1. Zasady i przebieg konstruowania, ocena konstrukcji, optymalizacja konstrukcji. Zasady normalizacji i unifikacji konstrukcji. Wspomaganie komputerowe procesu konstruowania.

Zmienne decyzyjne - te wielkości które podlegają wyborowi w procesie konstruowania.

Dla przekładni wielostopniowej z kołami walcowymi o śrubowym uzębieniu zewnętrznym zazwyczaj są to:

- liczba i przełożenia stopni przekładni

- moduły

- liczby zębów

Funkcja celu - jest to funkcja zmiennych decyzyjnych które określą optymalną konstrukcję, np.:

- masa

- sprawność

- funkcjonalność

Ograniczenia zmiennych decyzyjnych:

- równościowe(funkcjonalne) - wynikające ze związków fizycznych lub geometrycznych między zmiennymi decyzyjnymi. Przykłady: średnica okręgów poddziałowych, odległość osi kół o przesuniętych zarysach

- nierównościowe(obszarowe) - najmniejsza liczba zębów ze względu na podcięcie stopy zęba

2. Dokładność wykonania elementu maszyny. Podstawowe definicje wymiarów tolerowanych. Deterministyczna i probabilistyczna interpretacja tolerancji. Zasady pasowań elementów maszyn. Łańcuchy wymiarowe. Zamienność technologiczna, konstrukcja, kompensacja i selekcja.

Pasowanie wg stałego otworu Wszystkie otwory wykonujemy zawsze jako otwory podstawowe czyli otwory (H). W celu uzyskania odpowiedniego pasowania dobieramy odpowiedni wałek. Fo=0 Jest to skojarzenie otworu (Fo=0) z dowolnie tolerowanym wałkiem np. H7/s7 Do = Dw	Pasowanie wg stałego wałka Wszystkie wałki wykonujemy zawsze jako wałki podstawowe czyli wałki (h). W celu uzyskania odpowiedniego pasowania dobieramy odpowiedni otwór. Gw=0 Jest to skojarzenie otworu (Gw=0) z dowolnie tolerowanym wałkiem np. F8/h7

Litery - położenie pola tolerancji ; Cyfry - szerokość pola tolerancji

Łańcuch wymiarowy: stanowi układ wymiarów niezależnych i zależnych, które razem tworzą zamknięty obwód, wielobok wymiarowy.

- łańcuch liniowy - wszystkie wymiary są liniowe i równoległe, mogą być dwurzędowe lub wielorzędowe. X - wymiar zależny ; Ai - wymiar zwiększający ; Bi - wymiar zmniejszający X = ∑Ai - ∑Bi	- łańcuch płaski - wszystkie wymiary leżą w jednej płaszczyźnie ale nie wszystkie są równoległe. ai - wymiar liniowy ; Li - wymiar kątowy

3. Zjawisko zmęczenia materiału. Inicjacja procesu, teoria, obserwacje mikroskopowe. Przełom zmęczeniowy - interpretacja, przykłady.

Zmęczenie materiału jest związane ze zmniejszaniem wytrzymałości elementów konstrukcyjnych poddanych działaniu okresowo zmiennych obciążeń.

Przyczyną zmęczeniowego zniszczenia materiału jest zmienny stan naprężeń.


Początek zniszczenia wału następuje w tzw. ognisku. Przyczyną zapoczątkowania procesu jest spiętrzanie naprężeń . Szczelina zmęczeniowa rozszerza się penetrując w głąb przekroju, następuje tzw. propagacja pęknięcia. Wał ulega zniszczeniu gdy niezniszczona część wału nie jest w stanie przenieść obciążeń.

Większość teorii przyjmuje dyslokacje i inne Wdy sieci krystalograficznej za przyczyny tych zjawisk.

4. Wykres Wohlera, forma deterministyczna i probabilistyczna. Zmęczenie niskocyklowe, podstawowe zasady obliczeń. Zmęczenie wysokocyklowe. Ograniczona i trwała wytrzymałość zmęczeniowa. Zjawisko koncentracji naprężeń.







Pełny wykres zmęczeniowy Woglera w układzie logarytmicznym z oznaczonymi schematycznie obszarami:

- wytrzymałości zmęczeniowej przy małej liczbie cykli ZK

- ograniczonej wytrzymałości zmęczeniowej ZO

- nieograniczona lub trwała wytrzymałość zmęczeniowa ZZ

Na osi N początek zakresu ZO przyjmowany jest również od początku układu granicy zmęczenia ZZ.

Wytrzymałość z zakresu ZK jest nazywana wytrzymałością zmęczeniową krótkotrwałą - mała liczba cykli przy wysokim obciążeniu, odstępy czasowe mogą być znaczne.

5. Zasady obliczeń zmęczeniowych z uwzględnieniem koncentracji naprężeń. Konstruowanie elementów maszyn minimalizujące efekt koncentracji.


- współczynnik kształtu

















- wsp. koncentracji naprężeń













Sposoby minimalizacji:

- zamiast stosować ostre wcięcia < lepiej zastosować zaokrąglone c

- zamiast stosować ostre redukcje pod kątem 90° lepiej zastosować zejście pod mniejszym kątem.

6. Zasady obliczeń zmęczeniowych przy cyklach niesymetrycznych. Wykres Smitha i jego uproszczone formy. Przypadki
   i
   Obliczenia zmęczeniowe przy złożonym stanie naprężeń.




