Podział i ogólna charakterystyka środków smarnych

Gazowe:

Gaz jest stosowany jako smar w smarowaniu gazostatycznym lub gazodynamicznym wysokoobrotowych, niskoobciążonych łożysk ślizgowych.

Płynne:

• Oleje mineralne będące produktami przeróbki ropy naftowej są najszerzej stosowane w smarowaniu maszyn. Na ich bazie wytwarzane są oleje smarowe które, w zależności od potrzeb i zastosowania są mieszaniną różnych olejów bazowych i dodatków uszlachetniających poprawiających smarność i odporność olejów na oddziaływania zewnętrzne.

• Oleje syntetyczne dzielą się na dwie grupy: oleje węglowodorowe i oleje niewęglowodorowe. Otrzymuje się je na drodze syntezy chemicznej w celu uzyskania bardzo określonych właściwości fizyko-chemicznych; są to na przykład trudnopalne oleje hydrauliczne, oleje silnikowe o wysokim wskaźniku lepkości, obojętne chemicznie oleje spożywcze.

• Wodę lub emulsje wodne stosuje się w mechanizmach gdzie woda występuje jako czynnik roboczy (pompy wody) , w przypadkach, gdzie potrzebne jest intensywne chłodzenie smarowanych elementów, lub w miejscach zagrożenia pożarowego lub wybuchowego (górnictwo).

Plastyczne:

Są to przeważnie smary plastyczne, powstałe przez zagęszczenie olejów mineralnych lub syntetycznych specjalnymi mydłami (wapniowymi, sodowymi, litowymi, baru i innych pierwiastków). Stosowane są w mechanizmach, gdzie trudno utrzymać lub dostarczać olej smarowy.

Stałe:

materiały te mają budowę płytkową, co ułatwia wytworzenie charakterystycznych płaszczyzn poślizgu, dzięki czemu zmniejszony jest współczynnik tarcia. Stosowane są jako samoistne środki smarne w warunkach podwyższonej temperatury, lub jako dodatki do olejów smarowych i smarów.

Lepkość dynamiczna

η - współczynnik lepkości dynamicznej (lepkość dynamiczna): lepkość dynamiczna stosowana jest w obliczeniach lożysk hydrodynamicznych i hydrostatycznych

Lepkość kinematyczna

Do celów klasyfikacji lepkościowej olejów smarowych używa się współczynnika lepkości kinematycznej (lepkość kinematyczna).

Lepkość kinematyczna jest to lepkość dynamiczna odniesiona do gęstości (masy właściwej):

Wskaźnik lepkości

Jako miarę wrażliwości oleju na zmiany temperatury stosuje się tak zwany „wskaźnik lepkości” WL (ang. VI - viscosity index). Idea tego wskaźnika polega na porównaniu zmian lepkości badanego oleju w zależności od temperatury ze zmianami lepkości dwóch olejów wzorcowych o znacznym zróżnicowaniu wrażliwości na zmiany temperatury . Olejowi wzorcowemu o małej wrażliwości oznaczonemu literą H (High-wysoki) przypisuje się wskaźnik lepkości 100, a olejowi wzorcowemu o dużej wrażliwości oznaczonemu literą L (Low-niski) przypisuje się wskaźnik lepkości 0.

Smary plastyczne

Smary plastyczne są to dyspersje stałych zagęszczaczy w fazie ciekłej. W skład smarów jako reguła, wchodzą trzy podstawowe składniki:

- faza ciekła (osnowa) - 70 … 90%; (olej mineralny, syntetyczny, roślinny lub ich mieszaniny),

- faza zdyspergowana, stała, zagęszczacz - 10 … 25%; (mydła metali, polimery, stałe węglowodory, a także substancje nieorganiczne np.:

bentonity, żel krzemionkowy itp.)

- dodatki poprawiające właściwości eksploatacyjne, modyfikatory struktury, wypełniacze - 1 … 15%; mogą być one zawarte zarówno w fazie ciekłej jak i w fazie stałej. Smary plastyczne są cieczami nienewtonowskimi. Oznacza to, że ich lepkość zależy nie tylko od ciśnienia i temperatury, lecz także od gradientu prędkości. Odpowiednikiem lepkości dynamicznej jest dla smarów plastycznych lepkość strukturalna η. Określa się ja jako stosunek naprężenia stycznego τ do gradientu prędkości odkształcania smaru w określonej chwili:

Lepkość strukturalna smarów maleje z czasem wskutek uszkadzania ich struktury.

