Siła – Q = m • g Moment – M = Q • r Tarcie – T = N • μ Naprężenia rozciągające – $\sigma_{r} = \frac{Q}{\frac{{\pi \bullet d}^{2}}{4}}$

Naprężenia ściskające – $\sigma_{c} = \frac{Q}{\frac{{\pi \bullet d}^{2}}{4}}$ Zginanie – $\sigma_{r} = \frac{Q \bullet b}{\frac{{\pi \bullet d}^{3}}{32}}$ Skręcanie – $\tau_{s} = \frac{Q \bullet a}{\frac{{\pi \bullet d}^{3}}{16}}$

Naciski powierzchniowe – $p = \frac{Q \bullet b}{\frac{{\pi \bullet d}^{3}}{32}}$ Ścinanie techniczne – $\tau_{t} = \frac{Q}{n \bullet \frac{{\pi \bullet d}^{2}}{4}}$

CECHY KONSTRUKCYJNE

Cechy geometryczne – Obejmują postać geometryczną (kształt), wymiary z określeniem zakresów ich zmienności (tolerancje), stan powierzchni (mikro i makronierówności np. falistość, chropowatość itp.)

Cechy materiałowe – Dobór cech materiałowych związany jest z wyborem odpowiedniego tworzywa konstrukcyjnego (np. stali) i jego postaci (np. pręty walcowe). Łącznie tworzywo i jego postać nazywa się materiałem. W pojęciu cech materiałowych mieści się tworzywo i jego stan (obróbka cieplna, cieplno-chemiczna, plastyczna itp.) istotnie wpływający na jego strukturę (budowę wewnętrzną tworzywa).

Cechy dynamiczne – Dotyczą np. napięć wstępnych (montażowych) niezbędnych do właściwego działania wytworu. Celowe wprowadzenie napięcia wstępnego może zmienić charakter obciążenia, rozkłady naprężeń itp.

ZASADY KONSTRUKCYJNE

Zasada optymalnego obciążenia – Dążenie do równomiernych obciążeń, zwielokrotnienie liczby dróg przenoszenia obciążeń, unikanie obciążeń, unikanie obszarów spiętrzenia naprężeń, unikanie zmiennych obciążeń, dążenie do równomiernych obciążeń, zmniejszenie strat energii.

Zasada optymalnego tworzywa – Przykładowe kryteria doboru tworzywa: ciężar, objętość, koszt.

Zasada optymalnej stateczności – Najkorzystniejszy stan równowagi pomiędzy polem naprężeń, a obciążeń. Stateczność wiąże się z możliwością powstania złomu, nadmiernych odkształceń, przemieszczeń, drgań.

Zasada optymalnych stosunków wielkości związanych – Optymalna z punktu widzenia przyjętego kryterium wartości stosunku między wartościami cech konstrukcyjnych.

Zmęczenie materiału – Złożony splot zjawisk zachodzących w materiale wywołany zmiennymi w czacie obciążeniami, zależny od tych obciążeń i czasu ich trwania. Zjawiska te powodują określone zmiany zmęczeniowe w strukturze materiału (lokalne odkształcenia plastyczne, mikropęknięcia), które sumują się aż do całkowitego pęknięcia zmęczeniowego elementu konstrukcyjnego.

Cykle sinusoidalne

Wykres Wholera

Granica zmęczenia – Wytrzymałością zmęczeniową Z_G nazywa się największe naprężenie S_max przy którym próbka czy element konstrukcyjny nie ulegnie zniszczeniu po osiągnięciu umownej liczby cykli N_G.

Przykłady karbów

Szeregowe Równoległe

KRUCHE PĘKANIE

Współczynnik intensywności naprężeń – $K = \sigma \bullet \sqrt{\pi \bullet l}$ Odporność na pękanie – $K_{c} = \sigma_{\text{kr}} \bullet \sqrt{\pi \bullet l_{\text{kr}}}$

Współczynnik korekcyjny – $K = \sigma \bullet \sqrt{\pi \bullet l} \bullet M_{k}$ Maksymalne obciążenie – $\sigma_{\max} = \frac{K_{\text{IC}}}{\sqrt{\pi \bullet l_{\text{kr}}} \bullet M_{k}}$

Dopuszczalna długość - $l_{\max} = \frac{K_{\text{IC}}^{2}}{\sigma_{\text{rob}}^{2} \bullet \pi \bullet M_{k}^{2}}$

Prawo PARISA

$\frac{\text{dl}}{\text{dN}} = C \bullet \left( K \right)^{m}$ $K = \left\{ \begin{matrix} K_{\max} - K_{\min}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ dla\ R \geq 0 \\ K_{\max}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ dla\ R < 0 \\ \end{matrix} \right.\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ R = \frac{\sigma_{\min}}{\sigma_{\max}}$

