PKM opracowane zagadnienia


PKM

EGZAMIN

Pytania + opracowania

  1. Opis maszyn, zasady konstruowania, optymalizacja konstrukcji - kryterium.

Maszyna jest konstrukcją, której co najmniej jedna część jest ruchoma. Maszyna składa się zwykle z zespołów lub części. Zespoły pełnią określone funkcje i również składają się z części. Zespołami są np.: sprzęgła lub hamulce.

0x08 graphic

Konstruowanie jest szczególnym rodzajem projektowania, dotyczącym maszyn. Projekt maszyny przygotowuje zwykle zespół doświadczonych konstruktorów zgodnie z następującym algorytmem:

Optymalne projektowanie to wybór takiego wariantu konstrukcji z obszaru rozwiązań dopuszczalnych, których wyróżnione właściwości SA minimalne lub maksymalne. Wyróżnia się optymalizację jednokryterialną, zwaną skalarową, oraz wielokryterialną, zwaną wektorową lub poliptymalizacją.

  1. ograniczenia w projektowaniu maszyn - warunki wytrzymałości i stateczności.

Warunek wytrzymałości jest jednym z ograniczeń obowiązujących w projektowaniu maszyn lub ich części. Spełnienie jego jest niezbędne, gdyż wyklucza się w ten sposób zniszczenie konstrukcji przez pęknięcie, w praktyce może to sprawić pewne trudności, które dotyczą:

Warunek wytrzymałości dla konstrukcji formułowany jest w następująco sposób:

σmax ≤ σdop lub τmax ≤ τdop

gdzie:

σmax - największe naprężenia normalne lub zastępcze Hubera-Misesa

τmax - największe naprężenia styczne

σdop , τdop - naprężenia dopuszczalne

Warunek stateczności jest jednym z ograniczeń obowiązujących w projektowaniu maszyn lub ich części. Jego spełnienie zabezpiecza konstrukcję przed wyboczeniem. Prostymi częściami maszyn narażonymi na wyboczenie są najczęściej ściskane śruby, płyty prostokątne lub walcowe naczynia cienkościenne.

Warunek stateczności dla konstrukcji formułowany jest zwykle następująco:

Fmax0x01 graphic
lub σmax0x01 graphic

Gdzie:

Fmax , σmax - naprężenia dopuszczalne

FCR , σCR - obciążenie, naprężenia krytyczne

Cs - współczynnik bezpieczeństwa na wyboczenie ( 1 < Cs )

  1. tolerancja wymiarów, odchyłki klasy dokładności, zasada stałego otworu, układ pól tolerancji

0x08 graphic
Tolerancja wymiaru definiowana jest jako różnica między wymiarami granicznymi. W budowie maszyn tolerancje i pasowania odnosi się do wałków i otworów, należy zauważyć, że wartości odchyłek dolnych mogą być ujemne.

Tolerancje wymiarów są znormalizowane i szczegółowo opisane w obowiązujących normach. Położenia pól tolerancji (odchyłek podstawowych) w odniesieniu do linii zerowej oznaczone są literami

Istnieją dwie możliwości pasowania wałka i otworu wg zasady stałego wałka lub otworu. W budowie maszyn, z uwagi na koszty produkcji, stosowana jest przede wszystkim zasada stałego otworu, która polega na tym, że średnicę otworu wykonuje się jako podstawową, zgodnie z polem tolerancji H, a średnicę wałka wykonuje się z takim polem tolerancji, aby otrzymać założone pasowanie.

  1. Ogólna charakterystyka podstawowych połączeń - przykłady tych połączeń

0x08 graphic
Maszyny lub ich zespoły składają się z części, które są ze sobą połączone. Wyróżnia się połączenia rozłączne i nierozłączne. W połączeniach nierozłącznych podczas rozłączania części łączone lub łączniki ulegają zniszczeniu, natomiast w połączeniach rozłącznych pozostają nieuszkodzone.

  1. Połączenie nitowe, warunki wytrzymałościowe dla prostego obciążenia, przykłady połączeń

0x08 graphic
Połączenie nitowe jest połączeniem nierozłącznym pośrednim. Uzyskuje je się w procesie technologicznym zwanym nitowaniem, który polega na wierceniu otworów w łączonych częściach, np.: blachach, ścięciu krawędzi otworów - usunięciu zadziorów - włożeniu nitu do otworu a następnie wykonaniu zakuwki.

Przykłady połączeń nitowych: a) zakładkowe

b) nakładkowe

c) blachownicy

d) zbiornika ciśnieniowego

0x08 graphic
0x08 graphic
Warunek wytrzymałościowy dla prostego obciążenia:

Aby połączenie nie zostało uszkodzone, musi spełnić warunek

  1. Połączenie nitowe wspornika - rozkład sił w łącznikach, warunek wytrzymałości

0x08 graphic
Połączenie nitowe oprócz prostego rozciągania są również pod działaniem złożonych obciążeń. Przykładem jest wspornik obciążony siłą F:

Obciążenie wspornika siłą skupioną F jest równoważone siłami działającymi na łączniki- nity. Zakłada się, że wspornik jest sztywny w porównaniu z nitami, co znacznie upraszcza sformułowanie układu statycznego sił.

0x08 graphic

Obciążeniem statycznie równoważnym do zadanego jest siła F przyłożona w środku łączników (punkt 0) oraz moment M­0= (c + b0 + b1 + b2 - e0)F. Położenie środka łączników- nitów określa wymiar e0. Z warunku zerowania momentu statycznego względem osi pionowej do wspornika przechodzącej przez ten punkt po prostych przekształceniach otrzymano:

e0= 0x01 graphic
(b1 + 3b2)

Siła przyłożona w punkcie 0 rozkłada się równomiernie na wszystkie łączniki- nity, zatem:

Ty= 0x01 graphic
F Gdzie: n- liczba łączników- nitów,

Moment M­0 którego wektor jest przyłożony w punkcie 0 i prostopadły do płaszczyzny wspornika, rozkłada się na odpowiednie proste momenty Mi = ri T0i zatem:

M0= 0x01 graphic
riToi

Z założenia, że wspornik jest sztywny w porównianiu z łącznikami, wynika, iż proporcja siły T0i i ramienia ri jest stała stąd:

T0i = riC0

Dlatego otrzymano:

C0 =0x01 graphic

Stała C0 [N/mm] jest wielkością charakterystyczną dla projektowanego wspornika. Promienie ri jako przeciwprostokątne odpowiednich trójkątów prostokątnych opisuje twierdzenie Pitagorasa.

