SEMINARSKI RAD

TEMA: Materijal za zupanike

Predmet: TRANSPORTNA SREDSTVA I UREAJI

SADRAJ

1. UVOD................................................................................................................................ 1.

2. VRSTE ZUPANIKA.................................................................................................... 2.2.1. Vanjsko i unutarnje ozubljenje zuba zupanika.................................................. 2.2.2. Zupanici sa ravnim zubima................................................................................ 3.2.3. Zupanici sa kosim (helikoidnim) zubima........................................................... 3.2.4. Zupanici sa strelastim zubima............................................................................ 5.2.5. Zupanici sa zakrivljenim zubima....................................................................... 5.2.6. Puni zupanici.................................................................................................... 6.3. DIMENZIONIRANJE ZUPANIKA........................................................................... 7.3.1. Izbor materijala zupanika................................................................................... 7.3.2. Izbor naina obrade zupanika............................................................................. 7.3.3. Izbor kvalitete ozubljenja..................................................................................... 7.3.4. Izbor broja zubi..................................................................................................... 7.4. MATERIJAL ZA ZUPANIKE.................................................................................... 8.4.1. elici za cementaciju............................................................................................ 8.4.2. elici za poboljanje............................................................................................. 9.5. ZAKLJUAK.................................................................................................................. 10.6. LITERATURA................................................................................................................. 11.7. POPIS SLIKA.................................................................................................................. 12.8. POPIS TABELA.............................................................................................................. 13.

1. UVOD

Zupanik je strojni dio u obliku kotaa s ravnomjerno rasporeenim zubima. Zupanici se uglavnom koriste za prijenos gibanja (rotacije) i snage (okretnogmomenta) primjenomsilena zubima drugog zupanika. Zupanici obrtni moment prenose vezanjem zahvata zuba zupanika.Kroz temu seminarskog rada nabrojat emo vrste zupanika, dimenzioniranje zupanika, te izradu i materijal od kojeg se izrauju zupanici.

12. VRSTE ZUPANIKAKao i drugi elementi i zupanici se razlikuju po vrstama i nainu izrade. Imamo sljedee vrste zupanika: vanjsko i unutarnje ozubljenje zuba zupanika; zupanici sa ravnim zubima; zupanici sa kosim (helikoidnim) zubima; zupanici sa strelastim zubima; zupanici sa zakrivljenim zubima; puni zupanici; mehanizmi sa zupastom letvom; planetni prijenosnik.

2.1. Vanjsko i unutarnje ozubljenje zuba zupanikaPrijenosni omjer(oznaka:R) je odnos brzine vrtnjeNAili kutne brzineAmalog zupanika prema brzini vrtnjeNBili kutnoj brziniBvelikog zupanika. Prema najnovijim ISO propisima treba prijenosnom omjeru dodati negativni predznak ako je smjer vrtnje jednog zupanika suprotan smjeru vrtnje drugog zupanika:R = = Da bi prijenosni omjer ostao u svakom dijelu okretnog gibanja stalan, potrebno je da bokovi zuba imaju odreen oblik. Bokovi zuba u zahvatu moraju za cijelo vrijeme trajanja zahvata da budu u meusobnom dodiru i da valjajui se jedan po drugom ostvarujugibanje. Budui da su bokovi zupanika zakrivljeni, oni se, gledajui samo u ravnini crtanja, dodiruju u pojedinim tokama. Prema zakonima kinematikedva tijela, koja se kreu razliitim brzinama, ostaju u dodiru samo onda kada njihove komponente brzina okomite natangentetrenutnih toaka dodira (normalne komponente) imaju isti smjer i ako su medusobno jednake.[footnoteRef:1] [1: http://hr.wikipedia.org/wiki/Zup%C4%8Danik#Vrste_zup.C4.8Danika2]