Uproszczony wykres Smitha sporządza się na podstawie:

- Zgo - wytrzymałość zmęczeniowa dla cyklu wahadłowego

- Zgj - wytrzymałość zmęczeniowa dla cyklu odzerowo-tętniącego

- Re - granica plastyczności

Otrzymany wykres wystarczy w zupełności do przeprowadzenia obliczeń dla materiałów plastycznych

(stal, stopy metali nieżelaznych) gdzie własności dla rozciągania i ściskania są w przybliżeniu równe i

dla naprężeń średnich m < 0 dorysowuje sie symetryczną cześć wykresu. Dla wielu materiałów (np. żeliwa) gdzie własności przy ściskaniu i rozciąganiu są równe - rysuje sie cały wykres na podstawie

badan.

7. Zalety i wady połączeń spawanych, podstawowe technologie spawania, rodzaje spoin, struktura złącza spawanego. Naprężenia i deformacje wywołane spawaniem.




Naprężenia i deformacje wywołane są przez blokowanie swobodnego wydłużenia, kurczenie się spoiny i łączonych części.

Deformacje i naprężenia powstają przez to że spoina rozgrzana kurczy się, blachy się odchylają.




Rozróżnia się:

a) spawanie gazowe - miejscowe stopienie części łączonych za pomocą palnika gazowego

b) spawanie elektryczne - najbardziej rozpowszechnione. Źródłem ciepła może być:

- łuk elektryczny - spawanie łukowe

- rezystancja - spawanie żużlowe

- energia wiązki elektronów - spawanie wiązką elektronów

- energia światła - spawanie laserowe

c) spawanie termitowe

Sposoby minimalizacji:

- podgrzanie części przed spawaniem i równomierne chłodzenie po spawaniu.

- odpowiedni rozkład szwów (spawanie ściegiem).

- takie ułożenie łączonych elementów przed spawaniem, aby po uzyskać żądany efekt.

8. Połączenia zgrzewane, lutowane, klejone. Rodzaje , budowa, zasady obliczeń.

Zgrzewanie - polega na łączeniu metali przez podgrzanie miejsc styku złącza do stanu ciastowatego i silny docisk. Połączenie uzyskuje się dzięki powstaniu wspólnych ziaren metalu w obszarze styku.

W zależności od ciepła dostarczanego przy zgrzewaniu rozróżnia się:

- zgrzewanie ogniskowe - źródłem ciepła jest ognisko kowalskie

- zgrzewanie gazowe - źródłem ciepła jest płomień palnika

- zgrzewanie termitowe - spalany termit dostarcza ciepło

- zgrzewanie elektryczne - ciepło wytwarzane jest przez prąd elektryczny

- zgrzewanie tarciowe - źródłem ciepła jest tarcie

Rodzaje zgrzewań:




- czołowe

- punktowe

- liniowe

- garbowe

Obliczenia

Minimalna średnica nie powinna być mniejsza od średnicy mniejszej z elektrod. Średnice elektrod dobiera się w zależności od grubości łączonych elementów:

Jeżeli
to przyjmuje się obie elektrody równe


Jeżeli
to przyjmuje się obie elektrody równe
a


Lutowanie - polega na łączeniu brzegów metalowych lub metalowych i ceramicznych części za pomocą dodatkowego materiału łatwiej topliwego niż części łączone. W zależności od temperatury topnienia rozróżnia się luty miękkie (
i luty twarde (


Lutowanie miękkie - jako lut stosuje się stopy cyny i ołowiu z dodatkami antymonu. Stosuje się je przy słabo obciążonych lub nie obciążonych połączeniach.




Przykład połączenia lutem miękkim - uszczelnienie złącza zawijanego

Lutowanie twarde - jako lut możemy stosować:

- miedź i stopy miedzi

- srebro i stopy srebra

- luty specjalne

Klejenie - polega na łączeniu materiałów przy pomocy kleju. Klej to substancje niemetaliczne pochodzenia organicznego lub nieorganicznego, które dzięki dużej przyczepności i wewnętrznej spójności łączą trwale materiały stałe, nie wywołując w nim zmian kształtu.

Złącza klejowe powinno się tak kształtować aby spoina poddana była wyłącznie działaniu naprężeń ścinających.

Rozkład naprężeń ścinających spoinę klejową nie jest równa




9. Połączenia nitowe. Współczesne formy nitów, obliczenia wytrzymałościowe połączeń.

Połączenia nitowane są nierozłącznymi połączeniami pośrednimi, w których łącznikami są nity.




Przenoszenie obciążeń w złączu nitowym:

- przez tarcie (a) - w typowym złączu nitowym obciążenie przenoszone jest przez tarcie na styku blech. Naprężenie rozciągające odpowiada sile tarcia.




- przez tarcie i kształt (b) - przy obciążeniu złącza siłą P większą od siły tarcia T występuje niewielki poślizg blachy.

Warunek wytrzymałości nitów na ścinanie:













Aby nie wystąpiła opalizacja otworów, docisk p między nitami a ściankami otworów nie powinien przekraczać docisku dopuszczalnego.










10. Zjawisko luzowania się śrub, zabezpieczenia przed luzowaniem. Łby śrub i nakrętki - rozwiązania konstrukcyjne.

Zabezpieczenia gwintów przed luzowaniem :

- za pomocą nakrętki i przeciw nakrętki ;

- zabezpieczanie elementem sprężystym ;

-zabezpieczanie podkładką sprężystą rozciętą ;

-zabezpieczanie tarciowo - kształtowe ;

- za pomocą prasowanego pierścienia nylonowego lub fibrylowego ;

- nakrętka rozcięta z wkrętem ;

- za pomocą podkładki zębatej i nakrętki łożyskowej ;

- nakrętka koronowa z zawleczka ;

- wkrętem promieniowym .

