Połączenia spawane

Połączenia spawane - służą do połączenia w całość elementów maszyn. Można je podzielić na:

• ruchowe - umożliwiają względny ruch elementów

• spoczynkowe - brak możliwości uwzględnienia ruchu:

• nierozłączne - przy próbie demontażu występuje uszkodzenie kształtu przynajmniej jednego elementu połączenia:

• bezpośrednie - połączenia spawane, zgrzewane, lutowane, klejone

• pośrednie - poprzez użycie łącznika - nitu

• rozłączne - można demontować bez uszkodzenia elementów.

• Połączenia spawane - zalety:

• umożliwiają wykonanie wytworów o złożonych kształtach z prostych części składowych;

• można łączyć w całość półwyroby.

• Budowa spoiny:

• spoina - struktura spoiny ma budowę krystaliczną materiału lanego(zbliżony do staliwa). Struktura ta nie jest zbyt korzystna, dlatego można stosować obróbkę (młotkowanie). W obszarze spoiny występuje nierównomierny rozkład temperatur, co powoduje nierównomierne odkształcenia i naprężenia własne (poważne wady połączeń spawanych)

• lico spoiny

• strefa wpływów cieplnych

• wtop

• grań

• rąbek

• Rodzaje spawania: gazowe, elektryczne, termitowe(szyny kolejowe).

• Rodzaje spoin i złączy spawanych:

• ze względu na wzajemne usytuowanie łączonych części:

doczołowe, teowe, narożne, przylgowe, zakładkowe, krzyżowe;

• w zależności od usytuowania spoiny w stosunku działania siły:

poprzeczne, podłużne, skośne;

• rodzaje spoin: czołowe, pachwinowe, brzeżne, otworowe.

5. Grubość spoiny pachwinowej - wysokość trójkąta równoramiennego wpisanego w przekrój poprzeczny spoiny (dla cienkich materiałów: 0.7 grubości materiału).

6. Rola spoin:

• spoiny nośne - przenoszą obciążenia

• spoiny pomocnicze:

• szczepne - ustalają wzajemne położenie elementów

• naprawcze - warstwy naprawcze

• uszczelniające - zapewniają szczelność

• Spoiny czołowe - stosowane do łączenia blach (unikać łączenia kształtowników walcowanych poddanych rozciąganiu). Lico spoiny powinno być lekko wypukłe, powinno mieć łagodne przejście do materiału rodzimego.

• Spoiny pachwinowe - bardzo często stosowane, nie wymagają obróbki łączonych części spoiny.

• Obliczenia wytrzymałości spoin:

Spoinę pachwinową - sprawdza się na warunek naprężeń niebezpiecznych. W przypadku spoin sprawdza się warunki na:

• naprężenia normalne




Q - obciążenie, F - wskaźnik przekroju (wskaźnik momentu)

• naprężenia styczne




P - siła, k_st' - obciążenie statyczne (napięcie dopuszczalne dla spoiny)




s - współ. zależny od rodzaju obciążenia: 0.8 - rozciąganie; 1 - ściskanie; 0.9 - zginanie;

0.65 - ścinanie;

s₀ - współ. jakości spoiny: 1 - spoina przebadana; 0.5 - bez badania;

• naprężenia dopuszczalne ze względu na rozciąganie




R_e - granica plastyczności, X_e - współ. bezpieczeństwa (1.6 - w układach bez

obciążenia sprężysto - plastycznego)

Łożyska toczne

1. Zalety łożysk tocznych w odniesieniu do łożysk ślizgowych:

• mniejszy współ. tarcia;

• statyczny współ. tarcia nieznacznie większy od kinetycznego;

• mała wrażliwość na rodzaj środka smarowania;

• mała ilość środka smarowego wymagana do poprawnej pracy;

• duża sztywność i małe odkształcenia pod wpływem obciążenia;

• łożysko, poza specjalnymi przypadkami, pracuje bez odrębnego układu smarowania;

• zmiana warunków pracy;

• łożyska toczne małych i średnich rozmiarów są tańsze od podobnych łożysk ślizgowych;

• prosty montaż i demontaż łożyskowania;

• Wady łożysk tocznych:

• nie tłumią drgań i przenoszą je na korpus maszyny;

• powodują większy szum niż łożyska ślizgowe;

• pracują gorzej od łożysk ślizgowych w warunkach dużych przyśpieszeń koszyka;

• wysoka cena dużych rozmiarów łożysk;

• niepodzielność w płaszczyźnie osi;

• większy wymiar w kierunku poprzecznym w stosunku do osi ślizgowych;

• Budowa łożysk tocznych:

• pierścień zewnętrzny;

• pierścień wewnętrzny;

• koszyk - oddziela elementy toczne w celu uniknięcia wzajemnego tarcia; rozmieszcza je równomiernie po obwodzie i prowadzi te elementy utrzymuje łożysko jako zwartą całość;

• element toczny;

• bieżnie główne - przenoszą obciążenie głównym kierunku działania łożyska;

• bieżnie pomocnicze - prowadzą elementy toczne lub przenoszą obciążenie w kierunku innym niż główny.

4. Materiały stosowane na łożyska:

• części toczne i pierścienie - wykonuje się ze stali chromowej i hartuje się do twardości 59 - 65 HRC, czasami elementy wykonuje się ze stali do nawęglania;

• powierzchnie robocze - są szlifowane i dogładzane oscylacyjnie;

• kulki - są docierane;

• powierzchnie montażowe - są szlifowane, a w wykonaniu dokładnym - docierane;

• Klasyfikacja łożysk:

• normalny kąt działanie łożysk - zawiera się między prostą łączącą punkty styku bieżni z kulkami w nieobciążonym łożysku a płaszczyzną prostopadłą do osi łożyska; w łożyskach wałeczkowych jest to kąt pomiędzy prostą łączącą punkty styku bieżni z kulkami w nieobciążonym łożysku a płaszczyzną prostopadłą do tworzącej bieżni zewnętrznej ;

• kształt części tocznych:

- kulkowe; - walcowa; - igiełkowe; -stożkowe; - baryłkowe;

• możliwość wzajemnego wychylenia się pierścieni:

• łożyska zwykłe - wymagają zachowania z odpowiednią dokładnością współosiowości wału i oprawy;

• łożyska wahliwe - pozwalają na stałą lub zmienną w czasie nie współosiowość

wału i oprawy;

• łożyska samonośne - pozwalają na pracę przy stałej, dużej nie współosiowości

wału i oprawy;

6. Obliczanie łożysk:

• nośność ruchowa C - obciążenie, przy którym łożysko osiągnie nominalną trwałość 1 miliona obrotów:

• ł. poprzeczne - obciążenie działające w płaszczyźnie prostopadłej do osi łożyska;

• ł. wzdłużne - obciążenie działające w płaszczyźnie równoległej do osi łożyska;

• nośność spoczynkowa C₀ - wielkość obciążenia pod działaniem którego całkowite, trwałe odkształcenie części tocznych i bieżni w miejscu najbardziej obciążonym wymości: 0,0001 średnicy części tocznej:

• trwałość normalna 1mln. obrotów L₁₀ - po wykonaniu 1mln. obrotów ulegnie uszkodzeniu nie więcej niż 10% dużej partii badanych łożysk.

• równanie trwałości:





P - obciążenie zastępcze ruchowe; C - nośność ruchowa; p = 3, 10/3;




n - prędkość obrotowa [obr/min]




F_r - skł. poprzeczna obciążenia; F_a - skł. względna obciążenia; XY - współ. przeliczeniowy

7. Trwałość i nośność techniczna:




a₁ - współ. niezawodności: 0,21 (99%); 0,05 (100%)

a₂ - współ. materiałowy

a₃ - współ. warunków pracy

C_e - efektywna nośność ruchowa w temper. pracy;

C_e = C*f_f

P_e - efektywne obciążenie łożysk;

P_e = f_d*P

f_d - współ. dynamiczny

Połączenia śrubowe

1. Linia śrubowa walcowa prosta - jest o tor punktu M wykonującego ruch obrotowy w płaszczyźnie P przesuwającej się w kierunku prostopadłym do P'. Może być prawo lub lewo skrętna.

h - skok wzdłużny linii śrubowej

Punkt M będzie opisywał na płaszczyźnie P spiralę Archimedesa. Wtedy na powierzchni stożka powstanie linia śrubowa stożkowa. Odległość miedzy punktami spirali s - skok poprzeczny linii śrubowej.

