1. Omówić warunki obliczeń połączeń śrubowych w zależności od rodzaju i charakteru ich obciążeń.

1.Połączenia bez napięcia wstępnego obciążone tylko siłą osiową w śrubie

Dotyczy połączen samohamownych, półruchowych, rzadko spotykanych w budowie maszyn

Obciążenia dotyczą warunku na rozrywanie rdzenia śruby:

wtedy

Obciążenie wahadłowe przy tego typu połączeniach nie występuje

Przy ściskaniu zamiast kr i krj stosuje się kc i kcj, a dodatkowo gdy smukłość jest wieksza niż 10-15 należy śrube sprawdzic na wyboczenie.

2. Połączenia bez napięcia wstępnego śruby, obciążone siłą osiowa i momentem skręcającym

Dotyczy połączeń ruchowych ,
wówczas naprężenia rozciągające lub sciskające

Naprężenia skrecające, przyjmujac MS=M1

Dzieląc stronami:

Obciążenie zastepcze:

Praktycznie nie oblicza się tałz, natomiast przyjmuje się zwiekszona siłe osiową Qz=1,3Q

3. Połączenia napięte wstępnie kontrolowaną siłą osiową, a nastepnie obciążone robocza siłą osiowa

Typowe dla wszystkich połączeń samohamownych spoczynkowych. Pod działaniem siły osiowej napięcia wstępnego Qo, śruba ulega wydłużeniu o tyle ile zmniejsza się ścisk elementów połączenia (prawo Hooke`a)

stąd

Po przyłożeniu obciążenia roboczego Qr, całkowita siła obciązajaca Q1 jest mniejsza od sumy sił Qo+Qr, z uwagi na to że śruba ulegnie dodatniemu wydłuzeniu po przyłozeniu obciążenia roboczego Qr, co spowoduje zmniejszenie scisku pokrywy obniżaja swoja wartość od Q0 do tzw napięcia resztkowego Q`. wtedy też śruba znajdzie się pod działaniem iły Q`.

4. Połączenia napięte wstępnie niekontrolowana siła osiowa, a nastepnie obciążone robocza siła osiowa.

Stosowany przy obliczaniu średnicy rdzenia, stosując zalezność

dla dr-6cm

dla dr wieksze od 6cm

5. Połączenie za pomoca śrub ciasno pasowanych, obciążone siłą poprzeczna

Obciążęnie działa w płaszczyźnie styku elementów łączonych. Śrube oblicza się z warunku na ścinanie siła poprzeczą Qr

6. Połączenie zaz pomoca śrub luźnych, obciążone siła poprzeczna

Śruba jest luźno osadzona w otworze, aby nie dopuszczał do jej zginania, mocno napina się ją wstępnie siłą Qr i wywołuje na powierzchni styku elementów łączonych nacisk i siłę tarcia, która równoważy zewnetrzna siłe poprzeczna Qt:

Stąd

K - współczynnik pewności

I - liczba powierzchni styku

mi- współczynnik tarcia

2. Do jakiego typu sprzęgieł należą sprzęgła tłumiące i łagodzące, podać przykłady tego typu sprzęgieł, scharakteryzować warunki ich pracy oraz podać według jakich kryteriów są one dobierane.

Sprzęgła tłumiące i łagodzące należą do grupy sprzęgieł nierozłącznych podatnych.

Sprzęgła łagodzące:

• Nie tłumią drgań, lecz zapewniają kompensację przemieszczeń i podatność skrętną.

• Łagodzą one nierównomierność przenoszonego momentu na zasadzie zamiany energii kinetycznej w energię sprężystego odkształcenia elementów sprężystych i oddania jej w chwili niedoboru energii.

Sprzęgła tłumiące

• charakteryzują się dużym tłumieniem drgań, ponieważ guma nie tylko akumuluje ale i rozprasza nadwyżki energii kinetycznej występującej podczas drgań. Mogą łączyć wały o średnicach 12÷280 mm i przenosić moment obrotowy 55 Nm do 80 kNm

• Stosowane są w przypadku niebezpieczeństwa występowania rezonansowych drgań skrętnych, polepszając charakterystykę układu. Mogą przenosić moment maksymalny 250 do 3000 Nm.

Warunki pracy:

Tego typu sprzęgła maja zastosowanie jako amortyzatory albo izolatory nagłych nadwyżek dynamicznych układu (maszyny napędzane przez silniki tłokowe, sprężarki tłokowe, łamacze kamieni, walcarki). We wszystkich przypadkach układy wyposażone są w koła zamachowe będącymi zasobnikami energii dla sprostania nagłym nadwyżką energii

Kryteria doboru sprzęgieł:

• Kierując się cechami funkcjonalnymi danego rodzaju sprzęgła, jego właśćwościami.

