w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

PKM –OPRACOWANIA PYTAŃ

PROCES PROJEKTOWANIA I KONSTRUOWANIA

1. Co to jest konstrukcja? Co to jest maszyna?

MASZYNA – jest sztucznym układem materialnym, który dzięki zewnętrznej energii służy do
przekształcania masy, energii lub informacji.

wej

ś

cie:

energia masa informacja

maszyna

wyj

ś

cie:

energia masa informacja

KONSTRUKCJA – jest opisem lub inaczej wyznaczonych rozmiarów dopuszczalnych dla
struktur (cech geometrycznych lub materiałowych) i stanów (cech dynamicznych) wytworu.
Rozmiary te są nieprzekraczalne pod groźbą uznania, że wytwór jest wadliwy.

2. Wymień rodzaje cech konstrukcyjnych i wyjaśnij je na dowolnym przykładzie.

Cechy konstrukcyjne:
- geometryczne cechy konstrukcyjne - to logiczna suma postaci konstrukcyjnej i układu
wymiarów będącą koniecznym i wystarczającym warunkiem dla wytwórców podejmujących
wykonanie wytworu według zamierzonej konstrukcji (przykłady to np. struktura zewnętrzna
wytworu)
- materiałowe cechy konstrukcyjne (przykład to np. materiał, struktura wewnętrzna)
- dynamiczne cechy konstrukcyjne – to stan wytworu wywołany głównie podczas montażu
maszyn (przykłady to np. cechy montażowe – siły, docisk; moment z jakim należy dokręcić
śrubę lub siła z jaką należy wbić klin)

3. Wymień rodzaje cech konstrukcyjnych i wyjaśnij je na przykładzie połączenia klinowego
co rozumiemy pod tymi pojęciami?
Cechy konstrukcyjne:
- geometryczne cechy konstrukcyjne - to logiczna suma postaci konstrukcyjnej i układu
wymiarów będącą koniecznym i wystarczającym warunkiem dla wytwórców podejmujących
wykonanie wytworu według zamierzonej konstrukcji (przykład to np. struktura zewnętrzna
klinu)
- materiałowe cechy konstrukcyjne (przykład to np. materiał z jakiego wykonany będzie klin,
dobór stali)
- dynamiczne cechy konstrukcyjne – to stan wytworu wywołany głównie podczas montażu
maszyn (przykłady to np. cechy montażowe - siła, docisk; siła z jaka należy wbić klin)

WYTRZYMAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWA

1. Narysuj wykres Soderberga i zaznacz na nim linie odpowiadającą krytycznym
naprężeniom elementu z karbem.

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

2. Narysuj wykres Soderberga i zaznacz na nim wyraźnie naprężenia o przebiegu
narysowanym poniżej (rysunek będzie dołączony)

ogólna postać wykresu Soderberga (nie wiem co będzie trzeba zrobić!!!)

3. Narysuj wykres Soderberga dla elementu z karbem

4. Przedstaw na wykresie Soderberga jak definiowana jest liczba bezpieczeństwa dla
elementu z karbem, w którym występują tylko wahadłowe naprężenia skręcające

NIE WIEM!!!!!!!!

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

5. Wyjaśnić (na rysunku) w oparciu o wykres Soderberga jak definiowana jest liczba
bezpieczeństwa dla prostego stanu naprężeń (np. rozciągania) zmiennych w czasie.

Liczba bezpieczeństwa
s = σ krytyczne / σ kryterialne

6. Zdefiniuj liczbę kształtu oraz wymień czynniki mające wpływ na jej wielkość.

Jest to wielkość opisująca różne rodzaje karbu. Jest to stosunek naprężeń maksymalnych
wywołanych karbem w tworzywie idealnie sprężystym (izotropowym), do naprężeń
nominalnych (obliczeniowych, kryterialnych). Jest to funkcja rodzaju obciążenia i cech
geometrycznych ujęta za pomocą wykresów, tablic, wzorów.
α

k

= σmax/σ

σ = 4P/πd

2

USA
α

0

= σmax/σ

0

σ

0

= 4P/πD

2

gdzie:
σmax – maksymalne naprężenia w przekroju wywołane spiętrzeniem naprężeń
σ - naprężenia nominalne w przekroju

α

k

zależy od:

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

- rodzaju naprężeń
- rodzaju karbu
Liczbę kształtu można zmniejszyć poprzez zmniejszenie naprężeń maksymalnych.
Największy wpływ karbu na liczbę kształtu jest przy rozciąganiu a najmniejszy przy skręcaniu.

