Drukarz_825[01].O1.05

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1. Zastosowanie maszyn i urządzeń elektrycznych oraz elektronicznych

4.1.1.Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Podstawy konstrukcji maszyn i urządzeń mechanicznych

4.2.1.Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

Sprawdzian osiągnięć ucznia

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy i kształtowaniu umiejętności

z zakresu stosowania maszyn oraz urządzeń elektrycznych oraz mechanicznych. Wiadomości
i  umiejętności  z  tej  dziedziny  zostały  określone  w  programie  jednostki  modułowej
825[01].O1.05  „Zastosowanie  maszyn  i  urządzeń”.  Jest  to  jednostka  modułowa  zawarta
w module „Podstawy poligrafii” (schemat układu jednostek modułowych  przedstawiony jest
na stronie 4 tego poradnika).

Tak jak kaŜda jednostka modułowa, równieŜ i ta ma ściśle określone cele kształcenia,

materiał nauczania oraz wskazania metodyczne do realizacji programu.

W poradniku znajdziesz:

−

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŜ ukształtowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,

−

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

−

materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do osiągnięcia załoŜonych celów
kształcenia i opanowania umiejętności zawartych w jednostce modułowej,

−

zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy juŜ opanowałeś określone treści,

−

wiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować

umiejętności praktyczne,

−

sprawdzian postępów,

−

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi
opanowanie materiału całej jednostki modułowej,

−

literaturę uzupełniającą.
Treść programu jednostki modułowej zawiera podstawowe zagadnienia związane

z  zastosowaniem  elementów  maszyn  i  urządzeń.  Elementy  i  układy  takie  są  podstawą
konstrukcji  maszyn  drukujących,  introligatorskich  oraz  wszelkich  innych  spotykanych
w  poligrafii.  W  szczególności  omówiono  elementy  obwodów  i  maszyn  elektrycznych,
podstawowe  elementy  i  układy  elektroniczne,  a  takŜe  elementy,  materiały  i  technologie
stosowane  przy  konstrukcji  urządzeń  mechanicznych.  Dodatkowo  omówiono  zasady
uŜytkowania,  konserwacji  i  bhp  stosowane  przy  obsłudze  maszyn  i  urządzeń  elektrycznych
oraz mechanicznych.

Jednostka modułowa 825[01].O1.05 „Zastosowanie maszyn i urządzeń” została

podzielona na dwa rozdziały. Najwięcej miejsca zajmują zagadnienia dotyczące:
–

zastosowanie maszyn i urządzeń elektrycznych oraz elektronicznych,

–

podstawy konstrukcji maszyn i urządzeń mechanicznych.
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczeń, odpowiedz na pytania sprawdzające, które są

zamieszczone w kaŜdym rozdziale, po materiale nauczania. Udzielone odpowiedzi pozwolą
Ci sprawdzić, czy jesteś dobrze przygotowany do wykonywania zadań.

Po zakończeniu realizacji programu tej jednostki modułowej nauczyciel sprawdzi Twoje

wiadomości i umiejętności za pomocą testu pisemnego. Abyś miał moŜliwość dokonania
ewaluacji swoich działań, rozwiąŜ przykładowy test sumujący zamieszczony na końcu
poniŜszego poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

825[01].O1.01

Przestrzeganie przepisów

bezpieczeństwa i higieny pracy,

ochrony przeciwpoŜarowej oraz

ochrony środowiska

825[01].O1

Podstawy poligrafii

825[01].O1.02

Charakteryzowanie procesów

poligraficznych i technik

drukowania

825[01].O1.03

Stosowanie materiałów

poligraficznych

825[01].O1.04

Posługiwanie się dokumentacją

techniczna i technologiczną

825[01].O1.05

Zastosowanie maszyn

i urządzeń

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu nauczania jednostki modułowej, powinieneś umieć:

−

zidentyfikować czynniki niebezpieczne i szkodliwe występujące w pracy oraz określić
sposoby ich ograniczenia i eliminacji,

−

ocenić zagroŜenia wynikające z niewłaściwego uŜytkowania urządzeń elektrycznych,

−

zastosować procedury postępowania w przypadku zaistnienia poŜaru, zgodnie z instrukcją
przeciwpoŜarową,

−

scharakteryzować rodzaje i zasady wykonywania rysunków technicznych,

−

scharakteryzować rysunki szkicowe, techniczne, schematyczne i konstrukcyjne,

−

określić zasady tolerancji w rysunku technicznym,

−

rozróŜnić na rysunku technicznym podstawowe zespoły i części maszyn,

−

sporządzić rysunki przekrojów prostych części maszyn i urządzeń,

−

posłuŜyć się dokumentacją techniczno-ruchową, dokumentacją konstrukcyjną maszyn
i urządzeń,

−

posłuŜyć się literaturą techniczną, katalogiem części zamiennych, katalogami wyrobów,

−

zinterpretować dane zawarte w karcie technologicznej,

−

zastosować zasady współpracy w zespole,

−

zastosować przepisy ochrony środowiska,

−

skorzystać z PN, literatury technicznej i innych źródeł informacji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej, powinieneś umieć:

–

zidentyfikować materiały przewodzące i izolacyjne,

–

zmierzyć podstawowe wielkości elektryczne w obwodach prądu stałego i zmiennego,

–

rozróŜnić na schematach elementy obwodów elektrycznych,

–

porównać źródła światła pod względem poboru mocy i natęŜenia oświetlenia,

–

odczytać parametry odbiornika elektrycznego z tabliczki znamionowej,

–

rozpoznać rodzaj silnika indukcyjnego na podstawie danych z tabliczki znamionowej,

–

rozpoznać gniazdka i wtyczki instalacji jednofazowej i trójfazowej,

–

rozróŜnić poszczególne elementy instalacji elektrycznej, sprzętu instalacyjnego,
zabezpieczeń przeciwporaŜeniowych,

–

rozróŜnić elementy elektroniczne na podstawie wyglądu i symboli graficznych,

–

odczytać parametry elementów elektronicznych z katalogu,

–

określić funkcje elementów elektronicznych w obwodach elektrycznych,

–

dokonać analizy schematu blokowego automatycznego sterowania i automatycznej
regulacji,

–

scharakteryzować obciąŜenia elementów konstrukcyjnych: rozciąganie i ściskanie,
ś

cinanie, zginanie, skręcanie oraz wytrzymałość zmęczeniową,

–

rozpoznać na podstawie oznaczenia rodzaj materiału konstrukcyjnego części maszyn,

–

rozpoznać i scharakteryzować połączenia rozłączne i nierozłączne stosowane
w maszynach i urządzeniach,

–

wyjaśnić działanie łoŜysk, osi, wałów, sprzęgieł, hamulców i przekładni oraz określić ich
zastosowanie,

–

rozpoznać na podstawie PN skład chemiczny, znakowanie i zastosowanie stopów Ŝelaza,

–

obliczyć tolerancje, wymiary graniczne luzów i tolerancje pasowania dla pasowań
ruchowych, mieszanych i spoczynkowych,

–

rozpoznać i scharakteryzować połączenia rozłączne i nierozłączne stosowane
w maszynach i urządzeniach,

–

określić rolę zabezpieczeń stosowanych w maszynach i urządzeniach,

–

określić zasady uŜytkowania oraz bieŜącej konserwacji maszyn i urządzeń,

–

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony przeciwpoŜarowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Zastosowanie maszyn i urządzeń elektrycznych

oraz elektronicznych

4.1.1. Materiał nauczania

Materiały przewodzące i izolacyjne

Materiały stosowane w elektrotechnice do budowy maszyn i urządzeń, zwane

materiałami    elektrotechnicznymi,  mają  ogromny  wpływ  na  wydajność  procesów
technologicznych,  poziom  techniczny  wytwarzanych  maszyn  oraz  ich  nowoczesność
i  niezawodność.  Efektywność  projektowania  i  produkcji  maszyn  zaleŜy  od  bogactwa
asortymentu materiałów, uniwersalności ich stosowania oraz od łatwości ich przetwarzania.

Podział materiałów elektrotechnicznych wynika z funkcji, jakie spełniają w maszynie

czy urządzeniu elektrycznym. Zgodnie z tym kryterium rozróŜniamy:

−

materiały przewodzące (materiały obwodu elektrycznego),

−

materiały magnetyczne,

−

materiały elektroizolacyjne,

−

materiały konstrukcyjne.
Podział materiałów ze względu na wartość konduktywności (rezystywności):

−

przewodniki,

−

półprzewodniki,

−

dielektryki (izolatory).
Konduktywność

jest wielkością określającą własności przewodzące danego materiału;

jej odwrotność nosi nazwę rezystywności ρ. Jednostką konduktywności jest 1/

Ω·m

(w praktyce uŜywa się jednostki: m/

Ω·mm

= 10

S/m), zaś jednostką rezystywności jest

Ω·m

(w praktyce stosuje się jednostkę

Ω·mm

/m = 10

-6

Ω·m).

Materiały stosowane jako przewodniki mają duŜą konduktywność, a najlepsze własności

przewodzące  w  temperaturze  pokojowej  wykazują  metale  czyste.  Materiały  o  bardzo  małej
konduktywności,  a  więc  o  bardzo  duŜej  rezystywności  naleŜą  do  grupy  nieprzewodników,
czyli  izolatorów.  Pośrednie  miejsce  między  przewodnikami  a  dielektrykami  ze  względu  na
zdolność przewodzenia zajmują półprzewodniki.

Podział materiałów ze względu na właściwości magnetyczne:

−

diamagnetyczne,

−

paramagnetyczne,

−

ferromagnetyczne.
Własności magnetyczne środowiska określa wielkość zwana przenikalnością

magnetyczną µ. Przenikalność magnetyczna jest to wielkość określającą zdolność danego
materiału (ośrodka) do zmiany wektora indukcji magnetycznej pod wpływem wektora
natęŜenia pola magnetycznego, przy czym: µ = µ

·µ

gdzie:

– przenikalność magnetyczna próŜni, µ

= 4

π·10

-7

H/m,

– przenikalność magnetyczna względna środowiska (wielkość bezwymiarowa) – mówi

nam, ile razy przenikalność danego środowiska jest większa od przenikalności magnetycznej
próŜni. Przenikalność magnetyczna względna materiałów diamagnetycznych (kwarc, srebro,
bizmut, miedź) jest mniejsza od jedności (µ

1), zaś przenikalność magnetyczna względna µ

materiałów paramagnetycznych (platyna, aluminium) jest większa od jedności (µ

1).

Henr (H) – jednostka indukcyjności oraz przewodności magnetycznej w układzie SI

(jednostka pochodna układu SI).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Dla obu grup materiałów przenikalność magnetyczna nie zaleŜy od natęŜenia pola

magnetycznego. NatęŜenie pola magnetycznego to wielkość wektorowa charakteryzująca pole
magnetyczne,  w  ogólnym  przypadku  określana  z  uŜyciem  prawa  Ampera.  Przenikalność
magnetyczna  względna  materiałów  ferromagnetycznych  z  kolei  (Ŝelazo,  kobalt,  nikiel)  jest
wielokrotnie  (setki  i  tysiące  razy)  większa  od  jedności  (µ

1) i w odróŜnieniu od

przenikalności wymienionych wcześniej grup materiałów nie jest stała, lecz zaleŜy od
natęŜenia pola magnetycznego.

Pomiary podstawowych wielkości elektrycznych

Podczas badania, instalowania, konserwacji i napraw urządzeń elektrycznych

przeprowadzane  są  pomiary,  próby  i  testy.  Pomiar  jest  to  porównanie  wartości  badanej
wielkości  fizycznej  z  wartością  przyjętą  za  jednostkę  miary.  W  pomiarach  elektrycznych
bardzo  popularne  są  mierniki  analogowe  (wskazówkowe).  W  przyrządach  pomiarowych
wskazówkowych  następuje  zamiana  doprowadzonej  do  miernika  energii  elektrycznej  na
energię  mechaniczną  organu  ruchomego.  Energia  elektryczna  jest  pobierana  z  badanego
układu.  Podstawowym  elementem  mierników  jest  przetwornik,  czyli  urządzenie  dokonujące
przekształcenia  danej  wielkości  na  inną  wielkość  według  określonej  zaleŜności  i  z  pewną
dokładnością  W  zaleŜności  od  rodzaju  przetwornika  elektromechanicznego  moŜna  wyróŜnić
mierniki o ustroju:

−

magnetoelektrycznym,

−

elektromagnetycznym,

−

elektrodynamicznym,

−

ferrodynamicznym,

−

ilorazowym,

−

indukcyjnym.
W miernikach wskazówkowych do ograniczenia zakresu i czasu wahań wskazówki słuŜą

tłumiki magnetyczne lub powietrzne.

Mierniki cyfrowe nie posiadają przetwornika elektromechanicznego. Sygnał zmienny

doprowadzony  do  miernika  jest  zamieniany  przez  specjalny  przetwornik  analogowo-
analogowy  (a/a)  na  sygnał  stały,  a  ten  podawany  jest  na  przetwornik  analogowo-cyfrowy
(a/c).  Wynik  pomiaru  wielkości  fizycznej  jest  przedstawiany  w  postaci  cyfrowej  na
wyświetlaczu.  Mierniki  cyfrowe  mogą  być  przeznaczone  do  pomiaru  jednej  wielkości
fizycznej,  np.  napięcia,  a  takŜe  do  pomiaru  kilku  wielkości,  np.:  napięcia,  prądu  stałego
i zmiennego, rezystancji, pojemności, częstotliwości, temperatury.

Miernik wielofunkcyjny nazywamy multimetrem.

Pomiary w obwodach prądu stałego

Pomiar napięcia
Jest wykonywany bezpośrednio za pomocą woltomierza włączonego równolegle do

elementu obwodu, na którym mierzymy napięcie. Przy pomiarze napięcia stałego naleŜy:

−

wybrać woltomierz o odpowiednim ustroju lub w multimetrze wybrać V i przełącznik
wyboru rodzaju prądu ustawić na DC,

−

przy pomiarze miernikiem jednozakresowym oszacować wielkość napięcia i uŜyć
miernika o odpowiednim zakresie; przy mierniku o przełączalnych zakresach bezpiecznie
jest wybrać największy zakres,

−

wyłączyć zasilanie obwodu,

−

przyłączyć przewody pomiarowe do miernika, a następnie do punktów pomiarowych
obwodu,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

załączyć napięcie i wykonać pomiary,

−

wyłączyć zasilanie, odłączyć przewody pomiarowe z woltomierzem od badanego
odbiornika.
Woltomierz do obwodu naleŜy włączać w stanie beznapięciowym. JeŜeli konieczne jest

wykonanie pomiaru napięcia bez moŜliwości odłączenia zasilania naleŜy najpierw przyłączyć
przewody pomiarowe do miernika, a następnie ich końce w bezpieczny sposób dołączyć do
dwóch punktów układu pomiarowego. Podczas wykonywania tych czynności musi być
zapewniona obecność drugiej osoby.

WaŜnym parametrem woltomierza jest jego rezystancja wewnętrzna (opór wewnetrzny).

Powinna  być  bardzo  duŜa,  aby  woltomierz  pobierał  z  układu  jak  najmniejszy  prąd.
Producenci  podają  wartość  pobieranego  przez  woltomierz  prądu  lub  (najczęściej)  wartość
rezystancji  wewnętrznej  przypadającej  na  1  wolt  zakresu  pomiarowego.  Rezystancja
wewnętrzna  woltomierzy  magnetoelektrycznych,  w  zaleŜności  od  ich  zakresu  wynosi  od
kilkuset  omów  do  kilkudziesięciu  kiloomów  na  1V  zakresu.  Rezystancja  wewnętrzna
mierników elektronicznych jest znacznie większa, nawet rzędu 1000 MΩ.
Pomiar natęŜenia prądu stałego

Jest wykonywany bezpośrednio za pomocą amperomierza włączonego szeregowo

z odbiornikiem. Przy pomiarze prądu stałego naleŜy:

−

wybrać amperomierz o odpowiednim ustroju lub w multimetrze wybrać A i przełącznik
wyboru rodzaju prądu ustawić na DC,

−

przy pomiarze miernikiem jednozakresowym oszacować wartość prądu i uŜyć miernika
o odpowiednim zakresie; przy mierniku o przełączalnych zakresach bezpiecznie jest
wybrać największy zakres,

−

wyłączyć zasilanie obwodu,

−

przerwać obwód w miejscu pomiaru i włączyć amperomierz,

−

załączyć napięcie i wykonać pomiary,

−

wyłączyć zasilanie, odłączyć amperomierz, jeŜeli odbiornik dalej ma pracować połączyć
obwód w miejscu przerwania i ponownie załączyć zasilanie.
WaŜnym parametrem amperomierza jest jego rezystancja wewnętrzna. Powinna być

bardzo  mała,  aby  spadek  napięcia  na  amperomierzu  był  jak  najmniejszy,  a  amperomierz  nie
ograniczał  prądu  płynącego  przez  odbiornik.  Przez  ustrój  pomiarowy  amperomierza  moŜe
płynąć  niewielki  prąd.  Aby  wykonać  pomiar  prądu  o  większej  wartości,  naleŜy  rozszerzyć
zakres pomiarowy amperomierza.

Pomiar mocy odbiorników prądu stałego

Moc odbiornika jest iloczynem napięcia na odbiorniku i natęŜenia prądu płynącego przez

ten  odbiornik.  Pośrednio  moc  moŜna  zmierzyć  za  pomocą  woltomierza  i  amperomierza
w  takich  samych  układach  jak  pomiar  rezystancji,  a  następnie  wyznaczyć  ją  z  odpowiedniej
zaleŜności.

Watomierz elektrodynamiczny jest przyrządem przeznaczonym do pomiaru mocy

czynnej.  Ma  on  dwie  cewki:  nieruchomą  cewkę  prądową,  o  małej  rezystancji  i  ruchomą
cewkę napięciową, o duŜej rezystancji. Cewkę prądową włącza się do układu poprzez zaciski
prądowe,  szeregowo  z  obciąŜeniem.  Cewkę  napięciową  –  poprzez  zaciski  napięciowe,
równolegle z obciąŜeniem. Na tarczy podziałkowej watomierza znajduje się symbol jednostki
wielkości  mierzonej  (mocy  czynnej)  –  litera  W.  Zaciski  odpowiadające  początkowi  cewki
prądowej  i  napięciowej  są  oznaczone  gwiazdką  i  w  czasie  normalnej  pracy  powinny  być
zwarte.  W  watomierzu  moŜna,  za  pomocą  przełączników:  prądowego  i  napięciowego,
nastawić  zakres  prądowy  i  napięciowy  niezaleŜnie  od  siebie.  Zakres  watomierza  równy  jest
iloczynowi  wyŜej  wspomnianych  zakresów.  Watomierz  moŜe  być  włączony  w  sposób
przedstawiony na rysunku 1.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 1. Pomiar mocy watomierza w obwód prądu stałego: a) pomiar mocy odbiornika i cewki prądowej,

b) pomiar mocy odbiornika i cewki napięciowej [opracowanie własne]

Aby wyeliminować błąd metody, gdy wymagana jest duŜa dokładność pomiaru, naleŜy

uwzględnić poprawkę na moc traconą w watomierzu.

Pomiary w obwodach prądu zmiennego

Pomiar napięcia

Jest wykonywany bezpośrednio za pomocą woltomierza włączonego równolegle do

ródła (bądź elementu obwodu, na którym mierzymy napięcie). Do pomiaru napięcia

zmiennego  naleŜy  wybrać  woltomierz  o  odpowiednim  ustroju  lub  w  multimetrze  wybrać  V
i przełącznik wyboru rodzaju prądu ustawić na AC. Sposób wykonania pomiaru jest taki sam,
jak  opisany  dla  napięcia  stałego.  Skutki  pomyłkowego  włączenia  amperomierza  zamiast
woltomierza  są  takie  same  jak  przy  napięciu  stałym.  Pomyłkowe  zastosowanie  woltomierza
magnetoelektrycznego  do  pomiaru  napięcia  zmiennego  spowoduje,  Ŝe  wskazanie  miernika
będzie  równe  zeru,  poniewaŜ  miernik  magnetoelektryczny  pokazuje  wartość  średnią
przebiegu.
Pomiar natęŜenia prądu

Jest wykonywany bezpośrednio za pomocą amperomierza włączonego szeregowo

z  odbiornikiem.  Do  pomiaru  prądu  zmiennego  słuŜą  amperomierze  elektromagnetyczne,
mierniki  cyfrowe.  Przy  pomiarze  prądu  zmiennego  naleŜy  wybrać  amperomierz
o  odpowiednim  ustroju  lub  w  multimetrze  wybrać  A  i  przełącznik  wyboru  rodzaju  prądu
ustawić na AC. Sposób wykonania pomiaru jest taki sam, jak opisany dla prądu stałego.

