tokarilica za obradu drveta - unizg.hr

Degree Grantor / Ustanova koja je dodijelila akademski / struni stupanj: University of Zagreb, Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture / Sveuilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje
Permanent link / Trajna poveznica: https://urn.nsk.hr/urn:nbn:hr:235:629504
Rights / Prava: Attribution-NonCommercial 4.0 International
Download date / Datum preuzimanja: 2022-03-28
Repository / Repozitorij:
Zagreb, 2020.
Izjavljujem da sam ovaj rad napravio samostalno koristei znanja steena tijekom studija i
navedenu literaturu.
Ovom prilikom elio bih se zahvaliti svima koji su me podravali tijekom mog
preddiplomskog studija i pisanja završnog rada, ponajviše mentoru Doc. dr. sc. Matiji Hoiu na
stalnoj dostupnosti i mnogobrojnim uputama.
Takoer, zahvaljujem se svojoj obitelji i prijateljima bez kojih moj akademski uspjeh ne bi bio
mogu.
SADRAJ
2.1. Prijenos snage ...........................................................................................................3
2.1.1. Smještaj elektromotora .......................................................................................3
4.3.3. Remenice ......................................................................................................... 17
4.3.4. Vratila .............................................................................................................. 19
4.3.4.3. Pera ........................................................................................................... 25
4.4.1. Vreteno ............................................................................................................ 27
4.4.1.1. Normalna sila i uvijanje............................................................................. 28
4.4.3. Vratilo pominog prihvata V3........................................................................... 32
4.5.1. Leajevi vratila V1 ........................................................................................... 35
5. ZAKLJUAK ................................................................................................................ 40
POPIS SLIKA
Slika 3. Obrada drva na tokarskom stroju................................................................................2
Slika 4. Mala tokarilica sa motorom ispod stroja .....................................................................3
Slika 5. Tokarski stroj s prijenosom putem plosnatog remena .................................................4
Slika 6. Tokarski stroj s prijenosom putemklinastog remena ...................................................5
Slika 7. Tokarilica sa varijabilnom brzinom vrtnje motora ......................................................5
Slika 8. Zupaniki prijenosnik na tokarskom stroju ...............................................................6
Slika 9. Nepomini i pomini oslonac na tokarskom stroju .....................................................7
Slika 10. Set za nepomini prihvat – glava i nastavci za eljusti ..............................................7
Slika 11. Okrugla ploica za prihvat obratka ...........................................................................8
Slika 12. Pomini oslonac s nastavkom za bušenje..................................................................8
Slika 13. Oslonac alata ...........................................................................................................9
Slika 17. Obuhvatni kut β ..................................................................................................... 15
Slika 18. Sile remenskog prijenosa [2] .................................................................................. 16
Slika 19. Sile na pogonskom vratilu V1 ................................................................................. 19
Slika 20. Sile na gonjenom vratilu V2 ................................................................................... 22
Slika 21. Dimenzije pera ....................................................................................................... 25
Slika 22. Mehanizam pomicanja prihvata vretenom .............................................................. 27
Slika 23. Skica stupa za proraun zavara i savijanja stupa ..................................................... 29
Slika 24. Proraunski presjek zavara ..................................................................................... 30
Slika 25. Presjek stupa .......................................................................................................... 31
Slika 26. Optereenje vratila V3 ............................................................................................ 32
Slika 27. Optereenje vratila V1 zadano u [7] ........................................................................ 35
Slika 28. Nazivni vijek trajanja leajeva vratila V1 u satima .................................................. 36
Slika 29. Dimenzije leaja 6006-2RS1 .................................................................................. 36
Slika 32. Dimenzije leaja 7307 BE-2RZP ........................................................................... 37
Mislav Kelemini Završni rad
Slika 35. Dimenzije leaja 7305 BE-2RZP ........................................................................... 39
POPIS TABLICA