3. Omówić co ogranicza możliwość korekcji dodatniej i ujemnej dla kół zębatych o zarysie ewolwentowym oraz omówić znaczenie średnicy koła zasadniczego i jej wpływ na wielkość podcięcia zęba podczas obróbki kół zębatych.

Przypadki korekcji zazębienia

1. Stosowane gdy a) z₁+z₂≥2z_g^l lub z₁+z₂≥2z_g co oznacza że w kole o mniejszej liczbie zębów stosujemy przesunięcie dodatnie a dla drugiego koła współpracującego stosujemy przesunięcie ujemne wtedy x₁=-x₂ ( warunki a) lub b) zapewniają że w kole o większej liczbie zębów przy przesunięciu ujemnym nie nastąpi podcięcie zębów u podstawy )

2. stosowne jest gdy warunki a) lub b) nie są spełnione lub gdy wymagana jest zmiana odległości osi kół współpracujących ( podyktowana względami konstrukcyjnymi ). Stosowanie tej korekcji powoduje zmianę odległości osi do tzw. pozornej a_p a_p= a+x₁+x₂

Prowadzi to do zmiany ( wzrostu) luzu obwodowego którego zmniejszenie do wielkości normalnej wymaga zbliżenia osi o odcinek K=k·m, może to z kolei powodować zmniejszenie luzu wierzchołkowego. Po zbliżeniu osi o odcinek k rzeczywista odległość osi a_r wynosi:a_r=a+x₁+x₂-k wtedy też K=d_p-a_r

2. W obliczeniach wprowadza się wsp. pozornego B_p i rzeczywistego B_r rozstawienia osi (podawanego w tablicach) wtedy: a_p=a+B_p·a=a(1+B_p) a_r=a+B_r·a=a(1+B_r) K=a_p-a_r=a(B_p-B_r)

Jeżeli po ustawieniu rzeczywistej odległości osi wartść luzu wierzchołkowego będzie mniejsza od 0,1·m (c=(0,1÷0,3)·m) wówczas należy ściąć (skrócić) głowy zębów kół współpracujących o wartość K, gdy luz ten jest większy od 0,1·m ścinanie wierzchołków zęba może być zbędne.

obliczenia korekcji x+) przeprowadza się podobnie podstawiając do odpowiednich wzorów x₂=0 lub x₂>0

Wartość przesunięcia narzędzia w stosunku do koła obrabianego wynosi X. Wartość ta uzależniona jest od liczby zębów i proporcjonalna jest do modułu Współczynnik x przyjmuje wartości: -1<x<+1. Przy dodatnim przesunięciu zwiększa się grubość zęba na średnicy podziałowej ( wzrasta jednocześnie wysokość głowy zęba a wysokość stopy maleje ) oraz następuje zaostrzenie głowy. O wielkości przesunięcia decyduje więc nie tylko niebezpieczeństwo podcięcia ale również zaostrzenie ( nadmierne ) jego wierzchołków.

4. Sprzęgło kołnierzowe zostało połączone śrubami pasowanymi w pierwszym przypadku na zasadzie pasowania H7/n6, w drugi H8/d9. Podać podstawowe warunki wytrzymałościowe według których obliczane będą liczba i przekrój śrub ściągowych przy znanym momencie przenoszonym przez to sprzęgło, prędkości obrotowej i średnicy tarcz.

Moment obrotowy

Gdzie: K - współczynnik; N - moc silnika; n - liczba obrotów

Średnica łączonych wałów

Liczba śrub pasowanych ciasno:

Liczba śrub pasowanych luźno:

Gdzie μ - współczynnik tarcia

Średnica rdzenia śruby:

5. Scharakteryzować podział sprzęgieł nierozłącznych, omówić warunki pracy określonego typu sprzęgła nierozłącznego oraz zasady jego obliczeń wytrzymałościowych.

Odpowiedź:

Sprzęgła nierozłączne znajdują zastosowanie gdy nie zachodzi potrzeba rozłączania elementów współpracujących w czasie pracy maszyny i tworzą one z tymi elementami jedną całość.

Podział sprzęgieł nierozłącznych:

• Sztywne - tulejowe, łubkowe, kołnierzowe, stosowane do łącznie poszczególnych członów układów napędowych o równomiernym biegu, przy zapewnieniu współosiowości łączonych wałów, związanych na stałe w czasie montażu

• Luźne - kołowe, zębate łańcuchowe, stosowane do łączenia poszczególnych członów układów napędowych w czasie montażu, gdy nie jest możliwe dokładnie ustawienie współosiowości

• Podatne - sprężynowe, palcowe, oponowe, stosowane w układach o dużej nierównomierności bądź momenty, bądź prędkości obrotowej któregoś z członów układu, umożliwiające także niewielkie odchyłki od współosiowości łączonych członów

• Samonastawne - promieniowe i kątowe ( przegubowe), stosowane przy braku współosiowości łączonych członów, np. przy przesunięciu przekoszeniu osi.