Skutki pomyłkowego włączenia woltomierza zamiast amperomierza są takie same jak

przy napięciu stałym. Pomyłkowe zastosowanie amperomierza magnetoelektrycznego do
pomiaru prądu zmiennego spowoduje, Ŝe jego wskazówka nie wychyli się, poniewaŜ miernik
magnetoelektryczny pokazuje wartość średnią prądu, która w przypadku przebiegu
zmiennego wynosi zero.
Pomiaru częstotliwości napięcia zmiennego

MoŜna dokonać pośrednio na podstawie pomiaru czasu oscyloskopem oraz bezpośrednio

częstościomierzem. Są to na ogół mierniki wibracyjne. Z uwagi na budowę i zasadę działania
rozróŜnia się częstościomierze:

−

wibracyjne – do pomiaru małych częstotliwości, w wąskim zakresie,

−

magnetoelektryczne z przetwornikiem – częstotliwości do kilkuset herców,

−

cyfrowe – do pomiaru małych i wielkich częstotliwości (do MHz); powszechnie
stosowane obecnie multimetry cyfrowe umoŜliwiają szybki pomiar częstotliwości.

Pomiar rezystancji

Rezystancję moŜna mierzyć:

−

bezpośrednio miernikami wyskalowanymi w omach,

−

pośrednio, za pomocą woltomierza i amperomierza, za pomocą woltomierza i watomierza
lub amperomierza i watomierza.
Do bezpośredniego pomiaru rezystancji słuŜą omomierze. W omomierzach analogowych

zastosowany jest ustrój magnetoelektryczny. Ze względu na sposób połączenia ustroju
pomiarowego z mierzoną rezystancją omomierze dzieli się na szeregowe i równoległe.
Omomierze posiadają własne źródło zasilania (najczęściej baterie galwaniczne).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Omomierz szeregowy jest w istocie woltomierzem magnetoelektrycznym, do którego

rezystancja mierzona jest dołączana szeregowo. Miernik wyskalowany jest w omach. Układ
połączeń omomierza szeregowego przedstawiony jest na rysunku 2. Podziałka miernika jest
nierównomierna, z zerem po prawej stronie tarczy.

Ω

Rys. 2. Omomierz szeregowy [źródło własne]

– rezystor badany, R

– rezystor korekcyjny, S – przycisk, Ω – omomierz, E – źródło napięcia

Omomierz równoległy jest w istocie amperomierzem magnetoelektrycznym, do którego

rezystancja mierzona jest dołączana równolegle. Miernik wyskalowany jest w omach.
W omomierzu równoległym przed pomiarem naleŜy za pomocą rezystora korekcyjnego przy
rozwartych zaciskach wejściowych, doprowadzić do ustawienia wskazówki na symbol ∞.

Pomiar mocy i współczynnika mocy odbiorników prądu zmiennego

Bezpośrednio moc kaŜdego odbiornika w obwodzie prądu zmiennego moŜna zmierzyć za

pomocą  watomierza.  Do  pomiaru  mocy  w  obwodach  prądu  zmiennego  stosowane  są
najczęściej  watomierze  o  ustroju  ferrodynamicznym.  Kryteria  doboru  właściwego  układu  są
takie  same  jak  przy  pomiarach  w  obwodzie  prądu  stałego.  Praktycznie  przy  pomiarach
odbiorników  o  mocy  większej  niŜ  100  W  wpływ  poboru  mocy  przez  watomierz  jest
pomijalnie mały i moŜna go pominąć.

Źródła światła – moc i natęŜenie oświetlenia

Promieniowanie świetlne w zakresie widzialnym to fale elektromagnetyczne o długości

w przedziale 380

780 nm przy czym najkrótszym falom z tego zakresu odpowiada barwa

fioletowa,  a  najdłuŜszym  barwa  czerwona.  Słońce  jako  naturalne  źródło  światła  wysyła
promieniowanie  zawierające  wszystkie  długości  fal  z  zakresu  widzialnego,  a  takŜe
promieniowanie  niewidzialne  (podczerwone  i  ultrafioletowe).  W  technice  oświetleniowej
wykorzystuje się sztuczne elektryczne źródła światła. Parametry charakteryzujące elektryczne
ź

ródła światła interesujące uŜytkownika to:

−

strumień świetlny

– jest to ta część promieniowania optycznego emitowanego przez

ródło światła, która widzi oko ludzkie w jednostce czasu (jednostką jest lumen [lm]),

−

naświetlenie (ekspozycja) – jest wielkością równa iloczynowi średniego natęŜenia
oświetlenia i czasu naświetlania (jednostka jest luksosekunda [lx·s]); naświetlenie jest
wielkością stosowaną w poligrafii przy ustawieniach kopioramy,

−

skuteczność świetlna – określa, ile lumenów uzyskuje się z 1 wata mocy [lm/W],

−

trwałość – czas pracy źródła do jego zuŜycia [h],

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

luminancja źródła – światłość w danym kierunku przypadająca na jednostkę pozornej
powierzchni źródła (jednostką jest kandela na metr kwadratowy [cd/m

]).

Podstawowym kryterium podziału elektrycznych źródeł światła są zjawiska fizyczne

zachodzące podczas przemiany energii elektrycznej na energię świetlną.

−

Lampy Ŝarowe (Ŝarówki) – wykorzystują świecenie nagrzanego drutu wolframowego.
Skuteczność świetlna Ŝarówek głównego szeregu wynosi od 9 lm/W (dla Ŝarówek 15 W)
do 20 lm/W (dla Ŝarówek 1000 W). Trwałość około 1000 h.

−

Lampy fluorescencyjne (świetlówki) – wykorzystują zjawisko świecenia pewnych
substancji chemicznych pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Skuteczność
ś

wietlna świetlówek wynosi 50

75 lm/W, a trwałość 3000

6000 h. W Polsce produkuje

się świetlówki o mocach 4

65 W i długości 150

1500 mm. Świetlówki kompaktowe,

zuŜywają 5 razy mniej energii niŜ Ŝarówki o tej samej skuteczności i mają 10-ciokrotnie
większą trwałość. Są stosowane do oświetlania pomieszczeń nieprzemysłowych oraz
pomieszczeń przemysłowych o wysokości do 4 m. Do zapłonu świetlówki niezbędny jest
zapłonnik i statecznik (dławik). Zadaniem dławika jest chwilowe podwyŜszenie napięcia
w celu ułatwienia zapłonu świetlówki oraz ograniczenie prądu płynącego przez
ś

wietlówkę podczas jej świecenia. Świetlówka zasilana napięciem zmiennym zapala się

i gaśnie 100 razy w ciągu sekundy co moŜe wywoływać wraŜenie, Ŝe części wirujące
maszyn są nieruchome, obracają się znacznie wolniej lub wirują w kierunku przeciwnym.
Jest to zjawisko stroboskopowe. W celu jego zmniejszenia stosuje się dwie lub więcej
ś

wietlówek w odpowiednich układach zasilanych napięciem przesuniętym w fazie tak,

aby w chwili gaśnięcia jednej, druga świeciła moŜliwie najmocniej.

−

Lampy wyładowcze (rtęciowe sodowe, neonowe, ksenonowe) – wykorzystują świecenie
gazu pod wpływem wyładowań elektrycznych (przepływu prądu przez gaz). Lampy
rtęciowe osiągają skuteczność świetlną 34

48 lm/W i trwałość około 4000 h. Po

załączeniu napięcia wyładowanie w jarzniku lampy rtęciowej rozpoczyna się początkowo
między  jedną  elektrodą  główną  a  elektrodą  pomocniczą  co  powoduje  podwyŜszenie
temperatury  i  ciśnienia  par  rtęci  w  jarzniku  zmniejszając  opór  przestrzeni  między
elektrodami  głównymi.  Dopiero  po  kilkudziesięciu  sekundach  rozpoczyna  się
wyładowanie  pomiędzy  elektrodami  głównymi.  Lampy  rtęciowe  wysokopręŜne  pełną
skuteczność świetlną uzyskują po czasie 1

4 minut. Dławik w układzie zasilania lampy

rtęciowej  pełni  rolę  stabilizatora  prądu.  Odmianą  tego  typu  lam  są  równieŜ  lampy
sodowe.  Osiągają  one  skuteczność  świetlną  ponad  100  lm/W,  trwałość  ok.  24000  h.
Moce  lamp  sodowych  produkowanych  w  Polsce  wynoszą  150

400 W. Lampy rtęciowe

stosowane są do oświetlenia pomieszczeń przemysłowych o wysokości powyŜej 8 m,
pomieszczeń nieprzemysłowych takich jak hale sportowe, dworce kolejowe itp. oraz do
oświetlenia zewnętrznego. Lampy sodowe stosowane są do oświetlenia zewnętrznego.

−

Lampy  o  świetle  mieszanym  (rtęciowo-Ŝarowe,  łukowe)  –  wykorzystują  dwa  zjawiska
fizyczne:  świecenie  gazu  pod  wpływem  wyładowań  i  ciał  stałych  pod  wpływem
temperatury.  Skuteczność  świetlna  lamp  rtęciowo-Ŝarowych  wynosi  18

25 lm/W

a trwałość ok. 3000 h. Moce produkowanych w Polsce lamp rtęciowo-Ŝarowych 160, 250
i 450 W. Lampy rtęciowo-Ŝarowe stosuje się do oświetlenia pomieszczeń przemysłowych
o wysokości powyŜej 8 m, pomieszczeń nieprzemysłowych takich jak hale sportowe,
dworce kolejowe itp. oraz do oświetlenia zewnętrznego.

Oznaczenia znamionowe odbiorników energii elektrycznej

Tabliczka metalowa lub z tworzywa umieszczona na odbiornikach elektrycznych

informująca o podstawowych parametrach uŜytkowania. Najczęściej zawiera:

−

Typ i model urządzenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

Rok produkcji i serię.

−

Moc znamionową [Pn] określoną w [W] (w watach) lub w [kW] (kilowatach).

−

Napięcie znamionowe [Un] podane w [V] (woltach).

−

Prąd znamionowy [In].

−

Częstotliwość prądu do której dostosowany jest odbiornik określoną w [ Hz] (hercach).

−

Symbole znaków bezpieczeństwa i certyfikatów.

Przykładowy wygląd tabliczki znamionowej wentylatora:

SANICO  XS40C2
40 cm Wentylator
230 V~
   50 Hz     60 W

Serial No 342S345 234
Made in P.R.C.

Rys. 3. Tabliczka znamionowa [opracowanie

własne]

Oznacza:

−

SANICO XS40C2 – nazwa i symbol wyrobu – wentylator – średnica śmigła wentylatora
40 cm,

−

230 V ~ napięcie znamionowe instalacji, do której moŜe być podłączony wentylator,

−

~ oznacza prąd zmienny,

−

50 Hz – częstotliwość prądu elektrycznego w instalacji, do której moŜe być podłączony,

−

60 W – moc elektryczna znamionowa wentylatora,

−

zgodność z normami europejskimi,

−

podwójna izolacja – nie wymaga podłączenia do gniazda ze stykiem

ochronnym,

−

numer seryjny,

−

kraj produkcji.

Podstawowe zabezpieczenia odbiorników energii elektrycznej

PrzeciąŜenie – jak sama nazwa wskazuje – jest stanem pracy instalacji, w której pracuje

ona  pod  obciąŜeniem  większym  niŜ  to,  do  którego  została  zaprojektowana.  Prąd  zwarciowy
płynący  w  obwodzie  zwarciowym  jest  na  ogół  (poza  przypadkiem  zwarć  jednofazowych
w sieciach izolowanych i kompensowanych) wielokrotnie większy od prądu roboczego.

Prądy przeciąŜeniowe i zwarciowe powodują nadmierne nagrzewanie urządzeń efektem

czego jest przyśpieszone ich zuŜywanie i niszczenie urządzeń, a w najbardziej niekorzystnych
przypadkach  równieŜ  poŜar.  Podstawowe  zabezpieczenie  urządzeń  i  przewodów  przed
nadmiernym nagrzaniem powodowanym prądami przeciąŜeniowymi i zwarciowymi realizuje
się  przez  zastosowanie  bezpieczników,  wyłączników  instalacyjnych  nadmiarowo-prądowych
wkrętowych  lub  dźwigienkowych.  Ponadto  stosujemy  wyłączniki  róŜnicowoprądowe,  które

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

potrafią wykryć, Ŝe energia elektryczna płynie poza obwodem – na przykład przez ludzkie
ciało, gdy dojdzie do poraŜenia i automatycznie odłączają napięcie.

Najprostszym zabezpieczeniem przeciąŜeniowo-zwarciowym są bezpieczniki topikowe.

Są one najpowszechniejszym zabezpieczeniem w instalacjach elektrycznych wykonanych na
podstawie dawniejszych przepisów. Pełnią funkcję dodatkowego środka ochrony przed
poraŜeniem prądem przez dostatecznie szybkie wyłączenie uszkodzonego urządzenia.

Wartość natęŜenia prądu znamionowego, wkładki bezpiecznika wybita jest na metalowej
stopce bezpiecznika

(dodatkowo określa ją kolor oczka na metalowej stopce):

−

zielony – 6 A,

−

czerwony – 10 A,

−

szary – 16 A,

−

niebieski – 20 A,

−

ółty – 25 A.

Podobną rolę co bezpieczniki topikowe spełniają instalacyjne wyłączniki nadprądowe

(nadmiarowo-prądowe),  które  są  zabezpieczeniami  wielokrotnego  uŜytku.  Zadziałanie  tego
wyłącznika  i  wyłączenie  napięcia  w  chronionym  obwodzie  powodowane  jest  przez
wyzwalacz  bimetalowy  i  elektromagnetyczny  po  przekroczeniu  znamionowego  natęŜenia
prądu. Wyłączniki nadprądowe charakteryzują się większą czułością (szybkością zadziałania)
niŜ bezpieczniki topikowe. Wyłączniki nadprądowe nowej generacji produkowane są w trzech
wersjach:  typu  B  są  przeznaczone  do  zabezpieczania  przewodów  i odbiorników  instalacji
oświetlenia,  gniazd  wtyczkowych  i  sterowania;  typu  C  słuŜą  do  zabezpieczenia  obwodów
z odbiornikami  o  duŜych  prądach  rozruchowych  (silniki  i  transformatory);  typu  D  –  do
zabezpieczania obwodów z silnikami o duŜych mocach.

Nowoczesnym i skutecznym zabezpieczeniem przed poraŜeniem prądem elektrycznym

(przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim) w instalacjach są wyłączniki róŜnicowoprądowe.
Ich  działanie  polega  na  ciągłym  porównywaniu  natęŜenia  prądu  wpływającego
i wypływającego z instalacji. Zarejestrowanie róŜnicy (np. na skutek upływu prądu do ziemi
przez  uszkodzoną  lub  zawilgoconą  instalację  lub  przez  ciało  człowieka)  powoduje
natychmiastowe przerwanie obwodu w tak krótkim czasie, Ŝe nie spowoduje to śmiertelnego
zagroŜenia  poraŜeniem  prądem.  Zgodnie  z  przepisami  obwody  gniazd  wtyczkowych  naleŜy
zabezpieczać wyłącznikami róŜnicowoprądowym o znamionowym prądzie wyzwalającym nie
większym  niŜ  30  mA.  Inne  obwody  odbiorcze  zaleca  się  zabezpieczać  wysokoczułymi
wyłącznikami o odpowiednio dobranym znamionowym prądzie zadziałania nie większym niŜ
30 mA, np. dla obwodów gniazd wtyczkowych w łazienkach – 10 mA.

Podczas pracy urządzeń elektrycznych mogą pojawiać się przepięcia spowodowane

wyładowaniami  atmosferycznymi,  zakłóceniami  w  pracy  transformatora  lub  generowane  do
sieci przez inne urządzenia o duŜej indukcyjności podczas procesów łączeniowych. Ochronę
przed  przepięciami  stanowią  ograniczniki  przepięć.  Typową  ochronę  przed  przepięciami
atmosferycznymi  stanowią  odgromniki  lub  iskierniki  ochronne.  Główną  ochronę  urządzeń
przed  przepięciami  stanowią  warystory.  Warystory  są  elementami  półprzewodnikowymi
o nieliniowej  charakterystyce  prądowo-napięciowej,  których  rezystancja  silnie  zaleŜy  od
doprowadzonego  do  nich  napięcia.  Gdy  napięcie  przekroczy  wartość,  charakterystyczną  dla
danego typu warystora, jego  rezystancja szybko  maleje, z początkowych  setek kiloomów do
zaledwie  kilkunastu.  Dzięki  temu,  płynie  przez  niego  duŜy  prąd  powodujący  przepalenie
(wyłączenie  się)  bezpiecznika  a  zarazem  wyłączenie  urządzenia,  gdy  warystor  pracuje  jako
zabezpieczenie przeciwprzepięciowe, a więc połączony jest równolegle ze źródłem napięcia.
W  trakcie  pracy  jako  odgromnik  (połączenie  szeregowe  pomiędzy  piorunochronem
a uziemieniem) jego mała rezystancja, wywołana ogromnym napięciem pioruna, pozwala na
swobodny przepływ prądu do ziemi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Osprzęt elektryczny

Przewody elektryczne są to elementy obwodu elektrycznego (części składowe instalacji),

słuŜące do przewodzenia prądu elektrycznego wzdłuŜ określonej drogi. Mimo duŜej
róŜnorodności przewodów elektrycznych moŜna stwierdzić, Ŝe kaŜdy z nich wyposaŜony jest
zawsze w dobry przewodnik prądu elektrycznego, który nazywany jest Ŝyłą.

yły przewodów wykonuje się w postaci pojedynczych drutów albo przewodów

wielodrutowych (linek). Materiałem do ich budowy jest zwykle miedź, aluminium lub
niekiedy stal. Najlepszym przewodnikiem prądu jest miedź – ma ona duŜą konduktywność

(około 57 m/

Ω

) i jest wytrzymała pod względem mechanicznym. Aluminium jest nieco

tańszym, ale za to gorszym przewodnikiem prądu – ma mniejszą konduktywność (około
35 m/

Ω

), mniejszą wytrzymałość mechaniczną, a pod wpływem sił ściskających zmienia

swój kształt.

Izolacja Ŝyły ma za zadanie oddzielać Ŝyły przewodu od siebie, tak aby nie mogły się ze

sobą  stykać.  Ma  równieŜ  osłaniać  Ŝyłę  przed  wpływem  wilgoci  i  działaniem  środków
chemicznych,  a  człowieka  powinna  chronić  przed  poraŜeniem  prądem  elektrycznym.
Wykonywana  jest  głównie  z  tworzyw  sztucznych  (polwinitu  albo  polietylenu  sieciowanego)
lub teŜ z róŜnych gatunków gumy. Izolację stanowić moŜe równieŜ lakier (np. dla przewodów
nawojowych) albo papier nasycony olejem mineralnym (w przypadku kabli).

Wymaga się, aby właściwości dielektryczne izolacji były zachowane w róŜnych

warunkach środowiska i w czasie wieloletniego uŜytkowania.

Rys. 4. Fragment przewodu elektrycznego [opracowanie

własne]

1 – Ŝyła jednodrutowa, 2 – izolacja

Poszczególne rodzaje przewodów elektrycznych róŜnią się między sobą nie tylko

materiałem, z którego wykonano Ŝyłę lub izolację, ale równieŜ budową całego przewodu
(mogą mieć róŜne warstwy ochronne, takie jak powłoka, pancerz czy odzieŜ) oraz jego
przeznaczeniem. Ze względu na budowę przewody elektryczne mogą być:

−

jednoŜyłowe,

−

wieloŜyłowe,

−

o róŜnym materiale izolacyjnym,

−

bez izolacji (gołe),

−

ekranowane lub zbrojone,

−

do układania na stałe (nie zmieniają połoŜenia po ich ułoŜeniu i nie muszą być giętkie),

−

do odbiorników ruchomych i przenośnych (muszą być giętkie i mają Ŝyły wielodrutowe),

−

parowe (np. dwuparowe) lub czwórkowe.

