POŁĄCZENIA

POŁĄCZENIA NITOWE:

W złączach nitowych elementów stalowych stosuje się nity ze stali plastycznych St2N, St3N, St4. Do innych łączonych metali stosować nity z podobnego materiału co materiały łączone.

ZALETY: brak zmian strukturalnych mat. Łączonego, brak naprężeń wewnętrznych i odkształceń w elementach łączonych

WADY: znaczny ciężar połączenia, osłabienie przekroju elementów łączonych (od13do40%), pracochłonność połączenia, trudność uzyskania szczelności połączenia.

Zakuwanie odbywa się na zimno (stalowe < 8-10mm, mosiężne, aluminiowe, miedziane), lub na gorąco 1000stC

Połączenie nitowe może ulec zniszczeniu na wskutek: ścinania,

zbyt dużych nacisków na ścianki otworów, zerwanie elementu łączonego w miejscu osłabionym otworami.

POŁĄCZENIA SPAWANE:

ZALETY: umożliwiaj ą łączenie części metalowych bez użycia dodatkowych elementów zwiększających ciężar całości, pozwalają uzyskać szczelność bez dodatkowych zabiegów, nie wymagają rozbudowanego zaplecza i umożliwiają łączenie przy małym nakładzie robocizny.

WADY: Naprężenia wewnętrzne wywołane gradientami cieplnymi, zmiany strukturalne w materiałach w obszarze złącz, odkształcenie elementów łączonych.

Wytrzymałość spoiny zależy od jakości wykonania spoin- zwykłej jakości, mocne, specjalne.

Spoiny mocne wykonuje się w ważnych złączach narażonych na naprężenia spowodowane obciążeniami statycznymi lub zmiennymi o dużej amplitudzie. Ich wykonanie wymaga wysokich kwalifikacji spawacza i stosowania metod gwarantujących dobrą jakość spoiny (kontrola wyrywkowa).

Spoiny specjalne stosowane w odpowiedzialnych złączach takich jak naczynia ciśnieniowe lub przy znacznych naprężeniach zmiennych- pełna kontrola.

Jakość spoin uwzględnia się we współczynniku Z (k_t'=z*z₀*k_t) (z-jakość spawania (z=0.5-zwykła jakość, z=1 spoina mocna badana radiologicznie, z₀-rodzaj spoiny (1.czołowa-rozciąganie 0.75, ściskanie 0.85, zginanie 0.8, ścinanie 0.65 2.pachwinowa-wszystkie obciążenia-0.65.)

Współcześnie wprowadza się tylko jeden współczynnik s (k'_t=s*k_t), dla spoin czołowych (s=1-ściskanie,zginanie), (s=0.8-1-rozciąganie, zginanie), (s=0.6- ścinanie) a dla spoin pachwinowych s=0.65.

OBLICZANIE POŁ SPAWANYCH (STANEM GRANICZNYM):

Metoda obowiązuje w konstrukcjach stalowych hal, mostów, suwnic, jezdni podsuwnicowych, dźwignic. Ogólna postać warunku δ=F_obl/A_s⊆R_s F_obl- uogólnione obciążenie obliczeniowe, R_s- wytrzymałość obliczeniowa spoiny, δ- uogólnione naprężenie obliczeniowe (normalne, styczne), A_s- uogólniony wskaźnik wytrzymałości przekroju spoiny.

Obciążenia obliczeniowe- są sumą iloczynów tak zwanych obciążeń charakterystycznych i odpowiednich współczynników uwzględniających dynamiczny charakter obciążenia oraz prawdopodobieństwo wystąpienia obciążeń bardziej niekorzystnych od obciążeń charakterystycznych bądź równoczesnego wystąpienia kilku obciążeń o maksymalnych wartościach.

Wytrzymałość obliczeniowa spoin- jest iloczynem wytrzymałości obliczeniowej stali R i współczynnika s. Rs=s*R.

Wytrzymałość obliczeniowa stali R- otrzymuje się przez podzielenie minimalnej gwarantowanej granicy plastyczności Re przez współczynnik materiałowy R=Re/γ_s (γ_s(Re<355Mpa)=1.15

Współczynnik s określa się w zależności od rodzaju spoiny i naprężenia, granicy plastyczności oraz jakości złącza.

W przypadku konieczności uwzględnienia wpływu zmęczenia materiału wartość wytrzymałości obliczeniowej R mnoży się przez współczynnik zmęczeniowy m_zm. Jego wartość zależy od rodzaju materiału, rozwiązania konstrukcyjnego węzła, przewidywanej trwałości oraz charakterystyki cyklu zmęczeniowego R* m_zm.

Zastosowanie metody stanów granicznych w konstrukcjach maszynowych jest ograniczone brakiem informacji o obciążeniu obliczeniowym.

POŁĄCZENIA ZGRZEWANE:

Zgrzewaniem nazywamy nierozłączne połączenie materiałów przez miejscowe podgrzanie łączonych części do stanu ciastowatości i dociśnięcie do siebie.

Podział sposobów zgrzewania:

a)według źródeł ciepła-ogniowe, gazowe, mechaniczne (tarcie, zgniot), elektryczne b)wg kształtu zgrzeiny- punktowe, garbowe, liniowe

Połączenia zgrzewane należy tak kształtować aby występowały tylko naprężenia ścinające.

POŁĄCZENIA KLEJOWE

Zalety: równomierny rozkład naprężeń, brak skurczu i własnych naprężeń, gładka powierzchnia, nie wymagają wysokich temperatur, nie powodują zmian strukturalnych, istnieje możliwość łączenia dużych materiałów .

Wady: mała odporność na rozwarstwienia, mała odporność na temperaturę, konieczność stosowania zacisków i pras przy niektórych klejach.

