prijenosnici

7/27/2019 prijenosnici

1/37

M. Opali: Prijenosnici snage i gibanja 1

1. PREGLED VRSTA PRIJENOSNIKA (KLASIFIKACIJA) SOSNOVNIM PARAMETRIMA

Prijenosnici se mogu podijeliti s obzirom na vie aspekata:

1. Prema nainu prijenosa okretnog momenta razlikujemo velike grupe prijenosnika:

Mehaniki prijenosnici, kod kojih se moment prenosi mehaniki na dva osnovna naina -

t r e n j e m i o b l i k o m s neposrednim i posrednim dodirom pogonskog i gonjenog

lana.

Hidrauliki i pneumatski prijenosnici, kod kojih se okretni moment prenosi uz pomo

tekuina odnosno plinova (veinom pod tlakom).

Elektrini prijenosnici, kod kojih se okretni moment prenosi elektrinim putem.

2. S obzirom na promjenjivost prijenosnog omjera moemo razlikovati:

-prijenosnike s konstantnim prijenosnim omjerom, koji su konstruirani za samo jedan

prijenosni omjer;

-prijenosnike s promjenjivim prijenosnim omjerom, gdje se promjena prijenosnog omjeramoe obavljati stupnjevano ili kontinuirano. U ovu grupu spadaju i prijenosnici s vremenski i

stalno promjenjivim prijenosnim omjerom, s unaprijed odreenim zakonitostima toka promjene,

koji mogu biti razliiti prema nainu prijenosa okretnog momenta.

3. Prema tome dominira li prijenos snage i gibanja ili samo gibanja imamo:

- prijenosnike snage i prijenosnike gibanja.

Mogue su i jo neke drukije podjele, kao na primjer: standardne i planetarne izvedbe, s

normalnim uinom i visokouinski, s obzirom na geometriju (osi) itd. esto se susreemo i s

kombiniranim prijenosnicima, to jo vie komplicira podjelu prijenosnika.

1.1 Prijenosnici s konstantnim prijenosnim omjerom

Kada se radi o prijenosnicima s konstantnim prijenosnim omjerom, gotovo iskljuivu

primjenu imaju mehaniki prijenosnici jer su ekonomski najpovoljniji, kako pri projektiranju i

proizvodnji tako i u eksploataciji. Robusni su i jednostavni za odravanje u svim uvjetima


2/37

2 M. Opali: Prijenosnici snage i gibanja

okoline. Upotrebljavaju se takoer u kombinaciji s drugim vrstama prijenosnika, gdje

meusobno dopunjuju svoje karakteristike ( na primjer s hidraulikim prijenosnicima).

Prema nainu prijenosa obodne sile, trenjem ili oblikom, ovdje spadaju zupaniki, lanani

i remenski zupasti prijenosnici iji je prijenosni odnos jednoznano odreen brojem zubi

ozubljenih elemenata, te remenski i tarni prijenosnici kod kojih se sila prenosi trenjem i koji rade

s odreenim proklizivanjem.

Svi spomenuti mehaniki prijenosnici mogu se nai i u izvedbi prijenosnika s

promjenjivim ili sa stalnim prijenosnim odnosom.

1.1.1 Zupaniki i lananiki prijenosnici

Od svih prijenosnika ova je grupa prijenosnika danas najee u primjeni. Izrauju se srazliitim poloajem osi (paralelene, ukrtene itd.) od najmanjih do najveih snaga.

Upotrebljavaju se i za veoma visoke brojeve okretaja te u irokom rasponu prijenosnih odnosa.

Zbog prijenosa sile oblikom prijenosni omjer im je vrst (ne zavisi o optereenju) pa se

upotrebljavaju i kao prijenosnici tonog gibanja.

Imaju veliku pogonsku sigurnost i dug vijek trajanja uz mogunost kratkotrajnog

preoptereenja. Odravanje je relativno jednostavno.

U prednosti im se moe jo nabrojati velika mogunost prijenosa snage po jedinici

volumena te visok stupanj iskoritenosti prenesene snage.

Glavne su im mane relativno visoka cijena kotanja, dosta velika buka (s izuzetkom punih

prijenosnika), te velika krutost prijenosa (zbog ega se najee ugrauju elastine mehanike

spojke, hidraulike spojke ili elastini stupanj prijenosa, na primjer remenski).

a) b) c) d)

Slika 4.1. elniki zupasti prijenosi: a) elnici s vanjskim ozubljenjem, b) elnici s kosim ozubljenjem, c) elnici

sa strelastim ozubljenjem, d) elnici s unutranjim ozubljenjem

U zavisnosti od vrste zupanikog para razlikujemo sljedee prijenosnike:


3/37


4.1.1.1.Zupaniki prijenosnici s elnicima s ravnim i kosim zubima te unutranjim i

vanjskim ozubljenjem. U jednom stupnju prijenosa moe se ostvariti prijenosni omjer oko 8

(ekstremno, s kosim zubima i do 20). Vratila su im u pravilu paralelna. Sa dva stupnja prijenosa

mogue je ostvariti prijenosni odnos 45 (60), a sa tri stupnja prijenosa do 200 (300). Izvode se za

snage do oko 20.000 kW i ulazne brojeve okretaja do 100.000 1/min, odnosno, obodne brzine do

200 m/s. Iskoristivost im se kree po stupnju prijenosa i do 99,5%, zavisno od izvedbe i veliine.

Mirniji hod postie se primjenom elnika s kosim zubima (vei stupanj prekrivanja), ali se

s poveanjem kuta kosine zuba poveava i aksijalna sila, to postavlja dodatne zahtjeve za

uleitenja.

Kod malih snaga mirnoa hoda postie se i ugradnjom jednog elnika u paru od umjetnih

materijala.

Na smanjenje veliine prijenosnika osim konstrukcije jak utjecaj ima vrsta zupanikog

materijala kao i termika i povrinska obrada (vidi poglavlje 6). Na taj se nain mogu dobiti vrlo

saete konstrukcije, kao na primjer kod mjenjaa osobnih vozila, te avionskih prijenosnika.

