1 fogaskerk-tengelykapcsolfl, a tolkerknek kikpzett s baloldali llsba kapcsolt z4 fogaskerk-tengelykapcsolfl kinematikai lncon keresztl kzvetlenl jut az I. tengellyel koaxilis, de attl klnll II. kihajt tengelyre. A z4 fogaskereket jobboldali llsba kapcsolva a hajts az 1 - z1/z2 - E - z3/z4 kinematikai lncon keresztl kzvetetten jut a II. kihajt tengelyre.

A ketts eltttengelyes megolds (24.b bra) ms elvi kialakts. A magasabb fordulatszm tartomny a 2 tengelykapcsol baloldali llsban kzvetlenl vezethet t az 1 szjtrcsrl s az I. behajt cstengelyrl a II. kihajt tengelyre, amelyre az I. s III. cstengelyek plnek. A hajts a 2 tengelykapcsol jobboldali llsban az 1 - z1/z2 - E - z3/z4, vagy z5/z6 - III. - 2 kinematikai lncon keresztl kzvetetten jut el a II. kihajt tengelyre. A kt alacsonyabb fordulatszm tartomny a z3 s z5 fogaskerekekbl kialaktott toltmb helyzettl fggen vehet le. Megjegyzs: az eltttengelyes megoldsok rszletesen az [1] irodalomban tallhatk.

d., Legyen a kiindul fordulatszmbra a 21.b bra. . Tekintsnk gy, hogy gyorsts nem szksges. A z=3 fokozatszmot nvelve pldul 2x2=4 fokozatra, olyan sszetett hajtmvet kapunk, amelynl 3 > 4 (25.a bra). A msodik hajtmegysgnl a tlzott mrtk lasstst el kell kerlni, ami azltal rhet el, ha a k1 s k3 hajtviszonyok azonos rtkek ( = 31 kk ).

49

Ebben az esetben egy 4 fokozatrl 3 fokozatra tlfedett hajtmvet (25.b bra) kapunk eredmnyl, amelynek a fokozati tnyezje az eredeti 3 lesz, ugyanakkor a tlzott mrtk lasstst kikszbltk. Rszletesebb magyarzat a tlfedsrl a d., pont alatt tallhat. A k1k4 hajtviszonyok rtkei szabadon vltoztathatk a megengedett hatrrtkek kztt s klnbz megoldsok kereshetk pldul a 25.a bra szaggatott vonallal jellt hajtviszonyai szerint.

nm,maxkm,h

nbe

nmin

lgSzflgSzm

nmaxlgSzAlgSzI

km,h

nbe

nmin

lgSzflgSzm

nmaxlgSzAlgSzI

I. II. III. IV.

k1k2k3k4

k2

k*1

k4

k*3

I. II. III.

nm,maxnm,min nm,min

43lg

12A

22I

32lglgSzlgSz

12A

122I

a., b.,

25. bra A lasst hajtviszonyok azonos rtkre vlasztsa A lertak igazolsra vizsgljuk a hajtviszonyokat:

,**

f3

42

443131

Sz

1111kkkk =

=

===

(24)

figyelembe vve, hogy:

.34f3 f14 f4 SzSzSz

=== (25)

A szls hajtviszony rtkeket sszeszorozva a fokozatos hajtm szablyozhatsgnak reciprokt kapjuk eredmnyl (ekkor a rszhajtmveknl csak 1:1 s lasst hajtviszonyokat alkalmazunk):

.**

=

===

332

3fff31

111

Sz

1

Sz

1

Sz

1kk (26)

50

A fentiekhez hasonlan:

., 342

32

3f2

f13

f3 azazSzSzSz

==== (27)