Linije po kojima se zupanici meusobno valjaju nazivamokinematske krunice. Dvije kinematske krunice dodiruju se meusobno ukinematskom polu, koji lei na spojnici centara spregnutih zupanika.Ozubnicailiozubljena letvaje vijenac elnika s beskonano velikom kinematskom krunicom. Kinematska krunica je prema tome pravac (prostorno gledano to je zapravo kinematska ploha!). Takva se ozubljena nazivaju ozubljenja s ravnim bokovima (plosnato ozubljenje). Kod evolventnog ozubljenja postaje u tom sluaju itemeljna krunicabeskonano velika, a isto tako i polumjer zakrivljenja bokova, pa i oni postajupravci. To je posebna prednost, jer se s jednostavnim alatima s ravnim bokovima moe ozubiti svaki zupanik s vanjskim ozubljenjem. Zbog toga upotrebljava se profil ozubnice kao standardni profil (ISO 53, DIN 878) za sve zupanike. Zupanici s vanjskim ozubljenjem moraju se sprezati sa standardnim profilom.Kut zahvatne linije(kut dodirnice profila) standardiziran je s = 20. Kinematska linija standardnog profila naziva se srednja linija profila. S poveanjem kinematske krunice moe se ii i dalje u negativno podruje, pa zupanik svanjskim ozubljenjemprelazi preko zubne letve (ozubnice) na zupanik sunutarnjim ozubljenjem.

Slika 1. Vanjsko ozubljenje zubaca zubanika

Slika 2. Unutarnje ozubljenje zubaca zubanika

2.2. Zupanici sa ravnim zubimaZupanici s ravnim zubima u jednom stupnju prijenosa moe ostvariti prijenosni omjer oko 8. Vratila su im u pravilu paralelna. S dva stupnja prijenosa mogue je ostvariti prijenosni odnos 45, a s tri stupnja prijenosa do 200. Izvode se zasnagedo oko 20 000kWi ulazne brojeve okretaja do 100 000 okretaj/minuta, odnosno, obodne brzine do 200m/s. Iskoristivost im se kree po stupnju prijenosa i do 99,5%, zavisno od izvedbe i veliine. Kod malih snaga mirnoa hoda postie se i ugradnjom jednog elnika u paru od umjetnih materijala.3

Slika 3. Zupanik sa ravnim zubima

2.3. Zupanici sa kosim (helikoidnim) zubimaelnici s kosim (helikoidnim) zubima u jednom stupnju prijenosa moe ostvariti prijenosni omjer oko 20.Vratilamogu biti paralelna ili okomita. S dva stupnja prijenosa mogue je ostvariti prijenosni odnos 60, a s tri stupnja prijenosa do 300. 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 zaleaje.Ako spojimo sve dodirne toke zupanika, u kojima se dodiruju bokovi, dobivamozahvatnu liniju(dodirnicu profila). Prostorno gledano, dobivamo povrinu zahvata. Zahvatna linija je apsolutna putanja dodirne toke. S druge strane, dodirna toka putuje i uzdu boka. Na taj nain bokovi predstavljaju relativnu putanju dodirne toke. Jednom zadanom boku pripada posve odreen suprotan bok i zahvatna linija. Obrnuto, zadanoj zahvatnoj liniji pripada odreen par bokova.[footnoteRef:2] [2: http://hr.wikipedia.org/wiki/Zup%C4%8Danik4]

Zbog svojih prednosti kao to su relativno jednostavna izrada zupanika i neosjetljivost prijenosnog omjera na manje promjene osnog razmaka, profil boka zuba zupanika se najee izrauje u oblikuevolvente. Kodevolventnog ozubljenjakut zahvata konstantan, kao i promjeri temeljnih krugova, a zahvat bokova odvija se po tom pravcu koji se zato naziva dodirnica ili zahvatna linija, a zahvatni kut se naziva joi kut dodirnice.