Łby śrub: a) sześciokątny, b) czworokątny, c) wieńcowy, d) młoteczkowy, e) imbusowy, f) oczkowy




11. Układy wstępnie napięte. Przykłady konstrukcji i ich modelowanie. Rozkład obciążenia zewnętrznego na elementy połączenia, obciążenia zmęczeniowe, układy nieliniowe.




Jak dokręcamy śruba jest naciągana, natomiast tuleja ściskana.







α, β - skojarzone ze sztywnościami (im większe α to śruba bardziej podatna).


;











Efekty zmęczeniowe: jeżeli będziemy zmieniać w czasie kąt i siłę ΔF1 to z tym musi być skojarzona zmiana ΔF2.

12. Rozkład nacisku na zwoju gwintu, nierównomierność rozkładu, konstrukcyjna korekta nierównomierności.


Konstrukcyjnie korektę nierównomierności można wprowadzić poprzez zabieg pokazany na poniższym rys. Odpowiednie ukształtowanie łączonych elementów wprowadza miejscowe naprężenia rozciągające, które umożliwiają bardziej równomierne obciążenie zwojów połączenia gwintowego.




13. Połączenia kształtowe, wpustowe, wielowypustowe, klinowe, wieloboczne, sworzniowe. Budowa i obliczenia.

Połączenia wpustowe
Połączenia wielowypustowe - zaletą ich jest duże obciążenie dzięki zwielokrotnieniu powierzchni nośnych a wadą kłopotliwa i kosztowa technologia
Połączenia klinowe Klin jest wykorzystywany przy montażu jako łącznik wprowadzający wstępny docisk głównych elementów połączenia i tym samym pozwala osiągnąć w połączeniu również cierną zdolność przenoszenia momentów obrotowych. Ponieważ klin jest samohamowny, więc po montażu piasty nie wymaga dodatkowego ustalenia poosiowego.
Połączenia sworzniowe dzielimy na: - takie w których występuje luz i wyginanie ( liczymy je na zginanie i docisk powierzchniowy) - takie które są ciasne i nie występuje w nich wyginanie ( liczymy je na ścinanie i docisk powierzchniowy)

14. Połączenia wciskowe. Obliczenia deterministyczne i probabilistyczne, wpływ temperatury i obrotów. Zjawisko frettingu i przystosowania ciernego.

Obliczenia probabilistyczne:

Wartość wcisku może być tak rozłożona:
















Połączenia wciskowe - sposób połączeń rozłącznych, łączenie czopa z piastą (walcowe lub stożkowe powierzchnie przylegania) najczęściej odbywa się przez wtłaczanie poosiowymi siłami montażu.




Fretting - jedna z odmian zużycia ścierno korozyjnego, pojawia się, gdy powierzchnie elementów będących w kontakcie wykonują względem siebie małe ruchy oscylacyjne. Fretting jest formą zużycia adhezyjnego, jednak uwidacznia się tu duży wpływ korozji.

15. Elementy sprężyste. Obliczenia i dobór sprężyn śrubowych, materiały sprężyn, sprężyny progresywne, łączenia równoległe i szeregowe sprężyn. Utrata stateczności sprężyny śrubowej - obliczenia, zapobieganie, długość graniczna. Sprężyny talerzowe - charakterystyki, zastosowanie.

Na sprężyny najczęściej są używane stale o wysokiej wytrzymałości, a więc stale o dużej zawartości węgla, często z dodatkami stopowymi, zwykle krzemu, a także chromu, manganu, wanadu, wolframu, molibdenu. Materiały sprężyn poddaje się odpowiedniej obróbce cieplnej.





gdzie:
; P - siła ; f - ugięcie

W przypadku układu szeregowego składającego się z n sprężyn jego całkowite odkształcenie jest sumą odkształceń poszczególnych sprężyn
a całkowita sztywność w zależności od sztywności poszczególnych sprężyn
.

W przypadku układu równoległego odkształcenia sprężyn są oczywiście równe, a sztywność całego układu jest równa sumie sztywności poszczególnych sprężyn.


Sprężyny talerzowe - są wykonane w postaci płytek mających kształt powierzchni bocznej stożka ściętego. Obciążenie zewnętrzne jest przykładane na obwodzie górnej i dolnej płaszczyzny sprężyny. W procesie odkształcana na powierzchniach tych występuje tarcie, które powoduje rozpraszanie energii i tłumienie drgań.

16. Wały i osie. Rozwiązania konstrukcyjne, zjawisko rezonansowe wirujących wałów, obliczenia wytrzymałościowe - zastosowanie teorii dystrybucji w przypadku momentów i sił skupionych.

Mskupiony - na wykresie skok

Pskupiona - załamanie wykresu











;
;
- siła sprężystości




e - ugięcie wału

c - sztywność gięta wału


- prędkość krytyczna




17. Tarcie suche, płynne, graniczne. Teoria tarcia. Tarcie toczne. Własności smarów i olejów.

Tarcie suche występuje, wtedy gdy między współpracującymi powierzchniami nie ma żadnych ciał obcych, np.: środka smarnego lub wody. Jest ono bardzo intensywne podczas ślizgania się materiałów chropowatych. Podczas tarcia suchowego wydziela się bardzo duża ilość ciepła co powoduje spadek wytrzymałości oraz wzrost zużywania się części. Zużywanie elementów maszyn podczas tarcia suchego jest bardzo duże.

