Wytrzymałość zmęczeniowa - wartość naprężeń maksymalnych, które próbka może przenieść nieskończoną ilość cykli obciążeniowych.

Karb - przekrój w którym występuje zmiana lub nieciągłość (geometryczne i technologiczne)

Geom - zmiany średnic wałów lub lokalne zwężenia elementów płaskich, wycięcia na pierścienie

Tech - strefy zmian objętości materiału a także strefy zmian sztywności elementów

a_k- współczynnik kształtu, liczbowa miara spiętrzeń naprężeń

O działaniu karbów wielokrotnych mówimy gdy nakładają się na siebie efekty działania kilku karbów występujących obok siebie. Karby wielokrotne są odciążone bądź przeciążone.

Współczynnik działania karbu:

Zpg - wytrzymałość zmęczeniowa trwała próbki gładkiej

Zpk - -----||------ z karbem

Zależy od :

Kształtu karbu, wymiarów, rodzaju materiału, stanu warstwy wierzchniej, naprężeń w nim panujących, temperatury.

Współczynnik wrażliwości materiału

Dla mat. Doskonale sprężystych =1

Dla mat. Doskonale plastycznych =0

Dla stali niestopowych = 0,4-0,8

Wał -przenosi moment obrotowy, może przenosić jednocześnie siły ściskające i rozciągające, czasem tylko na skręcanie.

Oś - nie przenosi momentu obrotowego i jest obciążona głownie momentem gnącym

Ruchoma- obraca się wraz z elementami na niej osadzonymi

Stała - os utwierdzona nieruchomo w uchwytach

Czop - miejsce osadzenia wałów

Podział wałów i osi: okrągłe, profilowane, gładkie, kształtowe, całkowite, składane, pełne, drążone

Od funkcji: główne, pomocnicze, pośrednie, napędzające, napędzane

Dobór materiału na osie i wały:

- stal konstrukcyjna węglowa zwyklej jakości (elementy mało obciążone stosowane bez obróbki cieplnej, wymagana sztywność)

- stal konstrukcyjna węglowa wyższej jakości

- stal konstrukcyjna stopowa do ulepszania cieplnego (mała średnica walu)

- Stal konstrukcyjna stopowa do nawęglania lub azotowania (twardość pow. niż wytrzymałość rdzenia)

- stal konstrukcyjna stopowa o szczególnych właściwościach (wymagane szczególne cechy np. nierdzewienie)

Podstawą obliczenia wytrzymałości osi lub walu jest wyznaczenie wszystkich sil i momentów działających na wał(os) - obciążenia zmienne, stałe (wywołujące w osiach nieruchomych naprężenie stałe, w ruchomych - zmienne) , obciążenia zmieniające położenie wraz z obrotem walu.

Wpływ wielkości przedmiotu na wytrzymałość zmęczeniową;

Czym pole jest większe tym wytrzymałość doraźna tego przekroju jest mniejsza.

Współczynnik bezpieczeństwa - uogólnia wytrzymałość zmęczeniowa w przypadku obciążeń wahadłowych

Wymagany współczynnik bezpieczeństwa jest równy iloczynowi cząstkowych wsp. bezpieczeństwa:

x­_zw1-rozrzut wytrzymałości zmęczeniowej

x­_zw2-jakosc kontroli technicznej

x­_zw3- ważność projektowanego elementu

x­_zw4 -nieprzewidziane dodatkowe obciążenia

x­_zw5- odchyłki wymiarów przekrojów poprzecznych

3 pierwsze zawsze są uwzględniane.

Polaczenia

Rozłączne- można wielokrotnie łączyć i rozłączać elementy bez uszkodzenia (kształtowe - wpustowe, wielowypustowe, klinowe, wzdłużne, poprzeczne, kołkowe i śrubowe)

Nierozłączne - polaczenia w których wystąpi zniszczenie przy rozłączaniu (spawane, zgrzewane, lutowane, klejone)

Częściowo rozłączne - nitowane, wciskane, skurczowe

Przyłącze - fragment łączonego elementu który bierze bezpośredni udział w polaczeniu

W połączeniach rozłącznych wyróżnia się polaczenia bezpośrednie (obciążenie jest przekazywane z jednego el. na drugi), pośrednie (obciążenie jest przekazywane za pomocą łącznika).

Połączenia spawane - powstaje w wyniku doprowadzenia przyłączy do stanu cieplnego, po czym powstaje mieszanina połączonych materiałów a po ostygnięciu tworzy się trwale polaczenie spawane. Może być elektryczne lub gazowe.