Rys. 5. Przewód trójŜyłowy okrągły (YDY) [opracowanie

własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 6. Przewód trójŜyłowy płaski (YDYp) [opracowanie

własne]

Rys. 7. Przewód trójŜyłowy wtynkowy (YDYt) [opracowanie

własne]

Ze względu na zastosowanie przewody elektryczne dzielą się na:

−

elektroenergetyczne instalacyjne na napięcie do 1 kV (jedno-, dwu-, trzy-, cztero-,
pięcioŜyłowe),

−

elektroenergetyczne instalacyjne na napięcie powyŜej 1 kV,

−

elektroenergetyczne napowietrzne gołe i izolowane (np. do wykonywania przyłączy
napowietrznych),

−

szynowe, czyli tzw. szynoprzewody (sztywne przewody o znacznych przekrojach,
stosowane głównie w instalacjach przemysłowych),

−

kable elektroenergetyczne (przeznaczone do układania w ziemi, kanałach, tunelach oraz
na róŜnych konstrukcjach wewnątrz i na zewnątrz pomieszczeń),

−

sterownicze (stosowane w układach sterowania),

−

sygnalizacyjno-pomiarowe,

−

telekomunikacyjne,

−

komputerowe,

−

nawojowe,

−

specjalne (np. samochodowe, lotnicze, górnicze),

−

specjalne do nowoczesnych „inteligentnych instalacji”.

Rodzaje instalacji

−

Instalacje elektryczne moŜna podzielić na dwie zasadnicze grupy:

−

instalacje w budownictwie ogólnym,

−

instalacje przemysłowe.
Ze względu na rodzaj odbiorników instalacje dzieli się na:

−

oświetleniowe (zasilające źródła światła a takŜe silniki sprzętu domowego),

−

siłowe (zasilające silniki trójfazowe i grzejniki).
Istotne elementy instalacji elektrycznych to:

−

przewody,

−

osprzęt instalacyjny,

−

rozdzielnice,

−

urządzenia automatyki (np. SZR – samoczynne załączenie rezerwy).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W instalacjach mieszkaniowych rozróŜnia się dodatkowo elementy:

−

przyłącze,

−

złącze,

−

wewnętrzna linia zasilająca (WLZ),

−

instalacja odbiorcza.

Osprzęt instalacyjny

Osprzętem instalacyjnym są urządzenia stanowiące wyposaŜenie instalacji. Do osprzętu

zalicza się:

−

rury instalacyjne,

−

elementy konstrukcyjne instalacji prefabrykowanych,

−

łączniki instalacyjne,

−

gniazda,

−

odgałęźniki (puszki instalacyjne),

−

bezpieczniki,

−

oprawy oświetleniowe.
Odgałęźniki (puszki instalacyjne) stosowane są do łączenia przewodów instalacyjnych

oraz do tworzenia odgałęzień, wykonywane są z melaminy, bakelitu lub polwinitu. W puszce
instalacyjnej  umieszcza  się  porcelanowy  lub  plastikowy  pierścień  z  zaciskami,  do  którego
przykręca  się  Ŝyły  przewodów.  Przewody  te  wprowadzane  są  do  puszki  po  wyłamaniu
okrągłych  otworów  w  bocznej  ściance.  Złączki  stosuje  się  do  przyłączenia  przewodów  do
tablic, opraw i aparatów elektrycznych. Rodzaje złączek:

−

złączki przewodowe gwintowe,

−

złączki gwintowo-zaciskowe,

−

listwy zaciskowe,

−

zaciski tablicowe,

−

zaciski instalacyjne.
Układy sterowania to układy, które umoŜliwiają bezpieczne załączanie, a takŜe

sterowanie pracą maszyn i urządzeń, np. silników. W schematach połączeń układów
sterowania pracą maszyn i urządzeń elektrycznych moŜna wydzielić:

−

obwody główne (siłowe),

−

obwody pomocnicze (sterowania i sygnalizacji).

W obwodach pomocniczych wykorzystuje się właściwości aparatów elektrycznych, które

pobierając stosunkowo niewielką moc w stosunku do urządzenia pozwalają efektywnie
i bezpiecznie eksploatować to urządzenie. W obwodzie głównym umieszczone są aparaty
zabezpieczające przed skutkami:

−

przeciąŜenia,

−

zwarcia.

W schematach układów sterowania moŜna wyróŜnić elementy pełniące funkcję blokad

elektrycznych, co uniemoŜliwia samoczynne załączenie się urządzenia po zaniku napięcia lub
wykonywanie  przez  urządzenie  jednocześnie  dwóch  funkcji,  wzajemnie  się  wykluczających
(np.  silnik  nie  moŜe  jednocześnie  wykonywać  obrotów  w  dwóch  kierunkach)  Blokada
elektryczna  uniemoŜliwia  taką  próbę  przypadkowego  załączenia  i  wystąpienie  zwarcia.
Ponadto  w  układach  umieszcza  się  elementy  pełniące  funkcje  sygnalizacyjne.  Nie  mają  one
wpływu na działanie układu, ale informują o jego poprawnym działaniu lub zwracają uwagę
obsługi na niewłaściwe działanie urządzenia, dając sygnał świetlny lub akustyczny. Łączniki
występujące  w  układach  sterowania  maszyn  i  urządzeń  ze  względu  na  zadania  spełniane
w układzie, moŜna podzielić na:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

izolacyjne

−

manewrowe,

−

zabezpieczeniowe,

−

łączniki o zadaniach złoŜonych.
Z uwagi na zdolność łączeniową łączniki dzieli się na:

−

odłączniki,

−

wyłączniki,

−

rozłączniki,

−

przełączniki,

−

łączniki pomocnicze,

−

bezpieczniki.
Odłączniki (odcinacze), pełniące funkcję łączników izolacyjnych – w stanie otwartym

zapewniają bezpieczną przerwę izolacyjną; są to aparaty słuŜące do zamykania i otwierania
obwodu elektrycznego w stanie bezprądowym.

Wyłączniki mają za zadanie wyłączyć prąd roboczy i zwarciowy. Mogą równieŜ

zabezpieczać obwód przed przeciąŜeniem i zanikiem napięcia. Wówczas są wyposaŜone
w wyzwalacze (przekaźniki) cieplne (bimetalowy) lub elektromagnesowe.

Rozłączniki są przeznaczone do długotrwałego przewodzenia i wyłączania określonych

prądów roboczych i prądów zakłóceniowych (umownie są to prądy nie przekraczające
10-krotnej wartości prądu znamionowego ciągłego).

Styczniki są łącznikami elektromagnetycznymi, naleŜą do grupy rozłączników. SłuŜą do

przewodzenia prądów roboczych nie większych niŜ prąd znamionowy.

Przełączniki (zestawy łączeniowe) zawierają róŜne łączniki, na przykład styczniki,

bezpieczniki, łączniki pomocnicze. Ich zastosowanie umoŜliwia realizację sterowania pracą
silnika

Łączniki pomocnicze (przyciski) – są wykonywane z mechaniczną zapadką – ich zestyki

pozostają w połoŜeniu wymuszonym po ustaniu siły powodującej załączenie oraz bez zapadki
– po zwolnieniu nacisku powracają do połoŜenia pierwotnego.

Ze względu na zadania spełniane w układzie, łączniki moŜna podzielić na:

−

izolacyjne,

−

manewrowe,

−

zabezpieczeniowe.
Na schematach stosuje się oznaczenia literowe urządzeń. W układach sterowania będą

występowały m.in. niŜej wymienione oznaczenia:

−

F: urządzenia zabezpieczające nadprądowe,

−

H: urządzenia sygnalizacyjne (np. lampki sygnalizacyjne),

−

K: przekaźniki, styczniki (główne i pomocnicze),

−

M: silniki elektryczne (jedno- i trójfazowe oraz prądu stałego),

−

Q: łączniki silnoprądowe (w głównych obwodach prądowych),

−

S: łączniki sterownicze (przyciski, łączniki wybierakowe),

−

T: transformatory (sieciowe, separacyjne i sterownicze),

−

W: tory przesyłowe (np. przewody),

−

X: zaciski (listwy zaciskowe, wtyki, gniazda).
Cyfra przy oznaczeniu literowym oznacza kolejny numer aparatu danego rodzaju

w układzie, na przykład zapis S3 oznacza, Ŝe jest to trzeci przycisk sterowniczy w tym
układzie. Symbole graficzne stosowane w schematach dla wszystkich rodzajów łączników
określa norma

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Połączenia układów sterowania mogą być przedstawione w postaci schematów:

−

strukturalnych, które przedstawiają poglądowo układ lecz nie pokazują wszystkich
połączeń między elementami,

−

schematów  funkcjonalnych  (ideowych)  uproszczonych  lub  rozwiniętych;  schemat
funkcjonalny uproszczony daje informację o liczbie elementów i ich usytuowaniu, ale nie
wynika  z  niego  w sposób  bezpośredni  działanie  układu;  schemat  ideowy  rozwinięty
umoŜliwia analizę działania układu, określenie rodzaju i liczby elementów układu, ale nie
informuje  o  ich  rozmieszczeniu  w  skrzynce  sterowniczej  lub  na  płycie  montaŜowej,
schematów  montaŜowych,  na  których  są  zaznaczone  wszystkie  wewnętrzne  połączenia
z podaniem informacji w postaci adresów na końcach przewodów i oznaczeń wszystkich
zacisków.

Dobór zabezpieczeń silników

Zabezpieczenia stosuje się dla ochrony silników od skutków:

−

zwarć w uzwojeniach i doprowadzeniach,

−

przeciąŜeń, powodujących niedopuszczalne nagrzewanie się uzwojeń silnika,

−

znacznego obniŜenia lub zaniku napięcia i jego powrotu.
Zabezpieczeniem silnika przed skutkami zwarcia są bezpieczniki topikowe i wyłączniki

instalacyjne. Zabezpieczenia zwarciowe umieszcza się w kaŜdej fazie układu trójfazowego.

Wkładki topikowe bezpieczników naleŜy dobrać tak, aby nie topiły się podczas rozruchu,

kiedy prąd (przy bezpośrednim rozruchu) moŜe być nawet 8-krotnie większy od prądu
znamionowego silnika.

Zabezpieczenie silnika przed przeciąŜeniem moŜna realizować za pomocą wyłącznika

silnikowego. Zabezpieczenie nadmiarowe kaŜdej fazy silnika w wyłączniku silnikowym
trójbiegunowym pełni wyzwalacz termiczny (bimetalowy). Przy przepływie prądu większego
od nastawionego na wyzwalaczu odginają się elementy bimetalowe, co powoduje zadziałanie
zamka i przerwę we wszystkich torach prądowych.

ZagroŜenia występujące podczas pracy i eksploatacji maszyn i urządzeń elektrycznych

Podczas eksploatacji urządzeń elektrycznych mogą wystąpić róŜnorodne zagroŜenia

w zaleŜności od rodzaju, budowy i zainstalowania urządzenia. Do zagroŜeń, na jakie moŜe
być naraŜona osoba eksploatująca urządzenie, zalicza się:

−

poraŜenie prądem elektrycznym – maszyny i urządzenia podczas pracy są pod napięciem,

−

poparzenie – wysoka temperatura pracy urządzeń grzejnych i źródeł światła, łuk
elektryczny, który moŜe wystąpić na zestykach łączników, eksplozja bezpieczników,
przegrzanie i zapalenie się izolacji z materiałów łatwopalnych,

−

uszkodzenie mechaniczne ciała w wyniku zetknięcia się z częściami wirującymi
(wentylatory, silniki napędowe),

−

nadmierne szumy – uszkodzenie słuchu na skutek nadmiernego hałasu,

−

szkodliwe substancje lotne – zatrucia substancjami lotnymi wydzielającymi się na skutek
przegrzania izolacji.
KaŜde urządzenie elektryczne powinno być zaprojektowane i zainstalowane zgodnie

z przepisami budowy urządzeń elektrycznych. Powinno teŜ być prawidłowo eksploatowane
a osoba eksploatująca urządzanie powinna mieć świadomość wystąpienia zagroŜeń.

Podstawowe elementy elektroniczne

Oporniki

Oporniki moŜemy podzielić w zaleŜności od:

−

cech funkcjonalnych na m.in.: rezystory i potencjometry,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

charakterystyki prądowo-napięciowej, na: liniowe i nieliniowe,

−

stosowanego materiału oporowego, na: drutowe, warstwowe i objętościowe.
Oporniki liniowe w normalnych warunkach pracy charakteryzują się proporcjonalną

zaleŜnością napięcia od prądu, tzn. spełniają prawo Ohma. Symbol graficzny stałego opornika
liniowego pokazano na rys. 8.

Rys. 8. Symbol graficzny rezystora [opracowanie

własne]

Oporniki drutowe (symbol: RDL) są wykonane z drutu stopowego nawiniętego na

ceramiczny wałek. W opornikach warstwowych (symbol: MŁT, AF, ML, RMG, AT, OWZ),
materiał  rezystywny  jest  umieszczany  na  podłoŜu  w  postaci  węgla  lub  metalu.  Oporniki
węglowe  OWZ  stosuje  się  w  układach  w.  cz.  (do  1  GHz)  o  niewielkiej  mocy  (do  1  W).  Do
budowy  oporników  objętościowych,  w  których  prąd  płynie  całą  objętością  opornika,  stosuje
się  organiczne  lub  nieorganiczne  materiały  oporowe.  Są  one  głównie  stosowane  w  sprzęcie
profesjonalnym, gdzie wytrzymują duŜe obciąŜenia prądowe i mocy.
Oporniki zmienne – potencjometry

W układach elektronicznych, oprócz oporników stałych, stosuje się oporniki zmienne

zwane potencjometrami, w których wartość rezystancji zaleŜy od połoŜenia pokrętła
(ruchomego ślizgacza). W zaleŜności od zastosowania, potencjometry dzieli się na:

−

regulacyjne, słuŜące do regulacji parametrów urządzenia w czasie jego pracy,

−

dostrojcze (zwane montaŜowymi lub nastawczymi), słuŜące do ustalania warunków pracy
układu w czasie jego uruchamiania, strojenia lub naprawy.

Rys. 9. Symbole graficzne potencjometrów: a) regulacyjnych, b) dostrojczych [16, s. 245]

Ze względu na sposób regulowania potencjometry dzieli się na:

−

obrotowe: regulowane osią obrotową lub wkrętakiem,

−

suwakowe: regulowane przesuwem suwaka w linii prostej.

Kondensatory

Kondensatory moŜna podzielić, w zaleŜności od ich przeznaczenia na:

−

stałe (o stałej pojemności),

−

zmienne (o zmiennej pojemności),

−

biegunowe zwane polarnymi (przeznaczone do pracy przy jednym określonym kierunku
doprowadzonego napięcia stałego).
Ze względu na rodzaj zastosowanego dielektryka kondensatory dzielimy, na:

−

powietrzne (brak dielektryka),

−

mikowe,

−

ceramiczne,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

z tworzyw sztucznych,

−

elektrolityczne.

Cewki indukcyjne

Cewka indukcyjna, będąca dwójnikiem elektrycznym w postaci zwojnicy, składa się

z uzwojenia, korpusu oraz rdzenia (magnetowodu). MoŜliwe symbole graficzne cewek
przedstawiono na rys. 10.

Rys. 10. Symbole graficzne cewek indukcyjnych [źródło www.cyfronika.com.pl

Cewki są stosowane jako elementy sprzęgające oraz jako dławiki w układach wielkiej lub

małej częstotliwości.
Dławiki

Dławik jest to cewka nieprzestrajana z rdzeniem ferromagnetycznym o nieliniowej

charakterystyce magnesowania rdzenia. Jest to element, którego zadaniem jest eliminowanie
lub tłumienie składowej zmiennej sygnału w obwodzie. Zwykle współpracuje on
z kondensatorami. W zaleŜności od częstotliwości pracy, wyróŜniamy dławiki małej
i wielkiej częstotliwości. Dławiki wykonuje się z cieńszego drutu niŜ cewki indukcyjne (ich
ś

rednica wynosi od 0,05 do 0,1 mm), gdyŜ ich rezystancja odgrywa drugorzędną rolę.

Diody półprzewodnikowa

Działanie diody jest bardzo proste – przewodzi ona prąd tylko w jednym kierunku. Jeśli

potencjał anody jest większy od potencjału katody dioda przewodzi prąd. W przeciwnym
przypadku nie. Działa jak jednokierunkowy zawór – przepuszcza tylko w jedną stronę.

Teoretycznie, kiedy dioda przewodzi (czyli potencjał anody jest większy od potencjału

katody), stanowi ona zwarcie, ale w praktyce występuje na niej spadek napięcia – ok. ~1 V.
RównieŜ  w  kierunku  zaporowym  (odwrotnie  spolaryzowana  dioda  –  wyŜszy  potencjał
katody)  teoretycznie  prąd  nie  powinien  płynąć,  jednak  pojawia  się  znikomo  mały  prąd
wsteczny.  Napięcie  na  diodzie  w  tym  stanie  jest  równe  napięciu  zasilania.  Przy  duŜych
napięciach  rzędu  100,  200  V  i  większych  –  napięcie  na  diodzie  podczas  przewodzenia  jest
pomijalne. Analogicznie pomija się równieŜ stosunkowo niewielki prąd wsteczny.

Rys. 11. Symbole graficzny diody półprzewodnikowej [opracowanie

własne]

Tranzystor

Trójelektrodowy półprzewodnikowy to element elektroniczny posiadający zdolność

wzmacniania  sygnału  elektrycznego.  Według  oficjalnej  dokumentacji  z  Laboratorium  Bella
nazwa  urządzenia  wywodzi  się  od  słów  transkonduktancja  (transconductance)  i  warystor
(varistor),  jako  Ŝe  „element  logicznie  naleŜy  do  rodziny  warystorów  i  posiada

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

transkonduktancję typową dla elementu z współczynnikiem wzmocnienia co czyni taką
nazwę opisową”.

WyróŜnia się dwie główne grupy tranzystorów, róŜniące się zasadniczo zasadą działania.
Tranzystory bipolarne, w których prąd wyjściowy jest funkcją prądu wejściowego

(sterowanie prądowe). Tranzystor bipolarny – tranzystor, który zbudowany jest z trzech
warstw półprzewodników o róŜnym rodzaju przewodnictwa, tworzących dwa złącza PN;
sposób polaryzacji złącz determinuje stan prac tranzystora. Tranzystor posiada trzy końcówki
przyłączone do warstw półprzewodnika, nazywane:

−

emiter (ozn. E),

−

baza (ozn. B),

−

kolektor (ozn. C).
Ze względu na kolejność warstw półprzewodnika rozróŜnia się dwa typy tranzystorów:

PNP  oraz  NPN;  w  tranzystorach  NPN  nośnikiem  prądu  są  elektrony,  w  tranzystorach  PNP
dziury.  Dziura  elektronowa  w  pasmowej  teorii  przewodnictwa  jest  to  brak  elektronu
w  pełnym  paśmie  walencyjnym.  Pojęcie  to  występuje  w  opisie  przewodnictwa  izolatorów
i  półprzewodników.  Nazwa  pochodzi  stąd,  Ŝe  gdy  w  paśmie  walencyjnym  brakuje
pojedynczego elektronu, to występująca dziura zachowuje się niczym dodatni nośnik ładunku
elektrycznego.

Rys. 12. Symbole graficzny tranzystora bipolarnego [źródło http://pl.wikipedia.org]

Tranzystory unipolarne (tranzystory polowe), w których prąd wyjściowy jest funkcją

napięcia (sterowanie napięciowe).

Tranzystor ze względu na swoje właściwości wzmacniające znajduje bardzo szerokie

zastosowanie.  Jest  oczywiście  wykorzystywany  do  budowy  wzmacniaczy  róŜnego  rodzaju:
róŜnicowych,  operacyjnych,  mocy  (akustycznych),  selektywnych,  pasmowych.  Jest
kluczowym  elementem  w  konstrukcji  wielu  układów  elektronicznych,  takich  jak:  źródła
prądowe,  lustra  prądowe,  stabilizatory,  przesuwniki  napięcia,  klucze  elektroniczne,
przerzutniki czy generatory. PoniewaŜ tranzystor moŜe pełnić funkcję klucza elektronicznego,
z tranzystorów buduje się takŜe bramki logiczne realizujące podstawowe funkcje boolowskie,
co  stało  się  motorem  do  bardzo  dynamicznego  rozwoju  techniki  cyfrowej  w  ostatnich
kilkudziesięciu  latach.  Tranzystory  są  takŜe  podstawowym  budulcem  wszelkiego  rodzaju
pamięci  półprzewodnikowych  (RAM,  ROM  itp.).  Dzięki  rozwojowi  technologii  oraz  ze
względów  ekonomicznych  większość  wymienionych  wyŜej  układów  tranzystorowych
realizuje  się  w  postaci  układów  scalonych.  Co  więcej,  niektórych  układów,  jak  np.
mikroprocesorów  liczących  sobie  miliony  tranzystorów,  nie  sposób  byłoby  wykonać  bez
technologii scalania.