Slika 4. Zupanici sa kosim zubimaGledano prostorno, evolventni bok elnika s ravnim zubima nastaje valjanjemravninepo platuvaljka. Kod stonika dobit emo evolventni bok valjanjem ravnine postocuoko zajednikog centra. Tada su sve toke evolvente jednako udaljene od vrha temeljnog stoca. Dobivenaevolventalei, prema tome, na povrinikugle. Ona je, za razliku od evolvente krunice,evolventa kugleilisferna evolventa. Stonici s ravnim ili kosim zubima primjenjuju se s ukrtenimvratilimaza prijenosne omjere do 6. 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. 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, tetoplinski obrauju.

2.4. Zupanici sa strelastim zubimaZupanici sa strelastim zubima se koriste kada je aksijalnasilavelika i da ne bi dolo do velikog bonog pomicanja izmeu dva elnika. Nedostatak je vrlo skupa izrada.

Slika 5. Zupanici sa strelastim zubima

2.5. Zupanici sa zakrivljenim zubimaStonici sa zakrivljenim zubima primjenjuju se s ukrtenim vratilima za prijenosne omjere do 10. Oni rade mirnije od stonika s ravnim ili kosim zubima, zbog dodatnog stupnja sprezanja bonih linija, a i s manje udara. Bokovi jednog zupanika imaju desni, a drugog lijevi uspon.

Slika 6. Zupanici sa zakrivljenim zubima5

2.6. Puni zupaniciPuni prijenosnik je vijanik s osima koje se sijeku najee pod kutem od 90. Pogonski dio prijenosnika jepuilipuni vijak, koji moe biti jednovojni ili vievojni, valjkasta ili globoidna oblika, a gonjeni dio jepuno kolo. Oni imaju sposobnost ostvarivanja veoma velikog prijenosnog odnosa u jednom stupnju (i do 100), ali im s porastom prijenosnog odnosa padastupanj iskoritenja(kod i = 100 oko 45%). Za razliku od veine zupastih prijenosnika, puni prijenosnici veoma tiho rade, a imaju i sposobnost (donekle) priguenjavibracija. Za vee prijenosne odnose neke izvedbe dosta su jeftinije od kombiniranih prijenosnika s elnicima i stonicima (do razmaka osi 100 mm). Rade se izvedbe do 1000kWs izlaznim momentom do 2500Nm, te do 30 000 okretaj/min i obodne brzine 70 m/s.

Slika 7. Puni zupanici

2.7. Mehanizmi sa zupastom letvomMehanizam sa zupastom letvomima ozubljena letvu (ozubnica) iji je zupanik s beskonaaninpolumjerom. Profil ozubnice je standardni profil za elnike i stonike. Bokovi zuba ozubnice su ravni. Ona je standardizirana prema ISO 53 (1998.).

Slika 8. Mehanizmi sa zupastom letvom6

3. DIMENZIONIRANJE ZUPANIKA3.1. Izbor materijala zupanikaIzbor materijala za zupanike ovisi o svojstvima koja zupanik mora imati, a to su: nosivost, obradivost, cijena, traeni kvalitet, te uvjeti pogona. Cijena ovisi o tehnolokom postupku kojim se moe dobiti zupanik traene kvalitete i svojstava, a tehnoloki postupak o materijalu. Najei materijal zupanika je elik, koji ima najveu nosivost po jedinici volumena. Poslije rezanja zubi, obavezna je toplinska obrada (poboljanje, cementiranje i kaljenje, nitriranje). Poeljno je da manji zupanik, koji je vie optereen, ima vlanu vrstou bar za oko 150 N/ veu od veeg zupanika. Za neserijsku proizvodnju i u manjim radionama s ogranienim izborom materijala, esto se oba zupanika izrauju iz istog materijala.[footnoteRef:3] [3: http://marjan.fesb.hr/~spodrug/Uputstva%20za%20proracune/reduktor-2005-06.pdf7]

3.2. Izbor naina obrade zupanikaIzbor mehanike obrade zupanika ovisi o podruju njihove primjene i raspoloivim alatnim strojevima. Izbor toplinske obrade zupanika zavisan je o odabranom materijalu i postupcima obrade koje je proizvoa usvojio.