Slini se uinci mogu dobiti i planetarnom izvedbom prijenosnika s elnicima i stonicima. Na

taj nain dobivaju se posebno saete konstrukcije za velike snage i prijenosne odnose uz

povoljan stupanj iskoritenja (i do 60% kod prijenosnog omjera 1000). Pritom planetarni

prijenosnici mogu biti izvedeni i kao diferencijalni prijenosnici (s dva stupnja slobode gibanja).

S obzirom na projektiranje i proizvodnju ova grupa prijenosnika danas je najviesavladana.

4.1.1.2. Prijenosnici sa stonicima, s ravnim, kosim i lunim zubima, primjenjuju se s

ukrtenim vratilima za prijenosne omjere do 6 (10).

a) b) c) d)

Slika 4.2. Stoniki prijenosi: a) stonici s ravnim zubima, b) stonici s kosim zubima c) stonici sa strelastim

ozubljenjem, d) stonici sa zakrivljenim zubima (spiralno ozubljenje)


4/37


Za prijenosne omjere vee od 1.2. prijenosnik s parom stonika skuplji je od prijenosnika s

parom elnika, a za prijenosni omjer vei od 2,7 skuplji je i od kombiniranog prijenosnika s

parom elnika i parom stonika [3]. Stoga se rijetko upotrebljavaju za redukciju i multiplikaciju

okretnog momenta, a ee za promjenu toka snage. U pogledu opteretivosti priblino vrijede isti

podaci kao kod elnikog ozubljenja. Za vee zahtjeve ozubljuju se koso i spiralno te termiki

obrauju. Izvode se, takoer, i kao planetarni, najee diferencijalni prijenosnici.

4.1.1.3. Stonici s hipoidnim i spiroidnim ozubljenjem imaju mimosmjerna vratila i male osne

razmake, a za razliku od nehipoidnih stonika saetije su konstrukcije. Najee se primjenjuju

kod vozila i alatnih strojeva. Zbog klizanja u smjeru zuba rade tie, ali iz istog razloga imaju i

neto vee gubitke od drugih stonika i adekvatno vee zagrijavanje. Obino se pri izradi

urauju te se ugrauju kao par.

a

Slika 4.3. Hipoidno stoniko ozubljenje (a - osni razmak)

4.1.1.4.Puni prijenosniciimaju sposobnost ostvarivanja veoma velikog prijenosnog odnosa u

jednom stupnju (i do 100), ali im s porastom prijenosnog odnosa pada stupanj iskoritenja (kod i

= 100 oko 45%). Stupanj iskoritenja dosta ovisi i o brzini klizanja. Vievojni puevi daju veu

iskoristivost, ali je tada manji prijenosni odnos. Za razliku od veine zupastih prijenosnika,

puni prijenosnici veoma tiho rade a imaju i sposobnost (donekle) priguenja vibracija.

a) b) c)

Slika 4.4. Vijaniki a) i puni (cilindrini) b) i globoidni c) prijenos


5/37


Za vee prijenosne odnose neke izvedbe dosta su jeftinije od kombiniranih prijenosnika s

elnicima i stonicima (do a = 100 mm). Rade se izvedbe do 1000 kW s izlaznim momentom do

2500 Nm, te do n1

= 30000 1/min i vt = 70 m/s.

4.1.1.5. Vijaniki prijenosnici (slika 4.4. a) zapravo su prijenosnici s elnicima s kosim

zubima iji su nagibi bokova istomisleni. Ovo rezultira dodirom u toki i mimosmjernim

vratilima. Slue za manja optereenja i prijenosne odnose (i = 1 do 5). Veinom slue kao

prijenosnici gibanja, a za manje kutove osi ( < 10 stupnjeva ) i kao prijenosnici snage.

4.1.1.6. Lanani prijenosnici i prijenosi upotrebljavaju se kod velikih osnih razmaka i

paralelnih vratila, a manje su osjetljivi na okolne uvjete (vlaga, temperatura) nego, na primjer,

tarni ili zupaniki prijenosnici.

a) b)

Slika 4.5. Lananiki prijenosi a) s dvostrukim valjkastim lancem, b) sa zubastim lancem

Kod ove vrste prijenosnika postoji mogunost razvoda snage (vie gonjenih strojeva s

jednim pogonskim lancem). Jednostavni su za montau i demontau, ali imaju velik broj

elemenata (za razliku, na primjer, od zupanika). Vijek trajanja im je ogranien troenjem

zglobova. Potrebno je podmazivanje i zatita od loih okolnih uvjeta (praine, vlage). Kod

viestrukih lananika (mogunost prenoenja veih snaga) postoje problemi s jednolikom

raspodjelom optereenja po irini lananika. Veinom su jeftiniji od zupanikih prijenosnika.

1.1.2 Tarni i remenski prijenosnici s konstantnim prijenosnim omjerom

Oba sustava prijenosa, tarni i remenski, temelje se na prijenosu obodne sile trenjem, pa

bismo ih u irem smislu zajedno mogli zvati tarnim prijenosnicima.

Uobiajeno je ipak tarnim prijenosom zvati prijenos s neposrednim dodirom tarnih tijela, a

kada tarna tijela povezuju jo jedan, vuni element, remen, onda takav prijenos nazivamo

remenskim prijenosom. Na slian nain obavlja se i podjela na zupaste i lanane prijenose.


6/37


7/37


4.1.2.3. Zupasto remenje. Glavna

prednost zupastog remenja s obzirom na

ostalo remenje jest vrst prijenosni omjer

(nema klizanja), ali ono je bunije i

preuzima manja optereenja od ostalih. U

normalnim izvedbama rade se za snage do

150 kW i obodne brzine do 70 m/s. U

posljednje vrijeme masovno se

upotrebljavaju kao razvodno remenje kod

automobilskih motora (fiksiranje

prijenosnog omjera izmeu radilice i

bregaste osovine motora).