e., A tagszmot z=3-rl z=4-re nvelve, a 3 fokozati tnyez rtkt nem vltoztatva, 4-rl 3 fokozatra tlfedett fokozatos hajtmvet kell kpeznnk azrt, hogy a fokozatos hajtm Szf szablyozhatsga ne vltozzon (26. bra). A tlfedett fokozatos hajtmvek elnye a nagymrtk szablyozhatsgok megvalstsban van! A tlfeds itt azt jelenti, hogy ugyanazon diszkrt fordulat(ok) klnbz kinematikai lncokon keresztl is ltrehozhatk, azaz fokozatos hajtmnl a tlfeds egy-egy fordulatra, mg fokozatnlkli elektromechanikus hajtmnl fordulatszm tartomnyra vonatkozik. Adott esetben a ktfle tlfeds egyarnt jellemzi a fhajtst. sszehasonlts cljbl az sszetett, tlfedett hromfokozat hajtm fordulatszmbrja (26.c bra) mellett feltntettk a kiindul hromfokozat elemi hajtm (26.a bra) s a nem tlfedett ngy fokozat (ngy fordulatszm) kzbens hajtm (26.b bra) fordulatszmbrit is. A 26.a s 26.c brkon a fokozatos hajtmvek szablyozhatsgai s gy a teljes szablyozhatsg is megegyezik. A 26.b s 26.c brkon a szablyosrl a tlfedett hajtmre talakts metodikja ltszik.

nm,maxkmh,

nbe

nmin lgSzflgSzmnmax

km,h

nbe

nmin

lgSzf*lgSzm

nmaxlgSzAlgSzI

km,h

nbe

nmin

lgSzflgSzm

nmaxlgSzAlgSzI

I. II. III.

I. II. III. IV.I. II. III.

k1k2k3k4

k2

k1

k4

nm,max nm,maxnm,min nm,min nm,min

k*3=k1

lgSz32lg

32lg33lglgSz lgSz

13A 1

2A

22I

12A

122I

a. b. c.

26. bra Tlfedett hromfokozat hajtm fordulatszmbrja A 2x2=4 fokozat, egy tlfedssel kivitelezett hajtm egyenlete a [1, 2] szerint:

51

A E31

31

= , A I E21

22 1

4 11

= . (28)

Az A E31

31

= hajtmegyenlet a 3 fokozat (lbindex) elemi hajtmvet jellemzi, amely megklnbztetsl A jel, mivel rendsge (fels indexe) 1. Mskppen fogalmazva egy tengelypr kztt hrom klnbz fogaskerkpr kapcsolat hozhat ltre. A hajtott tengelyen eredmnyl (E) 3 fordulat vehet le, az egyms melletti fordulatok = 313 szorztnyezvel klnbznek egymstl, amit az 1 fels index mutat.

Az A I E21

22 1

4 11

= hajtmegyenlet szerint kt darab ktfokozat elemi hajtmvet kapcsoltunk sorba. Mindkt rszhajtm rendsge 1. Ezt a msodiknl (I) gy rtk el, hogy a rendsget-, amely az elz hajtmegysg kett tagszma-, eggyel cskkentettk, miltal egy fordulat tlfedett lett. Eredmnyl ngy helyett a kvnt hrom fordulatszmot kapjuk, amelyek egymstl ugyancsak 3 szorztnyezvel klnbznek. Az egyms melletti fokozatnlkli fordulatszm tartomnyok (I.-II., II.-III.) itt azonos mrtkben tlfedettek.

A fokozatos hajtm szablyozhatsga: fSz8 .

Megoldsok az a.e. pontok alapjn kereshetk

Megoldsvltozatok a pldk krbl

Az 5.1 fejezetben a fhajtmvek kinematikai tervezsnek elssorban az ltalnos trvnyszersgeit vizsgltuk. A gyakorlati pldk azonban igen szleskrek, ezrt nhny tovbbi jellegzetessgre hvjuk fel a figyelmet.

1., Az sszetett fokozatos fhajtm tovbbi vltozatai

Az elzekben bemutatott esetekben felhasznltuk a fokozatos hajtmvek egyenleteit s a fordulatszmbra szerkeszts szablyait, ami a kiindulsi alapot szolgltatott a vgs fordulatszmbra szerkesztshez, a hajtviszonyok meghatrozshoz. Szksg esetn mg a fentiekben kvetett szablyok is tlphetk. Az sszetett hajtmveknl nem szksges biztostani azt sem, hogy a fokozatos hajtm fordulatszmai azonos fokozati tnyezvel kvessk egymst. Egyedli kvetelmny az, hogy a fokozatos hajtm Szf szablyozhatsga teljesljn. A rszhajtmvek szablyozhatsgai, a hajtviszonyok ezen bell szabadon vltoztathatk a hajtm megfelel szerkezeti kialaktsa rdekben. A kvetkez pldhoz a ngyfokozat hajtm 25.a bra szerinti szablyos fordulatszmbrja szolglt alapul (27.a bra), amelynek 4 fokozati tnyezjt a z=4 alapjn hatroztuk meg. Az brn a msodik rszhajtmben a k3 lasst hajtviszony a megengedettnl kisebb rtk. Ennek kikszblsre a kvetkez mdostsokat hajtottuk vgre:

52

A k3 hajtviszony egy rszt az els rszhajtmre helyeztk t, miltal az els rszhajtmben a k1 kisebb rtk, de mg megengedett 1k hajtviszonyra vltozott.