Układy prostownicze

Prostowniki to układy elektroniczne przekształcające prąd zmienny, najczęściej

sinusoidalnie zmienny na prąd stały. W prostownikach wykorzystuje się zdolność do

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

jednokierunkowego przewodzenia prądu przez elementy najczęściej półprzewodnikowe.
WyróŜnia się prostowniki:

−

niesterowalne (do budowy tych prostowników stosowane są diody wykorzystujące
zdolność jednokierunkowego przepływu prądu przez złącze P-N),

−

sterowane (do budowy stosowane są tyrystory).
Parametry opisujące prostowniki:

−

wartość średnia napięcia wyprostowanego U

−

wartość skuteczna napięcia wyprostowanego U

−

współczynnik tętnień: k

−

sprawność prostownika: η

Sprawność prostowania w prostownikach jednofazowych jest niska, poniewaŜ prąd

płynie przez połowę okresu. Lepsze parametry moŜna uzyskać stosując: prostowniki
dwupołówkowe

wielofazowe;

wyposaŜając

prostowniki

filtry.

Prostowniki

dwupołówkowe z dwoma diodami – przez cały okres niezaleŜnie do tego, która z diod
znajduje się w stanie przewodzenia, prąd płynie przez rezystor w tym samym kierunku.

Zalety: mniejszy współczynnik tętnień, dwukrotnie wyŜsza sprawność prostowania.
Wady: konieczność stosowania specjalnego transformatora występowanie na diodzie

nieprzewodzącej podwójnej wartości napięcia wejściowego.

Wad tych moŜna uniknąć, stosując prostownik dwupołówkowy z czterema diodami.

Układy m-fazowe – pracują symetrycznie. KaŜda z diod przewodzi impuls prądu stanowiący
wierzchołek  sinusoidy  o  czasie  trwania  równym  1/m  części  okresu.  Układ  trójfazowy
jednopołówkowy  charakteryzuje  się  niskim  współczynnikiem  tętnień  oraz  wysoką
sprawnością  prostowania.  MoŜe  być  zasilany  z  typowego  transformatora  połączonego
w  gwiazdę  z  przewodem  zerowym.  Układ  trójfazowy  trójprzewodowy  –  moŜna  uŜyć
prostownika  złoŜonego  z  6  diod.  Zmniejszenie  współczynnika  tętnień  jest  moŜliwe  przez
przyłączenie  do  wyjścia  prostownika  układu  filtracyjnego.  Najprostszym  filtrem  jest
kondensator o pojemności C, dołączony równolegle do obciąŜenia o rezystancji R. W czasie
gdy napięcie zasilania przewyŜsza napięcie kondensatora następuje ładowanie kondensatora.
Gdy  napięcie  zasilania  zmniejsza  się,  kondensator  zaczyna  się  rozładowywać.  Prostowniki
z  pojemnościową  filtracją  napięcia  charakteryzuje  silna  zmienność  prądu  przy  zmianie
obciąŜenia.  Filtry  pojemnościowe  moŜna  stosować  jedynie  dla  prostowników  małej  mocy.
W prostownikach większej mocy stosuje się filtry LC.

Podstawowe właściwości i parametry wzmacniaczy

Podstawową funkcją wzmacniacza jest wzmocnienie sygnału, przy zachowaniu

niezmienionego  jego  kształtu.  Wzmocnienie  to  odbywa  się  kosztem  energii  doprowadzonej
z pomocniczego źródła napięcia stałego. W związku z tym, w kaŜdym wzmacniaczu wyróŜnia
się  dwa  zasadnicze  obwody:  obwód  sygnału  i  zasilania.  Obwód  zasilania  stwarza  właściwe
warunki dla wzmocnienia sygnału, natomiast obwód sygnału jest związany z przenoszeniem
sygnału  przez  wzmacniacz.  Dla  wzmacnianego  sygnału  wzmacniacz  jest  czwórnikiem  do
którego  zacisków  wejściowych  dołączono  źródło  sygnału,  a  do  wyjściowych  odbiornik
sygnału.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 13. Schemat zastępczy wzmacniacza [17, s. 157]

Układy scalone

Układ scalony (ang. integrated circuit, chip, potocznie kość) – zminiaturyzowany układ

elektroniczny  zawierający  w  swym  wnętrzu  od  kilku  do  setek  milionów  podstawowych
elementów  elektronicznych,  takich  jak:  tranzystory,  diody,  rezystory,  kondensatory.  Zwykle
zamknięty  w  hermetycznej  obudowie  –  szklanej,  metalowej,  ceramicznej  lub  wykonanej
z  tworzywa  sztucznego.  Ze  względu  na  sposób  wykonania  układy  scalone  dzieli  się  na
główne grupy:

−

monolityczne, w których wszystkie elementy, zarówno elementy czynne, jak i bierne,
wykonane są w monokrystalicznej strukturze półprzewodnika,

−

hybrydowe  –  na  płytki  wykonane  z  izolatora  nanoszone  są  warstwy  przewodnika  oraz
materiału  rezystywnego,  które  następnie  są  wytrawiane,  tworząc  układ  połączeń
elektrycznych  oraz  rezystory.  Do  tak  utworzonych  połączeń  dołącza  się  indywidualne,
miniaturowe elementy elektroniczne (w tym układy monolityczne).
Ze względu na grubość warstw rozróŜnia się układy:

−

cienkowarstwowe (warstwy ok. 2 mikrometrów),

−

grubowarstwowe (warstwy od 5 do 50 mikrometrów).
Większość stosowanych obecnie układów scalonych jest wykonana w technologii

monolitycznej. Ze względu na stopień scalenia występuje podział na układy:

−

małej skali integracji (SSI – small scale of integration),

−

redniej skali integracji (MSI – medium scale of integration),

−

duŜej skali integracji (LSI – large scale of integration),

−

wielkiej skali integracji (VLSI – very large scale of integration),

−

ultrawielkiej skali integracji (ULSI – ultra large scale of integration).
PoniewaŜ w układach monolitycznych praktycznie wszystkie elementy wykonuje się jako

tranzystory, odpowiednio tylko przyłączając ich końcówki, dlatego teŜ często mówi się
o gęstości upakowania tranzystorów na mm².

W dominującej obecnie technologii wytwarzania monolitycznych układów scalonych

(technologia  CMOS)  często  uŜywanym  wskaźnikiem  technicznego  zaawansowania  procesu
oraz  gęstości  upakowania  elementów  układów  scalonych  jest  minimalna  długość  kanału
tranzystora  wyraŜona  w  mikrometrach  lub  nanometrach  –  długość  kanału  jest  nazywana
rozmiarem charakterystycznym i im jest on mniejszy, tym upakowanie tranzystorów oraz ich
szybkość działania są większe.

Sterowanie automatyczne

Zadaniem urządzeń automatycznego sterowania jest wykonywanie pewnych czynności

bez udziału obsługi. Jest to w niektórych przypadkach konieczne lub niezbędne, np. wtedy,
kiedy człowiek nie nadąŜałby z wykonaniem tych czynności ręcznie. W innych przypadkach
zastosowanie automatyki nie jest konieczne, ale jej wprowadzenie jest celowe, gdyŜ

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przyczynia się do zwiększenia wydajności pracy, podniesienia sprawności oraz
niezawodności maszyn i urządzeń.

Układy automatyki elektrycznej stosowane w urządzeniach technicznych moŜna

podzielić na dwa rodzaje:

−

układy automatycznego sterowania,

−

układy regulacji automatycznej.
RóŜnicę między automatycznym sterowaniem a automatyczną regulacją wyjaśniają

schematy blokowe. W układzie sterowania automatycznego elektryczny układ sterujący
steruje pracą danego urządzenia, zwanego obiektem sterowania. Po uruchomieniu urządzenie
pracuje samoczynnie, przy czym wszelkie zmiany parametrów pracy (np. prędkości, kierunku
wirowania itp.) przeprowadzane są automatycznie w zaleŜności od określonych czynników
(np. czasu, przebytej drogi itp.).

Rys. 14. Schematy blokowe układów: a) automatycznego sterowania

b) automatycznej regulacji [17, s. 157]

W układzie automatycznej regulacji pokazanym na rysunku 1b pracą obiektu regulacji

kieruje układ regulujący (regulator), przy czym wielkość regulowana

jest mierzona

w punkcie  B zwanym węzłem zaczepowym i doprowadzana do punktu  A, zwanego  węzłem
sumacyjnym,  znajdującym  się  na  wejściu  układu  regulacji.  Przepływ  informacji  dotyczącej
wartości  mierzonej  regulowanej  wielkości

od punktu B do punktu A tworzy tzw. pętlę

sprzęŜenia zwrotnego. W węźle sumacyjnym wartość mierzona

jest porównywana

z wartością zadaną x regulowanej wielkości. Automatyczny układ regulacji działa zawsze
w tym kierunku, aby wartość mierzona

równała się wartości zadanej x. Układy

automatycznej regulacji charakteryzują się tym, Ŝe mają jedną lub kilka pętli sprzęŜenia
zwrotnego tworzących obwody zamknięte. Z tego względu nazywamy je układami
zamkniętymi. Układy automatycznego sterowania nie mają zamkniętych sprzęŜeń zwrotnych
i noszą nazwę układów otwartych.

Sterowanie automatyczne wiąŜe się nierozłącznie z blokadą i sygnalizacją. Blokada

uniemoŜliwia  wykonanie  błędnych  czynności  sterowania.  Sygnalizacja  informuje  obsługę
o przebiegu  pracy  urządzenia.  Blokada  i  sygnalizacja  usprawniają  obsługę  i  zwiększają
bezpieczeństwo  pracy.  Elektryczne  układy  sterowania  automatycznego  moŜna  podzielić  na
dwie grupy:

−

układy sterowania stycznikowo-przekaźnikowe,

−

układy sterowania sekwencyjnego (kolejnościowego).
Układy sterowania stycznikowo-przekaźnikowe są zbudowane, jak wskazuje nazwa,

z  dwóch  podstawowych  elementów:  styczników  i  przekaźników.  Styczniki  są  elementami
wykonawczymi, które włączają w odpowiedniej  chwili obwody  robocze.  Przekaźniki sterują
pracą  styczników,  powodując  wzbudzenie  cewek  styczników  w  zaleŜności  od  określonych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

czynników – czasu, przebytej drogi, prędkości obrotowej itp. W zaleŜności od tych
czynników rozróŜnia się sterowanie w funkcji: czasu, drogi, prędkości itp.

Wszystkie elementy układu tworzą obwody elektryczne. NajwaŜniejsze znaczenie mają:

−

obwód główny – obwód łączący silnik z siecią zasilającą, nazywany równieŜ obwodem
prądu głównego,

−

obwód sterujący, zawierający cewki i styki przekaźników, styczników, przyciski,
wyłączniki krańcowe ewentualnie inną aparaturę sterowniczą.
Schematy układów sterowania automatycznego są nieraz bardzo rozbudowane.

Szczególnie złoŜony obraz przedstawia schemat rzeczywisty połączeń poszczególnych
zacisków i elementów aparatury sterującej, zwany schematem montaŜowym.

W celu moŜliwie jasnego przedstawienia obwodów sterujących rysuje się schematy

ideowe. Na schematach elektrycznych obwód główny rysuje się linią grubą, zaś obwód
sterujący linią cienką. Poszczególne elementy układu sterującego przedstawia się na tych
schematach za pomocą symboli graficznych. Symbole te rozmieszczone są na schemacie tak,
aby połączenia były jak najkrótsze, bez zbędnych krzyŜowań i załamań przewodów.
Mikroprocesory

Mikroprocesor to układ cyfrowy wykonany jako pojedynczy układ scalony o wielkim

stopniu  integracji  zdolny  do  wykonywania  operacji  cyfrowych  według  dostarczonych  mu
instrukcji.  Mikroprocesor  (w  skrócie  µP)  jest  programowalnym  cyfrowym  elektronicznym
układem,  który  łączy  w  sobie  funkcje  centralnej  jednostki  obliczeniowej  (CPU)
w  pojedynczym  półprzewodnikowym  układzie  scalonym.  Pierwszy  mikroprocesor  powstał
w  wyniku  zredukowania  rozmiaru  słowa  do  4  bitów,  tak  aby  tranzystory  tworzące  jego
obwody  logiczne  zmieściły  się  w  jednym  układzie.  Jeden  lub  więcej  mikroprocesorów
zazwyczaj  słuŜą  jako  CPU  w  systemach  komputerowych,  komputerach  wbudowanych  lub
urządzeniach przenośnych.

Mikroprocesor umoŜliwił rozwój mikrokomputerów w połowie lat 70. XX w.

dwudziestego  wieku.  Przed  tym  okresem,  elektroniczne  CPU  zazwyczaj  były  wykonywane
z  zajmujących  wiele  miejsca  indywidualnych  urządzeń  przełączających  (a  późniejszym
okresie  zintegrowanych  obwodów  o  małej  skali  integracji)  będących  zastępstwem  kilku
zaledwie  tranzystorów.  Poprzez  zintegrowanie  procesora  w  jeden  lub  kilka  obwodów
scalonych o bardzo małej skali (zawierających odpowiednik tysięcy lub milionów rozległych
tranzystorów),  stosunek  moŜliwości  do  ceny  procesora  znacząco  wzrósł.  Od  czasu  rozwoju
układów  scalonych  w  połowie  lat  70.,  mikroprocesor  stał  się  najbardziej  rozpowszechnioną
formą CPU, prawie całkowicie zastępując wszystkie inne.

Ewolucje mikroprocesora dobrze opisuje prawo Moore’a, mówiące o wzroście

wydajności  na  przestrzeni  lat.  Mówi  ono,  Ŝe  złoŜoność  układów  scalonych  (liczba
tranzystorów), przy zachowaniu minimalnego kosztu składników, będzie się podwajać co 18
miesięcy.  To  powiedzenie  wciąŜ  jest  prawdziwe  od  czasu  wczesnych  lat  70.  XX  w.  Od
skromnych  na  początku  kalkulatorów,  zaczęły  one  zwiększać  swą  moc  co  doprowadziło  do
ich  dominacji  nad  kaŜdą  inną  formą  komputera.  KaŜdy  system,  od  duŜych  systemów
komputerowych  do  najmniejszych  komputerów  podręcznych  uŜywa  mikroprocesora  jako
swego rdzenia.

W prawie kaŜdym mikroprocesorze moŜemy wyróŜnić następujące bloki

−

ALU jednostka arytmetyczno-logiczna,

−

CU układ sterowania (Control Unit),

−

Rejestry,

−

PC licznik rozkazów (Program Counter),

−

IR rejestr instrukcji (Instruction Register),

−

SP wskaźnik stosu (Stack Pointer),

−

szyna danych i szyny adresowa.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sterownik mikroprocesorowy to sterownik, którego architektura oparta jest na

mikrokontrolerze  pełniącym  kluczową  funkcję  w  jego  działaniu.  Taki  mikrokontroler  np.
MCS-51  jest  odpowiedzialny  za  operacje  numeryczne  i  logiczne  związane  ze  sterowaniem.
Przykładami  sterowników  mikroprocesorowych  są  np.  Sterownik  PLC,  Regulator  PID,
Sterownik CNC, Sterownik PAC, Sterownik PAD.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany wykonania do ćwiczeń.

W jaki sposób moŜna podzielić materiały ze względu własności przewodzące?

Jakie wartości prądu elektrycznego stałego podlegają pomiarom?

Jakie wartości prądu elektrycznego zmiennego podlegają pomiarom?

Jakie parametry charakteryzują elektryczne źródła światła?

Czym charakteryzują się poszczególne rodzaje źródeł światła?

Jakie informacje znajdują się na tabliczkach znamionowych odbiorników energii
elektrycznej?

Jakie zabezpieczenia stosuje się w odbiornikach energii elektrycznej?

Jakie rodzaje instalacji i osprzętu stosuje się w elektrotechnice?

Czym charakteryzują się poszczególne rodzaje elementów elektronicznych?

10.

Jakiego typu zagroŜenia występują podczas pracy i eksploatacji urządzeń elektrycznych?

11.

Jakiego rodzaju układy prostownicze i wzmacniacze znajdują zastosowanie w przemyśle?

12.

Na czym polega sterowanie automatyczne?

13.

Czym charakteryzują się układy scalone i mikroprocesory?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dokonaj analizy własności przewodzących trzech materiałów: aluminium, germanu i szkła.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać (korzystając z róŜnych źródeł informacji) dane dotyczące wymienionych
materiałów,

wybrać te informacje, które dotyczą własności przewodzących materiałów (wartości
konduktywności, rezystywności),

porównać uzyskane wartości,

właściwie sklasyfikować wymienione materiały,

zapisać wnioski i uzasadnić swój wybór.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu,

−

Polskie Normy,

−

zestawienia tabelaryczne właściwości materiałów,

−

katalogi,

−

zeszyt do ćwiczeń.

Ćwiczenie 2

Na podstawie oznaczeń na eksponatach określ napięcie znamionowe, moc oraz natęŜenie

prądu obciąŜenia dla pięciu wybranych źródeł światła: Ŝarówki z głównego szeregu, Ŝarówki
samochodowej, świetlówki, świetlówki kompaktowej, lampy rtęciowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wybrać po jednym źródle światła z wymienionych rodzajów,

odczytać i zapisać na kartce napięcie i moc,

zapisać zaleŜność między mocą, napięciem oraz natęŜeniem prądu,

podstawić odczytane wartości i wykonać obliczenia dla kaŜdego źródła,

wpisać jednostkę i udzielić odpowiedzi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

gablota z elektrycznymi źródłami światła,

−

kalkulator,

−

arkusze papieru A4,

−

przybory do pisania,

−

zeszyt do ćwiczeń.

Ćwiczenie 3

Rozpoznaj przewody instalacyjne zgromadzone na Twoim stanowisku pracy

na podstawie ich wyglądu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

dokonać oględzin wszystkich odcinków przewodów i omówić ich budowę,

rozpoznać przewody na podstawie ich wyglądu zewnętrznego,

podać oznaczenie literowo-cyfrowe kaŜdego rozpoznanego przewodu,

podać przeznaczenie kaŜdego rozpoznanego przewodu.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

skrzynka zawierająca odcinki róŜnych przewodów instalacyjnych (co najmniej 10
odcinków),

−

długopis,

−

zeszyt ćwiczeń.

Ćwiczenie 4

Dokonaj rozdziału aparatów przedstawionych przez nauczyciela ze względu na funkcje,

jakie pełnią w układach.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

dokonać oględzin otrzymanych aparatów,

na podstawie budowy i oznaczeń na tabliczce znamionowej określić rodzaj łącznika
i przypisać mu nazwę oraz narysować symbol,

po dokonaniu rozdziału odnaleźć w katalogu te aparaty i uzupełnić informacje zawarte na
tabliczce znamionowej,

ustalić, jaka norma dotyczy tych aparatów, zapisać nr normy,

określić funkcję aparatu w układach.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

wyłączniki, rozłączniki, styczniki, przekaźniki, przyciski,

−

katalogi,

−

normy,

−

zeszyt ćwiczeń.

Ćwiczenie 5

Rozpoznaj rodzaj połączenia elektrycznego na podstawie wyglądu zewnętrznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

obejrzeć film przedstawiający wykonywanie połączeń elektrycznych,

zapoznać się z planszami oraz rysunkami przedstawiającymi połączenia elektryczne
rozłączne i nierozłączne,

rozpoznać połączenie elektryczne na podstawie wyglądu zewnętrznego.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

połączenia elektryczne róŜnych elementów,

−

plansze oraz rysunki przedstawiające połączenia elektryczne rozłączne i nierozłączne,

−

filmy dydaktyczne z zakresu wykonywania połączeń elektrycznych,

−

zeszyt do ćwiczeń.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

dokonać podziału materiałów ze względu na funkcje, jakie pełnią
w maszynie elektrycznej?

zdefiniować konduktywność oraz rezystywność i podać ich
jednostki?

podzielić materiały ze względu na wartość konduktywności?

podzielić materiały ze względu na ich własności magnetyczne?

dobrać mierniki do pomiarów w obwodach prądu stałego?

dobrać mierniki do pomiarów w obwodach prądu zmiennego?

odczytać wartości zamieszczone na tabliczce znamionowej
urządzenia elektrycznego?

dobrać zabezpieczenie do określonej maszyny elektrycznej?

rozpoznać i scharakteryzować podstawowe elementy elektroniczne?

10)

rozpoznać schematy prostych prostowników i wzmacniaczy?

11)

określić rolę sterowania automatycznego?