Tablica 2. Ovisnost snage o brzini klinastog remena ............................................................. 14
Tablica 3. Dimenzije klinastih remena .................................................................................. 15
Tablica 4. Dimenzije pera vratila V1 ..................................................................................... 25
Tablica 5. Iskustveni podaci za dopuštene bone tlakove klinom i perom u N/mm2 .............. 25
Tablica 6. Dimenzije pera vratila V2 ..................................................................................... 26
POPIS TEHNIKE DOKUMENTACIJE
POPIS OZNAKA
b1 - Faktor veliine strojnog djela kod savjanja i uvijanja
b2 - Faktor kvalitete površinske obrade
dri mm Promjer pogonske remenice
Dri mm Promjer gonjene remenice
dv mm Promjer vratila
F1 N Sila u vlanom ogranku remena
F2 N Sila u slobodnom ogranku remena
FA N Rezultantna sila u osloncu A
FAy N Sila u osloncu A u smjeru osi Y
FAz N Sila u osloncu A u smjeru osi Z
FB N Rezultantna sila u osloncu B
FBy N Sila u osloncu B u smjeru osi Y
FBz N Sila u osloncu B u smjeru osi Z
FGR N Teina remenice
FR N Rezultantna sila remenskog prijenosa
Fr N Runa sila na kolu za okretaje vretena
FRy N Sila remenskog prijenosa u smjeru osi Y
FRz N Sila remenskog prijenosa u smjeru osi Z
Ft N Sila na bok pera
Fvr N Sila u vretenu
H mm Udaljenost osi prihvata od vodilica
i - Prijenosni omjer remenica
Iy mm4 Osni moment tromosti poprenog presjeka
L mm Najvei razmak prihvata
lt mm Duljina pera
ni min-1 Broj okretaja
PEM kW Snaga elektromotora
Rm N/mm2 Vlana vrstoa
Tv1 Nm Moment uvijanja na vratilu 1
vr m/s Brzina remena
wx mm Progib stupa
α ° Kut uspona navoja
α0 - Faktor vrstoe materijala
βkf - Faktor zareznog djelovanja kod uvijanja
λ - Vitkost štapa
λp - Granina vitkost
μ - Faktor trenja na dodiru remena i remenice
ρ´ ° Kut trenja navoja
σ N/mm2 Normalno naprezanje
σdop N/mm2 Dopušteno naprezanje
σf N/mm2 Savojno naprezanje
σfDNdop N/mm2 Dopušteno savojno naprezanje vratila
σkr N/mm2 Kritino naprezanje
σred N/mm2 Reducirano naprezanje
τ N/mm2 Smino naprezanje
φ - Faktor udara
SAETAK
Kroz ovaj rad se upoznaju principi rada tokarskog stroja za obradu drva, uz uvodni povijesni
pregled. Nakon opsene analize postojeih konstrukcijskih riješenja, steena saznanja
pretoena su u koncepte, ijim se odabirom na poslijetku kree u potpunu konstrukcijsku
razradu tokarskog stroja za obradu drva.
Kljune rijei: tokarski stroj, drvo, strojna obrada
SUMMARY
Working principles of wood lathe machine are introduced through this thesis, starting with short
history review of lathe machine. After thoroug analisys of existing design solutions, gathered
knowledge is funnelled into the development of concepts, which are then taken to further
development of design solutinon of wood lathe machine.
Key words: lathe, wood, machining
1. UVOD
Poetci tokarskog stroja datiraju iz doba antikih civilizacija. Prvi tokarski strojevi bili su
pokretani rukom ili nogom, a alatom je neposredno upravljao ovjek. Razvitkom obradnih
strojeva paralelno se razvijala i civilizacija, a tokarski stroj se smatra obradnim strojem koji je
napravio sve ostale strojeve. Prva znaajniji tokarski stroj u povijesti bio je napravljen 1772. u
Velikoj Britaniji u obliku horizontalnog stroja za bušenje provrta i time je omoguena znatno
preciznija izrada topova. Tokom 1. Industrijske revolucije, tokarski su strojevi bili pokretani
parom ili vodom i time poprimili obrise tokarskih strojeva kakvi se koriste u današnjoj
suvremenoj industriji, a kako je rasla preciznost tokarskog stroja, tako je napredovalo i
ovjeanstvo. 50-ih godina 20. stoljea tokarskim strojevima se poelo upravljati servo
motorima i numerikim strojevima iz ega su se razvili današnji najsuvremeniji CNC strojevi.
Ipak, u današnjem svijetu ispunjenom visokom tehnologijom, našlo se mjesta i za primitivnije
oblike tokarskih strojeva, koji se iako pokretani elektromotorom, oslanjaju na vještinu majstora
koji alat dri u rukama te neposredno odluuje o obliku konanog proizvoda. Takvi su tokarski
strojevi za obradu drva više namijenjeni stvaranju umjetnosti, nego ozbiljnih precizno
izraenih komada.
1.2. Osnovni principi rada tokarskog stroja
Tokarski stroj je stroj za obradu odvajanjem estica. Obradak se vrti oko svoje osi i time vrši
glavno gibanje, dok alat vrši posmino i dostavno gibanje. Pogodan je za velik broj obradnih
postupaka kao što su tokarenje, rezanje, bušenje, brušenje, rovašenje i poliranje.
Slika 2. Grafiki prikaz razliitih gibanja na tokarskom stroju
Na tokarilici za obradu drva posmino i dostavno gibanje vrši sam majstor, drei alat u
rukama i oslanajui ga na za to predvien oslonac.
Slika 3. Obrada drva na tokarskom stroju
2. ANALIZA RADNIH PRINCIPA DJELOVA TOKARILICE ZA DRVO
Tokarski stroj za obradu drva je poprilino jednostavan, no unato tome u svojoj konstrukciji
ima nekoliko veih podsklopova koji se mogu izvesti na nekoliko naina. Glavne funkcije koje
tokarski stroj za obradu drva mora ispuniti je ostvariti gibanje obratka, odnosno prijenos snage
i momenta na obradak, vrsto prihvaanje obradka i osigurati što preciznije voenje alata iz
što više kuteva. Stoga e se u nastavku detaljno analizirati konstrukcijska riješenja ve
postojeih proizvoda na trištu, kako bi se mogla odabrati poeljna kombinacija riješenja.
