Temat projektu: Zbuduj program służący do selekcji wybranego wariantu projektowego. Problem zamodeluj obiektowo. Problem: doboru wybranego wariantu sprzęgła wielopłytkowego. Dodatkowo, niezależnie zbuduj strukturę kilku klas opisujących podstawowe atrybuty elementów sprzęgła wielopłytkowego.
Rozdział I: Wstęp Teoretyczny
a) Wstęp teoretyczny: zasada działania sprzęgła i jego budowa
Sprzęgło, to mechanizm stosowany w budowie maszyn do łączenia oraz rozłączania wałów w celu przekazywania momentu obrotowego. Inaczej jest to zespół części służących do połączenia dwóch niezależnie obrotowo osadzonych wałów, czynnego – napędowego i biernego – napędzanego, w celu przeniesienia momentu obrotowego. Sprzęgło składa się z członu napędzającego (czynnego) zainstalowanego na wale napędzającym, członu napędzanego (biernego) zainstalowanego na wale napędzanym oraz elementów łączących. Elementem łącznym może być jedna lub więcej części maszynowych lub czynnik, tak jak to ma miejsce w sprzęgle hydrokinetycznym. Dzięki sprzęgłom silniki, zespoły układu napędowego oraz mechanizmy robocze można wykonywać w postaci odrębnych zespołów maszyn i urządzeń, a następnie łączyń je za pomocą montażu. Stosowanie różnych sprzęgieł umożliwia również spełnienie wielu innych zadań, które wymagałyby bardzo skomplikowanej konstrukcji maszyn, a nawet byłyby niemożliwe do wykonania.
Sprzęgło cierne – rodzaj sprzęgła poślizgowego, w którym przeniesienie momentu następuje poprzez połączenie cierne. Zwykle para lub więcej elementów ciernych dociskanych jest do siebie za pomocą elementów pomocniczych zwykle cięgien lub sprężyn. Pełni ono rolę ogranicznika maksymalnego momentu obciążającego mechanizmy. W momencie powstania obciążeń dynamicznych znacznie przekraczających wartość momentu obrotowego silnika, dochodzi do poślizgu sprzęgła, przez co mechanizmy napędowe są zabezpieczone przed przeciążeniem. Ze względu na to, że w czasie poślizgu energia mechaniczna zamieniana jest w cieplną, często konieczne jest chłodzenie sprzęgła. Zwykle stosuje się chłodzenie olejowe.
Sprzęgła cierne ze względu na budowę dzielą się na:
– sprzęgła tarczowe płaskie
– sprzęgła tarczowe stożkowe
– sprzęgła wielotarczowe.
Ze względu na środowisko pracy występuje podział na sprzęgła:
– „suche” – pracujące bez kąpieli olejowej
– „mokre” – pracujące w kąpieli olejowej (są to zazwyczaj sprzęgła wielotarczowe)
Sprzęgła cierne często stosuje się jako synchronizatory prędkości wałów napędowego i napędzanego, przed włączeniem głównego sprzęgła przymusowego sztywnego rozłącznego, a także jako synchronizatory w skrzynkach biegów (sprzęgła cierne stożkowe). Sprzęgła cierne mogą występować w roli sprzęgła odśrodkowego, to jest takiego, które włącza lub wyłącza się, gdy wał napędowy osiągnie określoną prędkość obrotową.
Sprzęgło wielopłytkowe cierne jest zwielokrotnionym sprzęgłem tarczowym, a więc sprzęgłem poślizgowym, w którym w odróżnieniu od sprzęgieł przymusowych, w określonych warunkach następuje poślizg. Oznacza to, że średnia prędkość obrotowa wałka napędzanego (liczona w czasie pełnego obrotu) jest chwilowo mniejsza od prędkości wałka napędzającego. Sprzęgło wielopłytkowe cierne jest sprzęgłem posiadającym wiele tarcz (płytek ciernych), w którym przeniesienie napędu odbywa się za pomocą siły tarcia, a poślizg może wystąpić chwilowo przy przeciążeniu. Płytki cierne są osadzone na przemian: jedna wewnątrz, następna na zewnątrz. Płytki w tulejach są osadzone na wypustach. Włączenie sprzęgła następuje w wyniku przesunięcia nasuwy, która za pomocą dźwigni dociska zespół płytek. Sprzęgła wielopłytkowe przeznaczone są do pracy w oleju.
