Maszynoznastwo Za maszynę uważa się całość powiązanych ze sobą elementów, z których przynajmniej jeden jest ruchomy wraz z odpowiednimi urządzeniami roboczymi, układami sterowania, zasilania itp., które są połączone razem w celu określonego zastosowania. W szczególności do przetwarzania, obrabiania, przemieszczania i pakowania materiałów. Pod względem energetycznym (silniki) maszyny dzielimy na silniki i maszyny robocze. Silniki pobierają energię z zewnętrznego źródła energii ( energia chemiczna paliwa, jądrową, słoneczna, mechaniczna wody i wiatru) i przetwarzają na energie mechaniczną. Maszyny pobierają energię od silników w celu przetworzenia jej na pracę użyteczną np.: skrawanie, przemieszczanie materii (piasku na budowie) Maszyny robocze dzielimy na: maszyny technologiczne maszyny energetyczne maszyny transportowe maszyny cyfrowe Maszyny technologiczne - służą do przetworzenia surowców lub półwyrobów poprzez zmianę ich kształtu, objętości, własności fizycznych lub chemicznych i wytworzenie w ten sposób gotowego wyrobu lub półwyrobu np.: walcarki, młoty, prasy, maszyny odlewnicze, poligraficzne, przędzalnicze, górnicze, itp. Maszyny energetyczne - wytwarzają z energii mechanicznej inne rodzaje energii np. prądnice, maszyny elektryczne, sprężarki, itp. Maszyny transportowe - służą do zmiany położenia ciał stałych, cieczy i gazów np. dźwignice, przenośniki, samochody, lokomotywy, statki, samoloty, pompy Maszyny cyfrowe (matematyczne) - które przetwarzają dane, dokonują obliczeń, wykorzystują odpowiednio systemy komputerowe oraz zapewniają tworzenie odpowiedniej grafiki. Maszyny można klasyfikować według branż przemysłowych: górnicze rolnicze hutnicze przemysłu spożywczego Użyteczne działanie maszyn uzewnętrznia się najczęściej jako przetwarzanie materii realizowane w układzie roboczym maszyny np. wysięgnik z łyżką, układ jezdny w ładowarce. Energia pobierana od silnika napędowego musi być przekształcona w układzie napędowym tak, aby odpowiadała wymaganym parametrom energetycznym układu roboczego. Sterowanie układem roboczym oraz dozowanie masy i natężenia energii jest realizowane przez przetwarzanie informacji z udziałem człowieka lub automatycznie. Wynik działania maszyny można rozpatrywać jako skutek przetwarzania energii, materii i informacji. E-energria M-masa I-informacja U-skutek S-silnik T-transmisja R- uklad roboczy Ms- maszyna Mechanizm - jest to układ połączonych ze sobą części maszyn mogących wykonywać określony ruch w wyniku pobranej energii mechanicznej. W teorii ruchu jest to łańcuch kinematyczny, w którym jeden człon jest nieruchomy (ostoja) pozostałe zaś wykonują ściśle określone ruchy. Maszyna - jest to urządzenie techniczne zawierające mechanizm lub zespół mechanizmów we wspólnym kadłubie służące do przetwarzania energii lub wykonywania określonej pracy mechanicznej. Źródła w postaci energii Podstawą działania maszyn wszelkiego typu są przemiany energii, które w nich zachodzą. Energię określa się jako najbardziej ogólną własność wszelkiego rodzaju ruchu materii. Energię zawiera: napięta sprężyna, węgiel, zbiornik ze sprężonym powietrzem, które mogą być przemienione w określonych warunkach w pracę. Do najważniejszych źródeł energii we współczesnej technice można zaliczyć energię chemiczną paliw takich jak węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny, energia spadku wody, energia wiatru, energię jądrową i słoneczną. Z fizycznego punktu widzenia