Połączenia spoczynkowe

• Spajane (spójnościowe) – spawane

- zgrzewane

- lutowane

- klejone

• Śrubowe (gwintowe)

• Czopowe

a) kształtowe – wpustowe

- wielowypustowe

- wieloboczne

- kołkowe

- sworzniowe

- klinowe

b) cierne – wciskowe (wtłaczane)

- stożkowe

- pośrednie

Spawanie

• Gazowe

• Elektryczne – elektrożużlowe

- elektronowe

- laserowe

- łukowe – elektrodą topliwą – ręcznie

- łukiem krytym

- metodą MIG, MAG

- elektrodą nietopliwą – plazmowe

- metodą TIG

Budowa złącza spawanego

1 2 3

1 – spoina 2 – strefa wpływu ciepła 3 – materiał rodzimy

Budowa spoiny

~ czołowej ~ pachwinowej

1 – lico spoiny 2 – brzeg lica 3 – linia wtopienia 4 – grań

Rodzaje spoin

- czołowa - pachwinowa - brzeżna - otworowa

Obliczenia wytrzymałościowe połączeń ze spoinami czołowymi

~ rozciąganie i ściskanie $\sigma_{r(c)} = \frac{Q_{r(c)}}{S_{s}} \leq k_{r(c)}^{'}$

~ zginanie $\sigma_{g} = \frac{M_{g}}{W_{\text{xs}}} \leq k_{g}^{'}$

~ skręcanie $\tau_{s} = \frac{M_{s}}{W_{\text{os}}} \leq k_{s}^{'}$

~ ścinanie $\tau_{t} = \frac{Q_{t}}{S_{s}} \leq k_{t}^{'}$

Obliczenia wytrzymałościowe połączeń ze spoinami pachwinowymi

~ rozciąganie i ściskanie $\tau_{r(c)} = \frac{Q_{r(c)}}{S_{s}} \leq k_{r(c)}^{'}$

~ zginanie $\tau_{g} = \frac{M_{g}}{W_{\text{xs}}} \leq k_{g}^{'}$

~ skręcanie $\tau_{s} = \frac{M_{s}}{W_{\text{os}}} \leq k_{s}^{'}$

~ ścinanie $\tau_{t} = \frac{Q_{t}}{S_{s}} \leq k_{t}^{'}$

Zgrzewanie

• Ogniskowe

• Gazowe

• Mechaniczne – tarciowe

- zgniotowe

• elektryczne - dyfuzja

- ultradźwięki

- łuk wirujący

- opór elektryczny – punktowe

- garbowe

- liniowe

- doczołowe – zwarciowe

- iskrowe

Lutowanie – miękkie (temperatura topnienia lutu poniżej 550C)

- twarde (temperatura topnienia lutu powyżej 550C)

- lutospawanie (np. mosiądzem, stopami niklu)

- lutowanie lutami szlachetnymi (np. srebrem)

Połączenia klejone

Połączenia śrubowe – Należą do grupy połączeń pośrednich, w których elementami pośrednimi są łączniki w postaci śrub, wkrętów bądź też śrub i nakrętek, które ograniczają lub uniemożliwiają wzajemne przemieszczanie się łączonych elementów.

Połączenia gwintowe – Należą do grupy połączeń bezpośrednich, w których gwint zewnętrzny (właściwy dla śruby) i wewnętrzny (właściwy dla nakrętki) wykonany jest bezpośrednio na łączonych elementach.

Połączenia czopowe

• Kształtowe – wpustowe

- wielowypustowe

- kołkowe poprzeczne, wzdłużne

- wieloboczne

• Cierne – wciskowe

• Cierno – kształtowe – klinowe

Połączenia wpustowe

• Pryzmatyczne – spoczynkowe

- ruchowe

• Czółenkowe

Połączenia kołkowe

• Poprzeczne

• Wzdłużne

• Styczne

Podatność w sprężynie – Poprzez nadanie odpowiedniego kształtu sprężynie

Podatność w elastomerze – Poprzez naprężenia rozciągające, ścinające, ściskające

Połączenia skurczowe i rozprężne (uzyskiwanie)

Skurczowe – ogrzanie tulei

Rozprężne – schłodzenie czopa

Pasowanie luźne – Zawsze istnieje luz pomiędzy wałkiem i otworem. Wałek może poruszać się wzdłużnie lub obracać w otworze. Stosowane w połączeniach ruchowych.

