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.