Klasa konsystencji smaru - penetracja

Podstawowym parametrem, stosowanym do oceny przydatności smaru do określonych zastosowań, jest penetracja po ugniataniu lub krócej penetracja. Badanie polega na pomiarze penetracji po 60 cyklach ugniatania, które jest cyklicznym ugniataniem smaru tłokiem o ruchu posuwisto-zwrotnym w specjalnym urządzeniu. Pomiar polegający na określeniu głębokości zanurzenia h w smarze stożka o ściśle znormalizowanym kształcie i określonej masie, w czasie pięciu sekund, jest najczęściej wykonywany w temperaturze 25°C. Przykładowo, zakres penetracji 445…475 oznacza zanurzenie stożka pomiarowego po 5 sekundach, na głębokość h pomiędzy 44,5 a 47,5 milimetra.

Do wykonania tego badania jest potrzebna dość duża ilość smaru: 350…400 gramów. Ponieważ czas i sposób przechowywania smaru mają często wpływ na jego konsystencję, penetracja jest zazwyczaj mierzona po ugniataniu (zmiksowaniu) smaru, które wykonuje się w znormalizowanym, automatycznym urządzeniu, co zapewnia powtarzalność warunków homogenizacji struktury smaru.

Smarowanie obiegowe

Smarowanie obiegowe polega na przepływie środka smarnego w obiegu zamkniętym, wg schematu:

zbiornik oleju - pompa - skojarzenie trące - miska olejowa - zbiornik oleju

W układach smarowania obiegowego są stosowa­ne: filtry, odstojniki, chłodnice, urządzenia kontrolno - pomiarowe do nadzorowania stanu oleju: temperatury, ciśnienia, poziomu, stanu czystości, a także regulatory ciśnienia i przepływu, zawory bezpieczeństwa, wyłączniki, rozdzielacze.

Układy smarowania obiegowego są stosowane w przypadkach wydzielonych jednostek (maszyn), wymagających dużych ilości środka smarnego, który wielokrotnie przepływa przez smarowane skojarzenia trące maszyny. Układy smarowania obiegowego są stosowane w urządzeniach wymagających intensywnego smarowania z uwagi na bardzo duże obciążenia lub konieczność odprowadzania ciepła. Typowe zastosowania to walcownie metali, silniki spalinowe ciężkie przekładnie zębate.

Smarowanie przelotowe

Zasadniczą cechą smarowania przelotowego (obieg otwarty) jest jednokrotne przejście środka smarnego przez smarowany mechanizm. Smarowanie przelotowe jest stosowane w przypadkach, gdy ze względów ekonomicznych, konstrukcyjnych lub właściwości środka smarnego, zastosowanie smarowania obiegowego jest niecelowe. W układach tego typu środek smarny ze zbiornika, przepływa przez smarowany mechanizm, a następnie wypływa poza układ. Taki sposób smarowania najczęściej jest stosowany w przypadku smarowania smarami plastycznymi, ale również olejami. Istnieje wiele rozwiązań konstrukcyjnych przelotowych urządzeń smarowych do smarów plastycznych w postaci układów centralnego smarowania lub smarowniczek indywidualnych. W większości przypadków, rozwiązania konstrukcyjne układów przelotowego smarowania olejem, ogranicza się do schematu:

zbiornik oleju - układ dozujący - skojarzenie trące - odprowadzenie

Samoczynne smarowniczki

Charakterystyka samoczynnych smarowniczek:

- dostarczają oleje i smary do wszystkich punktów smarowania.

- pewne, bezpieczne i w pełni automatyczne.

- posiadają wskaźnik opróżnienia.

- automatycznie dopasowują swoje ciśnienie podawania do potrzeb każdego punktu smarowania.

- okres pracy w zależności od potrzeb i typu do 12 miesięcy.

-wymienialne ręcznie bez potrzeby stosowania narzędzi. I nie wymagają kontroli.

Zasada działania smarowniczek elektrochemicznych

Po wkręceniu aktywatora, generator gazu wpada do płynnego elektrolitu (znajdującego się w elastycznym zbiorniku). Zapoczątkowana w ten sposób reakcja chemiczna powoduje wydzielanie się gazu, którego ciśnienie działając na tłok powoduje ciągłe wyciskanie smaru do punktu smarownego. Całkowite opróżnienie samoczynnej smarowniczki sygnalizuje wskaźnik wyładowania. Okres pracy zależy od rodzaju aktywatora.

Zastosowanie smarowniczek elektrochemicznych:

- smarowanie łożysk

Zasada działania smarowniczek elektromechanicznych

Smarowniczka elektromechaniczna składa się z części napędowej wielokrotnego użytku, oraz z wymiennego zbiornika ze smarem. Każdorazowe załączenie silniczka napędowego powoduje przeniesienie jego ruchu obrotowego na ruch obrotowy śruby, po której gwincie przesuwa się tłok. Przesunięcie się tłoka powoduje wyciskanie smaru, którego ilość, w przezroczystym zbiorniku można stale kontrolować. Okres pracy zależy od ustawienia regulatora pracy silniczka.