3.3. Izbor kvalitete ozubljenjaKvaliteta tolerancije zupanika bira se u ovisnosti o podruju primjene zupanika, obodne brzine i naina obrade prema HRN M.C1.031 (tablica II). Za mirniji rad zupanika i za male krune zranosti, potrebno je usvojiti finiju kvalitetu ozubljenja.

3.4. Izbor broja zubiBira se broj zubi manjeg (pogonskog) zupanika prema tablici III. u ovisnosti o prijenosnom omjeru, materijalu i vrsti toplinske obrade, te o brzini vrtnje. Da bi se odredio broj zubi gonjenog zupanika , potrebno je broj zubi pogonskog zupanika pomnoiti sa zadanim prijenosnim omjerom:i = Ovako dobivenu vrijednost: = i *

4. MATERIJAL ZA ZUPANIKEZa izradu zupanika ovisno od funkcije i mogunosti nabavke te raspoloive tehnologije, koristi se mnogo materijala razliitih vrsta i karakteristika [3]. Za reduktore opte namjene najee primjenjivani materijali su iz grupe konstrukcionih elika, elika za poboljanje i elika za cementaciju.[footnoteRef:4] Da materijal i njegove karakteristike ine znaajan uticaj na konstrukciju parova zupanika pokazat e se kroz proraun nosivosti parova zupanika izraenih iz elika za poboljanje(.4732) i cementaciju(.4320) [3,6], a za kombinacije navedene u tabeli 1. [4: http://afrodita.rcub.bg.ac.rs/~rzoran/6-MM_ho.pdf8]

Tabela 1. Kombinacije parova zupanikaMATERIJAL ZA ZUPANIKE

C/Celik za cementacijuelik za cementaciju

C/Pelik za cementacijuelik za poboljanje

P/Pelik za poboljanjeelik za poboljanje

Iz tabele 1 se vidi vrlo jasan uticaja izbora materijala na nosivost zupanika. Najvea efikasnost se dobije upotrebom elika za cementaciju i treba ih koristiti za izraene zahtjeve u pogledu nosivosti to odgovara savremenim koncepcijama projektovanja reduktora svih poznatih svjetskih proizvoaa. Kod upotrebe C/P vidi se da je dobitak neznatan u odnosu na P/P pa se postavlja pitanje primjene materijala za cementaciju kod izrade zupanika z1 zbog gore navedenih tehnolokih zahtjeva.

4.1. elici za cementacijuCementacija je termohemijski proces obogaivanja povrinskog sloja ugljenikom. Karbontiranje je termohemijski proces obogaivanja povrinskog sloja ugljenikom i azotom istovremeno.elici za cementaciju su konstrukcioni elici sa malim sadrajem ugljenika (0,1 0,25%), JUS C.B9.020, koji se koriste za dijelove kod kojih se povrinski sloj cementira ili karbonitrira. Poslije cementiranja ili karbontiranja i odgovarajue termike obrade postie se visoka tvrdoa, otpornost prema habanju i koroziji povrinskog sloja, dok jezgro zadrava dobru ilavost. Prema hemijskom sastavu elici za cementaciju mogu da budu ugljenini i legirani.

Ugljenini elici za cementaciju ovi elici su niskougljenini sa sadrajem ugljenika do 0,2% (1120, 1121, 1220, 1221, 1281). Upotrebljava se za izradu dijelova malih dimenzija i jednostavnih oblika, izloenih habanju i malim optereenjima, gdje se ne zahtjeva visoka vrstoa jezgra (ruice, poluge, rukavci, zglobovi).Legirani elici za cementaciju ovi elici su niskolegirani sa hromom, manganom, niklom, molibdenom, sa sadrajem ugljenika 0,18 0,24% (4120, 4721, 5420, 7420). Koriste se za izradu dijelova veih dimenzija, jae optereenih i odgovornih, kod kojih se zahtjeva visoka tvrdoa povrinskog sloja i dovoljno visoka vrstoa i ilavost jezgra.

