Operator_maszyn_i_urzadzen_odlewniczych_812[03].O1.04

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Sławomir Gajzler

Rozpoznawanie elementów maszyn i mechanizmów
812[03].O1.04

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Recenzenci:
mgr Janusz Górny
mgr inŜ. Marek Olsza

Opracowanie redakcyjne:
mgr Sławomir Gajzler

Konsultacja:
dr inŜ. BoŜena Zając

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 812[03].O1.04
„Rozpoznawanie elementów maszyn i mechanizmów”, zawartego w modułowym programie
nauczania dla zawodu operator maszyn i urządzeń odlewniczych.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Elementy mechaniki technicznej i wytrzymałości materiałów

4.1.1. Materiał nauczania
4.1.2. Pytania sprawdzające
4.1.3. Ćwiczenia
4.1.4. Sprawdzian postępów

28
29
32

4.2. Klasyfikacja i cechy uŜytkowe części maszyn

4.2.1. Materiał nauczania
4.2.2. Pytania sprawdzające
4.2.3. Ćwiczenia
4.2.4. Sprawdzian postępów

33
36
36
37

4.3. Normalizacja części maszyn

4.3.1. Materiał nauczania
4.3.2. Pytania sprawdzające
4.3.3. Ćwiczenia
4.3.4. Sprawdzian postępów

38
40
40
42

4.4. Połączenia rozłączne i nierozłączne

4.4.1. Materiał nauczania
4.4.2. Pytania sprawdzające
4.4.3. Ćwiczenia
4.4.4. Sprawdzian postępów

43
62
62
63

4.5. Osie i wały

4.5.1. Materiał nauczania
4.5.2. Pytania sprawdzające
4.5.3. Ćwiczenia
4.5.4. Sprawdzian postępów

64
66
66
67

4.6. ŁoŜyska ślizgowe i toczne

4.6.1. Materiał nauczania
4.6.2. Pytania sprawdzające
4.6.3. Ćwiczenia
4.6.4. Sprawdzian postępów

68
71
71
72

4.7. Sprzęgła

4.7.1. Materiał nauczania
4.7.2. Pytania sprawdzające
4.7.3. Ćwiczenia
4.7.4. Sprawdzian postępów

73
79
79
81

4.8. Przekładnie zębate proste i złoŜone

4.8.1. Materiał nauczania
4.8.2. Pytania sprawdzające
4.8.3. Ćwiczenia
4.8.4. Sprawdzian postępów

82
89
90
91

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9. Mechanizmy: krzywkowy, korbowy i śrubowy

4.9.1. Materiał nauczania
4.9.2. Pytania sprawdzające
4.9.3. Ćwiczenia
4.9.4. Sprawdzian postępów

92
97
97
98

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

105

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o rozpoznawaniu elementów

maszyn i mechanizmów. W poradniku znajdziesz:
–

wymagania wstępne określające umiejętności, jakie powinieneś posiadać, abyś mógł bez
problemów rozpocząć pracę z poradnikiem,

–

cele kształcenia czyli wykaz umiejętności, jakie opanujesz w wyniku kształcenia
w ramach tej jednostki modułowej,

–

materiał nauczania, czyli wiadomości teoretyczne konieczne do opanowania treści jednostki
modułowej,

–

zestaw pytań sprawdzających, abyś mógł sprawdzić czy opanowałeś juŜ materiał nauczania,

–

ćwiczenia zawierające polecenia, sposób wykonania oraz wyposaŜenie stanowiska pracy,
które pozwolą Ci ukształtować określone umiejętności praktyczne,

–

sprawdzian postępów pozwalający sprawdzić Twój poziom wiedzy po wykonaniu ćwiczeń,

–

sprawdzian osiągnięć opracowany w postaci testu, który umoŜliwi Ci sprawdzenie Twoich
wiadomości i umiejętności opanowanych podczas realizacji programu danej jednostki
modułowej,

–

literaturę związaną z programem jednostki modułowej umoŜliwiającą pogłębienie Twej
wiedzy z zakresu programu tej jednostki.

Materiał nauczania został podzielony na dziesięć części. W pierwszej części zawarte zostały

podstawowe  elementy  mechaniki  technicznej.  Elementy  wytrzymałościowe  materiałów  zostały
opisane  w  rozdziale  drugim  poradnika.  W  rozdziale  trzecim  znajdziesz  informacje  poświęcane
podstawą  maszynoznawstwa  i  klasyfikacji  części  maszyn.  Normalizacja  części  maszyn  jest
tematem  rozdziału  czwartego.  Piąty  rozdział  poświęcany  został  połączeniom  rozłącznym
i nierozłącznym.  Osie  i  wały  zostały  opisane  w  rozdziale  szóstym.  Podstawowe  informacje  na
temat  łoŜysk  ślizgowych  i  toczonych  zawarto  w  rozdziale  siódmym.  W  rozdziale  ósmym
znajdziesz  informacje  poświęcone  sprzęgłom.  Przekładnie  zębate  proste  i  złoŜone  zostały
opisane  w  rozdziale  dziewiątym.  Mechanizm  krzywkowy,  korbowy  i  śrubowy  jest  tematem
rozdziału dziesiątego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

812[03].O1.01

Przestrzeganie wymagań

bezpieczeństwa i higieny pracy,

ochrony przeciwpoŜarowej

i ochrony środowiska

812[03].O1.02

Posługiwanie się

dokumentacją techniczną

812[03].O1.04

Rozpoznawanie elementów

maszyn i mechanizmów

812[03].O1.05

Analizowanie układów elektrycz-

nych i automatyki przemysłowej

812[03].O1.06

812[03].O1

Techniczne podstawy zawodu

812[03].O1.03

Stosowanie materiałów

konstrukcyjnych

i narzędziowych

Stosowanie podstawowych

technik wytwarzania części

maszyn

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA

WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu fizyki takimi jak: masa, siła, prędkość,

−

interpretować związki wyraŜone za pomocą wzorów, tabel,

−

odczytywać informacje z wykresów, rysunków i dokumentacji technicznej,

−

korzystać z róŜnych źródeł informacji technicznej, jak: Polskie Normy, poradniki,

−

analizować treść zadania,

−

dobierać metody i plan rozwiązania,

−

komunikować się i pracować w zespole,

−

samodzielnie podejmować decyzje,

−

dokonywać oceny swoich umiejętności.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE

KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

określić warunki równowagi ciała sztywnego,

–

wyjaśnić pojęcia: prędkość obwodowa, prędkość obrotowa, praca mechaniczna, moc,
energia i sprawność,

–

rozróŜnić typowe przypadki obciąŜeń elementów konstrukcyjnych,

–

rozróŜnić rodzaje napręŜeń i odkształceń występujące w elementach maszyn,

–

rozróŜnić rodzaje połączeń rozłącznych i nierozłącznych,

–

scharakteryzować osie i wały maszynowe,

–

scharakteryzować budowę i rodzaje łoŜysk tocznych i ślizgowych,

–

scharakteryzować rodzaje sprzęgieł,

–

sklasyfikować hamulce i określić ich przeznaczenie,

–

sklasyfikować przekładnie mechaniczne,

–

wyjaśnić budowę przekładni zębatych,

–

wyjaśnić budowę i określić zastosowanie mechanizmów,

–

odczytać rysunki zestawieniowe zespołów i podzespołów maszyn i urządzeń, ustalić
działanie i określić elementy składowe,

–

dobrać części maszyn z katalogów,

–

skorzystać z dokumentacji technicznej, PN, katalogów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ

NAUCZANIA

4.1. Elementy mechaniki technicznej i wytrzymałości materiałów

4.1.1. Materiał nauczania

Mechanika jest nauką o badaniu równowagi i ruchu ciał w przestrzeni i w czasie pod

wpływem działających na to ciało sił. Mechanika obejmuje kinematykę, statykę i dynamikę.

Kinematyka to nauka o badania ruchu ciał bez rozpatrywania sił, które ten ruch wywołują.

Statyka zajmuje się badaniem warunków równowagi ciał znajdujących się pod działaniem

sił.

Dynamika jest nauką o ruchu ciał pod wpływem działających na nie sił.

Siła – wzajemne oddziaływanie jednego ciała na drugie. MoŜe ono być bezpośrednie, gdy

ciała  się  stykają,  lub  pośrednie.  Siły  mogą  spowodować;  utrzymanie  ciała  w  równowadze  albo
zmianę jego ruchu, albo zmianę jego kształtu ( w ciałach odkształcalnych).
Siła  jest  wektorem  .  Określa  się  ją  przez  podanie  wartości,  kierunku  (prosta  działania),  zwrotu
wzdłuŜ  tego  kierunku  (zaznaczenie  grotem)  i  punktu  zaczepienia.  Jednostką  siły  jest  niuton  N.
Do pomiaru sił słuŜą siłomierze (dynamometry).

CięŜar ciała (siłą cięŜkości) - siła, jaką Ziemia przyciąga dane ciało jest to oddziaływanie

pośrednie. Między masą a cięŜarem ciała zachodzi zaleŜność

⋅

[N]

gdzie:

m − masa ciała w kg,

≈

9,81

- przy

pieszenie ziemskie.

Jednostk

ęŜ

aru jest (jak wszystkich sił) niuton N.

Składanie sił

eli na ciało działa wiele sił to taki układ nazywamy zło

onym. Dowolny zło

ony układ

emy zast

prostszym, którego efekt działania b

dzie identyczny, wystarczy wprowadzi

redukcj

układu sił – składanie sił. Operacja ta prowadzi do wykre

lenia lub obliczenia

wypadkowej sił. Składanie sił o ró

nych kierunkach działania wykonujemy zgodnie z zasad

równoległoboku lub wieloboku sił (rys. 1 a i b).

W przypadku gdy na ciało działa kilka sił, wówczas siła wypadkowa R powstaje jako wektor

zamykaj

cy wielobok sił (ł

cy pocz

tek wektora pierwszego z ko

cem ostatniego) (rys. 2).

Rys. 1. Składanie sił zgodne z zasadą równoległoboku lub wieloboku sił [5, s 65]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 2. Składanie sił w przypadku, gdy na ciało działa kilka sił [5, s. 68]

Odwrotnie, kaŜdą siłę rozłoŜyć moŜemy na dwie lub więcej sił składowych.

Moment siły

Momentem M siły F względem punktu O (bieguna) jest iloczyn tej siły przez jej ramię r (rys.

3a)

⋅

Jednostk

momentu siły jest

N·m (niutonometr).

Moment pary sił

Par

sił jest układ dwóch sił, które maj

równ

warto

ść

i jednakowe kierunki działania, ale

o zwrotach przeciwnych. Odległo

ść

prostych działania obu sił F oznacza si

przez

r i nazywa ramieniem pary (rys. 3b). Obieraj

c dowolny punkt O obliczy

na moment pary

sił wzgl

dem tego punktu (bieguna). Moment ten składa si

z dwóch momentów

−

Odległo

ść

jednej siły od bieguna wynosi

, a drugiej

W ten sposób otrzymuje si

⋅

−

(minus dlatego,

e zwroty sił s

przeciwne)

)

(

Dodaj

c te momenty:

)

(

⋅

−

⋅

−

Z powy

szego wynika,

e moment pary sił jest niezale

ny od poło

enia bieguna, a suma

momentów sił tworz

cych t

par

jest stała i równa iloczynowi jednej z tych sił przez rami

pary

r. Iloczyn ten nosi nazw

momentu pary sił i oznaczany jest liter

⋅

W przypadku gdy para sił d

ąŜ

y do obrócenia swego ramienia zgodnie z kierunkiem ruchu

wskazówek zegara, moment pary uwa

a si

za dodatni (rys. 3 c). Je

eli za

para sił d

ąŜ

y do

obrócenia swego ramienia w kierunku przeciwnym ruchowi zegara, moment pary uwa

a si

ujemny (rys. 3 d).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 3. Moment sił i moment pary sił [4, s.12]

Równowaga sił i momentów

Równowaga – stan, w którym zarówno wypadkowa sił działających na ciało oraz momenty

równowaŜą się wzajemnie - suma momentów i wypadkowa sił są równe zeru.

Dla przykładu na rys. 4 podany jest rozkład sił działających na nieruchomą załadowaną

taczkę w połoŜeniu transportowym. Aby taczka pozostawała w połoŜeniu przedstawionym na
rysunku, suma geometryczna sił działających na taczkę musi się równać zeru. Musi więc być
spełniony następujący warunek równowagi sił

−

R - reakcja podstawy na koło taczki;
Q - ci

ęŜ

ar taczki z ładunkiem

F - siła, któr

musi przyło

człowiek, aby utrzyma

taczk

w poło

eniu transportowym.

Rys. 4. Układ sił działających na nieruchomą taczkę [4, s. 13]

Jednocze

nie musi by

spełniony warunek równowagi momentów wzgl

dem dowolnego

punktu. Je

eli za biegun przyj

ąć

punkt styku koła taczki z podło

em - punkt O, to moment

reakcji R równa si

zeru z uwagi na zerowy promie

działania siły R.

Moment ci

ęŜ

aru Q wynosi

⋅

moment za

siły F wynosi

⋅

gdzie

L i L1 s

to odległo

ci sił Q i F od punktu O.

Aby taczka nie zmieniła swego poło

enia, musi by

spełniony warunek równowagi momentów;

tzn.

−

. Znak minus przed momentem

oznacza,

e moment ten działa w przeciw-

nymi kierunku ni

moment

. Po przeniesieniu momentu

na drug

stron

równania otrzy-

muje si

. Warunek równowagi b

dzie zachowany, je

eli moment

dzie równy co

do warto

ci momentowi

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Moment obrotowy

Moment ten powstaje wówczas, gdy na ciało mogące się obracać działa siła zewnętrzna

w pewnej odległości od osi obrotu. Moment obrotowy M wyraŜa się iloczynem siły F
i ramienia r tej siły względem osi obrotu

⋅

Wartość

momentu zale

y wi

c nie tylko od warto

ci siły, lecz równie

od długo

ci ramienia.

Stany równowagi ciał s

przedstawione w tabeli 1. na przykładzie maszyn prostych.

Maszyny proste słu

Ŝą

do pokonania siły oporu u

ytecznego Q sił

mniejsz

F skierowan

Ŝą

danym kierunku.

Tabela 1. Stany równowagi ciał na przykładzie maszyn prostych [5, s. 70-72]

Dźwignia jednoramienna

W stanie równowagi suma algebraiczna momentów siły
działaj

cych na d

wigni

wzgl

dem punktu jej obrotu O równa

zeru:

⋅

−

⋅

lub

⋅

Zwrot siły F jest przeciwny do zwrotu siły Q.
Przy uko

nym działaniu sił na d

wigni

ramiona sił wzgl

dem

punktu jej obrotu O nie s

równoległe do d

wigni.

Dźwignia dwuramienna

W stanie równowagi:

⋅

−

⋅

lub

⋅

Zwrot siły F jest zgodny do zwrotu siły Q.
Przy uko

nym działaniu sił na d

wigni

ramiona sił wzgl

dem

punktu jej obrotu O ustalamy zgodnie z rys. obok.

KrąŜek stały

ąŜ

ek stały traktujemy jako d

wigni

dwuramienna, obracaj

wokół punktu O

⋅

F = Q

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KrąŜek ruchomy

KrąŜek ruchomy traktujemy jako dźwignię jednoramienną
i obracającą się wokół punktu O

⋅

Korba

Korb

traktujemy jako d

wigni

dwuramienn

obracaj

wokół punktu O

⋅

Przekładnia zębata

Przekładni

bat

traktujemy jako układ dwu d

wigni

dwuramiennych działaj

cych na siebie

⋅

Długo

ci ramion R i r odpowiadaj

długo

ciom promieni kół

podziałowych.

Śruba (jako dźwignia)

⋅

h- skok

ruby

r- promie

koła, na którego obwodzie działa siła F.

Ruch prostoliniowy jednostajny

- ruch, w którym ciało porusza si

z pr

dko

stał

Prędkość

= droga przebyta (w m) do czasu przebycia drogi (w s)

]

[

Droga przebyta

]

[

⋅

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Droga przebyta w ruchu prostoliniowym jednostajnym jest wprost proporcjonalna do czasu

trwania ruchu, a współczynnikiem proporcjonalności jest prędkość v = constans (stała).

Jednostką prędkości w układzie SI jest m/s, stosuje się takŜe km/h, m/min, i inne.

Czas trwania ruchu

]

[

Ruch prostoliniowy jednostajnie zmienny

– ruch, w którym ciało porusza si

z pr

dko

równomiernie wzrastaj

lub zmniejszaj

Przyśpieszenie

– stosunek zmiany pr

dko

ci ( od warto

ci pocz

tkowej v

do warto

cowej v) do czasu w którym ta zmiana nast

piła t.

]

[

−

W ruchu jednostajnie zmiennym przy

pieszenie jest wielko

stała (a = constans).

W zale

ci od warto

ci przy

pieszenia rozró

nia si

ruch jednostajnie przy

pieszony(a>0) oraz ruch jednostajnie opó

niony (a<0).

dko

ść

cowa v ciała po t sekundach ruchu jednostajnie zmiennego

]

[

⋅

−

⋅

−

Droga s przebyta przez ciało w czasie t sekund

]

[

⋅

eli pr

dko

ść

pocz

tkowa v

= 0, to

⋅

lub

Ruch obrotowy

Gdy ciało sztywne dokonuje obrotu dookoła osi, wówczas wszystkie jego .punkty zakre

laj

łuki kołowe lub koła o promieniach równych odległo

ciom tych punktów od osi obrotu ciała.

Gdy poszczególne punkty poruszaj

po okr

gach ruchem, jednostajnym, v = constans,

wówczas ruch ciała nazywamy

ruchem obrotowym jednostajnym.

Drogi poszczególnych punktów ciała przebyte w jednakowych odst

pach czasu zale

Ŝą

odległo

ci tych punktów od osi obrotu, a s

tym wi

ksze, im dalej s

od niej poło

one.

W zwi

zku z tym

i pr

dko

ci liniowe punktów le

Ŝą

cych w ro

nych odległo

ciach od osi nie

mog

równe. Punkty poło

one najdalej, tzn. le

Ŝą

ce na obwodzie ciała, porusza

z najwi

ksz

dko

, któr

nazywamy

prędkością obwodową

lub

liniową

Prędkość obwodową

ciała mierzon

w metrach na sekund

(m/s) mo

na obliczy

jako

stosunek drogi przebytej przez punkt poło

ony na obwodzie ciała do czasu ruchu i wyrazi

wzorem:

⋅

gdzie:

n - pr

dko

obrotow

w obr/min,

D -

rednic

ciała w m.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W ruchu obrotowym moŜna rozpatrywać drogi przebywane przez poszczególne punkty ciała

równieŜ jako kąty zakreślane przez te punkty. Będziemy wówczas mieli do czynienia nie
z prędkością obwodową, lecz z prędkością kątową

(omega) - określaną jako stosunek

przyrostu kąta do odstępu czasu t, w którym ten przyrost nastąpił.

W ruchu obrotowym jednostajnym poszczególne punkty ciała zakreślają w następujących po

sobie jednostkach czasu jednakowe kąty

const

Jednostki, w których mierzymy pr

dko

ść

tow

, wynikaj

z dzielenia jednostek k

ta przez

jednostki czasu, np. rad/s, obr/min.

Pomi

dzy pr

dko

tow

wyra

w rad/s a t

sam

dko

n wyra

w obr/min zachodzi zwi

zek

⋅

Pomi

dzy pr

dko

liniow

(obwodow

) v wyra

w m/s, a pr

dko

tow

zachodz

zwi

zki

⋅

albo

⋅

gdzie:

r - promie

koła w m,

d -

rednica koła w m.

eli droga k

towa nie jest proporcjonalna do czasu, to ruch obrotowy nie jest jednostajny.

eli pr

dko

ść

towa ruchu obrotowego wzrasta, ruch nazywamy przyspieszonym, je

eli

maleje - opó

nionym.

Przyśpieszenie kątowe

(epsilon)

ruchu obrotowego jednostajnie zmiennego jest

stosunkiem przyrostu pr

dko

ci k

towej

∆

, do czasu t, w którym ten przyrost nast

pił

−

∆

Jednostk

przy

pieszenia k

towego jest 1

rad

Przypomnijmy,

e dynamika jest nauk

o ruchu ciał pod wpływem działaj

cych na nie sił.

Podstawowymi prawami dynamiki s

prawa Newtona:

I prawo

(prawo bezwładno

ci): Ka

de ciało, na które nie działaj

adne siły zewn

trzne

(spoza ciała) lub gdy siły działaj

ce wzajemnie si

równowa

Ŝą

, znajduje si

w ruchu

jednostajnym prostoliniowym lub pozostaje w spoczynku.

II prawo

: Siła zewn

trzna F, działaj

ca na ciało o masie m, nadaje mu przy

pieszenie

a, o kierunku i zwrocie zgodnym z działaniem siły. Sił

okre

la si

iloczynem masy

i przy

pieszenia.

]

[

⋅

Wzór ten jest podstawowym równaniem dynamiki, albo dynamicznym równaniem ruchu. Im

ksza jest masa ciała, tym wi

ksz

sił

F nale

y przyło

, aby nada

mu przyspieszenie a.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zatem, im większa jest masa ciała, tym większa jego bezwładność. Masa jest miara
bezwładności ciała,

III prawo (prawo akcji i reakcji): JeŜeli jedno ciało działa określona siłą na drugie, to drugie

ciało działa na pierwsze siła taką samą co do wartości, lecz przeciwnie zwróconą
(przeciwdziałanie – reakcja).

Prawo powszechnego ciąŜenia. KaŜde dwa ciała materialne o masach m

i m

przyciągają

się wzajemnie siłą wprost proporcjonalną do iloczynu tych mas i odwrotnie proporcjonalną do
kwadratu ich odległości.

⋅

We wzorze tym k jest nazwane stał

grawitacyjn

. Jego warto

ść

(wyznaczona

wiadczalnie) wynosi:

⋅

−

Praca

W jest wielko

fizyczn

, któr

mierzymy iloczynem działaj

cej siły F i drogi

s przebytej w kierunku działaniu tej siły. Wyra

amy to wzorem

⋅

Praca jest skalarem. Jest to wielko

ść

(nie ma kierunku), któr

okre

la si

przez podanie jej

warto

ci liczbowej. Poniewa

⋅

cos

, wi

⋅

cos

Jednostk

.pracy w układzie SI jest d

ul (J).

⋅

Jest to warto

ść

.pracy, jak

wykona siła 1 N ma drodze 1 m, je

eli kierunek działania tej siły

jest zgodny z kierunkiem przesuni

cia.

Praca siły prostopadłej do drogi jest równa 0.

Moc

P jest to stosunek pracy do czasu, w jakim została ona wykonana.

Jednostk

mocy w układzie SI jest wat (W), czyli praca jednego d

ula (J) wykonana

w czasie jednej sekundy.

⋅

Krotno

tej jednostki jest kilowat:

Moc P w ruchu obrotowym

, gdy znane s

moment obrotowy M [Nm] i pr

dko

ść

towa n

[obr/min] oblicza si

nast

puj

co:

dko

ść

obwodowa:

⋅

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

moc:

⋅

W tym wzorze iloczyn

⋅

, w zwi

zku z czym wzór przyjmuje posta

]

[

1000

]

[

⋅

W przypadku ,gdy znane s

dko

ść

towa n [obr/min] i moc P [kW] moment w ruchu

obrotowym M wynosi

]

[

9554

⋅

Z analizy powy

szego wzoru wynika m. in.,

e podczas du

ych obrotów uzyskuje si

niewielki moment obrotowy, a tym samym niewielkie siły obwodowe i odwrotnie.

Energia

eli jakie

ciało ma zdolno

ść

do wykonania pewnej pracy, to mówi si

e ciało ma

energię

. Energi

mierzymy ilo

pracy, która mo

e by

wykonana przez dane ciało. Jednostki

energii s

c takie same jak jednostki pracy. Rozró

niamy energi

mechaniczn

potencjaln

i kinetyczn

Energię potencja1ną

(poło

enia) ma ciało podniesione na pewn

wysoko

ść

. Przy

podnoszeniu ciała o masie m na wysoko

ść

h wykonywana jest .praca równa, iloczynowi ci

ęŜ

aru

G (

⋅

) ciała i wysoko

ci podnoszenia h. Wynika st

d, warto

ść

energii potencjalnej ciała

wyra

onej w [ J].

⋅

gdzie:

g - przy

pieszenie ziemskie.

A zatem energia potencjalna jest to zdolno

ść

do wykonania pracy przez ciało znajduj

ce si

w spoczynku.

Energia kinetyczna

(ciała b

cego w ruchu) przedstawia zdolno

ść

wykonania pracy przez

ciało o masie m [ kg ] poruszaj

ce si

z pr

dko

v [ m/s ] wyra

a si

jako połowa iloczynu

masy i kwadratu pr

dko

ci (pr

dko

ść

czynnik dominuj

cy)

⋅

lub

⋅

Suma energii kinetycznej i potencjalnej zawartej w danym ciele nosi nazw

energii

mechanicznej

E tego ciała

const

Jak wynika z definicji energii potencjalnej, jej warto

ść

w czasie spadania maleje, poniewa

uzale

niona jest od zmniejszaj

cej si

wysoko

ci spadania, lecz w tym samym czasie wzrasta

energia kinetyczna spadaj

cego ciała, poniewa

jej warto

ść

zwi

ksza si

z kwadratem pr

dko

ci.

W ka

dej chwili jednak suma obu tych energii pozostaje wielko

stał

(je

eli pominie si

opory ruchu). Wynika st

d zasada zachowania energii mechanicznej, któr

na sformułowa

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

następująco: Podczas ruchu w polu sil cięŜkości energia mechaniczna poruszającego się ciała
zachowuje wartość stałą.

W kaŜdej maszynie słuŜącej do zmiany jednego rodzaju energii w drugi rodzaj występują

straty.  Część  energii  doprowadzonej  do  silnika  musi  być  zuŜyta  na  pokonanie  oporów  tarcia
i na straty cieplne, a dopiero pozostała część wykonuje pracę uŜyteczną. JeŜeli np., dostarcza się
energię do silnika, to część tej energii, zuŜywa się na pokonanie oporów w samym silniku oraz w
mechanizmach (przekładnie, mech. śrubowe i inne.) napędzanych tym silnikiem. Jest to energia
stracona,  tj.  nie  moŜna  jej  wykorzystać  do  uzyskania  uŜytecznej  pracy  co  nie  znaczy,  Ŝe  ją
gubimy.  Energia  jest  niezniszczalna.  MoŜe  przechodzić  z  jednej  formy  (postaci)  w  drugą  –
w  ilościach  równowaŜnych.(  energia  zuŜyta  na  pokonanie  tarcia,  oporu  powietrza,  itd.
przemienia się w inny rodzaj energii np. energię cieplną, elektryczną, itd.)

Ilość energii doprowadzonej do silnika jest więc zawsze większa od uzyskanej energii

uŜytecznej. Określa się to pojęciem sprawności η ( eta).

Sprawność jest to stosunek otrzymanej energii uŜytecznej E

do całkowitej energii włoŜonej

Poniewa

< E

zawsze wi

jest mniejsze od jedno

ci.

Maszyn

o sprawno

nazywa si

idealn

, - oczywi

cie z uwagi na powy

omówione straty w rzeczywisto

ci taka maszyna nie istnieje. Najcz

ęś

ciej maszyna składa si

z wielu zespołów (mechanizmów), wobec tego sprawno

ść

ogólna maszyny jest iloczynem

sprawno

ci poszczególnych jej mechanizmów.