12)

omówić zakres zastosowania układów scalonych oraz
mikroprocesorów?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Podstawy konstrukcji maszyn i urządzeń mechanicznych

4.2.1. Materiał nauczania

Materiałami konstrukcyjnymi nazywamy materiały inŜynierskie, które są powszechnie

wykorzystywane do budowy maszyn i urządzeń. Do materiałów konstrukcyjnych zaliczamy
metale i ich stopy, polimery, ceramikę i kompozyty.

Metale są to materiały, które w stanie stałym charakteryzują się następującymi

właściwościami:
–

dobre przewodnictwo ciepła i elektryczności,

–

połysk,

–

plastyczność.

Właściwości te wynikają z wiązania metalicznego występującego pomiędzy atomami

tworzącymi metal i budowy krystalicznej. Dzielimy je na dwie grupy: Ŝelazne i nieŜelazne
(kolorowe).

Polimery są nazywane takŜe tworzywami wielkocząsteczkowymi. Dzielą się na naturalne

i  sztuczne.  Naturalne  nazywane  biopolimerami  otrzymuje  się  poprzez  obróbkę  i  częściową
modyfikacje  surowców  naturalnych.  Sztuczne  powstają  w  wyniku  łączenia  najczęściej
wiązaniami  kowalencyjnymi  wielu  identycznych  niewielkich  ugrupowań  atomów,  zwanych
monomerami.

Ceramika są to nieorganiczne związki metali z tlenem, azotem, węglem, borem i innymi

pierwiastkami. Atomy są połączone wiązaniem jonowym i kowalencyjnym. Po zaformowaniu
materiały ceramiczne wygrzewane są w wysokich temperaturach.

Kompozyty są połączeniem dwóch lub więcej odrębnych nierozpuszczających się

w sobie faz, z których kaŜda odpowiada innemu podstawowemu materiałowi inŜynierskiemu
zapewniającymi  lepszy  zespół  własności  i  cech  strukturalnych,  od  właściwych  dla  kaŜdego
z  materiałów  składowych  oddzielnie.  Materiały  kompozytowe  znajdują  zastosowanie  m.in.
w  sprzęci  kosmicznym,  samolotach,  samochodach,  łodziach,  jachtach.  Zaprojektowana,
a  następnie  wykonana  konstrukcja  powinna  odpowiadać  wymaganiom  eksploatacyjnym,
ekonomicznym  oraz  technologicznym.  Wymagania  eksploatacyjne  obejmują  przystosowanie
konstrukcji  do  niezawodnej  realizacji  określonych  zadań,  wytrzymałość  mechaniczną
i odporność na zuŜycie,  odporność na korozyjne  działanie środowiska, zabezpieczenie przed
przeciąŜeniem itd. Wymagania ekonomiczne sprowadzają się do rentowności osiąganej dzięki
niskim  kosztom  wytwarzania  przy  wysokiej  wydajności  urządzenia  oraz  małemu  zuŜyciu
materiału.  Wymagania  technologiczne  obejmują  warunki  dotyczące  prostoty  procesów
technologicznych, łatwy montaŜ i demontaŜ oraz moŜliwość dokonywania napraw urządzenia
prostymi  sposobami.  We  wszystkich  trzech  grupach  wymagań  moŜemy  zauwaŜyć  warunki,
które bezpośrednio odnoszą się do materiału, z którego ma powstać urządzenie.

Konstruktor odpowiedzialny za prawidłowe opracowanie projektu powinien dokonać

pełnej analizy materiałów, biorąc pod uwagę ich własności mechaniczne, technologiczne,
plastyczne, cieplne, elektryczne, magnetyczne oraz chemiczne.

Własności mechaniczne są to cechy związane z wytrzymałością materiału na działanie

róŜnego  rodzaju  sił  zewnętrznych,  są  kryterialnymi  wielkościami  w  doborze  materiałów.
Poznanie  własności  materiałów  nie  jest  wystarczające  do  oceny  ich  przydatności  do
określonego  celu.  Niezbędne  jest  tu  jeszcze  poznanie  wpływu  róŜnych  czynników,  np.
temperatury,  czasu,  sposobu  i  wielkości  obciąŜenia,  kształtu  i  wymiarów  przedmiotu,  na
zmiany tych własności.

Metody badań własności mechanicznych moŜemy podzielić na dwie grupy:

–

własności technologiczne, decydujące o przydatności materiałów do określonej obróbki,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

własności wytrzymałościowe, do wyznaczania, których niezbędna jest znajomość siły lub
momentu sił, jako jednej z wielkości mierzonych podczas badania.

Własności technologiczne

Cechy materiału charakteryzujące jego zachowanie się w czasie procesów

produkcyjnych.  W  celu  zbadania  własności  technologicznych  określonego  materiału  naleŜy
przeprowadzić  tylko  te  próby,  których  wyniki  będą  informować  o  moŜliwości  realizacji
przewidywanej  obróbki,  np.  materiały  stosowane  na  odlewy  poddaje  się  próbie  lejności,
obrabiane  zaś  przez  skrawanie  –  próbie  skrawalności,  obrabiane  plastycznie  –  badaniom
własności plastycznych itd. WyróŜnia się:

−

własności odlewnicze,

−

skrawalność,

−

cieralność,

−

własności plastyczne,

−

właściwości elektryczne,

−

właściwości cieplne,

−

właściwości magnetyczne,

−

właściwości chemiczne.

Własności wytrzymałościowe:

−

twardość,

−

udarność,

−

wytrzymałość na rozciąganie,

−

wytrzymałość na skręcanie,

−

wytrzymałość na ścinanie,

−

wytrzymałość na ściskanie,

−

wytrzymałość na pełzanie,

−

wytrzymałość zmęczeniowa.

Wytrzymałość zmęczeniowa

JeŜeli na materiał działają siły zmieniające swą wartość okresowo w czasie, to mogą

w  nim  powstać  pęknięcia,  chociaŜ  napręŜenia  określone  w  stosunku  do  początkowego
przekroju  próbki  nie  osiągnęły  nigdy  wartości,  które  przy  stałym  obciąŜeniu  mogłyby
spowodować  zniszczenie  materiału.  Wytrzymałość  zmęczeniowa  lub  granica  zmęczenia,  lub
wytrzymałość  trwała  na  zmęczenie  to  najwyŜszy  poziom  cyklicznego  napręŜenia,  który  nie
powoduje  zniszczenia  próbek  poddanych  badaniu  do  umownej,  granicznej  liczby  cykli.  Na
wykresie  zmęczeniowym  granica  zmęczenia  uwidacznia  się  w  postaci  części  poziomej.
Jedynie  materiały  Ŝelazne  oraz  czysty  węgiel  wykazują  efekt  granicy  zmęczenia.  Jednak
w przypadku tych materiałów efekt ten moŜe zostać zniwelowany przez działanie środowiska
korozyjnego  lub  zmiennej  amplitudy.  Inne  materiały  nie  wykazują  efektu  wytrzymałości
trwałej.

W polskich normach granicę zmęczenia oznacza się literą Z. ZaleŜnie od rodzaju

obciąŜenia dla którego wyznaczono wartość dodaje się odpowiednie indeksy: r – rozciąganie;
c – ściskanie; g – zginanie; s – skręcanie. ZaleŜnie od rodzaju cyklu dla którego wyznaczono
wartość dodaje się odpowiednie indeksy: o – cykl wahadłowy; j – cykl odzerowy,
jednostronny.

Tolerancje, pasowania i chropowatość powierzchni

Tolerancja wymiaru

Wymiary pokazywane na rysunku technicznym są wymiarami nominalnymi, poŜądanymi

przez konstruktora. Ze względu na nieuniknione niedokładności wykonawcze wymiary

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

rzeczywiste odbiegają od nominalnych. Konstruktor projektując element, musi sobie zdawać
sprawę,  jaką  klasę  dokładności  będą  reprezentować  maszyny  wykonujące  dany  element.
W wielu przypadkach dla krytycznych wymiarów wymusza się tolerancję wykonania, dodając
wielkość odchyłki do wymiaru nominalnego.  Istnieją jednak przypadki, kiedy odchylenie od
wymiaru  nominalnego  jest  poŜądane.  Ma  to  miejsce  przy  wykonaniu  otworów  oraz
elementów  cylindrycznych,  w  celu  osiągnięcia  odpowiedniego  pasowania.  W  przypadku
otworów  mamy  do  czynienia  z  tolerancją  wymiaru  otworu,  w  przypadku  elementów
walcowych tolerancją wymiaru wałka.

Tolerancję T określa się jako T = B – A gdzie:
A – wymiar graniczny dolny; B – wymiar graniczny górny

Rys. 15. Wymiarowanie tolerancji [opracowanie

własne]

Pasowanie

Jest to skojarzenie pary elementów o tym samym wymiarze nominalnym, inaczej mówiąc

połączenie  dwóch  elementów,  z  których  jeden  obejmuje  drugi.  Dotyczy  zwykle  wałka
i  otworu,  a  takŜe  stoŜka  i  otworu  stoŜkowego.  W  budowie  maszyn  wymagane  pasowanie
realizuje się poprzez odpowiedni dobór tolerancji wałków i otworów. Pasowanie oznacza się
podając  tolerancję  otworu  i  wałka  za  znakiem  „łamane”  pomiędzy  nimi,  np.  H7/e8.
W budowie maszyn uŜywa się następujących rodzajów pasowań:

−

pasowanie luźne – zawsze istnieje w nim luz pomiędzy wałkiem a otworem. Wałek moŜe
poruszać się wzdłuŜnie lub obracać w otworze. Stosowane w połączeniach ruchowych,

−

pasowania mieszane – istnieje w nim niewielki luz lub lekki wcisk. Stosowane do
połączeń nie przenoszących obciąŜeń,

−

pasowanie ciasne – w tym pasowaniu wałek jest wciśnięty w otwór. Połączenie takie
moŜe przenosić obciąŜenia (zobacz połączenia wciskowe).

Chropowatość powierzchni

Cecha powierzchni ciała stałego, oznacza rozpoznawalne optyczne lub wyczuwalne

mechanicznie  nierówności  powierzchni,  niewynikające  z  jej  kształtu,  lecz  przynajmniej
o  jeden  rząd  wielkości  drobniejsze.  Chropowatość  w  przeciwieństwie  do  innej  podobnej
cechy  –  falistości  powierzchni,  jest  pojęciem  odnoszącym  się  do  nierówności  o  relatywnie
małych odległościach wierzchołków. Wielkość chropowatości powierzchni zaleŜy od rodzaju
materiału i przede wszystkim od rodzaju jego obróbki.

W budowie maszyn stosuje się dwa parametry (stosuje się więcej parametrów – te dwa

moŜna uznać za podstawowe) określające:

−

rednie arytmetyczne odchylenie profilu od linii średniej,

−

wysokość chropowatości według dziesięciu punktów profilu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Chropowatość mierzona jest specjalnymi urządzeniami pomiarowymi zwanymi

profilometrami. Większość z produkowanych obecnie urządzeń jest w stanie zmierzyć
obydwa parametry.

Rys. 16. Znaki chropowatości [opracowanie

własne]

Na rysunkach technicznych chropowatość pokazuje się, stosując znak chropowatości wraz

z poŜądaną wartością Ra lub Rz. Znak chropowatości umieszcza się w prawym,  górnym  rogu
rysunku  (odnosi  się  wtedy  do  wszystkich  powierzchni  elementu)  lub/i  wskazując  specyficzną
powierzchnię  do  której  się  odnosi.  Symbol  z  wartością  1,25  oznacza  chropowatość  uzyskaną
w dowolnej obróbce, symbol z wartością 2,25 – tylko obróbce skrawaniem, natomiast symbol
z  wartością  3,25  –  dowolnej  obróbce  poza  obróbką  skrawaniem.  Na  symbolu  z  przykładowa
wartością  4,25  umieszczono  dodatkowe  informacje  dotyczące  obróbki,  a  symbol  z  wartością
4,25 i okręgiem dotyczy wszystkich powierzchni całego obwodu.
Klasyfikacja połączeń

Połączenia w budowie maszyn wiąŜą elementy składowe tak, Ŝe mogą one wspólnie się

poruszać oraz przenosić obciąŜenia. Ze względu na trwałość połączenia rozróŜnia się
połączenia:

−

nierozłączne – w połączeniu takim elementy są złączone na stałe; próba ich rozłączenia
zawsze wiąŜe się ze zniszczeniem elementu łączącego oraz często samych elementów
łączonych,

−

rozłączne, w których rozłączenie jest moŜliwe i nie wiąŜe się z niebezpieczeństwem
zniszczenia elementów łączonych.
Do połączeń nierozłącznych zalicza się połączenia:

−

spawane,

−

zgrzewane,

−

klejone,

−

nitowe,

−

lutowane,

−

zaprasowywane.
Do połączeń rozłącznych naleŜą połączenia:

−

wciskowe,

−

kształtowe (wpustowe, wielowypustowe, kołkowe, sworzniowe i klinowe),

−

gwintowe,

−

spręŜyste,

−

rurowe.
Ze względu na przeznaczenie rozróŜnia się połączenia:

–

mechaniczne,

–

elektryczne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Do połączeń mechanicznych zalicza się połączenia:

–

spawane,

–

zgrzewane,

−

lutowane,

−

nitowe,

−

klejone,

−

z wciskiem,

−

zaprasowywane,

−

gwintowe,

−

wpustowe,

−

wielowypustowe,

−

kołkowe,

−

sworzniowe,

−

klinowe.
Do połączeń elektrycznych naleŜą połączenia:

–

spawane,

–

zgrzewane,

–

lutowane,

–

owijane,

–

zaciskane.

Połączenia spawane

Spawanie polega na trwałym łączeniu metali za pomocą ciepła doprowadzonego do

miejsca,  w  którym  ma  powstać  złącze  spawane.  Między  częściami  spawanego  przedmiotu
powstaje  łącząca  je  spoina.  Składa  się  ona  ze  stopionego  metalu  spawanego  przedmiotu,
zwanego  metalem  rodzimym  oraz  niekiedy  ze  stopionego  spoiwa.  Stopiony  w  obszarze
spoiny metal na skutek stygnięcia krzepnie i łączy trwale obie części materiału rodzimego.

Rys. 17. Złącze spawane [23, s. 240]

ZaleŜnie od wzajemnego ustawienia spawanych części rozróŜnia się spoiny: czołowe,

pachwinowe, otworowe i grzbietowe. Najczęściej spotykanymi metodami spawania są:
spawanie elektryczne i gazowe.

Przy spawaniu elektrycznym źródłem ciepła jest łuk elektryczny. Najczęściej stosuje się

spawanie otuloną elektrodą topliwą. Łuk powstaje wtedy między elektrodą a elementem
spawanym. Materiał dodatkowy powstaje ze stopienia elektrody. Spawanie moŜe być
prowadzone ręcznie, półautomatycznie lub automatycznie.

Przy spawaniu gazowym źródłem ciepła jest reakcja spalania gazu palnego (najczęściej

acetylenu) z tlenem. Jako materiał dodatkowy przy spawaniu blach o grubości większej niŜ
2 mm stosuje się spoiwo w postaci drutu. Spawanie gazowe stosuje się przede wszystkim do

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

łączenia cienkich blach stalowych, łączenia elementów ze stopów lekkich, z Ŝeliwa i przy
naprawach.

Rys. 18. Spawanie acetylenowo-tlenowe [23, s. 245]

Spawanie acetylenowo-tlenowe polega na nagrzewaniu i topieniu brzegów łączonych

metali 1 płomieniem 2 palącym się u wylotu palnika 3. Zwykle topi się jednocześnie spoiwo
w postaci drutu 4, doprowadzonego do miejsca spawania. Tlen i acetylen są doprowadzane do
palnika węŜami gumowymi 5.

Do podstawowego wyposaŜenia stanowiska spawania gazowego naleŜą: wytwornice,

bezpieczniki,  butle,  reduktory  i  palniki.  O  wyniku  spawania  w  duŜym  stopniu  decyduje
prawidłowo  uregulowany  płomień  palnika.  Przy  nadmiarze  acetylenu  powstaje  płomień
nawęglający,  natomiast  przy  nadmiarze  tlenu  –  płomień  utleniający.  Spawanie  powinno
odbywać  się  takim  płomieniem,  który  w  środkowej  strefie  składa  się  z  mieszaniny  tlenku
węgla i pary wodnej (bez swobodnego węgla i tlenu).

Połączenia zgrzewane

Połączenia zgrzewane to połączenia materiałów przez ich docisk z jednoczesnym

podgrzaniem  łączonego  miejsca  do  stanu  plastycznego.  Złącze  otrzymywane  przez
zgrzewanie  charakteryzuje  się  duŜą  wytrzymałością  mechaniczną,  duŜą  odpornością  na
szkodliwe  oddziaływanie  środowiska,  małą  rezystancją  przejścia.  Dodatkowa  zaletą
połączenia  zgrzewanego  to  małe  wymiary,  wynikające  m.in.  z  faktu,  Ŝe  do  jego  wykonania
zbędne  są  jakiekolwiek  dodatkowe  materiały  lub  elementy  wiąŜące.  Wymienione  zalety
sprawiają,  Ŝe  zgrzewanie  znajduje  zastosowanie  takŜe  w  przypadkach,  gdy  wymagana  jest
duŜa  gęstość  montaŜu.  Pewnym  mankamentem  zgrzewania  jest  konieczność  doprowadzenia
energii  cieplnej  do  elementów  łączonych  (moŜe  to  spowodować  ich  przegrzanie)  oraz
trudności  w  zautomatyzowaniu.  Do  podstawowych  rodzajów  zgrzewania  zalicza  się
zgrzewanie:

−

czołowe – stosuje się do łączenia prętów, odkuwek i innych elementów, w których
zgrzeina obejmuje całe pole powierzchni styku,

−

punktowe – stosuje się do łączenia cienkich blach, blach z róŜnymi kształtownikami itp,

−

liniowe – umoŜliwia wykonanie połączeń szczelnych z cienkiej blachy: rur z szwem,
pojemników, a takŜe połączeń kształtowych, stosowanych w róŜnych dziedzinach
przemysłu,

−

garbowe (odmiana zgrzewania punktowego) – garby mają najczęściej kształt czaszy
kulistej i słuŜą m.in. do usztywnienia części wykonanych z cienkich blach.

Połączenia klejone

Połączenia klejone – to takie połączenia, w których wykorzystuje się adhezyjne

właściwości  substancji  klejowych.  Klej  wnika  w  drobne  pory  (nierówności)  na  powierzchni
materiału,  po  czym  twardnieje.  Czasem  przy  klejeniu  tworzyw  sztucznych  dodatkowo
następuje  częściowe  rozpuszczenie  powierzchni  klejonych.  Połączenie  tego  typu  w  budowie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

maszyn stosowane jest często, zwłaszcza jeśli trzeba połączyć róŜne materiały (metal,
tworzywa sztuczne, szkło, gumę itp).

−

Zaletą  klejenia  metali  jest  moŜliwość  wykorzystania  pełnej  wytrzymałości  elementów
łączonych,  zwłaszcza  przy  łączeniu  stopów  lekkich.  Wynika  to  stąd,  Ŝe  przenoszenie
obciąŜenia za pomocą warstwy kleju nie powoduje spiętrzenia napręŜeń ani nie powoduje
osłabienia  materiału  części  łączonych,  jak  w  przypadku  spawania  czy  nitowania.  Drugą
waŜną  zaletą  tej  metody  to  odporność  na  korozję.  Klej  jest  równieŜ  dobrym  izolatorem,
co wykorzystuje się w przemyśle elektronicznym.

−

Wadą  tej  metody  jest  konieczność  stosowania  znacznych  nacisków  i  działanie
temperatury  oraz  to,  Ŝe  wytrzymałość  połączeń  klejonych  spada  ze  wzrostem
temperatury.  Kolejną  wadą  jest  konieczność  starannego  przygotowania  i  oczyszczenia
mechanicznego, a często i chemicznego powierzchni łączonych.

Rys. 19. Połączenia klejone: a) zakładkowe, b) zakładkowe zukosowane, c) zukosowane wpuszczone,

d) zakładkowe jednostronne, e) zakładkowe dwustronne, f) zakładkowe dwustronne zukosowane,

g) kątowe czołowe, h) kątowe wpuszczone, i) kątowe ze stopką jednostronną,

j) kątowe ze stopką dwustronną [14, s. 133].

Połączenia nitowe

Połączenia nitowe stosowane są do łączenia blach lub elementów konstrukcji stalowych –

dźwigarów, wsporników, wiązarów itp., za pomocą łączników, zwanych nitami. Połączenie
nitowe naleŜy do grupy połączeń nierozłącznych.