2. Tworząca gwintu - jest to odcinek (krzywa) dowolnego kształtu i rozmiaru, nie tworząca pętli o krańcowych punktach, leżących na prostej równoległej walca OK. i są położone we wzajemnej odległości h. Tworząc gwintu opisuje powierzchnię gwintową, wykonując ruch śrubowy, w którym każdy z jej punktów opisuje linię śrubową.

3. Rodzaje gwintu:

• trójkątny:

• trapezowy symetryczny:

• trapezowy niesymetryczny:

• prostokątny:

• okrągły:

h_z - podziałka zwoju gwintowego - odległość sąsiednich występów, mierzona na zarysie wzdłuż osi:

h = h_z gwint jednokrotny

h - z*h_z gwint wielokrotny

• zewnętrzny - mierzony na zewnątrz walca;

• wewnętrzny - mierzony wewnątrz otworu.

4. Kąt rozwarci gwintu α - jeśli dwusieczna kąta α tworzy z osią gwintu kat prosty, to gwint jest symetryczny, inaczej gwint jest niesymetryczny.

Wszystkie wymiary gwintów normalnych są znormalizowane i określone w zależności od podziałki gwintu h_z. Średnia D_n dla gwintu zewnętrznego jest równa średnicy śruby. D_n i skok gwintu są ze sobą powiązane. Przy tej samej średnicy zewnętrznej mogą wystąpić różne skoki. Gwinty o skoku mniejszym od skoku gwintu zwykłego nazywane są gwintami drobnozwojowymi, o większym skoku gwintami grubo zwojowymi.

5. Wielkości charakteryzujące gwint:

• t_g - rzeczywista głębokość gwintu;

• t_n =( t_g - a) - nośna głębokość gwintu;

• a - luz wierzchołkowy;

• d_r - średnica rdzenia śruby;

• d_p - średnica podziałowa śruby;

• d - średnica zew. Śruby równa średnicy nominalnej;

• D₀ - średnica otworu nakrętki;

• D_p - średnica podziałowa nakrętki;

• D - średnica nakrętki;

• d_s. - średnica robocza:




• tgγ - tangens średnicy kąta pochylenia gwintu:




6. Zastosowanie gwintu:

• główne cechy gwintu:

• kąt rozwarcia α

• promień zaokrąglenia r

• gwinty metryczne, zwykłe, drobnozwojowe: α = 60°; r = 0,1082h;

• gwinty calowe: α = 55°; r = 0,13733h;

• gwinty trapezowe niesymetryczne: α = 3° (kat powierzchni roboczej) ;

• =30 ° (kąt powierzchni pomocniczej);

• gwint płaski - wychodzi z użycia z powodu trudności wykonawczych i małej wytrzymałości co do gwintu trapezowego;

• gwint drobnozwojowy - stosowany w celu małej głębokości gwintu;

• gwint okrągły - stosowany jako łącznik narożny na zmienne obciążenie; stosowany w połączeniach między wagonowych;

• gwint trapezowy - połączenia ruchowe, jeżeli zależy na wysokiej sprawności to stosuje się gwinty trapezowe wysoko zwojowe;

• gwint stożkowy - do rurociągów wiertniczych; dają dobrą szczelność złącza; likwidują luzy; zapewniają równomierność obciążenia na poszczególnych zwojach; krótki czas montażu.

7. Połączenia śrubowe:

• spoczynkowe - złącza kołnierzowe;

• ruchowe - wrzeciono zaworu, śruba pociągowa obrabiarki.

8. Warunek samohamowności:

ρ > γ

tgγ - tangens średnicy kąta pochylenia gwintu; ρ - kąt tarcia, (ρ = arctgμ, μ = tgγ)

9. Sprawność połączenia gwintowego:




L_u - praca użyteczna; L_w - praca włożona




Przekładnie pasowe

Przekładnie pasowe służą do przenoszenia mocy za pośrednictwem cięgien w postaci pasów. Siła tarcia pozwala przenosić siłę obwodową, dzięki tarciu.