7. Zdefiniuj liczbę kształtu oraz przedstaw sposoby jej zmniejszania

(definicja ta sama co powyżej)

Sposoby zmniejszania liczby kształtu:
- liczbę kształtu można zmniejszyć poprzez zmniejszenie naprężeń maksymalnych
- poprzez karby odciążające

- poprzez stereomechaniczne zmniejszanie naprężeń

8. Zdefiniuj liczbę działania karbu oraz podaj czynniki mające wpływ na jej wielkość.

β

k

= Z

o

/Z

ok

Stosunek wytrzymałości zmęczeniowej próbki gładkiej Z

o

do wytrzymałości zmęczeniowej

próbki z karbem Z

ok

.

β

k

= 1 + η

k

(α

k

- 1)

η

k

– liczba wrażliwości na działanie karbu

9. Opisz wielkości występujące we wzorze β

k

= 1 + η

k

(α

k

- 1)

β

k

– liczba działania karbu (stosunek wytrzymałości zmęczeniowej próbki gładkiej Z

o

do

wytrzymałości zmęczeniowej próbki z karbem Z

ok

)

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

η

k

- liczba wrażliwości na działanie karbu (dla tworzyw niewrażliwych na karb: η

k

=0, dla

tworzyw wrażliwych na karb η

k

=1)

α

k

- liczba kształtu

(jest to wielkość opisująca różne rodzaje karbu. Jest to stosunek naprężeń

max. wywołanych karbem w tworzywie idealnie sprężystym (izotropowym), do naprężeń
nominalnych (obliczeniowych, kryterialnych), jest to funkcja rodzaju obciążenia i cech
geometrycznych ujęta za pomocą wykresów, tablic, wzorów.)

10. Narysuj przykładowy wykres Wohlera (np. dla rozciągania) opisz jego osie, oznacz i
opisz podstawową wielkość z niego odczytywaną

N* - graniczna liczba cykli
Z – wytrzymałość zmęczeniowa próbki gładkiej bez karbu (to się chyba odczytuje z wykresu)
Z

or

– wytrzymałość zmęczeniowa dla obustronnego rozciągania

Z

jr

: Z

og

: Z

os

:…

POŁĄCZENIA GWINTOWE

1. Moment M potrzebny do pokonania oporów podczas dokręcania śruby określa wzór M =
0.5 dm Q tg( γ + ρ ). Opisz wielkości występujące w tym wzorze.

d

m

– średnica medialna (średnia) gwintu (0,9 d)

Q – siła rozciągająca rdzeń śruby
γ – średni kąt pochylenia gwintu
ρ – kąt tarcia ( μ= tg ρ)

2. Narysuj i objaśnij rozkład sił występujących podczas dokręcania obciążonego połączenia
samohamownego.

Warunek samohamowności:

T = N * μ = Q cosγ + μ ≥ Q sinγ

gdzie:
T - siła tarcia
Q – siła rozciągająca rdzeń śruby
N – siła nacisku
μ – liczba tarcia (μ ≥ tgγ)
γ – średni kąt pochylenia gwintu (tgγ = S/(π*dm))
dm – średnia średnica gwintu (dm=(d+dr)/2)

Stosowane jest pojęcie kata tarcia ρ:

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

μ = tgρ
Warunek samohamowności przyjmuje wtedy postać:
ρ>γ

Dokręcanie:

Siła Q – siła rozciągająca rdzeń śruby
Siła H – siła przyłożona na średnicy średniej gwintu w kierunku prostopadłym do osi śruby:
- wywołuje dokręcanie śruby (czyli zwiększanie siły Q)
- występuje tylko podczas dokręcania śruby
- nie należy jej mylić z siłą przyłożoną do końca klucza podczas dokręcania śruby

POŁĄCZENIA ŚRUBOWE

1. Określ podstawową różnicę istoty działania połączenia śrubowego luźnego i
pasowanego. Narysuj przekroje tych połączeń w płaszczyźnie zawierającej oś śruby
i zaznacz na nich najważniejszą różnicę między nimi.