Dowolny łącznik- nit obciążony jednocześnie dwiema siłami Ty i Toi, a ich suma (moduł sumy dwóch wektorów)

ti=0x01 graphic
gdzie: α- kąt między tymi wektorami- siłami.

Warunek wytrzymałości: dla połączenia wspornika przybiera postać:

0x01 graphic

gdzie:

Tt,max- max{Tt,1, Tt,2,…, Tt,n}- największa wartość siły działającej na nit

  1. Połączenia spajane: spawane, lutowane

0x08 graphic
Połączenie spawane otrzymuje się w procesie technologicznym zwanym spawaniem, który polega na lokalnym stopieniu łączonych części i wprowadzeniu dodatkowo metalu (spoiwa) w miejscu łączenia, Spoiwami są specjalne elektrody topliwe lub druty spawalnicze. Między łączonymi częściami po ich ostygnięciu powstaje spoina.


0x08 graphic
Najczęściej stosuje się spoiny czołowe (doczołowe) i pachwinowe (kątowe) a rzadziej spoiny otworowe lub punktowe.

Warunek wytrzymałości dla spoin pachwinowych formułowany jest następująco:

0x01 graphic
τdop

As = aLs - pole pow. Przekroju spoiny

a - najmniejszy wymiar spoiny

Ls - długość spoiny

Połączenie lutowane otrzymuje się w procesie technologicznym zwanym lutowaniem, który polega na łączeniu części za pomocą roztopionego metalu zwanego lutem. Warunkiem uzyskania prawidłowego połączenia jest metaliczna czystość powierzchni łączonych części, dzięki czemu zachodzi zjawisko kohezji i dyfuzji. Wytrzymałość połączenia lutowanego jest większa od wytrzymałości lutu.

Wyróżnia się lutowanie:

0x08 graphic

Warunki wytrzymałości dla połączeń lutowanych formułuje się podobnie jak dla spawanych.

  1. Połączenia spajane: zgrzewane, klejone - rozkład naprężeń w połączeniu

Połączenie zgrzewane otrzymujemy w procesie technologicznym zwanym zgrzewaniem, który polega na lokalnym dociśnięciu i podgrzaniu łączonych części do temperatury topnienia. Istnieją różne sposoby lokalnego nagrzewania , np.: gazowe, mechaniczne lub elektryczne. W praktyce stosuje się zgrzewanie elektryczne oporowe lub mechaniczne tarciowe. Zgrzewanie elektryczne wykonuje się za pomocą zgrzewarek.

0x08 graphic
Zgrzewanie mechaniczne tarciowe stosowane jest do łączenia dwóch prętów o przekrojach kołowych wykonywane jest na specjalnej maszynie, wyposażonej w dwa obrotowe uchwyty. Ciepło potrzebne do lokalnego podgrzania końców obu prętów wytwarzane jest przez tarcie powierzchni czołowych.

0x08 graphic
Wyróżnia się następujące rodzaje zgrzewania:

Warunki wytrzymałości dla połączeń zgrzewanych formułuje się podobnie jak dla spawanych lub nitowych.

0x08 graphic
Połączenia klejone otrzymuje się w procesie technologicznym, który polega na łączeniu części za pomocą kleju. Klejenie jest nowoczesna technologią stosowaną w budowie maszyn. Skuteczność klejenia jest ściśle związana ze zjawiskiem adhezji (sił przyczepności) i kohezji (sił spójności międzycząsteczkowej). Kleje konstrukcyjne są tworzywami syntetycznymi, których głównym składnikiem jest żywica. Właściwości połączenia klejonego - spoiny klejowej - zależą od budowy chemicznej podstawowych składników kleju, a także od jakości przygotowanej powierzchni łączonych części.

Warunki wytrzymałości dla połączeń klejonych formułuje się podobnie jak dla spawanych.

  1. Połączenia kształtowe: wpustowe, wypustowe, kołkowe, sworzniowe, klinowe

0x08 graphic
Połączenia wpustowe są połączeniami pośrednimi , w których wpust pełni funkcję łącznika. Połączenia wpustowe są połączeniami bezpośrednimi, w których powierzchnie części łączonych są odpowiednio ukształtowane. Połączenia wielowypustowe są znormalizowane. Przykłady połączeń wpustowych i wielowypustowych:

0x08 graphic
Warunki wytrzymałości dla połączeń wpustowych formułuje się podobnie jak dla nitowych. W prostym opisie matematycznym przyjmuje się, że zniszczenie wpustu może nastąpić w wyniku jego ścięcia lub ściśnięcia.

0x08 graphic

Połączenia kołkowe i sworzniowe są połączeniami pośrednimi, w których sworzeń lub kołek pełni funkcję łącznika. Podstawowe cztery rodzaje kołków stosowane w budowie maszyn:

0x08 graphic
0x08 graphic
Podstawowe rodzaje sworzni stosowane w budowie maszyn. Sworznie wyposażone są w otwory, w których umieszczone są zawleczki zabezpieczające je przed wypadnięciem.

Warunki wytrzymałości dla połączeń kołkowych i sworzniowych formułuje się podobnie jak dla nitowych.

Połączenia klinowe są połączeniami pośrednimi, w których klin pełni funkcję łącznika. Stosowane są kliny jednostronne lub dwustronne.

0x08 graphic

0x08 graphic
Na powierzchniach bocznych klina działają siły normalne N i siły tarcia T. Klin pozostaje w spoczynku tylko wtedy, gdy składowe sił tarcia w kierunku osi x są większe od składowych sił normalnych w tym kierunku.