Tarcie płynne występuje wtedy, kiedy powierzchnie tarcia są rozdzielone przez warstwę smaru. Smarem mogą być wszystkie ciała łatwo odkształcalne plastycznie. Przy tarciu płynnym siła tarcia jest wyłącznie zależna od własności smaru, a nie zależy od własności trących się powierzchni. Najprostszy przypadek tarcia wewnętrznego można przedstawić na następującym rysunku:




Siła tarcia między dwoma płytkami a i b, oddzielonymi warstwą jednorodnej cieczy, jest wprost proporcjonalna do prędkości względnej płytek i odwrotnie proporcjonalna do ich odległości.


- kąt przesunięcia


- prędkość przesunięcia: przyrost przesunięcia przypadający na jednostkę czasu.

Prawo tarcia wewnętrznego.


; gdzie: T - siła tarcia, S - powierzchnia, η - lepkość

Tarcie graniczne(półsuche): istnieje wówczas gdy warstwa substancji płynnej lub gazowej między powierzchniami trącymi ciał stałych jest tak cienka, że ciecz przejawia specyficzne właściwości, zależne od charakteru powierzchni i rodzaju cieczy smarnej. Zatem jeżeli dwie powierzchnie ciał stałych trą o siebie i nie są oddzielone warstwą smaru, ale są pokryte warstewkami pary wodnej, tlenków, siarczków, olejów, bądź innym płynem zwilżającym, wówczas taki rodzaj tarcia nazywamy tarciem suchym.

Tarcie toczne - taki rodzaj tarcia, przy którym prędkość obu ciał w punktach wzajemnego styku są równe i czas trwania styku tych punktów ciał idealnie sztywnych dąży do zera. Tarcie toczne istnieje w punktach styku, w których odkształcenie sprężyste materiału powoduje styk strefowy na pewnym obszarze. W strefie styku istnieje tarcie ślizgowe zewnętrzne na granicy styku oraz wewnętrzne w odkształcanej objętości warstwy wierzchniej trących ciał. Im większa twardość stykających się ciał, tym mniejsza wartość współczynnika tarcia tocznego. Moment tarcia jest równoważony przez moment jaki tworzy siła tarcia(styczna) pomnożona przez promień toczącej się kulki


; gdzie: f -wsp. tarcia tocznego,
- obliczeniowy wsp. tarcia tocznego

Na podstawie podanej zależności można stwierdzić, że toczenie się kulki może istnieć tylko wtedy, jeśli:


i gdy siła popychająca P jest równa lub większa od siły tarcia.

T - siła tarcia w obszarze styku, r - promień kulki toczącej się, N - nacisk normalny kulki,
- wsp. tarcia

Smary i oleje.

Smary płynne: wszystkie oleje mineralne otrzymuje się z destylacji ropy naftowej i rafinacji poszczególnych destylatów, a następnie poprzez odpowiednie komponowanie składu mieszanin. W zasadzie produkuje się następujące grupy rodzajów olejów:

- oleje wrzecionowe (lekkie i średnie mają najmniejszą lepkość od 1.2
)

- oleje maszynowe

- oleje silnikowe ( najbardziej lepkie około
)

- oleje przekładniowe ( najbardziej lepkie do około
)

Smary maziste: dzieli się na różne gatunki, zależnie od składu chemicznego oleju, z którego je uzyskano i od gatunku zagęszczacza. Smary maziste otrzymuje się przez zagęszczenie oleju mineralnego mydłami metali.

Smary stałe: stosowane w przypadku gdy nacisk a zatem i siła są bardzo duże. Smary te charakteryzują się duża odpornością na nacisk, dużą odpornością termiczną, i dużą stabilnością chemiczną.

18. Łożyska toczne. Przegląd rozwiązań konstrukcyjnych. Zasady oznaczania łożysk. Zalety i wady łożysk tocznych.

Odmiany konstrukcyjne łożysk tocznych:

- kulkowe zwykłe

- wahliwe

- samonastawne

- skośne

- walcowe

- stożkowe jednorzędowe

- baryłkowe

Zalety:

- mały wsp. oporów ruchu w fazie rozruchu

- mały wpływ prędkości obrotowej na opory ruchu

- dużą nośność i dużą sztywność w odniesieniu do jednostki sztywności łożyska

- dobre osiowanie wału względem obudowy

- poprawną prace bez dodatkowych układów smarowania

- tanie i łatwe w eksploatacji

Wady:

- stosunkowo mała odporność na wstrząsy i obciążenia dynamiczne

- ograniczone możliwości stosowania dla dużych prędkości obrotowych

- szybki wzrost hałaśliwości pracy ze wzrostem zużycia

Nośność ruchowa:




C - nośność ruchowa

L - liczba milionów obrotów

k=3(kulkowe) k=10/3(walcowe)

Nośność spoczynkowa:







X, Y - współczynnik wrażliwości na siłę promieniową i osiową

19. Nośność ruchowa i spoczynkowa, obroty graniczne, trwałość łożyska, siła zastępcza. Rozkład sił w łożyskach skośnych, układy „o” i „x” , zabudowa łożysk tocznych.

Układ X

Na wał działają siły zewnętrzne Pzew oraz poosiowe S1 i S2, wartość tych sił decyduje o kierunku siły wypadkowej Fwyp

Jeżeli Fwyp skierowana jest w lewo to dociążone jest lewe łożysko a odciążone prawe.

