1. Zagadnienie tolerancji wymiarowych małych elementów (odchyłki względne i bezwzględne)

W urządzeniach precyzyjnych regułą jest stosowanie członów regulacyjnych w celu uzyskania wysokiej
dokładności (możliwie małego rozrzutu tolerancji wymiarowych, luzów). Im mniejszy element, tym niższa
klasa tolerancji, a więc większa dokładność. Wraz ze wzrostem dokładności bezwzględnych, maleją
dokładności względne, co wymusza stosowanie członów regulacyjnych.

2. Uwarunkowania przy konstruowaniu podzespołów urządzeń precyzyjnych



zabezpieczanie podzespołów przed zniszczeniem



projektowanie części z materiałów o podobnym współczynniku rozszerzalności cieplnej, aby pod
wpływem temperatury nie zmieniały się luzy



podzespoły powinny być odpowiednio smarowane, należy zwrócić uwagę na lepkość smaru oraz
rozważyć pracę bez smarowania, np. połączenie metal – tworzywo sztuczne



podzespoły powinny być izolowane przez zanieczyszczeniami z otoczenia



należy zadbać o odpowiednie odprowadzanie ciepła z podzespołu



podzespół powinien być skonstruowany tak, aby jego montaż był jak najprostszy oraz żeby
najprostsze było jego wykonanie, np. powinien być projektowany jako symetryczny

3. Zalecenia konstrukcyjne związane z montażem



podział na podzespoły montażowe



stosowanie możliwie małej ilości elementów poprzez zastosowanie monolitów



wykonywanie bardziej skomplikowanych elementów, np. korpusów poprzez wtryskiwanie lub
odlewanie



stosowanie małej ilości typów połączeń



elementy powinny być symetryczne



elementy nie powinny być montowane na wewnętrznych ściankach obudowy



urządzenie powinno mieć możliwość pracy bez obudowy, w celach serwisowych



zalecane jest korzystanie z norm w celu minimalizacji dodatkowej obróbki

4. Czynniki wpływające na błąd funkcji położenia



stosowanie mechanizmów zastępczych, które są mniej dokładne, ale prostsze i tańsze



odkształcenia sprężyste zakłócające idealną funkcję



tarcie w węzłach powodujące powstawanie histerezy w przemieszczeniach



luzy w węzłach



błędy wymiarowe elementów



błędy kształtu i położenia



drgania zewnętrzne i samowzbudne



zmiany wymiarów pod wpływem wilgotności i temperatury



niewyrównoważenie statyczne

5. Zalecenia konstrukcyjne mające na celu zmniejszenie błędów położenia w mechanizmach precyzyjnych



stosowanie sprzężenia zwrotnego w układach zamkniętych



zmniejszenie oporów tarcia (np. stosowanie łożysk aerostatycznych)



stosowanie możliwie najkrótszej drogi przenoszenia obciążeń



celowe wprowadzenie drgań



stosowanie izolacji antywibracyjnej



zmniejszenie luzów poprzez zmniejszenie tolerancji



stosowanie połączeń bezlufowych



wyrównoważenie statyczne elementów



justowanie w momencie montażu



zmiana podpory stałej na ruchomą



zmniejszenie podatności elementów – zwiększenie sztywności

6. Połączenia rozłączne często stosowane w urządzeniach precyzyjnych

Rodzaj połączenia

Zasada działania

Przykład

kształtowe

kształt elementów

wpustowe, kołkowe

kształtowo – cierne

kształt elementów + tarcie między

elementami

wciskowe, walcowo-cierne

cierne

tarcie między elementami

wciskowe, walcowo-cierne

odkształceniowe

odkształcenie elementu

nitowane, punktowe, zaginane

odkształceniowo - cierne

odkształcenie elementu + tarcie

między elementami

nitokołkowi

7. Rodzaje połączeń lutowanych i ich zastosowanie

a. rodzaje

Miękkie (do 300°C)

Twarde (powyżej 450°C)

Specjalne

o niskiej temperaturze topnienia,
głównie na bazie cyny

stosowane tam, gdzie chodzi o
zastosowanie

szczelnego

połączenia, w produkcji urządzeń,
które

nie

wymagają

dużej

wytrzymałości, w produkcji części
pracujących

w

niewysokich

temperaturach

o

wysokiej

temperaturze

topnienia, głównie na bazie
srebra, złota, miedzi

łączenie

wszystkich

stali

węglowych,

molibdenowych,

wolframowych,

niklowych,

chromowych, płytek z węglików
spiekanych oraz złota i srebra

luty

o

stosunkowo

niskiej

temperaturze topnienia, głównie
na bazie bizmutu, indu, galu

często stosowane do produkcji
bezpieczników
transformatorowych

b. zastosowanie



połączenia obciążone mechanicznie



połączenia przewodzące prąd elektryczny



połączenia dla zapewnienia szczelności (uzupełnienie innych połączeń)