Wytrzymałość połączeń klejowych zależy od- mechanicznych i technologicznych własności klejonego materiału i kleju, warunków wykonania konstrukcji złącza i rodzaju obciążeń.

Współczynnik spiętrzenia naprężeń β_t=f(c1/c2*c_s/c₁) (c1/c2=E₁*g₁/(E₁*g₁)) (c_s/c₁=(G*l/s)/(E₁*g₁/l)=G*l²/(E*g₁*s)) E₁-Young G- Kirchoff l-długość

POŁĄCZDENIA ŚRUBOWE:

Są to połączenia spoczynkowe.

H=Q*tg(γ±ρ)- siła od momentu

Mt=0.5*d2*Q*tg(ρ1+γ) + Q*dp*μ/2

Gamma podana jest w radianach należy pomnożyć 180/pi żeby mieć stopnie.

Zakres samohamowności od 0 do trochę poniżej sprawności równej 0.2 stosujemy na złącza śrubowe, a gdzieś trochę poniżej granicy sprawności 0.5 znajdują się podnośniki śrubowe.

W zakresie nie samohamowności znajdują się prasy śrubowe (ok. 15 do 25 stopni).

Obliczenia:

a)Przypadek 1 Śruba obciążona jedynie siłą osiową Q

b)Przypadek 2 Śruba obciążona siłą osiową Q i momentem skręcającym Ms (podnośniki i prasy) w praktyce wystarczy sprawdzić tą śrubą na naprężenia wywołane siłą osiową Q_z=(1.25-1.3)*Q (tylko dla gwintu metrycznego)

c)Przypadek 3. Śruba obciążona naciągiem wstępnym Q_o a następnie siłą osiową Q (Śruby pokryw naczyń ciśnieniowych)

λ_s=ε_s*l_s=σ_r*l_s/E_s=Q_o*l_s/(F_s*E_s)=Q_o*1/c_s

δ_k=σ_c*l_k/E_k=Q_o*l_k/(F_k*E_k)=Q_o*1/c_k

c_s=Q_o/λ_s= F_s*E_s/ l_s=tgα

c_k=Q_o/δ_k = F_k*E_k/ l_k=tgβ

l_s-długość śruby, E_s- moduł sprężystości śruby, F_s- pole przekroju śruby, c_s- sztywność śruby (analogicznie dla kołnierza)

Sztywność ściskanych elementów oblicza się biorąc pod uwagę przenoszenie nacisków wgłęb materiału poprzez tzw. STORZKI WPLYWU o kącie rozwarcia 90st. Stożki te zamienia się następnie na zastępcze walce o powierzchni przekroju F_k, które przyrównuje się do powierzchni przekrojów stożków. Podziałaniem zewnętrznej siły osiowej Q śruba wydłuża się dodatkowo o odcinek Δλ_s jej całkowite wydłużenie osiągnie wartość λ_s+Δλ_s odpowiadającą wypadkowej sile na nią działającej Q_w . Kołnierze natomiast ze względu na wydłużenie śrub odprężą się o tę samą wielkość Δλ_s, a i wypadkową odkształcenie będzie wynosiło δ_k-Δλ_s. W związku z tym działająca pierwotnie na nie siła naciągu wstępnego śruby Q_o zmaleje do wartości Q_o'.

Q_w=Q_o'+Q_d

Q_o'=Q_w+Q

Q_o'=(1.5-2)Q - pokrywy ciśnieniowe

Q_o'=(0.2-0.6)Q - pokrywy łożyskowe

AC=Q_d*ctgα, AC=(Q-Q_d)*ctgβ

Q_d*ctgα=(Q-Q_o')*ctgβ

Q_d=Q*ctgβ/(ctgβ+ctgα)=Q*1/(1+ctgα/ctgβ)=Q*1/(1+c_k/c_s)

Wzrost naciągu w śrubie pod odciążeniem Q jest tym większy im stosunek c_k/c_s dla zmniejszenia obciążenia Q_w należy zmniejszyć sztywność śruby.

Obliczenia wytrzymałościowe: Q_w=Q_o+Q_d

Przypadek 4. Połączenia śrubowe obciążenia siłą poprzeczną

a)Śruba pasowana (tylko na ścięcie i dociski powierzchniowe)

b)Śruby luźne: Obciążenie P jest przenoszone dzięki sile tarcia T wywołanej naciągiem śrub Q_o T=Q_o*μ>P

OBLICZENIA POŁĄCZEŃ ŚRUBOWYCH

Przy obliczaniu połączeń w których zastosowano większą liczb śrub należy ustalić rzeczywisty rozkład obciążeń na poszczególne śruby i obliczyć najbardziej obciążone. Dla prostych obliczeń przyjmuje się równość naciągów wstępnych w śrubach, dostateczną sztywność kołnierzy, oraz równomierny rozkład docisków, a więc i sił tarcia na całej powierzchni styku.

POŁĄCZENIA SWORZNIOWE

Dla sworznia ciasno pasowanego liczymy na ścięcie i sprawdzamy na dociski powierzchniowe. A dla luźno pasowanego liczymy na zginanie.

Sworznie jednostronne utwierdzone obciążone siłą skupioną oblicza się na zginanie i naciski powierzchniowe o rozkładzie prostokątnym od sił i trójkątnym od momentów.

