Cechy konstrukcyjne
• geometryczne cechy konstrukcyjne
(wyznaczają strukturę zewnętrzną wytworu)
• materiałowe cechy konstrukcyjne
(wyznaczają strukturę wewnętrzną wytworu)
• dynamiczne cechy konstrukcyjne
(wyznaczają stan wytworu wywołany podczas montażu elementów)
Konstrukcja jest układem struktur i innych stanów wytworu.
Identyfikacja potrzeby: • rozpoznanie potrzeby,
• koncypowanie •opracowanie założeń projektowo-konstrukcyjnych
Metody heurystyczne
• analogie • burza mózgów •kontrolna lista pytań
• metoda morfologiczna • metoda drzewa rozwiązań
Algorytmiczne metody koncypowania
Analogie• analogia osobista • analogia biologiczna• analogia symboliczna• analogia fantastyczna
Burza mózgów
• grupa 6 - 8 osób • czas trwania 40 - 90 minut
• niedozwolona krytyka pomysłów • temat znany przed posiedzeniem • swobodna wymiana pomysłów
• wszystkie pomysły powinny być wysłuchane przez pozostałych • celem jest uzyskanie jak największej liczby pomysłów • należy prowadzić myślenie otwarte
• pomysły są po sesji porządkowane i krytycznie analizowane
Algorytmiczne metody koncypowania
1. Ogólna ocena potrzeb
2. Zebranie najistotniejszych informacji o potrzebie
3. Ogólne sformułowanie problemu projektowego
4. Ocena możliwości rozwiązania
5. Wstępne tworzenie koncepcji rozwiązania
6. Analiza dotychczasowych rozwiązań
7. Identyfikacja przyczyn niezaspokojenia potrzeby
8. Sformułowanie założeń szczegółowych
9. Techniczno-ekonomiczna analiza realizowalności założeń
Projektowanie
• Weryfikacja analityczna
• Weryfikacja obejmująca badania
Konstruowanie
zapis konstrukcji
laboratoryjne
• Weryfikacja prototypu
• Badania eksploatacyjne
Kryteria dotyczące działania
• kryterium trwałości wytworu
• kryterium pewności działania
Kryteria ekonomiczne
• oszczędności tworzywa (min. masy, objętości)
• oszczędności energii
Kryteria dotyczące poprawności rozwiązania konstrukcyjnego
• kryteria dotyczące stanu obciążenia i naprężenia
• kryteria związane z wyborem tworzywa
• kryteria dotyczące stateczności wytworu
• kryteria dotyczące stosunku wielkości związanych
Kryteria dotyczące stanu obciążenia i naprężenia
Zalecenia konstrukcyjne
Powiększenie równomierności rozkładu obciążeń lub naprężeń
naprężenia
• zasada optymalnego tworzywa
• zasada optymalnej stateczności
• zasada optymalnych stosunków wielkości związanych
Kryteria związane z wyborem tworzywa
Podstawowe:
• ciężar
• koszt
Dodatkowe
• dostępność
• własności wytrzymałościowe
• wrażliwość na czynniki zewnętrzne (korozja, rozpuszczalność itp.)