1. Rodzaje pasów w przekładni pasowej ciernej:

• płaski

• klinowy

• okrągły.

2. Zalety przekładni pasowych:

• płynność ruchu;

• cichobieżność;

• zdolność do łagodzenia zmian obciążenia;

• tłumienie drgań;

• prosta i tania konstrukcja;

• praca beż smarowania;

• możliwość przenoszenia ruchu gdy wały nie są równoległe.

3. Wady przekładni pasowych:

• stosunkowo duże wymiary;

• duża siła na łożyskach wałów;

• niestałość przełożenia z powodu poślizgu;

• mała odporność na podwyższoną temperaturę (chodzi o pas);

• mniejsza sprawność w porównaniu z przekładnią zębatą i łańcuchową - 90%.

4. Rodzaje przekładni pasowych ze względu na układ osi wału:

• skrzyżowana;

• półskrzyżowana;

• półskrzyżowana z krążkiem kierującym;

• półskrzyżowana z dwoma krążkami kierującymi;

• otwarta z dwoma krążkami kierującymi;

• otwarta z jednym krążkiem kierującym I napinającym.

• Sposoby napinania pasa:

• pod jego ciężarem własnym;

• poprzez rolkę naprężającą;

• poprzez okresowe przesuwanie silnika na podstawie;

• poprzez odchylenie silnika.

• Moc przekładni pasowych:




• użyteczne napięcie pasa:




• prędkość liniowa pasa:




d - średnica koła pasowego; n - ilość obrotów.

7. Wyznaczanie długości pasa:

• kąt opasania pasa styka się z kołem pasowym:





8. Napięcia w cięgnach i obciążenie wałów:

• siła użyteczna:





μ - współczynnik tarcia;
α₁ - kąt opasania koła małego.

• siła obciążenia wału jest równa wypadkowej pochodzącej od nacisku pasa na koło; jest równa sumie geometrycznej napięć w cięgnach:




• odległość między siłami Q:





9. Kinetyka przekładni pasowej:

• poślizg sprężysty - różnica prędkości obu cięgien do prędkości cięgna roboczego:




V_c - cięgno czynne; V_b - cięgno bierne







A - pole przekroju poprzecznego pasa; E - moduł sprężystości wzdłużnej pasa;

10. Współczynnik napięcia pasa:




11. Przekładnie pasowe klinowe:

• formowy współczynnik tarcia:


α - kat zarysu

• minimalna odległość osi:





12. Kolejność obliczeń przekładni:

• wybór typu wielkości pasa klinowego (zależy od prędkości obrotowej i przenoszonej mocy);

• przyjęcie średnicy skutecznej małego koła;

• sprawdzenie prędkości liniowej pasa wg. wzoru;

• obliczenie średnicy skutecznej dużego koła:

• przyjęcie orientacyjne rozstawu osi koła;

• wyznaczenie kata opasania koła małego:




• obliczenie długości pasa:

• sprawdzenie częstotliwości zginania pasa:


z - liczba kół zębatych; L - długość pasa.

• obliczenie liczby pasów klinowych:




P₁ - moc dla jednego pasa klinowego; k_L - współ. żywotności pasa: 0,72-1,2;

k_α - współ. kata opasania: 1-180stopni; k_T - współ. trwałości pasa.

13. Przekładni pasowe z pasem zębatym:

• z dwoma kołami uzębionymi;

• z dużym kołem o gładkiej powierzchni;

• z dwustronnym uzębieniem.

Połączenia kołkowe, sworzniowe, klinowe

Połączenia te należą do grupy połączeń kształtowych, których cechą jest równoważenie przenoszonych sił siłami spójności łączników. Względne przemieszczenie elementów głównych w kierunku przeważających sił lub ich względny obrót zgodnie z przenoszonym momentem obrotowym jest możliwy dopiero po zniszczeniu łączników połączenia.

1. Rodzaje kołków:

• stożkowy - działa środkujaco i nadaje się do połączeń często rozłanczalnych; droga luzowania jest krótka, małe zużycie; otwór na ten kołek powinien być rozwiercony po złożeniu łączonych części.