A msodik rszhajtmbe 4k rtk gyorstst is beptettnk, amely pl. technolgiailag szksges lehet.

Mindennek kvetkeztben az egyms melletti fordulatfokozatoknak megfelel fokozatnlkli tartomnyok tlfedsnek mrtke klnbz lesz, az I.-II. tlfedse azonos nagysg, mint a III.-IV.-, a II.-III. tlfedse ezektl nagyobb, aminek megfelelen alakul a teljestmny s nyomatk hatrgrbk helyzete is. Az elz talaktsok kvetkeztben a k3 hajtviszony lassts megfelel, 3k rtk, azaz 1/4-nl nagyobb lett gy, hogy a fokozatos hajtm ered Szf szablyozhatsga nem vltozott, amit az albbi sszefggsek fejeznek ki:

Szf=SzASzI=SzA*SzI*, illetve lgSzf=lgSzA+lgSzI=lgSzA*+lgSzI*.

nm,maxkm,h

nbe

nmin

lgSzflgSzm

nmaxlgSzAlgSzI

nm,maxkm,h

nbe

nmin

lgSzflgSzm

nmaxlgSzA*

lgSzI*

k1k2k3k4

k*1k2k*3k*4

lgSzA*

I. II. III. IV.I. II.

IV.

III.

43lg

nm,min nm,min

32lg

12A

12A

22I

22I

a. b.

27. bra Rszhajtm szablyozhatsgok mdostsa

A lertakat a 27.a,b brk szemlltetik A 27.a bra hasonl, de nem azonos a 25.b bra szerinti fordulatszmbrval A 27.b bra a *1k s

*3k azonossgt

mutatja 3 fokozati tnyeznl, a 3 megegyezik a 25.b brval. A fentiek termszetesen kiegszthetk a gyorstsok figyelembevtelvel is.

53

2., lland hajtviszony s fokozatos hajtm kombinlsa

Az elz talaktsoknl a motor s a hajtm kz elhelyezett km,h lland hajtviszonyt nem vltoztattuk meg, rtke 1:1. A tlzott mrtk lasstsok, vagy gyorstsok elkerlse gyakran az lland hajtviszony(ok) vltoztatsval (megvlasztsval) trtnik, amely elhelyezkedhet a motor s hajtm, vagy a hajtm s a motor kztt. Az lland hajtviszony emellett a fordulatszm tartomny kijellst is szolglhatja. A kt klnbz feladat egyttes, vagy kln - kln kezelse ezrt figyelmet ignyel. A 28. brkon a motor s hajtm kztt elhelyezett lland hajtviszonnyal val varicikat ismertetnk. Hasonl eredmnyhez vezet a hajtm s a fors kztti lland hajtviszony beptse, ezrt arra nem trnk ki. Mindkt helyre bepts esetn a feladatok sztoszthatk. A kialaktsnl clszer azonban a lasst hajtviszony nyomatknvel hatst figyelembe venni, s ha md van r azt a vgfokozatba pteni. A 28. brk valamely nm motorfordulatnl szemlltetik a mechanikus hajtm fordulatszmbrit.

