11.Scharakteryzuj tarcie samohamowność i sprawność w parze gwintowej. Tarcie siła przeciwstawiająca się ruchowi stykających się ciał.

Rozróżnia się dwie zasadnicze grupy rodzajów tarcia

-tarcie zewnętrzne występujące w przypadku styku dwóch ciał stałych

-tarcie wewnętrzne które towarzyszy i przeciwdziała przemieszczaniu się względem siebie części tego samego ciała

Tarcie dzielimy na :

-tarcie spoczynkowe

-tarcie ruchowe

A ze względu na charakter ruchu i geometrię styku trących się ciał - tarcie ślizgowe

-tarcie toczne

-tarcie wiertne

WZÓR T=*N

Jeśli pomiędzy trące się powierzchnie ciał stałych zostanie wprowadzony środek smarujący, to- w zależności od grubości wytworzonej warstewki smaru i chropowatości powierzchni- może powstać w parze trącej jednej z trzech występujących rodzajów tarcia :

-tarcie graniczne

-tarcie mieszane

-tarcie płynne

Samohamowność zachodzi w przypadku gdy jest spełniony następujący warunek: T>Q*sinγ

Qcosγ*μ > Qsinγ

μ > tgγ

ρ>γ

Sprawność w parze gwintowej

η=L_n/L_w=Q*h/M._t*2Π=

12.Omów możliwości konstrukcyjne optymalizacji stanu obciążenia połączeń śrubowych ( śruba rozciągana bez zginania i skręcanie o równomiernym rozkładzie obciążenia na zwój nakrętki ). Z punktu optymalizacji stanu obciążenia najkorzystniejsze jest jednoosiowe rozciąganie.

Eliminacja skręcania wywołanego momentem tarcia czoła nakrętki :

-zastosowanie naciągu hydraulicznego dla wywołania napięcia wstępnego śruby, ręczne dokręcanie śruby i poluzowanie złącza, otrzymuje się ściśle określoną siłę napięcia wstępnego

-próby stosowania o zminimalizowanym momencie tarcia

-podgrzewanie śruby i nakładanie nakrętki „na gorąco” po ostudzeniu powstaje stan naprężeń normalnych lub chłodzenie korpusu w ciekłym azocie lub CO₂

-stosowanie powłok parafinowych.

Uzyskanie ściśle określonej siły napięcia wstępnego śruby: - najdokładniejszymi metodami są metody bezpośrednie np.: naciąg hydrauliczny, mniej dokładne metody pośrednie, które można usystemować - dokręcenie do granic plastyczności

-pneumo i elektro narzędzia z regulacją

-stosowanie kluczy momentu granicznego

-stosowanie podkładek jako sprężyn talerzowych

15.Omów spawalność stali i stopów

Spawalność stali i stopów przeprowadza się na rożne sposoby. Spawaniem nazywamy łączenie materiałów przez ich miejscowe stopienie z dodaniem lub bez dodawania spoiwa. Przy spawaniu nie stosuje się dociskania do siebie łączonych materiałów. Najczęściej stosuje dwie główne metody spawania:

-spawanie gazowe, stosowane do łączenia blach stalowych o grubości od 0,4 do 40 mm

-spawanie elektryczne , stosowane do łączenia blach o grubości od 1 -80mm

Rzadziej stosowane metody :

-spawanie termitowe

-spawanie elektronowe

-spawanie laserowe

-i inne

Rodzaje spoin: Rodzaje złączy spawanych

-czołowe: -stykowe

*jednostronne -zakładkowe

*dwustronne -teowe

-brzeźne -narożne

-pachwinowe -przylgowe

*płaskie -krzyżowe

-wklęsłe

-grzbietowe

-otworowe

Spawalność stali określa się na podstawie równoważnika węgla Ce określanego równaniem:

Ce=C+Mn/6+Cr/5+V/5+Mo/4+Ni/15+Cu/13+P/2

Stale dzielimy na :

-łatwo spawalne, do których należą stale węglowe, w których zawartość węgla nie przekracza 0,25% i stale stopowe w których składniki stopowe nie przekraczają 0,6%, grubość nie powinna przekraczać 40mm

-średnio spawalne, wymagane jest często wstępne podgrzewanie łączonych części, bądź stosowanie większej grubości elektrod, czy też większego natężenia prądu, lub zmniejszonej prędkości spawania

-trudno spawalne - wymagane jest przy spawaniu dodatkowych zabiegów

- niespawalne to stale które mimo stosowania wszelkich dostępnych zabiegów nie daje się połączyć przez spawanie.