c. sposoby lutowania



na fali



poprzez zanurzenie



poprzez przetopienie – lut w postaci drutu, taśmy

d. rola topnika oraz stosowane topniki



usuwanie tlenków i innych zanieczyszczeń z lutowanych powierzchni



zapobieganie powstawaniu nowych tlenków podczas lutowania



ułatwianie topnienia i zwiększanie płynności lutu



stosowane topniki: chlorek amonu, kalafonia, kwas solny, chlorek cynku, boraks

8. Zasady konstruowania połączeń klejonych i obliczanie wytrzymałości



spoina musi być bardziej elastyczna od części klejonych



spoina musi być obciążona na ścinanie



warstwa kleju powinna być cienka i równomierna



powierzchnia klejona powinna być odpowiednio przygotowana



element powinien być unieruchomiony na czas wysychania



trzeba zapewnić możliwość odparowania kleju, wziąć pod uwagę zmniejszenie jego objętości

Obliczanie wytrzymałości:

9. Połączenia nitowane bezpośrednie



element łączony ma zakończenie nitowe



w takich połączeniach nitowanych dopuszcza się obciążenia inne niż styczne



są częściowo połączeniami ciernymi, oblicza się je przy założeniu, że przenoszą całe obciążenia

10. Połączenia przewodzące prąd elektryczny

Najprawdopodobniej chodzi tutaj o połączenia zgrzewane, ale nie mam co do tego pewności.

Łączenie elementów przy zgrzewaniu polega na docisku dwóch elementów z jednoczesnym
zapewnieniem przepływu prądu o dużym natężeniu. W fazie I elementy zostają dociśnięte do siebie, a
pod wpływem przepływającego prądu tworzy się uplastycznione jądro zgrzeiny, w fazie II jądro się
rozrasta, w fazie III prąd zostaje wyłączony, ale docisk jest zachowany celem zestalenia się
uplastycznionego jądra. Wyróżnia się zgrzewanie punktowe, czołowe.

11. Prowadnice

a. przeznaczenie i rodzaje

Prowadnice stosowane są celem zapewnienia elementom możliwości wykonywania ruchu w
określonym kierunku. Wyróżnia się prowadnice ślizgowe i toczne.

b. materiały stosowane na prowadnice ślizgowe

Materiały powinny charakteryzować się niskim współczynnikiem tarcia oraz małym zużyciem, stosuje
się połączenia: brąz – stal, mosiądz – stal, żeliwo – stal, tworzywo sztuczne – stal. Dopuszcza się
stosowanie dwóch elementów stalowych, ale jeden z nich musi być twardszy i należy zapewnić
smarowanie. Bez smarowania z każdym materiałem dobrze współpracuje teflon (PTFE).

c. budowa prowadnic ślizgowych

d. budowa prowadnic tocznych

prowadnice rolkowe

prowadnice ze swobodnymi elementami tocznymi

12. Łożyskowania

a. łożyska ślizgowe

Łożyska ślizgowe przenoszą obciążenia z tarciem suchym, mieszanym, bądź płynnym. Zasada ich
działania polega na skojarzeniu z odpowiednim luzem czopa z panewką, im większy luz, tym większe
występujące naprężenia.

Materiały stosowane na łożyska ślizgowe:



brązy cynowo – ołowiowe



żeliwo



mosiądz



spieki brązowe lub żelazne (samosmarujące)



tworzywa sztuczne



kamienie szlachetne

b. łożyska toczne

Klasy dokładności wykonania łożysk:



P0 – klasa normalna, brak oznaczenia w nazwie łożyska



P6 – klasa dokładna



P5 – klasa bardzo dokładna



P4 – klasa precyzyjna



P2 – klasa bardzo precyzyjna

Podczas doboru pasowań łożysk tocznych należy stosować się do ogólnych wytycznych:



pasowanie łożysk na wale i w oprawie decyduje o ich prawidłowej pracy i powinno zapewnić
łatwość montażu i demontażu łożysk oraz zabezpieczać przed obracaniem się pierścieni
względem wału i oprawy



pierścienie łożysk tocznych, wykonujące podczas pracy urządzenia ruch obrotowy wymagają
ciasnego pasowania