km,h

nbe

k2

k1

nmkm,h*

nbe

k2

k1

nmkm,h*

nbe

k2*

k1*

n1 n2 n1* n2* n1 n2

nmkm,h**

nbe

k2*

k1*

n1* n2* a., b., c., d.,

28. bra lland hajtviszony alkalmazsa A 28.a a kiindul fordulatszmbrt mutatja. A 28.b brn a km,h* lasst hajtviszonnyal biztostjuk a megfelel technolgiai fordulatszm tartomny kijellst. A fordulatszmokat balra az alacsonyabb fordulatok irnyba toltuk el. A 28.c szerint megoldsban a km,h* lassts a ktfokozat hajtmegysg hajtviszonyainak ellenttes irny (reciprok) megvltozst vonja maga utn, ha a fordulatszm tartomny elhelyezkedsn nem kvnunk vltoztatni. A megoldssal a tlzott mrtk k1 lassts kikszblhet. Termszetesen a hajtmben a tlzott mrtk k1 lassts az lland km,h* lasst hajtviszony alkalmazsa nlkl is elkerlhet egyszeren a fordulatok jobbra tolsval (lsd 20. brk), ami a tervezsnl automatikusan kiaddhat A 28.d szerinti megoldsban a km,h** mind a tlzott mrtk k1 lassts elkerlst, mind a fordulatszm tartomny balra az alacsonyabb fordulatok irnyba val eltolst szolglja.

3., Egyetlen lland hajtviszony alkalmazsa, specilis eset

54

A pldk kztt elfordul, hogy a kivlasztott motor Szm fordulatszm szablyozhatsga nagyobb, mint a fhajtm elrt Sz szablyozhatsga:

Sz Szm .

Ekkor Szf 1 addik a szmtsoknl s a feladat egyetlen lland hajtviszony beptsvel, vagy egytengely (koaxilis) hajtssal megoldhat. A lehetsges varicikat a 29. brn foglaltuk ssze.

Szm

Sz k1=kl

Szm

Sz k1=kl

Szm

Sz

k1=kgy

a., b., c., 29. bra Egyetlen lland hajtviszony, vagy egytengely hajts alkalmazsa

A 29.a szerinti elrendezsnl (viszonyoknl) lasst hajtviszonyt kell bepteni, a nyomatkok nvelsre clszeren minl kisebb rtkt. Termszetesen ms hajtviszony rtkek is megvalsthatk (szaggatott vonal). A 29.b pldban a hajtm szls fordulatszmai a motor szablyozhatsgn bell helyezkednek el. Ekkor alkalmazhatunk lasstst, esetleg gyorstst, vagy 1:1 hajtviszonyt (szaggatott vonal), ami lehet akr koaxilis hajts is. A 29.c megoldsban gyorst hajtviszony szksges, amelyet clszer minl kisebb rtkre vlasztani. Szksg esetn ms hajtviszony rtkek is megvalsthatk (szaggatott vonal). Megjegyezzk, hogy a motorok klnbz nvleges fordulattal, illetve szls fordulatszmokkal vehetk figyelembe, ami a tervezst nagymrtkben segti. 5.2 Motorteljestmny meghatrozsa A motor teljestmnynek kiszmtshoz a (2, 4) sszefggseket hasznljuk fel. A forgcsolsi teljestmny szmtshoz az a fordulatszm szksges, amely a legnagyobb nyomatk jobboldali sarokpontjnl van. Ezt a motor lineris egyenes mentn vltoz Pc(n) karakterisztikjnak sarokpontjai hatrozzk meg. Pldul egyenram motornl a mretezsi fordulatszm a motor kapocsfeszltsg szablyozsnak mrtktl (Szmk) s a technolgiai ignyek alapjn meghatrozott nmin legkisebb fordulatszmtl fgg:

mkmin*n Sznn = . (29)

A teljestmnyek:

55

55.9

nMP

*nmaxc

maxc , mech

maxccsz

PP

= , cszm PP . (30)

5.3 Plda Tervezze meg eszterga fhajtm kinematikjt az albbi adatok alapjn.

A fhajtm fordulatszm tartomnya: 454000 f/perc. A motor fordulatszm szablyozhatsg: Szm=25, SzmkSzmfl92,77. A motor nvleges fordulatszma: nn=1150 f/perc.

5.3.1 A hajtm kinematikai tervezse

Az egyes szablyozhatsgok:

,8945

4000Sz = 55,3

25

89

Sz

SzSz

mf == .

A szksges fokozatszm a max=8 figyelembevtelvel:

2z61,118lg

55,3lg1

lg

Szlgz

max

f=+=+

A fokozati tnyez:

55,355,3Sz 121z f === .

A fokozatos hajtm elemi, ktfokozat, amelynek hajtmegyenlete: 1212 EA = .