Pasowanie mieszane – Istnieje w nim niewielki luz lub lekki wcisk. Stosowane do połączeń nie przenoszących obciążeń.

Pasowanie ciasne – Wałek jest wciśnięty w otwór. Połączenie takie może przenosić obciążenia (połączenia wciskowe).

PN-ISO888 (nr normy) M16 (oznaczenie śruby) x 1,5 (skok gwintu) x 125 (długość nominalna) x 44 (długość gwintu) – 10.9 (klasa własności mechanicznej) – 6f (tolerancja wykonania gwintu)

Połączenia kształtowe

• Pośrednie – wpustowe

- klinowe

- kołkowe

• Bezpośrednie – wielokątne

- wielowypustowe

- śrubowe

Pasowanie uprzywilejowane

(H) – według zasady stałego otworu

(h) – według zasady stałego wałka

Połączenia wielowypustowe - Na wałku nacięte są rowki, a piasta jest ukształtowana tak, by do nich pasowała. Jest trudniejsze do wykonania niż wpustowe.

~ o prostych zarysach boków ~ wielokartowe ~o ewolwentowym zarysie boków

Odkształcenia spawalnicze

- skrócenie wzdłużne

- wygięcie wzdłużne

- skrócenie poprzeczne

- skórcz objętościowy

- wygięcie kątowe

- wybrzuszenie

- skrócenie swoich pachwinowych

Budowa gwintu

- kierunek gwintu (linia gwintowa lewoskrętna, prawoskrętna)

- gwint zewnętrzny pojedynczy

- gwint wewnętrzny pojedynczy

- gwint zewnętrzny dwukrotny

Zarysy gwintów

~ prostokątny ~ trójkątny ~ okrągły

~ trapezowy symetryczny ~ trapezowy niesymetryczny

Kołki

- stożkowe

- walcowe

- z karbami zbieżnymi na całej długości

- kołki sprężyste gładkie

Połączenia wciskowe

- wtłaczane (na drodze mechanicznej)

- skurczowe (ogrzewana tuleja)

- rozprężne (schładzany czop)

- kombinowane (kombinacja kilku sposobów)

Naprężenia w elementach łączonych

- czop i oprawa to tuleja o stałych przekrojach pierścieniowych

- równomierny rozkład nacisków na powierzchni styków

- naprężenia osiowe pomijalnie małe : dwukierunkowy stan naprężeń

Tolerancja i pasowanie

- wymiar rzeczywisty, nominalny, tolerowany

- tolerancja

- luz

- wcisk

- odchyłka górna, dolna

Zadania elementów podatnych

- umożliwianie przemieszczeń względnych

- kasowanie luzów

- wywieranie sił

- przejęcie sił statycznych i dynamicznych

- łagodzenie obciążenia

- tłumienie drgań

- akumulowanie energii

- wykonywanie pracy

- pomiar siły

Kryteria konstrukcyjne

-techniczne

- ekonomiczne

- ergonomiczne

- estetyczne

Połączenia rozłączne i nierozłączne – Połączenia rozłączne można kilkukrotnie, a nawet wielokrotnie montować i demontować. Wykorzystując te same elementy tak, aby za każdym razem spełniały swoje zadanie. Natomiast elementów łączonych połączeniem nierozłącznym nie można rozdzielić bez zniszczenia elementów wiążących.

Połączenia bezpośrednie i pośrednie – Połączenia pośrednie to takie, w których zastosowano dodatkowe elementy łączące w postaci śrub, nitów, zawleczek, sworzni, kołków itp. Elementy te najczęściej przecinają płaszczyznę styku elementów głównych. Z kolei połączenia bezpośrednie łączone są poprzez np. ukształtowanie elementów łączonych.

Połączenia spoczynkowe i ruchowe – W połączeniach spoczynkowych wzajemny ruch elementów jest niemożliwy lub mocno ograniczony. W połączeniach ruchowych natomiast taki ruch jest możliwy.

Skok gwintu – (P) odległość pomiędzy wierzchołkami gwintu w przekroju wzdłużnym śruby lub nakrętki.

Charakterystyka elementów podatnych

Połączenia wciskowe rozprężne/skurczowe – Powstają w wyniku zastosowania odpowiednich zabiegów cieplnych. Podgrzanie oprawy (skurczowe) lub oziębienie czopu wału (rozprężne) umożliwia swobodne wsunięcie czopa w oprawę, a po osiągnięciu temperatury otoczenia przez część ogrzaną; oziębioną – uzyskanie odpowiedniego docisku części łączonych.

Gwint – Powstaje poprzez wycięcie bruzd (rowków) o określonym kształcie wzdłuż linii śrubowej.