Na rys. 20 przedstawiono przykłady łączenia blach za pomocą nitów. Nit przechodzi

z luzem przez otwory w obu częściach łączonych, a następnie jego wystająca walcowa część
jest odkształcana tak, Ŝe tworzy tzw. zakuwkę. Aby moŜliwe było uformowanie zakuwki,
długość nitu l musi być odpowiednio większa od łącznej grubości łączonych blach.

Rys. 20. Połączenie blach za pomocą nitów: a) przed odkształceniem nitu,

b) po uformowaniu zakuwki [14, s. 35]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

RozróŜnia się następujące połączenia nitowe (zaleŜnie od spełnionych wymagań):

−

mocne – spełniające jedynie warunki wytrzymałościowe, stosowane w konstrukcjach
budowlanych, dźwigniowych,

−

szczelne – spełniają warunek szczelności obok warunków wytrzymałościowych,
stosowane we wszelkiego rodzaju zbiornikach słuŜących do przechowywania, transportu,
przeładunku lub przeróbki cieczy, gazów i ciał sypkich,

−

mocno-szczelne – gwarantują wysoką szczelność i duŜą wytrzymałość, stosowane
w zbiornikach znajdujących się pod duŜym ciśnieniem wewnętrznym, np. w walczakach
kotłów parowych.
Połączenia nitowe naleŜy tak konstruować, aby nity były poddane działaniu napręŜeń

cinających. Ze względów konstrukcyjnych połączenia nitowe dzieli się na zakładkowe

i nakładkowe. Nitowanie moŜe odbywać się na zimno lub na gorąco (temperatura podgrzania
nitu 700

C – nitowanie maszynowe lub 1000–1100ºC – nitowanie ręczne). Do wykonania

połączenia nitowego ręcznego słuŜą przyrządy nitownicze, takie jak: młotki, wsporniki
i nitowarki ręczne. Do nitowania maszynowego słuŜą maszyny, zwane niciarkami.

Rys. 21. Nitowanie ręczne: 1 – łączone blachy, 2 – łeb nitu, 3 – trzon nitu, 4 – zakuwka, 5 – przypór,

6 – nagłówniak, 7 – kleszcze (obejma) [9, s. 1060]

Połączenia przez zalewanie, zaprasowanie, wtopienie

W częściach wykonanych jako odlewy ciśnieniowe ze stopów cynku, aluminium oraz

w  wypraskach  z  tworzyw  sztucznych  moŜna  zalewać  bądź  zaprasowywać  inne  elementy,
całkowicie wykończone, wykonane np. z materiałów twardych lub o większej wytrzymałości.
W  ten  sposób  zalewa  się  wkładki  z  gwintem  (gwint  jest  trudno  odlać,  a  ponadto
wytrzymałość  gwintu  wykonanego  w  tworzywie  sztucznym  jest  niewielka),  wałki,  kołki,
wkładki  z  blachy  oraz  tulejki  łoŜyskowe  mosięŜne  lub  brązowe.  Przykłady  ilustrujące
wymienione rozwiązania przedstawiono na rys. 22.

Rys. 22. Przykłady zalewania i zaprasowywania końcówek lutowniczych [14, s. 38]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Połączenia lutowane

Lutowanie jest to spajanie metali przez doprowadzenie spoiwa, zwanego lutem w stanie

ciekłym do szczeliny między powierzchniami łączonymi. Podczas lutowania łączone
powierzchnie nagrzewają się do temperatury topnienia lutu, która jest niŜsza od temperatury
topnienia metali elementów łączonych. W zaleŜności od temperatury topnienia lutowia,
rozróŜnia się lutowanie:

−

miękkie – przy uŜyciu lutów o temperaturze topnienia do 450°C; głównym składnikiem
lutu jest cyna i ołów,

−

twarde – przy uŜyciu lutów o temperaturze powyŜej 450°C; głównym składnikiem lutu
jest miedź i cynk.
W połączeniach elektrycznych zwykle stosuje się lutowanie miękkie. Połączenia

wykonane lutem miękkim są szczelne, ale mają małą wytrzymałość. Lutowanie twarde
zapewnia połączeniu większą wytrzymałość, ma ono jednak pewne niekorzystne cechy –
podobnie jak spawanie ulega utlenianiu. Inne podziały procesów lutowania:

Ze względu na miejsce lutowania:

−

powlekanie powierzchni lutem,

−

lutowanie połączeń elektrycznych,

−

lutowanie szczelin,

−

spajanie.
Ze względu na sposób usuwania tlenków:

−

lutowanie z topnikiem,

−

lutowanie w osłonie gazowej.
Ze względu na technologię lutowania:

−

lutowanie na fali,

−

lutowanie na stacji lutowniczej.
Ze względu na sposób wykonywania lutowania

−

lutowanie ręczne,

−

lutowanie maszynowe.
Ze względu na rodzaj połączenia rozróŜnia się połączenia:

−

zakładkowe,

−

nakładkowe,

−

przykładkowe.

Rys. 23. Połączenia lutowane: a) zakładkowe, b) zakładkowe zukosowane, c) nakładkowe,

d) przykładkowe [23, s. 131]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wszystkie luty miękkie są wytwarzane na bazie cyny i ołowiu, często z małym

dodatkiem miedzi, srebra, kadmu albo cynku. PowyŜej temperatury ok. 183°C luty miękkie
zaczynają się topić. W elektrotechnice stosuje się często luty rurkowe (tinole) zawierające
wewnątrz topnik, np. S-Sn63Pb37 (63% cyny, reszta ołowiu i innych dodatków).
Połączenie wciskowe.

Ze względu na budowę połączenia wciskowe dzielą się na połączenia:

−

bezpośrednie, w których uczestniczą tylko elementy łączone,

−

pośrednie, w których uczestniczą dodatkowe elementy takie jak tuleje, pierścienie itp.
Ze względu na sposób łączenia połączenia wciskowe dzielą się na połączenia:

–

skurczowe,

–

wtłaczane.

Połączenie wciskowe powstaje w wyniku wtłoczenia czopa w piastę, mającą mniejszą

rednicę niŜ czop. Do wtłaczania duŜych części stosuje się prasy hydrauliczne, śrubowe

i zębatkowe oraz specjalne przyrządy. Małe części moŜna wtłaczać przez wbijanie za pomocą
młotka,  którym  uderza  się  w  podkładkę  umieszczoną  na  wtłaczanym  przedmiocie.  Przy  tym
sposobie  wtłaczania  moŜliwe  jest  odkształcenie  się  wtłaczanej  części  wskutek  jej  ukośnego
ustawienia  przy  wbijaniu.  W  celu  uniknięcia  tego  odkształcenia  stosuje  się  trzpienie  do
wtłaczania, które wbija się do otworu wraz z częścią wtłaczaną.
Połączenia kształtowe (wpustowe, wielowypustowe, kołkowe, sworzniowe i klinowe)

W połączeniach kształtowych łączenie części współpracujących oraz ustalanie ich

wzajemnego  połoŜenia  uzyskuje  się  przez  odpowiednie  ukształtowanie  ich  powierzchni
(w  połączeniach  bezpośrednich)  lub  zastosowanie  dodatkowych  łączników  (w  połączeniach
pośrednich).  W  połączeniach  bezpośrednich  na  powierzchniach  styku  są  wykonane  występy
i wgłębienia, które po połączeniu elementów spełniają funkcję łącznika. Na rysunkach 24–27
pokazano  róŜne  rodzaje  połączeń  kształtowych.  Podstawowym  zadaniem  połączeń
kształtowych  jest  przenoszenie  obciąŜeń  (siły  wzdłuŜnej,  poprzecznej  lub  momentu
skręcającego) działających na łącznik. Części łączone mogą być nieruchome względem siebie
(połączenie spoczynkowe) lub przesuwne wzdłuŜ osi (połączenie ruchome).

Rys. 24. Połączenie wpustowe [14, s. 372]

Rys. 25. Połączenie kołkowe poprzeczne [14, s. 384]

Rys. 26. Połączenie klinowe poprzeczne: 1 – klin,

2 – drąg, 3 – tuleja [14, s. 370]

Rys. 27. Połączenie sworzniowe [14, s. 145]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Połączenia gwintowe

Połączenie gwintowe otrzymuje się, wkręcając element z gwintem zewnętrznym

wykonanym na wałku (wkręt, śruba) w element z gwintem wewnętrznym wykonanym
w otworze (nakrętka).

Rys. 28. Geometria gwintu: a) zewnętrznego, b) wewnętrznego [14, s. 41]

Gwint uzyskuje się przez wykonanie na walcowej (rzadziej stoŜkowej) powierzchni

elementu jednego (gwint jednokrotny), czasem wielu śrubowych rowków o określonym
kształcie zarysu (gwint wielokrotny).

W sposób poglądowy powstawanie linii śrubowej moŜna objaśnić nawijając na walec

o średnicy d trójkąt prostokątny o podstawie

d i wysokości P

(skok linii śrubowej).

Przeciwprostokątna tego trójkąta tworzy z podstawą kąt

(kąt wzniosu linii śrubowej).

Gwint zewnętrzny moŜna wykonać za pomocą noŜa tokarskiego, przez nacinanie

narzynką, frezem, tarczą szlifierską lub przez walcowanie. Gwint wewnętrzny zwykle
wykonuje się za pomocą noŜa tokarskiego lub gwintownika. W zaleŜności od kształtu zarysu
gwintu rozróŜnia się gwinty: trójkątne, prostokątne, trapezowe i okrągłe.

Najczęściej są stosowane znormalizowane gwinty metryczne o zarysie trójkątnym

(o ściętych dnach i występach) o kącie zarysu

= 60

. Znormalizowane gwinty metryczne są

samohamowne.  Oznacza  to,  Ŝe  w  połączeniu  gwintowym  śruba  nie  moŜe  się  obrócić  na
skutek przyłoŜenia do niej siły osiowej. Do obrotu śruby niezbędne jest przyłoŜenie momentu
obrotowego.  Gwintowe  elementy  złączne:  śruby,  wkręty,  nakrętki  oraz  podkładki  są
znormalizowane. Normy określają kształty i wymiary tych elementów oraz materiały, z jakich
są  wykonane  (stal  i  mosiądz).  Śrubę  obraca  się  kluczem  (ma  ona  w  tym  celu  odpowiednio
ukształtowany  łeb).  Przykłady  najczęściej  stosowanych  znormalizowanych  elementów
gwintowych przedstawiono na rysunku 29.

Rys. 29. Przykłady znormalizowanych elementów złącznych: a) śruba z łbem sześciokątnym,

b) wkręt z łbem walcowym, c) wkręt z łbem stoŜkowym, d) wkręt dociskowy, e) nakrętka sześciokątna,

f) podkładka okrągła, g) podkładka spręŜysta [14, s. 42]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podkładki okrągłe są zakładane pod łby wkrętów i śrub oraz pod nakrętki

w  celu  zabezpieczenia  powierzchni  elementów  łączonych  przed  uszkodzeniem  podczas
dokonywania  połączenia.  Jest  to  szczególnie  wskazane  w  przypadku  powierzchni
wykończonych galwanicznie lub lakierniczo oraz przy łączeniu części z materiałów miękkich.
Podkładki  spręŜyste  są  stosowane  w  celu  zabezpieczenia  elementów  gwintowych  przed
samoczynnym odkręceniem się pod wpływem drgań.

Na rysunku 30 przedstawiono przykłady połączeń gwintowych.

Rys. 30. Przykłady połączeń gwintowych: a) śruby i nakrętki, b) wkrętów [14, s. 43]

W połączeniu za pomocą śrub, śruba przechodzi luźno przez otwory w obu częściach

łączonych  oraz  w  podkładkach  i  jest  mocowana  z  drugiej  strony  przez  nakrętkę.
W  połączeniach  za  pomocą  wkrętów  wkręt  przechodzi  luźno  przez  otwór  w  jednej  części
łączonych  elementów  i  jest  wkręcany  w  otwór  gwintowany  w  drugiej  części.  W  celu
uzyskania  właściwej  wytrzymałości  złącza  gwintowanego  naleŜy  zapewnić  odpowiednią
długość skręcania. Zwykle zawiera się ona w granicach (0,8 ÷ 2)d, gdzie d – średnica gwintu.

Połączenia spręŜyste

Połączenia spręŜyste dwóch części maszyn umoŜliwiają ich wzajemne przesunięcia

i obroty w określonych granicach, zaleŜnych od wymiarów połączenia i sztywności łącznika
spręŜystego. Połączenia spręŜyste moŜna uzyskać za pomocą spręŜyn metalowych lub
spręŜynic (np. gumowych).

SpręŜyny to elementy konstrukcyjne podlegające znacznym odkształceniom pod

wpływem obciąŜeń zewnętrznych i powracające do wymiarów pierwotnych po usunięciu tych
obciąŜeń.  SpręŜyny  słuŜą  najczęściej  do  wywierania  siły  lub  momentu  siły  oraz  do
magazynowania  energii  odkształcenia  spręŜystego.  Energia  ta  bywa  następnie  oddawana
w postaci pracy wykonanej przez spręŜynę.

W budowie sprzętu elektronicznego najczęściej stosowane są spręŜyny:

−

rubowe,

−

stykowe,

−

włosowe,

−

termobimetalowe.
SpręŜyny śrubowe najczęściej wykonywane są z drutu o przekroju kołowym.

W zaleŜności od rodzaju kierunku działania siły i odkształcenia zwojów spręŜyny śrubowe
dzielimy na: naciskowe, naciągowe i skrętne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 31. SpręŜyny śrubowe: a) naciskowa, b) naciągowa, c) skrętna [14, s. 57]

D – średnia średnica nawinięcia spręŜyny, d – średnica drutu, F – siła, M – moment siły

W zaleŜności od kształtu spręŜyny śrubowe dzielimy na: walcowe, stoŜkowe, baryłkowe

i klepsydrowe.

SpręŜyna naciskowa pod obciąŜeniem zmniejsza swoją długość. Odkształcenie spręŜyny

naciskowej jest ograniczone dopuszczalnymi napręŜeniami (wynikającymi z obciąŜenia) oraz
odległością między zwojami w stanie swobodnym (nie obciąŜonym) spręŜyny. Na skutek
obciąŜenia odległość między zwojami zmniejsza się.

SpręŜyna naciągowa na skutek obciąŜenia zwiększa swoją długość. Przy jej zastosowaniu

naleŜy przewidzieć w mechanizmie miejsce umoŜliwiające wydłuŜenie się spręŜyny.

SpręŜyna skrętna pod wpływem przyłoŜonej siły ulega skręceniu. Przy zbyt duŜym kącie

skręcenia spręŜyna ulega wyboczeniu. Aby temu zapobiec i umoŜliwić normalną pracę,
zwykle prowadzi się ją na trzpieniu.

SpręŜyny śrubowe są powszechnie stosowane we wszelkiego rodzaju przełącznikach,

zatrzaskach i elementach ustalających nastawiane połoŜenie zespołów, w przekładniach
z kasowanymi luzami itp.
Połączenie rurowe

Przewody rurowe połączone łącznikami (złączki, kolanka, łuki, trójniki itd.) oraz

zaworami, przez które przesyłany jest czynnik roboczy (ciecze, gazy, opary). Dzielimy je na:

−

gwintowe – stosowane są w przewodach wodnych, parowych i gazowych o niewielkiej
ś

rednicy i przy niskich ciśnieniach oraz w przewodach wiertniczych. Ich uszczelnienie

stanowią konopie owijane na gwincie i minia z pokostem. Gwinty zewnętrzne mogą być
walcowe lub stoŜkowe, gwinty w otworach tylko walcowe. NaleŜą do łatwo
rozłączalnych;

−

kielichowe  –  są  stosowane  przy  niskich  ciśnieniach.  Polegają  na  włoŜeniu  końca  jednej
rury  (czopa)  do  drugiej  rury  (kielicha).  Uszczelnienie  odbywa  się  przy  pomocy  sznura
smołowego  i  smoły  (przewody  ściekowe)  lub  ołowiu.  Połączenie  te  nie  mogą  przenosić
obciąŜeń wzdłuŜnych;

−

kołnierzowe – są stosowane przy wysokich ciśnieniach. Kołnierze mogą być stałe lub
luźne, nakładane na występ wylotu rury. Materiałem uszczelniającym złącza, zaleŜnie od
rodzaju przewodzonej cieczy lub gazu, moŜe być guma, tektura, tkaniny, miękkie metale,
tworzywa sztuczne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Osie i wały

Oś – element mechanizmu lub maszyny, słuŜący utrzymaniu w określonym połoŜeniu

osadzonych  na  tej  osi  wirujących  elementów,  najczęściej  kół,  oraz  do  przenoszenia  na
podpory  sił  działających  na  te  elementy.  Oś  nie  przenosi  momentu  obrotowego,  przeciwnie
niŜ wał.

Rodzaje osi

−

stała – gdy wirujące elementy osadzone są na nieruchomej osi za pomocą łoŜysk,

−

obrotowa – gdy elementy osadzone na stałe na osi wirują razem z nią, natomiast łoŜyska
znajdują się są podporach osi.
Wał – część maszyny najczęściej w kształcie walca, obracająca się wokół własnej osi

wraz  z  zamocowanymi  na  niej  elementami,  słuŜąca  do  przenoszenia  momentu  obrotowego.
Na  wale  mogą  być  osadzone:  koła  zębate,  piasty,  tarcze  hamulcowe  itp.  Wały  zazwyczaj
podlegają  obciąŜeniom  skręcającym  i  zginającym,  działającym  w  róŜnych  płaszczyznach.
Przy  ich  obliczaniu  wytrzymałościowym  wykorzystujemy  hipotezy  wytrzymałościowe.
Wypadkowe obciąŜenie podzielone przez wytrzymałość jednostkową, na całej długości wału,
pozwala wyznaczyć jego minimalny zarys. Zarys rzeczywisty projektuje się tak, by opisywał
on zarys minimalny oraz spełniał wymogi montaŜowe i funkcjonalne. Szczególną formą wału
jest wał korbowy oraz wał giętki.

ŁoŜyska

Część urządzenia technicznego, np. maszyny lub mechanizmu, podtrzymująca

(łoŜyskująca)  inną  jego  część  (łoŜyskowaną)  w  sposób  umoŜliwiający  jej  względny  ruch
obrotowy  (np.  wał,  oś).  Cechy  materiału  łoŜyskowego:  dobra  odkształcalność,  odporność  na
zatarcie,  mały  współczynnik  tarcia  suchego,  odporność  na  zuŜycie,  odporność  na  korozję,
wytrzymałość  na  nacisk  w  temperaturze  pracy,  wytrzymałość  zmęczeniowa,  dobre
przewodnictwo cieplne, stabilność geometryczna, dobra obrabialność. ŁoŜyska dzielą się na:
–

łoŜyska ślizgowe,

–

łoŜyska toczne.
ŁoŜysko ślizgowe – łoŜysko nie posiadające ruchomych elementów pośredniczących.

Czop wału lub inny obrotowy element jest umieszczony w cylindrycznej panewce
z pasowaniem luźnym. ŁoŜyska ślizgowe dzielą się na:
–

suche – okresowo smarowane smarem stałym lub niesmarowane w ogóle. Panewki takich
łoŜysk wykonane są ze stopów łoŜyskowych lub z tworzyw sztucznych, takich jak teflon.
UŜywane są do połączeń słabo obciąŜonych i mniej odpowiedzialnych.

–

powietrzne  –  w  których  dystans  między  wałem  a  panewką  utrzymywany  jest  przez
poduszkę  powietrzną  wytworzoną  przez  spręŜone  powietrze  dostarczane  do  panewki.
ŁoŜyska  tego  typu  stosuje  się  w  urządzeniach  precyzyjnych,  w  których  na  wałach
występują niewielkie siły promieniowe.

–

olejowe – część korpusu łoŜyska wypełniona jest olejem. W czasie ruchu wału, pomiędzy
powierzchnią wału a panewką tworzy się cienka warstwa oleju (film olejowy), która jest
wystarczająca do podtrzymania wału.

–

hydrodynamiczne – w których film olejowy tworzy się samoczynnie wskutek zjawisk
hydrodynamicznych powstających w szczelinie.