energię można podzielić na: mechaniczną cieplną promieniowania elektryczną chemiczną jądrową Podstawowe cechy maszyn: funkcjonalność - jest to poprawne spełnianie funkcji przez maszynę, do których jest przeznaczona niezawodność i trwałość - jest to uzyskanie żądanego prawdopodobieństwa dobrej i bezawaryjnej pracy maszyny w założonym okresie optymalność - oznacza najlepsze spełnienie przez maszynę zadań w określonych warunkach ze względu na założone kryterium. Podstawowe parametry maszyny: 1. praca [J] - Dżul 1J=1N*1m [kg*m^2/s^2] 2. moc [­W] - wat 1W=1J*1s 3. sprawność η = Lu/Lw Lu - praca uzyskana Lw - praca włożona 4. Prędkość 5. Przyspieszenie 6. Wydajność 7. prędkość kątowa 8. obroty 9. częstotliwość [Hz] 10. okres [1s] 11. moment obrotowy 12. udźwig Q[w tonach][t] 13. ciśnienie [Pa] 14. zużycie paliwa Charakterystyka maszyn. Zależność momentu funkcji obrotów M=f(n) Proces powstawania maszyny potrzeba - jest to zaspokajanie określonej potrzeby urządzeniem bądź maszyną w określonych warunkach projektowanie - jest to całokształt działania przy realizowaniu zamierzeń inwestycyjnych sformułowanie zadania konstrukcyjnego analiza możliwych do zastosowania środków technicznych analiza ekonomiczna przedsięwzięcia konstrukcja i obliczenia opracowanie założeń jest to opis istoty działania maszyny, określenie danych liczbowych dotyczących parametrów oraz danych sytuacyjnych o warunkach pracy danej maszyny projekt wstępny - jest to pierwszy etap dobierania cech konstrukcyjnych obliczanie wytrzymałościowe - zostaje przeprowadzone, jeśli znamy obciążenie i siły działające na maszynę w czasie pracy. Obciążenie - wielkość fizyczna, która w urządzeniu lub w maszynie wywołuje powstanie przemieszczania, odkształcenia, odprężenia. dobór kształtów i wymiarów elementów konstrukcyjnych opracowanie dokumentacji technicznej badania prototypu produkcja seryjna wielkoseryjna jednostkowa masowa Eksploatacja - jest to zespół czynności obejmujący planowanie, użytkowanie, obsługiwanie, przechowywanie i inne przedsięwzięcia mające na celu racjonalizację użytkowania maszyny. W okresie eksploatacji sprawdza się założenia charakterystyki, bada się intensywność użytkowania i planuje obsługi techniczne. Naprawy bieżące i główne: Bieżące - wykonuje się w trakcie eksploatacji urządzeń lub maszyny. Główne - wykonuje się po określonym okresie użytkowania. Wycofanie z eksploatacji (złomowanie).

Podstawowe zasady konstrukcji maszyn. Konstrukcja - Jest to zespół cech obmyślonych ze względu na określoną funkcję maszyny lub urządzenia. Proces tworzenia konstrukcji nazywamy konstruowaniem. Zbiór informacji o strukturze maszyny będący opisem ich budowy nazywamy zespołem cech konstrukcyjnych. Do tego zespołu zaliczamy: cechy materiałowe, cechy geometryczne, cechy dynamiczne, wł. wytrzymałościowe, rodzaje obciążeń, drgania. Konstruowanie zawiera pewne cechy wspólne dla różnych rodzajów maszyn i urządzeń a wynikają one z: stosowania podstawowych części i zespołów w różnych maszynach i urządzeniach. Do nich zaliczyliśmy: śruby, łożyska, wały, sprzęgła, przekładnie, hamulce występowanie podobnych problemów podczas konstruowania różnych maszyn np. łączenie ruchu, łożyskowanie, przenoszenie ruchu, łączenie wałów za pomocą sprzęgieł stosowanie podstawowych zasad konstruowania: konstrukcja powinna spełniać podstawowe warunki konstrukcyjne w stopniu nie gorszym od założonego konstrukcja powinna być optymalna w danych warunkach