Warunek samohamowności dla klina, wyrażony za pomocą sumy rzutów sił na kierunek osi x, ma postać:

N sinα < T cosα

  1. 0x08 graphic
    Połączenia wciskowe - pasowanie ciasne - opis matematyczny - funkcja przemieszczenia

Połączenie wciskowe jest zastosowaniem pasowania ciasnego w praktyce. Początkowa różnica między odpowiednimi wymiarami łączonych części całkowicie zanika na skutek ich odkształceń sprężystych podczas montażu. Ze względu na zastosowaną technologię montażu wyróżnia się połączenia wtłaczane i skurczowe. Pierwsze z nich uzyskuje się przez wtłoczenie jednej części w drugą, a drugie przez podgrzanie lub oziębienie tylko jednej części, a następnie po luźnym ich połączeniu, przez wyrównanie temperatury w obu częściach. Mo0żliwe jest zastosowanie dwóch technologii montażu na raz.

Równanie równowagi sił zapisane dla kierunku dwusiecznej kąta dφ po prostych przekształceniach przybiera postać:

0x01 graphic

Występują tu dwa nieznane naprężenia: 0x01 graphic
i obrotowe 0x01 graphic
, które na podstawie prawa Hooke'a zapisano następująco:

0x08 graphic
0x01 graphic
, 0x01 graphic

Gdzie: E,v - stałe materiałowe (moduł Younga, liczba Poissona)

Przykładem połączenia wciskowego jest osadzenie łożyska na czopie wału lub koła na osi zestawu kolejowego. Należy zaznaczyć, że obręcz koła jest również osadzona na kole za pomocą połączenia skurczowego.

  1. Połączenia gwintowe - przykłady. Gwint, zarysy gwintu, warunek wytrzymałości.

0x08 graphic
0x08 graphic
Połączenia gwintowe są połączeniami rozłącznymi kształtowymi, szeroko stosowanymi w budowie maszyn. Wyróżnia się połączenia pośrednie i bezpośrednie, spoczynkowe i ruchome. W połączeniach pośrednich stosowany jest łącznik - śruba, natomiast w bezpośrednich części łączone wyposażone są w gwint. Najczęściej stosowanymi łącznikami są śruby z nakrętką.

0x08 graphic
Podstawowym gwintem o zarysie trójkątnym jest gwint metryczny, znormalizowany i stosowany przede wszystkim w połączeniach spoczynkowych. Jego zaletami są duża wytrzymałość i mała wrażliwość na niedokładności wykonania. Gwinty trapezowe są metryczne o zarysie symetrycznym oraz niesymetrycznym. Gwinty prostokątne nie są znormalizowane i stosuje się je rzadko. Korzystniejsze od nich są gwinty trapezowe. Gwinty okrągłe, z uwagi na korzystny kształt karbów, są mało wrażliwe na efekty zmęczeniowe i dlatego znajdują zastosowanie w połączeniach części obciążonych udarowo. Oprócz wymienionych gwintów stosowane są gwinty toczne, w których między śrubę a nakrętkę wprowadzone są kulki, a tarcie ślizgowe zastąpione jest tarciem tocznym.

Warunki wytrzymałości dla połączeń gwintowych formułuje się podobnie jak dla innych połączeń.

  1. Śruba jako maszyna prosta - rozkład sił - sprawność mechanizmu.

0x08 graphic
Śruba jako maszyna prosta jest równią pochyłą. Nakrętka obciążona jest siłą osiową sprężystości śruby Fo, siłą klucha H i siłą tarcia T. W połączeniu spoczynkowym (H=0) siła osiowa Fo dociska gwint nakrętki do gwintu śruby. Na styku tych dwóch powierzchni występuje siła tarcia T = μN , styczna do linii śrubowej, oraz siła nacisku N = Focosγ/cosα , normalna do powierzchni bocznej zarysu gwintu.

Sprawność mechanizmu dla zakręcania, po uwzględnieniu siły na kluczu, przybiera postać:

η(zakr) = 0x01 graphic

Sprawność jest funkcją dwóch zmiennych: kata pochylenia linii śrubowej γ i kąta tarcia ρ*. Wpływ kąta tarcia jest oczywisty; im mniejszy jest ten kąt, tym większa sprawność.

  1. Połączenia kołnierzowe- śrubowe- stan początkowy, eksploatacyjny, szczelność

Połączenie kołnierzowo śrubowe są stosowane w urządzeniach ciśnieniowych. Podstawowymi częściami tych połączeń są kołnierze, śruby i uszczelka.

Podstawowym problemem w eksploatacji tych połączeń jest ich szczelność.

  1. stan początkowy (montażowy)

  2. stan eksploatacyjny

0x08 graphic
0x08 graphic

Płyn pod ciśnieniem p0 obciąża połączenie od wewnątrz. Szczelność zapewniona gdy nacisk pu­ ­na powierzchniach bocznych uszczelki przewyższa ciśnienie po. Materiał uszczelki ogranicza wartość maksymalnych nacisków.

Równanie równowagi sił w stanie początkowym:

ns Fs= F

ns- liczba śrub

Fu- Aup - siła w uszczelce

u- powierzchnia boczna uszczelki

Równanie równowagi sił w stanie eksploatacyjnym:

ns ΔFs + ΔF= 0x01 graphic
Du2p0

ns (Fs + ΔF)= Fu - Fu + p00x01 graphic
Du2

Warunek szczelności połączenia:

Csp0 0x01 graphic
pu

  1. Sprężyny i drążki skrętne. Klasyfikacja sprężyn, sztywność układu dwóch sprężyn.

0x08 graphic
Sprężyny są podstawowymi częściami połączeń podatnych stosowanych w budowie maszyn. Połączenia te pełnią funkcję ograniczników przemieszczeń łączonych części lub zespołów. Części podatne jako łączniki charakteryzuje zdolność do dużych ugięć w zakresie małych odkształceń sprężystych. Tę właściwość można uzyskać przez odpowiednie jego ukształtowanie lub wykonanie z odpowiedniego materiału. Przykładem są stalowe sprężyny, których właściwości użyteczne uzyskano przez odpowiednie ich ukształtowanie.