• stożkowy z gwintem - stosowany w przypadku ślepych otworów, ponieważ daje się wyjąć z otworu poprzez wkręcenie nakrętki na gwint.

• cylindryczny - wymaga pasowania ruchowego i wysokiej klasy dokładności wykonania otworu; droga luzowania długa, zużycie duże; nie nadaje się do wielokrotnego demontażu; wykonanie połączenia jest kosztowne.

• sprężynujący rurowy - wykonany ze stali sprężynowej, nie wymaga rozwierconego otworu, bywa również używany w połączeniach śrubowych jako tuleje odciążająca śrubę od ściskania.

• Połączenia kołkowe-czopowe - stosowane do celów podrzędnych; otwór na kołek osłabia wał; wymiary przyjmuje się w stosunku czopa D_c - średnica czopa.

• Połączenia kołkowe - czopowe podłużne - stosowane do osadzenia piasty na końcu wału.

• Połączenia sworzniowe:

• rodzaje sworzni:

• ciasno pasowane w otwór;

• luźno pasowane w otwór;

5. Połączenia wpustowe - wpust jest osadzony z wcięciem we wzdłużnym rowku wykonanym w czopie i występuje ponad powierzchnię czopa i piasty. Połączenie posiada luz powierzchniowy pomiędzy dnem rowka w piaście i wpustem. Kształty i wymiary są znormalizowane. Przekrój poprzeczny wpustu jest prostokątny a jego wymiary zależą od średnicy czopa. Długość wpusty może być zmienna i jest ustalona przez konstruktora.

• rodzaje połączeń wpustowych:

• spoczynkowe - wpust jest ciasno pasany w rowku i w piaście;

• przesuwne - wpust jest ciasno pasowany w rowku wału i luźno pasowany w piaście.

6. Połączenia wielowypustowe - rodzaje:

• o prostych zarysach boków;

• wielokarbowe;

• o zarysach ewolwentowych.

• Połączenia klinowe wzdłużne - podobne do połączeń wpustowych; wpust zastąpiono klinem o zbieżności 1-100. poprzez wbicie klina w złączu powstają naprężenia. Klinów nie oblicza się wytrzymałościowo; długość klina można orientacyjnie określić ( jak dla wpustu).

Wytrzymałość zmęczeniowa

1. Wykres Haygha:




Wykres ten otrzymuje się na podstawie badań zmęczenia każdej parze wartości σ_a i σ_m dla danego współczynnika asymetrii. Cyklu R odpowiada punkt na wykresie, a połączenie tych pkt. tworzy krzywą.

• Punkt A na osi σa określa granicę zmęczenia przy obciążeniu wahadłowym.

• Pkt. B na osi σm określa w przybliżeniu wytrzymałość przy obciążeniu statycznym czyli Rm.

• Dla materiałów elastooptycznych wprowadza się warunek σ_max = σ_m+σ_a ≤ Re warunek ten określa położenie lini ograniczającej, która łączy wartości Re na obydwu osiach.

Proste wychodzące z początku układu pod kątem W są miejscem geometrycznym pkt. o R=const.

TgW=^σa/_σm=^σmax-σmin/_σmax+σmin=^1-R/_1+R

Suma rzędnej i odciętej tego pkt. jest granicą zmęczenia „z” dla danego współczynnika asymetrii R.

σ_max=OE+EC=σ_m

Prosta OD nachylona pod kątem 45^o wyznacza na krzywej punkt wskazujący współrzędne do obliczenia granicy zmęczenia przy odzerowo tętniącym obciążeniu.

σm = σa =Zrj/2

Wykres ten obejmuje także zakres σ_m<0 (jest to symetryczne odbicie prawej części wykresu).

2. Zjawiska zmęczenia w metalach i ich przebieg:

Zjawiska te mimo ich złożoności mają określoną prawidłowość, można wyróżnić 3 etapy:

• powstanie i rozwój lokalnych odkształceń plastycznych oraz związanego z nimi lokalnego przejściowego umocnienia i osłabienia

• powstanie mikropęknięć

• rozwój i łączenie się pęknięć aż do całkowitej dekoezji (zniszczenia)

1. Czynniki wpływające na wytrzymałość zmęczeniową:

• działanie karbu - w miejscu zmian kształtu lub wymiaru obciążonego detalu występuje zmiana rozkładu naprężeń, naprężenia zmieniają się (mówimy o działaniu karbu).