16. Podaj przykłady obliczeń wytrzymałościowych spawanych minimum trzy przykłady.

δ_r'= P/a*l_o ≤ kr

l_o = b- 2a a = g

kr = z_{o *}z _* kr = 0,5 _* 0,8 _* kr = 0,4 kr

z współczynnik jakości spoin

P_dop = kr _* a_*l_o

P_dop = 0,4 kr _* g _* (b - 2a)

Kiedy wytrzymałość będzie równa wytrzymałości blachy na rozrywanie

L' = b/ cosα a'= a/ cosα= b_*a/ cosα

a = g A= b*g

Pn = P * cosα ⇒ δr'=Pn/A' =P/A cos²α

Pt = P * sinα ⇒ T'=Pt/A' =P/A sinα cosα

δz'= √[δn²+(kr'/kt' * Τ)²] ≤kr'

kr'/kt'=(ZoZrkr)/(ZoZtkt) =1,41= √2

δz'= P/A √ [(cosα )²+2 (sinα cosα)²] ≤ 0,8 kr

δn'= P/A ≤ kr α = 45⁰

Płyta ze stali St3 o grubości g= 10 mm obciążona jest momentem gnącym M=100Nm. Oblicz szerokość b.

kst = skr= s_* Re/Xe = 0,85^* 235/1.15= 173MPa

dla g ≤ 16 mm Re = 235 MPa

dla Rc = 335MPa Xe = 1,15

dla Re = 255 MPa S = 0,85

b ≥ 6m/g²ksr = (6 *100*10³)/(10²*173 )=34,7mm

20.Podaj przykłady zastosowań i podstawy obliczeń połączeń kołkowych i sworzniowych(rodzaje - minimum dwa przykłady). Sworznie są to wałki walcowe służące przeważnie do łączenia różnego rodzaju przegubów. Sworzeń jest zwykłe unieruchomiony przed przesuwaniem się kółkiem itp.. Odmianą sworzni stosowaną przede wszystkim w połączeniach ciasnych są kołki walcowe oraz stożkowe. Zadaniem kołków jest ustalenie wzajemnego położenia dwóch lub więcej części (kolki walcowe wtłaczane, kołki stożkowe) lub łączenie części maszynowych (kołki walcowe rozwalcowywane lub rozgniatane na końcach). W połączeniach mnij dokładnych stosuje często kolki karbowane. Mają one zalety zwykłych kołków walcowych i stożkowych tzn. nie luzują się łatwo w otworach i można je wtłaczać i wytłaczać, a ponadto nie wymagają dokładnego wykonania i otwory na nie mogą być mniej dokładnie wykonane.

29. Porównaj obszar zastosowań łożysk tocznych i ślizgowych. Przy wyborze rodzaju łożyskowania należy podjąć decyzję o zastosowaniu łożysk ślizgowych lub tocznych. W pewnych przypadkach korzystniejsze jest stosowanie łożysk tocznych a w innych przypadkach stosowanie łożysk ślizgowych. Łożyska ślizgowe w skutek dużej powierzchni smarownej są bardziej odporne na uderzenia, drgania i wstrząsy. Spełniają dobrze swoje zadanie przy bardzo dużych prędkościach obrotowych. Pozwalają na uzyskanie dużej dokładności oraz małego luzu łożyskowego. Na ogół średnice łożysk ślizgowych są mniejsze niż średnice łożysk tocznych oraz umożliwia dzielenie łożysk. Przy dużych średnicach łożyska ślizgowe są tańsze od łożysk tocznych. Łożyska toczne mają małe opory tarcia, porównywalne z osiąganymi w najlepszych dobrze smarownych łożyskach ślizgowych. Cechują się małym zużyciem smaru i proste smarowanie. Mają małe wymiary wzdłużne.