Zastosowanie smarowniczek elektromechanicznych:

- smarowanie szczotkowe prowadnic

- elementy czyszcząco-smarujące

- smarowanie bezpośrednie prowadnic

Zalety i wady centralnych układów smarowania

Zalety:

-Utrzymują właściwą grubość warstwy środka smarnego

-Wzrost niezawodności - zwiększenie możliwości wytwórczych

-Zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych

-Bezpieczeństwo pracy

Wady:

-Dodatkowe koszty projektowania, budowy układu smarowania i kontroli procesu

-Większe wymagania co do poziomu technicznego obsługi

-Nadają się do bardziej odpowiedzialnych i złożonych mechanizmów

Centralne układy smarowania są powszechnie stosowane we współczesnych urządzeniach przemysłowych ponieważ:

• Sprawniejsze smarowanie:

-Smarowanie wykonywane jest automatycznie, podczas pracy maszyny

-Dozowanie dokładnie odmierzanych porcji środków smarnych w sposób kontrolowany z dowolną częstością

-Żadne łożysko nie jest pominięte ani ubogo smarowane

-Nie występują przesmarowania które często zdarzają się przy smarowaniu indywidualnym wykonywanym raz na zmianę lub raz dziennie

• Zmniejszenie kosztów eksploatacji:

-Mniejsze koszty części zamiennych

-Mniejsze koszty energii - mniejsze tarcie

-Zmniejszenie liczby roboczogodzin na proste czynności kontrolne konieczne w smarowaniu indywidualnym

• Bezpieczeństwo pracy:

-Nie ma bezpośredniej obsługi maszyn będących w ruchu

-Bezpieczna obsługa łożysk, które są niedostępne z uwagi na gazy, dymy lub wysokość (wielkie piece, suwnice etc.)

• Utrzymanie porządku:

-Maszyny są czyste

-Nie ma rozdań oleju wokół maszyn mogących stwarzać zagrożenie bezpieczeństwa i zanieczyszczenie wyrobów

Wielopunktowy układ smarowania z dławikami dozującymi olej

Charakterystyka:

-Nadaje się tylko do smarowania olejem

-Dławik nie ma działania wyporowego dlatego może być stosowany tylko w układach niskociśnieniowych

-Uszkodzenie przewodu w dowolnym miejscu powoduje brak smarowania całego mechanizmu

-Brak kontroli układu

-Kanały wkładu dławiącego są podatne na zatykanie

-Dławiki mogą być wbudowane w urządzenie

-Łatwe dodawanie punktów smarowniczych

-Niezbyt kosztowny

-Projektowanie i montaż układu są stosunkowo proste

Zastosowanie:

-precyzyjne frezarki

Wielopunktowy układ smarowania z pompą wielowylotową o nastawialnych wydatkach oleju

Charakterystyka:

-Większość pomp przeznaczona jest do układów olejowych

-Brak centralnej sygnalizacji niesprawności układu smarowania

-Możliwość dopasowania do charakterystyki układu smarowania

-Niezależne nastawianie wydatku poszczególnych wylotów

-Wyporowe dozowanie oleju - może dostarczać olej w warunkach przeciwciśnienia

-Łatwy do projektowania i zabudowy

Zastosowanie:

-czterostopniowa sprężarka

Jednoliniowy równoległy układ centralnego zasilania wielu punktów smarowania olejem lub smarem plastycznym za pomocą tłokowych zaworów dozujących (inżektorów)

Charakterystyka:

-Zawory dozujące wymienne lub z możliwością regulacji wydatku

-Tłoki dozują ściśle określone, nastawione objętości środka smarnego

-Łatwe dodawanie punktów smarowania

-Można je stosować w układach smarowania olejem lub smarem półpłynnym

-Wymagają odpowietrzenia

-Proste do projektowania i zabudowy

Zastosowanie:

-prasa do wyrobów z tworzyw sztucznych

Dwuliniowe układy centralnego smarowania (oleje i smary)

Charakterystyka:

-Nadaje się zarówno do smarowania olejowego jak i smarem plastycznym

-Nastawialny wydatek objętościowy

-Nadaje się do układów o dużym zasięgu punktów smarowania

- Łatwe dodawanie punktów smarowania

-Tłokowe - wyporowe podawanie zadanych objętości umożliwia uzyskanie wysokiego ciśnienia

-Łatwy do projektowania i zabudowy

-Stosunkowo wysoki koszt budowy

-Brak centralnego sygnału poprawności działania

-Podatny na rozregulowanie

-Blokada przepływu w dowolnym miejscu może powodować zadziałanie rewersera i przedwczesne wykonywanie kolejnych sekwencji smarowania przy braku wyraźnych oznak uszkodzenia układu