Na slici 4.9. dane su usporedne karakteristike za razliite prijenosnike s posrednikim

prijenosnim lanom (remenom, zupastim remenom te lancem), i to kao odnos izmeu

maksimalne i korisne snage u funkciji obodne brzine. Maksimumi prikazanih krivulja

predstavljaju optimalne obodne brzine odnosno maksimalnu iskoristivost vunog prijenosnikog

organa.

1) 2) 3) 4) 5) 6)

Slika 4.9. Odnos izmeu korisne i maksimalne snage u funkciji obodne brzine za razliite prijenose s posrednim

vunim lanom (nosiocem energije) - optimalna brzina prijenosa. 1) - valjkasti lanac, 2) - zubati lanac,

3) - obini i zubati klinasti remen, 4) - zupasti remen, 5) - plosnati remen, 6) - visokouinski plosnati

remen (za velike brzine)

Slika 4.8. Zupasti remenski prijenos


8/37


1.2 Prijenosnici s promjenjivim prijenosnim omjerom

Ovoj skupini prijenosnika pripadaju prijenosnici koji za odreenu, konstantnu brzinu

vrtnje pogonskog stroja opskrbljuju radni stroj razliitim brzinama vrtnje. To se odvija na dva

osnovna naina: skokovito i kontinuirano. Kada se radi o skokovitoj promjeni prijenosnog

omjera (vozila, alatni strojevi), u pravilu se radi o mehanikim prijenosnicima, najee sa

zupanicima (prijenos obodne sile oblikom). esto ih zovemo i mjenjai, mada se cijela skupina

moe nazvati istim nazivom. Kontinuirana promjena prijenosnog omjera postie se primjenom

mehanikih (tarnih), hidraulikih (hidrostatskih i hidrodinamskih) i elektrinih prijenosnika.

Uobiajeno je stanje mehanikih tarnih prijenosnika zvati varijatorima, dok se hidrauliki i

elektroniki prijenosnici iste vrste esto nazivaju pretvaraima. U novijoj literaturi prevladava

naziv podesivi prijenosnici [2,3,19] .

1.2.1 Mehaniki varijatori

Prema geometriji i kinematici te zavisnosti jesu li tarna tijela u posrednom ili neposrednom

dodiru proizvodi se danas vrlo velik broj izvedbi ovakvih prijenosnika. Na slici 4.10. prikazano

je 18 karakteristinih izvedbi prema [10]. S obzirom na vrlo razliite izvedbe po spomenutimkriterijima, bit e i fizikalne granice prenosive sile i okretnog momenta varijatora razliitih

izvedbi vrlo razliite. Kod svih tarnih prijenosnika bit e prenosiva obodna sila Ft, a time i

okretni moment kod pune iskoristivosti materijala zavisna od normalne sile FN i faktora trenja

(F Ft N= ). Ako se radi o sparivanju elinih materijala ( , ) 0 1 , moe se u grubo zakljuiti daje prenesena obodna sila kod tarnog prijenosa deset puta manja nego kod prijenosnika s vezom

oblikom. Ako se ovome doda i to da je kod nekih vrsta varijatora kontakt u toki, dobivaju se u

odnosu, na primjer, zupaste prijenosnike vrlo niske snage po jedinici volumena ili mase

prijenosnika (slika 4.11). Na slici 4.11. prikazane su usporedbene vrijednosti ukljuujui i

hidraulike prijenosnike (vidi 4.2.2. i 4.2.3.). Nisu zastupljeni elektirni prijenosnici koji danas

sve vie suuju podruje primjene mehanikih varijatora.


9/37


Iskoristivost

max

0.92

0.8

0.90

Podesivopodruje

max

Snaga

Pmaxuk

W

7.5 1

1

3.7(kod=3)

2.9(kod

=10)

Pogonskakarakteristika

Princip

rada

Br.

1

2

3

Slika 4.10. Pregled vrsta i karakteristika tarnih varijatora najeih izvedbi. Na svim pogonskim karakteristikama

na ordinati su odnosi T/Tmax, te prijenosni odnos i na apscisi.


10/37


Iskoristivost

max

0.90

0.94

0.84

Podesivopodruje

max

Snaga

Pmaxuk

W

103

(kod=2)

26.

5

(kod

=8.

5)

88

11


Princip

rada

Br.

4

5

6

Slika 4.10. - nastavak


11/37


Iskoristivost

max

0.85

-0.85

Podesivopodruje

max

Snaga

Pmaxuk

W

2.94

0.0096

1.1


Princip

rada

Br.

7

8

9



12/37


Iskoristivost

max

0.90

0.70

0.81

Podesivopodruje

max

Snaga

Pmaxuk

W

8.5

2.2 3

7


Princip

rada

Br.

10

11

12



13/37


Iskoristivost

max

-0.92

0.92

Podesivopodruje

max

Snaga

Pmaxuk

W

0.37 5

.525.75


Princip

rada

Br.

13

14

15



14/37


Iskoristivost

max

0.92

0.93

0.90

(0.96)

Podesivopodruje

max

Snaga

Pmaxuk

W

17.4

74(kod=4)

15(kod=9)

110(kod=6)


Princip

rada

Br.

16

17

18



15/37


Slika 4.11. Usporedni prikaz specifine snage u funkciji ukupne snage za neke tipine grupe prijenosnika s

promjenjivim prijenosnim omjerom: 1) Metalne tarenice; 2) mjenjai; 3) klinasto remenje 4) hidrostatski

prijenos; 5) hidrodinamski prijenos; 6) zupaniki prijenos (za usporedbu!)

Poboljanje karakteristika ove vrste prijenosnika dobije se u kombinaciji sa zupastim

parom ili planetarnim zupastim prijenosom, pogotovu kod prijenosnika s velikim podrujem

prijenosa.