Źródło: http://www.fumo.com.pl – producent sprzęgieł i hamulców sterowanych PPHU FUMO-OSTRZESZÓW Sp. z o.o.
b) Cel i założenia projektu oraz potencjał rozbudowy aplikacji
Celem projektu było zaprojektowanie i wykonanie programu służącego do selekcji wybranego wariantu sprzęgła wielopłytkowego. Problem miał zostać zamodelowany w sposób obiektowy, co wymagało zbudowania struktury klas opisujących podstawowe atrybuty elementów sprzęgła wielopłytkowego.
Z uwagi na złożoność przedstawionego zagadnienia, wybrany przeze mnie wariant obliczeń ogranicza się do doboru średnicy wałka pod sprzęgło i doboru wpustu oraz sprawdzenia, czy warunek na dopuszczalne naciski powierzchniowe w połączeniu wpustowym został spełniony. Niemniej jednak, potencjał tego typu aplikacji jest znacznie szerszy, a program można rozbudować poprzez zaimplementowanie w przyszłości kolejnych modułów obliczeniowych, czy też integracji z systemem CADowskimi umożliwiającym pełną parametryzację modelu 3D sprzęgła z poziomu aplikacji. Moduły obliczeniowe, które powinny zostad zaimplementowane w przyszłości w celu umożliwienia kompleksowego doboru wszelkich wariantów sprzęgła wielopłytkowego, to:
- Moduł obliczeniowy rozmiarów stosu płytek
• określenie typu mechanizmu włączającego sprzęgła (mechaniczne, pneumatyczne lub hydrauliczne)
• warunek cieplny
• moduł obliczeniowy głównych wymiarów płytek:
– liczba płytek zewnętrznych i ich główne wymiary (średnica nasady, średnica wewnętrzna, średnica zewnętrzna oraz grubośd płytek i płytki dociskowej )
– parametry opisujące tarcie (pole powierzchni tarcia, promieo tarcia i prędkośd poślizgu)
• moduł obliczeniowy pozostałych wymiarów stosu płytek:
– liczba płytek wewnętrznych
– grubość płyty naciskowej od strony dźwigni
– grubość nakrętki regulacyjnej
• moduł obliczeniowy wymiarów ząbków:
– Dobór materiału płytek i nasady, determinujące warunek wytrzymałości zmęczeniowej, naprężeń dopuszczalnych na ściskanie i nacisków dopuszczalnych pomiędzy rowkami i ząbkami
– dobór szerokości i wysokości ząbka według normy wielowypustów oraz dobór wielkości podcięcia, a także liczba ząbków płytki wewnętrznej
– siły przenoszone przez ząbek
– naciski pomiędzy ząbkiem a rowkiem
• moduł sprawdzający nośność sprzęgła
Optymalizację objętości stosu płytek można przeprowadzić w oparciu o rozwiązanie z zastosowaniem reguły falsi (algorytm rozwiązywania równań nieliniowych jednej zmiennej) - Moduł obliczeniowy mechanizmu dźwigniowego
• obliczenia pomocnicze
– luzy nad i pod dźwignią
– średnica „obudowy” sworznia
– długość ramienia dźwigni
– sprawność mechanizmu włączającego
• dane materiałowe dla sworznia i dźwigni
– określenie wytrzymałości zmęczeniowej na zginanie oraz ściskanie, a także naprężeń dopuszczalnych na zginanie i ściskanie jednostronne w oparciu o zastosowany materiał sworznia i dźwigni
• obliczenia sworznia i dźwigni
– ugięcie płytki wewnętrznej
– luz na ugięcie sprężyste płytek
– suma szczelin pomiędzy płytkami ciernymi
– całkowity luz stosu płytek
– kąt obrotu dźwigni
– siła działająca na koniec ramienia dźwigni
– maksymalna siła działająca na sworzeń
– średnica sworznia
– grubość dźwigni
– wysokość i moment bezwładności przekroju dźwigni
– ugięcie sprężyste ramienia dźwigni