• Kątowe - umożliwiają łączenie wałów o osiach przecinających się pod znacznym kątem (ψ≤45).

Nominalny moment Mn wynikający z nominalnej mocy przenoszonej przez układ napędowy (sprzęgło w ruchu ustalonym wyraża się wzorem:

gdzie:

N_n - moc nominalna w [kW]

n - prędkość obrotowa w [obr./min].

gdzie:

K- współczynnik przeciążenia

gdzie:

β - współczynnik zależny od rodzaju maszyny ( z tabel np. samochód od 1,2 do 1,5 )

k_v - współczynnik prędkość poślizgu ( z tablic, zależne od średniej prędkość )

k_m - współczynnik zależny od liczby włączeń w czasie jednej godziny.

k_m= 1-0,002(m_w-m_gr)

gdzie:

m_w - liczba włączeń na godzine

m_gr - graniczna liczba włączeń - przyjmuje się w zakresie od 50 do 100 (mniejsza liczba odpowiada szybkobieżnym układom z dużym momentem bezwładność)

gdy m_gr > m_w to przyjmuje się k_m= 1

6. Przedstawić rozkład sił w połączeniu gwintowym niesamohamownym przy luzowaniu tego połączenia. Wyjaśnić jakie gwinty nazywamy niesamohamownymi i co to jest pozorny kąt tarcia w połączeniu gwintowym.

W przypadku występowania drgań, uderzeń itp. każdy gwint jest niesamohamowny.

Kątem pozornego tarcia nazywamy kąt znajdujący się pomiędzy siłą reakcji wypadkowej R a siła normalną N jest oznaczany jako (p')

7. Co różnić poślizg trwały od poślizgu sprężystego przekładni pasowej, czym one są spowodowane. Przedstawić charakterystykę poślizgu i sprawności i poślizgu przekładni pasowej .

Poślizg sprężysty : Pod wpływem napięcia panującego w pasie pas się rozciąga. Na skutek zmiany napięć w cięgnie czynnym i biernym wydłużenie w cięgnie czynnym rośnie a w biernym maleje. Powstaje więc różnica wydłużeń. Bardziej wyciągnięte cięgno czynne przesuwa się szybciej niż bierne powodując powstawanie tak zwanego poślizgu sprężystego ε. Średnio ε=0,01÷0,02 (1÷2)% i zależy od obciążenia przekładni a wywołany jest sprężystością pasa. Poślizg ten występuje przy normalnej pracy przekładni w przeciwieństwie do tzw. poślizgu trwałego, który występuje przy przeciążeniu!!!

Krzywa poślizgu i sprawności w zależności od tzw. współczynnika napędu φ.

8. Omówić zagadnienia sprawności i samohamowności połączenia gwintowego dla gwintów o zarysie trójkątnym i trapezowym z uwzględnieniem pozornego kąta tarcia.

Odpowiedź:

Siły w połączeniu gwintowym przy odkręcaniu:

Samohamowność

Gwinty samohamownym nazywamy gwint w którym obrót nakrętki względem śruby(lub odwrotnie) może nastąpić wyłącznie przy użyciu dodatkowej siły obracającej nakrętkę (lub śrubę). Sprowadzając śrubę i nakrętkę o gwincie płaskim do schematu na rys możemy rozważyć ruch nakrętki obciążonej siłą P pod działaniem siły obwodowej H jako ruch klocka

Warunkiem samohamowność jest :

gdzie:

γ - kąt wzniosu lini śrubowej. Odcinek, który przebywa w ciągu jednego pełnego obrotu walca punkt poruszający się wzdłuż jego tworzącej nazywamy skokiem h linii śrubowej.

ρ' - pozorny kąt tarcia

h- skok lini śrubowej

d_p - średnica nominalna

gdzie

μ'- pozorny współczynnik tarcia

Gdzie

α - kąt pochylenia roboczej powierzchni gwintu ( w gwintach trapezowych i trójkątnych)

μ - współczynnik tarcia

Sprawność

Przy zmianie ruchu obrotowego na postępowy sprawność gwintu η wyznacza się jako stosunek pracy użytecznej do pracy włożonej, przy czym pracę odnosi się do jednego obrotu śruby ( nakrętki)

Gwint o zarysie trapezowym:

Gwinty trapezowe są używane w połączeniach ruchowych, odznaczają się wysoką sprawnością, a co za tym idzie brakiem spełnienia warunku samohamowność.