Materiały na sworznie: własności 4.8 (Rm=400Mpa HB=105) lub 5.8 (Rm=500 MPa HB=145)

ZMĘCZENIÓWKA

Wykres Wöhlera

Zk- obszar wytrzymałości zmęczeniowej przy małej ilości cykli

Zo- obszar wytrzymałości zm. przy ograniczonej ilości cykli

Zz- obszar wytrzymałości zm. przy nieograniczonej ilości cykli

Sposoby obliczenia współczynnika w poszczególnych obszarach:

1.N_c<10⁴-obszar obciążeń statycznych δ=Re/σ_max

2.10⁴<N_c<10⁷ - obszar wytrzymałości ograniczonej δ_z=Z_o/σ_max (Z_o-wyznaczone doświadczalnie lub obliczone Z_o=Z_g(10⁷/N_c)^ς)

3.N_c>10⁷ - obszar wytrzymałości nieograniczonej δ=Z_g/σ_max

Liczba całkowita cykli

N_c=n(1/min)*60*h(ilość godzin)*z(liczba zmian)*D(dni)*l(lat)

σ_m=(σ_max+σ_min)/2- naprężenie średnie

σ_a=(σ_max-σ_min)/2- amplituda naprężeń

R=σ_min/σ_max -współczynnik asymetrii cyklu

Kappa=σ_m/σ_a- współczynnik stałości obciążenia

Wykres Haigha

Wykres Smitha

Aby narysować wykres potrzeba Re, Zo,Zj.

Jeżeli przy wzroście obciążenia stosunek amplitudy σ_a do naprężenia średniego σ_m będzie stały to wartość wytrzymałości zmęczeniowej określa punkt k1

σ_a/σ_m=const, x₂=z₁/σ_max=E*k1/CD

Jeśli przy wzroście obciążeń naprężenie średnie cyklu pozostaje stałe to wytrzymałość zmęczeniowa odpowiadająca punktowi D określona jest punktem k2, współczynnik bezpieczeństwa

σ_m=const x2=Z2/σ_z=Ck2/CD

D-punkt pracy.

CZYNNIKI WPŁYWAIĄCE NA WYTRZ. ZMĘCZENIOWĄ

Pod pojęciem KARBU należy rozumieć wszelkie nieciągłości poprzecznych przekrojów przedmiotu lub zmiany krzywizn powierzchni ograniczających przedmiot (rowki, otwory, gwinty)

Rozkład naprężeń w obszarze karbu zależy od geometrii karbu, związanej z wymiarami przedmiotu. Charakterystykę zmęczeniową karbu ujmujemy w tzw. współczynniku kształtu α_k . Wartość współczynnika α_k zależy od: stosunku promienia krzywizny dna karbu ρ do promienia lub połowy szerokości przekroju r w elementach płaskich w płaszczyźnie karbu, oraz od stosunku promienia połowy szerokości elementu R w miejscu nie osłabionym karbem do promienia r.

β_k- współczynnik działania karbu- stosunek wytrzymałości próbek gładkich bez karbu do wytrzymałości próbek gładkich z karbem. β_k- zależy od współczynnika kształtu i współczynnika wrażliwości materiału na działanie karbu.

β_k=1+η_k(α_k+1) gdzie η_k- współczynnik wrażliwości materiału na działanie karbu (jest zależny od Rm, ρ_o) =1 dla materiałów doskonale sprężystych „szkło” =0 dla materiałów niewrażliwych na działanie karbu „żeliwo szare”.

Współczynnik β_p charakteryzuje zmianę wytrzymałości elementów po różnej obróbce skrawaniem w porównaniu z próbką polerowaną. Do obliczeń elementów z karbem o znanym β_k posługujemy się zależnością β=β_k+β_p-1 (w przypadku karbów prostych β_p pomijamy, dla żeliwa po usunięciu naskórku odlewniczego przyjmujemy β_p=1)

β_pz- dla powierzchni ulepszanych β=β_k*β_pz

Współczynnik wielkości elementu ε=z_d/z, z_d- wytrzymałość zmęczeniowa próbki o średnicy d, z- wytrzymałość zmęczeniowa próbki o średnicy od 7 do 10mm (γ=1/ε).

δ-rzeczywisty współczynnik bezpieczeństwa

δ<1 nie występuje

δ=1.3-1.4 -ścisłe obliczenia na podstawie dokładnych danych doświadczalnych

δ=1.4-1.7 - dla zwykłej dokładności obliczeń, bez doświadczalnego sprawdzenia obliczeń

δ=1.7- 2 - dla zmniejszonej dokładności obliczeń, przy możliwości określenia naprężeń i obciążeń

δ=2-3 - przy orientacyjnym określaniu obciążeń i naprężeń dla niepewnych lub specjalnie ciężkich warunków pracy (odlewy)

OBLICZENIA ZMĘCZENIOWE PRZY OBCIĄŻENIACH ZŁOŻONYCH

Przy jednoczesnym występowaniu naprężeń różnego rodzaju naprężenia te składamy przy zastosowaniu odpowiedniej hipotezy wytężeniowej. Naprężenia zastępcze dla obciążeń niesymetrycznych (wahadłowych) obliczamy tak samo jak dla obciążeń stałych. Przy przewadze naprężeń normalnych σ_z=(σ²+(kσ*τ/k_τ)²)^(1/2). Przy przewadze naprężeń stycznych σ_z=((k_τ*σ/k_σ)²+τ²)^(1/2). Rozwiązując te zależności można dowieść, że rzeczywisty współczynnik bezpieczeństwa jest równy δ_z=1/(1/δ_σ²+1/δ_τ²)^1/2

δ_σ,δ_τ-składowe rzeczywistego współczynnika bezpieczeństwa obliczane tak jakby działało tylko zmienne naprężenie normalne lub styczne.

ZALECENIA KONSTRUKCYJNE mające na celu zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej elementów maszyn

-należy dążyć do możliwie łagodnego kształtowania przejść od jednego do drugiego przekroju stosując stożki przejściowe zamiast odsadzeń.