Jeżeli Fwyp skierowana jest w prawo to odciążone jest lewe łożysko a dociążone prawe.




20. Rozkład naprężeń w łożyskach tocznych, punkt Bielejewa, formy zniszczenia łożysk, montaż, smarowanie.




Zniszczenie nie zaczyna się w punkcie styku tylko wewnątrz materiału, jest to spowodowane tym że oprócz naprężeń ściskających występują również naprężenia boczne
przez to występuje wszechstronne ściskanie.

Wewnątrz materiału gdzie występuje największa różnica naprężeń
i
znajduje się punkt Bielajewa.

21. Łożyska ślizgowe. Zalety i wady, zestawienie z łożyskami tocznymi. Rozwiązania konstrukcyjne, materiały łożysk.

Łożysko ślizgowe - łożysko nie posiadające ruchomych elementów pośredniczących. Czop wału lub inny obrotowy element jest umieszczony w cylindrycznej panewce z pasowaniem luźnym. Najbardziej istotnym elementem łożyska ślizgowego hydrodynamicznego jest szczelina smarna w której gromadzi się smar i w której w trakcie ruchu czopa tworzy się klin smarny.

22. Równania opisujące zjawisko klina smarnego w łożysku poprzecznym, rozkład ciśnień w łożysku stopowym. Dobór łożysk ślizgowych na podstawie liczby Sommerfelda.

Efekt klina smarnego




P - ciśnienie

Liczba Sommerfelda

























23. Sprzęgła nierozłączne. Rozwiązania konstrukcyjne. Kompensacja osiowa (sprzęgło krzyżakowe Oldhama) i kątowe (Cardana) : kinematyka sprzęgła krzyżakowego i Cardana. Rozruch sprzęgła nierozłącznego.

Sprzęgło nierozłączne(tuleja) - łączy dwa wały

Sprzęgło Oldhama, krzyżakowe (kompensacja osiowa) - sprzęgło przymusowe, rozłączne, kompensacyjne. W sprzęgle tego typu człon czynny (1) i bierny (2) wyposażone są we wypusty, pasujące do rowków umieszczonych po obu stronach elementu pośredniczącego - tarczy (3). Oba wypusty i rowki usytuowane są w stosunku do siebie pod kątem prostym. Taka konstrukcja pozwala tolerować znaczne przesunięcia osi wałów.

Sprzęgło Cardana (kompensacja kątowa) - sprzęgło wychylne znane także pod nazwą sprzęgło Cardana lub przegub Cardana - sprzęgło przymusowe nierozłączne, kompensacyjne (sprzęgło nierozłączne, mechaniczne, samonastawne, kątowe - wg hierarchii Podstaw Konstrukcji Maszyn).

Krzyżowy łącznik (1), rodzaj zdwojonego sworznia, łączy dwa widłowe zakończenia wałów czynnego (2) i biernego (3). Takie połączenie pozwala na przeniesienie mocy pomiędzy wałami nawet znacznie odchylonymi względem siebie. Problemem sprzęgieł wychylnych jest to, że prędkość wału biernego jest pulsacyjna. Im kąt pomiędzy osiami wałów większy, tym pulsacja większa. Zwykle wadę kompensuje się stosując zdwojone sprzęgła wychylne gdy tylko geometria napędu na to pozwala.

α - kąt między osiami wału

24. Sprzęgło podatne. Zasada działania, pętla histerezy. Rozwiązania konstrukcyjne.

Sprzęgła podatne - są sprężyste i spełniają funkcję amortyzatora nadwyżek dynamicznych lub służą jako izolator drgań dwóch wzajemnie połączonych sprzęgłem części.

Pętle histerezy występują gdy następuje tracenie energii przy powstawaniu drgań.




Poza sztywnością sprzęgła podatne charakteryzują się pochłanianiem energii. Pole A_r zakreślone pętlą histerezy przedstawia energię mechaniczną zamienioną na ciepło podczas jednego cyklu obciążenia. Rozproszenie energii jest wynikiem procesów zachodzących w materiale łącznika lub wynikiem tarcia między elementami sprzęgła.




A_r - praca tłumienia podczas jednego cyklu pracy

A_s - praca odkształcenia sprężystego na jednym cyklu pracy

25. Sprzęgła kłowe i zębate. Układ sił w sprzęgle kłowym, warunki samohamowności. Działanie synchronizatora.

Sprzęgła kłowe - na czołach obydwu członów są rozmieszczone odpowiedniego kształtu kły. W stanie włączonym kły wchodzą w wycięcia współpracującego czoła. Sprzęgła te różnią się głównie kształtem kłów.

Sprzęgła zębate - człony zęba mają często wieńce zębate. Jeden z zębów ma uzębienie zewnętrzne, a drugi wewnętrzne. Jeden z członów musi być przesuwny. W celu ułatwienia włączenia sprzęgła przy istnieniu różnicy prędkości obrotowych jego członów, używa się synchronizatorów.







Warunek samohamowności :




Synchronizatory

Koło zewnętrzne, które łączy nam dwa układy zębate ma w sobie stożek który wchodzi na stożek wirujący i siłami tarcia te stożki wyrównują swój bieg. A później następuje załączenie koła zębatego.

Układ sił na kłach sprzęgła




26. Sprzęgło cierne. Zasada działania, obliczenia, rozwiązania konstrukcyjne.

Rozwiązania konstrukcyjne.

