‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫מגיש‪:‬‬ ‫איתם הובר‬ ‫‪488400660‬‬ ‫איתם הובר ‪ -‬כל הזכויות שמורות © ‪ ,‬אין להשתמש להפיץ או לשכפל ללא רשות‬ ‫הטכניון ‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫תוכן עניינים‬ ‫‪ .1‬נתונים ‪2...................... ................................ ................................ ................................‬‬ ‫‪ .2‬חישוב ההספק הכולל ‪2.................................. ................................ ................................‬‬ ‫‪ 2.1‬הספק הנעה ‪2......................................... ................................ ................................‬‬ ‫‪ 2.2‬הספק הפסדים ‪3..................................... ................................ ................................‬‬ ‫‪ 2.3‬ההספק הכולל ‪0...................................... ................................ ................................‬‬ ‫‪ .3‬תכן הגג"ש ‪0................ ................................ ................................ ................................‬‬ ‫‪ 3.1‬תכן גיאומטרי ‪0....................................... ................................ ................................‬‬ ‫‪ 3.2‬תכן חוזק ‪6............. ................................ ................................ ................................‬‬ ‫‪ 3.2.1‬חישוב עמידות לכפיפה ‪8..................... ................................ ................................‬‬ ‫‪ 3.2.2‬חישוב עמידות לעומס מגע ‪0................ ................................ ................................‬‬ ‫‪ 3.2.3‬תוצאות תכן חוזק ‪0............................ ................................ ................................‬‬ ‫‪.0‬תכן הגל ‪6..................... ................................ ................................ ................................‬‬ ‫‪ 0.1‬חישוב המקדמים ‪6................................... ................................ ................................‬‬ ‫‪ 0.2‬חישוב כוחות ומומנטים על הגל ‪6................ ................................ ................................‬‬ ‫‪ 0.2.1‬חישוב ‪9...................................... ................................ ................................ W‬‬ ‫‪ 0.2.2‬בחירת רצועת הנעה וחישוב ‪9.......................................... ................................ Fb‬‬ ‫‪ 0.2.0‬חישוב הריאקציות והמומנטים על הגל ‪14............................... ................................‬‬ ‫‪ 0.3‬חישוב קוטר הגל הדרוש ‪14....................... ................................ ................................‬‬ ‫‪ 0.0‬חישוב הגל לשקיעה ‪14............................. ................................ ................................‬‬ ‫‪ .6‬המיסבים ‪11................. ................................ ................................ ................................‬‬ ‫‪ .8‬שגמים ‪11.................... ................................ ................................ ................................‬‬ ‫‪ .0‬תכן ברגי הידוק ‪12........................................ ................................ ................................‬‬ ‫‪ .14‬נספחים ‪10................ ................................ ................................ ................................‬‬ ‫‪ 14.1‬נתוני פלדת הגג"ש ‪10............................ ................................ ................................‬‬ ‫‪ 10.2‬טבלת מקדמי תיקון גיאומטרי ‪10............... ................................ ................................‬‬ ‫‪ 14.3‬הערות ‪ Norton - Machine Design‬לתכן תכנון גלים של ‪16..................... ASME B106.1M‬‬ ‫‪ 14.0‬תכונות ‪16............................. ................................ ................................ 1404 AISI‬‬ ‫‪ 14.6‬בחירת גלגל רצועה ‪16............................ ................................ ................................‬‬ ‫‪ 14.8‬נספח מיסבים ‪ -‬קטלוג ‪ NKN‬עמוד ‪18................................. ................................ B-87‬‬ ‫‪ 14.0‬שגם‪ ,‬לקוח מ‪http://www.meadinfo.org/2009/05/din-6885-1-key-hub-keyway-shaft- -‬‬ ‫‪10........... ................................ ................................ ................................ keyway.html‬‬ ‫‪ 14.6‬חישוב מקדמי בטחון הברגים ‪ -‬מתוך חוברת תכן ‪16.................. ................................ 1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫הטכניון‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫‪ .1‬נתונים‬ ‫עלינו לתכנן משאבת גלגלי שיניים עבור חברת פז שמנים לפי הדרישות הבאות‬ ‫טבלה ‪ - 1.1‬נתונים‬ ‫]‪10 [m^3/hr‬‬ ‫ספיקה נדרשת‬ ‫]‪04 [m‬‬ ‫מרחק הובלה‬ ‫]‪26 [m‬‬ ‫גובה הרמה‬ ‫‪664 cst‬‬ ‫צמיגות הנוזל‬ ‫]‪4.9 [gr/cm^3‬‬ ‫משקל סגולי‬ ‫]‪16,444 [hr‬‬ ‫אורך חיים‬ ‫דרישות‪ :‬משאבה בעגלת גג"ש ספירליים ומיסבים פנימיים‪.‬‬ ‫‪ .2‬חישוב ההספק הכולל‬ ‫‪ 2.2‬הספק הנעה‬ ‫הנחות‬ ‫‪2‬‬ ‫הטכניון ‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫‪ 2.2‬הספק הפסדים‬ ‫המהירות המקסימלית למשאבה נקבעת ע"פ הנתונים‬ ‫(טבלה ‪)1.2‬‬ ‫(גרף ‪)1.2‬‬ ‫הסל"ד הדרוש לספיקה של ‪ 21‬מ"ק‪/‬שעה הוא ‪ 154‬סל"ד וקוטר צינור של "‪.3‬‬ ‫(גרף ‪)1.1‬‬ ‫את הספק ההפסדים נמצא ע"י אניטרפולציה מהטבלה כאשר הסל"ד חושב מגרף ‪.2.1‬‬ ‫‪3‬‬ ‫הטכניון‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫‪ 2.2‬ההספק הכולל‬ ‫ההספק הכולל הוא סכימה של הספק ההפסדים והספק ההנעה‪.‬‬ ‫‪ .2‬תכן הגג"ש‬ ‫מידיעת קוטר הצינור הדרוש לספיקה המבוקשת אפשר מטלוג גרינשפון לדעת את המידות הבאות‬ ‫שיעזרו לנו לתכן את הגג"ש הדרוש עבור הנתונים‪.‬‬ ‫(טבלה ‪)3.1‬‬ ‫‪ 2.2‬תכן גיאומטרי‬ ‫‪0‬‬ ‫הטכניון ‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫‪ 2.2‬תכן חוזק‬ ‫חומר הנבחר עבור הגג"ש היא פלדה ‪ AISI 0104 ANNEALED‬אשר ניתנת לחיסום בשל כמות‬ ‫הפחמן ‪ 4.0%‬שבה (נספח ‪ .)14.1‬תקן התכנון לגג"ש הוא תקן ‪ AGMA‬שנלמד בקורס תכן ‪.2‬‬ ‫חוזק כניעה (‪)MPa‬‬ ‫‪016‬‬ ‫חוזק קריעה (‪)MPa‬‬ ‫‪866‬‬ ‫‪6‬‬ ‫קושי ברינל‬ ‫‪190‬‬ ‫הטכניון‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫‪ 2.2.2‬חישוב עמידות לכפיפה‬ ‫הנוסחא לכפיפה ע"פ ‪- AGMA‬‬ ‫העומס לכפיפה על הפועל על הגג"ש‪:‬‬ ‫הכפיפה המקסימלית בו הגג"ש יכול לעמוד‬ ‫‪8‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫הטכניון ‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫‪ 2.2.2‬חישוב עמידות לעומס מגע‬ ‫עומס עקב מגע בפועל‬ ‫חוזק הגג"ש לעומס מגע‬ ‫‪ 2.2.2‬תוצאות תכן חוזק‬ ‫עומס כפיפה‬ ‫עומס כוחות מגע‬ ‫יחידות‬ ‫‪Pa‬‬ ‫‪MPa‬‬ ‫גודל‬ ‫‪04‬‬ ‫‪2.306‬‬ ‫‪0‬‬ ‫האם עומד בדרישות התכן‬ ‫כן‬ ‫כן‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫הטכניון‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫‪.4‬תכן הגל‬ ‫‪1‬‬ ‫תקן תכנון ‪ . ANSI/ASME B106.1M-1985‬התקן מתייחס למקרים בהם המומנט כפיפה תונד סביב‬ ‫האפס ומומנט הפיתול הוא קבוע ולא משתנה בזמן‪ .‬תקן זה מתאים לרוב המכונות‪.2‬‬ ‫החומר הנבחר לייצור הגל יהיה פלדה פחמנית מעורגלת בקור ‪. 3 AISI 1040‬‬ ‫נוסחת הבחירה בקוטר הגל ‪:‬‬ ‫כדי לחשב את מקדמי ההתעייפות צריך את קוטר הגל לכן נניח קוטר התחלתי ונראה שאנו מתכנסים‬ ‫קורב לתוצאה שבחרנו‪ .‬נבחר קוטר גל של ‪ 28‬מ"מ וניגש לחשב את מקדמי ההתעייפות עבור קוטר‬ ‫גל זה‪.‬‬ ‫‪ 4.2‬חישוב המקדמים‬ ‫(עמ‪ )320 .‬חוזק להתעייפות‬ ‫(עמ‪ )328 .‬עבור כפיפה ללא עומס צירי‬ ‫(עמ‪)320 .‬עבור קוטר קטן מ‪ 264‬מ"מ‬ ‫(עמ‪ )326 .‬עבור עיבוד מכני‬ ‫(עמ‪ )331 .‬בתנאי טמפ' קטנים מ‪ 064‬צלזיוס‬ ‫(עמ‪ )320 .‬עבור אמינות של ‪99%‬‬ ‫‪ 4.2‬חישוב כוחות ומומנטים על הגל‬ ‫הנחות‪:‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪.Machine Design - Norton , Third Edition , P.532‬‬ ‫‪2‬‬ ‫נספח ‪14.3‬‬ ‫‪3‬‬ ‫נספח ‪ 14.0‬תכונות המתכת‬ ‫‪6‬‬ ‫הטכניון ‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪.0‬‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫הגל מונע ע"י רצועה‪.‬‬ ‫רוחב המיסבים הוא ‪ 24‬מ"מ‪.‬‬ ‫רוחב המכסים הוא ‪ 34‬מ"מ‪.‬‬ ‫‪ Fc‬פועל במרכז הגל וכן גם ‪.W‬‬ ‫דג"ח על הגל‬ ‫‪ 4.2.2‬חישוב ‪W‬‬ ‫נזניח את המשקל העצמי של הגג"ש והגל ונתייחס רק לכח הנובע מהשתלבות השיניים‪.‬‬ ‫‪ 4.2.2‬בחירת רצועת הנעה וחישוב ‪Fb‬‬ ‫מתוך קטלוג של חברת ‪ BANDO‬נבחרה עבור תנאי העבודה שלנו שהם הספק של ‪ 8.0‬כח סוס‬ ‫‪4‬‬ ‫וסיבוב של ‪ 1644‬סל"ד (מנוע חשמלי) חגורה ‪3V‬‬ ‫מומנט הפיתול על הגל עקב הספק המנוע‬ ‫קוטר חלוקה מטבלה‬ ‫‪5‬‬ ‫קוטר החלוקה האפקטיבי המחושב‬ ‫הכח שמפעיל הצד המתוח של הרצועה על הגל‬ ‫סה"כ הכח שמפעילה הרצועה על הגל‬ ‫‪4‬‬ ‫טבלה בנספח ‪10.5 A‬‬ ‫‪5‬‬ ‫נספח ‪10.5 B‬‬ ‫‪9‬‬ ‫הטכניון‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫‪ 4.2.4‬חישוב הריאקציות והמומנטים על הגל‬ ‫‪M2‬‬ ‫‪M3‬‬ ‫‪ 4.2‬חישוב קוטר הגל הדרוש‬ ‫אפשר לבחור בגל של ‪ 06‬מ"מ עבור מקדם בטחון של ‪1.0‬‬ ‫‪ 4.4‬חישוב הגל לשקיעה‬ ‫הנוסחה לשקיעה בין ‪ 2‬סמכים עקב כח מרכזי היא ‪:‬‬ ‫ניתן לראות שהעקמומיות קטנה מהמותרת שהיא ‪ 04‬מיקרו מטר‪.‬‬ ‫‪14‬‬ ‫‪M1‬‬ ‫הטכניון ‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫‪ .5‬המיסבים‬ ‫במשאבה מורכבים ‪ 2‬זוגות גג"שים המבטלים את הכוחות הצירים במערכת לכן אפשר לבחור‬ ‫במיסבים גליליים‪ .‬מיסבים אלו יכולים לשאת עומס גדול אך אינם מסוגלים לזאת כוחות ציריים‪.‬‬ ‫הסל"ד בו עובדים‬ ‫אורך חיים דרוש‬ ‫אורך חיים צפוי במיליוני סיבובים‬ ‫‪ C‬מינימלי לבחירה מקטלוג‬ ‫אורך חיי המיסב המחושבים‬ ‫]‪675 X 10^6 [rev‬‬ ‫נבחר מיסב מסוג ‪ NJ 209‬בעל קוטר חיצוני של ‪ 66‬מ"מ ועובי של ‪ 19‬מ"מ‪.