2.1. Prijenos snage
Uloga prijenosnika snage je, osim prenijeti snagu na obradak, regulacija brzine vrtnje obratka
s obzirom da razliiti postupci, kao i dimenzije samog obratka, zahtijevaju razliite brzine
vrtnje.
Smještaj samog elektromotora tokarskog stroja uvelike utjee na vanjski izgled, ali i nain
njezine primjene. Smješten moe biti ispod same tokarilice ili u horizontalnoj ravnini s
tokarilicom. Smještaj ispod tokarilice zahtjeva da je motor dovoljno malen, pa je time i
tokarilica manjih dimenzija illi da je tokarilica dovoljno velika da samostalno stoji na tlu, pa
veliina motora i prijenosnika nije presudna za njezinu ergonominost.
Slika 4. Mala tokarilica sa motorom ispod stroja
2.1.2. Remen
Remen je naeše sredstvo prijenosa snage kod tokarilica za drvo, budui da su snage motora
relativno male. Prijenos remenom je jeftin i jednostavan, ne zahtjeva mnogo djelova i
odravanja, omoguuje tih rad prijenosnika. Vrste remena koji se naješe koriste su plosnati i
klinasti remen.
2.1.2.1. Plosnati remen
Plosnati remen je danas sve rijee prisutan kao jedino sredstvo prijenosa snage kod tokarilica.
Razlog tomu je potreba za velikom širinom remena ukoliko je potrebno prenositi vee sange.
Time remenica dobiva na duljini i masi, što dodatno optereuje vratilo i poveava dimenzije
stroja. S druge strane, geometrija remenice je poprilino jednostavna pa je time izrada
prijenosnika jeftina, kao i sam remen.
Slika 5. Tokarski stroj s prijenosom putem plosnatog remena
2.1.2.2. Klinasti remen
Iako su remenice za klinasto remenje nešto kompliciranije geometrije nego kod plosnatog
remena, i dalje prijenosnik ostaje poprilino jednostavan, uz gotovo nikakve troškove
odravanja. Radi oblika remena, remenice postaju znatno ue od remenica za prijenos plosnatim
remenjem, no iz istog razloga, poveanjem visine remena poveava se i promjer remenica.
Unato tome, prijenosom manjih snaga i manjim remenima moe se dobiti veoma kompaktan
prijenosnik s velikim brojem prijenosnih omjera.
Slika 6. Tokarski stroj s prijenosom putemklinastog remena
2.1.3. Regulacija brzine vrtnje motora
U najvišem cijenovnom razredu, tokarski strojevi za obradu drva se svojium funkcijama
pribliavaju industrijskim strojevima za obradu metala. Tako je i sustav za upravljanje okretanja
brzine motora prisutan u najskupljim tokarskim strojevima. Naješe je uparen s remenskim
prijenosom. Time se znatno smanjuje dimenzija prijenosnika, a dobiva se raspon od nekoliko
desetaka okretaja do nekoliko tisua okretaja u minuti
Slika 7. Tokarilica sa varijabilnom brzinom vrtnje motora
2.1.4. Prijenos zupanicima
Kako je drvo u usporedbi s metalom mekan materijal, snage koje je potrebno prenositi nisu
velikih iznosa, tako da se prijenos zupanicima pronalazi tek u ozbiljnijim tokarskim strojevima
za obradu metala. Odravanje je skuplje, zahtijeva dobro podmazivanje, a izrada je znatno
skuplja i kompliciranija u odnosu na remenski prijenos. Zauzvrat, prijenosnici sa zupanicima
mogu u kompaktnoj izvedbi prenositi velike snage.
Slika 8. Zupaniki prijenosnik na tokarskom stroju
2.2. Prihvat obratka
Vrlo vanu zadau na tokarskom stroju vrše upravo prihvati obratka, s obzirom da pri velikim
brzinama vrtnje ak i omanji komad drva moe postati izuzetno opasan projektil, ukoliko jedan
od prihvata zakae. Prihvat obratka se sastoji od 2 oslonca, nepominog i pominog oslonca.
Na nepomini oslonac se preko prijenosnika dovodi moment elektromotora. Nasuprot se nalazi
pomini oslonac, ija se os vrtnje mora poklapati sa osi vrtnje nepominog oslonca.
Slika 9. Nepomini i pomini oslonac na tokarskom stroju
2.2.1. Nepomini oslonac
Kao što je spomenuto, na vratilo nepominog oslonca dovodi se moment elektromotora. Za
prihvat na nepominom osloncu postoje brojna riješenja, no naješe dolazi u obliku glave s
pominim eljustima iji se nastavci za prihvat obratka mogu mijenjati ovisno o namjeni.
Slika 10. Set za nepomini prihvat – glava i nastavci za eljusti
Fakultet strojarstva i brodogradnje 8
Znatno jednostavniji i jeftiniji prihvat je okrugla ploica na koju se obradak privršuje vijcima,
no negativna strana takvog riješenja je što ostavlja rupe od vijaka na samom obradku, a i sama
priprema prilikom uvršivanja obratka traje due.