Sprężyny klasyfikuje się:

Sztywność sprężyny definiowana jest następująco:

k = 0x01 graphic
, gdzie: F - siła - obciążenie

f - ugięcie sprężyny

ugięcie sprężyny f jest odwrotnie proporcjonalne do obciążenia F.

0x08 graphic
Zależność między siłą i ugięciem dla większości sprężyn jest liniowa. Sprężymy mogą magazynować energię sprężystą U = (Ff)/2 którą można odzyskać. Ścieżki obciążania i odciążania dla klasycznych sprężyn są w praktyce takie same, natomiast dla sprężyny pierścieniowej są różne, na skutek tarcia występującego na dociskanych powierzchniach sąsiednich pierścieni. Energia sprężysta zawarta w tej sprężynie nie może być w całości odzyskana. Jej część zamieniona jest na ciepło Q i oddana do otoczenia.

0x08 graphic
Sprężyny w połączeniach podatnych są w układach pojedynczym lub wielokrotnym.

W układzie równoległym ugięcia sprężyn są takie same, natomiast obciążenia są różne:

f1 = f2 = f , F1 + F2 = F ,

gdzie siły ściskające sprężyny pierwszą lub drugą zapisano:

F1 = k1f1 , F2 = k2f2 ; zatem sztywność zastępcza układy dwóch równoległych sprężyn

kzast = k1 + k2

W układzie szeregowym obciążenia sprężyn są takie same, natomiast ugięcia są różne:

F1 = F2 =F , f1 +f2 = f

Zatem sztywność zastępcza układu dwóch sprężyn:

1/kzast = 1/k1 + 1/k2 lub kzast = k1k2/(k1+k2)

  1. 0x08 graphic
    Ugięcie walcowej sprężyny śrubowej- opis matematyczny

Pojedynczy zwój sprężyny śrubowej pod działaniem siły F jest skręcany

Moment skręcający

Ms = 0x01 graphic
FD , gdzie: D = Dz - d - średnica środków zwojów sprężyny

Dz - średnica zewnętrzna sprężyny

d - średnica zwoju sprężynyKąt skręcania pojedynczego zwoju sprężyny

φzw = 0x01 graphic
= 0x01 graphic
, gdzie: G0x01 graphic
- sztywność na skręcanie pojedynczego zwoju

0x01 graphic
= 0x01 graphic
- biegunowy moment bezwładności przekroju kołowego zwoju

Ugięcie pojedynczego zwoju

fzw = 0x01 graphic
zw = 0x01 graphic

zatem ugięcie całej sprężyny

f = nazw = π 0x01 graphic
= 8n 0x01 graphic
, gdzie : n - liczba zwojów

Sztywność walcowej sprężyny śrubowej

k = 0x01 graphic
= 0x01 graphic

  1. Wały i osie: opis ogólny, zasady obliczeń, moment zastępczy.

0x08 graphic
Osie i wały są częściami maszyn, na których osadzone są najczęściej koła. Osie mogą być ruchome lub nieruchome. Oś nieruchoma jest trwale połączona z maszyna i nie obraca się, natomiast obracają się koła osadzone na niej za pomocą łożysk. Oś ruchoma obraca się wraz z osadzonymi na niej kołami i połączona jest z maszyną za pomocą łożysk. Osie nie przekazują momentu obrotowego. Działające na nie obciążenia powodują ich zginanie a nie skręcanie. Wały natomiast przekazują moment obrotowy. Osadzone są w łożyskach i obracają się wraz z posadowionymi na nich kołami. Obciążenia powodują jednoczesne ich skręcanie i zginanie. Oś połączona jest trwale z kołami, a na jej czopach za pomocą łożysk podparty jest pojazd. Wał z dwoma kołami osadzony jest na obu końcach w łożyskach.

Wał podparty i obciążony siłami działającymi na osadzone na nim koła jest skręcany i zginany. Występuje w nich złożony stan naprężeń o składowych normalnych σg i stycznych τs. Warunek wytrzymałości, zgodnie z hipotezą Hubera-Misesa, ma postać:

σzast 0x01 graphic
σdop ,

gdzie: σzast = 0x01 graphic
- naprężenie zastępcze - równoważne

Naprężenia normalne - zginające i styczne - skręcające dla wału o przekroju kołowym

σg = Mg/Wz , τs = Ms/Wo

gdzie: Wz = 0x01 graphic
- wskaźnik w wytrzymałości przekroju kołowego na zginanie,

Wo = 0x01 graphic
- wskaźnik wytrzymałości przekroju kołowego na skręcanie

Naprężenia zastępcze, po uwzględnieniu naprężeń normalnych zapisano:

σzast = Mzast/Wz

gdzie Mzast = 0x01 graphic

Średnica wału, wyznaczona na podstawie warunku wytrzymałości:

0x01 graphic
0x01 graphic

Wały kształtuje się przede wszystkim z uwzględnieniem warunku wytrzymałości oraz ograniczenia geometrycznego w postaci :

1 0x01 graphic
d2/d1 0x01 graphic
1.2

Stopniowanie wału jest ograniczone. Proporcja średnic sąsiadujących części nie powinna być większa niż 20%. Ponadto w miejscach uskoków średnic należy wprowadzić zaokrąglenia w celu złagodzenia efektu spiętrzenia naprężeń.

  1. Sztywność statyczna i dynamiczna wału - opis matematyczny.

Warunki wytrzymałości w projektowaniu maszyn są konieczne lecz nie zawsze wystarczające. W normalnych warunkach eksploatacyjnych części maszyn pod wpływem obciążeń odkształcają się sprężyście, zmieniając swój pierwotny kształt, np. wały zginają się i skręcają a osadzone na nich koła przemieszczają się zgodnie z linią ugięcia. Zbyt mała sztywność wału powoduje nadmierne jego ugięcie, które uniemożliwia normalna eksploatację maszyny. Wprowadzono dwa warunki dla sztywności wału: statyczny i dynamiczny.