Zastosowanie:

-przemysł ciężki (walcownia wyrobów stalowych)

Jednoliniowe progresywne układy centralnego smarowania (oleje i smary)

Charakterystyka:

-Stosowane są zarówno do smarowania olejem jak i smarem

-Zapewniają wyporowe smarowanie ciśnieniowe

-Tłokowe wyporowe podawanie zadanych objętości środka smarnego umożliwia pracę w warunkach wysokiego ciśnienia

-Posiadają centralna sygnalizację poprawności pracy układu smarowania z możliwością lokalizacji uszkodzeń

-Są odporne na rozregulowanie

-Dodawanie punktów smarowania wymaga na ogół przebudowy układu

-Projektowanie układu jest dość skomplikowane

Zastosowanie:

-przemysł zarówno lekki jak i ciężki (różnego typu obrabiarki, np. CNC; linia przenośnikowa)

USZCZELNIENIA

Pierścienie tłokowe silników spalinowych- budowa i zasada działania:

Są to elementy uszczelniające oddzielające komorę spalania silnika spalinowego tłokowego od skrzyni korbowej oraz zgarniające nadmiar oleju ze ścianek cylindra. Pierścienie są przecięte w jednym miejscu, tak aby możliwe było ich rozszerzenie i nałożenie na tłok oraz aby występował odpowiedni nacisk powierzchni zewnętrznej pierścieni do tulei cylindra wywołany napięciem wstępnym sprężystego pierścienia. Między pierścieniem a cylindrem znajduje się cienka warstwa oleju zmniejszająca tarcie między pierścieniem a tuleją cylindra.

Występują dwa podstawowe rodzaje pierścieni:

1. Pierścienie uszczelniające, których zadaniem jest utrzymanie możliwie wysokiej kompresji i zapobieganie przeciekom spalin zamkniętych pod wysokim ciśnieniem z komory nad tłokiem do skrzyni korbowej, w której ciśnienie jest bliskie atmosferycznemu.

2. Pierścienie zgarniające, które zgarniają z tulei cylindra nadmiar oleju pozostawiając stosunkowo cienką warstwę oleju na gładzi cylindra, zapobiegając przedostaniu się do przestrzeni nad tłokiem nadmiarowej ilości oleju.

Pierścienie wargowe- parametry pracy i rozwiązanie konstrukcyjne:

Pierścienie wargowe stosowane są do uszczelniania wałów o średnicach 4-1250mm zatem ich zastosowanie jest szerokie. W zależności od typu pierścienia wargowego mogą pracować przy prędkościach obrotowych wału w granicach 8-12 m/s oraz ciśnieniu 0,05-1,0 MPa.

Zastosowanie uszczelnień czołowych i kryteria podziału:

Podział:

1. Pierścienie czołowe z jedną centralną sprężyną

2. Pierścienie czołowe z wieloma sprężynami na obudowie

3. Pierścienie czołowe z falistą sprężyną

4. Pierścienie czołowe z metalowym mieszkiem.

Podział według układu:

1. Uszczelnienie wewnętrzne z pierścieniem przesuwnym obracającym się z wałem

2. Uszczelnienie wewnętrzne z pierścieniem przesuwnym umocowanym w obudowie

3. Uszczelnienie zewnętrzne z pierścieniem obracającym się z wałem

4. Uszczelnienie zewnętrzne z pierścieniem przesuwnym umocowanym w obudowie

Podział według obciążenia:

1. Uszczelnienie czołowe nieodciążone (k>=1)

2. Uszczelnienie czołowe odciążone (k<1)

Zastosowanie:

• Pompy

• Kompresory ciśnieniowe

• Sprężarki

• Klimatyzacja

• silniki elektryczne

Klasyfikacja uszczelnień:

1. Uszczelnienia połączeń spoczynkowych:

• Uszczelki płaskie

• Pierścienie kształtowe

2. Uszczelnienia połączeń ruchowych:

3. Uszczelnienia ruchu posuwisto-zwrotnego:

• Pierścienie tłokowe

• Pierścienie samouszczelniające

• Uszczelnienia przesłonowe

4. Uszczelnienia ruchu obrotowego:

• Uszczelnienia stykowe

• Z płaską powierzchnią styku (czołowe)

• Z cylindryczną powierzchnią styku (wargowe, dławnicowe)

• Uszczelnienia bezstykowe

• Szczelinowe (labiryntowe, z pływającym pierścieniem)

• Cieczowe (wirnikowe, śrubowe, ferromagnetyczne)

Materiały na elementy uszczelnień czołowych:

Przy doborze materiału należy uwzględnić przede wszystkim następujące własności:

• Odporność chemiczna

• Własności samosmarne

• Niski współczynnik tarcia

• Przewodność cieplna (nie tylko eliminacja przegrzania materiału, ale także filmu smarnego)

• Rozszerzalność cieplna

• Sztywność

• Wytrzymałość na ściskanie

• Technologiczność

• pV>50MPam/s, wymagane chłodzenie powierzchni.