Slika 11. Okrugla ploica za prihvat obratka
2.2.2. Pomini oslonac
Glavna uloga pominog oslonca je omoguiti prihvat obratka razliitih duljina. Pritom je vano
da osigura dovoljnu normalnu silu kako bi se predmet uvrstio, ali istovremeno se njegova os
rotacije mora poklapati sa osi rotacije nepominog oslonca. Prihvat pominog oslonca naješe
je izveden kao šiljak koji se zabija u drvo i time ga uvrsti. Osim takve izvedbe, umjesto
prihvata u obliku šiljka na pomini oslonac stavljaju se i svrdla, kako bi se moglo precizno
bušiti rupe u središtu obratka. Kako bi se ostvarila sila za bušenje, koriste se navojna vretena.
Pomini oslonac potrebno je zakoiti na mjestu. Konica je pokretana runo a izvedena je kao
vijak koji pritiše ploicu koja trenjem u dodiru sa podlogom zakoi pomini oslonac.
Slika 12. Pomini oslonac s nastavkom za bušenje
2.3. Oslonac alata
Kako bi ovjek mogao precizno upravljati alatom, mora postojati oslonac alata kako bi preuzeo
svu silu kojom obradak djeluje na alat prilikom obrade. Za oslonac alata je bitno da moe zauzet
svaki potrebni poloaj, dakle pomicati se u sve 3 osi, a da pritom ne smeta prilikom obrade.
Kao i pomini oslonac za prihvat obratka, i oslonac alata potrebno je zadrati na mjestu, a
koriste se isti principi kao i kod pominog oslonca.
Slika 13. Oslonac alata
3. KONCEPTI
Tokarilica je pokretana elektromotorom, koji preko pogonske remenice klinastim remenom
prenosi snagu na prijenosnik. Nepomini prihvat je izveden u obliku eljusti s promjenivim
promjerom za prihvat obradaka razliitih promjera. Pomini oslonac pomican je vretenom,
runom silom preko runog kola, a voen vodilicama. Kako bi se osigurao precizan rad s
alatom, koristi se oslonac za alat s mogunošu pomicanja u 3 osi za postizanje idealnog
poloaja. Da bi se u eljenom mjestu oslonac za alat osigurao od pomicanja, rukom pokretan
vijak pritiše konu ploicu koja upiranjem o vodilicu koi oslonac.
3.2. Koncept 2
Slika 15. Koncept 2
Koncept 2 se od koncepta 1 razlikuje smještajem motora što za posljedicu ima drugaiji
razmještaj prijenosnika. Motor je spojen direktno na vratilo s jednom od remenica prijenosnika
i nema potrebe za dodatnom pogonskom remenicom. Pomini oslonac se pokree vretenom,
oslonac alata izraen je i radi na istom principu kao i kod koncepta 1.
Koncept 2 odabran je za daljnju razradu ponajviše radi jednostavnije izvedbe prijenosnika,
budui da je ostatak stroja izveden na isti nain, ali i svojom širom ali niom izvedbom
omoguuje uvršivanje na gotovo svaki ve postojei radni stol.
4. PRORAUN
Type of motor : Motor
Motor power : 1.5 [kW]
Rated speed : 1450 [rpm]
Rated torque : 9.9 [Nm]
'cos φ' : 0.80
Output shaft : Ø 24 j6 x 50 mm
Keyway : DIN 6885.1
Weight : 21 [kg]
4.3. Proraun prijenosnika
4.3.1. Osni razmak
Potreban osni razmak odreen je iz odnosa poloaja elektromotora i predvienog obradka
najveeg radijusa od 180 mm. Osni razmak prikazan je na skici na slici 16:
Slika 16. Osni razmak
= 287 mm. (1)
4.3.2. Remen
Za prijenos snage odabran je normalni klinasti remen. Potrebno je odrediti profil klinastog
remena, uzimajui u obzir snagu koju je potrebno prenijeti, brzinu remena i teiti što je mogue
manjem promjeru remenice. Iz tablice 2 preuzetoj iz [2], vidljiva je ovisnost prenošene snage
o brzini remena. Budui da snaga elektromotora iznosi 1,5 kW, najmanji profil koji bi mogao
zadovoljiti kriterij potrebnog prijenosa snage je profil A. Iz tablice 3, takoer preuzete iz [2],
vidljivo je da minimalni promjer remenice iznosi 90 mm, pa emo s tom vrijednosti krenuti u
daljnji proraun.
Brzina remena iznosi:
60 = 6,83 m/s. (2)
Iz tablice 2 vidljivo je da pri ovoj brzini remen profila A ne prenosi dovoljnu snagu, pa je stoga
potrebno poveati profil remena na B.
Prema tablici 3 minimalni promjer remenice za remen profila B iznosi 125 mm. Prema tome,
brzina remena iznosi:
60 = 9,49 m/s. (3)
Iz tablice 2 vidljivo je da pri ovoj brzini remen profila B prenosi dovoljnu snagu te je kao profil
remena odabran upravo profil B.
