Ogólne podstawy projektowania i konstruowania elementów maszyn

1.Pojecia podstawowe

Mechanizmem nazywamy układ połączonych ze sobą części, służących do przenoszenia ruchu, np. mechanizm śrubowy, mechanizm jarzmowy, mechanizm korbowo-wodzikowy

Maszyna jest to urządzenie zawierające mechanizm lub zespół mechanizmów, służące do przetwarzania energii lub do wykonywania pracy mechanicznej.

Pod względem energetycznym maszyny można podzielić na dwie grupy:

• maszyny napędowe, ( silniki) które pobierają energię z zewnętrznego źródła i przetwarzają na energię mechaniczną ,

• maszyny robocze, które pobierają energię od silników w celu przetworzenia jej na pracę użyteczną. Maszyny robocze można podzielić na :

1. technologiczne, stosowane do wykonywania procesu technologicznego ( np. obrabiarki, walcarki)

2. energetyczne, służące do przetwarzania jednej postaci energii na inną ( np. sprężarki, pompy, prądnice)

3. transportowe, ( np. dźwignice i przenośniki, maszyny rolnicze, samochody)

Każda maszyna lub mechanizm w zależności od stopnia złożoności, składa się z elementów połączonych w zespoły.

Element jest taką częścią maszyny, którą wykonuje się bez stosowania operacji montażowych, np. wał prosty, śruby, koła zębate. Elementy te mogą być proste ( np. śruba, nakrętka, sworzeń, podkładka ) lub złożone ( np. wał korbowy silnika spalinowego, kadłub reduktora ) mimo że składają się one również z jednej części.

Zespół lub jednostka montażowa jest wyrobem składającym się z pewnej liczby elementów połączonych ze sobą ( np. sprzęgło, uszczelnienie czołowe, przekładnia zębata ).

2.Projektowanie i konstruowanie

Pod pojęciem projektowania należy rozumieć :

1. opracowania założeń konstrukcyjnych,

2. opracowanie koncepcji konstrukcji.

Konstruowanie polega na dobieraniu cech konstrukcyjnych ,które umożliwiają poprawne działanie maszyny i na weryfikacji tych cech zgodnie z założeniami konstrukcyjnymi lub daną przez projektanta koncepcją.

Podstawowe cechy konstrukcyjne to:

• cechy geometryczne, określone przez postać i wymiary przedmiotu,

• cechy materiałowe, określone własnościami tworzywa konstrukcyjnego oraz jego strukturą wewnętrzną,

• cechy dynamiczne, które określają np. stan obciążenia i wymagania montażowe ( np. określone napięcie wstępne w śrubach lub w sprężynach).

Znaczenie zapisu konstrukcji uwidacznia się na tle przedstawionego modelu systemu informacyjnego w podstawowych działaniach technicznych, wśród

których wyróżnia się :projektowanie, konstruowanie, wytwarzanie i eksploatację.

System informacyjny w podstawowych działaniach technicznych(wg Dietrycha)

Maszyny wprowadzone do eksploatacji powinny spełniać wszystkie wymagania założone w fazie projektowania. Do ogólnych wymagań które powinny być uwzględnione w konstruowaniu maszyn nalezą:

• funkcjonalność,

• odpowiednia trwałość i niezawodność,

• tanie i dostępne materiały,

• łatwe i tanie wykonanie,

• tania eksploatacja i oszczędne zużycie energii,

• mały ciężar,

• zwarta budowa,

• zgodność z obowiązującymi normami.

Konstrukcje spełniającą te wymagania uznaje się za dobrą. Czasem mogą dojść jeszcze wymagania szczegółowe, wynikające ze specyficznego zastosowania maszyny, np. odporność na wysokie lub niskie temperatury, wilgoć, kwasy lub samoczynne działanie i automatyczna regulacja, itp. Czasem niektóre wymagania mogą być specjalnie wyeksponowane, np. minimum ciężaru lub objętości i wówczas przeprowadza się postępowanie optymalizacyjne ze względu na przyjęte kryterium. Konstrukcję dobrą, spełniającą dodatkowo szczegółowy warunek optymalizacyjny nazwiemy optymalną ze względu na zadane kryterium.

