Podstawy Konstrukcji

Maszyn

Dr inż. Piotr Gospodarczyk

Katedra Maszyn Górniczych Przeróbczych i

Transportowych

B-2 parter Pok. 3

Tematyka przedmiotu i

podstawowe pojęcia

• Konstruowanie to wg Dietrycha [5] dobieranie cech konstrukcyjnych,

umożliwiających optymalną realizację podstawowego zadania maszyny.

• Jedną z miar zdolności realizacji zadania (funkcji celu) są wskaźniki jakości.
• Def. 1. Maszyna to zbiór (system) elementów, lub element (maszyna prosta)

połączonych ze sobą w sposób pozwalający na realizację określonego zadania
polegającego na transformacji energii lub informacji.

• Def. 2. Maszyną nazywamy układ materialny, złożony z połączonych ze sobą ciał

wykonujących określony ruch, służący do wykonania pracy związanej z procesem
wytwórczym lub przemianą energii.

• Def. 3. Zgodnie z ustaleniami przyjętymi przez EWG (Dyrektywa Rady z 14

czerwca 1989 r. w sprawie ujednolicenia przepisów prawnych państw
członkowskich dotyczących maszyn — nr. 89/392/EWG) za maszynę uważa się
całość powiązanych ze sobą części lub elementów, z których przynajmniej
jedna jest ruchoma, wraz z odpowiednimi urządzeniami roboczymi,
układami sterowania, zasilania itp., które są połączone razem w celu
określonego zastosowania, w szczególności do przetwarzania, obrabiania,
przemieszczania i pakowania materiałów.

• Za maszynę uważa się także zespól maszyn, które aby mogły

współpracować, są rozmieszczone i wprawiane w ruch tak, że działają jako
jedna całość.

Tematyka przedmiotu i

podstawowe pojęcia c.d.

• Określenie maszyny oznacza również wymienny osprzęt zmieniający

funkcje maszyny, wprowadzany na rynek z przeznaczeniem zamontowania

do maszyny lub też do serii różnych maszyn albo przez operatora do

ciągnika, o ile urządzenia te nie stanowią części zamiennych lub narzędzi.

• Maszyny dzieli się zwykle na silniki i maszyny robocze. Silnik jest to

maszyna służąca do zamiany pewnego rodzaju energii na pracę

mechaniczną. Maszyna robocza jest to maszyna, za pomocą której

dokonuje się zmiany właściwości stanu, kształtu lub położenia materiału

albo przedmiotu. Maszyny robocze można podzielić na technologiczne,

transportowe i energetyczne.

• Maszyny technologiczne służą do przetwarzania surowców lub

półfabrykatów w gotowy wyrób lub półwyrób. Należą do nich np.:

obrabiarki, walcarki, maszyny górnicze, maszyny do przeróbki materiałów

budowlanych i drogowych, maszyny rolnicze itp.

• Maszyny transportowe służą do zmiany położenia materiałów lub

przedmiotów. Zalicza się do nich: dźwignice, przenośniki, pojazdy

samochodowe i szynowe, statki, samoloty itp.

• Maszyny energetyczne służą do przetwarzania jednej postaci energii na

drugą. Są to: pompy, sprężarki itp.

Tematyka przedmiotu i

podstawowe pojęcia c.d.

• Struktura to w ogólności zasada organizacji zbioru. Struktura maszyny to

organizacja zbioru jej elementów.

• Maszyny złożone mają strukturę hierarchiczną.
• Projektowanie jest obmyślaniem nowych wytworów i układów lub

wytworów i układów powstających w wyniku przekształcenia dotychczas
istniejących.

• Projektowanie jest działalnością odnoszącą się do wielu dziedzin życia

ludzkiego. Mówimy o projektowaniu wytworów materialnych, jak maszyny,
urządzenia, przed mioty codziennego użytku itp., jak też układów
niematerialnych, np.: systemów organizacji, systemów finansowania itp.
Projektuje się: zakłady przemysłowe, układy transportowe, tereny leśne,
szkoły, szpitale, osiedla, kombinaty, miasta, zespoły miejskie, sieci
transportowe itp.

• Projekt jest abstrakcyjnym obrazem wytworu lub układu, który ma być

wytworzony. Projekt jest rejestrowany w postaci dokumentacji projektowej.