.....

Wiemy ju

e warto

ść

energii mierzy si

ilo

pracy jak

e ona wykona

d wynika

wniosek,

e stosunek pracy u

ytecznej

do pracy wło

onej

nazywa si

tak

e sprawno

lub w procentach

100

⋅

eli prac

W podzielimy przez czas t, w którym została ona wykonana, to otrzymamy

moc wło

P równ

sumie mocy u

ytecznej

P oraz mocy utraconej

P . Sprawno

ść

jest

stosunkiem mocy u

ytecznej do wło

onej

lub

100

⋅

Z definicji sprawno

ci wynika,

e moc u

yteczna maszyny jest równa

⋅

a moc wło

ona:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 2. Wzory wielkościowe i liczbowe [15, s. 363]

Nazwa

Symbol Wartości zamienne (wybrane)

Przykłady

niuton

1 N = 10

-3

800 N = 0,8 kN

kiloniuton

1 kN = 10

5 kN = 5000 N

niuton na m

N/m

1 N/m

= 10

-3

kN/m

350 N/m

= 0,35 kN/m

dŜul

1 J = 1 N·m

12 J = 12 N·m

niutonometr

N·m

1 N·m = J

180 N·m = 180 J

wat

1 W = 1 J/s = 10

-3

250 W = 0,25 kW

kilowat

1 kW = 10

3 kW = 3000 W

radian

rad

1 rad = 2

2 rad = 4

Wytrzymałość materiałów

Nauka o wytrzymałości materiałów umoŜliwia rozwiązywanie dwóch następujących

podstawowych zagadnień:
1.

Doboru materiału, który by w przewidywanych warunkach mógł stawiać określony opór si-
łom zewnętrznym na niego działającym, tzn. takiego materiału, który by pod wpływem tych
sił nie zmieniał swego kształtu w sposób widoczny, albo tylko w takim stopniu, aby nie tra-
cił

swojej

trwałości

praktycznego

stosowania

określonych

warunkach

i w określonym czasie.

Zaprojektowania konstrukcji o takich kształtach oraz (na podstawie obliczeń) o takich wy-
miarach, Ŝeby okazała się ona dostatecznie wytrzymała na działanie sił zewnętrznych,
a koszt jej wytwarzania był jak najmniejszy.

–

KaŜde ciało składa się z mikroskopijnie małych cząsteczek (molekuł) połączonych ze sobą

siłami spójności. Gdy na ciało działają jakieś siły zewnętrzne, siły spójności przeciwdziałają im
i starają się nie dopuścić do odkształcenia ciała.

W nauce mechaniki przyjmuje się, Ŝe wszystkie ciała są doskonale sztywne. W praktyce

jednak zarówno części maszyn, jak i budowle, dla których dokonuje się obliczeń
wytrzymałościowych, nie są ciałami doskonale sztywnymi, lecz ciałami spręŜysto -
plastycznymi, gdyŜ mają następujące własności:
–

odkształcalność, czyli zdolnością ciała do zmiany kształtu lub wymiarów pod wpływem ob-
ciąŜeń zewnętrznych lub doprowadzonego ciepła,

–

spręŜystość, czyli właściwość odzyskiwania pierwotnego kształtu po usunięciu obciąŜenie
(usunięcie działania sił zewnętrznych), które spowodowały odkształcenie,

–

plastyczność, czyli zdolność do trwałych odkształceń, tzn. takich, które nie znikają po usu-
nięciu obciąŜeń (sił zewnętrznych) wywołujących te odkształcenia. W tym przypadku siły
muszą jednak przekroczyć pewną wartość,

–

wytrzymałość, czyli największa wartość obciąŜenia, (granica oporu stawianego przez mate-
riał) po której przekroczeniu następuje zniszczenie ciała (a więc zmiana kształtu, rozerwanie,
złamanie, ścięcie itp. części konstrukcyjnej).

Ponadto przyjmuje się, Ŝe materiały stosowane na części konstrukcyjne mają właściwości

mechaniczne jednakowe, niezaleŜne od kierunku działania obciąŜeń i jednakową gęstość.

Materiały nie mające takich właściwości to np.: drewno (róŜne właściwości wzdłuŜ

i w poprzek włókien) a takŜe blacha stalowa walcowana na zimno (pomimo tych niedogodności
są często stosowane na części konstrukcyjne z uwagi na ich inne zalety).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podstawowe rodzaje obciąŜeń powodują: rozciąganie, ściskanie, zginanie, ścinanie

i skręcanie ciał. ZaleŜnie od sposobu działania sił zewnętrznych na dany przedmiot moŜe się on
wydłuŜać, spęczać, skręcać i wyginać.

Rys. 5. Rodzaje obciąŜeń: a) rozciąganie, b) ściskanie, c) ścinanie, d) zginanie, e) wyboczenie,

f) skręcanie.[4, s. 21]

Rozciąganie: Ze zjawiskiem rozciągania spotykamy się, kiedy dana siła F (rys. 5a) stara się

wydłuŜać ciała w kierunku jej działania. W praktyce na rozciąganie naraŜone są łańcuchy, liny,
pasy, zawiesia, haki, itp.

Ściskanie: Ze zjawiskiem spotykamy się wówczas, gdy siła F (rys. 5b) ciśnie na ciało,

usiłując je zgnieść. Na ściskanie naraŜone są np. fundamenty domów, fundamenty, na których
ustawione są młoty, prasy, stopy łoŜyskowe, korpusy maszyn ,itp.

Ścinanie: Występuje, gdy siła F (rys. 5c) działa prostopadle do danego przedmiotu.

W konstrukcjach maszynowych na ścinanie naraŜone są nity, kołki, sworznie, kliny, wpusty, itp.

Zginanie: Ze zjawiskiem zginania spotykamy się, gdy siła F (rys. 5d) działa w kierunku

prostopadłym do długości elementu, usiłując go wygiąć. Na zginanie naraŜone są wszelkiego
rodzaju belki, wały itp.

Wyboczenie: Występuje, gdy pręt smukły, tzn. o znacznej długości w stosunku do

wymiarów jego przekroju poprzecznego, poddany jest ściskaniu wzdłuŜnemu (rys. 5e). Pod
wpływem więc siły F moŜe nastąpić wyboczenie np. słupa, podpory, itp.

Skręcanie: Ze zjawiskiem spotykamy się wówczas, gdy para sił F (rys. 5f) leŜąca

w płaszczyźnie prostopadłej do osi podłuŜnej elementu, działając na ramiona r, usiłuje go
skręcić, tak Ŝe włókna, które przedtem były do osi równoległe, stają się śrubowo skręcone.

Wytrzymałość złoŜona: Ze zjawiskiem spotykamy się, gdy w róŜnych konstrukcjach

występują jednocześnie dwa, a nawet więcej rodzajów obciąŜeń.

Najczęściej spotyka się zginanie połączone z rozciąganiem lub ściskaniem oraz zginanie ze

skręcaniem.(np. wały).

NapręŜenia

ObciąŜenia zewnętrzne (siły i momenty) działające na ciało wywołują jego odkształcenie

i pojawienie się w nim sił wewnętrznych. Siłami zewnętrznymi są albo obciąŜenia statystyczne,
działające w stanie równowagi (jak np. cięŜar zawieszony na linie lub ustawiony na

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

rusztowaniu), albo obciąŜenia dynamiczne, wywołane przez obiekty ruchome, np. przez
samochód przejeŜdŜający po moście, itp.).

Aby wyznaczyć zaleŜność między siłami zewnętrznymi (obciąŜeniami) działającymi na ciało

i siłami wewnętrznymi, rozpatruje się dowolny przekrój tego ciała, np. widoczny na
rys. 3 pręt – przekrój 1-1, przy czym zastępuje się obciąŜenia siłą wypadkową F i przyjmuje się,
Ŝe siły wewnętrzne przez nią wywołane rozmieszczone są równomiernie w przekroju.
ObciąŜenie przypadające na jednostkę pola przekroju nosi nazwę napręŜenia.

Wartość i rozkład tych sił wewnętrznych, ich kierunek jest zaleŜny od rodzaju obciąŜenia.
RozróŜniamy dwa rodzaje napręŜeń:

−

napręŜenie  normalne  δ  (sigma),  prostopadłe  do  rozpatrywanego  przekroju  l-l  (rys.6),
występują  przy  rozciąganiu,  ściskaniu  i  zginaniu. Przy napręŜeniach normalnych występuje
w  materiale  dąŜność  do  zbliŜenia  lub  oddalenia  od  siebie  dwu  bardzo  bliskich  przekrojów
ciała.

Rys. 6. NapręŜenia normalne (F – siła) [5, s. 86]

−

napręŜenia styczne τ (tau), styczne do rozpatrywanego przekroju (lezące w płaszczyźnie tego
przekroju – rys.7), występujące przy ścinaniu i skręcaniu. Przy napręŜeniach stycznych
występuje dąŜność do przesunięcia względem siebie (wzdłuŜ płaszczyzny przekroju) obu
części ciała, znajdujących się po przeciwnych stronach rozpatrywanego przekroju. rys 7)

Rys. 7. napręŜenia styczne (F – siła ) [5, s. 86]

Wartością liczbową napręŜeń σ i napręŜeń

jest iloraz siły wypadkowej F w N i pola

przekroju S w m

]

[

]

[

Jednostk

napr

ęŜ

enia jest pascal Pa (i jego wielokrotno

ci - kPa, MPa). Jeden pascal jest to

napr

ęŜ

enie, które wywołuje sił

1 niutona działaj

na powierzchni

1 Pa = 1

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

NapręŜenia dopuszczalne

Jednym z zasadniczych załoŜeń nauki o wytrzymałości. materiałów jest zagwarantowanie

trwałości  konstrukcji  oraz  zabezpieczenie  przed  przekroczeniem  określonych  (dopuszczalnych)
odkształceń.  Z  załoŜenia  tego  wynika,  iŜ  napręŜenie,  przy  którym  nastąpiłoby  zniszczenie
(np.  rozerwanie,  ścięcie,  itp.)  części,  powinno  stanowić  pewną  wielokrotność  napręŜenia
występującego przy obciąŜeniu uŜytkowym zwanego napręŜeniem dopuszczalnym.

Z tego powodu, aby wyznaczyć te napręŜenia przeprowadza się próby wytrzymałościowe

materiałów

konstrukcyjnych.

Badanie

materiałów

odbywa

się

maszynach

wytrzymałościowych.  Na  przykład  w  celu  zbadania  danego  materiału  na  rozciąganie  wykonuje
się  próbkę  (pręt).  Ze  względu  na  moŜliwość  porównywania  wyników  posługujemy  się  zwykle
próbką  znormalizowaną  o  ustalonych  wymiarach.  Doświadczenie  polega  na  poddawaniu
wzrastającym  obciąŜeniom  rozciągającym  próbki  zamocowanej  końcówkami  w  uchwytach
maszyny wytrzymałościowej i mierzeniu zmian wywołanych obciąŜeniami określonej wielkości.
Doświadczenie kończy się rozerwaniem pręta.

Rys. 8. Przygotowana do badania próbka [5, s. 250]

WydłuŜenie próbki (pręta), a takŜe obciąŜenie, jest zapisywane za pomocą urządzenia

rejestrującego. Krzywa, wykreślona tym sposobem nosi nazwę wykresu rozciąganiu; określa ona
zaleŜność między siłą obciąŜającą a odpowiednim wydłuŜeniem

∆

Na rys. 8 przedstawiony jest wykres rozcią

gania stali. Na osi poziomej tego wykresu

odczytuje si

przyrost długo

ci próbki

∆

, a na pionowej sił

obci

ąŜ

F. Do punktu

wydłu

enia wyst

puj

ce w pr

cie zmieniaj

wprost proporcjonalnie do napr

ęŜ

enia.

Zale

ść

ta została podana przez angielskiego uczonego Hooke'a (czytaj Huka) i znana jest

jako jego prawo: wydłu

enie (skrócenie) pr

ta rozci

gaj

cego (

ciskanego).Wydłu

enie jest

wprost proporcjonalne do siły rozci

gaj

cej (

ciskaj

cej) F( je

eli tylko warto

ść

nie przekroczy

pewnej granicy - granicy proporcjonalno

ci). i do jego długo

ci l, a odwrotnie proporcjonalne do

pola przekroju poprzecznego S.

Napr

ęŜ

enie

R odpowiadaj

ce punktowi

F , nosi nazw

wyra

nej granicy plastyczno

ci lub

granicy proporcjonalno

ci (granica Hooke’a), praktycznie granica proporcjonalno

ci le

y nieco

ej granicy plastyczno

ci.

Rys. 9. Wykres rozciągania stali [5, s. 89]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Gdy próbka będzie rozciągana w dalszym ciągu, to w punkcie

F , jak wynika z wykresu,

pręt wydłuŜa się w dalszym ciągu, mimo iŜ obciąŜenie nie wzrasta; (materiał „płynie”). Odcinek
ten, jest jednak krótki, po czym pręt rozciąga się dalej przy wzrastającym jednocześnie
obciąŜeniu. Dzieje się tak aŜ do momentu zaznaczonego na wykresie punktem

F . Później

pomimo tego, Ŝe obciąŜenie maleje, pręt w dalszym ciągu rozciąga się. (występuje miejscowe
zwęŜenie przekroju próbki).

W punkcie F

pręt ulega rozerwaniu (pęknięcie próbki w miejscu powstałego przewęŜenia)

NapręŜenie R

, odpowiadające punktowi F

, nosi nazwę wytrzymałości na rozciąganie,

a napręŜenie R

napręŜenia rozrywającego.

W obliczeniach wytrzymałościowych nie przyjmuje się nigdy obciąŜeń, które by mogły

spowodować zniszczenie części konstrukcji – wyraźnie podkreślmy to ponownie, ale znacznie
mniejsze, wynoszące tylko pewną część wytrzymałości.

Z tego powodu napręŜenia rzeczywiste muszą być zawsze mniejsze nie tylko od granicy

wytrzymałości (R

lub R

) lecz i od granicy plastyczności (R

), o ile materiał ją ma.

NapręŜenia, które mogą wystąpić w materiale bez obawy naruszenia warunków

wytrzymałości i odkształcenia, nazywamy napręŜeniami dopuszczalnymi k [MPa].

Odpowiedni indeks za literą k (r, s, itd.) charakteryzuje rodzaj odkształcenia:
k

- napręŜenie dopuszczalne na rozciąganie,

- napręŜenie dopuszczalne na ściskanie,

- napręŜenie dopuszczalne na ścinanie,

- napręŜenie dopuszczalne na zginanie,

- napręŜenie dopuszczalne na skręcanie.

Liczba określająca, ile razy napręŜenie dopuszczalne powinno być mniejsze od napręŜenia

granicznego, (granicy wytrzymałości

R ,lub

R ) nazywa się współczynnikiem bezpieczeństwa

A więc napręŜenie dopuszczalne:

Przyjmuje si

dla rozci

gania materiałów kruchych:

MPa

dla materiałów plastycznych:

MPa

gdzie:

– granica wytrzymało

ci na rozci

ganie w MPa,

– granica plastyczno

ci w MPa,

n – obliczeniowy współczynnik bezpiecze

stwa (liczba bezwymiarowa).

Dobór współczynnika bezpiecze

stwa n, a tym samym dobór napr

ęŜ

enia dopuszczalnego,

stanowi zagadnienie pierwszorz

dnej wagi i jest niesłychanie trudny, wymaga du

ego

wiadczenia i praktyki konstruktorskiej. Dlatego przyjmuje si

e napr

ęŜ

enia dopuszczalne s

znane. (publikuje si

je w poradnikach technicznych i podr

cznikach opisuj

cych wła

ciwo

wytrzymało

ciowe materiałów).Przykładowa tablica poni

ej, oraz wykresy próby rozci

gania

materiałów stosowanych w technice:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 3. NapręŜenia dopuszczalne niektórych materiałów [9, s. 106]

NapręŜenie dopuszczalne [MPa]

Materiał

Rozciąganie k

Ściskanie k

Stal niestopowa konstrukcyjna ogólnego
przeznaczenia

100÷175

Stal niestopowa do utwardzania
powierzchniowego i ulepszania cieplnego

105÷225

Stal stopowa konstrukcyjna do
nawęglania

250÷400

Stal stopowa konstrukcyjna do ulepszania
cieplnego i hartowania
powierzchniowego

190÷ 620

śeliwo szare

45÷100

145÷340

Miedź

30÷120

Mosiądz

70÷140

Brąz

50÷110

Aluminium

30÷80

Dąb wzdłuŜ włókien

10÷15

12÷16

Dąb w poprzek włókien

1÷3

Mur ceglany

0,1÷0,3

1÷3

Beton

0,1÷ 0,5

2÷10

Rys.10. Wykresy rozciągania metali technicznych (

- napręŜenia normalne, E – przyrost długości próbki)

[5, s. 89]

Obliczanie wytrzymałości elementów konstrukcyjnych na obciąŜenia
Rozciąganie i ściskanie

W przypadku rozciągania napręŜenie w dowolnym przekroju o polu S równa się:

]

MPa

[

≤

i powinno by

mniejsze lub co najwy

ej równe napr

ęŜ

eniu dopuszczalnemu.

W przypadku

ciskania napr

ęŜ

enie w dowolnym przekroju o polu S równa si

]

MPa

[

≤

i powinno by

mniejsze lub co najwy

ej równe napr

ęŜ

eniu dopuszczalnemu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Często mamy do czynienia z zagadnieniem polegającym na wyznaczeniu pola przekroju

S pręta, mając dane: siłę F i napręŜenie dopuszczalne k. Stosujemy wtedy:

w przypadku rozciągania wzór:

]

[

≥

w przypadku

ciskania wzór:

]

[

≥

Nale

y przy tym pami

e pr

ty cienkie i długie oblicza si

nie na

ciskanie, lecz na

wyboczenie. W obliczeniach wytrzymało

ciowych tego typu znane jest zwykle obci

ąŜ

enie

F i długo

ść

ta l, a chodzi o obliczenie momentu bezwładno

ci przekroju pr

ta, w celu

dobrania odpowiedniego przekroju. Do rozwi

zywania tego typu zagadnie

słu

Ŝą

wzory zawarte

w tablicach (publikuje si

je w poradnikach technicznych i podr

cznikach traktuj

cych

o wła

ciwo

ciach wytrzymało

ciowych materiałów).

Ścinanie

Przy

cinaniu wyst

puj

napr

ęŜ

enia styczne

, przy czym przyjmuje si

]

MPa

[

≤

a wi

c powinny by

mniejsze lub co najwy

ej równe dopuszczalnemu napr

ęŜ

eniu, sk

]

[

≥

gdzie:

- napr

ęŜ

enie dopuszczalne na

cinanie [Mpa].

Zginanie

Rozpatruj

c zjawisko zginania nale

y zwróci

uwag

na istnienie okre

lonej zale

dzy momentem zginaj

cym a napr

ęŜ

eniami i wielko

zwan

wska

nikiem wytrzymało

ci,

uwzgl

dniaj

przekrój zginanego ciała.

≥

gdzie:

W - warto

ci wska

nika przekroju (wska

nika wytrzymało

ci na zginanie),

- warto

ci momentu zginaj

cego

- warto

ci dopuszczalnego napr

ęŜ

enia zginaj

cego

Znaj

c t

zale

ść

na zaprojektowa

takie wymiary przekroju, które b

najwła

ciwsze dla zapewnienia odpowiedniej wytrzymało

ci przedmiotu wykonanego

z materiału o okre

lonych własno

ciach oraz przy znanym momencie zginaj

cym.

Dla przypomnienia - momentem M siły F wzgl

dem punktu O (bieguna) jest iloczyn tej siły

przez jej rami

działania r.

Rys. 11. Działanie momentu zginającego (b, h, - wymiary belki) [4, s. 35]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

dla powyŜszego przykładu (rys. 11)

⋅

Moment w odległo

ci x od miejsca zamocowania belki tej samej siły F wynosi:

M = F·( l – x ) <

⋅

gdzie:

( l – x ) jest ramieniem siły F.

Przekrój, w którym moment zginaj

cy jest najwi

kszy, nosi nazw

przekroju

niebezpiecznego i dlatego wzgl

dem niego przeprowadza si

obliczenie belki. Warto

ść

wska

nika wytrzymało

ci wyznacza si

w zale

ci od wymiarów i kształtu przekroju

poprzecznego. Obliczenia te s

ść

skomplikowane i dlatego je pominiemy.

Wska

niki słu

Ŝą

ce do obliczania reakcji podpór oraz najwi

kszych momentów zginaj

cych

dla najcz

ęś

ciej stosowanych sposobów zamocowania i obci

ąŜ

enia belek zawarte s

w tablicach

poradnikach

technicznych

podr

cznikach

traktuj

cych

wła

ciwo

ciach

wytrzymało

ciowych materiałów).

Skręcanie

Rys. 12. Pręt skręcany (rozkład napręŜeń , O – oś pręta) [4, s. 31]

Odkształcenia przy skr

caniu nie rozkładaj

równomiernie na przekroju pr

(rys. 12). Zatem i napr

ęŜ

enia b

niejednakowe w ró

nych punktach przekroju. Napr

ęŜ

enia

te osi

gaj

najwi

ksz

warto

ść

w punktach najbardziej oddalonych od osi pr

ta,

w punktach za

Ŝą

cych na osi pr

ta napr

ęŜ

enia b

równe zeru, poniewa

ta nie ulega

odkształceniu.

Wewn

trzne siły spr

ęŜ

ysto

ci (siły wewn

trzne wywołane działaniem sił zewn

trznych)

tutaj rozło

one w płaszczy

nie przekroju pr

ta. Dlatego te

napr

ęŜ

enia wyst

puj

ce przy

skr

caniu b

napr

ęŜ

eniami stycznymi

Napr

ęŜ

enia w punktach przekroju pr

ta b

c wzrasta

, wraz z odległo

tych

punktów od osi pr

ta, ku jego powierzchni.

Na podstawie do

ść

skomplikowanych oblicze

, które tu zostały pomini

te, mo

na otrzyma

wzory, umo

liwiaj

ce obliczenia wytrzymało

ciowe elementów o ró

nym przekroju

podlegaj

cych skr

caniu.

Poni

ej przykładowy wzór na obliczenie

rednicy wałka o przekroju pełnym. Podczas

oblicze

pomini

to warunek sztywno

ci wałka odnosz

cy si

do wałków długich.

≥

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

JeŜeli przyjmiemy (znany juŜ wzór na moment skręcający),

9554

, to:

⋅

≥

gdzie:

d –

rednica pr

ta,

M – moment skr

caj

cy N

⋅

k - napr

ęŜ

enia dopuszczalne na skr

canie w Pa,

P – moc przenoszona w kW,
n – pr

dko

ść

obrotowa w obr/min.

Zmęczenie materiału

Wszelkie cz

ęś

ci maszyn s

nara

one na działanie sił (obci

ąŜ

) o zmieniaj

cej si

wielko

i kierunku działania, wobec tego wywołuj

tak

e zmienne napr

ęŜ

enia tj. takie, których warto

ść

zmienia si

cyklicznie. Rozró

niamy napr

ęŜ

enia zm

czeniowe obustronnie zmienne

i jednostronnie zmienne. Przykładem napr

ęŜ

obustronnie zmiennych s

napr

ęŜ

enia

wyst

puj

ce w zewn

trznej warstwie osi ruchomych (obracaj

cych si

np. o

wagonu wraz

zamocowanymi kołami), gdzie co pół obrotu napr

ęŜ

enia zginaj

ce si

zmieniaj

wygina

co pół obrotu w inn

stron

) przy tej samej bezwzgl

dnej warto

ci napr

ęŜ

W osiach nieruchomych (np.: obracaj

ca si

na osi uło

yskowana piasta koła) wyst

puj

obci

ąŜ

enia jednostronnie zmienne, warto

ść

zmiany obci

ąŜ

enia jest zale

na od zmiany obci

ąŜ

enia

koła, natomiast kierunek działania sił w stosunku do osi jest niezmienny.

Jeden pełny przebieg obci

ąŜ

nazywany jest cyklem. Cykl zmiany obci

ąŜ

enia jest

scharakteryzowany współczynnikiem asymetrii cyklu R

max

min

gdzie:

min

- napr

ęŜ

enie minimalne

max

napr

ęŜ

enie maksymalne

W przypadku kiedy materiał poddany jest działaniu nawet niewielkich sił, lecz bardzo

stych b

stale zmieniaj

cych swoj

wielko

ść

lub kierunek, wyst

puje znaczne zmniejszenie

odporno

ci materiału na działanie obci

ąŜ

, a nawet jego p

kanie. Nazywa si

to zm

czeniem

lub znu

eniem materiału. Elementy konstrukcyjne wskutek zm

czenia p

kaj

Przełom zm

czeniowy (miejsce zniszczenia, p

kni

cia) ma bardzo charakterystyczny

wygl

d (rys. 13).

Rys. 13. Wygląd przełomu zmęczeniowego [6, s. 348]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przy rozciąganiu i zginaniu przełom zmęczeniowy składa się z:

gładkiej, błyszczącej, jasnej strefy powierzchni często pokrytej liniami,

gruboziarnistej, szarej, częściowo odkształconej strefy.

Początek zmęczenia powstaje w obszarze spiętrzeń napręŜeń.

Rys. 14. Wykres zmęczeniowy Wöhlera [6, s. 348]

ZaleŜność miedzy amplitudą napręŜeń a liczbą cykli zmian obciąŜenia przedstawia wykres

zmęczeniowy Wöhlera (rys. 14).

Jak widać, istnieją takie wielkości graniczne napręŜeń (i od nich mniejsze), które nic

spowodują zniszczenia, pomimo nieograniczonego wzrostu liczby cykli. Wielkość graniczna
napręŜeń

nosi nazwę wytrzymałości zmęczeniowej

Z (na rys. 14 jest punkt wyznaczony

przez

N , - graniczn

liczb

cykli).

Wytrzymałość postaciowa

Rys. 15. Wytrzymałość postaciowa {Mały poradnik mechanika, s. 256]

ęś

ci maszyn nie maj

jednolitego kształtu, lecz kształty zmieniaj

ce si

, oraz

powierzchni

niedostatecznie wygładzon

. Z do

wiadcze

wiadomo,

e szczególnie silny wpływ

wywieraj

lokalne zwi

kszenia warto

ci napr

ęŜ

enia wywołane gwałtownymi (ostre przej

cia)

zmianami

przekrojów

przedmiotu

(np.

podtoczenie,

karby,

otwory

poprzeczne

i rysy, pory, wtr

cenia), gdy

wywołuj

one spi

trzenia napr

ęŜ

(koncentracja napr

ęŜ

)

wyst

puj

ce np. u dna karbu (rys. 15).- odnosi si

to szczególnie do stali.

eliwo jest

niewra

liwe na działanie karbu,

Najwi

ksze napr

ęŜ

enie okre

laj

ce spi

trzenie napr

ęŜ

wyra

a teoretycznie wzór:

max

⋅

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

gdzie:

max

- największe napręŜenie,

- napręŜenie nominalne (odpowiadające rozpatrywanemu przekrojowi),

- współczynnik kształtu, który przybiera tym większa wartość, im ostrzejszą ma postać

karb lub przejście z jednego przekroju w drugi.