Materiały na pierścienie ślizgowe ruchome: tworzywa węglowo-grafitowe, węglik krzemu, węglik wolframu, ceramika, węglografit metalizowany.

Materiały na pierścienie ślizgowe trwałe: stal nierdzewna, PTFE z wypełniaczem węglowym, węglik krzemu, żeliwo.

• Tworzywa węglowe wrażliwe są na wysokie ciśnienie, szczególnie przydatne w warunkach słabego smarowania

• Węglik krzemu nie nadaje się do uszczelniana kwasów.

• Ceramika nie powinna być stosowana dla gazów

Gumy stosowane do produkcji uszczelnień:

Kauczuki:

• Nitrylowe NBR (twardość 70)

• Nitrylowe NBR (twardość 90)

• Chloroprenowy CR (twardość 55 i 70)

• Arylowy ACM

• Silikonowy VMQ

• Silikonowy PVMQ

• Uretanowy AU (twardość 70 i 80)

• Fluorowy FKM (twardość 70 i 80)

• Etylenowo-propylenowy EPDM

Do produkcji uszczelnień stosowane są również:

• Węgiel, elektrografit, grafit

• Metale w postaci folii lub taśmy

• Żeliwo szare(temp pierścieni mniejsza od 150st)

• Powłoki ceramiczne

• Twardy chrom, nikiel, molibden

• PTFE

Uszczelnienia stosowane w hydraulice:

• Uszczelnienia tłoków

• Pierścień typu U

• Uszczelki typu kompakt

• Pierścienie tylu o-riny

• Pierścienie typu Quad-riny

• Pierścienie oporowe

• Pierścienie miskowe

• Pierścienie prowadzące Guidestrip

• Uszczelnienia tłokowe O.L.

• Pakiety gumowo-tkaninowe Carcotex

Uszczelniania O.L. MUPU

• Uszczelnienia tłoczysk

• Pierścienie typu U

• Pierścienie oporowe

• Pierścienie typu o-riny

• Pierścienie typu Quad-riny

• Pierścienie prowadzące Guidestrip

• Pierścienie zgarniające

• Uszczelnienia tłokowe O.L.

• Pakiety gumowo-tkaninowe Carcotex

• Uszczelniania O.L. MUPU

Uszczelnienia stosowane w pneumatyce:

• Uszczelnienia tłoków

• Pierścień typu U

• Pierścienie tylu o-riny

• Pierścienie miskowe

• Pierścienie prowadzące WearRiny

• Uszczelnienia tłokowe O.L. SlipRiny

• Uszczelniania O.L. MUPU

Kompletne tłoki

• Uszczelnienia tłoczysk

• Uszczelki typu U

• Pierścienie typu o-riny

• Pierścienie prowadzące Guidestrip

• Pierścienie zgarniające

• Uszczelnienia tłokowe O.L. RodSeal

• Uszczelniania O.L. MUPU

• Uszczelki typu kombi

• Amortyzatory drgań

Czynniki które należy uwzględnić przy projektowaniu i doborze uszczelnień:

• Rodzaj czynnika robocz. i jego oddziaływ. chem.

• Wielkość ciśnienia czynnika

• Wielkość temperatury

• Prędkość i rodzaj ruchu elementu uszczelnianego

• Wolna przestrzeń do zabudowy

• Łatwość demontażu i koszt materiału

• Trwałość uszczelnienia (starzenie)

• Względy ekonomiczne

Pole działania wzornictwa: wzornictwo funkcjonuje na trzech głównych polach zawodowych,( które określają jego specjalizacje) i dotyczy:

a) kształtowania wieloaspektowego projektowania produktów wszelkiego rodzaju, uwzględniając konteksty przestrzenne, społeczno-kulturowe i gospodarcze;

b) projektowania w sferze grafiki użytkowej, szczególnie komunikacji i identyfikacji wizualnej; c)projektowania opakowań ich formy, sposobów użytkowania, oddziaływania wizualnego oraz problematyki utylizacyjno-ekologicznej.

Funkcjonowanie wzornictwa w gospodarce:

W warunkach współczesnej gospodarki wolnorynkowej, wzornictwo przemysłowe stanowi uznane i stosowane narzędzie rozwoju przez istotny udział w procesach innowacyjnych. Dotyczy to zwłaszcza wielkiego przemysłu operującego an rynkach międzynarodowych, posiadającego środki i potrzebę prowadzenia działań badawczo-rozwojowych. Działania służące powstaniu nowego produktu począwszy od badania rynku poprzez działania badawczo-projektowe, wdrożeniowo-wytwórcze oraz promocyjno-reklamowe mają zawsze silne powiązania w wzornictwem przemysłowym.