Sprzęgła sterowane mechanicznie w zależności od liczby par ciernych występują jako:

- jednotarczowe

- wielotarczowe (wielopłytkowe)

Sprzęgła wielopłytkowe przy stosunkowo małych wymiarach mogą przenosić znaczne momenty obrotowe a jednotarczowe przy takim samym momencie mogą odprowadzić większą ilość ciepła są jednak dużo większe i cięższe.

Sprzęgło wielotarczowe pojedyncze składa się z czoła 1, na którym są osadzone płytki wewnętrzne 8 na przemian z płytkami zewnętrznymi 7 osadzonymi w członie 2, tworzą pakiet płytek. W czołach 1 i 2 sprzęgła znajdują się rowki wpustowe, w których prowadzone są odpowiednie płytki. Pakiet płytek znajduje się między pierścieniami oporowymi 5 a płytką dociskową 4. Dźwignia doskokowa 3 umieszczona jest w członie 1, na którym jest osadzony przesuwnie pierścień sterujący 6. Przy rozłączonym sprzęgle pierścień 6 zsunięty jest z dźwigni 3 i pakiet płytek nie jest zaciśnięty

27. Rozruch sprzęgła ciernego. Równanie rozruchu redukcja mas i momentów bezwładności do wału sprzęgła.

Równanie rozruchu:

Jeżeli moment tarcia M_t i moment oporu maszyny roboczej M₂ zakłada się jako stały w określonym czasie, to moment rozruchu w napędzie: M_r=M_t-M₂=const.

Proces włączenia składa się z dwóch okresów:

- poślizg sprzęgła przy nieruchomym wale napędzanym

- poślizg sprzęgła przy rozpędzającym się wale napędzanym




28. Sprzęgło bezpieczeństwa, sprzęgło jednokierunkowe, sprzęgło hydrauliczne, elektromagnetyczne. Rozwiązania konstrukcyjne, podstawowe obliczenia.

Sprzęgła bezpieczeństwa - ochraniają najsłabsze elementy maszyn prze przeciążeniami pochodzącymi od maszyny roboczej. Działanie ich opera się na dwóch zasadach:

- całkowitego rozłączenia przy wzroście momentu obrotowego ponad wartość graniczną.

- ograniczenia wartości przenoszonego momentu do wartości bezpiecznej.

Rozwiązania konstrukcyjne - spotyka się dwie odmiany sprzęgieł bezpieczeństwa:

- sprzęgła z łącznikiem podlegającym zniszczeniu

- sprzęgła z trwałymi łącznikami

Podstawowe obliczenia:

Dla sprzęgieł bezpieczeństwa ze ścinanymi kołkami wartość momentu granicznego, powodującego ścinanie kołka, wyznacz się z zależności:
lub w przypadku określonego wcześniej momentu granicznego wyznacza się średnicę ścinanego kołka


Sprzęgło jednokierunkowe - sprzęgło przekazujące moment obrotowy tylko w jednym kierunku, a wyłączające się przy zmianie kierunku obrotowego.

Sprzęgło elektromagnetyczne - przenosi napęd dzięki oddziaływaniu pola magnetycznego, powodującego zaciśnięcie tarczy ciernej lub zestalenie (albo stężenie) proszku lub pasty ferromagnetycznej, znajdujących się pomiędzy elementami napędzającymi i napędzanymi.

29. Hamulec taśmowy. Wzór Eulera-Eytelweina. Hamulec zwykły, sumowy, różnicowy. Wady, zalety.


S₁ > S₂













Hamulec zwykły - hamulce te nadają się tylko do mechanizmów, w których hamowanie momentem maksymalnym następuje zawsze przy jednym kierunku ruchu.

Hamulec sumowy - oba końce taśmy są równocześnie napięte. Hamulec sumowy przy tych samych parametrach rozwija mniejszy moment hamujący niż hamulec zwykły.

Hamulec różnicowy - ruch dźwigni wywołuje napinanie jednego końca taśmy i zwalnianie drugiego.

30. Hamulec bębnowy ze szczękami zewnętrznymi. Klocki sztywne i przegubowe. Rozkłady nacisków, możliwość zakleszczenia, wsp. asymetrii nacisków, wsp. skutku hamowania. Materiały elementów ciernych. Hamulce tarczowe i wzdłużne.

31. Podstawowe zasady zazębienia, zazębienia cykloidalne i ewolwentowe (wady, zalet). Geometria zazębienia ewolwentowego, odcinek przyporu, podziałka, moduł, stopień pokrycia.

Zarys ewolwentowy

Zalety:

- spełnia podstawowe prawa zazębienia tzn. jest zarysem sprzężonym, cechę tę zachowuje również przy zmianie odległości osi

- łatwe do wykonania; obróbka kół zębatych o różnych liczbach zębów może być wykonywana tym samym narzędziem

- siła międzyzębowa (przy pominięciu siły tarcia) zachowuje stały kierunek w czasie współpracy zębów, dzięki czemu znika przyczyna hałasu i drgań

Wady:

- wypukły kontakt zębów występuje w przekładniach o zazębieniu zewnętrznym, któremu towarzyszy duży nacisk na powierzchnie kontaktu, co jest przyczyną zmniejszenia trwałości, wada ta ni występuje w zazębieniu wewnętrznym

- dość duża prędkość poślizgu zębów, co w pewnych warunkach prowadzi do uszkodzenia zębów spowodowanego zatarciem.




Odcinek przyporu - E₁E₂ odcinek na którym mogą leżeć punkty przyporu.