Redovita pojava kod svih tarnih prijenosnika (ali i ostalih bestepenih) jest proklizavanje.

To rezultira smanjenjem teoretskog prijenosnog omjera. Obino se mjera smanjenja

(proklizavanje) daje u odnosu na teoretski prijenosni omjer( it) :

si i

i

i

i

t ef

t

s

t

s

Bt

=

= =

A konst= . (4.1)

Kod svih vrsta varijatora proklizivanje se poveava s optereenjem, a kree se od 0,5 do

10% i esto je mjerodavno za ukupnu iskoristivost varijatora. Stupanj gubitaka uslijedproklizavanja, , iznosi:

= = =T

Ts

B S

B Bt

S

Bt

(4.2)

a zbog ovog je faktor (stupanj) iskoristivosti;

s s= = 1 1 (4.3)


16/37


1.2.2 Hidrostatski prijenosnici

Zajedno s hidrodinamskim, obraenim u sljedeem poglavlju, ovi prijenosnici tvore grupu

hidraulikih prijenosnika.

esto se ovakvi prijenosnici u literaturi zovu i pretvarai okretnih momenata.

S obzirom na karakteristike, upotreba im je ograniena na prijenose s promjenjivim

prijenosnim odnosom i na prijenosnike za ekstremno velike snage (i do 150 MW). S obzirom na

nain prenoenja i promjene okretnog momenta (putem potencijalne ili kinetike energije

tekuina), razlikujemo hidrostatske (volumetrike) i hidrodinamike prijenosnike.

Umjesto tekuina ponekad se upotrebljavaju i plinovi (veinom pod tlakom), ali ovakva su

rjeenja tehniki manje zanimljiva.

Pri razmatranju hidrostatskih prijenosnika sluimo se osnovnim postavkama mehanike

fluida. Specifina energija struje fluida bilo koje vrste opisana je Bernoullijevom jednadbom:

dst

ugz

uhmEYf +++==

2/

2

(4.4)

Za stacionirani sluaj strujanja vrijedi jednadba kontinuiteta:

Aum == .const (4.5)

Posebno vrijedi za inkompresibilne fluide da je V Au= .

Pretvorba izmeu mehanike energije i energije fluida slijedi za stacionarno stanje (vidi

sliku 4.13) uz pozitivne dovedene veliine:

( ) ( )Y P m Y Y h h u u g z z m m f f = = = + + 2 1 2 1 22 12 2 12 (4.6)

A B

P mYf f1 1= P mYf f2 2=

Pm

Slika 4.13. Shematski prikaz pretvorbe mehanike u energiju fluida

U prethodnoj jednadbi je ( )h h h h P ms g2 1 12 12 12 = = + , a reverzibilni udio specifinograda dobije se kao

( ) ( ) / h u g zs 122

12 122+ + (4.7)

prijenosnik


17/37


i ireverzibilne gubitke kaoP mg, 12 . Indeks s odnosi se na isentropsku promjenu. Pri transportu

energije u hidrostatskim prijenosnicima, za razliku od specifine entalpije h , dobije se preostali

udio potpuno natrag:

( )

( ) ( )

Y P m h h h P m

Y h

m m s g

m s t

= = +

= +

,2 1 12 12

12

1

ili

1 motor; 1 pumpa

(4.8)

Promjena stanja moe se prikazati i jednadbom:

h vdp vdp P ms

g121

2

1

2

12= =

+ , /

(4.9)

U gornjim je jednadbama:

Yf - specifina energija fluida (rad)

Ym - specifini mehaniki rad

Pm - mehanika snaga

E - energija fluida

Pg - snaga gubitaka

m - masa

m - struja mase (sek. masa)

u - brzina strujanja fluida

- gustoa fluida

p - tlak u fluidu

h - specifina entalpija

g - ubrzanje sile tee

z - geodetska visina

s - put strujanja (isentropa)

- presjek struje fluidaV - struja volumena (sek. volumen)

u - ukupni stupanj iskoristivosti

Karakteristino je da kod ove vrste ureaja primjenom velike gustoe energije (visokihtlakova) konstruktivno dobivamo vrlo povoljne odnose snage i mase (< 1 kg / kW) te male

momente inercije (to omoguuje velike brzine reverzibiranja).

S obzirom na to da su primijenjene tekuine i srodni mediji gotovo inkompresibilni slijedi

da je (izohora!) :

( ) / h v dp ps 12 121

2

= = (4.10)


18/37


to znai da je preneseni rad fluida razlika izlaznog i ulaznog rada usisavanja i isisavanja.

Odgovarajue se pojednostavljuju i jednadbe strujanja. Prenesena je snaga:

P dE dt m h V p= = = 12 12 (4.11)

Ovo vrijedi za istosmjenu hidrauliku, dok je izmjenina, s promjenjivim smjerom strujanja

i promjenjivim tlakom, tek u razvoju.

Tablica 4.1 Konvencija o veliini tlakova hidraulikih postrojenja

OZNAKA PODRUJE TLAKA PRIMJENA

- niski tlakovi < 50 bara Alatni strojevi (pinole, posmaci)

- srednji tlakovi50 ... 200 bara Transportni ureaji, graevinski

strojevi, vozila

- visoki tlakovi > 200 bara Pree, stezni alati, avionskahidraulika

Ako se uzima u obzir kompresibilnost tekuina, moe se za hidraulika ulja raunati s

priblino

( )

5

108......5,4

=

= Vdp

dV

1/bar (4.12)

za podruje tlakova od 20 do 250 bara i temperatura od 20C do 80C.

Tekuine koje se primjenjuju kao hidrauliki mediji jesu mineralna ulja bez vode i s

vodom (emulzije) te sintetska ulja klasificirana prema standardima (npr. DIN 51524),

kinematskog viskoziteta 7=v do 61068 m2/s pri 40C. Klasifikacija se osniva na svojstvimahidraulikih ulja s obzirom na otpornost starenja, antikorozivnost, termiko optereenje, faktor

trenja itd. I neke vrste motornih ulja mogu se upotrijebiti u hidraulici kao hidraulika ulja.