Tabela 4. Wzory i przykłady obliczeń wytrzymałościowych [15, s. 361]

Zastosowanie wzorów liczbowych

Wzór

wielkościowy

Wzór liczbowy

Wartości dane

Obliczenia

]

[

]

[

]

MPa

[

⋅

F = 6 kN

S = 2 cm

⋅

MPa

]

[

]

[

]

MPa

[

F = 500N

S = 200 mm

200

500

MPa

]

[

]

MPa

[

]

[

⋅

≤

= 100 MPa

S = 4 cm

100

⋅

≤

⋅

≤

]

[

]

MPa

[

]

[

⋅

≤

= 50 MPa

S = 400 mm

20000

400

⋅

≤

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadaj

c na pytania, sprawdzisz, czy jeste

przygotowany do wykonania

wicze

Co okre

la termin siła?

Jak okre

lisz ró

nic

miedzy ci

ęŜ

arem a mas

Co okre

la termin moment siły?

Co okre

la termin para sił?

Co okre

la termin równowaga sił?

Jakie wyró

nia si

podstawowe ruchy ciał?

Jak mo

na wyja

ró

nic

miedzy pr

dko

obwodow

a k

tow

Jak oblicza si

dko

ść

obwodow

(liniow

Jak oblicza si

prac

10.

Jak zdefiniujesz poj

cie moc?

11.

Jak mo

na okre

energi

potencjaln

12.

Co okre

la termin sprawno

ść

13.

Kiedy wyst

puje odkształcenie ciała?

14.

Co okre

la termin spr

ęŜ

ysto

ść

i jaki ma zwi

zek z plastyczno

15.

Jakimi cechami charakteryzuje si

materiał (ciało), które ma du

Ŝą

wytrzymało

ść

16.

Jakie s

podstawowe rodzaje obci

ąŜ

17.

Co okre

la termin zginanie?

18.

Co rozumiesz przez poj

cie skr

canie?

19.

Co okre

la termin napr

ęŜ

enia?

20.

Jakie znasz rodzaje napr

ęŜ

21.

Co okre

la termin napr

ęŜ

enia dopuszczalne?

22.

Kiedy wyst

puje zginanie?

23.

Jak oblicza si

wytrzymało

ść

wałka pełnego na skr

canie?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przekładnia łańcuchowa jest zbudowana z dwóch kół łańcuchowych opasanych łańcuchem

(np. napęd roweru).Większe koło przekładni łańcuchowej wykonuje 60 obr/min, średnica tego
koła d = 0,2 m. Oblicz prędkość obwodową łańcucha (liniową).

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z treścią zadania,

zastanowić się, w jaki sposób oblicza się prędkość liniową,

odszukać w materiałach dydaktycznych wzór na prędkość obwodową (liniową),

zastosować znaleziony wzór,

zapisać wynik,

zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kartka papieru, długopis,

−

poradnik dla ucznia,

−

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Na rysunku przedstawiono maszynę prostą – dźwignię, słuŜącą do pokonania siły oporu

uŜytecznego  Q  siłą  mniejszą  F  skierowaną  w  Ŝądanym  kierunku.  Dźwignia  jednoramienna  jest
obciąŜona  siłą  cięŜkości  Q=20  N.  Oblicz  silę  F  i  R  niezbędną  do  spełnienia  warunków
równowagi sił i momentów, znając długość ramion:   a = 1 m

b = 2 m

Rysunek do ćwiczenia 2 [5, s. 70]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z treścią zadania,

zastanowić się, jakie warunki muszą zostać spełnione, aby dźwignia pozostała
w równowadze,

odszukać w materiałach dydaktycznych wzory wyznaczające stany równowagi ciał.

obliczyć wartość siły F spełniającą warunek równowagi momentów,

obliczyć wartość siły R spełniającą warunek równowagi sił,

zapisać wyniki,

zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kartka papieru, długopis,

−

poradnik dla ucznia,

−

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 3

Na rysunku przedstawiono maszynę prostą (krąŜek ruchomy) słuŜącą do pokonania siły

oporu  uŜytecznego  Q  siłą  mniejszą  F  skierowaną  w  Ŝądanym  kierunku.  Przerysuj  rysunek,
wyznacz  wektor  siły  reakcji  podłoŜa  R.  Oblicz  silę  F  i  R    niezbędną  do  spełnienia  warunków
równowagi  sił  i  momentów  wiedząc,  Ŝe  do  krąŜka  podczepiony  jest  przedmiot  o  masie  5  kg.
Promień krąŜka r = 100 mm

Rysunek do ćwiczenia 3 [5, s.71]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z treścią zadania,

przerysować odręcznie rysunek (wykonać szkic),

wyznaczyć kierunek i zwrot siły reakcji R,

zastanowić się, w jaki sposób oblicza się siłę cięŜkości oraz wyznacza warunek zachowania
równowagi sił i momentów dla krąŜka ruchomego,

odszukać w materiałach dydaktycznych wzór na siłę cięŜkości,

zastosować znaleziony wzór,

odszukać w materiałach dydaktycznych wzory wyznaczające stany równowagi ciał,

zastosować znalezione wzory,

zapisać wyniki,

10)

zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kartka papieru, długopis,

−

poradnik dla ucznia,

−

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 4

Na pionowo ustawioną rurę Ŝeliwną o średnicy zewnętrznej D = 300 mm i średnicy

wewnętrznej d = 200 mm działa z góry obciąŜenie ściskające siłą F = 50 000 N. Oblicz
wywołane obciąŜeniem napręŜenie

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z treścią zadania,

zastanowić się, w jaki sposób oblicza się napręŜenia normalne w pręcie ściskanym,

odszukać w materiałach dydaktycznych wzór na napręŜenia w przypadku ściskania,

obliczyć pole powierzchni na które działa obciąŜenie (uwaga – rura jest wewnątrz pusta),

obliczyć napręŜenia normalne,

zapisać wynik,

zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kartka papieru, długopis,

−

poradnik dla ucznia,

−

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 5

Oblicz jaką minimalną średnicę d powinien mieć sworzeń stalowy, aby nie uległ zniszczeniu

Siła działająca na złącze przedstawione na rysunku F = 40000 N. NapręŜenie dopuszczalne na
ścinanie dla uŜytej tu stali niestopowej do utwardzania powierzchniowego C22 wynosi:

k = 60MPa.

Rysunek do ćwiczenia 2 [4, s. 29]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z treścią zadania,

przerysować odręcznie rysunek (wykonać szkic),

wyznaczyć przekroje ( miejsca ) niebezpieczne w których sworzeń jest naraŜony na ścinanie.

obliczyć siłę działającą na jeden przekrój,

odszukać w materiałach dydaktycznych wzór na zachowanie warunku wytrzymałości
w przypadku ścinania,

zastosować odszukany wzór i obliczyć minimalne pole przekroju sworznia,

zastanowić się w jaki sposób obliczyć średnicę sworznia (znany przekrój),

obliczyć średnicę sworznia,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

wynik zaokrąglić w górę do wymiaru normalnego (dobrać z Polskich Norm),

10)

zapisać wynik,

11)

zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kartka papieru, długopis,

−

poradnik dla ucznia,

−

Polskie Normy, norma PN–78/M-02041

−

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

zdefiniować termin siła?

wyjaśnić róŜnicę miedzy cięŜarem a masą?

zdefiniować termin moment siły?

określić jaka jest podstawowa jednostka momentu siły?

zdefiniować termin równowagi sił?

określić jakie wyróŜnia się podstawowe ruchy ciał?

obliczyć prędkość obwodową (liniową)?

obliczyć pracę?

zdefiniować termin moc?

10)

zdefiniować pojęcie energii potencjalnej?

11)

zdefiniować termin sprawność?

12)

wyjaśnić kiedy występuje odkształcenie ciała?

13)

wyjaśnić jakimi cechami charakteryzuje się materiał (ciało), które ma
duŜą wytrzymałość?

14)

wyjaśnić jakie są podstawowe rodzaje obciąŜeń?

15)

określić rodzaje napręŜeń?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Klasyfikacja i cechy uŜytkowe części maszyn

4.2.1 Materiał nauczania

Maszynoznawstwo to nauka o budowie i działaniu maszyn oraz niektórych związanych

z nimi urządzeń technicznych. Maszyna słuŜy do wykonania pracy uŜytecznej, kosztem
dostarczonej energii lub przetwarzania jednego rodzaju energii w drugi. Do maszyn zalicza się:
silniki i maszyny robocze (np. obrabiarki, samochody, itp.).

Urządzenie to rodzaj mechanizmu lub zespół części przeznaczony do wykonywania

określonych czynności lub zadań.

W sensie konstrukcyjnym kaŜda maszyna składa się z zespołów i części.
Zespołem nazywa się zbiór określonej liczby części połączonych w taki sposób, Ŝe tworzą

składową  cześć  maszyny  o  określonej  funkcji,  (  np.  w  silniku  spalinowym  -  tłok  silnika
z korbowodem, sworzniem i pierścieniami, w tokarce - wrzeciennik, skrzynka suportowa, konik,
itp.)  Bardzo  często  się  zdarza,  Ŝe  zestaw  części  stanowiący  gotowy  wyrób  produkowany  jest
przez wyspecjalizowane zakłady (np. silnik).

RozróŜnia się zespoły róŜnych rzędów. Bardziej skomplikowane zespoły dzieli się na

zespoły  niŜszego  rzędu  (np.  wrzeciono  tokarki  czy  innej  obrabiarki  wraz  Ŝ.  kołami  zębatymi
i  łoŜyskami  stanowi  zespół  drugiego  rzędu  w  stosunku  do  wrzeciennika).  Tak  więc  gotowy
wyrób    składa  się  bezpośrednio  z  zespołów  pierwszego  rzędu,  te  z  kolei  z  zespołów  drugiego
rzędu itd.

Nie zaleŜy nazywać zespołem zbioru części zaleŜnych od siebie funkcjonalnie, lecz nie

tworzących odrębnej całości przy montaŜu wyrobu. Takie zbiory części nazywa się układami, jak
np. układ chłodziwa obrabiarki czy układ hydrauliczny maszyny które złoŜone są z pompy,
filtra, rozdzielacza, i przewodów.

Podział konstrukcyjny maszyny na zespoły, układy nie zawsze odpowiada podziałowi

maszyny  lub  urządzenia  pod  względem  technologii  montaŜu  i  dlatego  wprowadzono  pojęcie
jednostki  montaŜowej.  Jednostka  montaŜowa  jest  to  część  wyrobu  montowana  oddzielnie  i  nie
spełniająca  wymogów  zespołu,  jednakŜe  z  powodu  zasad  wynikających  z  procesu
technologicznego montaŜu jest składana jako jedna całość.

Obecnie wykorzystuje się programy i techniki komputerowe dzięki którym konstruowanie

i towarzyszące obliczenia przebiegają duŜo sprawniej i szybciej. Nie projektuje się elementów
składanych następnie w zespoły, lecz od razu cały obiekt o określonym przeznaczeniu (moduł).
W związku z tym, dzisiaj podział maszyn na zespoły i części traci na znaczeniu. Ponadto część
budowanych obecnie modułów juŜ na etapie projektowania nie jest przewidzianych do naprawy,
wobec czego nie przewiduje się części zamiennych – w razie awarii wymienia się cały moduł.

Maszynę oraz jej zespoły lub moduły w większości przypadków moŜna rozłoŜyć na proste

elementy,  nazywane  częściami  maszyn  (rys.  16).  Pojęcie  to  obejmuje  zarówno  pojedyncze
elementy  (  np.  śruby,  wałki,  osie  spręŜyny,  nity,  podkładki,  kliny,  koła  zębate  i  pasowe,  i  inne
jeszcze części spotykane zarówno w samochodach i ciągnikach, jak i w samolotach, maszynach
odlewniczych,  urządzeniach  transportowych  itp.),  jak  i  zestawy  elementów,  stanowiące
w zasadzie zespoły niŜszego rzędu (np. korpusy spawane z kilku części, łoŜyska toczne, itp.).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 16. Podział maszyny za zespoły i części [14, s. 9]

Większość powszechnie stosowanych części maszyn moŜna podzielić na trzy zasadnicze

grupy:

−

części połączeń,

−

łoŜyskowania,

−

części napędów.

Elementami połączeń są łączniki: np.: śruby, wpusty, kołki, sworznie; funkcje łączników

spełniają takŜe spoiny, zgrzeiny itd.

Elementami łoŜyskowania są osie lub wały i łoŜyska.
Części napędów to przekładnie zębate, cięgnowe, cierne oraz inne mechanizmy wchodzące

w skład napędów.

W zaleŜności od zadania, które mają spełniać poszczególne części maszyn, ich klasyfikacja

moŜne wyglądać następująco:

−

części pozostające względem siebie w spoczynku – będą to części złączne, np. śruby, kołki,
kliny, nity,

−

części obrotowe, np. osie, wały, czopy, tuleje,

−

części do zmiany rodzaju ruchu, np.: wały korbowe, mimośrody, śruby pociągowe,

−

części do zmiany prędkości przekazywanego ruchu, np. przekładnie pasowe, koła zębate,
ślimaki i ślimacznice, przeguby,

−

części i mechanizmy do włączania i wyłączania ruchu, np. sprzęgła cierne i kłowe.

Materiałami stosowanymi do wyrobu części maszyn są: stal, Ŝeliwo, staliwo, metale

nieŜelazne i ich stopy oraz tworzywa sztuczne. Większość części maszyn wykonuje się
z róŜnych gatunków stali.

Ze stali niestopowych konstrukcyjnych (stale maszynowe, stale na wyroby walcowane na

gorąco) o niskiej zawartości węgla wykonuje się nity, śruby, kołki, sworznie, haki , itp.,

Ze stali niestopowych do utwardzania powierzchniowego i ulepszania cieplnego - wały,

tłoczyska, śruby, kliny poprzeczne i wzdłuŜne, wrzeciona, drąŜki , rury kotłowe, wpusty, wały
korbowe osie, dźwignie, itp.,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ze stali z tej samej grupy o wyŜszej zawartości węgla 0,42÷0,60% - koła zębate, wrzeciona

obrabiarek, szyny, wały mimośrodów, wały turbin i prądnic, wzorniki, ślimaki, części
obrabiarek, łańcuchy, korbowody, ślimaki, wałki sprzęgieł kłowych itp.

Ze stali stopowych do ulepszania i hartowania powierzchniowego: wałki rozrządcze,

ślimaki, sworznie, części naraŜone na zmienne obciąŜenia, silnie obciąŜone wały, czopy
samochodowe i samolotowe, części hartowane powierzchniowo np. koła zębate.

Ze stali mikrostopowych (HSLA):spawane elementy konstrukcyjne maszyn.
Ze stali maraging (SM):łoŜyska toczne, wały, spręŜyny, zawory bezpieczeństwa, koła

zębate.

Z Ŝeliwa wykonywane są kadłuby, podstawy, korpusy imadeł, łoŜa i stoły obrabiarek,

cylindry, pokrywy, koła pasowe oraz koła zębate  mniej obciąŜone itp. Z Ŝeliwa więc wykonuje
się te części maszyn, które nie są naraŜone na uderzenia oraz na duŜe siły rozciągające, zginające
i skręcające; odlewy Ŝeliwne wytrzymują bardzo duŜe obciąŜenia statyczne i dlatego wszelkiego
rodzaju podstawy maszyn wykonuje się z tego materiału.

JeŜeli jednak przewiduje się, Ŝe podczas pracy maszyny wystąpią w niej duŜe obciąŜenia

dynamiczne (rozciągające, zginające lub skręcające), to korpus takiej maszyny i jej podstawę
wykonuje się ze staliwa. Ze staliwa wykonuje się równieŜ bardziej obciąŜone oraz duŜe koła
zębate, korpusy duŜych pras itp.

śeliwa stopowe natomiast odznaczają się dobrymi właściwościami mechanicznymi,

odpornością i na korozję i na wysoką temperaturę. Stosowane są na odlewy ługo -
i kwasoodporne, na odlewy Ŝaroodporne i na odlewy maszynowe o specjalnych właściwościach.

Ze stopów metali nieŜelaznych wykonuje się następujące części maszyn:

−

z miedzi - miedź ma zastosowanie w przemyśle elektrotechnicznym, np. do wyrobu drutów
na przewodniki, kable, szyny do przewodzenia prądu elektrycznego, części maszyn
elektrycznych np. komutatory, szczotki maszyn elektrycznych;

−

mosiądzu - smarownice, kurki, zawory i inne części naraŜone na działanie wody,
a niezbyt obciąŜone;

−

z brązu lub częściej z brązu fosforowego – łoŜyska ślizgowe, koła zębate, części pomp,
ślimacznice, nakrętki mechanizmów śrubowych, suwaki itp.;

−

z duraluminium - tłoki, pokrywy itp.,

−

silumin jest stopem aluminium i krzemu. Stosuje się na części silników samochodowych
i lotniczych, części pomp.

Obecnie oprócz metali coraz częściej jako materiał konstrukcyjny stosowane są tworzywa

sztuczne, z których wykonuje się róŜne części maszyn – koła zębate, koszyczki łoŜysk tocznych,
elementy cierne sprzęgieł i hamulców i wiele innych.

Materiały stosowane do budowy maszyn muszą być wytrzymałe na obciąŜenia statyczne

i  dynamiczne,  trwałe,  a  więc  odporne  na  zuŜycie  oraz  obrabialne,  tzn.  dające  się  obrabiać
znanymi  metodami  technologicznymi.  Jak  wiadomo  z  nauki  o  wytrzymałości  materiałów,
własności  materiałów  konstrukcyjnych  charakteryzują  wartości  dopuszczalnych  napręŜeń  na
rozciąganie,  ściskanie,  skręcanie,  zginanie,  wyboczenie  oraz  wytrzymałość  zmęczeniowa,
wydłuŜalność  a  takŜe  inne  własności,  które  nie  zostały  omówione  -  twardość  i  odporność  na
korozję.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.2. Pytania sprawdzające

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

Co oznacza termin maszynoznawstwo?

Jak klasyfikuje się maszyny?

Jakimi cechami charakteryzuje się zespół części?

Jakie części maszyn wykonuje się ze stali stopowych do ulepszania i hartowania
powierzchniowego

Jakimi cechami charakteryzuje się układ (określony zbiór części)?

Jak moŜna określić termin części maszyn?

Jakie materiały stosuje się na wyroby typu: kadłuby, podstawy, łoŜa i stoły obrabiarek?

Jak klasyfikuje się części maszyn?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Korzystając z dostępnych poradników i ksiąŜek opisujących tematykę materiałoznawstwa

dobierz odpowiednie materiały do budowy typowego imadła ślusarskiego. Zakładamy, Ŝe imadło
jest  zbudowane:  a)  z  korpusu  stanowiącego  jedną  całość  z  elementem  do  którego  mocujemy
szczękę twardą, b) elementu przesuwnego do którego mocujemy drugą szczękę twardą, c) dwóch
twardych  ulepszonych  cieplnie  szczęk,  d)  śruby  na  której  nacięty  jest  gwint  ruchowy
z osadzonym  poprzecznie  pokrętłem,  e)  nakrętki,  f)  spręŜyny  powrotnej  ułatwiającej
odmocowanie zaciśniętego między szczękami przedmiotu.

Rysunek do ćwiczenia 1 [ 5, s. 245]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z treścią zadania,
2)  zastanowić się jakie materiały są stosowane w budowie maszyn,
3)  odszukać  w  dostępnych  poradnikach  i  ksiąŜkach  opisujących  tematykę  wytrzymałości

i właściwości materiałów informacje na temat ich zastosowania w budowie maszyn,

4)  dobrać materiał na korpus imadła,
5)  dobrać materiał na szczęki,
6)  dobrać materiał na śrubę,
7)  dobrać materiał na nakrętkę,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8)  dobrać materiał na pokrętło,
9)  dobrać materiał na spręŜynę,
10)  zapisać nazwy dobranych materiałów oraz ich oznaczenia według obowiązujących norm,
11)  przedstawić efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kartka papieru, długopis,

−

poradnik mechanika,

−

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Znasz z pewnością budowę zwykłego roweru, spójrz na niego jak na maszynę i dokonaj

podziału na zespoły i części. Pracę wykonaj w formie planu graficznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z treścią zadania,
2)  zastanowić się jak jest zbudowany rower,
3)  odszukać  w  materiałach  dydaktycznych  informacje  na  temat  podziału  maszyny  na  zespoły

i części,

4) odszukać w materiałach Rys 1.1 i na jego podstawie zbudować plan podziału roweru na

zespoły i części.

5) dokonać podziału roweru na zespoły i części,
6) zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kartka papieru, długopis,

−

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

zdefiniować termin maszynoznawstwo?

sklasyfikować maszyny?

wyjaśnić jakimi cechami charakteryzuje się zespół części?

określić jakie części maszyn wykonuje się ze stali stopowych do
ulepszania i hartowania powierzchniowego

wyjaśnić jakimi cechami charakteryzuje się układ części?

zdefiniować pojęcie części?

określić jakie materiały stosuje się na wyroby typu: kadłuby,
podstawy, łoŜa i stoły obrabiarek?

wyjaśnić jak klasyfikuje się części maszyn?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Normalizacja części maszyn

4.3.1.

Materiał nauczania

Często nie zdajemy sobie sprawy, Ŝe z normalizacją spotykamy się w Ŝyciu codziennym.

A przecieŜ np. znaki i symbole matematyczne, fizyczne czy chemiczne, są znormalizowane
i obowiązują na terenie nie tylko naszego kraju.

Podobnie jest w technice, wiele spośród części maszyn zostało znormalizowanych
Przez normalizację rozumie się opracowywanie i wprowadzanie jednolitych norm, czyli.

normalizacja polega na uporządkowaniu i ujednoliceniu symboli, pojęć, kształtów, wymiarów
itp.

Dokładnie obliczone i wielokrotnie sprawdzone elementy konstrukcyjne zostały ujęte

w  normach.  Są  to  elementy  często  stosowane  w  róŜnych  urządzeniach.  Ułatwia  to  w  wielkim
stopniu prace montaŜowe i naprawcze oraz wymianę uszkodzonych części. Dzięki temu moŜliwe
jest  zatem  wytwarzanie    przedmiotów  w  dowolnych  ilościach  (ogromne  znaczenie  głównie
w  produkcji  masowej)  z  zachowaniem  jednolitości  ich  cech,(  wymiary,  kształty  klasa
dokładności obróbki itd.) co jest podstawą produkcji opartej na zasadzie całkowitej zamienności.
Parametry konstrukcyjne tych części zawarte w normach obowiązują wszystkich producentów.

Oznaczenie elementu numerem normy oznacza, Ŝe spełnia on wszystkie parametry

wymiarowe, konstrukcyjne i materiałowe opisane w normie.

Norma jest aktem prawnym zalecanym do stosowania.
Ustaleniem tych ogólnych cech zajmuje się w naszym kraju Polski Komitet

Normalizacyjny (PKN). Działalność PKN datuje się jeszcze z okresu międzywojennego (przed
rokiem 1939) i jego dorobek jest juŜ obecnie bardzo duŜy.

Główne dziedzin, które podlegają normalizacji:

−

własności materiałów,

−

typy, wymiary i kształty wytwarzanych przedmiotów,

−

dokładność i jakość wykonania,

−

warunki obsługi maszyn i róŜnych urządzeń, łącznie z przepisami bhp,

−

znaki i symbole matematyczne, fizyczne, chemiczne, uznania techniczne itp.,

−

pojęcia naukowe i techniczne.

Dzięki normom ujednolica się więc m.in. produkcję takich części maszyn jak: śruby,

nakrętki, nity, łoŜyska toczne, kołki, itd. – (części te często. są określane jako normalia)

Przy opracowaniu norm Polski Komitet Normalizacyjny współpracuje z róŜnymi ośrodkami

badawczymi. Inną instytucją powołaną do prac normalizacyjnych jest Polskie Centrum Badań
i Certyfikacji S.A. Zajmuje się ono organizowaniem systemu certyfikacji, dotyczącego znaków:
B, Q, Eko i in. Centrum jest członkiem międzynarodowych organizacji, np. EOPQ - Europejskiej
Organizacji Jakości, EFQM - Europejskiej Fundacji Zarządzania Jakością, IQNet -
Międzynarodowej Sieci Jednostek Certyfikujących.

Dane z norm są przechowywane w bazie danych i aktualizowane średnio raz w miesiącu.

WyróŜnia się normy własne, normy europejskie i normy międzynarodowe.

Norma własna jest oznaczana literami PN oznaczającymi Polską Normę, dwiema cyframi

oznaczającymi  dwie  ostatnie  cyfry  roku  ustanowienia  normy,  ukośnikiem,  literą  oznaczającą
dziedzinę  normalizacji  (M  -  mechanika,  C  –  chemia),  kolejnym  dywizem  (poziomą  kreską)
i  pięciocyfrową  liczbą.  Jeśli  norma  jest  podzielona  na  części,  to  w  jej  oznaczeniu  pojawia  się
dwucyfrowy numer części normy, np. PN-93/C-99999.09.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Od 1994 roku zmianie uległo oznaczanie norm własnych; rok jest zapisywany na końcu po

dwukropku  czterema  cyframi,  a  numer  części  normy  po  dywizie  jedną  cyfry,  np.
PN-C-99999-9:1995.  Zmiany  norm  są  oznaczane  literami  Az,  a  poprawki  -  Ap  oraz  numerem
i  rokiem  ustanowienia  zmiany  lub  zatwierdzenia  poprawki  (przykłady:  zmiana  normy
PN-C-99999-9:1995/Az1:1998, poprawka normy PN-C-99999-9:1996/Apl:1999).

Od roku 1994 są takŜe wprowadzane normy europejskie i międzynarodowe

o następującym przykładowym zapisie: PN-ISO 9:2006, w którym literowe oznaczenie moŜe być
ISO, EN lub IEC, a liczbowe składa się z jednej do pięciu cyfr; po dwukropku rok jest zapisany
czterocyfrowo.

W 2002 roku PKN rozpoczął wprowadzanie norm europejskich metodą uznania. Strona

tytułowa jest w języku polskim, u reszta normy - w języku oryginału. Norma taka jest oznaczona
literą U w nawiasie, na końcu numeru.

Międzynarodowa Klasyfikacja Norm -jest oznaczana skrótem ICS. Numer ICS jest

dwucyfrowym symbolem dziedziny, trzycyfrowym symbolem grupy i dwucyfrowym symbolem
podgrupy, które są rozdzielone kropkami, np. 77.080.l0. Normy mają wyróŜniki grup składające
się z 6 znaków i wyróŜniki podgrup składające się z 9 znaków.

Polskie Normy są wymienione w Katalogu Polskich Norm, wydawanym przez Polski

Komitet Normalizacyjny. Ponadto PKN wydaje- między kolejnymi edycjami Katalogu PN, co 6
miesięcy – dodatek „Aktualizacja”, w którym są podawane informacje o Polskich Normach
ustanowionych w danym półroczu wycofanych ze zbioru, a takŜe o zmianach wprowadzonych do
PN w tym okresie.

Typizacja i unifikacja

Mianem typizacja określa się działalność, polegającą na ograniczeniu i wytypowaniu liczby

podstawowych wyborów o zbliŜonych właściwościach. Dokonany wybór stosowanych odmian,
wymiarów itd. powinien zapewniać pokrycie: zapotrzebowania odbiorców w pełnym
asortymencie.

Przykładem typizacji z zakresu zagadnień ogólnych jest wprowadzenie wymiarów

normalnych  (PN-78/M-02041).  Są  one  uszeregowane  wg  rosnącego  postępu  geometrycznego,
opartego  na  ciągu  Renarda.  Wybranie  ze  zbioru  liczb  naturalnych  niektórych  liczb
i  stosowanie  ich  jako  wymiarów  normalnych  umoŜliwia  m.in.  ograniczenie  liczby  stosowanych
narzędzi i sprawdzianów.