Wprowadzenie kategorii wzornictwa przemysłowego do projektowania produktów w gospodarkach rynkowych Wielkiej Brytanii, Francji, Niemiec, USA i krajów skandynawskich przyniosło i przynosi nadal ewidentne korzyści gospodarcze, do których należą głównie:

• większe dochody ze sprzedaży danego wyrobu lub grupy;

• wzrost poziomu innowacyjności producenta;

• powiększenie rynku, możliwość zajęcia pozycji lidera;

• umocnienie własnej marki;

• podniesienie jakości;

• wzrost konkurencyjności;

• rozwój zakładu oraz możliwości projektowych.

Wzornictwo przyczynia się do wzrostu gospodarczego i bogacenia się tych, którzy biorą czynny udział w procesach rynkowych.

Główny nurt wzornictwa przemysłowego funkcjonuje w liberalnym, globalnym rynku w gospodarce kapitalizmu i turbo kapitalizmu. Ubocznymi skutkami tego systemu gospodarczego są m.in. ogromne dysproporcje w alokacji dóbr, a więc z jednej strony nadmiar i marnotrawstwo, z drugiej strony zubożenie dużych grup społecznych, nadmierny konsumpcjonizm, zagrożenia ekologiczne, dewastacja kulturowa.

Wzornictwo społeczne:

Minimalizację skutków tych niekorzystnych zjawisk zajmuje się wzornictwo społeczne, nie przynoszące bezpośrednich korzyści gospodarczych. Wzornictwo społeczne ogniskuje swoje działania na długofalowych korzyściach społecznych. Ten rodzaj wzornictwa wymaga wsparcia inwestycyjnego ze strony Państwa.

Innowacje we wzornictwie:

Stanowią one jedynie część działań innowacyjnych prowadzonych w przedsiębiorstwach. Wynikają one głównie z pracy działów badawczo-rozwojowych w przedsiębiorstwach.

• innowacje w dziedzinie formy (kształtu, wyglądu) wyrobu. Na tym obszarze rola wzornictwa jest zdecydowanie dominująca.

• innowacje funkcjonalno-użytkowe, wynikające z analiz użytkowo-ergonomicznych oraz obserwacji potrzeb i upodobań użytkowników. Mogą wynikać także z nowych koncepcji użytkowo-eksploatacyjnych, myślenia w kategoriach cyklu życia wyrobu (w tym ekologicznych) oraz społecznych.

• innowacje, których źródłem jest pojawienie się nowych możliwości technicznych, tak w zakresie konstrukcji jak technologii materiałowo-produkcyjnych

• innowacje rynkowe, wynikające z potrzeb rynku określonych poprzez badania rynkowe (występujące w ścisłym powiązaniu z marketingiem i reklamą)

Oprócz działań w zakresie innowacyjności produktów wzornictwo obejmuje również tworzenie wizualnej identyfikacji marek. Firmy działające na rynku w zależności od sytuacji mogą dążyć do zachowania swojego wizerunku lub też jego zmiany w celu komunikacji z odbiorcami jego usług lub produktów.

Zakres wzornictwa:

- Wzornictwo przemysłowe stanowi odrębny od sztuki interdyscyplinarny kierunek działania

- Wzornictwo przemysłowe jest stosunkowo młodym bo około 100-letnim zawodem ściśle związanym z XIX i XX wieczną rewolucją przemysłową

Początki wzornictwa:

Jednym z pierwszych projektantów form przemysłowych był Peter Behrens będący równocześnie architektem i projektantem różnych form grafiki użytkowej takich jak identyfikacja wizualna i reklama. Jego filozofią było maksymalne upięknienie przedmiotu przy pozostawieniu go jak najbardziej funkcjonalnym. Zdobył on głównie uznanie dla niemieckiego producenta urządzeń elektrycznych, zaprojektował całą gamę czajników elektrycznych, aby zwiększyć zapotrzebowanie na prąd w ciągu dnia.

Wzornictwo przemysłowe skupia w jedno takie dziedziny jak:

• plastykę

• zagadnienia odbioru estetycznego

• wiedzę o człowieku, humanistyczną i biologiczną

• technikę, we wszystkich jej aspektach

• ekonomię

Wzornictwo operuje w całym zakresie działalności wytwórczej człowieka, we wszystkich technologiach materiałowych i produkcyjnych, zwłaszcza w przypadku wyrobów seryjnych, ma dużą siłę oddziaływania kulturowego. Wzornictwo należy więc do kultury masowej tak samo jak niektóre wytwory przemysłu kultury - film, muzyka, reklama.