U sluaju koritenja emulzija s vodom (eliane, ljevaonice, rudnici - opasnost od poara),

dodaje se uljima voda. Sadraj je vode u emulzijama do 60%. U ovom sluaju treba raunati s

manjim tlakovima te veim istroenjima dijelova hidraulinih prijenosnika.

1.2.3 Graa i funkcija hidrostatskih prijenosnika

Hidrostatski prijenosnici sastoje se od pumpe kao generatora tlaka i hidromotora kao

potroaa tlaka te upravljakih i regulacijskih jedinica. Osnovni nain rada vidi se na slici 4.14, a

blok - shema grae na slici 4.15.


19/37


Slika 4.14. Naelo rada hidrostatskih prijenosnika. P - pumpa; M -hidromotor; ep- ekscentarski pomak rotora

pumpe (promjena dobave), eM- ekscentarski pomak rotora motora

Slika 4.15. Blok shema hidrostatskog prijenosnika snage i gibanja

Zbog praktine nestlaivosti tekuina prijenosni omjer hidrostatskog prijenosnika ne ovisio optereenju. Upravljaki izvrni organi u kombinaciji s elektrinim i elektronskim elementima

daju velike mogunosti automatiziranosti i daljinske upravljivosti hidrostatskih prijenosnika.

Veza izmeu pumpe i hidromotora postoji putem hidraulikih vodova tako da je njihov

meusobni poloaj nezavisan. Razmaci izmeu pumpe i motora zbog ekonominosti ne bi trebali

biti vei od 30 metara (gubici u vodovima!).

Prema kriteriju grae hidrostatskih prijenosnika razlikujemo i druge sluajeve smjetaja

pumpe i motora, odnosno njihovih elemenata. Opisani bismo sluaj mogli nazvati kao "daljinski

prijenosnik", za razliku od kompaktnog gdje su motori i pumpa vrsto povezani i ine jednu

cjelinu.


20/37


Razliita ustrojstva hidrostatskih prijenosnika vide se na slici 4.16. Radi boljih ukupnih

karakteristika esto se hidrostatski prijenosnici kombiniraju s mehanikim prijenosnicima.

Prema nainu napajanja razlikuju se sumarne i diferencijalne izvedbe. Kod sumarnih

hidrostatskih prijenosnika jedan hidromotor napaja vie pumpi koje su meusobno paralelno

spojene, a kod diferencijalnih jedna pumpa napaja vie motora u serijskom ili paralelnom spoju

(diferencijali). Postoji mogunost simbolikih prikaza elemenata hidrostatskih sustava (kao na

slikama 4.15 i 4.16) a simboli su normirani prema ISO 1219 i DIN 2429.

a) c)

b) d)

Slika 4.16. Simboliki prikazi razliitih kombinacija hidrostatskih prijenosnika prema DIN 2429 a) standardna

daljinska izvedba (1-pogonski lan ili rotor pumpe; 2-reakcijski lan pumpe; 3-reakcijski lan

hidromotora; 4-hidromotor; 5-cjevovodi), b) kompaktna izvedba (motor i pumpa u istom kuitu), c)

kombinirani hidro-mehaniki prijenosnik; d) sumarna daljinska izvedba (snaga se dovodi na dvije

pumpe, a troi na jednom hidromotoru)

1.2.4 Glavni elementi hidrostatskih prijenosnika

Pumpe i hidromotori ne razlikuju se u osnovnoj grai. Na slici 4.17. prikazani su osnovni izgledi

i nazivi uobiajeno koritenih konstrukcija.Openito se mogu pojaviti izvedbe s konstantnom i

promjenjivom dobavom za konstantnu brzinu vrtnje vratila pumpe ili motora. Zupaste, vijane i

redne klipne pumpe jesu izvedbe s izuzetkom jer imaju konstantnu dobavu, a regulacija je

mogua samo ventilski (veliki gubici).

Takoer je vaan oblik presjeka tlane komore. Kod pravokutnih i drugih neokruglih

presjeka teko je postii zadovoljavajue proizvodne tolerancije, to e imati za posljedicu

slabiju mogunost brtvljenja, odnosno nie radne tlakove i poveane gubitke. Okrugli presjeci

odnosno cilindrini tlani provrti lake su postizivi sa zadovoljavajuim tolerancijama


21/37


(brtvljenjima), pa se najbolji rezultati (najvee specifine snage) postiu upravo klipnim

pumpama i hdiromotorima.

Potisni volumen pumpe VH dobije se iz stapaja na osnovi geometrije cilindra (ili drugog

oblika). Uobiajeno ga je davati u cm okr 3 / . Teoretski moment na pumpi:

T p V p V pt H= = / 2 0 (4.13)

Ovdje je p razlika usisnog (obino tlak okolice) i maksimalnog pritiska pumpe, aV nVH0 = / . Snaga potiska pumpe je

P Tp p t= (4.14)

ne uzimajui u obzir gubitke (mehanike, hidraulike, kompresione itd.)

Kodzupastih je pumpi volumen potiska:

( ) ( )( )[ ]Vb

d d z z d z z z z m aH a a w= + +

4

1 1 312

2

2

1 2 1

2

2 1 1 2

2 2 2/ / / cos / (4.15)

Tablica 4.2. Ope karakteristike hidrostatskih jedinica sa slike 4.17 (izvedene jedinice)

Izvedba sa

slike 4.17

Radni volumen

cm3/okr

maks. tlak

bara

maks. brzina

vrtnje

1/min

preporuljivi kinematski

viskozitet medija

106 2 m s/

1,2 0,41200 vz200uz350

15003000(3500)

4080

3 2800 200 10005000 80200

4 30800 100 10005000 3050

5 3500 160(200) 5001500 3050

6 81000 160 5003000 30507 800 400 10002000 2050

8,9 0,415000 630 10002000 2050

10,11,12 1,53600 400 5003000 2050


22/37


Naziv Shema Naziv Shema

Zupasta pumpa svanjskim ozublje-

njem

Redna klipna

pumpa

Zupasta pumpa s

unutarnjim

ozubljenjem

Radijalne klipne

pumpe

Vijana pumpa

Krilne pumpe

Aksijalne klipne

pumpe

Slika 4.17. Najee konstruktivne izvedbe pumpi (motora) pri graenju hidrostatskih prijenosnika (shematski

prikaz)


23/37


Za unutranje ozubljenje vrijede uobiajene konvencije za predznak prema DIN 3990.

