w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
PKM –OPRACOWANIA PYTAŃ
PROCES PROJEKTOWANIA I KONSTRUOWANIA
1. Co to jest konstrukcja? Co to jest maszyna?
MASZYNA – jest sztucznym układem materialnym, który dzięki zewnętrznej energii służy do
przekształcania masy, energii lub informacji.
wej
ś
cie:
energia masa informacja
maszyna
wyj
ś
cie:
energia masa informacja
KONSTRUKCJA – jest opisem lub inaczej wyznaczonych rozmiarów dopuszczalnych dla
struktur (cech geometrycznych lub materiałowych) i stanów (cech dynamicznych) wytworu.
Rozmiary te są nieprzekraczalne pod groźbą uznania, że wytwór jest wadliwy.
2. Wymień rodzaje cech konstrukcyjnych i wyjaśnij je na dowolnym przykładzie.
Cechy konstrukcyjne:
- geometryczne cechy konstrukcyjne - to logiczna suma postaci konstrukcyjnej i układu
wymiarów będącą koniecznym i wystarczającym warunkiem dla wytwórców podejmujących
wykonanie wytworu według zamierzonej konstrukcji (przykłady to np. struktura zewnętrzna
wytworu)
- materiałowe cechy konstrukcyjne (przykład to np. materiał, struktura wewnętrzna)
- dynamiczne cechy konstrukcyjne – to stan wytworu wywołany głównie podczas montażu
maszyn (przykłady to np. cechy montażowe – siły, docisk; moment z jakim należy dokręcić
śrubę lub siła z jaką należy wbić klin)
3. Wymień rodzaje cech konstrukcyjnych i wyjaśnij je na przykładzie połączenia klinowego
co rozumiemy pod tymi pojęciami?
Cechy konstrukcyjne:
- geometryczne cechy konstrukcyjne - to logiczna suma postaci konstrukcyjnej i układu
wymiarów będącą koniecznym i wystarczającym warunkiem dla wytwórców podejmujących
wykonanie wytworu według zamierzonej konstrukcji (przykład to np. struktura zewnętrzna
klinu)
- materiałowe cechy konstrukcyjne (przykład to np. materiał z jakiego wykonany będzie klin,
dobór stali)
- dynamiczne cechy konstrukcyjne – to stan wytworu wywołany głównie podczas montażu
maszyn (przykłady to np. cechy montażowe - siła, docisk; siła z jaka należy wbić klin)
WYTRZYMAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWA
1. Narysuj wykres Soderberga i zaznacz na nim linie odpowiadającą krytycznym
naprężeniom elementu z karbem.
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
2. Narysuj wykres Soderberga i zaznacz na nim wyraźnie naprężenia o przebiegu
narysowanym poniżej (rysunek będzie dołączony)
ogólna postać wykresu Soderberga (nie wiem co będzie trzeba zrobić!!!)
3. Narysuj wykres Soderberga dla elementu z karbem
4. Przedstaw na wykresie Soderberga jak definiowana jest liczba bezpieczeństwa dla
elementu z karbem, w którym występują tylko wahadłowe naprężenia skręcające
NIE WIEM!!!!!!!!
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
5. Wyjaśnić (na rysunku) w oparciu o wykres Soderberga jak definiowana jest liczba
bezpieczeństwa dla prostego stanu naprężeń (np. rozciągania) zmiennych w czasie.
Liczba bezpieczeństwa
s = σ krytyczne / σ kryterialne
6. Zdefiniuj liczbę kształtu oraz wymień czynniki mające wpływ na jej wielkość.
Jest to wielkość opisująca różne rodzaje karbu. Jest to stosunek naprężeń maksymalnych
wywołanych karbem w tworzywie idealnie sprężystym (izotropowym), do naprężeń
nominalnych (obliczeniowych, kryterialnych). Jest to funkcja rodzaju obciążenia i cech
geometrycznych ujęta za pomocą wykresów, tablic, wzorów.
α
k
= σmax/σ
σ = 4P/πd
2
USA
α
0
= σmax/σ
0
σ
0
= 4P/πD
2
gdzie:
σmax – maksymalne naprężenia w przekroju wywołane spiętrzeniem naprężeń
σ - naprężenia nominalne w przekroju
α
k
zależy od:
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
- rodzaju naprężeń
- rodzaju karbu
Liczbę kształtu można zmniejszyć poprzez zmniejszenie naprężeń maksymalnych.
Największy wpływ karbu na liczbę kształtu jest przy rozciąganiu a najmniejszy przy skręcaniu.