Śruby pasowane: Śruby luźne:
- śruba i otwór są pasowane ciasno - miedzy śruba i otworem jest luz
- nakrętka jest dokręcana z niewielkim - nakrętka jest dokręcana z dużym
momentem momentem co wywołuje dużą Q
- siła P wywołuje naprężenia ścinające ściskającą blachę
w rdzeniu śruby - siła P przenoszona jest przez siły
- warunek wytrzymałościowy: między blachami
P ≤ F

w

∙ i ∙ R

s

/s - warunek wytrzymałościowy:

F

w

– pole powierzchni przekroju rdzenia P ≤ Q ∙ i ∙ μ/s

śruby Q – siła w rdzeniu śruby
R

s

– wytrzymałość na ścinanie μ – liczba tarcia

i – liczba powierzchni ścinanych i – liczba płaszczyzn, w których
s – liczba bezpieczeństwa występują siły tarcia (=2)

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

s – liczba bezpieczeństwa

2. i 3. – nie wiem jaki tu będzie rysunek dołączony

POŁĄCZENIA CZOPOWE

1. Przedstaw podstawową różnicę między połączeniem wpustowym i klinowym.
Wymień 2 najważniejsze zalety połączeń klinowych.

Zarówno połączenia wpustowe, jak i klinowe należą do grupy połączeń kształtowanych
pośrednich.

Podstawowa różnica:
Połączenia wpustowe przenoszą tylko moment obrotowy, a klinowe przenoszą dodatkowo
siłę poosiową. Ponadto w połączeniach tych w innych miejscach występują luzy (zaznaczono
na rysunku) - a co za tym idzie - inny jest rozkład naprężeń.

Połączenie wpustowe:
- naciski powierzchniowe:
P = F/k∙l0≤Pdop
- ścinanie wpustu
T

= F /l

0

∙ b ≤ P**

Wady:
- możliwość przenoszenia małych obciążeń
- nie może przenosić sił poosiowych
- stosujemy pojedynczo
Zalety:
- zachowują dużą współosiowość koła względem piasty
- nie wprowadzają bardzo dużych naprężeń w piaście
- można stosować połączenia ruchowe

Połączeni klinowe:
Wady:
- brak możliwości statecznej kontroli obciążenia wstępnego
- znaczne osłabienie wpustu
- znaczne dociśnięcie piasty
- przesunięcie osi piasty względem osi wału w zakresie luzów pomiędzy czopem a piastą
- dla krótkich czopów przemieszczenia kątowe osi piasty względem osi wału
Zalety:
- może przenosić siłę poosiową i moment obrotowy
- dobrze przenosi obciążenia wahadłowe

2. Określ podstawową różnicę istoty działania połączenia wpustowego i klinowego.
Narysuj przekrój połączenia wpustowego i klinowego w płaszczyźnie prostopadłej do osi
wału i zaznacz na nich najważniejszą różnicę między nimi.

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

Tekst z pytania powyżej!!!

3. Wyjaśnić na czym polega różnica w doborze cech konstrukcyjnych dla czopowych
połączeń skurczowych i wtłaczanych.

TYLKO TAKIE COŚ ZNALAZŁAM!!!

Zalety połączeń wciskowych:
- prostota i łatwość wykonania
- dobre środkowanie części łączonych
- duża obciążalność złącza
Wady połączeń wciskowych:
- zależność obciążalności złącza od dokładności wykonania
- wrażliwość złącza na zmiany temp.
- duże naprężenia montażowe
- spiętrzanie naprężeń
Warunki pracy złącza dla połączeń wciskowych:
Fa ≤ πdlpf 1/s
A dla skurczowych wymagana jest różnica temperatur
At =(Ai+A)/ad

ŁOŻYSKA TOCZNE

1. Napisz wzór określający trwałość łożysk tocznych i opisz wielkości w nim występujące.
Wyjaśnić znaczenie indeksu 10. Zdefiniować wielkość C.

L

10

= (C/P)

q

L

w

= (C/C)

q

= 1

q

= 1(mln obr)

L

10

– nominalna trwałość w milionach obrotów (dla 90% badanych łożysk)

P – obciążenie zastępcze kryterialne w [N]
C – nośność ruchowa w [N]
q=3 dla łożysk kulkowych
q=10/3=3,333 dla łożysk wałeczkowych

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

C – obciążenie promieniowe łożyska, przy których 90% łożysk ulegnie uszkodzeniu po
wykonaniu 10

6

obrotów

L

10h

= 1 000 000 / 60n * (C/P)

q

L

n

= L

10

*a

1

L

10h

-

trwałość w godzinach pracy łożyska

n – prędkość obrotowa [obr/min]
L

10

- umowna trwałość łożyska wyznaczona dla przyjętej wymaganej niezawodności łożyska

(najczęściej 90%, n=10 i wtedy L

n

to L

10

)

2. Zasada pasowania łożysk w przypadku - nieruchome gniazdo, czop obraca się względem
wektora obciążenia.

Pierścień wewnętrzny wału jest równomiernie obciążony – wszystkie punkty pierścienia
przechodzą wszystkie stany obciążenia.
Pierścień zewnętrzny max jest obciążony zawsze w punkcie B.
Pierścień wewnętrzny współdziała z czopem.