Time je odreen i promjer najmanje remenice pogonskog vratila u 1. stupnju prijenosa:
r1 = rB = 125 mm (4)
Tablica 2. Ovisnost snage o brzini klinastog remena
4.3.2.1. Sile u remenu
Najvea sila u remenskom prijenosu javlja se pri brzini vrtnje n1=600 min-1, u 1. stupnju
prijenosa. Promjer vee remenice za 1. stupanj prijenosa iznosi:
r1 = r1 1 = r1 EM
1 = 125
Slika 17. Obuhvatni kut β
= 144° = 2,51 rad (6)
Slijedi izraun sila u remenu te redukcija sile remenskog prijenosa na os vratila:
Slika 18. Sile remenskog prijenosa [2]
= √1 2 + 2
0 = P 2
2
2 = 0
− 1 = P
2 0,52,51
125 (0,52,51 − 1) = 754,21 N (10)
= √215,012 + 754,212 − 2 215,01 754,21 cos 144° = 936,72 N (11)
Gdje je:
= 0,5, faktor trenja na dodiru remena i remenice (13)
4.3.2.2. Potrebna duljina remena
R = 2 +
Potrebno je odrediti promjere remenica za svaki pojedini stupanj prijenosa. Promjeri moraju
biti odabrani tako da izraunata duljina remena ostaje ista, ali da prijenosni omjeri ostvare
potrebne brzine vrtnje. Promjer pogonske remenice e biti odabran proizvoljno, a potom e
preko izraza za duljinu remena biti odreen promjer gonjene remenice. S izraunatim
promjerom gonjene remenice moemo izraunati konani prijenosni omjer i usporediti ga s
potrebnim. Mala odstupanja u konanim prijenosnim omjerima, u odnosu na potrebne, biti e
tolerirana.
n2 = 1000 min-1
2k = r2
n4 = 2000 min-1
4k = Dr4
5k = r5
4.3.4. Vratila
FRz = R sin 23° = 936,72 sin 23° = 366 N (32)
FRy = R cos 23° = 936,72 cos 23° = 862,3 N (33)
v1 = P = 33,7 Nm (34)
GR = 350 N (35)
ΣA = 0; Rz 22,5 − GR 105 + Bz 165 = 0 (37)
Az = 279,7 N (38)
Bz = 13,7 N (39)
X-Y ravnina
ΣA = 0; By 165 − Ry 22,5 = 0 (41)
Ay = 744,7 N (42)
By = 117,6 N (43)
B = √Bz 2 + By
DIMENZIONIRANJE VRATILA
Za materijal vratila odabran je konstrukcijski elik E295. Vrijednosti oitane iz [3]:
v = √ 10 v
1,73 190 = 0,73 (50)
Provjeravat e se presjeci na leajnim mjestima A i B. Mjesto A optereeno je samo fleksijski,
dok na B djeluje i moment uvijanja od strane elektromotora.
Moment savijanja:
Leajno mjesto A
v1A = √ 10 A
= 15,74 mm (53)
Leajno mjesto B
v1B = √B 2 + 0,75 (0 v1)2 = √131,32 + 0,75 (0,73 33,7)2 = 133 Nm (54)
v1B = √ 10 v1B
= 29,9 mm (55)
Promjenom stupnja prijenosa mijenja se i mjesto optereenja vratila. Zbog toga e promjer
vratila na mjestima A i B biti isti, a biti e uzet vei promjer dobiven u izrazu (55),
v1A = v1B = 30 mm.
4.3.4.2. Gonjeno vratilo V2
Rz = R sin 23° = 936,72 sin 23° = 366 N (65)
Ry = R cos 23° = 936,72 cos 23° = 862,3 N (66)
GR = 350 (67)
X-Z ravnina
Σy = 0; Az + Bz − Rz − GR − o = 0 (70)
ΣA = 0; −Rz 22,5 − GR 60 + Bz 165 − O 217,5 = 0 (71)
Az = 306,2 (72)
Bz = 393,4 (73)
X-Y ravnina
ΣA = 0; −By 165 + Ry 22,5 = 0 (75)
Ay = 744,7 (76)
By = 117,6 (77)
Normalna sila
Normalnu silu preuzima leajno mjesto A, a jednaka je sili koja se javlja u vretenu prilikom
pritezanja obratka.
Rezultantne sile
B = √z 2 + By
Za materijal vratila odabran je konstrukcijski elik E295 kao i kod pogonskog vratila.
Vrijednosti u izrazima (47), (48), (49) i (50) vrijede i za gonjeno vratilo.
Provjeravat e se presjeci na leajnim mjestima A i B. Mjesto A optereeno je samo fleksijski,
dok na B djeluje i moment uvijanja od strane elektromotora.
Moment savijanja:
Leajno mjesto A
v2A = √ 10 A
Leajno mjesto B
v2B = √B 2 + 0,75 (0 v2)2 = √132,92 + 0,75 (0,73 81,2)2 = 142,5 Nm (84)
v2B = √ 10 v2B
= 30,55 mm (85)
Promjenom stupnja prijenosa mijenja se i mjesto optereenja vratila. Zbog toga e promjer
vratila na mjestima A i B biti isti, a odabrat e se vei promjer dobiven u izrazu (93).
v2A = v2B = 35 mm
4.3.4.3. Pera
Remenica je za vratilo privršena perom. Podaci o standardnim dimenzijama pera, preuzeti su
iz [4]. Kao materijal pera odabran je elik E335.