łożyska obciążone dużymi siłami, bądź pracujące przy obciążeniach dynamicznych wymagają
ciaśniejszego osadzenia od łożysk lekko obciążonych

c. łożyska nożowe

Łożyska nożowe składają się z listwy z pewnym zaokrągleniem,
współpracującej z rowkiem o większym promieniu zaokrąglenia.
Łożysko nożowe jest łożyskiem otwartym, co oznacza, że jego
praca jest możliwa jedynie podczas stałego docisku czopa do
panewki. Łożysko nożowe umożliwia jedynie niewielkie wahliwe
ruchy czopa. Ze względu na wysokie naprężenia, wykonuje się je
z materiałów twardych, np. stali hartowanej. Znalazły one

zastosowanie np. w kotwicach w przekaźnikach klapkowych.

d. łożyska kiełkowe

W łożyskach kiełkowych występuje tarcie wiertne, poddawane są one
wysokim naprężeniom, a więc stosuje się na nie twarde materiały.
Występują w nich bardzo małe opory ruchu. Czop ma kształt stożka
zakończonego czaszą kulistą o promieniu r, który współpracuje z panewką
w kształcie czaszy kulistej o promieniu R lub z panewką o kształcie stożka
zakończoną czaszą kulistą o promieniu R. Zawsze R > r!

e. łożyska sprężyste

Łożyska sprężyste umożliwiają tylko niewielkie kąty obrotu, stosuje się je, gdy przy niewielkim zakresie
ruchu kątowego wymagane są małe opory ruchu. Ruch obrotowy uzyskuje się poprzez odkształcenie
elementu sprężynującego. Łożyska te wykazują małe straty na tarcie, ze względu na brak luzów.

13. Elementy sprężynujące

a. rodzaje sprężyn

b. niedoskonałość sprężysta materiałów



mała wytrzymałość mechaniczna



nieściśliwość



wrażliwość na zmiany temperatury



duża objętość połączenia



naturalne starzenie się gumy

14. Termobimetale

Element sprężysty, powstały poprzez połączenie metodą lutowania bądź zgrzewania dwóch warstw
metali lub ich stopów, charakteryzujących się różnymi współczynnikami rozszerzalności cieplnej.
Warstwa, której współczynnik ma większą wartość, zwana jest warstwą czynną, druga zaś – warstwą
bierną. Termobimetale najczęściej wytwarzane są w postaci płytek lub taśm.
Istotą termobimetali jest ich odkształcenie temperaturowe. Wraz ze wzrostem temperatury element
termobimetalowy wygina się w stronę warstwy biernej na skutek różnicy wartości współczynników
rozszerzalności liniowej; dzięki niej warstwa czynna ulega większemu wydłużeniu pod wpływem
temperatury, niż warstwa bierna.

15. Sprzęgła w urządzeniach precyzyjnych

Podział ze względu na sposób przenoszenia momentu obrotowego (M

wy

= M

we

):



moment przenoszony kształtowo – ω

wyj

= ω

wej



moment przenoszony przez siły tarcia - ω

wyj

≤ ω

wej

(uwzględnienie poślizgu)



moment przenoszony przez prądy wirowe - ω

wyj

< ω

wej



moment przenoszony przez zmianę lepkości płynu

Sprzęgła nierozłączne:



łubkowe



tulejowe



kołkowe



tarczowe

Sprzęgła załączane:



załączane na stałe



załączane przy prędkości zerowej – kłowe



załączane lub rozłączane podczas ruchu – odśrodkowe, sterowane mechanicznie, sterowane
elektromagnetycznie

Sprzęgła dopuszczające błędy położenia wałów:



sprzęgło płetwowe



sprzęgło Oldhama (łączenie wałków niewspółosiowych)

16. Hamulce



szczękowe – niejednorodny moment hamujący każdej szczęki, w zależności od kierunku obrotu,
szczęka współbieżna powoduje zwiększenie siły docisku, szczęka przeciwbieżna przeciwnie



bębnowe – zbudowane z bębna i opasającej go taśmy na dużym kącie, umożliwia precyzyjne
regulowanie naciągu liny na bębnie, wzór:



tarczowe – powierzchnia pracy jest powierzchnią płaską, klocki hamulcowe są dociskane z jednej
lub dwóch stron

17. Rzeczy, które nie pojawiły się w zagadnieniach, ale jednak były na kole



zapraska – metalowy element wtopiony w element z tworzywa sztucznego. Rozgrzane tworzywo
podczas stygnięcia kurczy się i zaciska na elemencie metalowym. Zapraski stosuje się w celu
zwiększenia wytrzymałości wypraski w konkretnym miejscu.



łożysko zegarowe – są to miniaturowe łożyska cierne, wykonywane między innymi z kamieni
szlachetnych, np. rubin. Charakteryzują się one bardzo małymi oporami ruchu, niewielkim
zużyciem, dużą trwałością, konieczne jest ich smarowanie przy montażu. Stosowane są one w
urządzeniach wymagających dużej precyzji, np. jako łożyskowanie balansu w zegarku.