Tematyka przedmiotu i

podstawowe pojęcia c.d.

• Rodzajem projektowania jest konstruowanie. Termin ten określa

szczegółowe projektowanie maszyn i ich elementów.

• W rzeczywistości konstruowanie i konstrukcja to również pojęcia

znacznie szersze. Stąd też istnieją poglądy, iż pojęcia
konstruowania i projektowania zasadniczo się nie różnią , lub też
przeciwnie, traktują pojęcie projektowania jako szersze
obejmujące swoim zakresem konstruowanie rozumiane jako faza
procesu projektowania związana z syntezą metryczną i
weryfikacją obliczeniową rozwiązania technicznego.

• Konstrukcją nazywamy abstrakcyjny obraz maszyny, ze

wszystkimi jej cechami, powstający w umyśle konstruktora.
Konstruowanie jest procesem tworzenia konstrukcji. Konstrukcja
jest rejestrowana w postaci dokumentacji konstrukcyjnej, w skład
której wchodzą rysunki, obliczenia, opisy itp.

Ogólne i szczegółowe zasady

konstrukcji

• Dwie ogólne zasady konstrukcji

• (sformułowane przez Zbigniewa Osińskiego i Jerzego Wróbla „Teoria konstrukcji”)

• 1. Konstrukcja powinna spełniać wszystkie podstawowe warunki,

wynikające ze szczegółowych zasad w stopniu równym lub wyższym od
założonego.

• 2. Konstrukcja powinna być optymalna (polioptymalna) w danych

warunkach ze względu na przyjęte kryterium (kryteria) optymalizacji.

• Konstrukcja, która spełnia pierwszą zasadę, jest konstrukcją dobrą.

Zwykle istnieje zbiór konstrukcji dobrych.

• Konstrukcja spełniająca zasadę drugą jest konstrukcją optymalną

(polioptymalna) ze względy na przyjęte kryterium (kryteria)
optymalizacji. Oczywiście, konstrukcja optymalna należy do zbioru
konstrukcji dobrych.

Szczegółowe zasady konstrukcji

• 1) funkcjonalność,
• 2) niezawodność,
• 3) trwałość,
• 4) sprawność,
• 5) lekkość,
• 6) taniość i dostępność materiałów,
• 7) właściwy układ przenoszenia obciążeń,
• 8) technologiczność,
• 9) łatwość eksploatacji,
• 10) ergonomiczność,
• 11) ochrona środowiska,
• 12) zgodność z obowiązującymi normami i przepisami.

• Uwaga:

Liczba tych zasad nie musi być precyzyjnie określana, można

bowiem ich zbiór rozszerzać zależnie od potrzeby

Kryteria oceny konstrukcji

• Według Marka Dietricha – „Podstawy konstrukcji maszyn”

WNT Warszawa

• kryterium bezpieczeństwa,
• kryterium niezawodności,
• kryterium masy,
• kryterium ekonomiki eksploatacji,
• kryterium technologiczności konstrukcji,
• kryterium ergonomii i estetyki,
• kryterium ekologiczne.

• Podstawowe kryterium – kryterium zagregowane – to kryterium

ekonomiczne będące funkcją zysku ze sprzedaży wyrobu tj. różnicy
uzyskanej na rynku ceny i kosztu wytworzenia.

• Cena jest miarą wartości użytkowej wyrobu.
• Z powyższego wynika konieczność racjonalizacji technik wytwarzania

i ich dostosowania do możliwości wykonawcy, jak też potrzeb rynku.

Fazy procesu projektowania i

konstruowania

• Sformułowanie zadania projektowego,
• Identyfikacja ograniczeń,
• Sformułowanie kryteriów oceny,
• Opracowanie założeń konstrukcyjnych,
• Poszukiwanie koncepcji rozwiązania,
• Wybór koncepcji do dalszego rozwiązania,
• Opracowanie projektu wstępnego,
• Weryfikacja teoretyczna lub eksperymentalna na modelach,
• Projekt techniczny i wykonawczy prototypu,
• Wykonanie prototypu
• Weryfikacja doświadczalna - badania stanowiskowe i

eksploatacyjne,

• Weryfikacja dokumentacji i wdrożenie.