W przypadku wykonywaniu znormalizowanych części maszyn, np. śrub, pełny asortyment

gwintów  i  długości  śrub  (oparty  na  wymiarach  normalnych)  moŜe  wynosić  kilkaset  tzw.
typowymiarów.  Zastosowanie    typizacji  w  tym  przypadku  polega  na  ustaleniu  gwintów
uprzywilejowanych    oraz  ograniczeniu  długości  śrub  stosowanych  dla  kaŜdego  gwintu,  co
powoduje  kilkakrotne  zmniejszenie    liczby  typowymiarów.  Efektem  jest  wówczas  moŜliwość
produkowania    mniejszej  liczby  śrub,  ale  w  większych  seriach,  co  jest  korzystniejsze  z  punktu
widzenia ekonomiki produkcji.

Unifikacja jest wyrazem dalszego postępu w normalizacji i polega na ujednoliceniu

elementów  i  zespołów  stosowanych  w    podobnych  maszynach,  co  ogranicza  liczbę
produkowanych odmian elementów i zespołów oraz zwiększa zakres zamienności. Zastosowanie
unifikacji  w  budowie  maszyn  moŜna  zilustrować  następująco:  przy  projektowaniu  nowej
maszyny wykorzystano np. ok. 5% części stosowanych w poprzednio produkowanych maszynach
(niezaleŜnie od części znormalizowanych); podejmując konstrukcję kolejnych wersji  podobnych
maszyn,  moŜna  stopniowo  osiągnąć  nawet    ponad  80%  części  powtarzalnych,  stosowanych  we
wszystkich produkowanych typach maszyn.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zwiększenie powtarzalności rozwiązań konstrukcyjnych części maszyn - a tym samym

wprowadzanie  typizacji  i  unifikacji  w  coraz  szerszym  zakresie  wymaga  prowadzenia  statystyk
produkowanych  elementów,  i  to  nie  tylko  w  ramach  jednego  przedsiębiorstwa.  Mając  do
dyspozycji  zgromadzone  materiały  statystyczne,  moŜna  tworzyć  zbiory  elementów  o  podobnej
konstrukcji  i  technologii.  Po  ujednoliceniu  elementów  o  zbliŜonych  kształtach  i  wymiarach
moŜna  je  produkować  w  znacznie  większych  seriach,  zaleŜnie  od  potrzeb  róŜnych
przedsiębiorstw.

W celu ułatwienia podjęcia skoordynowanych działań w tym zakresie Centralny Ośrodek

Badawczy  Normalizacji  opracował  „Jednolitą  Klasyfikację  Konstrukcyjno  -  Technologiczną
Przedmiotów  Produkcji"  (JKKTPP),  wydaną  w  1977  r.  przez  Wydawnictwa  Normalizacyjne.
WdraŜanie  JKKTPP  w  przemyśle  przyczynia  się  do  uzyskania  wymiernych  korzyści
ekonomicznych.

4.3.2. Pytania sprawdzające

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

Jak moŜna wyjaśnić pojęcie normalizacja części maszyn?

Czym jest norma?

Kto opracowuje normy?

W jaki sposób są oznaczane poprawki Polskich Norm, a w jaki zmiany?

W jaki sposób są zapisywane normy europejskie i międzynarodowe?

W jakim dokumencie są wymienione Polskie Normy?

Jak moŜna wyjaśnić termin typizacja?

Co określa termin unifikacja?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zapisz przykładowe oznaczenie Polskiej Normy opracowanej w 1992 odnoszącej się do

normy o numerze 45288 z dziedziny mechanicznej o numerze części normy 03.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z treścią zadania,
2)  zastanowić się nad oznaczeniami Polskiej Normy,
3)  odszukać w materiałach dydaktycznych schemat zapisu Polskiej Normy,
4)  zastosować znaleziony schemat,
5)  zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kartka papieru, długopis,

−

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Zapisz przykładowe oznaczenie jakiejkolwiek (wstaw dowolny – wymyślony ciąg liczb

mieszczący się w granicach przewidzianych ustaleniami aktu prawnego) normy europejskiej lub
międzynarodowej z roku 2005.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z treścią zadania,
2)  zastanowić się nad oznaczeniami norm europejskich i międzynarodowych,
3)  odszukać w materiałach dydaktycznych schemat zapisu normy,
4)  zastosować znaleziony schemat,
5)  zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kartka papieru, długopis,

−

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 3

Jakie informacje moŜna uzyskać analizując zapis: PN-M-64646-6:1995/Az1:1997?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z treścią zadania,
2)  zastanowić się nad sposobem wykonania zadania,
3)  odszukać w materiałach dydaktycznych podobny zapis z omówieniem schematu oznaczeń,
4)  dokonać porównania,
5)  odczytać informacje wynikające z treści powyŜszego zapisu.
6)  zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kartka papieru, długopis,

−

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 4

Korzystając z Katalogu Polskich Norm lub z dostępnych poradników np. mechanika,

ślusarza, tokarza lub innych (tablice gwintów metrycznych) ustal czy gwinty złączne zwykłe:
M10, M11 i M19 są znormalizowane. Jeśli tak, to zapisz ich podstawowe wymiary (średnicę
zewnętrzną śruby, głębokość gwintu, skok) oraz typoszereg.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z treścią zadania,
2)  odszukać w Polskich Normach lub w dostępnym poradniku tablice gwintów metrycznych,
3)  sprawdzić czy szukane gwinty występują,
4)  zapisać wymagane wymiary i typoszereg,
5)  zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kartka papieru, długopis,

−

Katalog Polskich Norm lub jeden z poradników (mechanika, ślusarza, tokarza),

−

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

zdefiniować pojęcie normalizacja części maszyn?

zdefiniować pojęcie norma?

określić kto opracowuje normy??

wyjaśnić w jaki sposób oznaczane są poprawki Polskich Norm, a w
jaki zmiany?

rozpoznać oznaczenia norm europejskich i międzynarodowych?

określić w jakim dokumencie są wymienione Polskie Normy?

zdefiniować pojęcie typizacja?

zdefiniować pojęcie unifikacja?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Połączenia rozłączne i nierozłączne

4.4.1. Materiał nauczania

Połączenia (złącza) naleŜą do podstawowej grupy elementów występujących

w konstrukcjach.

Zadaniem

połączenia

jest

całkowite

lub

częściowe

zabezpieczenie

przyłączy

(poszczególnych części maszyn) przed wzajemnym przemieszczaniem się i umoŜliwienie
przenoszenia obciąŜeń (sił, momentów) z jednej części na inne z nią współpracujące.

Połączenia części maszynowych dzielimy na: rozłączne i nierozłączne.
Połączenia dzieli się ponadto na połączenia spoczynkowe, w których części łączone są

nieruchomo względem siebie (np. połączenia nitowe, spawane), oraz połączenia ruchowe,
w których jedna część moŜe przesuwać się względem drugiej (np. połączenia wielowypustowe)
lub obracać.

W połączeniu rozłącznym połączone części i łączniki moŜna rozłączyć i złączyć ponownie

bez obawy ich uszkodzenia (warunek ten dotyczy zarówno części jak i łączników). Do tych
połączeń zalicza się połączenia klinowe, wpustowe, sworzniowe, kołkowe, gwintowe i rurowe.

W połączeniach nierozłącznych w razie rozłączenia ulegają uszkodzeniu albo części

łączone, albo części łączące (łączniki). Do tego rodzaju połączeń zalicza się połączenia spawane,
lutowane, i nitowane.

Połączenia rozłączne dzielą się na:

−

cierne

−

kształtowe,

−

gwintowe.
Połączenia nierozłączne dzielą się na:

−

spajane,

−

kształtowane plastycznie.

Połączenia cierne (wciskowe)

Połączenia cierne moŜemy podzielić na:

−

wtłaczane,

−

skurczowe.
Są to połączenia utworzone przez siły spręŜyste wywołane odkształceniem skojarzonych

elementów,    spowodowane  przez  odpowiednią  róŜnicę  ich  wymiarów.  Polegają  na  zaciśnięciu
się  zewnętrznej  części  łączonej  na  czyści  wewnętrznej.  MoŜna  je  uzyskać  przez  wzajemne
wtłaczanie łączonych części lub wzajemne zmiany ich temperatury.

Połączenia wtłaczane uzyskuje się przez wtłoczenie jednej części w drugą. W zaleŜności od

wymiaru przedmiotu i wartości siły wcisku nacisk wywiera się za pomocą pras hydraulicznych,
pras ręcznych lub stosując młotek (metoda niezalecana).

TakŜe połączenia stoŜkowe (rys.17) przenoszą ciernie momenty obrotowe. w tym przypadku

siły wzdłuŜne są w kierunku wciskania przenoszone przez docisk do powierzchni stoŜkowej, w
kierunku  rozłączenia  połączenie  naleŜy  zabezpieczyć  nakrętką.  Jeśli  kąt  wierzchołkowy  stoŜka
jest  niewielki,  to  połączenie  nie  obciąŜone  siłami  wzdłuŜnymi  moŜe  pozostać  bez
zabezpieczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 17. Połączenie wciskane stoŜkowe Osadzenie łoŜyska wahliwego na wal za pomocą pośredniej stoŜkowej

tulei [13, s.112]

Połączenia skurczowe otrzymać moŜna trzema sposobami.
Przez skurcz części zewnętrznej rozgrzanej przed nasadzeniem na część wewnętrzną po

wystudzeniu otrzymuje sil zaciśnięcie.

Drugi sposób, jakkolwiek rzadziej stosowany, polega na oziębieniu części wewnętrznej,

która wskutek zmniejszenia wymiarów daje się wsunąć do części zewnętrznej.

Sposób trzeci polega na jednoczesnym zastosowaniu dwóch pierwszych sposobów, tzn. na

ogrzaniu części zewnętrznej z jednoczesnym oziębieniem części wewnętrznej.

Do osadzania cięŜkich elementów, np. duŜych kół pasowych, zamachowych, stosuje się

połączenia zaciskowe z pierścieniami skurczowymi (rys. 18).

Rys.18. Osadzenie piasty na wale za pomocą pośrednich pierścieni skurczowych 1 – piasta,

2 – pierścienie skurczowe, 3 – wał

[13, s. 112]

Połączenia kształtowe

W porównaniu z połączeniami ciernymi (wciskowymi), gdzie o przenoszonej sile decydują

naciski i siły tarcia, które limitują wartości przenoszonych sił, w połączeniach kształtowych
wartości przenoszonych sił są zaleŜne od wytrzymałości elementów połączenia kształtowego
(głównie łączników).

Podstawowymi elementami połączeń kształtowych są:

−

wpusty,

−

wielowypusty,

−

kliny,

−

sworznie,

−

kołki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Połączenia wpustowe

Połączenia wpustowe są powszechnie stosowane przy przenoszeniu momentu obrotowego

między  wałem  a  osadzoną  na  nim  piastą  (np.  koła  zębatego,  pasowego  lub  innych).  Są
wykonywane  najczęściej  jako  spoczynkowe,  czasem  zaś  jako  ruchowe,  Połączenia  te
charakteryzują się wpustem, który jest elementem łączącym, oraz dwoma rowkami wpustowymi:
w  wale  i  piaście.  Wpusty  mogą  być  wykonywane  jako  pryzmatyczne,  czółenkowe  (  łatwość
wykonania, duŜe osłabienie czopa z powodu głębokiego rowka na wpust.) i kołkowe (stosowane
przy  przenoszeniu  niewielkich  momentów  obrotowych).  Konstrukcja  tych  połączeń  jest  prosta;
są  tanie  i  wygodne  w  montaŜu  i  demontaŜu.  Wadą  połączeń  wpustowych  jest  zmniejszenie
wytrzymałości wału na skutek konieczności wykonania rowka wpustowego.

Na rysunku 20 pokazano trzy rodzaje połączeń wpustowych: czop walcowy - wpust

pryzmatyczny, czop walcowy - wpust czółenkowy, czop stoŜkowy - wpust kołkowy.

Rys. 20. Połączenia wpustowe z wpustami: a) pryzmatycznym, b) czółenkowym c) kołkowym [6, s. 140]

Wpusty pryzmatyczne i czółenkowe(rys. 21.) są znormalizowane. Wpusty wykonuje się ze

stali  maszynowej  E335  lub  E360.  Wpusty  pryzmatyczne  osadza  się  w  rowku  wzdłuŜnym
o odpowiedniej głębokości  zawsze z wciskiem, przyjmując pasowanie N9/h9, wyjątek stanowi.
połączenie  ruchowe(  wpust  jest  osadzony  w  rowku  piasty  luźno  z  pasowaniem  F9/h9)
W kaŜdym przypadku pasowania między dnem rowka w piaście a wpustem musi być zachowany
luz promieniowy wynoszący a = 0,1÷0,2 (rys. 7-la).

Wpusty nie zabezpieczają piasty przed przesunięciem wzdłuŜ osi wałka i dlatego stosuje się

róŜne metody zabezpieczeń ( np. za pomocą pierścieni osadczych, połączeń gwintowych,
kołkowych czy poprzez oparcie płaszczyzny czołowej piasty na odsadzeniu na wale).

W przypadku stosowania połączeń wpustowych przesuwnych są stosowane równieŜ wpusty

pryzmatyczne otworowe mocowane do wału za pomocą wkrętów lub wpusty czopkowe, które są
ustalane w wywierconym otworze w piaście. Stosuje się takŜe wpusty otworowe mocowane
wkrętami do piasty.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 21. RóŜne rodzaje wpustów pryzmatycznych i sposoby ich mocowania: a) wpust zaokrąglony pełny,

b) - zaokrąglony otworowy, c) - ścięty otworowy, d) zamocowanie wpustu otworowego, e) wpust
zaokrąglony wyciskowy, f) ścięty wyciekowy, g) - czopkowy symetryczny, h) - czopkowy
niesymetryczny, i) sposób osadzenia wpustu czopkowego w piaście [6, s. 141]

Połączenia wielowypustowe

Odmianą połączenia wpustowego jest połączenie wielowypustowe, Obecnie są szeroko

stosowane.  Ich  zaletą  jest  przede  wszystkim  to,  Ŝe  przy  tym  łączeniu  wały  nie  są  osłabione
rowkami  na  wpusty  Połączenia  wielowypustowe  umoŜliwiają uzyskanie dokładnego osiowania,
zmniejszenie  nacisków  jednostkowych  (lub  stosowanie  większych  obciąŜeń)  w  porównaniu
z  połączeniami  wpustowymi.  Połączenia  te  mogą  być  spoczynkowe  i  przesuwne.  Zarys
wypustów moŜe być: prostokątny, trapezowy, trójkątny i ewolwentowy.

Na rysunku 22 przedstawiono trzy rodzaje połączeń wypustowych: prostokątne, trójkątne

(karbowe), zębate (ewolwentowe).

Rys. 22. Połączenia wypustowe: a) prostokątne, b) trójkątne, c) ewolwentowe [1, s. 46]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W połączeniach wypustowych i wpustowych o czopach cylindrycznych siła jest przenoszona

za pośrednictwem wpustów lub wypustów. Wyjątek stanowią połączenia wpustowe i wypustowe
o czopach stoŜkowych, gdzie siła jest przenoszona za pośrednictwem wpustów lub wypustów
i siły tarcia połączenia stoŜkowego (połączenie cierne).

Połączenia spręŜyste

Połączeniem spręŜystym dwóch części maszynowych nazywa się złącze, pozostawiające im

swobodę wzajemnych przesunięć, uwarunkowanych wydatnymi odkształceniami spręŜystymi
łącznika, mającego postać np. spręŜyn dowolnej postaci, łączników gumowych lub metalowo –
gumowych itp.

SpręŜynami nazywa się łączniki spręŜyste, wykonane z materiałów o niewielkiej

odkształcalności. ZaleŜnie od nadanego im kształtu rozróŜnia się spręŜyny płytkowe, śrubowe,
spiralne itd. Poza tym spręŜyny róŜnią się przekrojem pręta lub drutu, z którego są wykonane.

Połączenia klinowe

NaleŜą do połączeń rozłącznych spoczynkowych, (części połączone nie zmieniają względem

siebie połoŜenia), w których przenoszenie siły odbywa się głównie za pośrednictwem siły tarcia.

Kliny dzieli się na wzdłuŜne, poprzeczne i nastawcze (rys. 23).

Rys. 23. Rodzaje klinów: a) klin poprzeczny do łączenia ze sobą dwóch elementów, b) klin wzdłuŜny do łączenia piasty

z wałem, c) klin nastawczy dający moŜność regulowania odległości między dwoma elementami [4, s. 50]

K1in wzdłuŜne jako element łączący o przekroju zbieŜnym (zbieŜność 1:100), wywołuje

nacisk między czopem a piastą, likwidując jednocześnie luz między nimi. SłuŜą do zamocowania
na wałach obracających się wraz z nimi kół pasowych, zębatych, sprzęgieł itp.

K1iny poprzeczne stosuje się do łączenia drągów i innych elementów za pomocą tulei

złącznej lub gniazda w jednym z drągów.

K1iny nastawcze umoŜliwiają regulowanie względem siebie odległości elementów

nastawnych.

Połączenia klinowe mogą przenosić znacznie większe momenty obrotowe niŜ podobne pod

względem wymiarów połączenia wpustowe, z uwagi na duŜy nacisk w połączeniu wywołany
zabiegiem podbijania klina.

Połączenia kołkowe

Połączenia kołkowe są stosowane głównie do ustalania wzajemnego połoŜenia elementów,

mogą one równieŜ przenosić niewielkie obciąŜenia i z tego względu są stosowane
w sprzęgłach tulejowych jako bezpieczniki (kołek zostaje ścięty po przekroczeniu
dopuszczalnych obciąŜeń dla zabezpieczanych mechanizmów)

Kołki są to elementy w kształcie walca lub stoŜka o dość duŜej długości w stosunku do ich

średnicy. Na rysunku 24 przedstawiono róŜne typy kołków znormalizowanych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Nitokołki (rys. 24e.) słuŜące do mocowania lekkich elementów,( np. tabliczek

znamionowych, są wbijane w otwory podobnie jak gwoździe).

Rys. 24. Kołki znormalizowane: a) walcowy, b) stoŜkowy, c) spręŜysty, d) z karbami na całej długości;

e) nitokołek [13, s. 114]

Połączenie kołkowe naleŜy wykonać podczas montaŜu. Przez wstępnie wykonane otwory

w  jednym  z  łączonych  elementów  i  po  ustaleniu  wzajemnego  połoŜenia  względem  drugiego
elementu  wierci  się  wspólnie  w  obu  częściach  otwory,  które  następnie  rozwierca  się  dla
uzyskania  odpowiedniego  pasowania  z  kołkiem  (wcisk).  W  zaleŜności  od  kształtu  kołka  otwór
rozwiercamy  rozwiertakiem  walcowym  lub  stoŜkowym  o  zbieŜności  1:50,  w  tym  drugim
przypadku  połączenia  na  wcisk  uzyskuje  się  przez  wbicie  kołka  o  takiej  samej  zbieŜności.
Bardzo  często  połączenia  kołkowe  stosuje  się  wspólnie  z  innymi  rodzajami  połączeń,  jak:
połączenia wciskowe, śrubowe itp.

Na rysunku 25. przedstawiono połączenie płyt za pomocą wkrętów. Zastosowane

w połączeniu kołki umoŜliwiają, po kolejnych demontaŜach, montowanie płyt w tym samym
połoŜeniu.

Rys. 25. Połączenie gwintowe płyt z zastosowaniem kołków ustalających [13, s. 114]

Gdy połączenie z kołkami ustalającymi ma być wielokrotnie demontowane, w jednej części

pasuje się kołki z wciskiem, w drugiej rozwierca się otwory tak, aby uzyskać pasowanie suwliwe
co daje duŜą pewność i dokładność wzajemnego połoŜenia łączonych elementów bez ponownych
i kłopotliwych pomiarów. W mniej dokładnych połączeniach są stosowane kołki
z wygniatanymi karbami lub spręŜyste zwijane z blachy.

Połączenia sworzniowe

Sworznie są to krótkie wałki o przekroju kołowym.
Połączenia sworzniowe mogą być spoczynkowe lub ruchowe. Najczęściej sworzeń tworzy

połączenie spoczynkowe z jednym elementem (unieruchomiony w jednej z łączonych części –
pasowany ciasno, dodatkowo zabezpieczony kołkiem albo zawleczką), natomiast ruchowe
z drugim (pasowany luźno).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 26. Połączenie sworzniowe [4, s. 51]

Na rysunku 27 pokazano połączenie tłoka silnika spalinowego z korbowodem. Połączenie

sworznia z tłokiem jest spoczynkowe, natomiast sworznia z korbowodem - ruchowe.

Rys. 27. Połączenia sworzniowe tłoka z korbowodem [1, s. 49]

W konstrukcjach, w których obie części współpracujące mają wykonywać ruchy wahliwe

względem sworznia, są stosowane sworznie swobodne (tzw. pływające), osadzone luźno
w obu częściach.

Połączenia gwintowe

Połączenia gwintowe naleŜą do najbardziej rozpowszechnionych połączeń rozłącznych.
Połączenie gwintowe polega na połączeni ze sobą dwu elementów z których jeden ma

nacięty  gwint  na  powierzchni  zewnętrznej  (np.  śruba,  wkręt)  oraz  drugiego,  który  ma  gwint
wykonany  w  otworze  (gwint  wewnętrzny  np.  nakrętka).  Połączenia  gwintowe  mogą  być
wykonane  jako  bezpośrednie,  gdy  gwinty  są  zrobione  na  elemencie  konstrukcyjnym  (np.  na
czopach wałów), oraz jako pośrednie za pomocą łączników (np. śrub) zwykle znormalizowanych

Gwint powstaje w wyniku nacięcia bruzdy o określonym kształcie wzdłuŜ wyznaczonej linii

śrubowej, powstałej w wyniku nawinięcia trójkąta prostokątnego na walec, (rys. 28) którą
charakteryzujemy za pomocą średnicy nawinięcia d,t (średnica walca – rdzenia śruby) oraz skoku
h (odległość mierzona wzdłuŜ osi walca po jednym pełnym obrocie) i kierunku nawinięcia
(w prawo lub w lewo). . Kąt

(gamma) nazywamy kątem wzniosu linii śrubowej,

Rys. 28. Powstawanie linii śrubowej [1, s. 54]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Powstałe występy oraz bruzdy, wyraźnie widoczne w płaszczyźnie przekroju przez oś

gwintu, tworzą zarys gwintu. Zarysy i średnice gwintów są znormalizowane. ZaleŜnie od kształtu
zarysu  rozróŜniamy  gwinty:  trójkątne,  trapezowe  symetryczne,  trapezowe  niesymetryczne,
prostokątne, i okrągłe. Na rys. 29 przedstawione są zarysy gwintów. W budowie maszyn gwinty
prostokątne są obecnie coraz rzadziej stosowane, okrągłe natomiast mają znikome zastosowanie
(wykorzystywane  w  połączeniach  mało  dokładnych  naraŜonych  na  zanieczyszczenia.
W połączeniach  gwintowych  spoczynkowych  jest  stosowany  powszechnie  gwint  o  zarysie
trójkątnym. Gwinty trapezowe są stosowane zazwyczaj w mechanizmach śrubowych (połączenia
ruchowe),  takich  jak  prasy.  podnośniki,  mechanizmy  posuwu  obrabiarek,  gdzie  obrót  śruby
wymusza  zmianę  połoŜenia  elementu  z  nią  współpracującego.  Mogą  one  przenosić  większe
obciąŜenia niŜ gwinty trójkątne. Gwint prostokątny ma zastosowanie podobne do trapezowego.

Rys. 29. Zarysy gwintu: a) trójkątny, b) trapezowy symetryczny, c) trapezowy niesymetryczny,

d) prostokątny, e) okrągły [1, s. 53]

Gwinty trójkątne moŜna podzielić na dwie zasadnicze grupy: metryczne i calowe wśród tych

drugich warto wymienić gwinty Whitwortha oraz rurowe. Gwinty metryczne mają kąt zarysu

równy 60°(kąt wierzchołka gwintu) a wszystkie wymiary liniowe opisujące gwint wyraŜane są
w mm

Gwinty utworzone przez skojarzenie podstawowego szeregu średnic z odpowiednio

dobranymi skokami noszą nazwę gwintów metrycznych zwykłych. W znormalizowanych
gwintach metrycznych średnica i skok są tak dobrane, Ŝe kąt wzniosu

≈

Poza zwykłymi gwintami metrycznymi spotyka się równieŜ tzw. gwinty drobnozwojne,

gwinty o skokach mniejszych i niŜszym zarysie niŜ w gwintach zwykłych, ale o tych samych
średnicach nominalnych.

Gwinty Whitwortha mają kąt zarysu

równy 55°, a wymiary wyraŜone są w calach

angielskich.(wielkość skoku jest podawana jako ilość skoków gwintu na długości jednego cala –
25,4 mm). Występują takŜe jako drobnozwojne.

Gwinty calowe rurowe róŜnią się od gwintów Whitwortha tym, Ŝe ich średnicą nominalną

jest  średnica  nominalna  rury  (średnica  wewnętrzna  rury  wyraŜoną  w  calach),  oraz  wielkością
skoku  gwintu  przy  tej  samej  średnicy  nominalnej  co  gwint  Whitwortha.  Są  głównie  stosowane
w  połączeniach  rurowych  rozłącznych  (np.  instalacja  układu  obiegu  cieczy  chłodząco  –
smarującej  w  obrabiarkach,  instalacje  wodne,  itp.)  Połączenia  te  polegają  najczęściej  na
pośrednim  skręcaniu  dwóch  nagwintowanych  rur  o  niewielkiej  średnicy  (najczęściej  poniŜej
75  mm)  za  pomocą  złączek  i  innych  kształtek  (np.  zmiana  kierunku  połączenia,  rozgałęzienie
itp.) (rys. 45). Uszczelnieniem są taśmy teflonowe lub konopie owijane na gwincie oraz pasty.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 30. Połączenie gwintowe rur za pomocą złączki 1 z przeciwnakrętką 2

Sposób oznaczania gwintów ogólnego przeznaczenia oraz wartości kąta

(kąt zarysu) są

podane w tablicy 5.

Tabela 5. Oznaczanie gwintów ogólnego przeznaczenia [1, s. 54]

JeŜeli na walcu stanowiącym rdzeń śruby, nawinięte są obok siebie zwoje, będące pasmem

jednego grzbietu gwintu (jeden nawinięty trójkąt) to gwint nazywa się pojedynczym, jeŜeli
natomiast na rdzeniu nawinięte są obok siebie pasma dwóch lub więcej grzbietów, gwint
nazywamy wielokrotnym (dwukrotnym, trzykrotnym, itp.).

Gwinty zaleŜnie od przebiegu zwojów mogą być prawe lub lewe.

W połączeniach spoczynkowych gwintowych elementami łączącymi są śruby, nakrętki

i wkręty. Wkręty i śruby są to łączniki gwintowe w kształcie nagwintowanych sworzni. Wkrętem
jest sworzeń nagwintowany z jednej strony z łbem o kształcie umoŜliwiającym wkręcanie lub
wykręcanie sworznia za pomocą wkrętaka.

