21. Złącze śrubowe podatne, jego istota i wykres pracy.

Na rys. 2 przedstawiono schemat złącza kołnierza cylindra. Na złącze nie działają żadne siły. Jeżeli nakrętka śruby zostanie dokręcona, wówczas śruba zostanie obciążona siłą osiową Q_w i pod jej działaniem wydłuży się o λ_w, uszczelka natomiast zostanie skrócona o λ_w - rys. 2b. W celu uproszczenia analizy założono, że:

- sztywność kołnierza jest bardzo duża i jest on praktycznie nieodkształcalny

- śruba posiada określoną sztywność c_s = tgα

- uszczelka posiada określoną sztywność c_k = tgγ - rys. 3a.

Rys. 2. Schemat złącza kołnierzy cylindra: a) - złącze nieobciążone; b) - złącze napięte wstępnie siłą Q_w ; c) - złącze napięte wstępnie siłą Q_w i obciążone siłą Q pochodzącą od ciśnienia p.

Rys. 3. Wykres sztywności śruby i uszczelki

Siła Q_w obciążająca śrubę, a wywołana dokręceniem nakrętki, działa także na uszczelkę. Można więc przenieść wykres sztywności uszczelki na prawą stronę wykresu - rys. 3a, gdzie znajduje się wykres sztywności śruby. Oba wykresy przetną się w punkcie odpowiadającym sile Q_w - rys. 3b.

Jeżeli złącze - rys. 2 - zostanie dodatkowo obciążone siłą Q pochodzącą od ciśnienia p, wówczas śruba wydłuży się dodatkowo o λ_p , uszczelka natomiast rozpręży się o wartość Δp. Nanosząc λ_p i Δp na wykres - rys. 2c - okaże się, że całkowita siła Q_c działająca na śrubę nie będzie równa sumie sił Q_w i Q_{p ,} lecz:

gdzie: β - współczynnik podatności złącza śrubowego. (1)

(2)

(3)

(4)

(5)

,a więc ostatecznie:
(6)

22. Narysować przekrój poprzeczny połączenia wpustowego koła zębatego z wałkiem oraz omówić zasadę pasowania wpustu i sposób jego doboru.

Połączenia wpustowe - połączenia rozłączne ruchowe, w których elementem pośredniczącym jest wpust. Połączenie wpustowe służy do łączenia piast z wałami. Wpust umieszczony jest w rowku wału, a piasta posiada odpowiednie nacięcie. Wpust umieszczany jest w rowku z pasowaniem ciasnym, połączenie wpust-piasta jest luźne. Połączenie wpustowe w przeciwieństwie do klinowego nie zabezpiecza piasty przed przesuwaniem się wzdłuż wału, piasta musi mieć dodatkowe zabezpieczenie. Gdy nie występują siły osiowe (w większości przypadków), wystarczy zabezpieczenie pierścieniem oporowym, w przeciwnym razie stosuje się inne rozwiązania (np. nakrętkę lub tuleję dystansową).

Obliczenia wytrzymałościowe połączenia wpustowego opierają się na kryterium dopuszczalnego nacisku powierzchniowego k_n. Jako powierzchnię obliczeniową przyjmuję się powierzchnie styku wpustu z wałkiem lub z piastą, tę która z nich jest mniejsza.

W przypadku połączeń spoczynkowych, na powierzchniach bocznych stosuje się pasowanie h6/P9 dla piasty koła i wału.

W przypadku połączeń ruchowych, na powierzchniach bocznych stosuje się pasowanie h6/D10 dla piasty koła i h6/H9 dla wału.

23. Podać sposób obliczeń połączeń spawanych na przykładzie dwóch blach złączonych spoiną doczołową poddaną obciążeniu rozciągającemu cyklami jednostronnymi.

Obliczanie połączeń spawanych:

W zależności od rodzaju obciążenia spoiny czołowe oblicza się na:

• rozciąganie (rysunek a) lub ściskanie

σ_r= F/S< k'_r

gdzie:

F - siła

S - przekrój obliczeniowy spoiny (S= a x l )

k'r (k'c, k't, k'g) - naprężenia dopuszczalne dla spoin. k'r= x' k_r

x' - współczynnik statycznej wytrzymałości spoiny [-],

k_r - naprężenia dopuszczalne materiału elementów łączonych [Pa],

Wymiary spoin czołowych przyjmuje się równe przekrojowi geometrycznemu części spawanej o mniejszym przekroju, czyli a= g , b = l.