7. Zdefiniuj liczbę kształtu oraz przedstaw sposoby jej zmniejszania
(definicja ta sama co powyżej)
Sposoby zmniejszania liczby kształtu:
- liczbę kształtu można zmniejszyć poprzez zmniejszenie naprężeń maksymalnych
- poprzez karby odciążające
- poprzez stereomechaniczne zmniejszanie naprężeń
8. Zdefiniuj liczbę działania karbu oraz podaj czynniki mające wpływ na jej wielkość.
β
k
= Z
o
/Z
ok
Stosunek wytrzymałości zmęczeniowej próbki gładkiej Z
o
do wytrzymałości zmęczeniowej
próbki z karbem Z
ok
.
β
k
= 1 + η
k
(α
k
- 1)
η
k
– liczba wrażliwości na działanie karbu
9. Opisz wielkości występujące we wzorze β
k
= 1 + η
k
(α
k
- 1)
β
k
– liczba działania karbu (stosunek wytrzymałości zmęczeniowej próbki gładkiej Z
o
do
wytrzymałości zmęczeniowej próbki z karbem Z
ok
)
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
η
k
- liczba wrażliwości na działanie karbu (dla tworzyw niewrażliwych na karb: η
k
=0, dla
tworzyw wrażliwych na karb η
k
=1)
α
k
- liczba kształtu
(jest to wielkość opisująca różne rodzaje karbu. Jest to stosunek naprężeń
max. wywołanych karbem w tworzywie idealnie sprężystym (izotropowym), do naprężeń
nominalnych (obliczeniowych, kryterialnych), jest to funkcja rodzaju obciążenia i cech
geometrycznych ujęta za pomocą wykresów, tablic, wzorów.)
10. Narysuj przykładowy wykres Wohlera (np. dla rozciągania) opisz jego osie, oznacz i
opisz podstawową wielkość z niego odczytywaną
N* - graniczna liczba cykli
Z – wytrzymałość zmęczeniowa próbki gładkiej bez karbu (to się chyba odczytuje z wykresu)
Z
or
– wytrzymałość zmęczeniowa dla obustronnego rozciągania
Z
jr
: Z
og
: Z
os
:…
POŁĄCZENIA GWINTOWE
1. Moment M potrzebny do pokonania oporów podczas dokręcania śruby określa wzór M =
0.5 dm Q tg( γ + ρ ). Opisz wielkości występujące w tym wzorze.
d
m
– średnica medialna (średnia) gwintu (0,9 d)
Q – siła rozciągająca rdzeń śruby
γ – średni kąt pochylenia gwintu
ρ – kąt tarcia ( μ= tg ρ)
2. Narysuj i objaśnij rozkład sił występujących podczas dokręcania obciążonego połączenia
samohamownego.
Warunek samohamowności:
T = N * μ = Q cosγ + μ ≥ Q sinγ
gdzie:
T - siła tarcia
Q – siła rozciągająca rdzeń śruby
N – siła nacisku
μ – liczba tarcia (μ ≥ tgγ)
γ – średni kąt pochylenia gwintu (tgγ = S/(π*dm))
dm – średnia średnica gwintu (dm=(d+dr)/2)
Stosowane jest pojęcie kata tarcia ρ:
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
μ = tgρ
Warunek samohamowności przyjmuje wtedy postać:
ρ>γ
Dokręcanie:
Siła Q – siła rozciągająca rdzeń śruby
Siła H – siła przyłożona na średnicy średniej gwintu w kierunku prostopadłym do osi śruby:
- wywołuje dokręcanie śruby (czyli zwiększanie siły Q)
- występuje tylko podczas dokręcania śruby
- nie należy jej mylić z siłą przyłożoną do końca klucza podczas dokręcania śruby
POŁĄCZENIA ŚRUBOWE
1. Określ podstawową różnicę istoty działania połączenia śrubowego luźnego i
pasowanego. Narysuj przekroje tych połączeń w płaszczyźnie zawierającej oś śruby
i zaznacz na nich najważniejszą różnicę między nimi.