Zbog karakteristika zupastog zahvata pojavit e se pulziranje s frekvencijom ovisnom o

broju zubi. Nejednolikost, ( ) = / max minV V V , zavisi prije svega od broja zubi. Posljedica jebuan rad ovakvih izvedbi.

Kod krilnih je pumpi (izvedba od 4 do 6 sa slike 4.17) radni volumen:

V r b eH m= 4 (4.16)

gdje je rm srednji promjer, e ekscentricitet rotora s obzirom na stator i b je irina krila (tlane

komore).

Pumpe obino rade s visokim brzinama vrtnje (od 1000 do 30000 1/min) dok se hidrauli

ki

motori konstruiraju za tri karakteristina podruja - sporohodni (od 10 do 750 1/min) i brzohodni

(od 300 do 3000, ekstremno 6000 1/min).

Stupanj pretvorbe brzine vrtnje hidrostatskih prijenosnika dobije se prema definiciji:

i n n n nP M A B P M= = =/ / / (4.17)

Ako se zanemare gubici, moe se pisati da je:

P P V P V PP M P P M M =

iz ega slijedi:

P

M

M

P

V

Vi= =

(4.19)

Iz gornje se jednadbe vidi da se prijenosni odnos ili stupanj pretvorbe brzine moe izraziti

u ovisnosti i o volumenima. Zato se esto ovakvi prijenosnici nazivaju volumetriki prijenosnici

snage i gibanja. Stupanj pretvorbe momenta je (ne uzimajui u obzir gubitke):

= T TM P/ (4,20)

Ako se uzmu u obzir i gubici

= ( / )V VM P M P (4.21)

a ukupni stupanj iskoritenja je:

ui

=(4.22)


24/37


Slika 4.18. Osnovne karakteristike hidrostatskih prijenosnika: PV-regulacija pumpom, MV-regulacija motorom a)

VM=konst. b) VP=konst. c) skupna karakteristika

Radi mogunosti kontinuirane promjene prijenosnog omjera izvode se pumpe ili

hidromotori s promjenjivom dobavom. ei je sluaj da je motor s konstantnom dobavom, a

pumpa s promjenjivom. Karakteristike (teoretske) za oba sluaja prikazane su na slici 4.18.

1.2.5 Hidrodinamski prijenosnici

U sluaju hidrodinamskih prijenosnika, za razliku od hidrostatskih, koristimo se za

prijenos snage preteno kinetikom energijom tekuine (vidi jednadbu 4.6). esto se u literaturi

i ovi prijenosnici zovu pretvarai okretnog momenta. Zadatak im je bezstepena pretvorba

momenta i gibanja pogonskog stroja (elektromotora, motora s unutranjim izgaranjem itd.)potrebna radnim strojevima (cestovnim vozilima, tranim vozilima, brodovima, dizalicama itd.).

Prema pronalazau Fttingeru zovu ih i Fttingerovi pretvarai. Radi poboljanja karakteristika

kombiniraju se s drugim vrstama prijenosnika, najee s mehanikim prijenosnicima snage i

gibanja. Jedna od glavnih karakteristika im je mogunost automatskog podeavanja izlaznog

optereenja i brzine vrtnje. Rade vrlo elastino, praktino bez troenja vitalnih dijelova, a vrlo

dobro priguuju vibracije i buku.

Graa i naelo rada ovakvih prijenosnika vidi se na slici 4.20.

a) b) c)


25/37


Slika 4.20. Graa i naelo rada hidrodinamskih prijenosnika snage i gibanja: PS-pogonski stroj; RS-radni stroj; P-

pumpni dio prijenosnika; T-turbinski dio; R-reakcijski lan.

Hidrodinamski prijenosnik sastoji se od pumpe P vezane na pogonski stroj PS, turbine T

vezane na radni stroj RS te kuita kao reakcijskog lana R. Sva tri glavna elementa

konstruktivno se nalaze u kompaktnoj izvedbi, kao to se to vidi na slikama 4.21. i 4.22, za

razliku od hidrostatskih prijenosnika gdje su pumpa i motor redovito zasebne cjeline povezane

cjevovodom.

Radni stroj pogonom pumpnog dijela poveava kinetiku energiju tekuine koja se troi na

turbinskom dijelu prijenosnika spojenom na radni stroj, prolazei pritom i kroz statorske

lopatice. Konstruktivno je mogue predvidjeti da se reakcijski lan moe osloboditi, ime se

prijenosnik pretvara u spojku s proklizavanjem (Trilok sistem).