• struktura wewnętrzna i zewnętrzna
• obrabialność (wiórowa, plastyczna, cieplna)
• spawalność
Kryteria optymalizacji tworzywa:
• min. masy
• min. Kosztów
Własności stereomechanczne:
• mała wytrzymałość tworzywa →
→ duże przekroje elementów →
→ wysoka sztywność
Kryteria dotyczące technologii wytwarzania
• wybór technologii wytwarzania
- koszty
• problem różnorodności
- normalizacja elementów
- wymiary uprzywilejowane
• kryteria dotyczące zakresu obróbki
- obróbka zgrubna
- obróbka wykańczająca
Kryteria dotyczące eksploatacji
• kryteria dotyczące transportu
- wymiary
- przepisy
- opakowania
• kryteria dotyczące obsługi
- prosta i oczywista
- łatwo dostępne i oznaczone manipulatory
- ergonomia, bezpieczeństwo i komfort pracy
- unikanie ostrych krawędzi
- zabezpieczenie przed dostępem do elementów wirujących
• kryteria dotyczące utylizacji
Typowe obciążenia elementów
Stałe,zmienne
• stan obciążenia w okresie rozruchu
• stan obciążenia w okresie zaniku obciążeń
rozruchowych
• stan obciążenia w stanie ustalonym
• stan obciążenia w okresie hamowania
Naprężenia
• naprężenia krytyczne
• naprężenia dopuszczalne
• naprężenia kryterialne (obliczeniowe)
Normy
δ1 - pewność założeń
δ2 - wielkość elementu
δ3 - jednorodność tworzywa
δ4 - dopuszczalne odchylenie postaci i wymiarów
δ5 - rodzaj tworzywa
Konstruowanie połączeń
elementów maszyn
bezpośrednie pośrednie
gwintowe
kształtowe wciskowe
spawane
zgrzewane
lutowane
klejone
nitowe
kołkowe
sworzniowe
wpustowe
klinowe
wielowypustowe
wieloboczne
Działanie kleju:
• siły adhezji (właściwość przywierania kleju do powierzchni klejonego
materiału)
- adhezja mechaniczne
- adhezja właściwa
• siły kohezji utwardzonego kleju (siły wewnętrznej spoistości kleju)
• siły kohezji łączonego materiału
Rodzaje klejów
Pochodzenie głównego składnika
Pod względem postaci zewnętrznej
Kleje pochodzenia naturalnego Kleje syntetyczne
Kleje ciekłe Kleje stałe topliwe
skrobia dekstryny kalogen
celuloza inne
Polioctan winylu Poliestry Poliuretany
Żywice epoksydowe fenolowe
silikononowe
inne
rozpuszczalnikowe roztwory wodne roztwory dyspersyjne żywice ciekłe
inne
taśmy
błony klejące pałeczki
proszki
żywice stałe granulaty
Metody klejenia:
Kleje wiążące w wyniku procesu fizycznego
odparowanie rozpuszczalnika odparowanie wody
zestalenie się stopionego kleju
Kleje wiążące w wyniku procesu chemicznego zachodzącego wskutek temperatury
(termoutwardzalne) zachodzące pod wpływem utwardzacza
(chemoutwardzalne)
• klejenie na zimno (odparowanie rozpuszczalnika, wody, utwardzacza)
• klejenie na gorąco
- podgrzanie łączonych elementów do ~110 °C
- utwardzanie w temp. 180 ÷ 200 °C
Wykonywanie połączeń klejonych
Dobór kleju:
• klejów rozpuszczalnikowych, dyspersyjnych i roztworów wodnych nie
można stosować do materiałów nieporowatych (metale, szkło, tworzywa
sztuczne)
• elastyczność spoiny musi być większa od elastyczności materiału
klejonego
• lepkość kleju musi być dostosowana do stopnia rozwinięcia powierzchni
materiału klejonego
• rozpuszczalniki zawarte w kleju nie powinny działać agresywnie na
materiał klejony
Wykonywanie połączeń klejonych
Przygotowanie powierzchni klejonych:
• oczyszczenie powierzchni
- mechaniczne (piaskowanie, papierem ściernym, szczotką drucianą,
opalanie płomieniem, obróbkę skrawaniem) i oczyszczenie z pyłu i kurzu
- chemiczne (rozpuszczalnikiem np. benzyna, benzen, aceton,
trójchloroetylen, detergent)
• wytrawianie
Przygotowanie masy klejowej
• jednorodna
- zbyt rozcieńczona - słaba spoina