Warunek statyczny dotyczy ograniczenia maksymalnego ugięcia wału obciążonego osadzonymi kołami. Sztywność wału powinna być taka, aby maksymalne jego ugięcie było mniejsze od dopuszczalnego:

K = 0x01 graphic
0x01 graphic
Kdop ,

gdzie: Kdop <0,002 ; 0,00003> - dopuszczalna wartość bezwymiarowego ugięcia

L - rozpiętość wału - odległość między punktami podparć

W podobny sposób wprowadza się ograniczenie na kąt skręcania wału ( φ 0x01 graphic
φdop )

Warunek dynamiczny dotyczy ograniczenia prędkości obrotowej - prędkości kątowej, z uwagi na ich wartość krytyczną ωKR , przy której ugięcie wału wzrasta nieograniczenie. Wał osadzony na nim jednym kołem o masie m jest klasycznym układem sprężystym z jednym stopniem swobody.

Równanie drgań układu liniowego o jednym stopniu swobody ma postać:

m0x01 graphic

gdzie:

m - masa ciała - koła mÿ- siła bezwładności , ÿ - przyśpieszenie

c - współczynnik liniowego oporu ruchu, cý - siła oporu - tłumienia,

k - sztywność sprężysta układu,

ky - siła sprężysta

d2y/dt2 = ÿ, dy/dt=ý - oznaczenia pochodnych w czasie t.

warunek dynamiczny dotyczy ograniczenia prędkości kątowej. Wał nie ulegnie uszkodzeniu, jeżeli jego prędkość będzie co najmniej mniejsza o 20% lub większa o 20% od prędkości krytycznej ωKR.

  1. 0x08 graphic
    Łożyska ślizgowe: budowa łożysk, siły tarcia, lepkość smaru, krzywa Stribecka.

Łożysko ślizgowe zbudowane jest z korpusu, w którym osadzony jest czop wału lub osi. Powierzchnia czopa ma bezpośredni kontakt z powierzchnią panewki. W łożyskach tych występuje tarcie ślizgowe

Podstawową częścią łożyska ślizgowego jest panewka, wykonana z odpowiedniego stopu metali. Właściwości materiału panewki powinny zapewnić minimalne zużycie stalowego czopa wału oraz skutecznie odprowadzać ciepło tarcia do otoczenia.

0x08 graphic
Tarcie ślizgowe między czopem wału i panewką łożyska zachodzi w obecności smaru. W chwili rozruchu maszyny czop wału spoczywa na panewce. Powierzchnie obu części przylegają bezpośrednio do siebie i występuje tarcie suche. Ilość smaru między powierzchniami kontaktu wzrasta ze wzrostem prędkości obrotowej. Tarcie suche zamienia się wtedy w tarcie mieszane, a następnie w tarcie płynne. Szczelina między czopem a panewką wypełnia się smarem. Czop i panewka rozdzielone są warstwą smaru i występuje tarcie płynne. Współczynnik tarcie w łożysku ślizgowym zmienia się wraz ze zmianą prędkości obrotowej wału. Istnieje optymalna prędkość obrotowa nopt , przy której współczynnik tarcia osiąga wartość najmniejszą. Wzrost współczynnika tarcia dla prędkości większych (nopt < n ) spowodowany jest lepkością smaru.

  1. Warunki wytrzymałości dla czopów wałów posadowionych w łożyskach ślizgowych.

0x08 graphic
W projektowaniu czopów poprzecznych łożysk ślizgowych przyjmuje się, że rozkład nacisku w stanie spoczynku zmienia się w odpowiedni sposób w kierunku obwodowym, natomiast pozostaje niezmienny na długości czopa.

Zmiana nacisku w kierunku obwodowym można opisać w sposób przybliżony za pomocą następującej funkcji:

p(φ) = pm sinφ

gdzie: pm = 0x01 graphic
- nacisk maksymalny

φ - współrzędna kątowa (0 0x01 graphic
φ 0x01 graphic
π)

Obszar rozwiązań dopuszczalnych wyznaczają 3 ograniczenia:

  1. warunek wytrzymałości na zginanie

σg = 0x01 graphic
= 0x01 graphic
0x01 graphic
σdop gdzie: Mg = 0x01 graphic
- moment zginający

Wz = 0x01 graphic
- wskaźnik wytrzymałości

  1. Warunek wytrzymałości na nacisk

Pm = 0x01 graphic
0x01 graphic
Pdop

  1. Warunek wytrzymałości na ścinanie

τmax = 0x01 graphic
= 0x01 graphic
0x01 graphic
τdop

gdzie: τdop = 0x01 graphic
- naprężenia dopuszczalne na ścinanie

W wyżej sformułowanych warunkach wytrzymałości uwzględniono obciążenie, wymiary geometryczne oraz naprężenie i nacisk dopuszczalny. Warunki te po prostych przesz kształceniach zapisano w następującej postaci:

Cc1 0x01 graphic
0x01 graphic
d , 0x01 graphic
0x01 graphic
, Cc3 0x01 graphic
d

gdzie: Cc1 = 0x01 graphic
Cc2 = 0x01 graphic
Cc3 = 0x01 graphic

0x08 graphic
Obszar rozwiązań dopuszczalnych opisany za pomocą tych nierówności przedstawiono na wykresie.

  1. Łożyska toczne: tarcie, budowa łożysk, rodzaje łożysk

0x08 graphic
Tarcie jest zjawiskiem związanym z ruchem i występuje w skalach mikro oraz makroskopowej. Tarcie zewnętrzne związane jest z przemieszczeniem względem siebie ciał pozostających w kontakcie. Ciała te mogą przemieszczać się przez poślizg lub toczenie. Wyróżnia się tarcie ślizgowe lub toczne.

Siła tarcia ślizgowego definiowana jest następująco:

T = μN , gdzie: μ - współczynnik tarcia

N - siła nacisku normalna do powierzchni

Wartość współczynnika tarcia wyznaczana jest doświadczalnie i zależy od rodzaju materiałów pozostających w kontakcie, np.: stal/mosiądz, stal/stal, itp.

Siła tarcia tocznego, wynika z równania równowagi momentów Tr = Nu, definiowana jest następująco:

T = μ1N , gdzie: μ1 = u/r - współczynnik tarcia tocznego

N - siła nacisku

u - przesunięcie, którego wielkość zależy od odkształcalności ciał

r - promień części tocznej

Wartość współczynnika tarcia tocznego zależy od rodzaju materiałów pozostających w kontakcie i jest odwrotnie proporcjonalna do promienia części tocznej. Siła tarcia tocznego jest tym mniejsza, im twardsze są części pozostające w kontakcie i im większy jest promień r.