W przekroju w którym występuje spoina jego wytrzymałość jest mniejsza od wytrzymałości przekroju rodzimego. Spowodowane to jest wystąpieniem karbu geometrycznego lub strukturalnego lub wystąpieniem naprężeń własnych (cieplnych).

Naprężenia dopuszczalne spoin

S - współczynnik zależny od rodzaju spoiny, obciążenia, kwalifikacji spawacza

K - dopuszczalne naprężenie dla materiału rodzimego

Połączenia zgrzewane - polega na doprowadzeniu fragmentów elementów do stanu ciastowatości, czasem do stanu płynnego, dociśniecie nagrzanych powierzchni odpowiednia siła i po pewnym czasie odjęciu tej siły. Wykorzystuje się tu siły międzyatomowe które działają po odjęciu obciążenia zewnętrznego.

Polaczenia kowalskie, zgrzewane elektrycznie (otrzymuje się zgrzeiny punktowe, liniowe, oporowe, iskrowe) oraz mechanicznie(zgrzewanie tarciowe, wybuchowe)

Kz - dopuszczalne naprężenia dla zgrzeiny

z- współczynnik wytrzymałości zgrzeiny

k - dopuszczalne naprężenie do materiału rodzimego

połączenia lutowane - wprowadzenie miedzy powierzchnie lutu który wnika w pory ich powierzchni i po ostygnięciu łączy. Zaleta jest to ze temp topnienia lutu jest mniejsza od temp topnienia elementów. Unika się dzięki temu dużych naprężeń cieplnych.

Luty miękkie - temp topnienia 200-400sC (elektrotechnika, elektronika)

W budowie maszyn Luty o temp topnienia 600-800sC oraz Luty twarde - 1200-1300sC

Nośność polaczenia lutowanego:

1. pow. łączona lutem

R_L- naprężenia graniczne na ścinanie (z tablic)

X_L- współczynnik bezpieczeństwa

Polaczenia klejone - naniesienie kleju na pow. łączone, dociśniecie ich do siebie i po pewnym czasie uwolnienie siły docisku. Występują tu siły adhezji, kohezji, siły przylegania(decydują o wytrzymałości skleiny) są większe od sil spójności. By uzyskać dobra wytrzymałość warstwa kleju powinna być jak najcieńsza.

Dopuszczalne naprężenia kleju:

X_k - współczynnik bezpieczeństwa kleju

R_tk- wytrzymałość kleju na ścinanie

W połączeniach ruchomych łączone elementy w czasie pracy mogą się przemieszczać względem siebie. W połączeniach spoczynkowych łączone elementy nie ulegają przemieszczeniu względnemu.

Połączenia gwintowe i śrubowe - główne znaczenie ma gwint który pośredniczy w przenoszeniu obciążenia. Rozróżniamy gwinty o zarysie trójkątnym, prostokątnym, trapezowym i kołowym.

Gwint o zarysie trójkątnym stosowany zwykle w połączeniach śrubowych, sprawność mniejsza niż 50%

Gwint prostokątny i trapezowy stosujemy gdy ruch obrotowy jest zamieniany na ruch posuwisty. Sprawność większa niż 50%.

Gwinty metryczne są znormalizowane.

Sprawność gwintu

ds. - średnica nośna gwintu

- kąt tarcia

Mt - moment tarcia jaki należy przyłożyć do nakrętki aby w śrubie pokonać sile tarcia miedzy gwintem zew i wew. i wywołać w nim napięcie siła Fa.

W czasie dokręcania nakrętki w celu wywołania w śrubie siły osiowej Fa musimy pokonać tarcie miedzy gwintami zew i wew. oraz na powierzchniach oporowych. W związku z powyższym do nakrętki przy odkręcaniu lub dokręcaniu należy przyłożyć moment całkowity.

Mt- moment z tarcia miedzy gwintami

Mo- moment z tarcia na powierzchniach oporowych

Dla gwintów prostokątnych

Dla trapezowych i trójkątnych

=ar ctg µ'

Obciążenie połączeń śrubowych:

W wyniku obciążenia próby siła Fa która jednocześnie działa na gwint zew i wew. powodując ścinanie gwintu, zginanie, ściskanie i na pow. styku gwintów występują naciski powierzchniowe.

Projektując liczbę zwojów dobieramy ja tak aby wytrzymałość gwintu była większa od wytrzymałości śruby na rozciąganie.

Wysokość nakrętki: m=0,8d, m>=0,67d

Śruba w połączeniu gwintowym może być obciążona siłą osiowa, siłą osiowa i momentem skręcającym, siłą poprzeczna, napięciem wstępnym i obciążeniem roboczym.