Śruby pasowane: Śruby luźne:
- śruba i otwór są pasowane ciasno - miedzy śruba i otworem jest luz
- nakrętka jest dokręcana z niewielkim - nakrętka jest dokręcana z dużym
momentem momentem co wywołuje dużą Q
- siła P wywołuje naprężenia ścinające ściskającą blachę
w rdzeniu śruby - siła P przenoszona jest przez siły
- warunek wytrzymałościowy: między blachami
P ≤ F
w
∙ i ∙ R
s
/s - warunek wytrzymałościowy:
F
w
– pole powierzchni przekroju rdzenia P ≤ Q ∙ i ∙ μ/s
śruby Q – siła w rdzeniu śruby
R
s
– wytrzymałość na ścinanie μ – liczba tarcia
i – liczba powierzchni ścinanych i – liczba płaszczyzn, w których
s – liczba bezpieczeństwa występują siły tarcia (=2)
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
s – liczba bezpieczeństwa
2. i 3. – nie wiem jaki tu będzie rysunek dołączony
POŁĄCZENIA CZOPOWE
1. Przedstaw podstawową różnicę między połączeniem wpustowym i klinowym.
Wymień 2 najważniejsze zalety połączeń klinowych.
Zarówno połączenia wpustowe, jak i klinowe należą do grupy połączeń kształtowanych
pośrednich.
Podstawowa różnica:
Połączenia wpustowe przenoszą tylko moment obrotowy, a klinowe przenoszą dodatkowo
siłę poosiową. Ponadto w połączeniach tych w innych miejscach występują luzy (zaznaczono
na rysunku) - a co za tym idzie - inny jest rozkład naprężeń.
Połączenie wpustowe:
- naciski powierzchniowe:
P = F/k∙l0≤Pdop
- ścinanie wpustu
T
= F /l
0
∙ b ≤ P**
Wady:
- możliwość przenoszenia małych obciążeń
- nie może przenosić sił poosiowych
- stosujemy pojedynczo
Zalety:
- zachowują dużą współosiowość koła względem piasty
- nie wprowadzają bardzo dużych naprężeń w piaście
- można stosować połączenia ruchowe
Połączeni klinowe:
Wady:
- brak możliwości statecznej kontroli obciążenia wstępnego
- znaczne osłabienie wpustu
- znaczne dociśnięcie piasty
- przesunięcie osi piasty względem osi wału w zakresie luzów pomiędzy czopem a piastą
- dla krótkich czopów przemieszczenia kątowe osi piasty względem osi wału
Zalety:
- może przenosić siłę poosiową i moment obrotowy
- dobrze przenosi obciążenia wahadłowe
2. Określ podstawową różnicę istoty działania połączenia wpustowego i klinowego.
Narysuj przekrój połączenia wpustowego i klinowego w płaszczyźnie prostopadłej do osi
wału i zaznacz na nich najważniejszą różnicę między nimi.
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
Tekst z pytania powyżej!!!
3. Wyjaśnić na czym polega różnica w doborze cech konstrukcyjnych dla czopowych
połączeń skurczowych i wtłaczanych.
TYLKO TAKIE COŚ ZNALAZŁAM!!!
Zalety połączeń wciskowych:
- prostota i łatwość wykonania
- dobre środkowanie części łączonych
- duża obciążalność złącza
Wady połączeń wciskowych:
- zależność obciążalności złącza od dokładności wykonania
- wrażliwość złącza na zmiany temp.
- duże naprężenia montażowe
- spiętrzanie naprężeń
Warunki pracy złącza dla połączeń wciskowych:
Fa ≤ πdlpf 1/s
A dla skurczowych wymagana jest różnica temperatur
At =(Ai+A)/ad
ŁOŻYSKA TOCZNE
1. Napisz wzór określający trwałość łożysk tocznych i opisz wielkości w nim występujące.
Wyjaśnić znaczenie indeksu 10. Zdefiniować wielkość C.
L
10
= (C/P)
q
L
w
= (C/C)
q
= 1
q
= 1(mln obr)
L
10
– nominalna trwałość w milionach obrotów (dla 90% badanych łożysk)
P – obciążenie zastępcze kryterialne w [N]
C – nośność ruchowa w [N]
q=3 dla łożysk kulkowych
q=10/3=3,333 dla łożysk wałeczkowych
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
C – obciążenie promieniowe łożyska, przy których 90% łożysk ulegnie uszkodzeniu po
wykonaniu 10
6
obrotów
L
10h
= 1 000 000 / 60n * (C/P)
q
L
n
= L
10
*a
1
L
10h
-
trwałość w godzinach pracy łożyska
n – prędkość obrotowa [obr/min]
L
10
- umowna trwałość łożyska wyznaczona dla przyjętej wymaganej niezawodności łożyska
(najczęściej 90%, n=10 i wtedy L
n
to L
10
)
2. Zasada pasowania łożysk w przypadku - nieruchome gniazdo, czop obraca się względem
wektora obciążenia.