-jeżeli łukowe odsadzenie jest konieczne stosujemy możliwie duży promień przejścia

-działanie karbu można osłabić stosując karby odciążające

-należy dążyć ]do wyrównania współczynników bezpieczeństwa w różnych przekrojach co prowadzi do uzyskania konstrukcji o minimalnej masie

-gładkość powierzchni jest czynnikiem wpływającym w znaczącym stopniu na wytrzymałość zmęczeniową

-metalowe powłoki ochronne o małej wytrzymałości mogą być zaczątkiem pęknięcia zmęczeniowego

-zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej można uzyskać przez wytworzenie na powierzchni elementów napięć wstępnych

WAŁY I OSIE

Jeśli jest przenoszony moment skręcający to taką część nazywamy wałem, jeśli nie to osią. Części wałów osi na których są osadzone współpracujące z nimi elementy nazywamy czopami.

ETAPY PROJEKTOWANIA WAŁÓW:

1.Projektowanie wstępne polegające na ukształtowaniu wału na podstawie uproszczonych obliczeń wytrzymałościowych i zadanych dyspozycji wymiarowych

2.Obliczenia sprawdzające- sztywności(kąta ugięcia i strzałki), obliczenia dynamiczne (prędkości krytycznej ii drgania rezonansowe), obliczenia zmęczeniowe (rzeczywisty współczynnik bezpieczeństwa)

3.Ostateczne kształtowanie wału.

MATERIAŁY NA WAŁY

1.St3-St5 wtedy gdy o kształcie wału decyduje sztywność

2.35-45 gdy wał przenosi duże obciążenie w szczególności 45 gdy wskazanej jest powierzchniowe utwardzenie czopów

3.dla wałów uzębionych materiał taki jak dla kół zębatych (stale CrNi do ulepszania cieplnego, nawęglania i azotowania)

KSZTAŁTOWANIE WAŁU

Kształtowanie powierzchni swobodnych przeprowadzamy po ukształtowaniu powierzchni roboczych, czyli czopów-należy uwzględnić aby d₁/d₂ <=1,2 , natomiast czopy należy kształtować według zaleceń normy.

Gładkość powierzchni

1.czopów końcowych :R_z=2,5-0,32μm

2.powieszchni swobodnych : wały wolno obrotowe i średnio bieżne (R_z=10-5μm), wysokoobrotowe ( R_z=2,5μm)

Tolerancje - powierzchnie swobodne wykonujemy w tolerancji warsztatowej IT14 (h14) przy dużych obrotach IT12 do IT10

Uwzględnianie wpustu:

1.Jeżeli obciążenie jest w przybliżeniu statyczne wystarczy, by moment bezwładności przekroju z rowkiem był nie mniejszy od momentu bezwładności zarysu teoretycznego.

2.Gdy wał pracuje w zmiennym cyklu obciążenia przy niewielkim udziale momentu skręcającego moment bezwładności koła wpisanego winien być nie mniejszy niż teoretyczny

3.Gdy występuje duży udział momentu skręcającego moment bezwładności koła współśrodkowego z przekrojem poprzecznym wału, stycznego zewnętrznie do dna rowka pod wpust winien być nie mniejszy od teoretycznej

Sprawdzenia - ugięcie dopuszczalne (F_dop=2-3*10^-4 rozstawu łożysk), dopuszczalny kąt skręcenia (ϕ_dop=0,002-0,01rad/m)

Materiały konstrukcyjne

Właściwości mechaniczne-

(Wytrzymałość na ściskanie, rozciąganie, zginanie i ścinanie, granica plastyczności, wydłużenie, twardość, wyt. Zmęczeniowa)

Własności fizyczne (ciężar właściwy, przewodność elektryczna, cieplna, wł. Magnetyczne)

Własności chemiczne (odporność Ann korozję, żaroodporność)

Własności technologiczne- podatność na kształtowanie (obrabialność, tłoczność, spawalność, hartowność, lejność)

ŻEWLIWA:

a) żeliwo szare-

ZL150,200- elementy słabo obciążone, obudowy, podstawy, koła pasowe, armatura

ZL250,300- części średnio obciążone, obudowy silników, obrabiarek, koła zębate, sprzęgła

ZL350,400- bardziej obciążone części maszyn- koła zębate, łańcuchowe, tarcze hamulcowe

b) żeliwo sferoidalne- ciśnieniowa armatura, silnie obciążone części maszyn, matryce, walce hutnicze, wały korbowe

c) żeliwo ciągliwe- elementy o złożonych kształtach obciążone uderzeniowo: części hamulców, wagonów, maszyn rolniczych, przenośników

STALE KONSTRUKCYJNE WĘGLOWE-

a)St0,St2-mało obciążone elementy maszyn wytwarzane przez prasowanie, tłoczenie, gięcie na zimno

St3(s)- mało obciążone części maszyn

St4(s) St5(s)- Normalnie i średnio obciążone elementy, wały, osie, koła zębate

St6-(może być hartowana ulepszana cieplnie(duża wytrzymałość)) kołki ustalające, kliny, ślimaki, koła zębate

St7-duża wytrzymałość, mała plastyczność walce matryce, młoty, kowadła, elementy suwnic, koparek, koła jezdne.

b)wyższej jakości (obróbka cieplna)

08X,10X- wyroby tłoczone na zimno, dobrze spawalna

10- podobne zastosowanie po nawęglaniu, cyjanowaniu

15,20,25- śruby, koła zębate, osie, wały, czopy, sworznie, można nawęglać i cyjanować

15G, 20G- z dodatkiem manganu (podobne do 15, 20 ,25 ale większa wytrzymałość)

30,35- wały osie

35,40,45,50,55- stale stosowane jako ulepszane cieplnie przed obróbką skrawaniem później można hartować powierzchniowo do twardości 35-45 HRC 55-62HRC

45- koła zębate, wały rozrządowe, śruby, tania łatwo dostępna

55- sworznie łańcuchów napędowych, tłokowych, wrzeciona obrabiarek

65,60G- sprężynowe po obróbce cieplnej, części silnie obciążone i odporne na zużycie, resory, sprężyny

STALE STOPOWE:

Większa zdolność do przehartowania (jeśli chcemy zahartować duży element w całym przekroju) drogie i deficytowe.

a) stale do azotowania- 38HNJ, 38HJ- duża hartowność- wały korbowe rozrządu, ślimaki, krzywki, rozrządy, popychacze, sworznie tłokowe, formy do przetwarzania tworzyw sztucznych

b) stale do nawęglania- odznaczają się mniejszą skłonnością do wad powierzchniowych po hartowaniu- małe elementy słabo obciążone wałki rozrządu sprzęgła kłowe (15H), 18H2N2- koła talerzowe, szybkobieżne koła zębate.