Wzornictwo a działalność badawczo-rozwojowa:

Wzornictwo nierozerwalnie związane jest z działalnością B+R, gdyż korzysta z innowacyjnych rozwiązań technologicznych, ale równocześnie je współtworzy.

PROJEKTOWANIE MASZYN W UJĘCIU MECHATRONICZNYM

Początkowa koncepcja mechatroniki:

• komponenty mechaniczne uzupełnione elektroniką

Celem mechatroniki jako nauki jest poprawienie funkcjonalności systemów technicznych poprzez powiązanie różnych dyscyplin.

Dyscypliny wiedzy wykorzystywane przy projektowaniu maszyn w ujęciu mechatronicznym:

a) Mechanika:

• mechanika techniczna

• budowa maszyn

• TMM

b) Przetwarzanie informacji

• teoria systemów

• przetwarzanie danych procesowych

c) Elektrotechnika

• mikroelektronika

• elektronika siłowa

• metrologia

Na mechatronikę składają się:

- modelowanie

- mechanika

- przetwarzanie informacji

- procesowa technika obliczeniowa

- elektrotechnika

- aktoryka

- sensoryka

Wielkości pomiarowe w układach mechatronicznych:

• Wielkości mechaniczne: droga, prędkość, przyśpieszenie, siła, moment obrotowy, temperatura, ciśnienie

• Wielkości elektryczne: prąd, napięcie, natężenie pola, gęstość strumienia magnetycznego

Do pomiaru tych wielkości potrzebne są systemy pomiarowe odznaczające się przede wszystkim: dużą dynamiką, wysoką rozdzielczością, odpornością na zakłócenia, trwałością, miniaturyzacją.

System mechatroniczny:

• system podstawowy: mechaniczny

• system sensorów: czujników

• system aktuatorów (aktorów): tzn. człony wykonawcze, uruchamiające

• procesory i przetwarzanie danych wejściowych

Sensory dzielimy na:

Sensor - nieelektryczne sygnały wejściowe przetwarzane na elektryczne sygnały wyjściowe.

- proste (przekształtnik i przetwornik)

- zintegrowane (posiadają dodatkowo zabudowane wraz z sensorem moduły, np. wzmacniające sygnał, normujące sygnał wejściowy)

- inteligentne (sensory zintegrowane z dodatkowymi mikrokontrolerami, np. samoczynnie protokołującymi dane pomiarowe, podających informację o osiągnięciu jakiejś wartości granicznej, lub sensory składające się z kilku czujników, np. akcelerometry podające nie tylko wartość przyśpieszenia ale i jego składowe na kierunkach prostopadłych)

Materiały inteligentne stosowane w czujnikach i elementach wykonawczych:

• - Materiały magnetostrykcyjne - charakteryzują się zmianą wymiarów liniowych pod wpływem namagnesowania i odwrotnie. Mogą więc służyć zarówno jako elementy wykonawcze, np. jako zawory hydrauliczne (wtrysk paliwa), głośniki jak również jako czujniki drgań czy czujniki odkształcenia.

• - Materiały piezoelektryczne - to materiały, które przetwarzają energię elektryczną na mechaniczną i odwrotnie. Około 15% wszystkich kryształów to piezoelektryki. Mają one zastosowanie jako czujniki i elementy wykonawcze, głowice drukujące drukarek, zapalniczki, układy zapłonowe, mikrofony, wykrywanie obiektów podwodnych (sonary).

Aktuatory:

W urządzeniu mechatronicznym znajdują się one pomiędzy regulatorem (urządzeniem sterującym) a systemem lub procesem, na który należy wpływać.

Nowe rodzaje członów wykonawczych:

• aktory piezoelektryczne, magnetostrykcyjne, elektroreologiczne, magnetoreologiczne, termobimetaliczne, ze stopów z pamięcią kształtu, z materiałów rozszerzalnych termicznie, elektrochemiczne.

Projektowanie systemów mechatronicznych zaczyna się na ogół od studium systemu czyli od wyboru jednej spośród wielu koncepcji spełniającej zadane kryteria. W trakcie wyboru i realizacji koncepcji istotne są zarówno modele zorientowane na funkcję jak i modele zorientowane na postać konstrukcyjną.

Modele zorientowane na funkcję:

Służą do opisu funkcji systemu mechatronicznego. Ten rodzaj modelowania opiera się na budowie łańcucha powiązanych ze sobą ciał sztywnych, np. za pomocą przegubów z uwzględnieniem działających na niego w czasie sił i momentów. Modele zorientowane na funkcję z dobrym skutkiem odwzorowują rzeczywiste funkcje mechanizmu.