Obciążenia poszczególnych kulek są różne (układ jest statycznie niewyznaczalny). Naprężenia
stykowe kulek z pierścieniami zależą od promieni krzywizn.
Analiza obciążenia wykazała, że pierścień wewnętrzny jest równomiernie obciążony
– wszystkie punkty pierścienia przechodzą wszystkie stany obciążenia. Pierścień zewnętrzny
natomiast maksymalnie jest obciążony zawsze w punkcie B. Analizując współdziałanie
pierścienia wewnętrznego z czopem dojdziemy do wniosku, że najmniejszy nawet luz miedzy
nimi doprowadzić może do obtaczania się pierścienia po czopie co z kolei doprowadzić może
do zatarcia się łożyska. Pierścień zewnętrzny natomiast nie wykazuje tendencji do obracania
się w gnieździe łożyskowym.

3. Wymień najczęściej występujące uszkodzenia łożysk tocznych i przyczyny ich
występowania.

1. Wywołane zmęczeniem materiału:
-spalling
-pitting - polega na odrywaniu się cząstek materiału na wskutek rozklinowania pęknięć przez
środek smarujący.
2. Pęknięcia lub rozbicia elementów tocznych
3. Wgniecenia na bieżni
4. Przyspieszone zużycie wywołane:
- zanieczyszczeniami
- korozja
- przepływem prądu
5. Pęknięcia koszyczka

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

4. Narysuj przykładowe łożysko wałeczkowe walcowe (przekrój). Wymień zalety i wady
łożysk tego typu.

Łożyska walcowe poprzeczne jednorzędowe i wielorzędowe

Łożyska jednorzędowe tej grupy konstrukcyjnej
cechuje zdolność przejmowania dużo większych
obciążeń promieniowych w stosunku do łożysk
kulkowych o tych samych wymiarach. Łożyska
typu NJ pozwalają na ustalenie osiowe wału
w jednym kierunku, a łożyska typu NUP oraz
łożyska NJ w połączeniu z pierścieniem HJ
w obu kierunkach, łożyska typu RNU pracują
bez pierścienia wewnętrznego - bieżnię
wewnętrzną stanowi odpowiednio wykonany
czop. Do węzłów szczególnie obciążonych stosuje
się łożyska konstrukcji "E" o większej nośności
i tych samych wymiarach zewnętrznych (wynik
specjalnej konstrukcji wewnętrznej).

Łożyska walcowe wielorzędowe dzielą się na
dwurzędowe i wielorzędowe, wykonywane są
zarówno z otworem walcowym jak i stożkowym
(K). Wszystkie łożyska walcowe są bardzo czułe
na niewspółosiowość; dopuszczalne wychylenia
w zależności od serii zawierają się w granicach
1'- 7' . Stosuje się w nich koszyki zarówno blaszane,
masywne jak i z tworzyw sztucznych. Wykonywane
są one w różnych klasach dokładności.


5. Narysuj przykładowe łożysko stożkowego wałeczkowe (przekrój). Wymień zalety i wady
łożysk tego typu.


Łożyska tej grupy konstrukcyjnej przeznaczone są do przenoszenia znacznych obciążeń
złożonych (promieniowych i osiowych), są to łożyska rozłączne - co znacznie ułatwia montaż.
Charakterystyczną cechą łożysk stożkowych jest kąt działania, który odpowiada kątowi a na
bieżni pierścienia zewnętrznego. Im większy jest ten kąt, tym większa jest zdolność łożyska
do przenoszenia obciążeń wzdłużnych. Konstrukcja łożysk stożkowych umożliwia
przyjmowanie obciążenia osiowego tylko w m kierunku. Przy występowaniu obciążeń w
dwóch kierunkach należy stosować łożyska stożkowe dwurzędowe, a przy dużych
obciążeniach łożyska stożkowe wielorzędowe.
Dopuszczalny błąd współosiowości dla łożysk stożkowych jest bardzo mały, max. wychylenie
wynosi około 2'. W przeważającej części stosuje się w nich koszyki blaszane, rzadziej inne.
Wykonuje się je w różnych klasach dokładności. Głównie są wykonywane w wersji
jednorzędowej. Rzadko stosuje się je w wersji dwurzędowej i wielorzędowej. Wymiary i
parametry techniczne są podawane w katalogach łożysk tocznych.

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7