Dokumentacja niezbędna do wytworzenia i następnie eksploatowania maszyny lub urządzenia składa się z:

• dokumentacji technicznej,

• dokumentacji technologicznej,

• dokumentacji techniczno-ruchowej.

Dokumentacja techniczna obejmuje rysunki niezbędne do wykonania maszyny, a wiec rysunki części, rysunki zestawieniowe, obliczenia, wykazy części, wykazy materiałów, warunki techniczne odbioru, opis techniczny maszyny.

Na podstawie dokumentacji technicznej opracowuje się dokumentację technologiczną, obejmującą wszystkie wskazówki jak wykonać poszczególne części i jak je zmontować.

Dokumentację techniczno-ruchową stanowią instrukcje obsługi ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień BHP, instrukcje smarowania, rysunki fundamentu oraz wskazówki dotyczące transportu, ustawienia i uruchomienia maszyny lub urządzenia.

3. Normalizacja i unifikacja maszyn i ich elementów

Wykonanie maszyny lub urządzenia polega na wykonaniu jej elementów oraz na ich złożeniu czyli montażu. Koszt maszyny można obniżyć nie tylko przez zmniejszenie ilości części. Koszt wykonania każdej części zależny jest w dużym stopniu od jej kształtu i ilości jednocześnie produkowanych sztuk. Im ta ilość jest większa tym wydajniejsze metody produkcji mogą być zastosowane i tym mniejszy będzie koszt produkcji elementów, a w związku z tym mniejszy będzie koszt wykonania całej maszyny.

Wyrazem dążenia do obniżenia kosztów produkcji elementów i całych maszyn jest między innymi normalizacja i unifikacja ( ujednolicenie ) elementów maszyn i całych zespołów.

Pod pojęciem normalizacji rozumie się uporządkowanie, uproszczenie i ujednolicenie:

• oznaczeń technicznych ( w tym rysunku technicznego ) i słownictwa,

• podstawowych wielkości stosowanych w budowie maszyn ( np. wymiarów normalnych, tolerancji i pasowań , zarysów gwintów),

• materiałów ( np. gatunków stali, żeliwa ),

• gotowych części maszyn ( np. śrub, wpustów, łożysk ) jak i zespołów ( np. sprzęgieł, przekładni zębatych ),

• niektórych metod badawczych,

• warunków odbioru technicznego, konserwacji, transportu.

Pod pojęciem unifikacji części lub zespołów, rozumie się stosowanie w wielu konstrukcjach jednakowych części lub zespołów. Unifikacja pozwala na zwiększenie ilości produkowanych sztuk, a tym samym na obniżenie ich kosztu.

Stosowanie elementów znormalizowanych i zunifikowanych ułatwia i skraca cykl konstruowania oraz obniża koszt wytwarzania i eksploatacji maszyn lub urządzeń, ponieważ:

• elementy i zespoły znormalizowane mogą być produkowane w wyspecjalizowanych zakładach wielkoseryjnie lub masowo, przy stosowaniu wysoko wydajnych metod produkcji,

• jest możliwe wprowadzenie zamienności części w szerokim zakresie, zarówno w procesach montażowych jak i przy naprawach,

• zostaje ułatwiona praca konstruktora, który nie projektuje i nie wykonuje rysunków części normalnych, a jedynie podaje ich symbole w dokumentacji technicznej.

Literatura :

[1] Dobrzański T.: „Rysunek techniczny maszynowy”, WNT, Warszawa 2006,

[2] Rydzanicz I.: „Zapis konstrukcji - podstawy”, skrypt Pol. Wrocławska, 1996

[3] Rydzanicz I. : „Zapis konstrukcji - zadania”, WNT Warszawa, 2006,

[4] Horwatt W. Bartoszewicz J. : „Podstawy konstrukcji mechanicznych dla

elektryków”, WNT Warszawa, 1975,

[5] Osiński Z. Bajon W. Sucki T.: „Podstawy konstrukcji maszyn”, PWN,

Warszawa, 1995,

[6] Kurmaz L. W.: „Podstawy konstrukcji maszyn - projektowanie”, PWN,

Warszawa,1999

---