Pierścień wewnętrzny wału jest równomiernie obciążony – wszystkie punkty pierścienia
przechodzą wszystkie stany obciążenia.
Pierścień zewnętrzny max jest obciążony zawsze w punkcie B.
Pierścień wewnętrzny współdziała z czopem.
Obciążenia poszczególnych kulek są różne (układ jest statycznie niewyznaczalny). Naprężenia
stykowe kulek z pierścieniami zależą od promieni krzywizn.
Analiza obciążenia wykazała, że pierścień wewnętrzny jest równomiernie obciążony
– wszystkie punkty pierścienia przechodzą wszystkie stany obciążenia. Pierścień zewnętrzny
natomiast maksymalnie jest obciążony zawsze w punkcie B. Analizując współdziałanie
pierścienia wewnętrznego z czopem dojdziemy do wniosku, że najmniejszy nawet luz miedzy
nimi doprowadzić może do obtaczania się pierścienia po czopie co z kolei doprowadzić może
do zatarcia się łożyska. Pierścień zewnętrzny natomiast nie wykazuje tendencji do obracania
się w gnieździe łożyskowym.
3. Wymień najczęściej występujące uszkodzenia łożysk tocznych i przyczyny ich
występowania.
1. Wywołane zmęczeniem materiału:
-spalling
-pitting - polega na odrywaniu się cząstek materiału na wskutek rozklinowania pęknięć przez
środek smarujący.
2. Pęknięcia lub rozbicia elementów tocznych
3. Wgniecenia na bieżni
4. Przyspieszone zużycie wywołane:
- zanieczyszczeniami
- korozja
- przepływem prądu
5. Pęknięcia koszyczka
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
4. Narysuj przykładowe łożysko wałeczkowe walcowe (przekrój). Wymień zalety i wady
łożysk tego typu.
Łożyska walcowe poprzeczne jednorzędowe i wielorzędowe
Łożyska jednorzędowe tej grupy konstrukcyjnej
cechuje zdolność przejmowania dużo większych
obciążeń promieniowych w stosunku do łożysk
kulkowych o tych samych wymiarach. Łożyska
typu NJ pozwalają na ustalenie osiowe wału
w jednym kierunku, a łożyska typu NUP oraz
łożyska NJ w połączeniu z pierścieniem HJ
w obu kierunkach, łożyska typu RNU pracują
bez pierścienia wewnętrznego - bieżnię
wewnętrzną stanowi odpowiednio wykonany
czop. Do węzłów szczególnie obciążonych stosuje
się łożyska konstrukcji "E" o większej nośności
i tych samych wymiarach zewnętrznych (wynik
specjalnej konstrukcji wewnętrznej).
Łożyska walcowe wielorzędowe dzielą się na
dwurzędowe i wielorzędowe, wykonywane są
zarówno z otworem walcowym jak i stożkowym
(K). Wszystkie łożyska walcowe są bardzo czułe
na niewspółosiowość; dopuszczalne wychylenia
w zależności od serii zawierają się w granicach
1'- 7' . Stosuje się w nich koszyki zarówno blaszane,
masywne jak i z tworzyw sztucznych. Wykonywane
są one w różnych klasach dokładności.
5. Narysuj przykładowe łożysko stożkowego wałeczkowe (przekrój). Wymień zalety i wady
łożysk tego typu.
Łożyska tej grupy konstrukcyjnej przeznaczone są do przenoszenia znacznych obciążeń
złożonych (promieniowych i osiowych), są to łożyska rozłączne - co znacznie ułatwia montaż.
Charakterystyczną cechą łożysk stożkowych jest kąt działania, który odpowiada kątowi a na
bieżni pierścienia zewnętrznego. Im większy jest ten kąt, tym większa jest zdolność łożyska
do przenoszenia obciążeń wzdłużnych. Konstrukcja łożysk stożkowych umożliwia
przyjmowanie obciążenia osiowego tylko w m kierunku. Przy występowaniu obciążeń w
dwóch kierunkach należy stosować łożyska stożkowe dwurzędowe, a przy dużych
obciążeniach łożyska stożkowe wielorzędowe.
Dopuszczalny błąd współosiowości dla łożysk stożkowych jest bardzo mały, max. wychylenie
wynosi około 2'. W przeważającej części stosuje się w nich koszyki blaszane, rzadziej inne.
Wykonuje się je w różnych klasach dokładności. Głównie są wykonywane w wersji
jednorzędowej. Rzadko stosuje się je w wersji dwurzędowej i wielorzędowej. Wymiary i
parametry techniczne są podawane w katalogach łożysk tocznych.
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7