4.2. elici za poboljanjePoboljanje je termika obrada koja se sastoji od kaljenja i visokog otputanja, poslije termike obrade imaju visoku vrijednost napona teenja i zatezne vrstoe, dobru plastinost, malu osjetljivost na koncepciju napona, visoku vrijednost dinamike vrstoe i dovoljnu ilavost. Prema hemijskom sastavu elici za poboljanje se djele na ugljenine i legirane.Ugljenini elici za poboljanje su elici sa sadrajem ugljenika 0,3 0,5%. Ovi elici se upotrebljavaju za izradu dijelova prosjeka od 100mm, imaju malu sklonost ka obrazovanju prslina ali su osjetljivi na zareze. Za izradu konstrukcionih dijelova koji su manje optereeni upotrebljavaju se elici 1330, 1430, a za optereenije dijelove 1530, 1531, 1580, 16302, 16302, 16303, 1630, 1631, 1680, 1730, 1731, 1780 (koljenasta vratila, bregaste osovine, osovinice klipova, zavrtnji, zupanici).Legirani elici za poboljanje koriste se za izradu dijelova veeg poprenog presjeka do 250mm, upotrebljavaju se elici legirani sa hromom, niklom, molibdenom i vanadijumom. Hrom-elici 41301, 41302, 4132 i 41321 su pogodni za izradu dijelova relativno malih dimenzija (osovima, manjih vratila, klinova, poluga i navrtki), elici 41331, 4130, 4180 imaju povienu vrstou i upotrebljavaju se za odgovornije dijelove (koljenasta vratila, osovine zupanike, zavrtnje), a elici 4131, 4181, 4134, 4184 se koriste za dijelove izloenje habanju, ali bez veih udarnih optereenja (veliki zupanici i vratila). Hrom-nikl-molibden elici (5430, 5431 i 5432) imaju visoku vrijednost zatezne vrstoe i napona teenja, dobru ilavost i visoku vrijednost dinamike vrstoe, pa se koriste za izradu dijelova koji su jako optereeni naizmjenino promjenljivim optereenjima.

95. ZAKLJUAKU prvom dijelu seminarskog obradili smo koje vrste zupanika imamo. Bez obzira o kojoj vrsti zupanika se radi, materijal za izradu zupanika zavisi o svojstvima koje on mora da ima. Obrada zupanika i kvalitet ozubljenja zavisi od toga gdje e se ti zupanici primjenjivati.Za izradu zupanika koriste se materijali razliitih vrsta i karakteristika. Mi smo podjelili u elike za cementaciju i elike za poboljanje.

106. LITERATURA Internet izvori: http://hr.wikipedia.org/wiki/Zup%C4%8Danik http://marjan.fesb.hr/~spodrug/Uputstva%20za%20proracune/reduktor-2005-06.pdf http://www.quality.unze.ba/zbornici/QUALITY%202003/049-R-083.pdf http://afrodita.rcub.bg.ac.rs/~rzoran/6-MM_ho.pdf

117. POPIS SLIKA[1] Slika 1. Vanjsko ozubljenje zubaca zubanika................................................................ 3.[2] Slika 2. Unutarnje ozubljenje zubaca zubanika............................................................. 3.[3] Slika 3. Zupanik sa ravnim zubima............................................................................... 4.[4] Slika 4. Zupanici sa kosim zubima................................................................................ 4.[5] Slika 5. Zupanici sa strelastim zubima........................................................................... 5.[6] Slika 6. Zupanici sa zakrivljenim zubima...................................................................... 5.[7] Slika 7. Puni zupanici................................................................................................... 6.[8] Slika 8. Mehanizmi sa zupastom letvom....................................................................... 6.

128. POPIS TABELA[1] Tabela 1. Kombinacije parova zupanika......................................................................... 8.

13