ze względu na podstawowe kryteria optymalizacji Szczegółowe zasady konstruowania (warunki konstrukcyjne, do których należą): funkcjonalność, niezawodność i trwałość, sprawność, lekkość, (eko)ergonomiczność, estetyka, bezpieczeństwo, itp. Funkcjonalność - jest to poprawne spełnienie przez projektowaną maszynę funkcji, do których jest przeznaczona Niezawodność i trwałość - jest to żądane prawdopodobieństwo niezawodnej pracy maszyny przy danych obciążeniach w okresie nie krótszym od założonego (związane z wytrzymałością, obciążeniem, użyciem, cieplnymi obciążeniami statecznością itp. Sprawność - konstrukcja powinna zapewniać żądaną sprawność Lekkość - wiąże się z wyborem materiału oraz rozwiązaniem konstrukcyjnym. Konstrukcja jest lżejsza, gdy stosujemy materiały droższe. Ergonomiczność - jest to dostosowanie maszyny do potrzeb obsługującego człowieka, które nie mogą być pominięte w okresie konstruowania i dotyczą wygody obsługi, przestrzegania ograniczeń wynikających z przepisów i ograniczeń odnośnie hałasu i drgań. Estetyka - ma istotny wpływ na psychikę człowieka a ty samym na wydajność człowieka. Ponadto należy dbać o estetykę ze względu na konstrukcyjność. Bezpieczeństwo - dotyczy niektórych urządzeń jak maszyny transportowe, zbiorniki ciśnieniowe, maszyny pracujące pod dużym ciśnieniem, co wymaga oceny współczynnika bezpieczeństwa. Aby zbudować model matematyczny konstrukcji należy: określić wielkości występujące w rozwiązywanym problemie tzn. zmienne decyzje i parametry. Mogą być nimi różne wielkości od masy maszyny aż po kolor wyrobu. określić obszar dopuszczalny, który poszukuje się rozwiązania. określić funkcję celu albo odpowiedni algorytm, który pozwoli na ustalenie czy znalezione rozwiązanie jest najlepsze. Wszystkie istniejące metody optymalizacji sprowadzają się do poszukiwania optimum funkcji celu „U” w danym obszarze funkcji celu dopuszczalnego „Y” (Φ) W przypadku optymalizacji z jedną zmienną decyzyjną X1 mogą wystąpić następujące przypadki: Projektowanie zwykłe a optymalne Zaprojektować prostokątny przekrój b*h zdolny do przemieszczania momentu zginającego M=1666,7 decN/cm (dekaniutonów na centymetr), naprężenie dopuszczalne k dla materiału belki wynosi k=100 decN/cm^2. Belka spełni swoje zadania, gdy: przeniesie dany moment zginający. w przekroju belki nie przekroczą wartości dopuszczalnych wykazywać wystarczające bezpieczeństwo przed utratą stateczności przy zginaniu. Projektowanie zwykłe warunek wytrzymałościowy (sigma)= P/F≤Kr- prawo Hook'a sigma= M/W=M/(b*h^2)/6= 6M/6h^2≤Kr W=(bh^2)/6 Przypadek B=4cm, h=5cm, M, 5=k=100decN/m^2, 20m^2 II. Przypadek B=2, h=7,1 M, F=14,2cm^2 sigma= 99decN/cm^2<k , Projektowanie optymalne - minimalny przekrój belki h/b 1.warunek wytrzymałościowy: 6M/bh^2≤k 2.warunki statecznościowe: h/b≥1, h/b≤4 ograniczenie zwiazane ze statecznoscia belki 3. 4.funkcja celu Z jest równa b*h i jest równa minimum. Z=bh=min B=mh B=h A= h=7,37cm, b=1,84cm PROCES KONSTRUOWANIA MASZYNY 1.dobór schematu kinematycznego 2.określenie parametrów kinematycznych i dynamicznych 3.dobór układu maszyny i powiązanie jej zespołów 4.konstrukcja zespołów 5.konstrukcja części 6.obliczenia funkcjonalne, dynamiczne, wytrzymałościowe itp. PROCES KONSTRUOWANIA CZĘŚCI: 1.ustalenie kształtów i wymiarów elementu 2.ustalenie materiału i związane z wartościami wytrzymałościowymi, odporności na korozję 3.ustalenie technologii wytwarzania 4.ustalenie obróbki powierzchniowej, określenie gładkości pokrycia układu galwanicznego 5.ustalenie obróbki cieplnej i cieplno chemicznej: -wyrzeżanie?, hartowanie, ulepszanie 6.ustalenie dokładności wykonania części (pasowania, tolerancji, odchyłek, kształtów i położenia)