– wewnętrzna średnica tulei włączającej
– promień zaokrąglenia końcówki dźwigni
- Dodatkowe moduły obliczeniowe
• kalkulator gwintów
• zużycie cierne i objętościowe
ROZDZIAŁ II: USTALENIA WSTĘPNE
DANE WPROWADZANE PRZEZ UŻYTKOWNIKA
| Opis | Wzór | Jednostka |
| Moc przenoszona przez sprzęgło | N = zdefiniowane przez użytkownika | kW |
| Prędkość obrotowa | n = zdefiniowane przez użytkownika | 1/min |
| Liczba włączeń sprzęgła w ciągu 1h | wh = zdefiniowane przez użytkownika | 1/h |
| Współczynnik asymetrii cyklu obciążeń | R = zdefiniowane przez użytkownika | Brak jednostki |
| Materiał wałka | ||
| Rodzaj maszyny | ||
| Materiały pary ciernej |
NORMY
a) Dobór rodzaju maszyny
b) Dobór materiału pary ciernej
ROZDZIAŁ III: OBLICZENIA
OBLICZENIA WSTĘPNE
OBLICZENIA WAŁKA
a) Sztywność na skręcanie
b) Wytrzymałość na skręcanie
c) Naciski w rowku wpustowym
d) Decyzja konstrukcyjna (ostateczna wartość średnicy wałka pod sprzęgło)
OBLICZENIA POŁĄCZENIA WPUSTOWEGO
Dobór i obliczenia sprawdzające wpustów
ROZDZIAŁ IV: BUDOWANIE INTERFEJSU APLIKACJI
Aplikacja powstała w środowisku Microsoft Visual Studio 2017 w języku Visual Basic jako Aplikacja Windows Forms (.NET Framework).
Panel z lewej strony służy do odczytywania informacji wprowadzanych przez użytkownika, natomiast panel po prawej stronie służy do wyświetlania wyników w oparciu o decyzje podjęte przez użytkownika. Użytkownik programu ma możliwośd zdefiniowania mocy przenoszonej przez sprzęgło, prędkości obrotowej, liczby włączeń sprzęgła w ciągu jednej godziny oraz współczynnika asymetrii cyklu obciążeń, a także wybrania rodzaju maszyny dla której ma zostać zastosowane sprzęgło oraz dobór materiału pary ciernej (wpust-piasta). Dodatkowo, istnieje możliwość wygenerowania gotowych danych za pomocą przycisku „generuj dane”, przy czym na bieżącym etapie rozwoju aplikacji są to wartości stałe. Algorytm liczb losowych może zostać wprowadzony w kolejnych wersjach aplikacji. Program został wyposażony w zabezpieczenia uniemożliwiające użytkownikowi uruchomienie algorytmu dobierania sprzęgła w sytuacji wprowadzenia błędnych danych (np. wartości nie liczbowych) oraz uniemożliwienia dokonania sprawdzenia spełnienia warunku na naciski dopuszczalne w sytuacji, gdy sprzęgło nie zostało jeszcze dobrane. Program został zamodelowany obiektowo tzn. w oparciu o strukturę klas opisujących podstawowe atrybuty elementów sprzęgła wielopłytkowego oraz procedury i funkcje wykonujące odpowiednie operacje matematyczne. Istnieje możliwośd śledzenia wpływu poszczególnych parametrów definiowanych przez użytkownika na zastosowane stałe poprzez specjalne okna wywoływane przyciskiem „pokaż/ukryj stałe”. W panelu wynikowym, po wypełnieniu wszystkich wymaganych pól i naciśnięciu przycisku „dobierz” otrzymujemy informację o momentach przenoszonych przez sprzęgło, średnicy wałka pod sprzęgło, długości piasty oraz czopa, a także wymiarach wpustu i naciskach. Po przejściu całego procesu doboru sprzęgła, pola z wartościami nacisków i nacisków dopuszczalnych wypełniają się automatycznie, a po naciśnięciu przycisku „sprawdź” otrzymujemy komunikat, czy warunek został spełniony.
Rozdział V: KOD PROGRAMU
Kod programu zostanie opublikowany wkrótce.