Sztywność - moment lub siła powodująca odkształcenie

Połączenie wpustowe przenosi wyłącznie moment skręcający (obrotowy). W polaczeniu wpustowym wszystkie wymiary nominalne są znormalizowane. Długość czynną połączenia wyznaczamy z warunku wytrzymałościowego na naciski powierzchniowe

z- liczba wpustów

Zaleca się stosować jeden wpust. Dopuszcza się stosowanie dwóch. Długość czynna polaczenia nie powinna przekraczać 2d.

Polaczenia wielowypustowe (bezpośrednie). Wymiary znormalizowane, łącznie z liczba wypustów. Długość czynna polaczenia wyznaczamy z warunku na naciski powierzchniowe

h- wysokość czynna wpustu

z-liczba wpustów

k- współczynnik uwzględniający nierówność przenoszonego obciążenia

dp- średnica podziałowa

połączenie sworzniowe - składa się z cięgna pojedynczego i cięgna podwójnego zwanego widełkami. Sworznie w otworach cięgien mogą być ciasno lub luźno pasowane.

Ciasno pasowany oblicza się ze względu na ścinanie sworznia oraz ze względu na naciski powierzchniowe.

Luźno pasowany oblicza się z warunku wytrzymałości sworznia na zginanie oraz naciski powierzchniowe zakładając trapezowy układ momentu zginającego

Tarcie i smarowanie

Tarcie poślizgowe oraz toczne

Poślizgowe dzielimy na: suche, suche technicznie, płynne, graniczne, mieszane

Z tarciem poślizgowym mamy do czynienia wtedy gdy dwie powierzchnie płaskie są dociskane do siebie i przemieszczają się względem siebie.

Łożyska toczne - składają się z pierścienia wew. którego średnica jest bieżnią dla elementów tocznych, el. tocznych o kształcie kuli, walca, stożka, baryłki, igiełki, oraz pierścienia zew którego średnica wew. stanowi bieżnię dla elementów tocznych.

Ze względu na możliwość przenoszenia obciążenia rozróżniamy łożyska do przenoszenia siły promieniowej, do przenoszenia siły osiowej oraz do przenoszenia siły osiowej jak i promieniowej.

Walcowe i igiełkowe Przenoszą siłę promieniowa.

Kulkowe zwykle Przenosza siły promieniowe oraz mogą być obciążone siłą osiowa wynoszącą ok. 20% wartości siły promieniowej.

Kulkowe oraz baryłkowe wzdłużne Przenosza siły wzdłużne

Stożkowe, baryłkowe i kulkowe wzdłużne Przenosza sile promieniowa i wzdłużna

Łożyska toczne są zwymiarowane. Wymiary i parametry uwzględniają nośność łożysk.

Zależność wyrażająca czas pracy łożyska w milionach obrotów

(c/Fz)^q

c-nośność łożyska(dynamiczna lub statyczna)

Fz- siła zastępcza obciążająca łożysko

q- wykładnik potęgowy równy 3 dla kulkowych, dla pozostałych 10/3

L=a₁*a₂*a₃*(c/Fz) ^q

a1,a2,a3-wspolczynniki uwzględniające charakter obciążenia, sposób smarowania i odprowadzanie ciepła

aby dobrać łożysko toczne z katalogu potrzebne są: siły działające na łożysko, wymagany czas pracy łożyska oraz prędkość obrotowa. Możemy dzięki nim wyznaczyć wymagana nośność dynamiczna i statyczna, powinna być mniejsza lub równa od nośności katalogowej.

Zalety i wady łożysk ślizgowych:

Ślizgowe Przenosza duże obciążenie przy dużych prędkościach Obr., Tłumią drgania, Można je wykonać dokładniej niż toczne, Maja mniejsze wymiary w przekroju, Teoretycznie niezniszczalne w przypadku smarowania, Wymagają starannej obsługi, są nieznormalizowane.

Sprzęgła - służą do łączenia ze sobą niezależnych ruchowo walów (czynny i bierny). Elementami sprzęgła są człon czynny osadzany na wale czynnym oraz człon bierny osadzany na wale biernym. Elementy pomocnicze to np. części sprzęgające człony sprzęgła. Rozróżniamy sprzęgła sztywne, luźne, podatno - skrętne, odśrodkowe, cierne, przegubowe, bezpieczeństwa.

Służą wyłącznie do przenoszenia momentu obrotowego. Przy sprzęgłach sztywnych wymaga się współosiowości walów.

Sprzęgła podatne skrętne - łagodzą zmienny moment roboczy, tłumią drgania, zmieniają częstość własną drgań.

---