24. Naprężenia występujące w sprężynie śrubowej walcowej oraz sposób ich uwzględnienia w obliczeniach konstrukcyjnych sprężyn.

Dla przypadku, w którym sprężyna śrubowa (rys.7) obciążona jest osiowo siłą P i moment działający w płaszczyznach oparcia sprężyny o powierzchnie dociskające M_t=0 (tzn. zakładając, że końce sprężyny nie są utwierdzone i spoczywają na płaszczyznach dociskających bez tarcia), w dowolnym przekroju prostopadłym do osi drutu występują:

• moment M=PD/2 o wektorze leżącym w płaszczyźnie prostopadłej do osi sprężyny

• siła P skierowana równolegle do osi sprężyny. Składowe styczne i normalne tego momentu i siły mają postać

Moment M_x wywołuje skręcanie drutu względem jego osi, a moment M_y powoduje zginanie drutu. Siła P_x powoduje ściskanie drutu wzdłuż osi, a siła P_y powoduje ścinanie drutu w płaszczyźnie prostopadłej do jego osi. Ponieważ kąt pochylenia zwojów sprężyny a jest zwykle nie większy niż 9°, a najczęściej nie przekracza 6°, przy obliczaniu naprężeń i ugięcia sprężyny przyjmuje się, że α≈0, czyli pomija się naprężenia wywołane zginaniem momentem M_y i ściskaniem siłą P_x, a zamiast P_y i M_x przyjmuje się nieco większe wartości P oraz M. Pomijając chwilowo działanie siły ścinającej P_y oraz zakrzywienie drutu zwiniętego spiralnie, czyli traktując drut jako walcowy pręt prosty skręcany wokół swej osi momentem M, naprężenie maksymalne w przekroju drutu τ_max można opisać zależnością :

gdzie : P - siła ściskająca sprężynę D - średnia średnica zwojów sprężyny d - średnica drutu

Uwzględnienie zakrzywienia drutu i siły ścinającej Py wywołuje zwiększenie naprężenia maksymalnego tym większe, im mniejszy jest stosunek :

Oba te wpływy, zakrzywienia drutu i siły ścinającej P_y, uwzględnia się mnożąc τ_max z wzoru (11) przez współczynnik poprawkowy K

Współczynnik poprawkowy K zależy od wskaźnika (krzywizny) sprężyny c i najczęściej oblicza się go stosując wzór: A. Wahla :

25. Wymienić i omówić kryteria, które powinien spełniać wał maszynowy.

Kryteria obliczeniowe wałów.

1. Wytrzymałości dopuszczalnej - nie dopuszczenie do przekroczenia poziomu naprężeń dopuszczalnych.

1. Dopuszczalnej strzałki ugięcia - nie dopuszczenie do nadmiernego ugięcia sprężystego wału pod działaniem obciążenia zewnętrznego, powodującego zmianę styku kół zębatych.

2. Dopuszczalnego kąta ugięcia - nie dopuszczenie do nadmiernego obrócenia czopa w płaszczyźnie osi wału wewnątrz łożyska.

3. Dopuszczalnego kąta skręcenia - nie dopuszczenie do nadmiernej podatności skrętnej łańcucha kinematycznego, którego elementem jest wał.

4. Niewyrównoważenia konstrukcji - w celu zabezpieczenia łożysk przed nadwyżkami dynamicznymi powstającymi na skutek oddziaływania sił odśrodkowych.

5. Częstotliwości drgań własnych - w celu uniknięcia wzajemnych oddziaływań rezonansowych wału i maszyny.

http://www.kmpkm.zut.edu.pl/pub/Podstawy_Konstrukcji_Maszyn/PKM_wyk%B3ady%20(M.Zebrowski)/Zaj%EAcia%20projektowe/7.Waly%20i%20osie.doc

---