‬‬ ‫שאר נתוני המיסב מצורפים לנספח ‪.14.8‬‬ ‫‪ .6‬שגמים‬ ‫השגמים מיוצרים מפלדה ‪ AISI 1045‬בעלת התכונות ולפי התקן ‪DIN 6885/1‬‬ ‫‪6‬‬ ‫חוזק לכניעה‬ ‫חוזק פלסטי לכניעה‬ ‫מטבלה בנספח ‪ 14.0‬ניתן לדעת את גובה ורוחב השגם‬ ‫רוחב‬ ‫גובה‬ ‫עומק השגם בגל‬ ‫עומק השגם בגג"ש‬ ‫עבור הגל‬ ‫עבור הגג"ש‬ ‫*נבחר שגם באורך ‪ 0‬מ"מ לשם הנוחות ביצור‪.‬‬ ‫‪6‬‬ ‫נספח ‪14.0‬‬ ‫‪11‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ 2 ‫פרויקט תכן‬ ‫ מכון טכנולוגי לישראל‬-‫הטכניון‬ ‫ תכן ברגי הידוק‬.7  kg  m P    g  h  900  3   9.8  2   10.561 m m  s   93148.02  Pa   0.9315 atm ra  ‫רדיוס‬ ‫אדנדום‬ d a 120   60  mm 2 2 ‫מרחק‬ ‫בין‬ ‫מרכזים‬ ‫רדיוס‬ ‫דדנדום‬ C  100 mm rd  d d 75   37.5 mm 2 2   3.14   60  A    ra 2  rd 2  C  d a 2 ‫הלחץ‬ ‫על‬ ‫המכסה‬   37.52  100  120  189 cm2  F  A  P  0.9315 atm  189 cm2   176 Kgf  N=10 M 10  Grade  9.8 S y  720  MPa  ‫שטח‬ ‫החשוף‬ ‫ללחץ‬ ‫הנוזל‬ ‫שטח‬ ‫המכסה‬ ‫הנתון‬ ‫ללחץ‬ ‫הנוזל‬ ‫הכח על‬ ‫המכסה‬ ‫מספר‬ ‫הברגים‬ ‫שנבחר‬ ‫סוג‬ ‫הבורג‬ Suts  900  MPa  S p  650  MPa  d  10  mm    p  1.5  L  45 mm    bolt L*  1.5 * d  15 mm  ‫חישוב‬ ‫הבורג‬ Lthd  2d  6  26  mm  Ls  Lbolt  Lthd  45  26  19  mm  Lt  Lthd  L * 3  p  26  15  3  1.5  15.5 mm  12 ‫משאבת גלגלי שיניים‬ Fb  2 ‫פרויקט תכן‬ ‫ מכון טכנולוגי לישראל‬- ‫הטכניון‬ 176  Kgf   17.6 Kgf   176  N  10 K m  EAde  d B   L ‫הכח על‬ ‫כל בורג‬  100 GPa   0.7781  10  mm  e 1   0.6161  3  ‫חישוב‬ ‫ ע"פ‬Km ‫גרין‬  KN   955.29   mm  p  1.5[mm] d  10  mm  At  57.99  mm 2   d2  78.5  mm 2  4 1 Ls L   t K b As  E At  E As   Kb ‫חישוב‬ 19[mm] 15.5[mm]  2 78.5  mm   100 GPa  57.99  mm 2   100 GPa   KN   196.34   mm  Km 955.29 C   0.8295 Kb  K m 196.34  955.29 C ‫חישוב‬ Fi  0.8  S p  At  0.8* 650 *57.99  30.154 KN  n1  n2  Fi 30154   1000 1  C   F 1  0.8295  176 S y  At  Fi F C  720  MPa   57.99  mm2   30154  N  176  N   0.8295 13  79 ‫חיזוק‬ ‫ראשוני‬ ‫של הבורג‬ ‫מקדם‬ ‫בטחון‬ ‫לניתוק‬ ‫הפלטות‬ ‫מקדם‬ ‫בטחון‬ ‫לכשל‬ ‫הבורג‬ ‫חישוב‬ ‫מקדמי‬ ‫ביטחון‬ ‫לניתוק‬ ‫הפלטות‬ ‫ולכשל‬ ‫בבורג‬ ‫הטכניון‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫‪ .21‬נספחים‬ ‫‪ 21.2‬נתוני פלדת הגג"ש‬ ‫‪ 10.2‬טבלת מקדמי תיקון גיאומטרי‬ ‫‪Machine Design - Norton, Third Ed. , Page 708.‬‬ ‫‪10‬‬ ‫הטכניון ‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫‪ 21.2‬הערות ‪ Norton - Machine Design‬לתכן תכנון גלים של ‪ASME B106.1M‬‬ ‫‪ 21.4‬תכונות ‪2141 AISI‬‬ ‫‪ 21.5‬בחירת גלגל רצועה‬ ‫‪10.5 B‬‬ ‫‪10.5 A‬‬ ‫‪16‬‬ ‫הטכניון‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫‪ 21.6‬נספח מיסבים ‪ -‬קטלוג ‪ NKN‬עמוד ‪B-87‬‬ ‫‪18‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫הטכניון ‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫‪ 21.7‬שגם‪ ,‬לקוח מ‪http://www.meadinfo.org/2009/05/din-6885-1-key- -‬‬ ‫‪hub-keyway-shaft-keyway.html‬‬ ‫‪10‬‬ ‫הטכניון‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫‪ 21.1‬חישוב מקדמי בטחון הברגים ‪ -‬מתוך חוברת תכן ‪2‬‬ ‫‪16‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬ ‫הטכניון ‪ -‬מכון טכנולוגי לישראל‬ ‫פרויקט תכן ‪2‬‬ ‫‪ 21.1‬אטמים לגל‬ ‫‪19‬‬ ‫משאבת גלגלי שיניים‬