–

hydrostatyczne – w tego typu łoŜyskach dodatkowo do panewki dostarczany jest olej pod
ciśnieniem.
ŁoŜysko toczne (rys. 32) – łoŜysko, w którym ruch jest zapewniony przez toczne

elementy  umieszczone  pomiędzy  dwoma  pierścieniami  łoŜyska.  Pierścień  wewnętrzny  (1)
osadzony  jest  z  pasowaniem  ciasnym  na  czopie  wału  lub  innym  elemencie.  Pierścień
zewnętrzny  (2)  umieszczony  jest  takŜe  nieruchomo  w  oprawie  lub  w  innym  elemencie
nośnym.  Elementy  toczne  (3)  umieszczone  są  pomiędzy  pierścieniami  i  stykają  się  z  ich

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

bieŜniami, zapewniając obrót pierścieni względem siebie. Dodatkowymi elementami łoŜyska
tocznego mogą być koszyczki utrzymujące elementy toczne w stałym do siebie oddaleniu,
blaszki zabezpieczające, uszczelki itp. ŁoŜyska toczne są elementami prefabrykowanymi.

Rys. 32. łoŜyska toczne: a) poprzeczne; b) skośne; c) wzdłuŜne [źródło www.wikipedia.com.pl]

Ze względu na kształt elementu tocznego łoŜyska toczne dzielą się:

–

łoŜyska kulkowe,

–

łoŜyska wałeczkowe,

–

łoŜyska stoŜkowe,

–

łoŜyska baryłkowe,

–

łoŜyska igiełkowe,

–

łoŜyska toroidalne.
Ze względu na rodzaj obciąŜeń przenoszonych przez łoŜysko:

–

łoŜysko poprzeczne,

–

łoŜysko skośne (przenoszące obciąŜenia wzdłuŜne i poprzeczne),

–

łoŜysko wzdłuŜne.
Ze względu na moŜliwości wychylenia się pierścienia zewnętrznego:

–

łoŜyska zwykłe,

–

łoŜyska wahliwe.
Ze względu na ilość rzędów elementów tocznych:

–

łoŜysko jednorzędowe,

–

łoŜysko dwurzędowe.
Dobór łoŜysk odbywa się według algorytmu, który uwzględnia takie parametry pracy jak:

obciąŜenie statyczne, prędkość obrotowa, intensywność uŜytkowania, sposób smarowania
i chłodzenia itp.

Przekładnie mechaniczne

Przekładnia, w których zastosowano połączenia mechaniczne w celu uzyskaniu transmisji

mocy i zmiany parametrów ruchu. Przekładnie mechaniczne dzielą się na:
–

przekładnie cięgnowe,

–

przekładnie cierne,

–

przekładnie zębate,

–

przekładnie śrubowe.
Przekładnia cierna – przekładnia mechaniczna, w której dwa poruszające się elementy

(najczęściej  wirujące)  dociskane  są  do  siebie  tak,  by  powstało  pomiędzy  nimi  połączenie
cierne.  Siła  tarcia  powstająca  pomiędzy  elementami  odpowiedzialna  jest  za  przeniesienie
napędu.  Ze  względu  na  jej  charakter  istnieje  duŜa  elastyczność  w  kształtowaniu  geometrii

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przekładni ciernej. TakŜe stosunkowo łatwo realizuje się wariatory cierne. Dodatkową zaletą
takiej przekładni jest fakt, Ŝe spełnia ona takŜe rolę sprzęgła poślizgowego. Wadą przekładni
ciernej jest szybkie zuŜycie powierzchni ciernych, co obniŜa funkcjonalność przekładni,
a takŜe moŜliwość wystąpienia szkodliwego poślizgu pomiędzy elementami przekładni. Przy
większych mocach występują teŜ problemy z chłodzeniem przekładni

Przekładnia cięgnowa – przekładnia mechaniczna, w której fizyczny kontakt pomiędzy

członem napędzającym a napędzanym odbywa się za pośrednictwem cięgna. Dzięki temu
człony przekładni mogą być oddalone od siebie nawet na duŜe odległości. Pozwala to takŜe
zastosowanie bardziej swobodnej geometrii przekładni. Przekładnie cięgnowe dzielą się na:
–

przekładnie pasowe

–

przekładnie linowe

–

przekładnie łańcuchowe
Przekładnia zębata – przekładnia mechaniczna, w której przeniesienie napędu odbywa się

za pośrednictwem nawzajem zazębiających się kół zębatych. Przekładnie rozróŜnia się ze
względu na:

Liczba stopni:

–

przekładnia jednostopniowa – w której współpracuje jedna para kół zębatych

–

przekładnia wielostopniowa np. dwustopniowa, trzystopniowa itd. – w której szeregowo
pracuje więcej par kół zębatych; przełoŜenie całkowite przekładni wielostopniowej jest
iloczynem przełoŜeń poszczególnych stopni
Umiejscowienie zazębienia:

–

zazębienie zewnętrzne,

–

zazębienie wewnętrzne.
Rodzaj przenoszonego ruchu:

–

przekładnia obrotowa – uczestniczą w niej dwa koła zębate

–

przekładnia liniowa – koło zębate współpracuje z listwą zębatą tzw. zębatką. Ruch
obrotowy zamieniany jest w posuwisty lub na odwrót
Wzajemne usytuowanie osi obrotu:

–

przekładnia czołowa,

–

przekładnia walcowa,

–

przekładnia stoŜkowa,

–

przekładnia śrubowa.
Przekładnie zębate są najpowszechniej stosowanymi przekładniami w budowie maszyn.
Ich główne zalety, to:

−

łatwość wykonania,

−

stosunkowo małe gabaryty,

−

stosunkowo cicha praca, gdy odpowiednio smarowane,

−

duŜa równomierność pracy,

−

wysoka sprawność dochodzącą do 98% (z wyjątkiem przekładni ślimakowej).
Natomiast do wad przekładni zębatych naleŜą:

−

stosunkowo niskie przełoŜenie dla pojedynczego stopnia,

−

sztywna geometria,

−

brak naturalnego zabezpieczenia przed przeciąŜeniem.
Przekładnia śrubowa – jest przekładnią mechaniczną złoŜoną z śruby i nakrętki.

W przekładni tej zamianie ulega ruch obrotowy jednego z jej elementów na ruch liniowy
drugiego. Przekładnia śrubowa ma zwykle niewielką sprawność energetyczną.

Sprzęgła

Sprzęgło to urządzenie stosowane w budowie maszyn do łączenia wałów w celu

przekazywania momentu obrotowego. Inaczej jest to zespół części słuŜących do połączenia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

dwóch niezaleŜnie obrotowo osadzonych wałów, czynnego – napędowego i biernego –
napędzanego, w celu przeniesienia momentu obrotowego.

Sprzęgło składa się z członu napędzającego (czynnego) zainstalowanego na wale

napędzającym, członu napędzanego (biernego) zainstalowanego na wale napędzanym oraz
elementów łączących. Elementem łącznym moŜe być jedna lub więcej części maszynowych
lub czynnik, tak jak to ma miejsce w sprzęgle hydrokinetycznym.

Dzięki sprzęgłom silniki, zespoły układu napędowego oraz mechanizmy robocze moŜna

wykonywać  w  postaci  odrębnych  zespołów  maszyn  i  urządzeń,  a  następnie  łączyć  je  za
pomocą  montaŜu.  Stosowanie  róŜnych  sprzęgieł  umoŜliwia  równieŜ  spełnienie  wielu  innych
zadań,  które  wymagałyby  bardzo  skomplikowanej  konstrukcji  maszyn,  a  nawet  byłyby
niemoŜliwe do wykonania.

Podział sprzęgieł

ze względu na sposób połączenia członów:

−

sprzęgła stałe,

−

sprzęgła rozłączne.
Podział sprzęgieł ze względu na kierunek przekazywania mocy:

−

sprzęgła jednokierunkowe,

−

sprzęgła dwukierunkowe.
Podział sprzęgieł ze względu na to, czy człon napędzany porusza się z tą samą prędkością

obrotową co napędzający:

−

sprzęgła przymusowe,

−

sprzęgła poślizgowe,

−

sprzęgła rozruchowo-przeciąŜeniowe,

−

sprzęgła przeciąŜeniowe (bezpieczeństwa),

−

sprzęgła rozruchowe,

−

sprzęgła wyprzedzeniowe,

−

sprzęgła posiłkowe,

−

sprzęgło hydrokinetyczne.

Hamulce

Hamulec – urządzenie mechaniczne słuŜące do:

−

zmniejszania prędkości, lub zatrzymywania ruchomych, najczęściej obrotowych,
elementów mechanizmów, lub maszyn – hamulec zatrzymujący,

−

trzymania elementów mechanizmów, lub maszyn nieruchomo, lub pozwalania im się
obracać w pewnych sytuacjach – hamulec luzujący,

−

skalowania obciąŜania maszyny w celu symulowania zewnętrznego obciąŜenia - hamulec
pomiarowy, lub hamownia.
Działanie hamulców polega na przejęciu części lub całości energii kinetycznej urządzenia

i  rozproszeniu  jej.  W  układach  napędowych  z  rekuperacją  energii,  energia  hamowania  jest
przetwarzana  w  inną  formę  energii  (energia  elektryczna,  energia  hydrauliczna,  lub  energia
mechaniczna)  i  składowana  w  odpowiednim  akumulatorze  do  późniejszego  wykorzystania.
W takich układach rolę hamulca przejmuje generator prądu, pompa lub przekładnia. Hamulec
wraz z układem sterowania tworzy układ hamulcowy

Hamulce maszynowe, składają się z członów: hamowanego – normalnie ruchomego

i hamującego – nieruchomego. Podział hamulców maszynowych:

−

hamulce cierne,

−

hamulce elektryczne,

−

hamulce hydrauliczne,

−

hamulce pneumatyczne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Mechanizmy funkcjonalne

Zespoły współpracujących ze sobą części składowych maszyny lub przyrządu

spełniających określone zadanie, jak np. przenoszenie ruchu, sił, sygnałów. Wiedza opisującą
mechanizmy  zawarta  jest  w:  teorii  mechanizmów  i  maszyn,  inŜynierii  mechanicznej,
inŜynierii  elektrycznej,  inŜynierii  energetycznej,  inŜynierii  elektronicznej.  Słowo  to  równieŜ
moŜe  opisywać  sposób  działania  lub  kolejność  zjawisk  (np.  mechanizm  finansowy,
mechanizm  krasowienia  itp.).  Według  inŜynierii  mechanicznej,  kaŜdy  mechanizm  składa  się
z następujących elementów:
–

baza (lub ostoja) – część mechanizmu, względem której odnosi się ruchy pozostałych
elementów. W układzie odniesienia mechanizmu baza jest nieruchoma,

–

człon czynny – bezpośrednio napędza mechanizm, pobierając energię z zewnątrz,

–

człon bierny – odbiera energię i przekazuje ją na zewnątrz mechanizmu,

–

człony pośredniczące – elementy mechanizmu pośredniczące w przekazaniu ruchu
z członu czynnego na bierny.
Mechanizm dźwigniowy jest nazywany czworobokiem przegubowym, który składa się

z podstawy, z dwóch ramion oraz z łącznika Poszczególne człony czworoboku przegubowego
są  sztywne,  a  ich  długości  niezmienne,  zatem  ruchy  członów  odbywają  się  po  ściśle
określonych  torach,  zaleŜnych  m.  in.  od  wymiarów  członów.  Podstawowym  mechanizmem
dźwigniowym  jest  czteroczłonowy  łańcuch  dźwigniowy,  składający  się  z  czterech  członów
połączonych  ze  sobą  przegubowo  we  węzłach.  Te  mechanizmy  mają  bardzo  duŜe
i róŜnorodne zastosowanie w budowie maszyn.

Mechanizm krzywkowy – płaski mechanizm 4 klasy, uŜywany zwykle w procesach

sterowania  (np  w  układzie  rozrządu).  Mechanizmy  krzywkowe  składają  się  z  krzywki
wykonującej  ruch  obrotowy  i  popychacza  wykonującego  ruch  posuwisto-zwrotny,  rzadziej
wahadłowy.  W  innych  odmianach  takich  mechanizmów  zarówno  krzywka  jak  i  popychacz
wykonują  ruch  posuwisto  zwrotny.  Mechanizm  taki  umoŜliwiają  zamianę  ruchu  krzywki  na
inny  rodzaj  ruchu.  Wadą  tych  mechanizmów  jest  ich  brak  odporności  na  duŜe  obciąŜenia
i  udary,  które  mogą  doprowadzić  do  ich  przedwczesnego  zuŜycia.  Popychacz  moŜe  być
umieszczony na osi obrotu krzywki lub mimośrodowo w stosunku do niej.

Rodzaje popychaczy:

–

ostrzowy,

–

rolkowy,

–

talerzykowy,

–

grzybkowy,

–

wahadłowy.
Mechanizm śrubowy – rodzaj mechanizmu, który słuŜy do zamiany ruchu obrotowego na

postępowo-zwrotny. Mechanizm ten jest stosowany do określonych celów napędowych.
Podstawowym elementem mechanizmów śrubowych jest gwint. KaŜde połączenie gwintowe
moŜe być traktowane jako określony mechanizm śrubowy

Układy hydrauliczne i pneumatyczne

Układem hydraulicznym jest zespół wzajemnie połączonych części, których zadaniem

jest  przekazywanie  energii  lub  sterowanie  za  pośrednictwem  cieczy  hydraulicznej  pod
ciśnieniem,  w  układzie  zamkniętym.  Działanie  układu  hydraulicznego  opiera  się  na
wymuszonym  i  sterowanym  przepływie  cieczy  hydraulicznej,  która  wykonuje  pracę.  Ruch
cieczy  jest  tu  wymuszany  przez  pompę,  natomiast  energia  jest  odbierana  przez  siłowniki
hydrauliczne  (albo  cylindry  hydrauliczne  –  zmieniające  energię  strumienia  cieczy  w  ruch
prostoliniowy  albo  silniki  hydrauliczne,  zmieniające  energię  strumienia  cieczy  na  ruch
obrotowy). Podstawowe części większości układów hydraulicznych to m.in.:

−

zbiornik z cieczą hydrauliczną,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

zawór zwrotny,

−

pompa hydrauliczna,

−

filtry,

−

zawór regulujący dopływ cieczy hydraulicznej do silnika hydraulicznego,

−

silnik hydrauliczny,

−

zawór regulujący dopływ cieczy hydraulicznej do siłownika hydraulicznego,

−

siłownik hydrauliczny,

−

odpowietrzanie.
Wzrost popularności układów hydraulicznych jest szczególnie duŜy od czasu II wojny

wiatowej. W przypadku urządzeń przemysłowych, rolniczych, budowlanych czy górniczych

systemy  te  skutecznie  współzawodniczą  z  ich  mechanicznymi  lub  elektrycznymi
odpowiednikami.  Główną  ich  zaletą  jest  wszechstronność  i  wydajność  oraz  łatwość
sterowania i dokładność (szybka reakcja na czynności wykonywane przez operatora). Są one
zdolne do wytwarzania sił sięgających od kilku gramów do tysięcy ton. Systemy hydrauliczne
są  bardzo  waŜnym  źródłem  przekazywania  energii  m.in.  w  nowoczesnych  samolotach
(hamulce, wypuszczane podwozie), samochodach (układ kierowniczy, cięŜarówki wywrotki).

Pneumatyka – nauka, będąca działem mechaniki, zajmująca się konstruowaniem

i  praktycznym  wykorzystaniem  urządzeń,  w  których  przekazywanie  energii  i  sterowanie
realizowane  jest  za  pomocą  spręŜonego  powietrza  (bądź  innego  gazu  o  podobnych
właściwościach) jako czynnika roboczego. Pneumatyka to techniczne zastosowanie powietrza
pod  ciśnieniem,  przy  czym  przewaŜnie  wykorzystuje  się  nadciśnienie,  niekiedy  takŜe
podciśnienie. Pneumatyczne układy sterowania składają się z 3 części:

−

przygotowującej powietrze,

−

sterującej,

−

części wykonawczej.

Zabezpieczenia w maszynach i urządzeniach

−

urządzenia blokujące i ryglujące (spręŜynowe, elektromagnetyczne),

−

wyłączniki krańcowe (z interfejsem, bez interfejsu),

−

przełączniki przyzwolenia,

−

zderzaki czułe na nacisk,

−

listwy czułe na nacisk,

−

oburęczne urządzenia (pulpity) sterujące,

−

noŜne urządzenia sterujące,

−

urządzenia ochronne z sensorami ultradźwiękowymi,

−

urządzenia sterujące: specjalistyczne zespoły przekaźnikowe bezpieczeństwa.

UŜytkowanie i konserwacja maszyn i urządzeń

Aby konserwacja wyposaŜenia zakładu była efektywna, musi się składać z czterech

elementów:

konserwacja

regeneracyjna,

konserwacja

zapobiegawcza,

konserwacja

prognozowa i zapewnienie bezpieczeństwa. Działania te stosowane są w róŜnych proporcjach
w zaleŜności chociaŜby od technologii obowiązującej w zakładzie.

Konserwacja regeneracyjna.
Inaczej zwana działaniami naprawczymi czy poprawiającymi jest najbardziej

powszechną  metodą  konserwacji.  Do  tych  działań  zaliczyć  moŜemy  naprawę  uszkodzonych
lub  całkowicie  zniszczonych  elementów  umoŜliwiającą  ponowne  poprawne  działanie
maszyny.  Nie  naleŜy  teŜ  zapomnieć  o  wymianie  elementów  błędnie  umieszczonych
w maszynie. Podsumowując, działanie regeneracyjne jest typowym działaniem naprawczym,
jeśli dojdzie juŜ do awarii. Jest więc działaniem sporadycznym i nieprzewidywalnym, a więc

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

i  powodującym  nieprzewidziane  przestoje.  Są  dwa  typy  konserwacji  naprawczych:  naprawa
natychmiastowa oraz naprawa planowana. Naprawa natychmiastowa następuje wówczas, gdy
uszkodzenie  elementu  maszyny  wyklucza  jej  dalszą  pracę  lub  gdy  zawodzi  bezpieczeństwo
pracy  na  maszynie,  np.  przyciski  stopu  czy  blokady  osłon.  JeŜeli  mimo  defektu  elementu
maszyny  moŜe  ona  dalej  pracować,  nie  stosuje  się  naprawy  natychmiastowej,  lecz  czeka  się
do  korzystnego  momentu,  zazwyczaj  do  weekendu,  podczas  którego  zwykle  maszyny  nie
pracują.

Konserwacja zapobiegawcza.
Jej zadaniem jest utrzymywanie maszyny w takim stanie, aby nie uległa ona nagłemu

uszkodzeniu  wymagającemu  przerwania  produkcji.  W  tym  celu  potrzebna  jest  wnikliwa
wiedza  dotycząca  komponentów  maszyny,  sprecyzowane  i  zhierarchizowane  planowanie
i konsekwencja w dąŜeniu do osiągnięcia standardów i stosowaniu się do procedur. Działania
zapobiegawcze  powinny  być  okresowe  i  podzielone  w  zaleŜności  od  stanu  oraz
wytrzymałości  poszczególnych  elementów.  Zazwyczaj  więc  dzieli  się  je  na  konserwację
codzienną,  cotygodniową,  comiesięczną,  cokwartalną,  copółroczną  i  roczną.  Do  typowych
działań  zapobiegawczych  naleŜą:  okresowe  czyszczenie,  kontrola,  smarowanie,  regulacja
i  wymiana  elementów  poddawanych  podczas  pracy  duŜym  siłom  tarcia  czy  naraŜonych  na
zuŜycie.

Konserwacja prognozowa.
Jest to doskonalsza forma konserwacji profilaktycznej. Wykorzystuje się tu

najnowocześniejsze  technologie,  aby  przewidzieć,  kiedy  dany  element  maszyny  będzie
wymagał  konserwacji  zapobiegającej  jego  awarii.  O  terminie  przeprowadzania  konserwacji
i okresowych przeglądów decydują w tej chwili naukowe analizy. Dlatego teŜ wymagany jest
ciągły monitoring elementów szczególnie naraŜonych na awarię, a więc  przede wszystkim –
analiza smarowania, wibracji, temperatury i hałasu oraz czujniki pęknięć.

Przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony przeciwpoŜarowej dotyczące
maszyn i urządzeń
1)

Maszyny i inne urządzenia techniczne, zwane dalej „maszynami”, powinny spełniać
wymagania bezpieczeństwa i higieny pracy, określone w odrębnych przepisach, przez
cały okres ich uŜytkowania.

MontaŜ, demontaŜ i eksploatacja maszyn, w tym ich obsługa, powinny odbywać się przy
zachowaniu wymagań bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ergonomii, uwzględniających
instrukcje zawarte w dokumentacji techniczno-ruchowej. Miejsce i sposób zainstalowania
oraz uŜytkowania maszyn powinny uwzględniać minimalizację ryzyka zawodowego,
w szczególności poprzez:

−

zapewnienie dostatecznej przestrzeni pomiędzy ruchomymi częściami maszyn
a ruchomymi lub stałymi elementami otoczenia,

−

zapewnienie, aby wszystkie uŜywane lub produkowane materiały bądź energia były
w bezpieczny sposób dostarczane i odprowadzane ze stanowiska pracy.