A motor sarok fordulatszmaibl (3185, 1150, 128) lthat, hogy a technolgiailag szksges legnagyobb fordulatszm elrshez gyorsts, a legkisebbhez lassts szksges.

1289

1150

Sz

nn

mk

nminm == f/perc, 3185n77,2n nmaxm = f/perc,

128 > 45, 3185 < 4000.

A fogszmok meghatrozshoz a ktfokozat hajtm hajtviszonyainak rtkt meghatrozzuk s a megfelel alakba rjuk. A 19. bra jellseit felhasznlva:

845,2

1

128

45kk min1 === , 1

256,1

3185

4000kk max2 === .

A fokozatos hajtm nagyobb s kisebb hajtviszonyainak (a magasabb s alacsonyabb fordulatszmok) hnyadost kpezve, a fokozatos hajtm Szf

56

szablyozhatsgt, vagy ami ekkor ugyanaz, a fokozati tnyezjt kapjuk eredmnyl, ami a fenti szmtsok helyessgt igazolja. Azaz a szablyos hajtm fordulatszmbrjt jobbra tolva megkapjuk a megfelel fordulatszm tartomnyt, mikzben az Szf s a rtke nem csak elhelyezkedsk vltozik.

.55,31

845,2

1

256,1

k

kSz

min

maxf ===

A fogszmok meghatrozst az albbiak szerint vgezzk [1, 2].

845,2

1k1 = esetn az els kzelt fogszmsszeg: 1+2,845=3,845,

1

256,1k2 = esetn az els kzelt fogszmsszeg: 1,256+1=2,256.

A kt fogszmsszeg legkisebb kzs tbbszrse: 3,845x2568,67. A 8,67x1086,7 alapjn pldul a 88 egsz szm fogszm sszeget alapul vve az egyes fogszmok:

826,2

1

65

23

z

zk

2

11 == , 1

256,1

39

49

z

zk

4

32 == .

A kiszmolt adatokkal a 19.b-hez hasonl fordulatszmbra szerkeszthet, ezrt jra nem rajzoljuk fel.

Ellenrzs

A fogszmokkal ellenrizzk a megvalsthat fordulatszmok szls rtkeit. A tervezett rtkekkel j egybeess miatt mdosts nem szksges:

400839

493190 >4000 f/p, 128

23

6545 =45 f/p.

Fordulatszmbra, kinematikai vzlat

A hajtm fordulatszmbrjn (27.a bra) feltntettk a kt fordulatszm tartomnyt (I., II.) s azok tlfedst. A ktfokozat szablyos hajtm kiindul fordulatszmbrjt szaggatott vonallal brzoltuk. A fhajtm kinematikai vzlatn (27.b bra) a motorrl a ktfokozat hajtmre kmh=1:1 s arrl a forsra khf=1:1 hajtviszony Poly-V szjtttel kzvetti a hajtst.

57

nm

k2

k1

nmin nmax

lgSzm lgSzflg

I. II.

kmh

khf

lgSzflg

M

z1

z2

z3

z4

Fo.

a. b.

27. bra A fhajtm fordulatszmbrja s kinematikai vzlata

5.3.2 A motorteljestmny szmtsa

lland zem gpeknl a szerkezetek mretezse a nvleges, az lland s szakaszos, teht vegyes zem gpeknl a nvlegesnl nagyobb nyomatk alapjn trtnik, amelyet a motor gyrtk megadnak. Pldnkban lland zem (pl. S6, S1) felttelezse mellett hatrozzuk meg a szksges motorteljestmnyt.

A forgcsol nyomatk maximlis rtke legyen:

Mcmax=300 Nm.

A (22) egyenlet szerint a mretezs fordulatszma:

405945Sznn mkmin*n === f/perc.

A forgcsolsi teljestmny a (23) szerint:

7,121055,9

405300

55,9

nMP 3

*nmaxc

maxc

= kW.

Az sszefggsbe a nyomatkot Nm, a fordulatszmot f/perc mrtkegysgekkel helyettestettk be. A szksges nvleges motorteljestmny:

58

149,0

7,12PP

mech

maxccsz =

= kW.

A vlasztott motor pl. EVIG gyrtmny EH 180L 4 tpus [19] a rendelsi adatokh