STALIWA:

stosujemy do wytwarzania elementów o skomplikowanych kształtach. Posiadają wyższe własności wytrzymałościowe w porównaniu z żeliwem szarym, ale porównywalne z żeliwem modyfikowanym i sferoidalnym

L400 I- odlewy miękkie nadaje się na części o dużej ciągliwości małej wytrzymałości- korpusy łożysk, pokrywy, części do nawęglania, dobrze spawalna

L450 I,II,III- odlewy zwykłe, miękkie, o mniejszej ciągliwości pracujące przy małym obciążeniu- koła bose, koła łańcuchowe o małych obrotach, korpusy, pokrywy- dobrze spawalna

L500,L600 I,II,III- na odlewy zwykłe półtwarde koła biegowe, łańcuchowe, zębate, korpusy maszyn (możliwa spawalność)

ŁOŻYSKA TOCZNE

Dwie ostatnie cyfry oznaczają średnicę otworu wewnętrznego (00-10,01-12,02-15,03-17,04-20,05-25,06-30,07-*5) Cyfry początkowe oznaczają serię łożyska i niekiedy grupę konstrukcyjną (62-kulkowe zwykłe, 72-kulkowe skośne,303-stożkowe.293-baryłkowe wzdłużne)

Materiały- pierścień i części toczne wykonywane są ze specjalnej stali chromowej ŁH 15 lub ŁH 15SG

Dobór łożysk :

1.ograniczenia wymiarowe łożysk

2.wielkości i kierunki obciążenia

3.prędkość obrotowa

4.możliwość ograniczenia błędu współosiowości

5.wymagana dokładność i cichobieżność

6.sztywność ułożyskowania

Nośność spoczynkowa n<10 1/min , jest to takie obciążenie które wywołuje łączne odkształcenie plastyczne równe 0,0001mm elementów tocznych

Trwałość - jest to czas pracy łożyska w milionach obrotów lub godzin

L=(C/P)^ρ c-nośność ruchowa, p- obciążenie ( ρ=3-łożysko kulkowe, ρ=10/3-łożysko wałeczkowe)

L₁₀-trwałość umowna osiągana przez 90% łożysk

L=a1*a2*a3*L₁₀

Algorytm doboru łożysk tocznych :

1.ustalenie schematu konstrukcyjnego łożyskowania

2.pokreślenie wartości i kierunków obciążeń i prędkości obrotowej łożysk

3.dla obciążeń zmiennych obliczamy P_n i n_n.

4.ustalenie ograniczeń geometrycznych

5.wybór typu łożyska

6.przyjęcie wymaganej trwałości L

7.wyznaczenie stosunku C/P dla odpowiedniego L i typu łożyska

8.obliczenia obciążenia zastępczego P=VxP_r+ψ*P_a

9.obliczenia obciążenia efektywnego P_e=f_d*P

10.obliczenia nośności ruchowej C=P_e(C/P)

11.obliczenie efektywnej nośności ruchowej C_e=f_t*C

12.obliczenie zastępczego obciążenia spoczynkowego P₀=max(P₀₁,P₀₂) P₀₁=X₀*P_r0+Y₀*P_0a P₀₂=P_r0

13. Obliczanie wymaganej nośności spoczynkowej

14.Dobór z katalogu jego nośności oraz wymiarów geometrycznych

15.Sprawdzenie trwałości ściernej łożyska- weryfikacja nośności efektywnej c₀=s₀*P₀ L_e=a₁*a₂*a₃*(C_e/P_e)^ρ

16.Dobór środka smarnego.

17. Przyjęcie prasowań w gnieździe i na czopie oraz uszczelek (filc-mała prędkość obrotowa, oringi i simeringi- średnia prędkość obrotowa, uszczelnienia labiryntowe- duża prędkość) .

a₁- uwzględnia wymaganą niezawodność łożyska ≠0.9

a₂- dokładność wykonania łożyska i gatunek stali

a₃- zależy od wartości tarcia, rzeczywistym współczynnikiem grubości elastohydrodynamicznego filmu olejowego

Obliczanie obciążeń zastępczych P=VxP_r +Y*Pa

P_r- obciążenie promieniowe

P_a- obciążenie wzdłużne

V- współczynnik obrotów

X-współczynnik obciążenia poprzecznego

Y- współczynnik obciążenia wzdłużnego

Tolerancje (HB, kB) pasowania (HB/h7, H7/kB)

ŁOŻYSKA ŚLIZGOWE

Tarcie zależy od materiałów trących, stanu powierzchni trących, siły docisku.

T=μ*N T=F*R_t F- Powierzchnia R_t- granica na ścinanie

N=P_a*F μ=R_t/P_a

Materiał o małym μ Powinien mieć małą wytrzymałość na ścinanie oraz dużą twardość.

Tarcie w warunkach braku zanieczyszczeń lub elementów korozji między stykającymi się powierzchniami nazywamy tarciem suchym (fizycznie).

Tarcie w obecności nieznacznej ilości tlenków nazywamy tarciem suchym technicznym.