Rys. 31. Znormalizowane łączniki gwintowe: a) śruba z łbem sześciokątnym; b) śruba z łbem walcowym i gniazdem

sześciokątnym; c) śruba skrzydełkowa; d) śruba z łbem radełkowanym; e) wkręt z łbem stoŜkowym; f) wkręt
z łbem soczewkowym; g) wkręt z łbem walcowym; h) wkręt z łbem kulistym; i) wkręt dociskowy bez łba; j) wkręt
samogwintujący do blachy z łbem stoŜkowym i wgłębieniem krzyŜowym; k) wkręt do drewna: l) nakrętka
sześciokątna m) nakrętka koronowa, n) nakrętka okrągła rowkowa [13, s. 116]

Nazwa gwintu

Oznaczenie

Normy

Metryczny
Metryczny drobnozwojowy

60
60

M (d)

M (d

,P)

PN-83/M-02013

Trapezowy symetryczny

Tr (d,P)

PN-79/M-02017

Trapezowy niesymetryczny

3 + 30

S (d

,P)

PN-88/M-02019

Trapezowy niesymetryczny

3 + 45

S (d

,P)

PN-87/M-02027

Rurowy walcowy

G (d)

PN-79/M-02030

Okrągły

Rd (d)

PN-84/1VI-02035

Po oznaczeniu dopisuje się symbol LH dla gwintu lewego oraz „2-krotny", „3-krotny" itd. - dla gwintów

wielokrotnych.

W gwintach rurowych symbol d oznacza średnicę otworu rury (wyraŜoną w calach), na której nacięto gwint

zewnętrzny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Śruby dzieli się ze względu na ich konstrukcję, sposób wykonania oraz zastosowanie.
Mogą one być nagwintowane tylko z jednej strony, a z drugiej zakończone łbem, lub teŜ

nagwintowane z obu stron i wtedy noszą nazwę śrub dwustronnych (szpilek).

Śrubami najczęściej uŜywanymi w budowie maszyn są śruby z łbem sześciokątnym

i z łbem walcowym i gniazdem sześciokątnym, spotyka się równieŜ śruby z łbem czworokątnym
i śruby wieńcowe z małym łbem czworokątnym.

Istnieje takŜe duŜa róŜnorodność nakrętek, rys 32 przedstawia najczęściej stosowane

znormalizowane nakrętki.

Rys. 32. Nakrętki: a) sześciokątna zwykła, b) niska, c) płaska, d) koronowa, e) czworokątna, f) otworowa, i) czołowa

otworowa, j) skrzydełkowa wysoka, k) z uchwytem, l) radełkowa wysoka, m)nakrętka
o zwiększonej wytrzymałości zmęczeniowej [6, s.125]

Na rys. 33 przedstawione są najczęściej spotykane rodzaje kluczy do nakrętek

sześciokątnych, natomiast rysunek 34 przedstawia klucze do nakrętek okrągłych.

Rys. 33. Klucze do nakrętek a) widlasty (płaski ), b) oczkowy [4, s. 54]

Do łbów i nakrętek sześciokątnych wskazane jest uŜywanie kluczy oczkowych lub

nasadowych z otworami sześciokątnymi lub dwunastozębnymi współpracującymi ze wszystkimi
naroŜami  sześciokąta.  Klucze  te  mniej  niszczą łby i nakrętki niŜ klucze płaskie współpracujące
tylko  z  dwoma  naroŜami.  Klucze  znormalizowane  mają  długości  tak  dobrane,  aby  następowało
prawidłowe dokręcenie gwintu (nie naleŜy stosować przedłuŜeń kluczy) Do dokręcania gwintów
odpowiedzialnych  (np.  instrukcja  montaŜu  ściśle  określa  wartość  momentu  w  [Nm]  )  naleŜy
stosować klucze dynamometryczne, które zawierają wskaźnik wartości przenoszonego momentu
lub jego ogranicznik (rys. 35).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Do dokręcania wkrętów uŜywa się wkrętaków o zakończeniu dopasowanym do rowka we

łbie wkręta. Prawidłowo ukształtowane zakończenie wkrętaka pokazano na rysunku 36.

Rys. 34. Klucze do nakrętek okrągłych: a), b) hakowe, c) oczkowy, d) trzpieniowy czołowy czopikowy [6, s. 137]

Rys. 35. Klucz -graniczny dynamometryczny [6, s. 137]

Rys. 36. Wkrętaki: a), b) wkrętaki zwykłe, c) wkrętak krzyŜowy, d) osadzenie ostrza wkrętaka w przecięciu wkręta

[6, s. 137]

Połączenie gwintowe naleŜy zabezpieczyć przed samoczynnym odkręcaniem się nakrętki

albo  wykręcaniem  się  śruby  lub  wkręta  na  skutek  zmian  cieplnych,  wstrząsów,  drgań  itp.
Zjawisko  to  występuje  na  skutek  zaniku  siły  docisku  powierzchni  gwintu  spowodowanych
odkształceniem  spręŜystym  elementów.  Sposoby  przeciwdziałania  samoczynnemu  odkręcaniu
się przedstawiono na rys. 38 (najczęściej stosuje się róŜne pod względem konstrukcji podkładki).

Podkładki stosuje się nie tylko do zabezpieczenia nakrętek przed samoczynnym

odkręcaniem się. W konstrukcjach, w których nakrętka miałaby się opierać o surową, nie
obrobioną powierzchnię przedmiotu, oraz w których otwór przelotowy jest znacznie większy od

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przekroju  śruby,  zawsze  stosuje  się  podkładki  w  kształcie  płaskich  pierścieni.  Rozkładają  one
nacisk  na  większą  powierzchnię  i  zabezpieczają  powierzchnię  części  łączonych  przed
zgniataniem  i  ścieraniem  przez  nakrętkę  lub  łeb  śruby.  Podkładki  klinowe,  stosuje  się  na
powierzchniach  pochylonych,  np.  do  wyrównania  skosów  ceowników,  teowników  itp.,  kuliste,
do wyrównania obciąŜeń śruby w razie jej kątowych odchyleń (rys. 37).

Rys. 37. Podkładki a) zwykła b) klinowa, c) kulista [4, s. 57]

Rys. 38. Sposoby zabezpieczania połączeń gwintowych przed samoczynnym odkręceniem się: a), b) ustalenie

podkładką odginaną, c),d) podkładką spręŜystą, e)f) zawleczką, g) drutem, h) zapadką, i) płytką kształtowa,
j),k)  podkładką  odginaną,  ł),m)  wkrętem,  n),  o)  spręŜystą  podkładką  podatną,  p)  wkładką  z tworzywa
sztucznego  w  nakrętce,  r),s)  samoustającą  nakrętką,  t)  spręŜyno-  podkładką,  u)  podkładką  z  tworzywa
sztucznego,  w)  przeciwnakrętką  n  –nakrętka,  pn-  przeciwnakrętka,  ps-  podkładka  spręŜysta,  pł-  płytka
kształtowa, w- wkręt, z- zapadka. [6, s. 130]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Odkręcanie gwintów jest często trudniejsze niŜ dokręcanie, poniewaŜ opory przy odkręcaniu

zwykle są większe (np. korozja, uszkodzenie gwintu). Gdy opory przy odkręcaniu są bardzo
duŜe, nie naleŜy nadmiernie zwiększać momentu szczególnie udarowo. lecz spróbować
zmniejszyć opory. W tym celu moŜna:

–

zwilŜyć połączenie środkiem penetrującym lub odkształcić nakrętkę spręŜyście, uderzając
z boku młotkiem przy podparciu z przeciwnej strony duŜy masą (np. duŜym młotem),

–

usunąć uszkodzenie gwintu śruby (najczęściej wystarczy do tego celu pilnik trójkątny lub
płaski),

–

przeciąć nakrętkę.

RóŜnego rodzaju połączenia gwintowe przedstawia rys 39.

Rys. 39. Połączenia gwintowe: a) wkrętem, b) śrubą dwustronna c) śruby pasowaną o sworzniu stoŜkowym,

d) śrubą nie pasowaną z łbem sześciokątnym, lecz pasowanym pierścieniem, e) śrubą o łbie
młoteczkowym, f) śrubą, o łbie grzybkowym z noskiem [4, s. 54]

Przy wyborze śruby do połączenia naleŜy pamiętać, Ŝe moŜna ją obciąŜyć tylko siłą

odpowiednią  do  jej  średnicy.  Za  czynny  przekrój  śruby  przyjmuje  się  zawsze  pole  przekroju
rdzenia  S  (wartość  tę  moŜna  obliczyć  na  podstawie  średnicy  rdzenia  podawanej  w  tablicach
gwintów).

Połączenia kształtowane plastycznie

Połączenia kształtowane plastycznie naleŜą do grupy połączeni nierozłącznych, w których

połączenie następuje na skutek wywołanych w montaŜu plastycznych odkształceń przyłączy lub
łączników.

Połączenia kształtowane plastycznie dzielą się na:

−

nitowe,

−

czopowe,

−

inne.

Połączenia nitowe

Nitowanie znajduje najczęściej zastosowanie w fabrykacji zbiorników i kotłów oraz

w łączeniu części w duŜych konstrukcjach stalowych, np. w przęsłach mostowych. Połączenie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

kilku części (blach) w zespół powstaje przez zastosowanie łączników, którymi są nity składające
się z łba, trzonu (szyjki) i zakuwki (rys. 40).

Rys. 40. Nit w stanie zamkniętym: 1 - łączenie blachy,

2 - łeb nitu, 3 - trzon nitu, 4 - zakuwka,
5 - przedpór, 6 – nagłówniak[4, s. 44]

W łączonych przedmiotach wierci się lub przebija otwory pod nity. Po włoŜeniu trzonu nitu

do  otworów  łączonych  blach  i  ich  dociśnięciu  swobodny  wystający  poza  blachy  jego  koniec
zostaje  rozklepany  i  odpowiednio  ukształtowany,  tworząc  zakuwkę,  którą  się  wykańcza  tzw.
nagłówniakiem lub zakuwnikiem przy uŜyciu młotka bądź prasy (łeb nitu w tym czasie podparty
kształtowym wspornikiem - przedporem) (rys. 24). Czynności te nazywają się. zamykaniem nitu.
Zamykanie  nitu  moŜe  się  odbywać  na  zimno  lub  na  gorąco.  Nity  do  średnicy  10  mm  są
najczęściej  zamykane  na  zimno,  natomiast  o  średnicy  większej  niŜ  10  mm    na  gorąco.  Przy
nitowaniu  na  gorąco  nit  powinien  być  podgrzany  do  temperatury  powyŜej  700°C  (nitowanie
maszynowe)  lub  1000-1100°C  (nitowanie  ręczne).  Proces  nitowania  powinien  być  zakończony
gdy temperatura nitu wynosi nie mniej niŜ 500°C.

W zaleŜności od przeznaczenia połączenia nitowego dzielimy, je na:

–

mocne, gdy występuje konieczność przenoszenia sił,

–

szczelne, gdy ma ono zapewnić szczelność połączenia,

–

szczelnomocne, gdy ma zapewnić jednocześnie szczelność oraz moŜliwość przenoszenia
sił,

–

nieznacznie obciąŜone, stosowane w drobnych konstrukcjach.
Kształty i wymiary nitów są znormalizowane. W zaleŜności od kształtu trzpienia rozróŜnia

się nity:

–

pełne - stosowane do połączeń trwałych w konstrukcjach metalowych (w budowie
mostów, dźwignic, wieŜ, kotłów itd.).

–

drąŜone i rurkowe – stosuje się w mechanice precyzyjnej i w przemyśle
elektrotechnicznym, do łączenia materiałów miękkich i kruchych.

Kształt łba nitu moŜe być róŜny. Najczęściej spotyka się łby kuliste, grzybkowe, stoŜkowe,

płaskie i soczewkowe.

Do łączenia elementów metalowych powinno się stosować nity z tego samego materiału.
Do łączenia pasów, płytek ciernych sprzęgieł itp. uŜywa się nitów pasowych (rys. 41), które

wykonuje się z miedzi, mosiądzu i aluminium hutniczego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 41. Nit pasowy [4, s. 45]

Rozwój w ostatnich latach technik spawania, i klejenia, w znacznym stopniu ograniczył

zakres stosowania połączeń nitowanych, poniewaŜ jest to operacja pracochłonna, a w wielu
przypadkach nieopłacalna.

Połączenia czopowe

Połączenia czopowe nalezą do połączeń nierozłącznych kształtowo-ciernych. Czopy mogą

mieć róŜne kształty przekroju, zaleŜne od zastosowania i przeznaczenia połączenia.

Na rysunku 42 przedstawiono róŜne rozwiązania połączeń czopowych kształtowanych

plastycznie.

Rys 42. Połączenia czopowe kształtowane plastycznie [1, s. 59]

Połączenia inne

Rys. 43. Połączenia zaginane i zawijane [1, s. 59]

Do połączeń kształtowanych plastycznie innych niŜ nitowe i czopowe zalicza się połączenia

zawijane i zaginane. Połączenia te są często stosowane w pracach blacharskich - powstają przez
zaginanie

lub

zawijanie

obu

elementów

łączonych

bądź

jednego

nich.

Na rysunku 43 jest pokazanych kilka przykładów tego rodzaju połączeń.

Połączenia spajane

Połączenia spajane naleŜą do grupy połączeń nierozłącznych i bezpośrednich. dzielimy je na:

spawanie, zgrzewanie, lutowanie, klejenie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wykonywanie połączeń spajanych z uŜyciem róŜnych metod umoŜliwia łączenie wszystkich

metali i ich stopów, metali z materiałami niemetalowymi, a takŜe róŜnych materiałów
niemetalowych.

Połączenia spawane

Spawanie polega na nadtopieniu brzegów łączonych części w miejscu spawania, wskutek

czego  następuje  wzajemne  przenikanie  cząsteczek  stopionego  metalu,  które  po  zastygnięciu
tworzą trwałe połączenie. Na ogół samo nadtopienie nie wystarcza i w celu uzyskania lepszego
połączenia  trzeba  jeszcze  doprowadzić  pewien  naddatek  metalu.  Ten  dodatkowy  metal  nosi
nazwę spoiwa. Spoiwem jest drut spawalniczy lub specjalne elektrody topliwe. Po skrzepnięciu
stopionego  metalu  powstaje  spoina.  Konstrukcje  spawane  nie  ustępują  pod  względem
wytrzymałości  i  trwałości  konstrukcjom  nitowanym,  ponadto  mają  nad  nimi  tę wyŜszość, Ŝe są
duŜo lŜejsze i wymagają mniej materiału, a więc są równieŜ tańsze. nie występuje w nich korozja
elektrochemiczna,  stanowią  dobre  połączenie  elektryczne,  zapewniają  szczelność  połączenia.
Łatwość prowadzenia procesu spawania  to następna zaleta, która spowodowała bardzo znaczny
rozwój  zastosowań  tego  rodzaju  połączeń.  Wadą  podłączeń  spawanych  jest  miejscowe
nagrzewanie  części  łączonych  do  bardzo  wysokiej  temperatury  (dla  stali  ponad  3000'C),  co
powoduje,  Ŝe  w  pobliŜu  spoiny  zachodzą  zmiany  struktury  materiału.  Podczas  stygnięcia
powstają  napręŜenia  wewnętrzne,  które  mogą  być  przyczyną  odkształceń  lub  pęknięć,  często
występujących  po  pewnym  czasie  (szczególnie  w  wyniku  oddziaływania  na  złącze  drgań
mechanicznych).  Z  tego  względu  wskazane  jest,  aby  duŜe  elementy  przed  spawaniem
podgrzewać, a po spawaniu powoli studzić lub poddawać odpowiedniej obróbce cieplnej w celu
usunięcia napręŜeń i ujednolicenia struktury materiału. Spawanie stosuje się obecnie do łączenia
zarówno  stali,  staliwa,  Ŝeliwa,  jak  i  stopów  miedzi  oraz  stopów  aluminium  a  takŜe  tworzyw
sztucznych.  Do  spawania  potrzebne  jest  skupione  źródło  ciepła,  umoŜliwiające  uzyskanie
wysokiej  temperatury  niezbędnej  do  szybkiego  stopienia  metalu.  Ciepło  to  najczęściej
otrzymywane  jest  ze  spalania  gazu  -  spawanie  gazowe  lub  z  łuku  elektrycznego  -  spawanie
elektryczne.

Jako gazów palnych do spawania uŜywa się acetylenu C

, a niekiedy wodoru H

. Acetylen

moŜe być pobierany z butli, w której znajduje się pod ciśnieniem ok. 1,5 MPa, lub wytwarzany
podczas spawania w specjalnej wytwornicy acetylenu z karbidu CaC

, oraz wody. Tlen potrzebny

do  spawania  jest  pobierany  z  butli,  w  której  znajduje  się  pod  ciśnieniem  ok.
15 MPa. Łuk elektryczny, będący źródłem ciepła podczas spawania. powstaje między elektrodą
a  spawanym  materiałem,  Zapala  się  on  przy  napięciu  kilkudziesięciu  woltów  i  znacznym
regulowanym przez spawacza natęŜeniu prądu zaleŜnym od wielu czynników (30A – 300A).

RozróŜnia się cztery podstawowe rodzaje spawania:

–

spawanie gazowe (w płomieniu gazowym, najczęściej acetylenowym, o temperaturze do
3200°C), stosowane do łączenia blach grubości 0,4÷40 mm,

–

spawanie w łuku elektrycznym o temperaturze do 3500°C, stosowane do łączenia blach
grubości do 80 mm:

elektrodą otuloną, w osłonie gazów obojętnych (Ar) - elektrodą

nietopliwą TIG (od angielskiego skrótu Tungsten Inert Gas) lub - elektrodą topliwą MIG
(Metal Inert Gas), w osłonie gazów aktywnych (CO

) – elektrodą topliwą MAG (Metal

Activ Gas). Spawanie metodą MAG jest usprawnieniem spawania elektrodami
otulonymi.

–

spawanie termitowe, przy którym źródłem ciepła jest palący się termit, czyli mieszanina
aluminium  i  tlenków  Ŝelaza.  W  tym  procesie  pali  się  aluminium,  pobierając  potrzebny
tlen
z  tlenków  Ŝelaza.  Dzięki  temu  powstaje  stopione  Ŝelazo,  tworzące  po  zastygnięciu

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

spoinę. Ten rodzaj spawania ma zastosowanie najczęściej w naprawach uszkodzonych
części maszyn,

–

spawanie tworzyw termoplastycznych. Spawanie to odbywa się w strumieniu gorącego
powietrza.

Poza wyŜej wymienionymi stosuje się inne specjalistyczne niekiedy o wąskim zastosowaniu

metody spawania takie jak: łukiem krytym, ŜuŜlowe, plazmowe, wiązką elektronów,
elektrogazowe, grawitacyjne, laserowe.

Na rysunku 44 przedstawiono róŜne rodzaje spoin oraz połączeń spawanych.

Rys. 44. RóŜne rodzaje spoin oraz połączeń spawanych [1, s. 61]

Połączenia zgrzewane

Zgrzewanie polega na miejscowym nagrzaniu łączonych części do temperatury przejścia

materiału  w  stan  plastyczny  i  dociśnięciu  ich  do  siebie.  W  wynika  dociśnięcia  materiałów
w stanie plastycznym następuje wzajemna dyfuzja cząstek, wskutek czego powstaje połączenie -
zgrzeina.  Najczęściej  części  łączone  są  nagrzewane  prawie  do    temperatury  topnienia  (do  tzw.
stanu  ciastowatości).  Prostota  procesu  zgrzewania  i  duŜa  jego  wydajność  spowodowały  bardzo
rozległe  zastosowania  tego  rodzaju  połączeń.  Połączenia  zgrzewane  najczęściej  są  stosowane
w  łączeniu  elementów  o  małych  grubościach  (cienkie  blachy,  pręty  o  małych  średnicach
itp.).Przy  zgrzewaniu  spoiwo  nie  jest  stosowane;  zgrzeinę  (spoinę)  tworzy  metal  rodzimy
łączonych części.

RozróŜnia się następujące podstawowe metody zgrzewania:

–

zgrzewanie ogniskowe, polegające na tym, Ŝe części łączone podgrzewane są w ognisku
kowalskim – metoda ta w obecnym czasie traci na znaczeniu,

–

zgrzewanie  gazowe.  Łączone  części  podgrzewane  są  płomieniem  gazowym
z  zastosowaniem  palników.  Ta  metoda  ma  zastosowanie  głównie  do  zgrzewania
czołowego (rur, prętów, szyn)

–

zgrzewanie  elektryczne  oporowe.  W  zgrzewaniu  oporowym  powierzchnie  przeznaczone
do  połączenia  po  zetknięciu  ze  sobą  włącza  się  w  .obieg  prądu,  a  miejsce  ich  styku,
wskutek  oporu  stawianego  przepływającemu  prądowi  elektrycznemu,  ulega  bardzo

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

silnemu rozgrzaniu. Kiedy temperatura podniesie się do wysokości, w której metal
przechodzi w stan ciastowaty, silny docisk łączonych części powoduje ich złączenie.

Ciepło powstałe wskutek oporu przepływającego prądu jest najczęściej wykorzystywane

w technice połączeń zgrzewanych. Źródłem prądu w zgrzewarce jest transformator, który ma
najczęściej jeden zwój po stronie wtórnej, a jego napięcie wyjściowe wynosi kilka woltów.

Kształt elektrod, ich docisk, wartość prądu oraz czas zgrzewania to parametry regulowane,

które zazwyczaj dobiera się doświadczalnie.

Rys. 45. Zgrzewanie punktowe blach: 1,2) elektrody, 3,4) blachy zgrzewane [13, s. 103]

Zgrzewanie oporowe moŜe być:

–

punktowe - łączenie dwóch elementów ułoŜonych w zakładkę w przypadku łączenia
blach odległość między zgrzeinami powinna wynosić (15 - 20 )grubości blachy,

–

garbowe - wykonanie dwóch lub więcej czy w kilku punktach jednocześnie zgrzein
(łączenie kołków, śrub, nakrętek z innymi elementami),

–

liniowe - przesuwanie części łączonych między dociśniętymi elektrodami krąŜkowymi,
napędzanymi przez silnik elektryczny. W czasie obrotu krąŜków następuje przerywany
przepływ prądu,

–

doczołowe zwarciowe - łączeniu elementów na całej powierzchni styku - stosowane do
połączeń szczelnych (zbiorników, rur itp.),

–

doczołowe iskrowe - elementy zgrzewane stykają w kilku punktach nierówności
powierzchni, stapiając je. Po nadtopieniu całej powierzchni łączone części ściskamy,
uzyskując połączenie,

–

łukiem wirującym - stosuje się do łączenia czołowego rur.

Rys. 46. Zgrzewanie liniowe blach.

1,2 elektrody w formie rolek, 3,4 –blachy zgrzewne [13, s. 103]

Podobny charakter do połączeń zgrzewanych mają połączenia tarciowe, ultradźwiękowe

i zgniotowe. W połączeniach tarciowych ciepło powodujące zmiękczenie materiału uzyskuje się
z pracy tarcia dociskanych i obracających się powierzchni.

Połączenie ultradźwiękowe polega na wprawieniu miejsca łączenia w drgania mechaniczne

o częstotliwości 18-22 kHz oraz na zastosowaniu niewielkiej siły dociskowej. Tarcie wywołane
ruchami drgającej elektrody powoduje nagrzewanie się materiałów oraz czyszczenie łączonych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

powierzchni. Tą metodą są łączone wyprowadzenia drobnych elementów elektronicznych
kondensatorów, półprzewodników, układów scalonych itp.

Połączenia zgniotowe wykonuje się przez docisk szczękami podobnymi do elektrod

zgrzewarki.,  przez  które  jednak  prąd  nie  płynie  -    jest  to  metoda  łączenia  jednakowych  lub
róŜnych  metali  i  ich  stopów  w  stanie  stałym  (na  zimno).  Nacisk  na  części  łączone  moŜe  być
wywierany statycznie lub dynamicznie.  Dyfuzja cząsteczek materiału następuje na skutek bardzo
silnego dociśnięcia. Połączenia zgniotowe często są stosowane jako przewodzące prąd, moŜna tą
techniką łączyć części o róŜnych grubościach.

Połączenia lutowane

Lutowanie polega na łączeniu metali za pomocą lutu (spoiwa) z metalu łatwiej topliwego niŜ

metal  nim  łączony,  przy  czym  metal  rodzimy  nie  zostaje  stopiony.  Materiałem  łączącym  mogą
być  czyste  metale  lub  ich  stopy.  Spoina  powstaje  więc  niemal  wyłącznie  z  metalu  spoiwa
wskutek  czego  otrzymuje  się  połączenie  o  innej  wytrzymałości  niŜ  wytrzymałość  materiałów
łączonych elementów.

RozróŜniamy dwa rodzaje lutów:

–

miękkie (temperatura topliwości do 300°C) - do złączy szczelnych i obciąŜonych
niewielkimi siłami – najczęściej przewodzącymi prąd elektryczny,

–

twarde (od 550°C do 1100°C) - złącze o duŜej wytrzymałości, właściwości pośrednie
między połączeniami uzyskanymi przez lutowanie miękkie a spawanymi.

Za pomocą lutowania moŜna łączyć prawie wszystkie metale w róŜnych kombinacjach,

elementy  metalowe  z  ceramicznymi  itd.  Proces  ten  jest  łatwy  do  zmechanizowania
i  zautomatyzowania.  Dobór  lutu  zaleŜy  głównie  od  materiałów  części  łączonych,  warunków
pracy połączenia, wymaganej wytrzymałości połączenia itp.

Połączenia klejone

Klejenie jest bardzo dogodnym sposobem łączenia elementów wykonanych z dowolnych

materiałów.  Połączenie  materiałów  następuje  dzięki  siłom  adhezji  kleju  do  łącznych
powierzchni.  Ostatnie  lata  charakteryzują  się  szybkim  rozwojem  i  zastosowaniem  połączeń
klejonych.  Nowe  kleje  stosowane  zarówno  do  klejenia  przyłączy  metalowych,  jak
i niemetalowych  w  niektórych  przypadkach  umoŜliwiają  znacznie  dogodniejsze  warunki
wykonywania połączeń o dobrych właściwościach wytrzymałościowych.

Kleje dzielą się na:

–

rozpuszczalnikowe - kauczukowe (butapren, OKT-11) i winylowe (POW, BWF),
–

utwardzalne - dwuskładnikowe: epoksydowe, fenolowe, poliestrowe, jednoskładnikowe
kleje cyjanoakrylowe.

Ze względu na właściwości kleje dzielą się na ciągliwe i nieciągliwe. Kleje ciągliwe nadają

się do łączenia elementów odkształcających się, przy których kleje nieciągliwe uległyby
popękaniu.

Uniwersalność metod klejenia jest tak duŜa, Ŝe w praktyce nie istnieją tworzywa, których nie

moŜna  połączyć  ze  sobą  za  pomocą  metod  klejenia,  techniką  tą  łączy  się  takŜe  elementy
konstrukcyjne  wykonane  ze  stali,  stopów  lekkich,  miedzi  i  jej  stopów,  ołowiu  itp.  Połączenia
klejowe  wykazują  duŜą  szczelność  dla  gazów  i  cieczy.  Spoiny  klejowe  poprawiają  równieŜ
właściwości  akustyczne  i  wibracyjne  konstrukcji  poprzez  ograniczenie  drgań,  brak  zjawisk
elektrochemicznych  oraz  stosunkowo  niski  koszt,  jak  równieŜ  łatwość  i  szybkość  ich
wykonywania  to  niewątpliwie  zalety.  Główną  ich  wadą  jest  dość  mała  odporność  na  zmiany
cieplne i starzenie się kleju.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.2. Pytania sprawdzające

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

1.  Jakie zadania spełnia połączenie?
2.  Jak klasyfikuje się połączenia?
3.  Jaka występuje zasadnicza róŜnica między połączeniami rozłącznymi a nierozłącznymi?
4.  Jakie zabiegi naleŜy wykonać aby uzyskać połączenie skurczowe?
5.  Jakie występują elementy łączące (łączniki) w połączeniach kształtowych?
6.  Jakie części maszyn najczęściej łączą połączenia wpustowe?
7.  W jakim celu stosuje się połączenia kołkowe?
8.  Jakie połączenie jest najczęściej stosowane w budowie maszyn?
9.  Jak klasyfikujemy połączenia spajane?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rysunek przedstawia przekładnie stoŜkową zbudowaną z dwóch wałów łoŜyskowanych

w korpusie z osadzonymi na nich nieprzesuwnie kołami zębatymi Przyjrzyj się rysunkowi
i wskaŜ wszystkie widoczne połączenia części maszynowych jakie występują. Uzasadnij trafność
przyjętych rozwiązań.