Slika 21. Dimenzije pera
Vratilo 1
Za odabrani promjer središnjeg djela vratila d=35 mm, dimenzije niskih pera su:
Tablica 4. Dimenzije pera vratila V1
t 3,7 mm
t2 2,4 mm
b 10 mm
h 6 mm
Prema [5], iskustveni podaci za dopuštene bone tlakove spojeva sklinom i perom su dani u
tablici.
Tablica 5. Iskustveni podaci za dopuštene bone tlakove klinom i perom u N/mm 2
Takoer, prema [5] slijedi proraun duljine pera.
≈ t
Uvrštavanjem (95) u (96) dobiva se izraz za duljinu pera :
t1 = 1
= 6,4 mm (97)
Vidljivo je da je potrebna duljina pera izrazito mala, no kako je remenica znatno vee duine
nego pero, uzeti e se duljina pera lt1 = 100 mm.
Vratilo 2
Za odabrani promjer središnjeg djela vratila d=40 mm, dimenzije niskih pera su:
Tablica 6. Dimenzije pera vratila V2
t 3,9 mm
t2 2,2 mm
b 12 mm
h 6 mm
Duljina se proraunava prema izrazu (97), samo sa vrijednostima za vratilo V2.
t2 = 2
= 13,5 mm (98)
Iz istog razloga kao i kod pera na vratilu V1, i za vratilo V2 se odabire vea duina pera od
potrebne, lt2 = 100 mm.
4.4. Proraun pominog prihvata
Gibanje pominog prihvata, kao i sila potrebna za prihvaanje obradka ostvaruje se runo,
putem vretena. Okretanjem vretena, odnosno djelovanjem momenta na vreteno, u vretenu se
javlja sila Fvr koja se preko prihvata prenosi na obradak, a vreteno biva tlano optereeno.
Slika 22. Mehanizam pomicanja prihvata vretenom
4.4.1. Vreteno
Za materijal vretena odabran je elik S235JRG2, a navoj je trapezni desnovojni Tr 16x4.
Moment se na vreteno prenosi okretanjem runog kola polumjera 0,06 m. Pretpostavljena runa
sila za okretanje kola je 100 N.
Uz uvedene pretpostavke, moe se izraunati sila u vretenu. Podaci potrebni za proraun uzeti
su iz [4].
p = vr 2
Vreteno mora biti samokono, a uvjet samokonosti je:
, > .
Prema tome, vreteno je samokono. U nastavku je potrebno provjeriti vrstou vretena.
4.4.1.1. Normalna sila i uvijanje
= Fvr
red = √2 + 3 2 = √42,032 + 3 20,092 = 54,57 N/mm2 (108)
dop = 0,2 M = 0,2 370 = 74 N/mm2 (109)
= dop
4.4.1.2. Izvijanje
Duljina vretena za proraun na izvijanje je L= 600 mm. Sve vrijednosti za proraun išitane su
iz [6].
=
Za odreivanje kritinog naprezanja, potrebno je usporediti vrijednosti λ, λT i λp. U prikazanom
sluaju,
kr = 2
105,262 = 187,06 N/mm2. (119)
U izrazu (104) izraunato je normalno naprezanje u vretenu i iznosi σ= 42,03 N/mm2. Sigurnost
na izvijanje je u tom sluaju:
= kr
Slika 23. Skica stupa za proraun zavara i savijanja stupa
Stup je pravokutni profil zavaren za maticu. Bitne stavke kojima treba provjeriti vrstou su
zavar u horizontalnoj ravnini u kojoj se nalazi toka A, kao i savijanje stupa na udaljenosti toke
A od osi djelovanja sile Fvr.
Kao materijal zavara odabran je elik S235JRG2.
Smino naprezanje
= vr
Savijanje
Reducirano naprezanje
red = √⊥ 2 + 3 2 = √51,332 + 3 8,462 = 53,38 N/mm2 (126)
Dopušteno naprezanje
Prema [5] zavar je svrstan u kategoriju kvalitete zavara III i prema tome dopušteno naprezanje
iznosi:
53,38 = 3,18. (128)
Glava pominog prihvata je takoer zavarena za stup, no taj se spoj nee provjeravati budui
da je optereenje na njemu znatno manje nego na spoju stupa i matice te je jasno da usporedno
sa spomenutm spojem zadovoljava s velikom sigurnošu.
4.4.2.2. Provjera stupa na savijanje
Uz vrstou stupa, potrebno je provjeriti i najvei progib stupa, budui da je bitno da se osi
prihvata poklapaju.
Za materijal stupa odabran je elik E295. Slijedi proraun reduciranog naprezanja.
= vr
=
red = √2 + 3 2 = √89,622 + 3 9,412 = 91,39 N/mm2 (134)
Prema [kraut] za odabrani elik E295 vlana vrstoa iznosi Rm=500 N/mm2. Sigurnost je u
tom sluaju:
= m
91,39 = 5,47. (135)
Gotov izraz za progib stupa preuzet je iz [2] i glasi:
x =
6 ) (136)
U konkretnom sluaju, vrijednosti su l=x=200 mm, i F=Fvr=4366,1 N. Vrijednost progiba je
tada:
6 ) = 0,1423 mm (137)
Vidljivo je da je vrijednost progiba vrlo mala, što je ini prihvatljivom.