Proraun se obavlja kao kod svih strojeva, na strujanje. Kod stacionarnog i

inkompresibilnog strujanja vrijedi da je

( )T m rcu= (4.23)

U ovoj je jednadbi m V= masa struje u sekundi koja prolazi kroz lopatice, uc obodna

komponenta apsolutne brzine strujanja, a r radijus na kome djeluje uc . Prema oznakama na slici

4.21. tada vrijedi:

T m r c r c

T m r c r c

T m r c r c

R u u

T u u

R u u

=

=

=

( )

( )

( )

5 5 6 6

3 3 4 4

2 2 1 1

(4.24)


26/37


Slika 4.21. Geometrija i trokuti brzina hidrodinamskog prijenosnika

Takoer vrijedi izmeu pojedinih lanova:

r c r c r c r c

r c r c r c r c

u u u u

u u u u

2 2 3 3 4 4 5 5

1 1 6 6 3 3 2 2

= =

= =

;

;(4.25)

Slika 4.22. Stanje ravnotee za tri karakteristina stanja hidrodinamskog prijenosnika


27/37


Na slici 4.22. prikazano je ravnoteno stanje izmeu pumpnog, turbinskog i reaktivnog

lana prijenosnika za tri karakteristina stanja. Kao kod svih prijenosnika, ovi odnosi dobiju se iz

uvjeta da suma vanjskih momenata mora biti jednaka nuli:

T T T T P R T= + + =0 0; (4.26)

Na osnovi prorauna strojeva na strujanje, a prema zakonima slinosti vrijedi [23]:

T D pP = 5 2

odnosno:P D pP =

5 3

(4.27)

Temeljem gornjih jednadbi vidimo vrlo velik utjecaj promjera prijenosnika i kutne brzine

na prenoenu snagu i moment, dok je neto manji utjecaj specifine mase upotrijebljene

tekuine.

Karakterisitni parametri hidrodinamskih prijenosnika jesu:

=T

T

T

P

- stupanj pretvorbe momenta

=n

n

P

T

- stupanj pretvorne brzine*

=T

r D w

P

5 5- znaajka proporcionalnih ili pogonska karakteristika

= =T

T

n

n

P

P

T

P

T

P

T

P- faktor iskoritenja

Slika 4.23. Karakteristike hidrodinamskog prijenosnika pri nP= konst.

* U literaturi se nailazi i na reciproan odnos i , ali je tada =


28/37


Na slici 4.23. vide se naznaeni karakterisitni parametri. Moe se uoiti da faktor

iskoristivosti raste do nekog maksimuma te onda opet pada, to znai da postoji relativno usko

podruje ekonominog rada hidrodinamskog pretvaraa. Kod dvofaznog pretvaraa moe se kod

niskog prijenosnog odnosa iskljuiti reakcijski lan ime se prijenosnik pretvara u spojku s bitno

veim stupnjem iskoritenja. Kod kombiniranih prijenosnika jedan od naina jest i taj da se u

trenutku prolaska toke maksimalnog iskoritenja, odnosno kada pone padati iskoristivost,

automatski ukljui mehaniki stupanj ime naglo poraste iskoristivost (crtkana linija na slici

4.24.b).

Slika 4.24. Kombinirani hidrodinamski prijenosnik s hidrodinamskim spojkama i mehanikim stupnjem HDP -hidrodinamski prijenosnik HS1,2 - hidrodinamske spojke; a) shema prijenosnika; b) karakteristika

prijenosnika

A

B

S K

A

BT

T

maxB

A

n

n

a) b)


29/37


Slika 4.25. Izvedba kombiniranog, hidrodinamsko - mehanikog prijenosnika tranog vozila: S hidrodinamska

spojka; W hidrodinamski prijenosnik; K hidrodinamska konica

Prikaz automatskog kombiniranog hidrodinamskog prijenosa dan je na slici 4.25. Pogonski

stroj je plinska turbina, a radni stroj trano vozilo. Snaga tee preko vratila 1 i zupastog para

(i=1) 2 - 3 na primarno vratilo 4. Dio primarne snage odvodi se s vratila 1 stoastim parom (i=1)

i vratilom 5a za pogon uljne pumpe, a drugi preko vratila 5b za pogon generatora struje.

Turbinska kola T spojke S i prijenosnika W naklinjena su na sekundarno vratilo 6. Odavde se

snagom upravlja upravljakom polugom 9. Izlazno vratilo je 8a, a upravljakom se polugom

preko zupanika na vratilu 7 odreuje hod naprijed ili natrag. Na meuvratilo 6 spojen je i

retarder K (hidrodinamska konica) kod kog se moment koenja pretvara u toplinu.

1.2.6 Elektrini prijenosnici

Zajedniko i osnovno naelo rada elektrinih prijenosnika snage i gibanja jest u tome to

se napon ili frekvencija koji se dovode elektromotoru mogu mijenjati i na taj nain utjecati na

brzinu vrtnje i zakretni moment elektromotora.

Klasini izgled ovakvog postrojenja za elektromotore istosmjerne struje kao pogonske

strojeve izgleda tako da jedan motor (obino izmjenine struje) pokree generator istosmjerne

struje koji napaja pogonski elektromotor promjenjivim istosmjernim naponom. U sluaju

izmjeninih motora zadatak je generatora da dovodi promjenjivu frekvenciju kojom se onda

napaja izmjenini elektromotor kao pogonski stroj.

Slika 4.26. Klasino ustrojstvo elektrinog prijenosnika snage i gibanja: 1-pogonski stroj; 2-generator istosmjerne

struje; 3-upravljaki i regulacijski dio; 4-motor istosmjerne struje; 5-radni stroj

Ovakvo ustrojstvo elektrinih prijenosnika danas se smatra zastarjelim. Razvijeni su

elektronski pretvarai koji izravno upravljaju pogonskim elektormotorom ili promjenom napona

istosmjerne struje ili promjenom frekvencije. Elektrini su prijenosnici dosta skupi u usporedbi s

drugim vrstama prijenosnika, a mana im je i nizak stupanj iskoritenja kada rade dalje od

nazivne toke.Elektrini prijenosnici snage i gibanja upotrebljavaju se gotovo iskljuivo onda

kada je potreban promjenjiv (kontinuirano) prijenosni odnos, a za vrsti prijenosni omjer su

neekonomini. Na slici 4.27. prikazani prijenosnik s promjenom frekvencije 70% je skuplji od

mehanikog zupastog multiplikatora. Jedna od prednosti elektrinih prijenosnika je u tome da

su za relativno vee specifine snage manji od mehanikih.


30/37


Najee se upotrebljavaju za male (do nekoliko kW) snage i za velike snage (elektrina

lokomotivska vua).