*Łożyska ślizgowe (poprzeczne)- są stosowane w maszynach które stanowią całość z korpusem

*Łożyska ślizgowe( wzdłużne ) służą zazwyczaj do podtrzymywania pionowych wałów ciężkich maszyn

*Łożyska toczne - powierzchnie czopa i gniazda rozdzielona elementami tocznymi , które umożliwia ruch obrotowy czopa bez poślizgu względem oprawy dzięki przetaczaniu się.

30. Podaj zasady obliczeń łożysk tocznych.

Wielkość i kształt łożyska ślizgowego są uzależnione przede wszystkim od wielkości i rodzaju przenoszonej przez wał lub oś. Wzoru służą praktycznie do obliczenia długości panwi i grubości jej ścianek w zależności od materiału zawarte są w tabeli.

Wymiary panwi należy sprawdzić ze względu na nacisk powierzchniowy :

Dopuszczalny nacisk jednostkowy

Ps= P/dl≥P_dop

Oprócz tego łożysko należy sprawdzić na rozgrzewanie

1) Ilość ciepła wytwarzana przez czop w ciągu godziny przypadający na 1 mm² powierzchni czopa wynosi:

q≈1,8*10^-4μ*(Pm*n)/l [kcal/ mm² ]

Pm- przeciętne obciążenie czopa [kG]

n - liczba obrotów [ obr/min]

l - długość czopa w mm

2) Sprawdzenie na rozgrzewanie

Pm*V ≤ C

Pm - średni nacisk jednostkowy panwi w [kG/ mm² ]

V - prędkość obrotowa ślizgania się czopa w panwi m/sek

C jednostkowy współczynnik rozpraszania ciepła przy naturalnym chłodzeniu.

28.Opisz tarcie i smarowanie łożysk tocznych z przykładami uszczelnień.

Łożyska toczne są bardzo wrażliwe na uderzenia i wstrząsy oraz muszą być szczelnie izolowane od otwierania aby nie dostał się do nich kurz i pył który uniemożliwia prawidłową pracę łożyska. Z tego powodu łożyska toczna znajdują się w szczelnych osłonach. Do smarowania łożysk tocznych używa się smaru stałego w smarownicę, w który co pewien czas wtłacza się smar za pomocą specjalnej prasy. Łożysko toczne musi zawsze wypełnione być smarem w przeciwnym razie bardzo szybko ulega zniszczeniu.

Dozór nad prawidłową łożyska tocznego odbywa się przez mierzenie jego tempa, nasłuchiwanie podczas pracy (powinno pracować bezszelestnie ) oraz obserwację zużytego smaru podczas jego wymiany.

Ruch elementu tocznego jest ruchem planetycznym, składającym się z osi łożyska i samej kulki. Jest to ruch toczny z pewnego typem poślizgu

27. Podaj definicję nośności statycznej i dynamicznej łożyska tocznego oraz przyczyny zniszczeń łożysk.

Nośność statyczna Cs do nie dawna było to obciążenie które wykonywało odkształcenie trwałe równe (1/10tys jego średnicy). Według nowej definicji jest obciążenie- wywoła naprężenie statyczne 4000 N/ mm²

Postać zniszczeń łożysk:

1)pitting - łuszczenie powierzchni związanych z powstawaniem pęknięć w wyniku penetracji oleju w mikrostrukturę powierzchni

2) zużycie ścierne - luzy

3) korozję

4) uszkodzenia materiałowe

5) mikro prądy

Krytyczna prędkość obrotowa powoduje pęknięcie koszyka

Nośność dynamiczna - jest to obciążenie działające z głównego obciążenia łożyska przy którym łożyska 95% bez uszkodzenia 1 000 000 obrotów

P.= xP+yPh

C - nośność dynamiczna ruchowa

P.- zastępcza

L - twardość mechaniczna

L = (c/p.)^q

26. Określ zasady obliczeń nośności i trwałości łożysk tocznych.

Nośność ruchowa Po [kG] jest to dopuszczalne trwałe użytkowe obciążenie łożyska przy którym łożysko wykona założoną ilość obrotów zanim zjawią się pierwsze ślady zużycia łożysk jak np.: łuszczenie

a) łożyska kulkowe poprzeczne:

P = k*(i*m^2/3* +0,2dk)

i - ilość rzędów kulek

m - ilość kulek w jednym rzędzie

γ - kąt działania ( kąt między kierunkiem siły a płaszczyzną prostopadłą do osi łożyska )

k - współczynnik rodzaju łożyska

b) - łożyska wałeczkowe

Po= 5im^2/3*ldw cosγ

dw- średnica wałeczków

l - długość wałeczków mm

c) łożyska baryłkowe wzdłużne

Po = 12,5im^2/3*lds cosγ

ds- średnica wałeczków

l - długość baryłek mm

Obliczenia wartości nośności ruchowej Po jest powiązane z siłą poprzecznego obciążenia łożyska Pp oraz siłą wzdłużnego obciążenia Pw wzorem

Po = (kpPp + kwPw) kn + kt gdzie

kp i kw - zależą od rodzaju typu i wielkości łożyska

kn - (0,33)^1/3 zależą od szybkości obrotowej

kt- (0,002)^1/3 zależy od założonej ilości godzin pracy łożyska

25. Opisz łożyska toczne obciążeń poprzecznych, wzdłużnych i złożonych ( rysunki łożysk i obciążeń).

Łożyska toczne dzielimy na poprzeczne, wzdłużne i poprzeczno - wzdłużne, a w zależności od kształtu elementów tocznych na łożyska kulkowe i wzdłużne przy czym wałeczki mogą posiadać kształt walcowy stożkowy, baryłkowy lub igiełkowy.

Łożyska toczne posiadają następujące główne części składowe , dwa pierścienie : wewnętrzny i zewnętrzny, w których wykonywane są bieżnie dla części tocznych, oraz elementów tocznych w postaci kulek lub wałeczków, ujętych często w prowadzące je koszyki (klatki).

Pierścień wewnętrzny osadzony nieruchomo na czopie wału (osi) a pierścień zewnętrzny osadzony nieruchomo w odpowiedniej osłonie. W ten sposób przy obrocie wału lub osi nie wyciera się czop jak to było w łożysku ślizgowym, lecz elementy pośredniczące ,toczne, a więc kulki lub wałeczki

Rodzaje łożysk tocznych - ze względu na szerokie zastosowanie łożysk tocznych produkowany jest ich duży asortyment. W oznaczeniach podane są :

a) rodzaje łożysk - o czym decyduje postać elementów tocznych ( kulkowe jednorzędowe , kulkowe dwurzędowe, wałeczkowe, baryłkowe, igiełkowe).

b) typ łożyska uzależniony od wielkości przenoszonych sił: najlżejsze, lżejsze, lekkie, średnie, ciężkie - typy te różnią się, tym że przy tej średnicy _„d^” posiadają różne wielkości wymiarów D, B;

c) odmiana łożyska: wąskie, zwykłe, szerokie, różniące wymiarami B ;

d) szczególna postać łożyska

e) rozmiary zależne od wymiarów: d, D, B oraz promień r zaokrąglenie krawędzi pierścieni łożyska

24. Przedstaw na prostym przykładzie podstawy obliczeń wytrzymałościowych i sztywnościowych wałów.

Warunek wytrzymałości na podstawie:

δ_g= Mg/Wx=32Mg/Πd³≤kgo (lub kgi, kg)

Mg- moment gnący w rozpatrzonym przekroju;

Wx- wskaźnik wytrzymałości na zginanie;

d- średnie wału;

Średnica wału określa wzór:
d=³√(32Mg/Πkgo)

Naciski powierzchniowe między czopem układu a podporą:
P=P/dg≤Po

P.- siła, g - grubość podpory, d - średnica czopa,

Warunek wytrzymałości:

Ł=Ms/Wo=16Ms/∏d³≤kso

Kąt skręcania wału:

γ=Msl/GIo Io=∏d⁴/32

l - długość skręconego wału
G - moduł sprężystości podstawy;
Io - biegunowy moment bezwładności

Bezwładność odśrodkowa: B=m(y+e)w²

Sztywność statyczna wału:

F=Ga(l²- a²)/9(√3)EJ
Sztywność dynamiczna wał - określona jako właściwość odkształcenia się wału w warunkach ruchu:

S=ky

23. Określ zasady kształtowania wałów ( Zmęczenia, sztywności, technologia)

Wałem nazywamy część maszynową, na której osadzone są nieruchomo inne części maszynowe tego samego zespołu, albo też części wykonujące w stosunku do tej osi lub wału ruchy obrotowe lub wahadłowe.