4.4.3. Vratilo pominog prihvata V3
Slika 26. Optereenje vratila V3
Vratilo V3 optereeno je polovicom teine obratka FO definiranim izrazom (63), momentom
uvijanja Tv2 definiranim izrazom (69) koji se preko obratka prenosi na vratilo i normalnom
silom Fvr (103).
Σ z = 0; Bz − Az − O = 0 (138)
Σ A = 0; −Bz 80 + O 120 = 0 (139)
Bz = B = 350,4 N (140)
Az = A = 116,8 N (141)
x = Fvr = 4366,1 N (142)
Za materijal vratila odabran je konstrukcijski elik E295 kao i kod pogonskog vratila.
Vrijednosti u izrazima (47), (48), (49) i (50) vrijede i za vratilo V3.
Provjeravat e se presjeci na leajnim mjestima A i B.
Moment savijanja:
Leajno mjesto A
v3A = √A 2 + 0,75 (0 v2)2 = √28,032 + 0,75 (0,73 81,2)2 = 58,49 Nm (145)
v3A = √ 10 v3A
= 22,7 mm (146)
Leajno mjesto B
v3B = √B 2 + 0,75 (0 v2)2 = √9,342 + 0,75 (0,73 81,2)2 = 52,18 Nm (147)
v3B = √ 10 v3B
PROVJERA SIGURNOSTI VRATILA
Leajno mjesto A
4.5. Odabir i vijek trajanja leajeva
Koristiti e se leajevi proizvoaa SKF pa e shodno tome i odabir kao i proraun biti odraeni
programskim alatima proizvoaa [7].
4.5.1. Leajevi vratila V1
Vratilo V1 optereeno je radijalnim silama. Za uleištenje e se koristiti dva obina kuglina
radijalna leaja. Odabrani su leajevi 6006-2RS1.
Slika 27. Optereenje vratila V1 zadano u [7]
Nakon provedenog prorauna, dane su vrijednosti nazivnog vijeka trajanja leaja u satima L10h
iz ijeg se iznosa vidi da leajevi zadovoljavaju.
Slika 28. Nazivni vijek trajanja leajeva vratila V1 u satima
Slika 29. Dimenzije leaja 6006-2RS1
Na vratilo V2 uz radijalne sile djeluje i normalna sila. Normalnu silu preuzima leajno mjesto
A, a odabrani leajevi su jednoredni kuglini leajevi s kosim dodirom u „O“ konfiguraciji,
oznake 7307 BE-2RZP.
Nakon provedenog prorauna, dane su vrijednosti nazivnog vijeka trajanja leaja u satima L10h
iz ijeg se iznosa vidi da leajevi zadovoljavaju.
Slika 32. Dimenzije leaja 7307 BE-2RZP
Na vratilo V2 uz radijalne sile djeluje i normalna sila. Normalnu silu preuzima leajno mjesto
A, a odabrani leajevi su jednoredni kuglini leajevi s kosim dodirom u „O“ konfiguraciji,
oznake 7305 BE-2RZP.
Slika 33. Optereenje vratila V3 zadano u [7]
Nakon provedenog prorauna, vidljivo je da je nazivni vijek trajanja osno optereenog leaja
poprilino manji nego kod ostalih leajeva, no proraun se izvodio za najgorimogui oblik
optereenja tako da je unato tome leaj zadovoljio.
Slika 35. Dimenzije leaja 7305 BE-2RZP
5. ZAKLJUAK
Kao što je ranije spomenuto, runi tokarski strojevi za obradu drva radi svoje nepreciznosti,
nikada nee biti dio ozbiljne industrijske proizvodnje, ali za to nisu ni namijenjeni. Ljudi su
esto estetska bia koja cijene doprinos ljudskih ruku pravih majstora u izradi brojnih predmeta,
pa tako tokarski stroj za obradu drva na neki nain objedinjuje elik, hladni materijal tokarilice,
pomou kojeg se obrauje topliji materijal, drvo, uz neposredan doprinos ljudskih ruku koje na
taj nain izraenom proizvodu daju posebnu ar.
LITERATURA
[2] Vukovi, K.: Elementi konstrukcija 2, zbirka predavanja, 2017.
[3] Opali, M., Rakmari, P: Reduktor, podloge za proraun
[4] Kraut, B.: Strojarski prirunik, Tehnika knjiga Zagreb, 1970
[5] Decker, K. H.: Elementi strojeva, Tehnika knjiga Zagreb, 1975.