0x08 graphic
Skutkiem niepożądanym tarcia jest zużywanie się części maszyn, które objawia się zmianą ich pierwotnego kształtu, zmianą wymiarów i właściwości mechanicznych, a także zmniejszeniem ich masy.

Łożysko toczne zbudowane jest z pierścieni, wewnętrznego i zewnętrznego, części tocznych oraz koszyka. Pierścień wewnętrzny posadowiony jest na czopie, natomiast pierścień zewnętrzny osadzony jest zwykle w korpusie maszyny. w łożyska tocznych występuje tarcie toczne.

Pierścienie wewnętrzny i zewnętrzny wyposażone są w bieżnie, po którym przemieszczają się części toczne. Koszyk spełnia funkcję pomocniczą, zapewnia równomierne rozmieszczenie i oddzielenie części tocznych. Stosowane są następujące podstawowe części toczne:

W łożyskach tocznych wyróżnia się nominalny kąt działania α, który w przekroju poprzecznym łożyska jest zawarty między prosta prostopadłą do osi łożyska i prostą łączącą punkty styku bieżni.

0x08 graphic
Na podstawie nominalnego kąta działania α wyróżnia się łożyska:

  1. Nośność ruchowa łożysk tocznych - opis, wzór empiryczny

Nośność ruchowa C projektowanego łożyska powinna byś większa od wymaganej (Cmin<C). W projektowaniu łożysk tocznych korzysta się z następującego wyrażenia empirycznego:

L=(0x01 graphic
)q gdzie: L [106 obrotów] - trwałość łożyska

C [N] - nośność ruchowa (dynamiczna)

F [N] - obciążenie zastępcze

q =3 - łożyska kulkowe

q=0x01 graphic
- łożyska wałeczkowe

w obliczeniach trwałość łożyska wyrażona jest w godzinach jego pracy, zatem wyrażenie L=(0x01 graphic
)q przybiera postać

Lh = 0x01 graphic
L = 0x01 graphic
(0x01 graphic
q

gdzie: n [obr/min] - prędkość obrotowa łożyska

Wymagana nośność ruchowa łożyska Cmin wyrażona za pomocą trwałości Lh [h] oraz zadanego obciążenia zastępczego F ma postać

Cmin = 0x01 graphic
F

  1. Przekładnie zębate, opis ogólny: przełożenie, zarys ewolwenty zęba - opis krzywej.

Przekładnie mechaniczne są głównymi zespołami, które przekazują moment obrotowy od silnika do maszyny roboczej. Podstawowym zadaniem przekładni jest zamiana jest zmiana prędkości obrotowej ( ω1 => ω2 ), kierunku obrotów oraz momentu obrotowego ( M1 => M2 ). W budowie maszyn najczęściej stosowane są przekładnie zębate.

Przełożenie jest wielkością charakterystyczną dla przekładni. Wyróżnia się następujące przełożenia:

jg = 0x01 graphic
= 0x01 graphic
, gdzie: d1 , d2 - średnice podziałowe kół

z1 , z2 - liczba zębów kół, koło czynne (napędzające) oznaczone jest numerem 1, zaś koło bierne (napędzane) numerem 2

0x01 graphic
, gdzie: 0x01 graphic
- prędkość kątowa

0x01 graphic
- prędkość obrotowa ( i= 1,2 )

0x01 graphic
, gdzie: M1 , M2 - moment obrotowy kół czynnego (1), biernego (2)

ηz - sprawność zazębienia (0.98 0x01 graphic
0.99)

0x08 graphic

Przekładnie dzieli się w zależności od wartości przełożenia, na:

Prędkość obrotowa dwóch kół w miejscu ich kontaktu jest jednakowa ( v1 = v2 ), zatem

d1ω1 = d2ω2

skąd wynika zgodność przełożeń kinematycznego i geometrycznego jk = jg

  1. 0x08 graphic
    Opis działania - schematy przekładni walcowej, stożkowej i ślimakowej

Przekładnie walcowe z kołami o zarysie ewolwentycznym są najczęściej stosowane w budowie maszyn. Zęby dwóch kół obtaczają się względem siebie bez poślizgu, dzięki czemu sprawność takiego zazębienia jest bardzo wysoka (0,98 ≤ η ≤ 0,99 ). Ponadto koła z zębami o zarysie ewolwentycznym są mało wrażliwe na zmianę odległości między ich osiami, co jest dużą zaletą.

0x08 graphic

Przekładnie stożkowe są podobne w działaniu do walcowych przekładni zębatych. Osie kół w przekładniach walcowych są równoległe względem siebie, natomiast w przekładniach stożkowych przecinają się pod pewnym kątem. W szczególnym przypadku, gdy kąt jest prosty, przekładnie nazywamy ortogonalną.

0x08 graphic
Przekładnie ślimakowe są najstarszymi przekładniami, stosowanymi już w starożytności. Podstawowymi częściami tych przekładni są ślimak i ślimacznica. Ślimak jest kołem mniejszym, z zębami ukształtowanymi w postaci linii śrubowej. Ślimacznica natomiast jest kołem większym, z odpowiednio ukształtowanymi zębami wklęsłymi. Wyróżnia się przekładnie ślimakowe i globoidalne.

Przekładnie globoidalne różnią się od walcowych jedynie kształtem ślimaka. Odpowiednie ukształtowanie ślimaka zapewnia zazębienie większej liczby zębów, a tym samym umożliwia przekazywania większych obciążeń. Przełożenia przekładni ślimakowych są dziesięciokrotnie większe niż przekładni zębatych walcowych lub stożkowych.

  1. Opis działania - schematy przekładni planetarnej i falowej.

0x08 graphic
Przekładnie planetarne stanowią odrębną grupę przekładni zębatych. Schemat ich budowy i zasady działania pokazano na rysunku. Koło główne C, napędzane wałkiem czynnym W1 , zazębione jest trzema obiegowymi kołami mniejszymi S, zwanymi satelitami, które posadowione są na czopach jarzma J.