Tarcie płynne zachodzi wtedy gdy powierzchnie współpracujące przedzielone są warstewką płynu (opory tarcia to tylko opory wewnątrz płynu).

Tarcie mieszane jest to takie tarcie w którym zachodzi jednocześnie tarcie płynne, graniczne, a nawet suche.

Przy przemieszczaniu powierzchni rozdzielonych cieczą występuje siła będąca miarom oporów tarcia wewnętrznego lub naprężeń stykowych, jest ona wprost proporcjonalna do pola powierzchni oraz prędkości względnej oraz odwrotnie proporcjonalna do odległości względnej.

T=k*A*V/h=η*A*dV/dh η-lepkość dynamiczna [P] [1mPas=1cP]

Materiały łożyskowe:

1.Dobra odkształcalność.

2.Odporność na zatarcia.

3.Wytrzymałość na naciski.

4.Wytrzymałość zmęczeniowa.

5.Odporność na korozję.

6.Dobre przewodnictwo ciepła.

7.Odpowiednią rozszerzalność cieplną.

8.Korzystna struktura materiału (niskie μ)

9.Dodra obrabialność.

10.Niska cena.

Babbit 89.3%Sn, 8.9% Sb, 1.8% Cu

Ł83 83% Sn, 11%Sb, 6%Cu

Ł16 16%Sb, 1.75%Cu,16%Sn, reszta Pb

Sposoby uzyskania tarcia płynnego: na zasadzie hydrodynamicznej, oraz hydrostatycznej

Warunki uzyskania tarcia płynnego (HYDROSTATYCZZNIE):

Wywołanie ciśnienia w warstewce smaru oddzielającego czop od panewki, przez pompowanie smaru pompą znajdującą się na zewnątrz łożyska.

Rozkład nacisków (ciśnienia) w łożysku ślizgowym

β-kąt opasania

α-kąt pomiędzy kierunkiem obciążenia, a początkiem klina smarnego

φ-kąt określający miejsce najmniejszej grubości warstewki olejowej

θ(teta)-współrzędna kątowa mierzona w kierunku obrotów

θa(tetaa)- współrzędna kątowa mierzona od linii środków czopa i panewki do początku klina smarnego

Q_pmax- kąt określający miejsce maksymalnego ciśnienia

Q_po- kąt określający koniec klina smarnego

Warunki uzyskania tarcia płynnego (HYDRODYNAMICZNIE):

a)klin smarny

1.istnienie prędkości poślizgu większej od pewnej prędkości granicznej

2.spełnienie warunku geometrycznego tzn. istnienie pomiędzy ślizgającymi się po sobie powierzchniami przestrzeni zawężającej się w kierunku ruchu

3.ciągłego dostarczenia do tej przestrzeni wystarczającej ilości smaru

b)efekt wyciskania smaru

1.istnienia odpowiedniej wartości składowej prędkości ruchu czopa o kierunku normalnym do powierzchni nośnych

2.instnienie możliwie silnego dławienia smaru na wypływie z łożyska

3.ciągłego dostarczania wystarczającej ilości smaru na miejsce wyciśniętego z łożyska

Liczba Somerfelda- istnieje kryterium podobieństwa hydrodynamicznego łożysk ślizgowych. Dla cylindrycznych łożysk poprzecznych jest nim liczba Somerfelda

S=η*n''/(p_śr*ψ²) n''- prędkość obrotowa w obr/s, η- lepkość kinematyczna smaru Pa*s, P_śr=P/(l*d)-nacisk średni, Ψ-względny luz łożyskowy

Ψ=0.8*10^-3V^1/4±30% V-prędkość obwodowa m/s

Kiedy +30%:

-gdy materiał panewki jest mało sprężysty ma duże E

-łożysko sztywne

-długie

-kierunek obciążenia stały

-prędkość obrotowa duża

Kiedy -30%

-gdy materiał panewki jest sprężysty ma małe E

-naciski duże

-łożysko samonastawne

-łożysko wąskie l/d<0.8

-kierunek obciążenia zmienny

-prędkość obrotowa mała

Łożyska na tarcie mieszane liczymy na dociski powierzchniowe P_śr=F/A<=P_dop i sprawdzamy na przegrzanie p_śr*V<(p*V)_dop

TOLERANCJE I PASOWANIA

Tolerancja wymiaru polega na określeniu dwóch wymiarów granicznych: A- dolnego, B- górnego, między którymi powinien się znaleźć wymiar przedmiotu.

Różnicę pomiędzy górnym a dolnym wymiarem granicznym nazywamy tolerancją T wymiaru, różnicę pomiędzy wymiarem górnym i nominalnym- odchyłką górną (ES- dla wymiaru wewnętrznego, es- dla wymiaru zewnętrznego), a różnicę między wymiarem dolnym i nominalnym odchyłką dolną (EI, ei).

N- wymiar nominalny

A=N +EI lub A=N+ei

B=N +ES lub B=N+es

T=ES-EI lub T=es-ei albo T=B-A

Cechą charakterystyczną prasowań są luzy graniczne:

Najmniejszy L_min, największy L_max.

N_EI^ES - tak samo i wałek

L_min=A_otworu-B_wałka=A_o-B_w=EI-es

L_max=B_o-A_w=ES-ei

Jeżeli z obliczenia wynika dla L_min wartość ujemna (luz ujemny czyli wcisk), a dla L_max- dodatnia, to występuje pasowanie mieszane, jeśli zaś i dla L_max wynika wartość ujemna, to występuje pasowanie ciasne. L_min i L_max dodatnia to luźne.

Pasowania wg stałego otworu:

Luźne:H7/g6,H7/h6,H7/f7,H7/e8,H8/h7

Mieszane:H7/js6,H7/k6,H7/n6

Ciasne:H7/p6,H7/r6,H7/s6

Pasowania wg stałego wałka:

Luźne:G7/h6,H7/h6,F8/h6,H8/h7,H8/h8

Mieszane:Js7/h6,K7/h6,N7/h6

Ciasne:P7/h6.