Rysunek do ćwiczenia 1 [6, s. 185]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z treścią zadania,
2)  zastanowić się jakie rodzaje połączeń części występują w przekładni,
3)  zapoznać  się  z  informacjami  na  temat  połączeń,  które  zamieszczone  są  w  materiałach

dydaktycznych,

4)  dokonać klasyfikacji widocznych połączeń,
5)  uzasadnić trafność zastosowanych połączeń elementów przekładni,
6)  opisać wyniki,
7)  zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kartka papieru, długopis,

−

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Wał maszyny jest łoŜyskowany na dwóch podporach. Rysunek przedstawia tylko jedną

podporę wału (łoŜysko ślizgowe) połączoną z korpusem maszyny (na rys - wyrwany fragment).
Przyjrzyj się rysunkowi i wskaŜ wszystkie widoczne połączenia oraz opisz zadania jakie
spełniają wobec przyłączy.

Rysunek do ćwiczenia 2 [6, s.131]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z treścią zadania,
2)  zastanowić się w jaki sposób są ustalane między sobą przyłącza,
3)  zapoznać  się  z  informacjami  na  temat  połączeń,  które  zamieszczone  są  w  materiałach

dydaktycznych,

4) dokonać klasyfikacji widocznych połączeń,
5) przeanalizować zadania (funkcje) poszczególnych połączeń w układzie korpus maszyny –

łoŜysko,

6) opisać wyniki,
7) zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

kartka papieru, długopis,

–

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wyjaśnić jakie zadanie spełnia połączenie?

określić jak klasyfikuje się połączenia?

określić róŜnicę między połączeniami rozłącznymi a nierozłącznymi?

wymienić elementy łączące ( łączniki ) połączeń kształtowych?

określić jakie części maszyn najczęściej łączą połączenia wpustowe?

wyjaśnić w jakim celu stosuje się połączenia kołkowe?

określić jakie połączenie jest najczęściej stosowane w budowie
maszyn?

określić jak dzielimy połączenia spajane?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Osie i wały

4.5.1. Materiał nauczania

Osie i wały - części, na których osadza się róŜne elementy (inne części) lub zespoły maszyn

mające wykonywać ruch obrotowy lub wahadłowy. Osie i wały mają zwykle przekrój kołowy
albo (bardzo rzadko) sześciokątny lub inny i są podparte w łoŜyskach. RozróŜnia się osie i wały
(tablica 6) gładkie, o prawie niezmiennym przekroju na całej długości, oraz kształtowe –
o zmiennych przekrojach, dostosowanych do obciąŜenia i funkcji osi lub wału. Osie są z reguły
proste, natomiast wały mogą być proste lub wykorbione.

Tabela 6. RóŜne postacie wałów [5, s. 316]

Wał prosty pełny gładki

Wał prosty drąŜony schodkowy (zmienny przekrój)

Wał korbowy z jednym wykorbieniem

Wał korbowy z czterema wykorbieniami

Wał giętki

Wśród osi wyodrębniamy dwie grupy. osie stałe - w czasie pracy mechanizmu pozostają

nieruchome, a jedynie części maszyn osadzone na nich wykonują ruch obrotowy lub wahadłowy.
Osie ruchome - obracają się z osadzonymi na nich częściami maszyn.

Wał jest zawsze ruchomy i obraca się razem z osadzanymi na nim częściami maszyn. Wały

zatem słuŜą do napędzania obracających się części. ZaleŜnie od liczby łoŜysk, będących
podporami wałów, rozróŜnia się wały dwu - i wielopodporowe oraz (bardzo rzadko stosowane) -
jednopodporowe.

W niektórych urządzeniach (szlifierkach ręcznych, wiertarkach dentystycznych itp.) stosuje

się wały giętkie, słuŜące do przenoszenia momentu obrotowego na elementy wykonujące
nieskrępowane ruchy przestrzenne względem nieruchomego napędu (uchwyt dentystyczny
z osadzonym wiertłem).

Zasadnicza róŜnica pomiędzy wałem a osią polega na tym, Ŝe oś jest naraŜona tylko na

zginanie, podczas gdy wał podlega zginaniu i skręcaniu, gdyŜ przenosi moment obrotowy na
odcinku między osadzonymi na nim częściami maszyn (np. odcinek koło pasowe, koło zębate
itp.).

Zarówno osie, jak i wały mogą być dodatkowo obciąŜone siła poosiową (rozciągającą lub

ściskającą), np. gdy częściami osadzonymi na nich są koła zębate skośne lub element przekładni
ślimakowej. Siły te równieŜ występują w wałach maszyn (wiertarki, frezarki, tokarki, itp.)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przekazujących moment obrotowy narzędziom skrawającym lub obrabianym przedmiotom. Wały
te są nazywane wrzecionami (rys 46a).

Rys. 46. Wrzeciono frezarki [5, s. 316]

Osie i wały wykonuje się zwykle ze stali niestopowej zwykłej jakości (St4÷St6 - wg nowych

oznaczeń są to (S275, E295, E335), wyŜszej jakości (35,45,55) -odpowiednio: (C35, C45 i C55)
lub  ze  stali  konstrukcyjnej  stopowej  do  ulepszania  cieplnego.  Stale  konstrukcyjne  stopowe  do
nawęglania  stosuje  się  wówczas,  gdy  bardziej  istotna  jest  twardość  powierzchni  niŜ
wytrzymałość  rdzenia  wału.  Wały  korbowe  wykonuje  się  równieŜ  jako  odlewane  ze  staliwa,
Ŝeliwa modyfikowanego i sferoidalnego.

Średnice wałów są znormalizowane. Ich wielkość uzaleŜniona jest od przenoszonej przez

wał mocy przedzielonej przez prędkość obrotową wału, a takŜe od materiału, z którego dany wał
ma być wykonany.

Tabela 7. Porównanie osi i wałów [5, s. 316]

Oś nieruchoma z parą kół zębatych z

i z

osadzonych na tulei (łoŜysko ślizgowe).

Oś nie przenosi momentu skręcającego.

Oś

ruchoma,

osadzona

dwu

łoŜyskach,

z osadzonym na niej kołem zębatym z. RównieŜ i ta oś
nie przenosi momentu skręcającego.

Osie nie przenoszą momentów skręcających.

I - wał silnika z osadzonym na nim kołem zębatym –

skręcany na długości wirnik – koło zębate.

II - wał przenoszący napęd od silnika – skręcany na

długości pomiędzy kołami zębatymi.

Wały przenoszą momenty skręcające.

Do osadzenia wału w łoŜyskach oraz kół, korbowodów lub innych części na wale słuŜą

czopy  końcowe  i  środkowe.  Czopy    to  odcinki  osi  i  wałów  stykające  się  z  częściami
współpracującymi  (z  łoŜyskami,  piastami  kół  pasowych,  zębatych  itd.  ).  RozróŜnia  się  czopy
ruchowe  i  czopy  spoczynkowe.  Czopy  ruchowe  współpracują  z  panewkami  łoŜysk  ślizgowych
z  kołami  przesuwnymi  lub  obracającymi  się  względem  nieruchomej  osi  itp.  natomiast  czopy
spoczynkowe  współpracujące  z  elementami  osadzonymi  na  stałe  względem  wału
i  obracającymi  się  wraz  z  nim.  Czopy  pod  względem  kształtu  moŜna  podzielić  na  stoŜkowe,
walcowe, kulowe, wielokołnierzowe, wielowypustowe itp.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W zaleŜności od kierunku przenoszenia sił czopy dzieli się na (rys. 47): poprzeczne (siła

działająca jest prostopadła do osi czopa), wzdłuŜne (siła działa wzdłuŜ osi czopa) oraz
poprzeczno-wzdłuŜne (przenoszące siły skośne względem swojej osi).

Rys. 47. Czopy: a) poprzeczny, b) wzdłuŜny, c) poprzeczno-wzdłuŜny [5, s. 317]

4.5.2. Pytania sprawdzające

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

1.  W jakim celu stosuje się w maszynach i urządzeniach osie i wały?
2.  Jakie najczęściej przekroje poprzeczne mają osie i wały?
3.  Jakie znasz rodzaje wałów (dokonaj podziału pod względem kształtu)?
4.  Jak klasyfikuje się osie?
5.  Jaka zasadnicza róŜnica występuje między wałem a osią?
6.  Jak klasyfikuje się wały, rozpatrując kryterium ilości podpór wału?
7.  Jakie materiały stosuje się na wały?
8.  Co określa termin czop?
9.  Jak klasyfikuje się czopy?
10.  W jakim celu stosuje się wały giętkie?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na rysunku przedstawiono osadzanie czopa w łoŜysku ślizgowym. Przeanalizuj sposób

ułoŜyskowania czopa i zakwalifikuj go do odpowiedniej grupy.

Rysunek do ćwiczenia 1

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z treścią zadania,
2)  zastanowić się nad moŜliwymi kierunkami sił przenoszonych przez ten czop,
3)   odszukać w materiałach dydaktycznym informacje na temat czopów,
4)   zaklasyfikować czop do odpowiedniej grupy,
5)  zapisać wnioski i wynik,
6)  zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kartka papieru, długopis,

−

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Narysuj odręcznie wał prosty schodkowy z dwoma czopami spoczynkowymi środkowymi

(na czopach środkowych w czasie montaŜu zostaną osadzone koła zębate) oraz z dwoma
czopami końcowymi obrotowymi.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z treścią zadania,
2) zastanowić się nad wyglądem charakterystycznych odcinków wału (miejsca osadzenia kół

zębatych i łoŜysk),

3)  skorzystać z informacji zawartych w materiałach dydaktycznych,
4)  narysować wał,
5)  zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kartka papieru, ołówek,

−

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wyjaśnić w jakim celu stosuje się w maszynach i urządzeniach osie
i wały?

określić jakie najczęściej przekroje poprzeczne mają osie i wały?

określić rodzaje wałów?

podać klasyfikacje osi?

określić zasadniczą róŜnicę występującą między wałem a osią?

zaklasyfikować wały do odpowiedniej grupy, rozpatrując kryterium
ilości podparć wału?

wymienić materiały stosowane na wały?

zdefiniować termin czop?

podać klasyfikacje czopów?

10)

wyjaśnić w jakim celu stosuje się wały giętkie?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6. ŁoŜyska ślizgowe i toczne

4.6.1. Materiał nauczania

Części maszynowe zapewniające poprawną pracy elementów maszyn poruszających się

ruchem obrotowym (np. osi, wałów oraz części maszyn lub zespołów na nich osadzonych) noszą
nazwę  łoŜysk.  Wobec  tego  głównym  zadaniem  łoŜysk  jest  zachowane  stałego  połoŜenia  osi
obrotu  (wałów,  osi)  i  zminimalizowanie  sił  tarcia  względem  nieruchomej  podstawy
(np.  korpusu  obrabiarki),  oraz  przeniesienie  sił.  ObciąŜenia  te  wynikają  z  cięŜaru  wałów
i osadzonych na nich elementów (kół zębatych i pasowych, sprzęgieł itd.) oraz sił pochodzących
od  obciąŜenia  wałów  i  osi.  ŁoŜyska  wywierają  na  wał  reakcje  równe  co  do  wartości  siłom
obciąŜającym  łoŜysko,  lecz  są  przeciwnie  zwrócone.  ŁoŜyska  ze  względu  na  typ  dzielimy  na:

ślizgowe i toczne.

ŁoŜyska ślizgowe

ŁoŜysko ślizgowe składa się z dwóch głównych elementów, a mianowicie: korpusu (kadłuba

- często korpus stanowi bezpośrednio obudowa mechanizmu) osadzanej w nim panwi (panewki),
słuŜącej do podtrzymywania czopa wału lub osi.

W łoŜyskach ślizgowych powierzchnie czopa i panewki, jeśli nie uwzględniać

oddzielającego je smaru, stykają się bezpośrednio i ślizgają się po sobie - zatem w czasie pracy
występuje tarcie ślizgowe. ŁoŜyska ślizgowe mogą występować jako niedzielone i dzielone.

ŁoŜyska niedzielone odlane w całości bez charakterystycznej dla tej grupy łoŜysk wciskanej

panewki przedstawione są na rys. 48

Rys. 48. ŁoŜyska niedzielone ślizgowe a) łoŜysko odlane wraz z ramą, b) łoŜysko przykręcane [4, s. 64]

Na wciskane panewki stosuje się brązowe tuleje, porowate spieki samosmarujące lub

tworzywa sztuczne. Porowate spieki są nasycone olejem, który podczas pracy wskutek
nagrzewania się (tarcie) rozszerza się i wypływa z porów smarując łoŜysko, a po ostygnięciu jest
z powrotem „wciągany" w pory. Ten typ łoŜysk stosowany jest przy nieznacznych obciąŜeniach,
często w urządzeniach gospodarstwa domowego.

Rysunek 49 przedstawia łoŜysko ślizgowe poprzeczne dzielone składające się z korpusu

(podstawa i pokrywa połączone śrubami) oraz panwi, w których obraca się czop osi lub wału.

Rys. 49. ŁoŜysko ślizgowe dzielone (poprzeczne) 1 - podstawa łoŜyska,

2 - pokrywa łoŜyska, 3 - panwie górna i dolna [4, s. 64]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Korpus łoŜyska odlewa się zwykle z Ŝeliwa albo staliwa. Panwie, które mogą być dzielone

(składające  się  z  2,  3,  a  nawet  4  części)  albo  niedzielone,  wykonuje  się  przewaŜnie  z  brązu
(rzadziej z Ŝeliwa szarego), a następnie wylewa się stopem łoŜyskowym dla zmniejszenia tarcia
współpracujących  części.  Najczęściej  jest  to  grupa  stopów,  która  składa  się  z  miękkich
i  plastycznych  metali  -  ołowiu  i  cyny  z  dodatkiem  miedzi,  antymonu,  kadmu,  niklu,  telluru,
wapnia i sodu.

W zaleŜności od kierunku działających obciąŜeń, rozróŜnia się łoŜyska ślizgowe:

–

poprzeczne, przeznaczone do przejmowania obciąŜeń prostopadłych do osi obrotu wału
(rys 50a),

–

wzdłuŜne, obciąŜone siłami działającymi zgodnie z kierunkiem osi obrotu wału
(rys. 50b),

–

poprzeczno-wzdłuŜne, przeznaczone do przejmowania obciąŜeń zarówno prostopadłych,
jak i zgodnych z kierunkiem osi obrotu(rys. 50c).

Rys. 50. ObciąŜenie łoŜysk ślizgowych: a) poprzeczne, b) wzdłuŜne, c) poprzeczno-wzdłuŜne [6, s. 193]

Do smarowania łoŜysk ślizgowych stosuje się smary stałe albo płynne.
Smarowanie smarem stałym polega na wtłaczaniu go do łoŜysk za pomocą urządzeń

zwanych  smarownicami.  Smary  stałe  są  zastosowane  w  łoŜyskach  bardzo  mocno  obciąŜonych
i  wolnobieŜnych.  ŁoŜyska  obracające  się  z  większymi  prędkościami  smaruje  się  specjalnymi
olejami  o  małej  skłonności  do  rozpływania  się  poprzez  otwory  do  wpuszczania  oleju,  knoty,
poduszki filcowe, smarownice igiełkowe itp. (smarowanie dopływowe)

Szybko obracające się, mocno obciąŜone łoŜyska są smarowane olejem przez zanurzenie lub

stałe podawanie, np. specjalną pompą (smarowanie obiegowe). W łoŜyskach tych przy
zapewnieniu dostatecznej ilości smaru i odpowiedniej prędkości obrotowej moŜe powstać
zjawisko smarowania hydrodynamicznego, przy którym występuje tarcie płynne.

W mało obciąŜonych łoŜyskach prostych urządzeń smary są wprowadzane do łoŜysk

jednorazowo w czasie montaŜu.

Smarowanie łoŜysk ślizgowych powietrzem (łoŜyska przepływowe - smar najczęściej gaz

pod  duŜym  ciśnieniem  jest  doprowadzany  w  wielu  miejscach)  stosuje  się  w  urządzeniach
o  niewielkiej  nośności,  ale  o  bardzo  duŜych  prędkościach  obrotowych  (od  40  000  do  360  000
obr/min,  np.  w  mikroturbinach  wrzecion  szlifierskich,  wiertarkach  dentystycznych
i chirurgicznych).

Stosuje się równieŜ smarowanie łoŜysk ślizgowych zawiesiną oleju w powietrzu, czyli tzw.

mgłą olejowca, która jest wytwarzana w specjalnym urządzeniu i dostarczana przewodami
rurowymi do łoŜysk.

Zaletami łoŜysk ślizgowych są: prosta konstrukcja, stosowanie duŜych obciąŜeń i łatwe

ustalanie luzów, wadami zaś - duŜa strata energii na pokonanie sił tarcia, trudna ich wymiana
w przypadku zuŜycia oraz duŜe zuŜycie smarów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ŁoŜyska toczne

W tym typie łoŜysk powierzchnie czopa i gniazda łoŜyska nie stykają się bezpośrednio, gdyŜ

między nimi znajdują się kulki lub wałeczki, od których łoŜyska noszą nazwę kulkowych lub
wałeczkowych.

Wałeczki wykonuje się w postaci walców, baryłek lub stoŜków ściętych.
Zasada działania łoŜyska tocznego polega na toczeniu się między powierzchnią pierścienia

wewnętrznego a powierzchnią pierścienia zewnętrznego kulek lub wałeczków - zatem występuje
tarcie toczne. Elementy toczne są zwykle prowadzone w koszyku utrzymującym odpowiednie
odległości między nimi.

W zaleŜności od kierunku obciąŜenia łoŜyska toczne dzieli się na:
–

poprzeczne – przenoszą obciąŜenia promieniowe,

−

poprzeczno-wzdłuŜne – przenoszą obciąŜenia promieniowe i osiowe,

−

wzdłuŜne – przenoszą obciąŜenia osiowe.
ŁoŜyska wykonuje się jako jednorzędowe i dwurzędowe (rys. 51).

Rys. 51. ŁoŜyska toczne: a) kulkowe jednorzędowe poprzeczne, b) kulkowe dwurzędowe wahliwe poprzeczne, c)

kulkowe wzdłuŜne, d) kulkowe wahliwe wzdłuŜne; e) wałeczkowe poprzeczne, f ) wałeczkowe
poprzeczno-wzdłuŜne (D, d, B, - wymiary łoŜysk w mm) [4, s. 67]

ŁoŜyska wahliwe stosuje się w przypadku, kiedy z róŜnych powodów połoŜenie wału nie

zapewnia prostopadłego (łoŜyska poprzeczne) lub równoległego (łoŜyska wzdłuŜne) ustawienia
względem osi łoŜyska.

Oprócz wymienionych istnieją inne rodzaje łoŜysk tocznych, i dalsze podziały. Z uwagi na

duŜy zakres zastosowania łoŜysk tocznych fabryki produkują szeroki ich asortyment, łoŜyska
toczne są znormalizowane i ujęte w katalogu opracowanym przez Centralne Biuro Konstrukcji
ŁoŜysk Tocznych..

Rysunek 52 przedstawia sposób zamocowania łoŜyska na obracającym się wałku. Pierścień

osadza  się  suwliwie  w  korpusie  łoŜyska  i  ustala  połoŜenie  pokrywą.  Pierścień  wewnętrzny  jest
ciasno pasowany na czopie wałka. i dociśnięty do jego odsadzenia nakrętką. Dla zabezpieczenia
łoŜyska  przed  zanieczyszczeniem  uŜyte  są  filcowe  uszczelki.  Warunek    niewymagany
w przypadku zastosowania łoŜysk krytych.

W przypadku gdy wałek jest nieruchomy, a piasta ruchoma, łoŜysko osadza się ciasno

w gnieździe, a na wałku suwliwie.

Prawidłowo zamontowane i eksploatowane łoŜysko zuŜywa się wskutek powierzchniowego

zmęczenia materiału. Objawia się ono powstawaniem rys, a następnie łuszczeniem powierzchni
bieŜni i elementów tocznych. Zdolność łoŜyska do trwałego przenoszenia obciąŜeń określa jego
trwałość, natomiast wartość obciąŜenie określa nośność ruchowa wyraŜona w niutonach (N).

Wadami łoŜysk tocznych są wraŜliwość na uderzenia i stosunkowo duŜe wymiary

poprzeczne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 52. Sposób mocowania łoŜyska na wałku [4, s.68]

4.6.2. Pytania sprawdzające

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

Co oznacza termin łoŜysko?

Jakie zadania mają łoŜyska?

Na jakie dwie podstawowe grupy dzieli się łoŜyska?

Z jakich elementów składa się łoŜysko ślizgowe?

Jaki rodzaj tarcia występuje w łoŜysku ślizgowym?

Jak klasyfikuje się łoŜyska ślizgowe?

Jak zbudowane jest łoŜysko toczne?

Jak klasyfikuje się łoŜyska toczne?

9. W jakim dokumencie moŜemy odszukać informacje na temat parametrów produkowanych

łoŜysk?

4.6.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na rysunku przedstawiono osadzanie czopa w łoŜysku, Podaj rodzaj uŜytego łoŜyska

i  zakwalifikuj  je  do  odpowiedniej  grupy.  Przeanalizuj  sposób  ułoŜyskowania  czopa
i  odpowiedz  na  pytania  –  jakimi  siłami  jest  obciąŜony  wał  i  w  wyniku  pracy  jakich  części
maszyn  (podaj  przykład  )  to  dodatkowe  obciąŜenie  powstaje?  W  jaki  sposób  powinien  być
pasowany  wał  w  pierścieniu  wewnętrznym  łoŜyska,  a  w  jaki  pierścień  zewnętrzny  w  korpusie
łoŜyska?

Rysunek do ćwiczenia 2. [6, s. 219]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z treścią zadania,
2)  zastanowić się nad przyczyną zastosowania tego rodzaju łoŜyska,
3)  odszukać w materiałach dydaktycznym informacje na temat wałów i łoŜysk,
4)  zaklasyfikować łoŜysko do odpowiedniej grupy,
5)  określić  części  maszyn  osadzone  na  wale,  które  są  przyczyną  zastosowania  tego  typu

łoŜyska,

6)  określić sposób pasowania łoŜyska,
7)  zapisać wnioski i wyniki,
8)  zaprezentować efekty pracy nauczycielowi

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

kartka papieru , długopis,

–

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Korzystając z Katalogu ŁoŜysk Tocznych dobierz łoŜysko kulkowe zwykłe o wymiarach:
D = 47mm (średnica zewnętrzna łoŜyska),
d = 25mm (średnica wewnętrzna łoŜyska),
B = 12mm (szerokość łoŜyska),
określ jego trwałość i nośność.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z treścią zadania,
2)  odszukać w katalogu łoŜysko kulkowe zwykłe o podanych wymiarach,
3)  zapisać  oznaczenie  łoŜyska,  a  takŜe  jego  zdolność  do  trwałego  przenoszenia  obciąŜeń  oraz

wartość obciąŜenia.

4) zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

Katalog ŁoŜysk Tocznych,

–

kartka papieru, długopis.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

zdefiniować termin łoŜysko?

określić jakie zadania mają łoŜyska?

określić na jakie dwie podstawowe grupy dzieli się łoŜyska?

wymienić z jakich elementów składa się łoŜysko ślizgowe?

sklasyfikować łoŜyska ślizgowe i toczne?

wyjaśnić budowę łoŜyska tocznego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7. Sprzęgła

4.7.1. Materiał nauczania

Sprzęgła to urządzenia, które słuŜą do łączenia wałów w celu przeniesienia ruchu

obrotowego z jednego wału na drugi bez zmiany kierunku obrotowego. W ogólnym przypadku
moŜna określić, Ŝe sprzęgło składa się z członu czynnego, członu biernego i łącznika.

Przez człon rozumie się zespół elementów sprzęgła osadzony na wale napędzającym lub

napędzanym, natomiast łącznikiem nazywa się części (kołki, śruby itd.) lub czynnik (np. ciecz)
przekazujący moment obrotowy z członu czynnego na człon bierny.

Zastosowanie sprzęgieł:

–

gdy wał wobec znacznej swej długości składa się z kilku odcinków, stosuje się sprzęgła
nierozłączne (np. sztywne),

–

sprzęgła stosuje się równieŜ do zabezpieczenia niektórych mechanizmów przed
zniszczeniem. Sprzęgła te noszą nazwę sprzęgieł bezpieczeństwa,

–

do czasowego włączania i wyłączania pewnych części wału podczas stałego obracania się
części napędzających słuŜą sprzęgła sterowane, przede wszystkim asynchroniczne
(np. cierne w samochodach).lub sprzęgła synchroniczne (np. kłowe),

–

sprzęgła mogą łączyć równieŜ wały o osiach leŜących nie tylko na jednej prostej, ale
przecinających się pod pewnym kątem lub teŜ przesuniętych równolegle. W tym przypadku
stosuje się tzw. sprzęgła samonastawne lub podatne.

Klasyfikacja sprzęgieł moŜe być prowadzona według róŜnych kryteriów: zadań, rozwiązań

konstrukcyjnych, sposobu włączania czy np. rodzaju łącznika przekazującego moment obrotowy.
PoniŜej przedstawiono na rys.53, klasyfikację według cech funkcjonalno-konstrukcyjnych, ujętą
w normie PN-71/M-85250.

Rys. 53. Klasyfikacja sprzęgieł według cech funkcjonalno-konstrukcyjnych [14, s. 369]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Istnieje ogromna liczba rozwiązań konstrukcyjnych sprzęgieł stosowanych w praktyce

i  ich  odmian,  jak  i  licznych  funkcji  spełnianych  przez  te  mechanizmy.  Z  uwagi na ograniczoną
ilość miejsca zostanie omówiona wybrana grupa prostszych w budowie sprzęgieł mechanicznych
z  pominięciem  hydrodynamicznych.  Część  z  nich  jest    znormalizowana  i  produkowane  przez
wyspecjalizowane firmy. Stwarza to moŜliwość stosowania sprzęgieł gotowych bez konieczności
ich  projektowania.  Wskazówki  doboru  sprzęgieł  do  określonych  zadań  znajdują  się  w  normach
i katalogach wytwórców.

Sprzęgła nierozłączne

Są to takie sprzęgła, w których człony: czynny i bierny są połączone trwale, tzn. nie moŜna

ich rozłączać w czasie pracy. Sprzęgła te stosuje się, gdy rozłączenie członów moŜe nastąpić
dopiero podczas demontaŜu sprzęgła i niejednokrotnie częściowo maszyny.