Koła obiegowe (satelity) S zazębione są również z nieruchomym wieńcem wewnętrznie uzębionym W, który połączony jest z korpusem przekładni.. Moment obrotowy Mo przekazywany jest z wałka czynnego W1 z udziałem koła głównego C, kół obiegowych (satelitów) S oraz jarzma J na wałek bierny W2.

0x08 graphic
Przekładnie falowe są współczesnymi konstrukcjami, które charakteryzuje duże przełożenie na jednym stopniu i mała masa. Schemat budowy i zasada działania przekładni falowej pokazano na rysunku. Podstawowymi jej częściami, są cienka sprężysta powłoka walcowa z podatnym wieńcem uzębionym zewnętrznie (1), sztywny nieruchomy wieniec z uzębieniem wewnętrznie (2) oraz generator(3) napędzany wałkiem czynnym.

0x08 graphic
Moment obrotowy Mo przekazywany jest z wałka czynnego, który jest połączony z jarzmem generatora (3), na cienką sprężysta powłokę walcową (1), która połączona jest z wałkiem biernym. Przekazywanie tego momentu odbywa się dzięki lokalnemu zazębieniu podatnego wieńca zębatego osadzonego na powłoce (1) ze sztywnym nieruchomym wieńcem (2).

  1. Opis działania - schematy przekładni z kołami eliptycznymi i krzywikami.

Przekładnie niekołowymi kołami zębatymi działają jak przekładnie walcowe. Ich cecha charakterystyczną są niekołowe kształty kół zębatych. Klasycznym przykładem jest przekładnia z eliptycznymi kołami zębatymi gdzie odległość między osiami obu kół jest stała.

0x08 graphic
Osie obrotu tych dwóch jednakowych kół znajdują się w ogniskach elips. Oba koła toczą się względem siebie bez poślizgu, zatem po pewnym obrocie kół punkty B1 i B2 będą wspólnym punktem (punktem styku). Przy stałej prędkości kątowej ω1 koła napędzanego prędkość kątowa ω2 koła napędzanego jest zmienna. Przebieg tej zmienności jest podobny do wykresu funkcji sinus.

  1. Przekładnie cięgnowe, opis działania; pasy płaskie, klinowe, zębate, łańcuchy.

  2. RODZAJE PASÓW STOSOWANYCH W PRZEKŁADNIACH PASOWYCH

    RODZAJ PASA

    PRZEKRÓJ POPRZECZNY

    Płaski

    Prostokąt

    Klinowy

    trapez

    Okrągły

    Koło

    Zębaty

    Przekładnia cięgnowa składa się z dwóch kół rozsuniętych i opasanych cięgnem. Wyróżnia się przekładnie cięgnowe pasowe lub łańcuchowe.

    0x08 graphic
    0x08 graphic
    Osie kół czynnego i biernego przekładni z pasami płaskimi są usytuowane względem siebie równolegle lub prostopadle. Pasy płaskie mogą się krzyżować - uzyskuje się również zmianę kierunku obrotów koła biernego względem czynnego.

    0x08 graphic
    Pasy klinowe lub okrągłe, podobnie jak pasy płaskie, przekazują moment obrotowy z koła czynnego na bierne. Bieżnie kół dla pasów płaskich są lekko wypukłe, dzięki czemu pasy zachowują stabilne położenie w czasie ruchu. Wieńce kół dla pasów klinowych lub kołowych maja odpowiednio ukształtowane rowki. Pasy przylegają do powierzchni bocznych tych rowków i zachodzi sprzężenie cierne, które jest znacznie efektywniejsze niż w przypadku pasów płaskich.

    0x08 graphic

    Przekładnie z pasami zębatymi, z uwagi na kształtowe łączenie z kołem, są podobne do przekładni łańcuchowych

    0x08 graphic
    Przekładnie łańcuchowe składają się z dwóch kół zębatych i łańcucha. Łańcuch jest cięgnem giętkim, które nie wykazuje sztywności na zginanie i jest zbudowany jest z ogniw połączonych przegubowo. Przekładnie te z uwagi na brak poślizgów między łańcuchem a kołami zapewniają stałe przełożenie.

    1. Naprężenia w pasie płaskim - suma naprężeń.

    Naprężenia w pasie płaskim są sumą naprężeń rozciągających i zginających.

    σ = σc + σv + σg

    gdzie:

    σc = Nc/A - naprężenia rozciągające w pasie czynnym

    σv = Nv/a = ρv2 - naprężenia rozciągające od siły odśrodkowej

    σg = Mg/Wz = Et/D - naprężenia zginające

    A = tb - pole powierzchni prostokątnego przekroju pasa

    Jz = bt3/12 - moment bezwładności przekroju pasa

    Wz = bt2/6 - wskaźnik wytrzymałości na zginanie przekroju pasa

    B,t - szerokość I grubość pasa

    Największe naprężenia występują w pasie czynnym na początku jego opasania z kołem mniejszym.

    1. 0x08 graphic
      Schemat napędu maszyny, opis działania jego zespołów

    silnik - zamiana pewnego rodzaju energii na pracę mechaniczną,

    sprzęgło - zespół układu napędowego maszyny, który łączy dwa wały, przekazuje moment obrotowy z wału czynnego na wał bierny bez zmiany obrotów

    przekładnia - główny zespół napędów, który przekazuje moment obrotowy od silnika do maszyny roboczej. Jej zadaniem jest zmiana prędkości obrotowej, kierunku obrotów oraz momentu obrotowego.

    1. Budowa i zasada działania sprzęgła. Opis wybranych sprzęgieł.

    Sprzęgło jest zespołem układu napędowego maszyny, który łączy dwa wały i przekazuje moment obrotowy z wału czynnego na wał bierny bez zmiany obrotów.

    Moment obrotowy przekazywany przez sprzęgło

    Mo = 0x01 graphic
    gdzie: P [W] - moc

    ω [1/s] - prędkość kątowa

    Sprzęgła w układzie napędowym pełnią wiele funkcji; przede wszystkim umożliwiają efektywny montaż maszyn oraz właściwą ich eksploatację.