- zbyt gęsta - źle zwilża powierzchnie, długo schnie, daje zbyt grubą
spoinę
• wymieszanie z dodatkami
• grubość warstwy kleju 0,05 ÷ 0,1 mm
Metody spawania:
• Zalety i wady połączeń klejonych
elektryczne łukowe elektrożużlowe elektronowe laserowe
gazowe
elektrodą
topliwą
elektrodą
nietopliwą
ręczne łukiem krytym metodami MIG, MAG
metodą TIG
plazmowe
Spawalność tworzyw
• Stale
-zawartość węgla do 0,25%
- równoważnik węgla Ce < 0,4%
C = C + Mn + Cr + Mo +V + Cu + Ni %
e 6 5 15
- łatwospawalne
• stale węglowe np.: St0S, St2S, St3S, St4S (uspokojone i półuspokojone)
• stale konstrukcyjne np.:10, 15, 20, 25
• stale stopowe np.: 15H, 20H, 18HGT, 18HGM, 20HGS, 25HM
Spawalność tworzyw
• Staliwa
- zasady podobne jak dla stali
• Żeliwa
- trudnospawalne
- naprawa uszkodzeń
• Stopy Al
- dobrze spawalne stopy Al-Mg, Al-Mn, Al-Zn-Mg
• Brązy i mosiądze
- spawalność zależy od składu
• Tworzywa sztuczne
- wyłącznie tworzywa termoplastyczne
- odpowiedni dobór spoiwa
Połączenia lutowane
• niewielka grubość przedmiotów
• niewskazane jest ogrzewanie łączonych elementów do wysokiej
temperatury
• metal jest trudnospawalny
• łączymy dokładnie obrobione elementy, które nie mogą ulec
odkształceniu
• łączymy dwa różne metale
Własności lutów
• Lutowanie miękkie (<550 °C)
- nieduża wytrzymałość na ścinanie (Rt = 30÷70 MPa)
- mała wytrzymałość na rozciąganie
- duża szczelność
- mały opór elektryczny
• Lutowanie twarde (>550 °C)
- większa wytrzymałość na ścinanie (Rt = 150÷500 MPa)
- praca w temperaturach >150 °C
• Lutospawanie (mosiądzem, stopami niklu)
• Lutowanie lutami szlachetnymi (srebrem)
- wytrzymałość na ścinanie (Rt = 200÷250 MPa)
Weryfikacja wytrzymałościowa połączeń lutowanych
• wodny roztwór chlorku cynku (woda lutownicza),
• kalafonia,
• selmiak,
Połączenia zgrzewane
• Zalety i wady połączeń spawanych
• Technologia wykonywania połączeń lutowanych
Zgrzewanie mechaniczne gazowe ogniskowe
elektryczne
zgniotowe
tarciowe
oporu elektrycznego łuku wirującego ultradźwiękowe
dyfuzyjne
punktowe garbowe liniowe
doczołowe zwarciowe iskrowe
Połączenia zgrzewane - stan obciążenia
samodzielnego uzupełnienia
• Weryfikacja wytrzymałościowa połączeń
zgrzewanych
• Zalety i wady połączeń zgrzewanych
• Technologia wykonywania połączeń
zgrzewanych
Połączenia gwintowe
• Połączenia nieobciążone
• Modele połączeń
Połączenia gwintowe nieobciążone
• Wywołać naprężenie wstępne rzędu 0,5-0,6 Rer
• Dynamiczna cecha konstrukcyjna
• Warunek samohamowności
• Zabezpieczenie połączeń
• Zagadnienie skoku gwintu
• Naprężenia dopuszczalne
• Korozja połączeń
• Optymalizacja stanu obciążenia i naprężeń
• Unikać bardzo małych średnic (<M6)
• Określić warunki montażu (moment dokręcenia)
Zastosowanie gwintów
• gwinty calowe - głównie w połączeniach rurowych
• gwinty drobnozwojne - mała głębokość gwintu, dokładna regulacja,
mała odporność na zużycie
• gwinty grubozwojowe - przenoszą duże naciski, równomierny rozkład
obciążenia na zwoje
• gwinty okrągłe - stosowane przy obciążeniach zmiennych i udarowych,
mało czułe na uszkodzenia mechaniczne
• gwinty trapezowe - używane w połączeniach ruchowych, duża sprawność
i duży kąt pochylenia γ, mogą być wielozwojowe
• gwinty stożkowe - rurociągi wiertnicze, dobra szczelność złącza,
likwidacja luzów, równomierny rozkład obciążeń, szybki montaż
Zabezpieczenia antykorozyjne połączeń gwintowych
• Powłoki ochronne
- galwaniczne (cynkowe, kadmowe)
- ogniowe (cynkowe)
• Dodatkowe zabiegi w czasie montażu
- malowanie
- smarowanie, fluidowanie, ...
• Uszczelnianie