Sprzęgła nierozłączne dzielimy na:

–

sprzęgła sztywne, uniemoŜliwiające przesunięcia osi łączonych wałów w czasie pracy,

–

sprzęgła samonastawne, umoŜliwiające niewielkie przesunięcia wzdłuŜne i poprzeczne
wałów,

–

sprzęgła podatne, w których łącznikiem są elementy spręŜyste.
Do najprostszych naleŜą sprzęgła sztywne. Do tej grupy zalicza się sprzęgła tulejowe,

łubkowe i kołnierzowe. Sprzęgła te wymagają zachowania dokładnej współosiowości łączonych
wałów.

Sprzęgła tulejowe

Tuleję wykonuje się z Ŝeliwa, stali lub staliwa (rys. 54). Tuleja powinna być dość ciasno

osadzona na wałku. Sprzęgło tulejowe połączone z wałami za pomocą kołków ma zwykle
zastosowanie jako tzw. sprzęgło bezpieczeństwa. W tym celu jeden z kołków wykonuje się
z materiału o mniejszej wytrzymałości. W razie wzrostu obciąŜenia ponad dopuszczalną wartość
kołek ulega ścięciu i wały tracą wzajemne połączenie.

Łącznikami mogą być równieŜ wpusty lub kliny. Stosuje się takŜe połączenia skurczowe

tulei z wałem.

Rys. 54. sprzęgła tulejowe połączone z wałami a) za pomocą klinów, b) za pomocą kołków [4, s.69]

Wady sprzęgieł tulejowych polegają na przenoszeniu jedynie małych mocy (szczególnie

sprzęgła połączone kołkami), niemoŜności dokładnego środkowania wałów (głównie wskutek
uŜycia klinów) oraz konieczności stosowania ochron przy zamocowaniu klinami, aby obsłudze
zapewnić bezpieczeństwo pracy.

Sprzęgła łubkowe

Składa się z dwóch łubek, które są zaciskane na wałach za pomocą śrub (rys.55). Sprzęgło

przenosi moment obrotowy dzięki istnieniu tarcia między łubkami a wałem. Uzyskanie
odpowiedniego docisku łubek do wału umoŜliwia szczelina między łubkami (1÷2 mm). Wpusty
słuŜą do osadzenia sprzęgła na wałach oraz odgrywają rolę dodatkowego zabezpieczenia przed
poślizgiem, zwłaszcza przy chwilowych przeciąŜeniach.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys.55. Sprzęgło sztywne łubkowe śrubowe [14, s. 372]

Sprzęgła kołnierzowe

Składają się z dwóch tarcz złączonych śrubami: Tarcze osadza się na wałach najczęściej za

pomocą wpustów. W celu zapewnienia współosiowego ustawienia członów (tarcz)
w sprzęgłach wykonuje się wytoczenia środkujące na płaszczyznach czołowych (rys. 56 a) lub
ustala się na dodatkowym elemencie (pierścień centrujący) (rys. 56b).

Rys. 56. Sposoby łączenia wałów za pomocą sprzęgieł: a) kołnierzowego, b) tarczowego[6, s. 231]

Sprzęgła samonastawne

UmoŜliwiają one łączenie wałów i przenoszenie momentu skręcającego gdy osie wałów nie

pokrywają się lub gdy podczas pracy moŜe wystąpić przesunięcia osiowe jednego z wałów.

Sprzęgła Oldhama

Tego rodzaju sprzęgło dopuszcza przesunięcia poprzeczne oraz odchylenia kątowe

(rys. 57). Tarcze sprzęgła są osadzone na wałach, a rolę łącznika odgrywa osobna tarcza
(wkładka z materiału o małym współczynniku tarcia) współpracująca z kłami obu tarcz.

Rys. 57. Sprzęgło Oldhama: a) z kłami prostymi, b) z wkładka[ tekstolitową, c) z kłami o zarysie

ewolwentowym [14, s.376]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sprzęgła kłowe

Są zwykle stosowane do łączenia dwóch elementów osadzonych na tym samym wale, np.:

kół zębatych w skrzynkach przekładniowych. Sprzęgnięcie wałów uzyskuje się przez wsunięcie
występów jednej tarczy we wgłębienia drugiej. Sprzęgła te są włączane jedynie w stanie
spoczynku. Są to sprzęgła sterowane asynchroniczne. Jeśli zarysy kłów są pochylone to sprzęgła
takie mogą pracować jako bezpieczeństwa (przy zbyt duŜym momencie zęby przeskakują po
sobie) lub jako jednokierunkowe (w jednym kierunku przy małym kącie pochylenia zarysu zęba
przenoszą moment, w drugim - przeskakują po sobie).

Sprzęgła kłowe moŜna sklasyfikować takŜe jako samonastawne poniewaŜ umoŜliwia

przesunięcia wzdłuŜne wałów w granicach luzu osiowego. Przesunięcia tego rodzaju występują
najczęściej wskutek wydłuŜeń cieplnych.

Rys. 58. Sprzęgło kłowe: a) przekrój osiowy sprzęgła; b) widok czołowy koła z kłami w sprzęgle sterowanym

z zewnątrz; c) rozwinięcie zarysów bocznych kłów w sprzęgle sterowanym z zewnątrz d) rozwinięcie
zarysów kłów w sprzęgle jednokierunkowym lub przeciąŜeniowym (bezpieczeństwa), koło napędzające, 2
- koło napędzane, 3 – wodzik (element sterujący) [13, s.147]

Rys. 59. Sprzęgło kłowe: a) tarcza sprzęgła, b) sprzęgło w stanie włączonym [4, s.70]

Specjalną grupę sprzęgieł samonastawnych stanowią sprzęgła przegubowe (Cardana),

stosowane do łączenia wałów o kącie między osiami dochodzącym do 40°.

Sprzęgło składa się z dwóch par widełek 1 i 2 osadzonych na końcach wałów oraz krzyŜaka

3. Połączenie takie zapewnia moŜliwość przenoszenia ruchu obrotowego przez wały ustawione
względem siebie bod pewnym kątem. Dwa takie zespoły połączone krótkim wałkiem mogą
słuŜyć do łączenia wałów o osiach równoległych przesuniętych.

Rys. 60. Sprzęgło przegubowe (Cardana) [4, s.72]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sprzęgła podatne

W sprzęgłach podatnych podstawowym elementem jest łącznik podatny spręŜyny, którego

zadaniem

jest

umoŜliwienie

chwilowego

względnego

obrotu

wału

napędzanego

w stosunku do wału napędzającego. Dzięki podatności łącznika sprzęgła mogą zmniejszać
wpływ obciąŜeń dynamicznych na pracę napędu (np. podczas rozruchu), łagodzić drgania
zmniejszać nierównomierności przenoszonego momentu obrotowego itd.

W sprzęgłach podatnych łączniki wykonuje się najczęściej z gumy lub w sprzęgłach

całkowicie metalowych - ze spręŜyn najrozmaitszych kształtów.

Sprzęgła sterowane

Sprzęgłami sterowanymi nazywa się sprzęgła wyposaŜone w urządzenia, za pomocą których

pracownik  obsługujący  urządzenie  moŜe  dokonywać  połączenia  lub  rozłączenia  członów
sprzęgła:  W zaleŜności od charakteru pracy łączenie lub rozłączanie sprzęgła moŜe następować
w  czasie  spoczynku  albo  w  ruchu,  przy  czym  o  konstrukcji  sprzęgła  moŜe  równieŜ  decydować
kierunek  momentu  i  ruchu  obrotowego  przy  włączaniu  oraz  warunki  wyłączania  przy  biegu
luzem czy teŜ pod obciąŜeniem.

Sprzęgła sterowane dzieli się na:

–

sprzęgła przełączalne synchroniczne, w których przełączanie następuje tylko w przypadku
równych lub prawie równych prędkości kątowych członów czynnego i biernego,

–

sprzęgła przełączalne asynchroniczne (cierne), przekazujące moment obrotowy w wyniku
tarcia, co umoŜliwia przełączanie przy róŜnych prędkościach kątowych obu członów.

Sprzęgła cierne

Do włączania napędu podczas ruchu, czyli włączania jednego wału bez zatrzymywania

drugiego, słuŜą sprzęgła cierne, mające szczególnie szerokie zastosowanie w ciągnikach
i samochodach. Sprzęgła cierne przenoszą moment przez siłę tarcia wywołaną dociskiem
powierzchni ciernych. Powierzchnie cierne mogą być płaskie, stoŜkowe lub walcowe.

Sprzęgło słuŜące do łagodnego włączania napędu, sterowane mechanicznie, przedstawiono

na rys. 61.

Rys. 61. Schemat działania sprzęgła zamkniętego a) sprzęgło w stanie włączonym, b) wyłączenia sprzęgła

1 - koło zamachowe silnika, 2 - tarcza sprzęgłowa, 3 - tarcza dociskowa, 4 - spręŜyna, 5 - osłona sprzęgła,
6 - dźwignia wyłączająca, 7 - wał korbowy silnika; 8 - wał sprzęgłowy skrzyni przekładniowej [4, s.71]

Wyłączanie sprzęgła uzyskuje się za pomocą dźwigni (noŜny pedał sprzęgłowy), która

naciśnięta w kierunku oznaczonym strzałką powoduje odsunięcie ruchomej tarczy dociskowej od
tarczy sprzęgłowej. Gdy nacisk na dźwignię zostaje przerwany, spręŜyny samoczynnie włączają
sprzęgło. Zwalniać dźwignię naleŜy powoli, Ŝeby nie spowodować uszkodzenia sprzęgła.

W praktyce buduje się sprzęgła cierne zamknięte i otwarte. WyŜej opisane sprzęgło jest

sprzęgłem typu zamkniętego. Sprzęgła takie są zawsze dociśnięte spręŜynami, czyli są
„zamknięte”. Dla wyłączenia napędu konieczne jest naciśnięcie pedału.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sprzęgła samoczynne

Sprzęgła samoczynne umoŜliwiają łączenie lub rozłączanie członów bez interwencji

obsługującego, tzn. wyłącznie wskutek zmian zadanych parametrów pracy. Najczęściej
wykorzystuje się siły bezwładności (zwłaszcza siły odśrodkowej), zmianę kierunku ruchu
obrotowego lub zmianę momentu obrotowego.

Sprzęgła samoczynne dzielimy na:

–

odśrodkowe, w których włączenie lub rozłączenie sprzęgła następuje na skutek działania siły
odśrodkowej,

–

jednokierunkowe,

przekazujące

moment

obrotowy

tylko

jednym

kierunku,

a wyłączające się przy zmianie kierunku,

–

bezpieczeństwa, wyłączające się przy przekroczeniu załoŜonego momentu obrotowego.

Sprzęgła odśrodkowe

Ten rodzaj sprzęgła stosowany jest najczęściej jako sprzęgło rozruchowe, umoŜliwiając

rozruch maszyny bez obciąŜenia silników o duŜych prędkościach początkowych.(zasprzęgla wał
napędowy dopiero w momencie kiedy silnik osiągnie określoną prędkość obrotową).

Sprzęgło cierne jednokierunkowe

Spełnia podobne zadanie jak sprzęgło zapadkowe i jest stosowane do odłączania napędu,

jeśli  wał  napędzany,  np.  wskutek  bezwładności,  osiągnie  większą  prędkość  obrotową  od  wału
napędzającego.  Sprzęgło  takie  w  rowerach  („wolne  koło”)  umoŜliwia  jazdę  rozpędem  bez
napędzania  (nie ma potrzeby pedałowania).

Rys. 62. Sprzęgło jednokierunkowe zapadkowe 1 – koło zapadkowe,

2 – wał, 3 – koło zębate, 4 – zapadka, S – spręŜyna [13, s.150]

Sprzęgła elektromagnetyczne

W budowie obrabiarek stosuje się sprzęgła cierne sterowanego elektromagnetycznie.

Strumień  magnetyczny  wirującego  elektromagnesu    zasilanego  przez  pierścienie  ślizgowe,
przyciąga  osadzoną  przesuwnie  na  drugim  wale  tarczę,  która  ciernie  sprzęga  się  z  obudową
elektromagnesu  .Innym  rozwiązaniem  jest  zastosowanie  Ŝelaznego  proszku  zmieszanego
z olejem. Strumień magnetyczny powoduje „klejenie się” cząstek proszku między sobą oraz do
osadzonych na wale tarcz. W sprzęgłach tych występuje poślizg tylko między cząstkami proszku,
wskutek czego zuŜyciu ulega jedynie łatwy do wymiany proszek.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8.2

Pytania sprawdzające

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

1.  Co określa termin sprzęgło?
2.  Jak ogólnie moŜna opisać budowę sprzęgła?
3.  Jakie jest zastosowanie sprzęgieł?
4.  Jak klasyfikuje się sprzęgła mechaniczne?
5.  Jaka jest budowa sprzęgła tulejowego?
6.  Jaki  rodzaj  sprzęgła  umoŜliwia  przeniesienie  obrotów  z  wału  na  wał  przy  ich  niewielkim

przesunięciu poprzecznym?

7.  Czy sprzęgło kłowe moŜe pracować jako sprzęgło bezpieczeństwa?
8.  Jakimi cechami charakteryzują się sprzęgła podatne?
9.  Jakie znasz rodzaje sprzęgieł ciernych?
10.  Jakimi cechami charakteryzują się sprzęgła samoczynne?

4.7.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na rysunku jest przedstawiony pewien rodzaj sprzęgła. Sklasyfikuj jego przynaleŜność do

odpowiedniej grupy sprzęgieł i uzasadnij swój wybór.

Rysunek do ćwiczenia 1 [14, s.379]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z treścią zadania,
2)  zastanowić się jakie są cechy charakterystyczne sprzęgieł w obrębie poszczególnych grup,
3)  odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące sprzęgieł,
4)  zaklasyfikować przedstawione powyŜej sprzęgło do odpowiedniej grupy,
5)  przeprowadzić porównanie,
6)  uzasadnić swój wybór,
7)  zapisać wnioski,
8)  zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

kartka papieru, długopis,

–

poradnik dla ucznia,

–

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Na rysunkach są zobrazowane połoŜenia wałów, których z róŜnych złoŜonych przyczyn nie

moŜna zmienić, a które naleŜy połączyć (przedłuŜyć). Dobierz do kaŜdego przedstawionego
przypadku przesunięcia osi wałów odpowiedni rodzaj sprzęgła, które by zapewniało prawidłową
pracę układu wał - sprzęgło. NaleŜy przyjąć:

rys. a

x = 0,8 mm,

rys. b

y = parametr zmienny w czasie pracy wału w granicach 0-5mm.

rys. c

Uzasadnij swój wybór.

Rysunek do ćwiczenia 2 [11, s. 46 ]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z treścią zadania,
2) zastanowić się jakie rodzaje sprzęgieł mogą bezpiecznie przenieść moment obrotowy:

w przypadku przesunięcia poprzecznego osi wałów,

w przypadku kiedy wały w czasie pracy znacznie się wydłuŜają (czoła wałów zbliŜają
się do siebie) po czym oddalają,

w przypadku kiedy kąt między osiami wałów jest bardzo duŜy,

3)  odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat sprzęgieł,
4)  dobrać dla kaŜdego przypadku przesunięcia odpowiednie sprzęgło,
5)  uzasadnić wybór,
6)  zapisać wnioski,
7)  zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

kartka papieru, długopis,

–

poradnik dla ucznia,

–

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

zdefiniować termin sprzęgło?

wyjaśnić budowę sprzęgła?

określić zastosowanie sprzęgieł?

opisać budowę sprzęgła tulejowego?

wyjaśnić czy sprzęgła łubkowe przenoszą momenty skręcające?

określić cechy charakterystyczne sprzęgła podatnego?

wymienić rodzaje sprzęgieł ciernych?

określić cechy charakterystyczne sprzęgła samoczynnego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8. Przekładnie zębate proste i złoŜone

4.8.1.

Materiał nauczania

Urządzenia słuŜące do napędzania, składające się ze źródła energii i elementu

pośredniczącego w przekazywaniu tej energii od silnika do maszyny roboczej noszą nazwę
napędów.

Potocznie takŜe mianem napędu określa się głównie urządzenia pośredniczące, a więc np.

przekładnie mechaniczne. Mówiąc inaczej napęd mechaniczny słuŜący do przenoszenia ruchu
obrotowego z wału czynnego (napędzającego) na wał bierny (napędzany) nazywa się przekładnią
mechaniczną.

Podstawowym zadaniem przekładni mechanicznej jest przeniesienie energii z wału

czynnego na wał bierny, a ponadto dokonanie zmiany wartości momentu obrotowego, prędkości
i sił.

Wielkościami charakteryzującymi przekładnie są: przełoŜenie i sprawność.
PrzełoŜeniem przekładni i nazywa się stosunek prędkości obrotowej wału napędzającego

do prędkości obrotowej wału napędzanego lub inaczej jest to stosunek prędkości kątowej wału
czynnego

do prędkości kątowej wału biernego

W zaleŜności od wartości przełoŜenia rozróŜniamy następujące rodzaje przekładni:

–

jeŜeli

przekładnię nazywa się zmniejszającą (reduktor) ( i > 1),

–

jeŜeli

zwiększającą (multiplikator) ( i < 1).

Sprawnością przekładni η nazywa się stosunek mocy wykorzystywanej na wale biernym P

do mocy doprowadzanej na wale czynnym P

Kolejną wielkością charakterystyczną dla przekładni mechanicznych jest przenoszony

moment obrotowy. Wartość momentu obrotowego na kaŜdym wale i kole oblicza się
z zaleŜności

gdzie:

M - [N • m],
P – [W],

– [rad/s]

lub wg wzoru liczbowego

9550

⋅

gdzie:

M – [N • m],
P – [kW],
n – [obr/min],
F – [N],
r – [m].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W zaleŜności od sposobu przenoszenia ruchu obrotowego rozróŜniamy przekładnie:

–

cierne,

−

cięgnowe (a wśród nich pasowe i łańcuchowe),

−

zębate.
Przekładnie mogą być przymusowe (zębate, łańcuchowe) oraz podatne (cierne, pasowe

i linowe).

W przekładni przymusowej określony ruch koła napędzającego wywołuje ściśle określony

ruch koła napędzanego, natomiast w przekładni podatnej moŜliwy jest poślizg części napędzanej
względem części napędzającej.

Wszystkie przekładnie dzieli się na proste (przenoszące ruch między dwoma wałami)

i złoŜone (przenoszące ruch między kilkoma wałami).

Przekładnie proste zębate

Przekładnie

zębate

znajdują

szerokie

zastosowanie

stanowią

najliczniejszą

i najbardziej rozpowszechnioną grupę przekładni mechanicznych.

Przekładnią zębatą pojedynczą nazywamy mechanizm utworzony z dwóch kół zębatych,

mogących przenosić ruch obrotowy dzięki wzajemnemu kształtowemu zazębieniu się kół. KaŜde
koło  zębate  składa  się  z  wieńca  z  zębami  i  z  piasty  .  W  większych  kołach  zębatych  wieniec  z
piastą  jest  połączony  tarczą  lub  ramionami.  Koła  zębate  zaleŜnie  od  kształtu  dzieli  się  na
walcowe  i  stoŜkowe.  Zęby  w  płaszczyźnie  prostopadłej  do  osi  są  ograniczone  kołami
wierzchołków  o  średnicy  d

i kołem podstaw o średnicy d

oraz zarysami bocznymi.

Przestrzenie między zębami nazywa się wrębami międzyzębnymi. Zęby są dzielone przez
wyobraŜalne koła podziałowe o średnicy d na dwie części: głowę o wysokości h

i stopę

o wysokości h

Rys. 63. Uzębienie pojedynczego koła [14, s.263]

Odległość między dwoma jednoimiennymi zarysami zębów, mierzona po łuku koła

podziałowego, nazywa się podziałką nominalną P. Składa się na nią grubość zęba s i szerokość
wrębu e. Wartość podziałki wynosi

⋅

Do obliczania charakterystycznych wielko

ci z

ba nie u

ywa si

podziałki P uz

bienia, lecz

wielko

ci zwanej modułem

podawanym w milimetrach, np.1,25; 1,5; 2,75; 4;5 itd.

Poniewa

⋅

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Znając wartość modułu, moŜna obliczyć wszystkie główne wymiary koła zębatego.
Dla dwóch zazębiających się kół moŜna napisać następujące związki:

⋅

oraz

⋅

, a po ich podzieleniu stronami otrzymuje się:

Nale

y pami

e koła z

bate musz

tak ustawione,

eby koła podziałowe były do

siebie styczne. Koła podziałowe s

wobec tego jakby kołami ciernymi, w zwi

zku z tym,

otrzymuje si

Indeks

odnosi si

zawsze do elementu czynnego (nap

dzaj

cego), a indeks

- do elementu

biernego (nap

dzanego).

Kierunek obrotu wału nap

dzanego w przekładni z

batej jest zawsze przeciwny kierunkowi

obrotów wału nap

dzaj

cego. Je

eli mi

dzy koła z

bate wałów współpracuj

cych wprowadzimy

trzecie koło z

bate po

rednie, to kierunek obrotu wału nap

dzanego b

dzie zgodny z kierunkiem

obrotu wału nap

dzaj

cego, przy czym koło po

rednie nie ma wpływu na warto

ść

przeło

enia

przekładni. (rys. 64).

Rys. 64. Kierunki obrotów kół zębatych [4, s.88]

W przekładni z

batej koła walcowe wykonuje si

−

o z

bach prostych, uz

bienie jest w nich naci

te równolegle do osi koła (rys. 65a),

−

o z

bach daszkowych, na szeroko

ci koła uz

bienie składa si

z odcinków z z

bami

sko

nymi (lub

rubowymi) lewymi i prawymi (rys. 65c),

−

z uz

bieniem wewn

trznym, uz

bienie proste lub sko

ne jest tu naci

te na wewn

trznej

powierzchni walca (rys. 65d),

−

jako z

batk

, stanowi ona wycinek koła walcowego o niesko

czenie du

rednicy,

w wyniku czego okr

g tego koła jest lini

prost

(rys. 65e).

Do przenoszenia nap

du przy osiach przekładni przecinaj

cych si

stosowane koła z

bate

sto

kowe:

−

o z

bach prostych (rys. 65f ) - uz

bienie jest naci

te wzdłu

tworz

cej sto

ka,

−

o z

bach sko

nych (rys. 65g) - uz

bienie jest naci

te pod k

tem do tworz

cej sto

ka,

−

o z

bach krzywoliniowych (rys. 65h) - linie nie s

liniami prostymi,

−

płaskie (rys. 65i) - k

t sto

ka podziałowego wynosi 90° (dawniej nazywano to koło z

batk

pier

cieniow

lub koronow

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 65. Rodzaje kół zębatych: a) walcowe o zębach prostych, b) walcowe o zębach skośnych, c) walcowe

o zębach daszkowych, d) walcowe z uzębieniem wewnętrznym, e) zębatka, f) stoŜkowe o zębach prostych,
g) stoŜkowe o zębach skośnych, h) stoŜkowe o zębach krzywoliniowych, i) stoŜkowe płaskie [1, s. 100]

Przekładnie proste zaleŜnie od wzajemnego połoŜenia osi wałów napędzającego

i napędzanego dzieli się na: równoległe, gdy osie wałów współpracujących są równoległe;
kątowe, gdy osie wałów przecinają się; wichrowate, gdy osie wałów nie są równoległe i nie
przecinają się.

Ponad to przekładnie zębate (rys. 66) dzielimy na:

–

walcowe o zazębieniu zewnętrznym, składające się z kół walcowych o zębach prostych,
skośnych i daszkowych (rys. 66 a, b, c),

−

zębatkowe (rys. 66e),

−

o zazębieniu wewnętrznym (rys. 66d),

−

stoŜkowe, składające się z kół stoŜkowych o zębach prostych (rys. 66f), skośnych (rys. 66g)
lub krzywoliniowych (rys. 66h),

−

śrubowe (rys. 66i)

−

ślimakowe (rys. 66j).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 66. Przekładnie zębate pojedyncze: a), b), c) walcowa o zazębieniu zewnętrznym z zębami prostymi, skośnymi,

daszkowymi, d) o zazębieniu wewnętrznym, e) zębatkowe, f), g), h) stoŜkowe o zębach prostych, skośnych,
krzywoliniowych, i) śrubowe, j) ślimakowe [1, s.100]

Do przekładni równoległych zalicza się przekładnie walcowe wraz z przekładnią zębatkową,

a do przekładni kątowych - przekładnie stoŜkowe wraz z przekładnią koronkową, w której
jednym z kół jest koło zębate płaskie.

Przekładnie wichrowate mogą składać się z kół walcowych o zębach śrubowych

(rys. 66i) lub z kół stoŜkowych. Specjalną odmianę przekładni wichrowatych stanowią
przekładnie ślimakowe (rys. 66j), składające się ze ślimaka i ślimacznicy. Są one stosowane do
przenoszenia ruchu między wałkami, których osie są połoŜone pod kątem prostym (90°).

Przedstawione na rysunku 66 przekładnie są przekładniami pojedynczymi, z których moŜna

tworzyć przekładnie złoŜone.

W zaleŜności od ustawienia przekładni pojedynczych przekładnie złoŜone dzieli się na:

–

wielostopniowe, z szeregowym ustawieniem przekładni pojedynczych,

−

wielorzędowe, z równoległym ustawieniem przekładni pojedynczych.

Przekładnie wielostopniowe są stosowane m.in. w maszynach i urządzeniach, w których na

wale roboczym (napędzanym) naleŜy uzyskać małą prędkość obrotową (w przypadku

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zastosowania przekładni pojedynczej przełoŜenia osiągają wartości większe od zalecanych dla
przekładni jednostopniowych) – tablica 7.

JeŜeli przekładnia jest wielostopniowa, to kaŜde przełoŜenie wyznacza się z zaleŜności:

−

Przeło

enie całkowite przekładni wielostopniowej jest iloczynem poszczególnych przeło

przekładni jednostopniowych

...

−

Tabela 7. Graniczne wartości w przekładniach na jednym stopniu

Przeło

enie

Rodzaj przekładni

zwykle wyj

tkowo

Sprawno

ść

Moc

przenoszona

dko

ść

obrotowa

obr/min

dko

ść

obwodowa

m/s

bata zwykła

0,96÷0,99

19000

100000

200

bata planetarna

0,98÷0,99

7500

40000

limakowa

100

0,45÷0,97

750

30000

Ła

cuchowa

0,97÷0,98

3700

5000

17÷40

z pasem

płaskim

0,96÷0,98

1700

18000

Pasowa

z pasami

klinowymi

0,94÷0,97

1100

Cierna

0,95÷0,98

150

Rys. 67. Podwójna przekładnia zębata: 1-wał napędzający 2 – wał pośredni 3 – wał napędzany [4, s. 89]

Przekładnie wielorz

dowe s

stosowane głównie w obrabiarkach, w których jest niezb

dne

otrzymywanie na wrzecionie roboczym ró

nych pr

dko

ci obrotowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 68. Przekładnie złoŜone: a) wielostopniowa, b, c) wielorzędowe [14, s. 261]

Przekładnie złoŜone wielorzędowe są nazywane skrzynkami prędkości bądź skrzynkami

przekładniowymi.

Na rysunku 69 przedstawiono trójbiegową samochodową skrzynkę przekładniową.

Napędzane jest koło z

ułoŜyskowane na wale głównym. Na wielowypuście wału głównego są

osadzone przesuwnie koła z

i z

. Koła z

, z

i z

są na stałe osadzone na wale pośrednim.

Stale zazębione z kołem z

łoŜyskowane w obudowie koło z

sprzęgając się z kołem z

słuŜy

do zmiany kierunku obrotu przy jeździe do tyłu. Pomiędzy kołem z

a kołem z

znajduje się

sprzęgło kłowe.