Gwint o zarysie trójkątnym :

Tego typu gwinty charakteryzują się bardzo wysoką samohamownością, a co za tym idzie sprawność tego typu gwintu (samohamownego) nie przekracza 50%

9. Przedstawić przykład redukcji momentu bezwładności masowej mas wirujących do osi sprzęgła rozłącznego mechanizmu wg przedstawionego rys. (będzie przedstawiony na tablicy) przy znanych masach elementów wirujących i znanych ich wymiarach .

gdzie: m - masa wirującej tarczy; r - promień tarczy. GD² - moment rozpędowy (zamachowy) kG;
G - ciężar tarczy (walca); D - zastępcza średnica tarczy (walca); g- przyspieszenie ziemskie.

10. Przedstawić rozkład naprężeń dla połączenia wciskowego w przypadku sworznia drążonego, wyznaczyć warunek wcisku prawidłowego, wcisku montażowego i wymaganego docisku.

ROZKŁAD NAPRĘŻEŃ

wcisk:

F - siła obciążająca złącze

d, l - średnica i długość powierzchni styku

μ - współczynnik tarcia ślizgowego

11. Omówić zagadnienie zmiany długości odcinka lub łuku przyporu w zależności od wysokości zęba, kąta przyporu oraz kąta pochylenia linii zęba dla kół o zębach skośnych.

12. Podaj zasady doboru łożysk tocznych w przypadku gdy podstawą ich doboru jest nośność. Jaki wpływ na dobór łożysk ma sposób osadzenia łożyska w mechaniźmie.

Nośność ruchowa :

W celu dokonania doboru zakłada się jego trwałość Ln lub przyjmuje się współczynnik trwałości f_­­­­­h (z tablic). Na podstawie prędkości obrotowej oblicza się współczynnik obrotów:

Znajomość sił działających na łożyska wybranego typu umożliwia obliczanie współczynnik

i następnie przyjęcie z tablic wartości współczynników X i Y dla „a” porównywanego z „e” podanego w tablicach (przypadki a≤e lub a>e). Wykonane obliczenia pozwalają obliczyć obciążenie zastępcze F a następnie wymaganą nośność ruchową C. Z warunków wytrzymałościowych oblicza się średnicę otworu „d” łożyska. Na podstawie nośności C i średnicy „d” dobiera się z katalogu łożysko o nośności nie mniejszej niż C.

13. Przedstawić wykres złącza śrubowego napiętego wstępnie dla małej sztywności śruby i dużej elementów łączonych poddanego następnie obciążeniu roboczemu, którego 25% przejmuje śruba. Ile wynosić musiałoby napięcie robocze aby połączenie to uległo całkowitemu zluzowaniu (przedstawić to na wykresie).

14. Co to jest takiego „zasada stałego otworu i stałego wałka”, przedstawić przykłady takich pasowań na rysunku z oznaczeniami odchyłek wymiarowych i luzów oraz ich oznaczeń na rysunkach.

Odpowiedź:

Zasada stałego otworu - średnicę otworu toleruje się zawsze w głąb materiału, EI=0 (tolerowanie asymetryczne), żądane pasowanie uzyskuje się poprzez dobranie odchyłek wałka. Przykłady: 10H7/f6 - pasowanie luźne, 10H7/s7 - pasowanie ciasne.

Zasada stałego wałka - średnicę wałka toleruje się zawsze w głąb materiału, es=0 (tolerowanie asymetryczne), żądane pasowanie uzyskuje się poprzez dobranie odchyłek otworu. Przykłady: 10F8/h6 - pasowanie luźne, 10S7/h6 - pasowanie ciasne.

Symbole tolerancji:

(A - H), (a - h) - dotyczą pasowań luźnych,

(J - N), (j - n) - dotyczą pasowań mieszanych,

(P - U), (p - u) - dotyczą pasowań ciasnych.

W budowie maszyn częściej stosuje się zasadę stałego otworu niż zasadę stałego wałka.

Zasada stałego otworu umożliwia zmniejszenie liczby rozmiarów narzędzi i sprawdzianów do pomiaru otworów.

Zasadę stałego wałka stosuje się w przypadku potrzeby osadzenia wielu elementów na wałku, którego średnica na pewnej długości jest stała

Przykłady pasowania wg zasad stałego wałka i stałego otworu

15. Podać zasady obliczeń złącza spawanego ze spoiną czołową i pachwinową w zależności od charakteru obciążenia tego złącza.

Ścinanie spoiny czołowej

Gdzie:

τ - wytrzymałość na ścinanie S - przekrój obliczeniowy k't - naprężenie dopuszczalne

k't≈0,65 kr.

Zginanie czołowej

Fr,Fc- siła rozciągająca spoinę S - przekrój obliczeniowy k`r,kc - naprężenie dopuszczalne

Scinanie pachwinowej

Zginanie pachwinowej

gdzie:Wx - wskaźnik przekroju na zginanie; k'g - naprężenia dopuszczalne k'g≈0,8 kr.

Położenie pól tolerancji w zależności od rodzaju pasowania:

a) pasowania wg zasady stałego otworu,

b) pasowania wg zasady stałego wałka.

---