Zarówno oś jak i wał posiada postać odpowiednio ukształtowanego pręta, najczęściej walca z uskokami.

Wał jest częścią zawsze ruchomą i spełnia te same zadania co oś, ale przenosi nadto opór sił poprzecznych również i momenty skręcające (np. wał pędniany, wrzeciono obrabiarki itp.). Ponieważ wał opiera się na współpracujących częściach maszyny lub też podtrzymują inne części maszyn za pomocą czopów, przed to czopy te muszą posiadać odpowiedni kształt oraz muszą być dostatecznie wytrzymałe i obrobione z odpowiednią dokładnością ; muszą posiadać:

1. wymiary zawarte w granicach określonych tolerancji w tym celu, aby bezpiecznie przejmowały działające siły oraz, aby nie było nadmiernego luzu między częściami łącznymi, tj. czopem i panewką łożyska

2. odpowiednią gładkość, aby zmniejszyć tarcie,

3. dostateczną odporność na ścieranie (utwardza się je więc przez hartowanie, nawęglanie lub azotowanie)

4. dostateczną odporność na grzanie,

Wały mogą być proste, jak np. wały pędniane lub wykarbowane pojedynczo

21a) Podaj przykład konstrukcji i obliczeń połączeń wpustowych lub wielowypustowych.

Wypustami nazywamy części łączące, podobne do klinów wzdłużnych, lecz nie posiadające pochylenia służą one (tak jak klin) głównie do łączenia wałów z piastami nakładanych na nie na części. Wypusty osadzane są w rowkach wałów ciasno (pasowanie N9/h9) i mogą być do wałów przymocowane wkrętami:

Najczęściej spotyka się następujące odmiany wypustów:

a) wypusty pryzmatyczne ścięte, pełne lub otwarte;

b) wypusty pryzmatyczne zaokrąglone, pełne lub otwarte;

c) wypusty czółenkowe stosowane również jako kliny wypustowe.

Połączenia wypustowe mogą być spoczynkowe lub przesuwne. Rozróżnia się połączenia wpustowe pojedyncze, podwójne dwa wpusty osadzone w wale naprzeciw siebie.

b) Połączenia wielowypustowe.

Ponieważ rolki pod wpusty osłabiają wał, coraz szerzej stosowane są (nie posiadają tej wady), ogólnego przeznaczenia, oraz szczególnego przeznaczenia, stosowane np. w obrabiarkach. Normy przewidują 3 rodzaje osiowania (centrowania)połączeń wielowypustowych:

a) na powierzchni wewnętrznych o średnicy _„d^”

b) na powierzchni zewnętrznych;

c) na bokach wypustów i rowkach.

Szeroko stosowane są również połączenia wielowypustowe o ewolwentowym zarysie boków wypustów oraz połączenia wielokarbowane tylko w złączach spoczynkowych. Oba te rodzaje połączeń centrowane są tylko na bokach wypustów.

Obliczenia wytrzymałościowe - obliczenie wypustów przeprowadza się na nacisk powierzchniowy, przy czym wielkość dopuszczalnego nacisku powierzchniowego zależy od tego, czy mamy do czynienia z połączeniem spoczynkowym, czy ten przesuwnym.

p.=Po/zsl≤Pdop

p.- nacisk powierzchniowy kG/mm²;

Pdop- dopuszczalny nacisk powierzchniowy kG/mm² połączenia spoczynkowe 11kG/mm²;

Po- siła na wale obwodowa kG;

z- ilość wypustów lub wypustów czynnych;

s- głębokość zagłębienia wypustu lub czynna wysokość wypustu mm;

l- czynna długość wypustu lub wypustu mm .

---