2 3

1

2 34

Cijena: 100%Cijena: 30%

Slika 4.27. Primjer ekonomskih pokazatelja upotrebe elektrinog prijenosnika snage i gibanja za vrst prijenosniomjer u usporedbi s mehanikim prijenosnikom: 1. pretvara frekvencije trofazne struje; 2. asinkroni

trofazni elektromotor nn=1470 1/min; 3. kompresor 9500 1/min; 4. zupasti prijenosnik, i =1:6,46;

P=500 kW

1.3 Neke usporedbe razliitih sustava prijenosa snage i gibanja

Na osnovni zadatak prijenosnika, pretvaranje i prilagoavanje brzine vrtnje i momenata

pogonskog stroja, potrebnih radnom stroju, poseban utjecaj prema [2] imaju takozvana

unutranja mjesta kontakta glavnih prijenosnikih elemenata. To je, na primjer, kod zup

ani

kihprijenosnika prijelaz s boka pogonskog zupanika na uljni film i s uljnog filma na gonjeni

zupanik, a kod remenskog i lananog prijenosa prelaz s pogonskog lana na "nosioca energije"

- remena i lanca na gonjeni lan (remenica, lananik). Prema tome mogu se u ovakvim

sluajevima djelovanja na mjestima prijelaza s jednog na drugi prijenosniki element postaviti

dva posebno signifikantna faktora koja proizlaze iz prenesnenog momenta:

T V= 1 2 (4.28)

i

= = =PV TV 2 (4.29)

U gornjim su jednadbama:

T - okretni moment, Nm

- specifina sila na mjestu prijelaza ( N/mm2

) koja se moe izraziti i kao

naprezanje () ili pritisak (p)V - volumen nosioca energije (m

3)

1 2 - preraunski faktor

- specifina snaga (N/m2

s)

2 - brzina vrtnje nosioca energije (1/sek)


31/37


Iz jednadbe (4.28) proizlazi da prenoeni okretni moment moemo prikazati kao produkt

specifine sile i volumena nosioca energije V (jedan okretaj). Na slici 4.28. to je objanjeno na

primjeru lananog ili remenskog prijenosa.

Vlana sila F b h=

Okretni moment

T FD

D b h= = =1 12

1

2

= = ( ) ( ) ( / ) / D bh V1 1 2 1 2 (4.30)

Slika 4.28. Preneseni okretni moment kao produkt specifine obodne sile i volumena nosioca energije (parametri)

Vlana sila u vlanom organu F kao nosiocu energije izraava se kao produkt vlanog

otpora i poprenog presjeka b h , a okretni moment kao produkt obodne sile F i polumjera,

npr. pogonskog lana D1 2/ . Volumen V moe se predstaviti kao produkt opsega prijenosnikoglana i povrine nosioca energije.

Za svaku prijenosniku vrstu ili sustav mogu se tvoriti ovakove ili sline relacije.

U tablici 4.3, prema [2], predoene su spomenute vrijednosti za nekoliko vrsta

prijenosnika iji su osnovni geometrijski parametri dati na slici 4.29, a okvirne vrijednosti nekih

parametara u tablici 4.4.

Pogled na tablicu 4.3. pokazuje da se postizivi momenti i snage kreu u irokim granicama.

U pogledu faktora (specifina sila) na prvom su mjestu hidrostatski prijenosnici velikihtlakova (radijalni i aksijalni klipni prijenosnik).

Jedna od vanih uporednih veliina je specifina snaga koja prema jednadbi (4.29)

predstavlja odnos prenesene snage i volumena nosioca energije. Na specifinu snagu utjee i

kutna brzina u nosioca energije. Praktiki se za veliinu specifine snage moraju uzeti u obzir i

neki tehniki kriteriji, na primjer maksimalna brzina vrtnje uvjetovna ispadom lanca

(centrifugalne sile) itd. U pogledu specifine snage bez premca su zupasti prijenosnici, a

daleko iza njih (sa 30 i vie posto manjim vrijednostima) su lanani i hidrostatski prijenosnici,

dok su na zaelju elektrini prijenosnici (s vie od 103 puta manjim vrijednostima specifine

snage).


32/37


To je jedan od moguih naina usporeivanja prijenosnika. Ipak pri izboru prijenosnika,

odnosno sustava prijenosa snage i gibanja, uzimaju se u obzir i drugi kriteriji kao to su veliina,

izmjere i ivotni vijek, cijena, trokovi odravanja, potreba za stupnjevanim prijenosom, mogui

stupanj automatizacije itd.


33/37


Br. Sustav prijenosa Nain Shematski prikaz

1

2

Zupasti

Lanani

3

4

5

Tarni

Plosnati remen

Klinasti remen

6

7

8

Hidrostatski s krilnim

elementima

Hidrosatski s aksijalno

smjetenim klipovima

Hidrosatski s radijalno

smjetenim klipovima

9

10

Elektriki

Hidrodinamski

Slika 4.29. Usporeivani sustavi prijenosa snage i gibanja, dopunjeno prema [2]


34/37


N/mm

2s

3250

1190

70

240

400

720

840

2230

2,4

100

Vmm

3

24640

25133

419000

126000

160000

41900

18000

15700

6283000

2745000

574000

Numerikiprimjer

N/mm

2

25,5

25

1,5 5 4 1

535

40

0,1

0,231,1

=0,00

=0,95

Volumennosiocaenergije

Specifinasila

N/mm

2

p

p

p

Bjt

Zupastiprijenos

Lanani

Tarni

Remenskiklinasti

Remenskiplosnati

Hidrostatski-krilni

Hidrostatski-aksijalnoklipni

Hidrostatski-radijalnoklipni

Elektriniprijenos

Hidrodinamski

Sistemprijenosa

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Tablica 4.3.Usporedba razliitih sustava prijenosa snaga i gibanja (TB=100 Nm) -specifina sila, V-volumen

nosioca energije, -specifina snaga


35/37


36/37


37/37


Documents

prijenosnici