KaŜda maszyna powinna być wyposaŜona w element sterowniczy przeznaczony do jej
całkowitego i bezpiecznego zatrzymywania.

Gdy jest to konieczne w związku z zagroŜeniami, jakie stwarza maszyna, i jej
nominalnym czasem zatrzymania się, maszyna powinna być wyposaŜona w urządzenie
do zatrzymywania awaryjnego.

Elementy sterownicze maszyn mające wpływ na bezpieczeństwo muszą być widoczne
i moŜliwe do zidentyfikowania oraz oznakowane zgodnie z wymaganiami określonymi
w Polskich Normach.

Elementy sterownicze nie mogą stwarzać jakichkolwiek zagroŜeń, w szczególności
spowodowanych ich niezamierzonym uŜyciem.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Maszyny powinny być wyposaŜone w łatwo odróŜniające się i odpowiednio oznakowane
urządzenia do odłączania od wszystkich źródeł energii. Włączenie zasilania energią nie
moŜe powodować zagroŜenia dla obsługi.

W przypadku zespołowej obsługi maszyny lub gdy stwarza ona zagroŜenie dla otoczenia,
naleŜy zapewnić sygnalizację ostrzegawczą i alarmową — łatwo dostrzegalną
i zrozumiałą.

Maszyny wielostanowiskowe powinny być wyposaŜone w urządzenia sygnalizacji
dźwiękowej

lub

wietlnej

automatycznie

wysyłające

sygnały

uprzedzające

o uruchomieniu maszyny. Sygnały powinny być odbierane na wszystkich stanowiskach
pracy przy danej maszynie.

10)

Elementy ruchome i inne części maszyn, które w razie zetknięcia się z nimi stwarzają
zagroŜenie, powinny być do wysokości co najmniej 2,5 m od poziomu podłogi (podestu)
stanowiska pracy osłonięte lub zaopatrzone w inne skuteczne urządzenia ochronne,
z wyjątkiem przypadków, gdy spełnienie tych wymagań nie jest moŜliwe ze względu na
funkcję maszyny.

11)

Pasy, łańcuchy, taśmy, koła zębate i inne elementy układów napędowych oraz części
maszyn zagraŜające spadnięciem, znajdujące się nad stanowiskami pracy lub przejściami
na wysokości ponad 2,5 m od poziomu podłogi, powinny być osłonięte co najmniej od
dołu trwałymi osłonami.

12)

Osłony  stosowane  na  maszynach  powinny  uniemoŜliwiać  bezpośredni  dostęp  do  strefy
niebezpiecznej.  Osłony  niepełne  (wykonane  z  siatki,  blachy  perforowanej,  prętów  itp.)
powinny  znajdować  się  w  takiej  odległości  od  elementów  niebezpiecznych,  aby  przy
danej  wielkości  i  kształcie  otworów  nie  było  moŜliwe  bezpośrednie  dotknięcie  tych
elementów. Odległości bezpieczeństwa określają Polskie Normy.

13)

Maszyny powinny być oznakowane znakami i barwami bezpieczeństwa, zgodnie
z wymaganiami określonymi w Polskich Normach.

14)

Urządzenia ochronne stosowane przy maszynach powinny spełniać następujące ogólne
wymagania:

−

zapewniać bezpieczeństwo zarówno pracownikowi zatrudnionemu bezpośrednio
przy obsłudze maszyny, jak i osobom znajdującym się w jej pobliŜu,

−

działać niezawodnie, posiadać odpowiednią trwałość i wytrzymałość,

−

funkcjonować samoczynnie, niezaleŜnie od woli i uwagi obsługującego,
w przypadkach gdy jest to celowe i moŜliwe,

−

nie mogą być łatwo usuwane lub odłączane bez pomocy narzędzi,

−

nie mogą utrudniać wykonywania operacji technologicznej ani ograniczać
moŜliwości śledzenia jej przebiegu oraz nie mogą powodować zagroŜeń
i dodatkowego obciąŜenia fizycznego lub psychicznego pracowników.

15)

Urządzenia ochronne przy maszynach szczególnie niebezpiecznych powinny być tak
skonstruowane, aby:

−

zdjęcie,

otwarcie

lub

wyłączenie

urządzenia

ochronnego

powodowało

natychmiastowe zatrzymanie maszyny bądź jej niebezpiecznych elementów lub
niemoŜliwe było zdjęcie albo otwarcie osłony podczas ruchu osłanianych
elementów,

−

ponowne załoŜenie, zamknięcie lub włączenie urządzenia ochronnego nie
uruchamiało automatycznie maszyny.

16)

UŜywanie maszyny bez wymaganego urządzenia ochronnego lub przy jego
nieodpowiednim stosowaniu jest niedopuszczalne.

17)

Szczegółowe wymagania dla urządzeń ochronnych określają Polskie Normy.

18)

Maszyny i narzędzia oraz ich urządzenia ochronne powinny być utrzymywane w stanie
sprawności technicznej i czystości zapewniającej uŜytkowanie ich bez szkody dla

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

bezpieczeństwa i zdrowia pracowników oraz stosowane tylko w procesach i warunkach,
do których są przeznaczone.

19)

O dostrzeŜonych wadach lub uszkodzeniach maszyny pracownik powinien niezwłocznie
zawiadomić przełoŜonego.

20)

Maszyny,  których  uszkodzenie  stwierdzono  w  czasie  pracy,  powinny  być  niezwłocznie
zatrzymane  i  wyłączone  z  zasilania  energią.  Wznowienie  pracy  maszyny  bez  usunięcia
uszkodzenia jest niedopuszczalne.

21)

Maszyny  niesprawne,  uszkodzone  lub  pozostające  w  naprawie  powinny  być  wycofane
z  uŜytkowania  oraz  wyraźnie  oznakowane  tablicami  informacyjnymi  i  zabezpieczone
w sposób uniemoŜliwiający ich uruchomienie.

22)

Maszyn będących w ruchu nie wolno pozostawiać bez obsługi lub nadzoru, chyba Ŝe
dokumentacja techniczno-ruchowa stanowi inaczej.

23)

Pracodawca  jest  obowiązany  ustalić  rodzaje  maszyn,  które  wymagają  stałej  obsługi,
a  pozostawianie  ich  bez  niej  moŜe  być  przyczyną  katastrofy,  wybuchu  lub  poŜaru,  oraz
ustalić szczegółowe warunki obsługi i nadzoru nad pracą tych maszyn.

24)

Maszyn  będących  w  ruchu  nie  wolno  naprawiać,  czyścić  i  smarować,  z  wyjątkiem
smarowania  za  pomocą  specjalnych  urządzeń  określonych  w  dokumentacji  techniczno-
-ruchowej.

25)

Pracownicy  zatrudnieni  przy  obsłudze  maszyn  z  ruchomymi  elementami  nie  mogą
pracować  w  odzieŜy  z  luźnymi  (zwisającymi)  częściami,  jak  np.  luźno  zakończone
rękawy, krawaty, szaliki, poły, oraz bez nakryć głowy okrywających włosy.

26)

JeŜeli  obsługa,  naprawa,  remont  lub  konserwacja  maszyn  powoduje  zagroŜenia  dla
bezpieczeństwa  lub  zdrowia  pracowników  –  pracodawca  powinien  zapewnić,  aby
czynności  te  wykonywane  były  przez  pracowników  upowaŜnionych  i  posiadających
odpowiednie przygotowanie.

27)

W  czasie  ruchu  maszyny  niedopuszczalne  jest  ręczne  zakładanie  i  zrzucanie  pasów
pędnych,  lin  i  taśm.  Czynności  te  mogą  być  wykonywane  wyłącznie  przy  uŜyciu
specjalnych urządzeń przeznaczonych do tego celu.

28)

Pędnie powinny posiadać urządzenia do zawieszania pasów pędnych zapobiegające
zetknięciu się zrzuconych pasów, lin lub taśm z częściami pędni będącymi w ruchu.

29)

Pasy pędne, liny i taśmy pędne mogą być napinane, naprawiane, łączone, skracane
i smarowane po unieruchomieniu napędu maszyny

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany wykonania do ćwiczeń.

W jaki sposób podzielić moŜna materiały konstrukcyjne?

Na czym polega tolerowanie wymiarów?

Jakie rodzaje pasowania występują w konstrukcjach maszyn?

W jaki sposób ustala się chropowatość powierzchni?

Jakie znasz połączenia rozłączne i nierozłączne?

Jakie znasz połączenia mechaniczne i elektryczne?

Co to jest spręŜyna i jakie są rodzaje spręŜyn?

Jaka jest róŜnica między osią a wałem?

Jakie rodzaje łoŜysk spotyka się konstrukcjach maszyn?

10.

W jaki sposób podzielić moŜemy przekładnie mechaniczne?

11.

Na czym polega rola sprzęgła w konstrukcjach mechanicznych?

12.

Na czym polega rola hamulca w konstrukcjach mechanicznych?

13.

Co to są mechanizmy funkcjonalne?

14.

Jaka jest rola układów hydraulicznych i pneumatycznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15.

Jakie typy zabezpieczeń stosuje się w urządzeniach i maszynach?

16.

Jakie przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy stosowane są podczas uŜytkowania
maszyn?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj rodzaj połączenia mechanicznego na podstawie wyglądu zewnętrznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

obejrzeć film przedstawiający wykonywanie połączeń mechanicznych,

zapoznać się z planszami oraz rysunkami przedstawiającymi połączenia mechaniczne
rozłączne i nierozłączne,

rozpoznać połączenie mechaniczne na podstawie wyglądu zewnętrznego.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

połączenia mechaniczne róŜnych elementów,

−

plansze oraz rysunki przedstawiające połączenia mechaniczne rozłączne i nierozłączne,

−

filmy dydaktyczne z zakresu wykonywania połączeń mechanicznych,

−

zeszyt do ćwiczeń.

Ćwiczenie 2

Wykonaj montaŜ połączeń gwintowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

zapoznać się z instrukcją do ćwiczenia,

obejrzeć film przedstawiający montaŜ połączeń gwintowych,

zapoznać się z instrukcją obsługi przyrządów i narzędzi do montaŜu połączeń
gwintowych,

dokonać montaŜu połączeń gwintowych.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

instrukcja do ćwiczenia,

−

przyrządy i narzędzia do montaŜu połączeń gwintowych,

−

części łączone,

−

ruby,

−

nakrętki,

−

podkładki,

−

wkręty,

−

film dydaktyczny z zakresu wykonywania montaŜu połączenia gwintowego,

−

zeszyt do ćwiczeń.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

Wykonaj połączenia nitowe.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

zapoznać się z instrukcją do ćwiczenia,

obejrzeć film przedstawiający montaŜ połączeń nitowych,

zapoznać się z instrukcją obsługi narzędzi do wykonywania połączeń nitowych,

wykonać połączenia nitowe.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

instrukcja do ćwiczenia,

−

narzędzia do wykonywania połączeń nitowych,

−

części łączone,

−

nity,

−

film dydaktyczny z zakresu wykonywania połączeń nitowych,

−

zeszyt do ćwiczeń.

Ćwiczenie 4

Dobierz sprzęgło oraz hamulec do określonego urządzenia mechanicznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się ze schematami sprzęgieł oraz hamulców,

obejrzeć film przedstawiający działanie sprzęgieł i hamulców,

przeanalizować cykl pracy określonego urządzenia mechanicznego,

dobrać do urządzenia określone sprzęgło i hamulec,

wypisać wady zalety charakteryzujące dokonany wybór.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

schematy sprzęgieł i hamulców,

−

film przedstawiający działanie sprzęgieł i hamulców

−

załoŜenia technologiczne do doboru sprzęgła i hamulca,

−

zeszyt do ćwiczeń.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

dobrać materiały konstrukcyjne do wykonania określonych części
maszyn?

określić właściwości materiałów konstrukcyjnych?

zwymiarować części maszyny z uwzględnieniem tolerancji?

dobrać określony rodzaj pasowania w połączeniu?

odczytać i zinterpretować oznaczenie chropowatości powierzchni?

dobrać rodzaj połączenia optymalnego w danej sytuacji
technologicznej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

omówić zakres stosowalności osi i wałów?

dobrać łoŜysko optymalne w danej sytuacji technologicznej?

rozpoznać i scharakteryzować podstawowe przekładnie
mechaniczne?

10)

dobrać sprzęgło do określonego urządzenia mechanicznego?

11)

dobrać hamulec do określonego urządzenia mechanicznego?

12)

scharakteryzować mechanizmy funkcjonalne stosowane
w maszynach i urządzeniach?

13)

zaplanować cykl remontowy maszyn i urządzeń?

14)

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony
przeciwpoŜarowej oraz ochrony środowiska podczas obsługi
urządzeń mechanicznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 20 zadań. Do kaŜdego zadania dołączone są 4 moŜliwości odpowiedzi.
Tylko jedna jest prawidłowa.

Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki naleŜy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóŜ jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

Na rozwiązanie testu masz 45 min.

Po zakończeniu testu podnieś rękę i zaczekaj aŜ nauczyciel odbierze od Ciebie pracę.

Powodzenia!

Materiały dla ucznia:

–

instrukcja,

–

zestaw zadań testowych,

–

karta odpowiedzi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Ze względu na rezystywność rozróŜniamy następujące materiały

przewodniki, półprzewodniki, izolatory.

metale, stopy, staliwa.

metale, tworzywa sztuczne, szkło.

rezystory, oporniki, kondensatory.

2. Jednostką konduktywności jest

S/m.

Ω·

·m.

Ω

/m.

3. Woltomierz o zakresie 300 V i klasie dokładności 1 oraz znamionowej liczbie działek 100

wskazał 50 działek. Poprawnie zapisany wynik pomiaru to

300 V ± 1%.

300 V ± 2%.

150 V ± 1%.

150 V ± 2%.

4. Przy pomiarze natęŜenia prądu stałego amperomierz łączy się z odbiornikiem

szeregowo.

równolegle.

bezpośrednio.

bezprzewodowo.

5. Strumieniem świetlnym nazywamy

ilość energii świetlnej, jaką źródło światła wysyła w ciągu jednostki czasu.

stosunek strumienia świetlnego padającego na powierzchnię do wielkości tej
powierzchni.

wiatłość w danym kierunku przypadająca na jednostkę pozornej powierzchni źródła.

ile lumenów uzyskuje się z jednego wata mocy.

6. WskaŜ parametry podawane na tabliczce znamionowej urządzenia grzejnego.

Napięcie zasilania, moc, skuteczność świetlna, trwałość.

Napięcie znamionowe, moc, sprawność, prędkość obrotowa.

Napięcie znamionowe, moc, grupa połączeń, napięcie zwarcia.

Napięcie zasilania, moc, temperatura znamionowa, częstotliwość.

7. NajwaŜniejszym parametrem wyłącznika róŜnicowo-prądowego jest

rodzaj prądu.

prąd znamionowy.

napięcie znamionowe.

róŜnicowy prąd wyzwalający.

8. Do zabezpieczenia urządzenia przed skutkami zwarcia słuŜą

bezpieczniki.

przekaźniki nadmiarowe.

przekaźniki podnapięciowe.

styczniki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9. Przedstawiony symbol graficzny jest symbolem

kondensatora powietrznego.

opornika.

diody półprzewodnikowej.

dławika.

10. Przedstawiony symbol graficzny jest symbolem

potencjometra.

cewki indukcyjnej.

diody półprzewodnikowej.

tranzystora.

11. Wyprowadzenia tranzystora bipolarnego pokazanego na rysunku to

kolektor, emitator, brzeg.

kondensor, emitor, baza.

kolektor, emiter, baza.

kolonel, empator, baza.

12. Pierwszą czynnością w przypadku poraŜenia prądem jest

odciągniecie poszkodowanego od miejsca wypadku.

przerwanie obwodu elektrycznego.

wezwanie pogotowia ratunkowego.

podanie poszkodowanemu picia.

13. Materiały konstrukcyjne stosowane w budowie maszyn i urządzeń to

metale i ich stopy, drewno, tkaniny i kompozyty.

polimery, drewno, kauczuk i kompozyty.

szkło i ceramika, kompozyty, folie, drewno.

metale i ich stopy, polimery, ceramikę i kompozyty.

14. W budowie maszyn stosuje się następujące rodzaje pasowań

luźne, mieszane, ciasne.

podstawowe i specjalne.

zębate i śrubowe.

twarde, miękkie, uniwersalne.

15. Symbol chropowatości 2,25 oznacza, Ŝe została ona osiągnięta poprzez

odlanie.

obróbkę skrawaniem.

szlifowanie.

polerowanie.

16. Na rysunku przedstawione jest połączenie

owijane.

spawane.

zaciskowe.

nitowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17. Do grupy połączeń rozłącznych naleŜy tylko

połączenie wpustowe.

połączenie klejone.

połączenie lutowane.

połączenie nitowe.

18. Oś róŜni się od wału tym, Ŝe

jest nieruchoma.

jest ruchoma.

nie przenosi momentu obrotowego.

nie przenosi napręŜeń gnących.

19. ŁoŜysko toczne skośne

jest montowane skośnie w stosunku do wału,

przenosi obciąŜenia poprzeczne i wzdłuŜne.

nie przenosi obciąŜeń ani poprzecznych, ani wzdłuŜnych.

posiada stoŜkową obudowę.

20. Ze względu na sposób połączenia członów sprzęgła dzielimy na:

nitowane i spawane.

poślizgowe i rozruchowe.

jednokierunkowe i dwukierunkowe.

stałe i rozłączne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ……………………………………………........………………………………

Zastosowanie maszyn i urządzeń

Zakreśl poprawną odpowiedź, wpisz brakujące części zdania lub wykonaj rysunek.

Nr zadania

Odpowiedzi

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

Chwaleba A., Moeschke B., Płoszajski G.: Elektronika. WSiP, Warszawa 1996

Dejidas L., Destree T.: Technologia offsetowego drukowania arkuszowego. COBRPP,
Warszawa 2007

Grabowski L.: Pracownia elektroniczna – układy elektroniczne. WSiP, Warszawa 1999

GryŜewski Z.: Prace pomiarowo-kontrolne przy urządzeniach elektroenergetycznych
o napięciu do 1 kV. COSiW, Warszawa 2003

Januszewski S., Pytlak A., Rosnowska-Nowaczyk M., Świątek H.: Energoelektronika.
WSiP, Warszawa 2004

Kotlarski W., Grad J.: Aparaty i urządzenia elektryczne. WSiP, Warszawa 1999

Laskowski J.: Poradnik elektroenergetyka przemysłowego. COSiW, Warszawa 2002

Legutko S.: Podstawy eksploatacji maszyn i urządzeń. WSiP, Warszawa 2004

Mały poradnik mechanika. WNT, Warszawa 1996

10.

Marusak A.: Urządzenia elektroniczne, część 1. Elementy urządzeń, część 2. Układy
elektroniczne. WSiP, Warszawa 2000

11.

Markiewicz H.: Instalacje elektryczne. WNT, Warszawa 2005

12.

Normy Polskie oraz Normy BranŜowe

13.

Okoniewski S.: Technologia dla elektroników. WSiP, Warszawa 2005

14.

Oleksiuk W., Paprocki K.: Podstawy konstrukcji mechanicznych dla elektroników.
WSiP, Warszawa 1996

15.

Pilawski M., Winiek T.: Pracownia elektryczna. WSiP, Warszawa 2005

16.

Pióro B., Pióro M.: Podstawy elektroniki cz. 1. WSiP, Warszawa 1998

17.

Pióro B., Pióro M.: Podstawy elektroniki cz. 2. WSiP, Warszawa 1997

18.

Podręcznik dla elektryków. Zeszyt 1. COSiW SEP, Warszawa 2004

19.

Podręcznik dla elektryków. Zeszyt 2. COSiW SEP, Warszawa 2004

20.

Poradnik montera elektryka. WNT, Warszawa 2007

21.

Praca zbiorowa: Poradnik inŜyniera elektryka. WNT, Warszawa 1997

22.

Praca zbiorowa: Praktyczna elektrotechnika ogólna. REA, Warszawa, 2003

23.

Uzarowicz L., Jędrzejewski W., Jaworski Z., Korzemski J.: Technologia metali
i metaloznawstwo. WNT, Warszawa 1975

24.

Zachara Z.: Zadania z elektrotechniki nie tylko dla elektroników. WSPWN, Warszawa
2000