Opracowanie pytań z Podstaw Konstrukcji Maszyn

1. Scharakteryzować podział sprzęgieł nierozłącznych, omówić warunki pracy określonego typu sprzęgła nierozłącznego oraz zasady jego obliczeń wytrzymałościowych.

Odpowiedź:

Sprzęgła nierozłączne znajdują zastosowanie gdy nie zachodzi potrzeba rozłączania elementów współpracujących w czasie pracy maszyny i tworzą one z tymi elementami jedną całość.

Podział sprzęgieł nierozłącznych:

• Sztywne – tulejowe, łubkowe, kołnierzowe, stosowane do łącznie poszczególnych członów układów napędowych o równomiernym biegu, przy zapewnieniu współosiowości łączonych wałów, związanych na stałe w czasie montażu

• Luźne – kołowe, zębate łańcuchowe, stosowane do łączenia poszczególnych członów układów napędowych w czasie montażu, gdy nie jest możliwe dokładnie ustawienie współosiowości

• Podatne – sprężynowe, palcowe, oponowe, stosowane w układach o dużej nierównomierności bądź momenty, bądź prędkości obrotowej któregoś z członów układu, umożliwiające także niewielkie odchyłki od współosiowości łączonych członów

• Samonastawne – promieniowe i kątowe ( przegubowe), stosowane przy braku współosiowości łączonych członów, np. przy przesunięciu przekoszeniu osi.

  • Kątowe – umożliwiają łączenie wałów o osiach przecinających się pod znacznym kątem (ψ≤45).

Nominalny moment Mn wynikający z nominalnej mocy przenoszonej przez układ napędowy (sprzęgło w ruchu ustalonym wyraża się wzorem:

gdzie:

N_n – moc nominalna w [kW]

n – prędkość obrotowa w [obr./min].

gdzie:

K- współczynnik przeciążenia

gdzie:

β – współczynnik zależny od rodzaju maszyny ( z tabel np. samochód od 1,2 do 1,5 )

k_v – współczynnik prędkość poślizgu ( z tablic, zależne od średniej prędkość )

k_m – współczynnik zależny od liczby włączeń w czasie jednej godziny.

k_m= 1-0,002(m_w-m_gr)

gdzie:

m_w – liczba włączeń na godzine

m_gr – graniczna liczba włączeń – przyjmuje się w zakresie od 50 do 100 (mniejsza liczba odpowiada szybkobieżnym układom z dużym momentem bezwładność)

gdy m_gr > m_w to przyjmuje się k_m= 1

1. Omówić zagadnienia sprawności i samohamowności połączenia gwintowego dla gwintów o zarysie trójkątnym i trapezowym z uwzględnieniem pozornego kąta tarcia.

Odpowiedź:

Siły w połączeniu gwintowym przy odkręcaniu:

Samohamowność

Gwinty samohamownym nazywamy gwint w którym obrót nakrętki względem śruby(lub odwrotnie) może nastąpić wyłącznie przy użyciu dodatkowej siły obracającej nakrętkę (lub śrubę). Sprowadzając śrubę i nakrętkę o gwincie płaskim do schematu na rys możemy rozważyć ruch nakrętki obciążonej siłą P pod działaniem siły obwodowej H jako ruch klocka

Warunkiem samohamowność jest :

γ ≤ ρ′

gdzie:

γ – kąt wzniosu lini śrubowej. Odcinek, który przebywa w ciągu jednego pełnego obrotu walca punkt poruszający się wzdłuż jego tworzącej nazywamy skokiem h linii śrubowej.

ρ' – pozorny kąt tarcia

$\mathbf{\gamma}\mathbf{=}\mathbf{\text{arctg}}\left( \frac{\mathbf{h}}{\mathbf{\pi}\mathbf{d}_{\mathbf{p}}} \right)$

h- skok lini śrubowej

d_p – średnica nominalna

ρ^′=arctg(μ^′) lub μ^′=tg(ρ^′)

gdzie

μ’- pozorny współczynnik tarcia

$$\mathbf{\ }\mathbf{\mu}^{\mathbf{'}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{\mu}}{\mathbf{\text{cosα\ }}}$$

Gdzie

α – kąt pochylenia roboczej powierzchni gwintu ( w gwintach trapezowych i trójkątnych)

μ – współczynnik tarcia

Sprawność

Przy zmianie ruchu obrotowego na postępowy sprawność gwintu η wyznacza się jako stosunek pracy użytecznej do pracy włożonej, przy czym pracę odnosi się do jednego obrotu śruby ( nakrętki)

Gwint o zarysie trapezowym:

Gwinty trapezowe są używane w połączeniach ruchowych, odznaczają się wysoką sprawnością, a co za tym idzie brakiem spełnienia warunku samohamowność.

Gwint o zarysie trójkątnym :

Tego typu gwinty charakteryzują się bardzo wysoką samohamownością, a co za tym idzie sprawność tego typu gwintu (samohamownego) nie przekracza 50%

1. Co to jest takiego „zasada stałego otworu i stałego wałka”, przedstawić przykłady takich pasowań na rysunku z oznaczeniami odchyłek wymiarowych i luzów oraz ich oznaczeń na rysunkach.

Odpowiedź:

Zasada stałego otworu - średnicę otworu toleruje się zawsze w głąb materiału, EI=0 (tolerowanie asymetryczne), żądane pasowanie uzyskuje się poprzez dobranie odchyłek wałka. Przykłady: 10H7/f6 - pasowanie luźne, 10H7/s7 - pasowanie ciasne.

Zasada stałego wałka - średnicę wałka toleruje się zawsze w głąb materiału, es=0 (tolerowanie asymetryczne), żądane pasowanie uzyskuje się poprzez dobranie odchyłek otworu. Przykłady: 10F8/h6 - pasowanie luźne, 10S7/h6 - pasowanie ciasne.

Symbole tolerancji:

(A - H), (a - h) - dotyczą pasowań luźnych,

(J - N), (j - n) - dotyczą pasowań mieszanych,

(P - U), (p - u) - dotyczą pasowań ciasnych.

W budowie maszyn częściej stosuje się zasadę stałego otworu niż zasadę stałego wałka.

Zasada stałego otworu umożliwia zmniejszenie liczby rozmiarów narzędzi i sprawdzianów do pomiaru otworów.

Zasadę stałego wałka stosuje się w przypadku potrzeby osadzenia wielu elementów na wałku, którego średnica na pewnej długości jest stała

Przykłady pasowania wg zasad stałego wałka i stałego otworu:

1. Przedstawić wykres złącza śrubowego napiętego wstępnie dla małej sztywności śruby i dużej elementów łączonych poddanego następnie obciążeniu roboczemu, którego 25% przejmuje śruba. Ile wynosić musiałoby napięcie robocze aby połączenie to uległo całkowitemu zluzowaniu (przedstawić to na wykresie).

Odpowiedź:

Dużą sztywność elementów łączonych na wykresie charakteryzuje duży kąt β który zależy od sztywność , o małej sztywność śruby świadczy z kolei mały kąt α.