Podziałka czołowa(obwodowa) p - długość łuku okręgu podziałowego zawartego między dwoma jednoimiennymi sąsiednimi bokami zębów. Podziałce tej odpowiada również podziałka kątowa τ, równa ilorazowi kąta pełnego i ilości zębów.


stąd
d - średnica podziałowa, z - ilość zębów


- moduł - miara wielkości zęba wyrażana w milimetrach. Moduły zębów są normalizowane.

32. Wykonanie kół walcowych zębatych. Zębatka Magga, koło Fellowsa, frez ślimakowy. Kinematyka, możliwość podcięcia zęba.

W metodzie Magga narzędzie w postaci listwy zębatej wykonuje prosty ruch roboczy postępowo-zwrotny. Przedstawiona metoda nie może być stosowana do nacinania zębów kół o uzębieniu wewnętrznym dlatego stosuje się obróbkę o charakterze ciągłym do których można zaliczyć metodę Fellowsa i frezowanie za pomocą frezu ślimakowego.

Narzędzie wykonuje jedynie ruch roboczy - dłutujący, natomiast koło nacinane wykonuje obydwa składowe ruchy toczne. Do metody tej używa się dłutownicy Maaga. I - Moment, gdy narzędzie rozpoczyna nacinać pierwszy ząb, przy czym nacinane koło jak gdyby przetacza się po zębatce, wykonując jednocześnie obrót w kierunku A oraz przesunięcie w kierunku strzałki B. II - Moment, gdy koło przesunęło się dokładnie o jedną podziałkę, a jednocześnie obróciło się o kąt odpowiadający tej jednej podziałce, a więc ząb został w części obrobiony. III - Moment, gdy narzędzie zatrzymuje się u góry (nad nacinanym kołem), samo zaś koło przesuwa się (bez obrotu) wstecz o 1 podziałkę w kierunku strzałki C i w ten sposób następuje podział. Po dokonaniu podziału następuje drugi cykl ruchów, a więc narzędzie rozpoczyna ruch roboczy, a nacinane koło ruchy toczne i w ten sposób zostanie obrobiony następny ząb itd. aż zostaną nacięte wszystkie żeby, co nastąpi po pełnym obrocie koła nacinanego.

Metodę tą wykonuje się na dłutownicach Fellowsa (nowoczesne dłutownice zaopatrzone są w urządzenie do samoczynnego wyłączania ruchów obrabiarki po zakończonej obróbce koła zębatego). W metodzie tej narzędzie ma kształt koła zębatego. Wykonuje ono ruch roboczy dłutujący oraz powoli się obraca, przy czym obraca się jednocześnie nacinane koło w odpowiednim kierunku. Ruchy obrotowe narzędzia w kierunku strzałki A i nacinanego koła w kierunku strzałki B są ze sobą ściśle powiązane. Podczas obróbki kół zębatych metodą Fellowsa występują następujące ruchy zasadnicze: ruch roboczy narzędzia posuwisto-zwrotny wzdłuż linii zęba obrotowy ruch narzędzia obrotowy ruch nacinanego koła.

33. Korekcja zazębienia. Graniczna liczba zębów, Korekcja P0 i P, technologiczna i konstrukcyjna. Wzór Folmera, skrócenie zęba. Ograniczenia korekcji.

Graniczna liczba zębów;




Korekcja zazębienia P-0 - Polega na przesunięciu narzędzia zębatkowego w jednym kole na zewnątrz o taką samą wielkość, o jaką w drugim kole - ku wnętrzu.




- Odległość osi kół jest zerowa - określana wzorem : -Kola toczne pokrywają się z podziałowymi -Zwiększa się wysokość głowy koła mniejszego -Całkowita wysokość zęba nie zmienia się -Kąt przyporu ulega zmianie

Ta korekcja zazębienia może być przeprowadzona pod warunkiem, że :

Zastosowanie korekcji P




Warunek nie może być spełniony z góry zakłada się Skrócenia zęba od wierzchołka Gdzie: k - współczynnik skrócenia zęba od wierzchołka

Występują tutaj wzory dla : - pozornej odległości osi ap - rzeczywistej odległości osi ar - średnicy koła tocznego - tocznego kąta przyporu -

34. Przekładnie zębate stożkowe. Geometria, przełożenia kinematyczne i czołowe, zastępcza liczba zębów. Wykonanie - metoda Gleasona, Oerlikona, frez Klingelnberga. Rozwiązania konstrukcyjne przekładni walcowych i stożkowych.

W kołach zębatych walcowych o zębach śrubowych linia zęba na rozwinięciu walca podziałowego jest pochylona pod kątem b względem tworzącej walca. Zęby skośne nacina się takimi samymi narzędziami co zęby proste.

W pewnych zagadnieniach występujących w walcowych kołach o zębach skośnych celowe jest zastąpienie tych kół „umownymi” kołami walcowymi o zębach prostych - równoważnymi pod pewnym względem kołom o zębach śrubowych. Takie równoważne koła walcowe o zębach prostych nazywamy kołami zastępczymi, a liczbę zębów tych kół o module równym modułowi nominalnemu (normalnemu) nazywamy zastępczą liczbą zębów.

Wyznaczenie zastępczej liczby zębów sprowadza się do obliczenia maksymalnego promienia krzywizny elipsy otrzymanej w wyniku przecięcia walca z którego powstało koło z płaszczyzną ustawioną pod kątem b.