    Wyróżnia się sprzęgła:

    0x08 graphic
    nierozłączne0x08 graphic
    rozłączne

    0x08 graphic
    Najprostsze w budowie jest sprzęgło tulejowe, które jest nierozłączne. Tuleja łączy dwa współosiowe wały za pomocą kołków lub wpustów.

    0x08 graphic

    0x08 graphic
    0x08 graphic
    Klasycznym przykładem sprzęgieł rozłącznych jest włączalne asynchronicznie cierne sprzęgło stożkowe lub tarczowe. Dwie odpowiednio ukształtowane tarcze są posadowione na czopach wałów, przy czym jedna z nich posadowiona jest na stałe, a druga przesuwnie. Włączenie sprzęgła polega na dociśnięciu tarcz do siebie i wywołaniu siły tarcia, dzięki której moment obrotowy jest przenoszony z wału czynnego na wał bierny.

    0x08 graphic

    Sprzęgła bezpieczeństwa samoczynnie rozłączają wał czynny i bierny w przypadku nadmiernego wzrostu obciążenia. Zapewniają bezpieczną eksploatacje maszyn. Przykładem jest sprzęgło, którego tarcze połączone są kołkami o ograniczonej nośności. Nadmierny wzrost obciążenia spowoduje ścięcie tych kołków i rozłączenie wałów.

    1. Budowa i zasada działania hamulca. Opis wybranych hamulców.

    0x08 graphic
    Hamulec jest zespołem układu napędowego maszyny, który pełni funkcję regulatora prędkości. W budowie maszyn stosowane są najczęściej hamulce cierne.

    W hamulcach klockowych siła tarcia występuje między kołem a klockiem. Stosowane są hamulce jedno- lub dwuklockowe. Schemat hamulca dwuklockowego pokazano na rysunku.

    Klocki hamulcowe podczas eksploatacji poddane są działaniu sił normalnych i stycznych, które są zmienne w czasie. Należy zaznaczyć, że występuje tu również obciążenie termiczne, które m a istotny wpływ na proces hamowania. Materiały na klocki hamulcowe powinna charakteryzować duża odporność na zużycie cierne i zniszczenie zmęczeniowe, niski współczynnik rozszerzalności termicznej oraz dobra przewodność cieplna.. Klocki wykonywane są najczęściej z żeliwa stopowego lub sferoidalnego, które spełnia wymienione wymagania.

    0x08 graphic

    1. Ogólny opis zbiorników, zagadnienia wytrzymałości i stateczności.

    0x08 graphic
    0x08 graphic
    Poziomy zbiornik walcowy jest konstrukcją, której głównymi częściami są powłoka walcowa, dwa dna wypukłe oraz podpory.

    0x08 graphic
    0x08 graphic
    Zbiorniki stacjonarne, pełnią funkcję magazynów, mogą być naziemne lub podziemne, a zbiorniki transportowe, mogą być samochodowe, kolejowe, lub samochodowo-kolejowe (bimodalne).

    Zbiornik walcowy z dnami wypukłymi, obciążony równomiernym ciśnieniem wewnętrznym po, narażony jest na zniszczenie jedynie z uwagi na wytrzymałość materiału, z którego jest wykonany.

    0x08 graphic
    W ściankach poziomego zbiornika walcowego, który jest wypełniony cieczą o gęstości pm, występuje złożony stan naprężenia. Sposób ukształtowania podpór ma istotny wpływ na rozkład naprężeń w zbiorniku

    0x08 graphic
    Minimalna grubość ścianki powłoki walcowej tego zbiornika wynosi:

    Gdzie:

    kp = poma, ψ = kp/100 - bezwymiarowe parametry

    a - promień zbiornika

    σdop - naprężenia dopuszczalne

    γm = ρmg - ciężar właściwy cieczy

    po - ciśnienie wewnętrzne

    λ = L/d - względna długość zbiornika

    0x08 graphic
    Efektywna grubość ścianki dna epsoidalnego z uwagi na najmniejsze spiętrzenie naprężeń:

    PKM - EGZAMIN - Pytania + opracowania

    2008

    Opracowanie: Kazimierski Marek projekty CAD CATIA PKM @: projekt.pro@gmail.com GG: 6724845

    0x01 graphic

    26



    Wyszukiwarka

    Podobne podstrony:
    PKM opracowane zagadnienia sc
    obliczenia wstępne, SiMR, PKM I, PKM - opracowane zagadnienia (office 1997-2003)(2) files, podnośnik
    podnonik 164, SiMR, PKM I, PKM - opracowane zagadnienia (office 1997-2003)(2) files
    obliczenia gotowe2, SiMR, PKM I, PKM - opracowane zagadnienia (office 1997-2003)(2) files, podnośnik
    POLITECHNIKA WARSZAWSKA(1), SiMR, PKM I, PKM - opracowane zagadnienia (office 1997-2003)(2) files, p
    POLITECHNIKA WARSZAWSKA, SiMR, PKM I, PKM - opracowane zagadnienia (office 1997-2003)(2) files, podn
    Instrukcja obsługi(1), SiMR, PKM I, PKM - opracowane zagadnienia (office 1997-2003)(2) files, podnoś
    PKM opracowane zagadnienia
    PKM opracowane zagadnienia sc
    Opracowanie Zagadnień na egzamin Mikroprocki
    opracowane zagadnienia 2011
    monopolizacja gospodarki, Opracowane zagadnienia
    Opracowanie zagadnień NIK, Bezpieczenstwo Narodowe rok I
    temp krytyczna, TRANSPORT PWR, STUDIA, SEMESTR II, FIZYKA, fizyka-wyklad, zagadnienia opracowane, za
    socjologia - opracowane zagadnienia(2), Uniwerek
    Opracowane zagadnienia na koło z podstaw turystyki, Notatki na koła
    opracowane zagadnienia ściąga nowa
    chemia fizyczna wykłady, sprawozdania, opracowane zagadnienia do egzaminu Sprawozdanie ćw 7 zależ

    więcej podobnych podstron