Rys. 69. Schemat samochodowej skrzynki przekładniowej o trzech biegach do jazdy w przód jednym biegu

wstecznym [13, s.170]

Przekładnia obiegowa

We wszystkich powyŜszych przekładniach osie kół były stałe i dlatego przekładnie te moŜna

nazwać  przekładniami  stałymi.  OdróŜnia  się  od  nich  tzw.  przekładnie  obiegowe  (planetarne),
w których  osie  niektórych  kół,  zwanych  obiegowymi  lub  satelitami,  obracają  się  dookoła  osi
innych kół.

Mechanizm przekładni planetarnej przedstawiony jest na rys. 70. Składa się on z dwóch

współśrodkowych kół zębatych: pierścieniowego l i środkowego (słonecznego) 2, oraz
zazębionych z nimi kół obiegowych 3. Osie kół obiegowych osadzone są we wspólnym jarzmie
4. Koła obiegowe mogą się obracać dookoła osi koła słonecznego. JeŜeli zatrzyma się koło
słoneczne podczas obrotu koła pierścieniowego, to satelity będą się obracać dookoła swoich osi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 70. Mechanizm przekładni obiegowej 1- koło pierścieniowe, 2 – koło słoneczne, 3 – koła obiegowe,

4 – jarzmo, [4, s. 90]

W tym więc czasie będą one usiłowały obrócić nieruchome koło słoneczne, ale napotykając

opór, będą musiały toczyć się po jego obwodzie. Przekładnie planetarne mogą mieć bardzo małe
przełoŜenia, czyli znacznie zmniejszać prędkość obrotową wału napędzanego.

Główną zaletę przekładni zębatych jest moŜliwość ich stosowania zarówno do przenoszenia

mocy w bardzo szerokim zakresie (do kilkudziesięciu megawatów), jak i do przekazywania
minimalnego momentu obrotowego w mechanizmach precyzyjnych.

W stosunku do innych przekładni mechanicznych przekładnie zębate wyróŜniają się

stałością przełoŜenia, zwartością konstrukcji, mniejszymi naciskami na wały i łoŜyska,
niezawodnością działania. Wadą tych przekładni jest ich wyŜszy koszt wytworzenia, hałaśliwość,
mała odporność na przeciąŜenia, konieczność smarowania.

4.8.2. Pytania sprawdzające

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

1.  Co określa termin napęd?
2.  Jaka jest róŜnica między napędem a przekładnią?
3.  Jak oblicza się przełoŜenie przekładni prostej zębatej?
4.  Jak oblicza się moduł koła zębatego?
5.  W  jaki  sposób  koło    pośrednie  przekładni  prostej  zębatej  wpływa  na  kierunek  obrotów

wału napędzanego i na przełoŜenie przekładni?

6.  Jak klasyfikuje się koła zębate walcowe?
7.  Jak klasyfikuje się koła zębate stoŜkowe?
8.  Jak klasyfikuje się przekładnie proste zębate?
9.  Jak klasyfikuje się przekładnie proste pod względem połoŜenia osi współpracujących wałów

(napędzanego i napędzającego)?

10. Jak zbudowane są przekładnie złoŜone?
11. Jakie są główne zalety przekładni zębatych, a jakie wady?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rysunek przedstawia przekładnie zębatą prostą w fazie projektowania. Zakłada się, Ŝe wał

napędzający obraca się z prędkością obrotową 1400 obr/min. Na wale jest osadzone koło zębate
o liczbie zębów z = 40. Dobierz drugie koło zębate o odpowiedniej liczbie zębów, tak aby wał
napędzany obracał się z prędkością 500 obr/min oraz oblicz przełoŜenie projektowanej
przekładni.

Rysunek do ćwiczenia 1

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z treścią zadania,
2) odszukać w materiałach dydaktycznych wzór na przełoŜenie przekładni prostej pamiętając,

Ŝe indeks

odnosi się do elementu napędzającego,

3)  obliczyć przełoŜenie przekładni,
4)  obliczyć liczę zębów drugiego koła zębatego,
5)  zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

kartka papieru, długopis,

–

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Na rysunku jest przedstawiona skrzynka przekładniowa. Analizując schemat kinematyczny

określ, które koła naleŜy zazębić ze sobą tak, aby obroty wału głównego w pierwszym przypadku
były najwyŜsze, a w drugim najniŜsze (najwyŜsza i najniŜsza prędkość obrotowa wału

n ). Koło

jest kołem napędzającym (prędkość obrotowa

n ) o liczbie zębów z

= 40, łoŜyskowanym na

wale głównym. Pomiędzy kołem z

a kołem z

znajduje się sprzęgło kłowe.

Rysunek do ćwiczenia 2 [13, s.170]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z treścią zadania,

odszukać w materiałach dydaktycznych opis skrzynki prędkości - w przypadku trudności
związanych z odczytaniem schematu,

przeanalizować widoczny układ kinematyczny skrzynki,

wykonać odręczne szkice przedstawiające wszystkie moŜliwe połoŜenia współpracujących
kół,

przeanalizować sposób obliczania przełoŜenia przekładni złoŜonej na podstawie wzorów,

przeprowadzić obliczenia zakładając przybliŜone ilości zębów kół wynikające z proporcji
rozmiarów, zwrócić uwagę na prawidłowość podstawienia do wzoru (koło czynne – koło
bierne).

wyciągnąć wnioski,

zapisać wyniki pracy,

zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

kartka papieru, mazak,

–

linijka,

–

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.8.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

zdefiniować termin napęd?

określić róŜnicę między napędem a przekładnią?

wyjaśniać jak oblicza się przełoŜenie przekładni prostej zębatej?

wyjaśnić jak oblicza się moduł koła zębatego?

wyjaśnić w jaki sposób koło pośrednie przekładni prostej zębatej
wpływa na kierunek obrotów wału i na przełoŜenie przekładni?

przeprowadzić klasyfikacje kół zębatych walcowych?

sklasyfikować koła zębate stoŜkowe?

dokonać klasyfikacji kół zębatych prostych?

sklasyfikować przekładnie proste pod względem połoŜenia osi
współpracujących wałów (napędzanego i napędzającego)?

10)

scharakteryzować budowę przekładni złoŜonych?

11)

wymienić główne zalety i wady przekładni zębatych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9. Mechanizmy: krzywkowy, korbowy i śrubowy

4.9.1. Materiał nauczania

Mechanizmem nazywa się zespół części maszynowych połączonych ze sobą ruchowo tak,

aby ruch jednej z nich powodował ściśle określone ruchy uŜyteczne pozostałych części danego
zespołu. Poszczególne części mechanizmu nazywa się członami (ogniwami).

W kaŜdym mechanizmie moŜna wyodrębnić: człon czynny (napędzający), człon bierny

(napędzany)  oraz  podstawę,  którą  stanowi  człon  nieruchomy  lub  człon,  względem  którego
określa się ruchy innych członów. Człon bierny jest napędzany przez człon czynny bezpośrednio
lub  za  pomocą  członów  pomocniczych,  zwanych  łącznikami.  Członami  mechanizmu  mogą  być
elementy  sztywne  (np.  dźwignie,  tłoki,  wały,  korby)  lub  odkształcalne  (spręŜyny,  cięgna:  pasy,
łańcuchy  itd.).  W  niektórych  mechanizmach  rolę  członu  odgrywają  równieŜ  ciała  ciekłe  lub
gazowe, zamknięte w cylindrze lub w przewodach.

Człony łączą się ze sobą w węzłach, tzn. w miejscach, w których odbywa się zmiana rodzaju

(kierunku) ruchu. Połączenie ruchowe dwóch członów tworzy tzw. parę kinematyczną.
Przykładami najprostszych par kinematycznych są: śruba z nakrętką i inne.

W budowie maszyn, najczęściej w zaleŜności od konstrukcji i zasad działania, są stosowane

mechanizmy:

−

śrubowe,

−

dźwigniowe (wraz z korbowymi i jarzmowymi),

−

krzywkowe,

−

o przerywanym ruchu członu biernego (m.in. zapadkowe, tzw. krzyŜ maltański),

−

z elementami spręŜystymi i inne.

Mechanizm krzywkowy

Mechanizmy krzywkowe (rys 71) składają się z krzywki i dociskanego do niej popychacza.

Często popychacz ma rolkę, która zmniejsza opory ruchu i zwiększa trwałość krzywki. Krzywka
porusza się ruchem obrotowym, a popychacz ruchem postępowo-zwrotnym lub wahadłowym.
Elementem napędzającym mechanizmu (członem czynnym) jest zwykle krzywka, a członem
napędzanym (biernym) - popychacz.

Rys. 71. schemat mechanizmu [14, s. 416]

Podstawowym warunkiem uzyskania prawidłowej pracy mechanizmu jest nieprzerwany

(ciągły) styk powierzchni roboczej krzywki z popychaczem.

Warunek ten uzyskuje się poprzez wykorzystanie siły cięŜkości popychacza (często wraz

z całym układem napędzanym przez popychacz) lub siły działania elementów spręŜystych
działających na popychacz.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podstawowe rodzaje mechanizmów krzywkowych przedstawiono na rys. 72, a końcówki

popychaczy - na rys. 73.

Rys. 72. Rodzaje mechanizmów krzywkowych: a, b) z krzywką płaską, c) z krzywką

tarczową, d, e) z krzywką walcową [14, s. 417]

Rys. 73. Końcówki popychaczy: a) płaska, b) ostrzowa, c) rolkowa [14,s. 417]

Mechanizmy krzywkowe znalazły szerokie zastosowanie w róŜnych dziedzinach techniki,

a głównie w obrabiarkach automatycznych, urządzeniach sterujących, układach regulacyjnych
i rozrządczych przy nieduŜym obciąŜeniu.

Zaletami mechanizmów krzywkowych są prosta i zwarta konstrukcja oraz otrzymanie

róŜnych  charakterystyk  ruchu  części  napędzanej,    umoŜliwia  on  otrzymanie  dowolnego  ruchu
elementu  napędzanego.  Ruch  ten  zaleŜy  głównie  od  rodzaju  ruchu  krzywki  i  jej  kształtu
(moŜliwość  ukształtowania  dowolnej  krzywki).  Zarysy  powierzchni  krzywek  ustala  się
z uwzględnieniem kształtu końcówki popychacza.

Aby uzyskać szybkie przesunięcie popychacza, odpowiedni odcinek profilu krzywki

powinien być stromy, a dla powolnych przesunięć - łagodny. W celu uzyskania postoju
popychacza przez określony czas stosuje się w krzywce walcowej odcinek profilu o stałym
promieniu (rys. 72a), a w krzywce o ruchu postępowym - odcinek o stałej wysokości (rys. 72 b).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stałą prędkość ruchu popychacza uzyskuje się, gdy odcinek profilu krzywki płaskiej

obrotowej (rys. 72c) jest wykonany wg spirali Archimedesa, krzywki walcowej (rys. 72c)- wg
linii śrubowej o stałym skoku, a krzywki płaskiej o ruchu postępowym (rys. 72b) - jako linia
prosta pochyła.

Wadami zaś mechanizmów krzywkowych są: stosunkowo szybkie zuŜywanie się części

roboczych krzywek, wraŜliwość na uderzenia, trudne wykonanie skomplikowanych zarysów
krzywek i moŜność przenoszenia tylko małych obciąŜeń.

Mechanizm korbowy

Mechanizmy korbowe są zbudowane z układu dźwigni połączonych przegubami lub

wodzikami. Znajdują one szerokie zastosowanie ze względu na łatwość wykonania elementów
(przegubami są najczęściej połączenia sworzniowe) oraz małe straty energii.

SłuŜą one do zamiany ruchu obrotowego na postępowo-zwrotny (np. w spręŜarkach,

pompach tłokowych) lub postępowo-zwrotnego na obrotowy (np. w silnikach spalinowych).

W silnikach, spręŜarkach i pompach tłokowych jest stosowany mechanizm korbowo-

tłokowy,  natomiast  w  innych  urządzeniach  przemysłowych,  jak  np.  prasach  korbowych,  jest
stosowany  wyłącznie  mechanizm  korbowy  (brak  tłoka).  Istnieją  takŜe  inne  pewne  róŜnice
zaleŜnie  bowiem  od  przeznaczenia  i  sposobu  ułoŜyskowania  wału  korbowego  i  korbowodów
mogą być stosowane łoŜyska ślizgowe lub toczne.

Mechanizm korbowy, przedstawiony schematycznie na rys. 74. Składa się z a) korby

(wału korbowego) b) korbowodu i wodzika przemieszczającego się po prowadnicy c.

Rys. 74. Schemat mechanizmu korbowego [13, s. 172]

Ruch obrotowy korby wywołuje ruch prostoliniowy (postępowo-zwrotny) wodzika, który

przesuwa się w prowadnicach.

Mechanizm korbowy moŜe być symetryczny, gdy oś prowadnicy wodzika przechodzi przez

oś obrotu korby (rys. 75a), lub niesymetryczny - gdy osie te się nie pokrywają (rys. 75b).

Rys.75. Schematy mechanizmów korbowych: a) symetrycznego, b) niesymetrycznego [14, s.413]

W przypadku kiedy napęd pochodzi od wodzika - tłoka prowadzonego w cylindrze

(np. silnik) układ korbowy ma połoŜenie martwe (rys 76). Przed zatrzymaniem np. silnika

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

jednocylindrowego w połoŜeniu martwym zabezpiecza bezwładność obracającego się wału
korbowego z osadzonym kołem zamachowym, stanowiącym akumulator energii mechanicznej.

Rys. 76. PołoŜenie martwe mechanizmu korbowego: a) korba (wał korbowy, b) korbowód, c) wodzik (tłok) [13, s.172]

W przypadku, kiedy napęd pochodzi od korby - wał korbowy nie ma połoŜeń martwych.

Rys. 77. Układ korbowy spręŜarki jednostopniowej pionowej [13, s.172]

Mechanizm śrubowy

Zadaniem mechanizmu śrubowego jest zamiana ruchu obrotowego nakrętki (lub śruby) na

postępowy  (prostolinijny)  śruby  (lub  nakrętki).  Najczęściej  śruba  jest  osadzona  obrotowo,  lecz
nie  przesuwnie  w  jednej  z  części,  (np.  korpus  szczęki  nieruchomej  imadła  ślusarskiego),
a  nakrętka  jest  przymocowana  nieruchomo  do  drugiej  części  (np.  szczęka  przesuwna  imadła)
wykonującej ruch prostoliniowy. Śruba obracana ręcznie  lub mechanicznie obraca się, lecz nie
przesuwa,  a  .nakrętka  przesuwa  się  osiowo  (wzdłuŜ  osi  śruby)  razem  z  częścią,  do  której  jest
zamocowana. Podobnie pracuje mechanizm śrubowy w potencjometrze (rys. 78).

Rys. 78. Mechanizm śrubowy napędu ślizgacza w potencjometrze wieloobrotowym

1 - śruba, 2 - nakrętka, 3 - szczotka, 4 - element rezystancyjny [13, s. 174]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stosuje się równieŜ taką konstrukcję, w której śruba obraca się, i przesuwa razem

z częścią, do której jest zamocowana.,(np. stół wiertarki słupowej) a .nakrętka jest
przymocowana nieruchomo do drugiej części.(np. podstawa wiertarki słupowej)

Mechanizm śrubowy moŜe być jeszcze tak skonstruowany, Ŝe nakrętka obraca się, lecz nie

przesuwa, a śruba się przesuwa.

W mechanizmach śrubowych stosuje się gwinty ruchowe, głównie trapezowe niekiedy

prostokątne.

Konstrukcja mechanizmu śrubowego napędu suportu od śruby pociągowej tokarki jest taka,

Ŝe  śruba  się  obraca,  lecz  nie  przesuwa,  a  nakrętka  przesuwa  się  z  suportem.  Nakrętki  śrub
pociągowych  wykonuje  się  jako  jednolite  i  dzielone  wzdłuŜ  osi.  Na  rys.  79a  przedstawiono
zespół nakrętki dzielonej, czyli tzw. zamek tokarki. Przez pokręcenie rękojeścią I powoduje się
obrót  tarczy  2.  W  tarczy  są  wyfrezowane  dwa  rowki  spiralne  3,  w  których  są  prowadzone  dwa
kolki  4  zamocowane  w  połówkach  nakrętki  dwudzielnej  5.  Połówki  nakrętki  są  prowadzone  w
prowadnicach  6  w  kierunku  prostopadłym  do  osi  śruby.  Na  skutek  obrotu  rękojeści  1  kołki  4
wraz z polówkami nakrętki 5 zbliŜają się do siebie lub oddalają. JeŜeli połówki nakrętki zostaną
zbliŜone, to następuje współdziałanie ze śrubą pociągową 7, czyli przeniesienie napędu ze śruby
pociągowej  na  suport.  Przy  ruchu  połówek  nakrętki  w  kierunku  przeciwnym  następuje  ich
oddalenie  się  od  śruby  pociągowej  i  tym  samym  wyłączenie  napędu  suportu  od  śruby
pociągowej.

Rys. 79. Mechanizm śrubowy napędu suportu: a) zespół nakrętki dzielonej,

b) zasada działania sprzęgania nakrętki ze śrubą pociągową [7, s. 237]

W celu zminimalizowania skutków tarcia między nakrętką a śrubą wprowadzono inne

rozwiązania, zastosowano mechanizmy śrubowe toczne kulkowe lub rolkowe.

Tarcie ślizgowe między śrubą a nakrętką jest zastąpione tarciem tocznym. Wpływa to na

polepszenie  sprawności  i  doskonałości  mechanizmu.  Mechanizm  taki  składa  się  ze  śruby,
nakrętki  i  kulek  lub  rolek  wypełniających  wręby  odpowiednio  ukształtowanego  gwintu.  Rolki
poruszają się po drodze zamkniętej specjalnym kanałem w nakrętce łączącym pierwszy i ostatni
zwój  gwintu nakrętki. Mechanizmy śrubowe znalazły zastosowanie w dokładnych obrabiarkach
współrzędnościowych  i  sterowanych  numerycznie.  Konstrukcję  takiego  mechanizmu  z  dwoma
nakrętkami napinanymi spręŜynami kasującymi luzy przedstawiono na rys. 80.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 80. Mechanizm śrubowy toczony obrabiarki:

1 – obudowa nakrętek, 2 – nakrętki, 3 – spręŜyny napinające nakrętki, 4 – śruba [6, s. 266]

4.9.2. Pytania sprawdzające

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

1.  Jak moŜna wyjaśnić termin mechanizm?
2.  Jaka jest budowa najprostszego mechanizm?
3.  Jakie mechanizmy stosuje się najczęściej w budowie maszyn?
4.  Jak zbudowany jest mechanizm krzywkowy?
5.  Jaki jest warunek poprawnej pracy mechanizmu krzywkowego?
6.  Jakie są zalety mechanizmu krzywkowego?
7.  Jakie jest główne zadanie mechanizmu korbowego?
8.  W jakim przypadku układ korbowy ma połoŜenie martwe?
9.  Jakie jest główne zadanie mechanizmu śrubowego?
10.  Jakie gwinty stosuje się w mechanizmach śrubowych?

4.9.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na rysunku przedstawiono krzywkę walcową z pominiętym jednym waŜnym elementem 1.

Przerysuj i uzupełnij rysunek. Kształt elementu zaprojektuj tak, aby podczas obrotów walca
część maszynowa 4 napędzana popychaczem 3 wykonywała ruch postępowo-zwrotny
(zaznaczony na rysunku).

Rysunek do ćwiczenia 1: brakujący element (człon napędzający) , 2) obracający się bęben, 3) rolka związana

z popychaczem, 4) człon napędzany

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z treścią zadania,
2)  przerysować rysunek,
3)  zastanowić się nad kształtem krzywi walca,
4)  uzupełnić rysunek,
5)  zaprezentować efekty pracy nauczycielowi.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

kartka papier, ołówek,

–

wybrana literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.9.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

zdefiniować termin mechanizm?

wyjaśnić jak jest zbudowany najprostszy mechanizm?

wymienić jakie mechanizmy stosuje się najczęściej w budowie
maszyn?

scharakteryzować budowę mechanizmu krzywkowego?

wyjaśnić warunek poprawnej pracy mechanizmu krzywkowego?

określić zalety mechanizmu krzywkowego?

wymienić główne zadanie mechanizmu korbowego?

wyjaśnić w jakim przypadku układ korbowy ma przełoŜenie martwe?

określić główne zadanie mechanizmu śrubowego?

10)

wymienić gwinty stosowane w mechanizmach śrubowych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

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.

Zadania wymagają stosunkowo prostych obliczeń, które powinieneś wykonać przed
wskazaniem poprawnego wyniku.

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 60 min.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

100

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Siła to mechaniczne oddziaływanie jednego ciała na drugie, siła jest

wektorem.

skalarem.

kierunkiem.

punktem zaczepienia.

2. Parą sił jest układ dwóch sił, które mają

róŜną wartość, jednakowe kierunki działania, zwroty przeciwne.

równą wartość, jednakowe kierunki działania, zwroty zgodne.

równa wartość, jednakowe kierunki działania, zwroty przeciwne.

równa wartość, przeciwne kierunki działania, zwroty przeciwne.

3. Prędkość punktu poruszającego się po okręgu nazywamy

prędkością kątową.

prędkością opadania.

prędkością obwodową.

prędkością wznoszenia.

4. Prędkość liniowa jest określona jako iloraz między

drogą przebytą przez punkt a prędkością kątową.

prędkością kątową a drogą przebytą przez punkt.

drogą przebytą przez punkt a czasem trwania ruchu.

przyrostem kąta a czasem w którym ten przyrost nastąpił.

5. Podstawowa jednostką pracy w układzie SI jest

N – niuton.

– dŜul.

W – wat.

kW – kilowat.

6. Wielkość pracy w czasie w jakim ta praca została wykonana to

siła.

moc.

energia.

sprawność.

7. Wraz ze wzrostem wysokości podnoszenia wartość energii potencjalnej ciała

maleje.

jest niezmienna

const

wzrasta.

wzrasta tylko do wysoko

ci 9,81 m powy

ej maleje.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

101

8. Energia mechaniczna ciała podniesionego na wysokość 10 m wynosi E = 100J. Jaką energię

mechaniczną będzie miało swobodnie spadające to samo ciało na wysokości 1 m nad
ziemią. W obliczeniach pomijamy opory powietrza

dziesięć razy mniejszą.

dziesięć razy większą.

trudno powiedzieć.

nie zmieni się.

9. SpręŜystość to

największa granica oporu stawianego przez materię po przekroczeniu której następuje
zniszczenie materiału.

zdolność ciała do trwałych odkształceń tzn. takich, które nie znikają po usunięciu ciała.

zdolność ciała do odzyskania pierwotnego kształtu po usunięciu obciąŜenia.

właściwość ciała, która powoduje brak zjawiska odkształcania pomimo działających
obciąŜeń.

10. Rysunek przedstawia połączenie nierozłączne. Na elementy w połączeniu działa siła F

powodując w łącznikach wystąpienie napręŜeń

ściskających.

skręcających.

rozciągających.

ścinających.

11. Zagęszczenie masy formierskiej odbywa się za pomocą maszyny tzn. narzucarki.

W obudowie na szybko obracającej się tarczy są umocowane łopaty przechwytujące masę
formierską. Element napędzający tarczę jest przez działające obciąŜenia

rozciągany.

ściskany.

ściskany i skręcany.

skręcany i zginany.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

102

12. Przedstawiony na rysunku pręt o przekroju okrągłym został obciąŜony siła F. Występujące

w pręcie napręŜenia to

napręŜenia styczne.

napręŜenia skręcające.

napręŜenia normalne.

napręŜenia ścinające.

13. Zmęczenie materiału występuje w przypadku

działania wielokrotnego obciąŜenia zmieniającego siłę.

statycznego jednorazowego obciąŜenia duŜą siła.

jednorazowego obciąŜenia małą siła.

dynamicznego jednorazowego obciąŜenia duŜa siła.

14. Zespołem nazywamy

zbiór podobnych do siebie pod względem kształtu i wymiarów części.

zbiór części zaleŜnych od siebie funkcjonalnie, nie stanowiący odrębnej całości przy
montaŜu.

zbiór części niezaleŜnych od siebie, ale będących częścią składową jednej maszyny.

zbiór części połączonych ze sobą tworzących składową część maszyny o określonej
funkcji.

15. Na rysunku przedstawiono połączenie

kołkowe.

wpustowe.

klinowe.

sworzniowe.

16. Część maszynowa przedstawiona na rysunku to

wał karbowy.

wał gładki.

wał schodkowy.

wał giętki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

103

17. Części składowe łoŜyska ślizgowego niedzielonego to

korpus, panewka, czop.

korpus, element toczny, czop.

pierścień zewnętrzny, element toczny, pierścień wewnętrzny.

pierścień zewnętrzny, panewka, pierścień wewnętrzny.

18. Dwa rysunki przedstawiają tą samą część maszynową z zaznaczonymi moŜliwymi

kierunkami przenoszonych obciąŜeń. Jest to łoŜysko toczne

kulkowe poprzeczne.

kulkowe wzdłuŜne.

kulkowe poprzeczno-wzdłuŜne.

baryłkowe poprzeczne.

19. Urządzenia, które słuŜą do łączenia wałów w celu przeniesienia ruchu obrotowego

z jednego wału na drugi bez zmiany kierunku obrotów tych wałów to

przekładnie.

mechanizmy śrubowe.

hamulce.

sprzęgła.

20. Rysunek przedstawia

sprzęgło łubkowe.

sprzęgło cierne.

sprzęgło kłowe.

sprzęgło kołnierzowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

104

KARTA

ODPOWIEDZI

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

Rozpoznawanie elementów maszyn i mechanizmów

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

105

6. LITERATURA

Biały W.: Maszynoznawstwo. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2003

Czerwiński W.: Materiałoznawstwo. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa
1977

Drętkiewicz-Więch J.: Technologia mechaniczna techniki wytwarzania. Wydawnictwo
Szkolne i Pedagogiczne S.A., Warszawa 2000

Fijakowski K., Mac S.: Maszynoznawstwo. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, 1979

Godlewski

M.,

Tym

Z.:

Poradnik

dla

mechaników.

Wydawnictwo

Szkolne

i Pedagogiczne, Warszawa 1991

Górecki A., Grzegórski Z.: MontaŜ, naprawa i eksploatacja maszyn i urządzeń
przemysłowych. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne S.A., Warszawa 2003

Górecki A., Grzegórski Z.: Ślusarstwo przemysłowe i usługowe. Wydawnictwo Szkolne
i Pedagogiczne, Warszawa 1989

Górecki A.: Technologia ogólna podstawy technologii mechanicznych. Wydawnictwo
Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1984

Kozak B: Mechanika techniczna. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne S.A., Warszawa
2004

10.

Nawrot C., Mizera J., Kurzydłowski K.: Wprowadzenie do technologii materiałów dla
projektantów. Oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2006

11.

Okoniewski S.: Technologia metali. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1980

12.

Orlik Z., Surowiak W.: Części maszyn. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa
1980

13.

Potyński A.: Podstawy technologii i konstrukcji mechanicznych. Wydawnictwo Szkolne
i Pedagogiczne S.A., Warszawa 1999

14.

Rutkowski A.: Części maszyn. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne S.A., Warszawa 2007

15.

Rutkowski A., Stępniewska A.: Zbiór zadań z części maszyn. Wydawnictwo Szkolne
i Pedagogiczne S.A., Warszawa 2007

16.

Siuta W.: Mechanika techniczna. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1980