Modele zorientowane na postać konstrukcyjną:

Służą do badania wytrzymałości i tworzenia projektu konstrukcyjnego systemu mechatronicznego. Funkcjonalność odgrywa w tym wypadku drugorzędną rolę. Buduje się je w oparciu o metody elementarne, analityczne lub w oparciu o MES.

Zastosowanie MES:

MES polega w ogólności w przypadku zagadnień statycznych na całkowitej eliminacji równań różniczkowych poprzez zastosowanie funkcji aproksymujących w postaci wielomianów. W przypadku zagadnień dynamicznych zastąpienie układu równań cząstkowych układem równań zwyczajnych łatwo rozwiązywalnym numerycznie, np. Eulera lub Runge-Kutty. Głównym problemem w MES jest takie przeprowadzenie aproksymacji równań cząstkowych, która będzie numerycznie stabilna, czyli żeby błędy w danych wejściowych oraz błędy obliczeń pośrednich nie akumulowały się, powodując że wynik symulacji będzie znacząco różny od rzeczywistego. MES opierając się o ideę dyskretyzacji kontinuum stwarza możliwość badania złożonych zjawisk przy jednocześnie zróżnicowanej dokładności, co znacząco skraca czas obliczeń przy zachowaniu zadowalającej dokładności wyników.

Maszyna-urządzenie zawierające mechanizm lub zespół mechanizmów służących do przetwarzania energii lub wykonywania pracy mech, układ materialny złożony z połączonych ze sobą ciał wyk. określone ruch służący do wykonywania pracy .

Mechanizm-zespół współpracujących ze sobą części składowych maszyny lub przyrządu spełniających określone zadanie przenoszenie ruchu, sił.

Projektowanie- obmyślanie nowych wytworów i układów bądź sposobów przekształcania dotychczas istniejących czynności poprzedzająca wytwarzanie lub przetwarzanie. Jest to opracowanie informacji o sposobie zaspokojenie potrzeb. Odnosi się do różnych dziedzin życia. projektuje się obięty materialne oraz układy nie materialne(zakłady przem. osiedla szkoły, systemy finansowe, maszyny)

Fazy procesu projektowania-projektowanie koncepcyjne które zaczyna się od analizy założeń i opracowanie wstępnej koncepcji projektu-analiza projektu która polega na symulacyjnej analizie projektowanego obiektu.-projektowanie szczegółowe polegające na szczegółowym projektowaniu poszczególnych zespołów i elementów, optymalizacja.

Konstruowanie-to szczegółowe projektowanie maszyn i ich zespołów i elementów.

Konstrukcja - nazywamy abstrakcyjny obraz maszyny ze wszystkimi jej cechami powstający w umyśle konstruktora. Konstruowanie to proces tworzenia konstrukcji.

Modelowanie -stało się podstawą badania systemów w matematyce, fizyce, chemii, analizie dynamicznej maszyn.

PRZEKŁADNIE CIERNE

Materiały na te przekładnie muszą:

-    być odporne na zużycie;

-    mieć duży współczynnik tarcia;

-    mieć duży nacisk jednostkowy;

-    mieć duży moduł sprężystości;

-    mieć mały współczynnik tarcia wewnętrznego;

-    dobrze odprowadzać ciepło;

-    być niewrażliwe na wilgoć i zmiany temperatur (mała higroskopijność).

Kombinacje materiałów:

1.      Stal hartowana po stali hartowanej.

2.      Żeliwo po żeliwie.

3.      Masy plastyczne na stali lub żeliwie.

Zalety przekładni ciernych:

-          prosta budowa;

-          płynność pracy;

-          cichobieżność;

-          łatwość zmiany przełożenia;

-          możliwość stosowania przekładni odciążonych.

Wady przekładni ciernych:

-          duże naciski na wały i łożyska;

-          niska sprawność;

-          niestałe przełożenie;

-          przenoszenie małych sił (do 15 kW).

SPRZĘGŁA

Zadania sprzęgieł:

• przenoszenie momentu obrotowego,

• ułatwienie konstrukcji, wykonawstwa, transportu i eksploatacji,

• ułatwienie a niekiedy umożliwienie montażu i demontażu elementów zespołów maszynowych realizujących ruch obrotowy,

• łagodzenie przebiegu zmian momentu obrotowego

• tłumienie drgań,

• kompensacja błędów ustawienia.

Parametry doboru:

Msp =< Mn; średnica czopa =< dmax; średnica zewnętrzna D; długość całkowita L

Wybór typu sprzęgła w zależności od:

1. rodzaju napędu: silnik elektryczny, silnik spalinowy

2. warunków pracy: rodzaj maszyny roboczej, dokładność ustawienia, wielkość drgań, temperatury otoczenia, montażu

3. specjalnych funkcji w danym napędzie

---