Wytrzymałość materiałów.

Z- uogólniona wytrzymałość materiału

x- uogólniony współczynnik bezpieczeństwa

k- uogólnione naprężenie dopuszczalne

Naprężenia maksymalne:

Rodzaj zmienności naprężeń: stałe (jednostronne, dwustronnie zmienne)

1.Rozciąganie, ściskanie σ_r,c=P_r,c/A≤k_r,c (k_rj,k_rc,k_cj)

2.Ścinanie τ_t=P_t/A≤k_t (k_tj,k_to)

3.Nacisk powierzchniowy p=P_n/A≤p_dop (p_j,p_o)

4.Zginanie σ_g=M_g/W_x≤k_g (k_gj,k_go)

5.Skręcanie τ_s=M_s/W_o≤k_s (k_sj,k_so)

W₀=pi*d³/16=0.2*d³, W_x=pi*d³/32=0.1*d³ - dla przekroju okrągłego

Współczynniki bezpieczeństwa:1. dla obliczeń statycznych x_e=1.3-2(3) 2.dla obliczeń zmęczeniowych x₂=3.5-5

k_rj=Z_rj/x₂

W większości przypadków występują różne przypadki naprężeń co wymaga zastosowania hipotezy wytężeniowej- składamy tylko te naprężenia, które odznaczają się jednością miejsca i czasu.

1.Przy przewadze naprężeń normalnych σ_z=(σ²+(m*τ)²)^0.5

2.Przy przewadze naprężeń stycznych τ_z=((σ/m)²+τ²)^0.5

m=k_g/k_s=k_go/k_so=k_gj/k_sj=3^0.5 - dla stali chyba a raczej tak się mi tylko zdawało

W wartości współczynnika x_e, x_m ukryty jest współczynnik charakteryzujący zmianę granicy plastyczności i wytrzymałości od wielkości przedmiotu (przekroju). Ulega ona obniżeniu ze wzrostem wymiarów.

x_e=δ_e/ε_e δ_e-rzeczywisty współczynnik bezpieczeństwa (=1.2-2)

ε_e -wpływ wielkości przedmiotu

PRZEKŁADNIE

PRZEKŁADNIAMI mechanicznymi nazywamy mechanizmy służące do przenoszenia energii co zazwyczaj połączone jest ze zmianą prędkości obrotowej i odpowiednimi zmianami sił i momentów.

Rodzaj przekładni	Przełożenia	sprawność	Moc[kW]	Obr/min
Zębata zwykła	8-20	0.96-0.99	20'000	100'000
Zębata planetarna	8-13	0.98-0.99	8'000	40'000
Ślimakowa	60-100	0.95-0.97	800	30'000
Łańcuchowa	6-10	0.97-0.98	4'000	5'000
Pas. płaski	5-10	0.96-0.98	1'500	18'000
Pas klinowy	8-15	0.94-0.97	1'000
Prze cierna	6-10	0.95-0.98	150

RYSUNEK NAPRĘŻENIA W PASIE I ROZKŁAD SIŁ

D1-koło napędzające

D2- koło napędzane

S1=S2*e^μφ1

S1-S2=T- siła użyteczna

Przekładnie pasowe

Zalety: płynność ruchu, cichobieżność, zdolność łagodzenia drgań, możliwość ustawienia osi w dowolny sposób, mała wrażliwość na dokładność wykonania.

Wady: duże wymiary, niestałość, przełożenia, wrażliwość pasa na szkodliwe działanie otoczenia

Materiały na pasy: skóra, guma z tkaniną bawełnianą, bawełniany, wełniany, mas polimerowy.

Przekładnia z pasem klinowym.

Dzięki lepszemu sprzężeniu pasa klinowego z kołem pasowym możliwe jest zmniejszenie kąta opasania małego koła co powoduje zwiększenie przełożenia, zmniejsza rozstaw osi, zmniejsza naciski na koła.

V=10m/s (4-25) μ'=μ/sin(alfa/2)

Moc przenoszona przez przekładnię

N=Z₁*N₁*k_l*k_φ/k_t Z₁-liczba pasów, N₁-moc przenoszona przez jeden pas klinowy, k_l- współczynnik uwzględniający liczbę zmian obciążenia k_l=f(l), k_φ-współczynnik uwzględniający kąt opasania mniejszego koła, k_t- współczynnik uwzględniający coś

Średnica skuteczna jest to ta średnica na której linia w pasie nie zmienia swojej długości przy rozwijaniu i nawijaniu pasa na koło rowkowe.

Kąt rozwarcia równy jest 40stopni a szereg pasów to Z,A,B,C,D.

PRZEKŁADNIE ŁAŃCUCHOWE

Zalety:

- pewna swoboda ustalania odległości osi

- zdolność łagodzenia szarpnięć

- większa zwartość i sprawność niż pasowa

- stałość przełożenia

- niewielkie obciążenia wałów i łożysk

- możliwość napędzania kilku wałów

Wady:

- koszt

- nierównomierny ruch

- hałas

- konieczność smarowania

- zastosowanie tylko przy wałach równoległych

Rodzaje łańcuchów: kształtowe, płytkowe (sworzniowe, tulejkowe, rolkowe, zębate)

PRZEKŁADNIE ZĘBATE

Istotnym zespołem składniowym jest zazębiająca się kara kół zębatych zazębiających się w ten sposób że uzyskane jest

Zarys zęba miejsce geometryczne punkt styku z drugim zębem

Koło podziałowe odpowiada walcom podziałowym dzieli ząb na dwie części powyżej koła podziałowego- głowa zęba i to co poniżej- stopa zęba

Wrąb- przestrzeń pomiędzy zębami jednego koła

Grubość zęba- jest mierzona na średnicy podziałowej

Luz- różnica pomiędzy grubością zęba a podziałką(/2 chyba)

Wysokość zęba-

Luz wierzchołkowy- odległość pomiędzy walcem wierzchołkowym jednego koła a walcem den wrębów drugiego koła c=0.25*m

Wskaźnik wysokości zęba y=h_a/m (y=1 zęby zwykłe, y>1 zęby wysokie, y<1 zęby niskie)

Znormalizowane: h_f=1.25*m, h_a=m

Linia przyporu jest linią wyznaczoną przez kolejne punkty styku.