[6] Kranjevi, N.: Vijci i navojna vretena
[7] SKF Bearing select version: 1.2.57
PRILOZI
1:5
kg
+0,025
Konstrukcijski
21
57 iglidur klizni leaj H370 Igus 0,01 56 Seeger A12 2 DIN 471 Seeger Orbis 0,01 55 Leaj 7305- BE-2RZP 2 DIN 628 SKF 0,3 54 Leaj 7307-BE-2RZP 2 DIN 628 SKF 0,4 53 Leaj 6006-2RS1 2 Din 625 SKF 0,2 52 Ploa postolja elektromotora 1 00-39 S235JRG2 170 x146 x14 1,5 51 Vijak M10 x 40 4 DIN 933 8.8 M10 x 40 0,06 50 Vijak M8 x 45 4 DIN 912 8.8 M8 x 45 0,04 49 Vijak M8 x 40 2 DIN 933 8.8 M8 x 40 0,03 48 Vijak M8 x 35 6 DIN 933 8.8 M8 x 35 0,03 47 Vijak M6 x 40 4 DIN 912 8.8 M6 x 40 0,02 46 Vijak M5 x 16 4 DIN 933 8.8 M5 x 16 0,01 45 Vijak M4 x 16 5 DIN 933 8.8 M4 x 16 0,01 44 Vijak M4 x 10 24 DIN 933 8.8 M4 x 10 0,01 43 Matica M10 4 DIN 934 8.8 M10 0,02 42 Matica M8 10 DIN 934 8.8 M8 0,02 41 Matica M5 4 DIN 934 M5 0,01 40 Uleištenje vretena EM 1 00-38 S235JRG2 230 x 50 x 10 0,9 39 Uleištenje glavnog vretena 1 00-37 S235JRG2 80 x 50 x 15 0,4 38 Oslonac alata 1 00-36 S235JRG2 140 x 30 x 6 0,15 37 Vijak oslonca alata 1 00-35 S235JRG2 15 x 80 0,06 36 Kliza oslonca alata 1 00-34 S235JRG2 150 x 90 x 35 0,9 35 Postolje oslonca alata 1 00-33 S235JRG2 135 x 130 x 50 2 34 Kona ploica 2 1 00-32 S235JRG2 40 x 30 x 24 0,01 33 Kona ploica 1 1 00-31 S235JRG2 78 x 50 x 5 0,15 32 Kona ruica 2 1 00-30 S235JRG2 14x 31 0,05 31 Kona ruica 1 1 00-29 S235JRG2 14 x 40 0,05 30 Oslonac elektromotora 2 00-28 S235JRG2 146 x50 x 10 0,5 29 Ploa elektromotora 1 00-27 S235JRG2 450 x 170 x 15 8,9 28 Stup pominog prihvata 1 00-26 S235JRG2 150 x 80 x 40 t=3 0,5 27 Kuište pominog prihvata 1 00-25 S235JRG2 80 x 110 1,9 26 Poklopac leaja V3 1 00-24 S235JRG2 90 x 10 0,2 25 Poklopac leaja V2 2 00-23 S235JRG2 100 x 9 0,2 24 Poklopac leaja V1 2 00-22 S235JRG2 75 x 12 0,1 23 Ploa nepominog prihvata 1 00-21 S235JRG2 200 x 115 x 15 2,7 22 Gornji dio oslonca V2 2 00-20 S235JRG2 115 x 50 x 25 0,55 21 Oslonac leaja V2 2 00-19 S235JRG2 185 x 115 x 25 3,7 20 Gornji dio oslonca V1 2 00-18 S235JRG2 80 x 20 x 40 0,27 19 Oslonac leaja V1 2 00-17 S235JRG2 160 x 80 x 20 1,7 18 Remen klinasti profil B 1 DIN 2215 L=1272 0,4 17 Spojka 1 00-16 S235JRG2 50 x 50 0,2 16 Pero remenice 2 1 00-15 E335 120 x 13 x 8 0.05 15 Pero remenice 1 1 00-14 E335 120 x 11 x 7 0.05 14 Pero V1 1 00-13 E335 35 x 9 x 8 0.01 13 Remenica 2 1 00-12 Sivi lijev 310 x 135 41,5 12 Remenica 1 1 00-11 Sivi lijev 300 x 135 39 11 Vratilo V3 1 00-10 E295 30 x 160 0,66 10 Vratilo V2 1 00-09 E295 40 x 235 2 9 Vratilo V1 1 00-08 E295 35 x 215 1,4 8 Runo kolo 2 00-07 S235JRG2 100 x 20 0,37 7 Kliza elektromotora 1 00-06 S235JRG2 200 x 100 4,3 6 Matica elektromotora 1 00-05 S235JRG2 20 x 45 0,15 5 Matica pominog prihvata 1 00-04 S235JRG2 50 x 105 2,7 4 Vreteno elektromotora 1 00-03 E295 16 x 470 0,5 3 Glavno vreteno 1 00-02 E295 16 x 830 1,3
80 H9/d9 +0,248 +0,1
80 H8/m7 +0,035 -0,041
62 H8/m7 +0,035 -0,041
55 H8/m7 +0,035 -0.041
40 H7/n6 +0,008 -0,033
35 H8/m7 +0,03 -0,034
ISO - tolerancije
Sirove dimenzije Proizvoa
I
H
G
F
E
D
C
B
A
Sheet1
Section View C-C
Section View B-B
Section View E-E
Section View D-D

tokarilica za obradu drveta - unizg.hr

Documents