Półosie elipsy wynoszą:



Największy promień elipsy:


Liczba zębów z_v o module nominalnym, którą można zmieścić na obwodzie okręgu o promieniu r_zast jest równa ilorazowi obwodu tego okręgu i podziałki normalnej:


Metoda Gleasona - noże rozmieszczone są w głowicy frezowej wzdłuż obwodu koła, dzięki czemu linie zębów są łukami okręgów.	Metoda Klingelnbega - do obróbki kół zębatych stosuje się narzędzia w postaci stożkowego frezu ślimakowego. W wyniku wykonania kół tą metodą otrzymuje się zazębienie ewolwentowe linii zębów.	Metoda Oerlikona - noże ustawione są wzdłuż kilku grup spirali Archimedesa. W wynik złożonych ruchów narzędzia i zębatki pierścieniowej uzyskuje się linie zębów w postaci epicykloidy wydłużonej.

35. Przekładnie ślimakowe. Wady i zalety, zastosowanie. Rozwiązania konstrukcyjne.

Przekładnia ślimakowa - przekładnia zębata o osiach prostopadłych leżących w dwóch różnych płaszczyznach. W przekładniach ślimakowych współpracują dwa elementy o odmiennej konstrukcji:

- ślimak: wirnik śrubowy z gwintem trapezowym.

- ślimacznica (koło ślimakowe): koło zębate z zębami śrubowymi, wklęsłe w przekroju wzdłużnym.

Zalety:

- duża powierzchnia przyporu zębów przy ich styku liniowym

- możliwość uzyskania dużych przełożeń (1:50 i więcej)

- równomierność przeniesienia ruchu i cichobieżność

- możliwość uzyskania przekładni samohamownej

Wady:

- mała sprawność

- nagrzewanie się przekładni

Zastosowanie: wszędzie gdzie wymagana jest samohamowność i płynność ruchu oraz dobre tłumienie drgań (przenośniki, podajniki, stoły obrotowe, mechanizmy podnoszenia).

Rozwiązania konstrukcyjne

Konstrukcja przekładni ślimakowej zależy od kilku podstawowych czynników decydujących o jej budowie i układzie elementów i podzespołów. Rozróżnia się trzy podstawowe odmiany konstrukcyjne:

- ze ślimakiem górnym

- ze ślimakiem dolnym

- z pionowym położeniem koła ślimakowego

36. Przekładnie obiegowe. Przełożenia, kinematyka, zastosowanie.

Przekładnia obiegowa lub planetarna - przekładnia zębata, w której jedno lub więcej kół nie ma ustalonej osi obrotu.

Typowa przekładnia obiegowa składa się z kół głównych (1) i (3) (zwanych także centralnymi lub słonecznymi) oraz kół obiegowych (2) (planetarnych) zainstalowanych na jarzmie (4). Kół obiegowych jest zwykle para lub więcej. W przekładni takiej mamy trzy możliwości przeniesienia mocy, a co za tym idzie trzy różne wartości przełożenia: 1. Jarzmo (4) jest unieruchomione - napęd przenoszony jest z koła (1) na koło (3) z pośrednictwem kół obiegowych (2), w tym przypadku ze stałymi osiami. i = z3 / z1 2. Koło (3) jest unieruchomione - napęd przenoszony jest z koła (1) na jarzmo (4), za pośrednictwem kół obiegowych (2). i = z1 / (z1 + z3) 3. Koło 1 jest unieruchomione - napęd przenoszony jest z koła (3) na jarzmo (4), za pośrednictwem kół obiegowych (2). i = z3 / (z1 + z3)

37. Przekładnie cierne, wariatory, rozwiązania konstrukcyjne.

Przekładnia cierna - przekładnia mechaniczna, w której dwa poruszające się elementy (najczęściej wirujące) dociskane są do siebie tak by powstało pomiędzy nimi połączenie cierne. Siła tarcia powstająca pomiędzy elementami odpowiedzialna jest za przeniesienie napędu.

Rozróżnia się przekładnie cierne o położeniu stałym lub zmiennym w sposób ciągły. Te ostatnie nazywamy wariatorami.

Rozwiązania konstrukcyjne

Wariatory:

- kulkowy




i=1

Zasada działania mechanizmu samo zaciskającego, powoduje dociskanie tarcz ciernych do kulek ułożyskowanych tocznie na osiach, które są pochylone w celu uzyskania zmian przełożenia przekładni.

- toroidalny




Schemat współpracujących ze sobą elementów ciernych - przekładnia składa się z dwóch tarcz z powierzchniami ciernymi o kształcie tourusa, współpracującymi z dwoma kołami ciernymi ułożyskowanymi tocznie na wałkach. Osie kół ciernych mogą zajmować położenie w zakresie kątów
.

- z rolkami dwustożkowymi







Rolki toczne o kształcie dwóch stożków ściętych połączonych większymi podstawami, ułożyskowanych na osiach, współpracują z elementami ciernymi, dociskanymi do powierzchni stożkowych za pomocą mechanizmów samozaciskujących. Przesuwanie układu rolek wzdłuż osi wariatora w celu zmienienia przełożenia umożliwia zębatka napędzana kołem zębatym.

38. Przekładnie pasowe. Przegląd rozwiązań. Siły czynne i bierne, wsp. napędu, poślizg. Przekładnie pasowe klinowe i zębate. Zalety i wady. Przekładnie łańcuchowe. Zestawienie z przekładniami pasowymi.













µ - wsp. tarcia pasa na kole

α - kąt opasania na kole (na rysunku L)







Su - siła użyteczna na cięgnie

Sc - siła czynna

Sb - siła bierna

N - moc przenoszona z czynnego koła na bierne

---