Odcinek przyporu jest to część lini przyporu ograniczona punktami przecinania się kół na których znajdują się końce czynnych zarysów zęba (koła wierzchołków).

Ewolwenta jest to krzywa powstała przez przetaczanie prostej po okręgu.

Punkt przyporu jest to punkt styku dwóch współpracujących ewolwent.

Centralny punkt przyporu „C” wyznacza przecięcie lini przyporu z linią łączącą środki kół.

Kąt przyporu jest to kąt pomiędzy prostą przyporu a styczną do kół tocznych w punkcie „C”.

Liczba przyporu ε stosunek długości odcinak przyporu do podziałki zasadniczej ε>1.

Zarys odniesienia jest to zarys zębów zębatki nazywanej zębatką odniesienia. Powstaje ona jako zarys styczny do dwóch zarysów ewolwentowych współpracujących kół. Można ją interpretować jako koła zębate o nieskończenie dużej średnicy, zarysem takiego koła są odcinki proste jako szczególny przypadek ewolwent.

Nacinanie kół zębatych - zębatka Maga(prosta), zębatka Fellowsa.

Zalety zarysu ewlowentowego:

- mała wrażliwość na odchyłki odległości kół,

- kierunek siły międzyrębnej niemienia się podczas pracy przekładni

- koła zębate o tych samych podziałkach i nominalnych kątach zarysu mogą być kojarzone w dowolne pary

- koła uzębione zewnętrznie mogą być kojarzone z uzębieniem zewnętrznym, wewnętrznym czy też zębatką.

- ewolwentowe koła zębate można wykonywać wydajnymi i dok ładnymi metodami obwiedniowymi

- za pomocą tego samego narzędzia można wykonać koła o różnej ilości zębów.

KOREKCJE

Podcięcia zęba podczas obtaczania obwiedniowego występuje wówczas gdy część narzędzia zębatki wytwarza zarys który nie jest ewolwentą.

W praktyce podcięcie występuje wtedy gdy występuje bardzo mało zębów.

Graniczna liczba zębów Z_g=y*2/sin²α_o z_g(α_o=20st)=17, a gdy dopuszczamy niewielkie podcięcie zębów z_g'=14

Korekcja uzębienia

Jest potrzebna w przypadku gdy na kole o liczbie zębów z<z_g chce się uniknąć podcięcia zęba u podstawy. Polega ona na przesunięciu narzędzia zębatkowego z położenia 0 w położenie1, w którym nie występuje podcięci zęba lecz zmniejszyła się grubość zęba u wierzchołka.

X=x*m -przesunięcie zarysu (x- współrzędna przesunięcia ,”+”-wysuwanie ,”-„-wsuwanie).

x_g=y*(z_g-z)/z_g

Przy z=12 x_g=1*(17-12)/17, X=x_g*m

Korekcja zazębienia

1.PO - przesunięcie zarysu bez zmiany odległości osi.(X-X) Polega na przesunięciu narzędzia zębatkowego na jednym kole na zewnątrz o taką samą wielkość, o jaką w drugim kole- ku wnętrzu.

Stosuje się z₁+z₂>=2z_g(z_g')

Zastosowanie PO pozwala na usunięcie podcięcia na małym kole ale jest także gdy podcięcie nie grozi poprawności współpracy z większą liczbą przyporu.

2.P- przesunięcie zarysu ze zmianą odległości osi (X+X). Stosuje się gdy z₁+z₂<2z_g , oraz gdy względy konstrukcyjne wymagają zmiany odległości osi. Po zastosowaniu przesunięcia zarysu x₁,x₂ osie kół ulegają rozsunięciu i nowa odległość osi będzie równa a_p=a₀+(x₁+x₂)*m- odległość pozorna.

Aby skasować luz obwodowy zbliża się koła na odległość a_r=a₀*cosα₀/cosα_t α_t toczny kąt przyporu a₀=z₁+z₂/2*m invα_t=2*(x₁+x₂)/(z₁+z₂)*tgα₀+invα₀

Dla zachowania luzu wierzchołkowego należy ściąć głowy o k_m=a_p+a_m

Mamy do rozdysponowania x₁+x₂=const, w praktyce x₂=0 lub x₁=0 lub x₁=x₂.

Uszkodzenia kół zębatych

-rysy hartownicze -pęknięcia

-uszkodzenia interferencyjne -występują przy nadmiernym nacisku pomiędzy stopą a głową

-odpryski - są inicjowane przez rysy i pęknięcia w utwardzonej warstwie

-wytarcia i wydarcia- są wynikiem obecności twardych zanieczyszczeń pomiędzy zębami

-zatarcie i przegrzanie - powstaje przy zaniku smaru i metalicznym styku zęba

-piting- ma postać piramidkowych ubytków na powierzchniach bocznych jest inicjowany przez pęknięcia w które wszedł olej

-zgniot i złamanie - uszkodzenie nieutwardzonych zębów o zbyt małej granicy plastyczności

Obliczanie przekładni otwartych - na złamanie zęba, zamkniętej na naciski powierzchniowe.

---