Własności i zastosowanie podstawowych elementów maszyn 1.łączniki gwintowe - są to połączenia kształtowo cierne rozłączne utworzone przez dwa elementy zaopatrzone w powierzchnie gwintowe o zbliżonych zarysach i wymiarach ich przekrojów oraz o tym samym skoku i skręcie. Umożliwia to ich łączenie i rozłączanie wzajemnym ruchem śrubowym, oraz przenoszenie obciążeń wzdłużnych np. śruby, nakrętki, wkręty. Rozróżniamy wśród łączników gwintowych: śruby, nakrętki i wkręty. Śruby - to łączniki mające łeb ukształtowany tak, aby można je było zakręcić za pomocą odpowiedniego klucza. Wkręty - to łącznik z łbem mającym nacięcie do wkrętaka za pomocą, którego są wkręcane. Nakrętki to elementy współpracujące ze śrubami i wkrętami. Podziałka gwintu H2 jest to odległość sąsiednich zarysów mierzona wzdłuż osi gwintów. Skok gwintu „h” jest to przesunięcie zwoju wzdłuż osi przy pełnym jego obrocie. Rodzaje gwintów: metryczne, trapezowe Gwinty metryczne - są to gwinty trójkątne o kącie rozwarcia 60˚. Stosuje się je jako gwinty złączne (spoczynkowe) do łączenia elementów maszyn w jedną sztywną całość. Gwinty trapezowe - stosuje się w połączeniach (ruchowych) jako śruby robocze. Gwinty o kącie rozwarcia 30˚ maja najniższą sprawność a największą wytrzymałość. Z tego względu używane są w konstrukcjach silnie obciążonych np. dźwigniki śrubowe. Koła zębate. Na wieńcu koła zębatego wyróżniamy trzy powierzchnie: powierzchnie wierzchołków, powierzchnie podziałową, powierzchnie stóp. h-wyoskosc zeba hg- wysokosc glowy zeba hs- wysokosc stopy zeba h= hs+hg t- podzialka- dlugosc łuku pomiedzy sasiednimi zebami, t= g+s g= grubosc zeba s= szerokosc zeba Moduł „m” jest podstawową wielkością służącą do określania wymiaru koła zębatego. Średnica podziałowa dp=m*Z ELEMENTY SPRĘŻYSTE Do najczęściej stosowanych w budowie elementów sprężystych należą sprężyny. Są to łączniki sprężyste wykonane z materiałów o niewielkiej odkształcalności a w których dużą podatność uzyskuje się dzięki specjalnemu ukształtowaniu Zastosowanie: -dociskanie elementów konstrukcyjnych w czasie ich pracy np. sprężyny zaworowe -pobudzanie lub łagodzenie drgań sprężyny w urządzeniu wibracyjnym -mierzenie siły, sprężyna , sprężyny w zaworach bezpieczeństwa -łagodzenie uderzeń i wstrząsów -do nagromadzania energii ( w zegarach) Rodzaje sprężyn: spiralne, śrubowe, wielopłytkowe. W budowie maszyn najczęściej spotykane są sprężyny śrubowe walcowe. Przenoszą one obciążenia: rozciągające, ściskające, skręcające Dz= zewnetrzyny wymiar sprezyny Dw= wewnetrzny wymiar sprezyny D= dlugosc sprezyny H= skok sprezyny Lo= dlugosc sprezyny w spoczynku Osią lub wałem nazywamy najczęściej element maszyny umocowany w łożyskach, na których osadzone są części maszynowe wykonujące ruchy obrotowe lub wahadłowe np. koła pasowe, zębate, koła jezdne. Wały stosuje się przede wszystkim do przenoszenia momentu obrotowego. Są one zawsze ruchome tzn. obracają się wraz z osadzonymi na nich elementami. Osie nie przenoszą momentu obrotowego, ale są przeznaczone do utrzymania w określonym położeniu innych obracających się elementów maszyn. Osie są z reguły proste. Wały mogą posiadać korby lub wykarbienia. Os nieruchoma Oś ruchoma Rysunek osi

---