Przez karb należy rozumieć miejsca zmian poprzecznych przekrojów elementu lub zmiany krzywizn powierzchni ograniczających przedmiot.

• karbem są : odsadzenia, rowki, otwory, wcięcia, gwinty.

• karby są przyczyną 33% uszkodzeń części maszynowych .

Działanie karbu można przedstawić jako miejsce zagęszczenia linii sił, a więc trajektoriom punktów przekazującym obciążenie elementarnym cząstką materiału.

• naprężenie nominalne σn wyznaczamy z zależności:

σ _n = P / A_k

P- obciążenie

A_k- pole powierzchni

σ_n =M_g / W_x

• M_g-moment gnący

• W_x- wskaźnik przekroju na zginanie (dla najmniejszego przekroju karbu)

• Współczynnik kształtu (teoretyczny współczynnik działania karbu)

£ _K = σ _max/ σ _n

Dla skręcania £ _K = τ _max / τ n

£ _k- jest wielkością związaną wyłącznie z geometrią karbu nie zależy od wielkości obciążenia bezwzględnych wymiarów elementu, rodzaju materiału w stanie sprężystym. Wyznaczamy go doświadczalnie używając tensometrów lub obliczając MES lub MEP.

£ _k= ƒ(^ρ/_r ; ^R/_r ; rdz. obciążenia ;kształt elementu ).


£ _k

3

2

1

^ρ/_r

4. Współczynnik działania karbu:

Działanie karbu w konkretnych elementach konstrukcyjnych jest inne niż w materiałach modelowych o liniowej sprężystości.






Wprowadzono praktyczną miarę wpływu spiętrzenia naprężeń na wytrzymałość zmęczeniową. Miarą tą jest współczynnik działania karbu:

β _k - ten współczynnik nazywamy współczynnik karbu, (efektywny współczynnik spiętrzenia naprężeń).

• współczynnik β _k określa wielkość zmniejszenia wytrzymałości zmęczeniowej na skutek działania karbu i jest równy stosunkowi wytrzymałości zmęczeniowej

β _k= Z_gt / Z_k

Stosunek próbki gładkiej do wytrzymałości zmęczeniowej próbki z karbem β _k ≥ 1.

• współczynnik β _k można wyznaczyć doświadczalnie dla ograniczonej liczby przypadków. Wg jednej z koncepcji p.Thuma, Buchmana, Petersona, £k i βk łączy współczynnik wrażliwości materiału na działanie karbu:

0 ≤ η _k ≤ 1 ηk=β_k-1/£_k-1 βk=1+η_k(£_k-1)

Jeżeli materiał ma dużą wrażliwość na działanie karbu to wtedy η _k jest równy 1 i współczynnik £_k=β_k. Taką własność mają materiały doskonałą sprężystość i doskonale kruche (szkło).

η k= 0 brak wrażliwości na działanie karbu. Własność taką mają materiały doskonale plastyczne (wyjątek: żeliwo szare -> η _k ≈ 0).

• współczynnik η k możemy odczytać z wykresu funkcji zależności współczynnika kształtu £ _k i współczynnika wrażliwości η _k .

5. Rodzaje karbu:

• karb wielokrotny - kilka występujących obok siebie karbów. Może mieć to działanie wzmacniające lub osłabiające (odciążające i przeciążające).

• karby szeregowe - są to karby odciążające

• karby równoległe - są to karby przeciążające

1. Zmniejszenie wpływu karbu przez konstrukcyjne kształtowanie.

• należy unikać sytuacji aby stosunek promienie karbu ρ do 2r był ≤ 0,1.

^Ρ/_2r ≤ 0,1

• odsadzenia warto umacniać poprzez ulepszenia cieplne lub dogniatanie.

• Wpływ wielkości przedmiotu:

• wytrzymałość zmęczeniowa na ogół maleje wraz ze wzrostem wymiaru elementu. Brak jest dostatecznego teoretycznego wyjaśnienia tego zjawiska. Wpływ ten opisuje się najczęściej probalistycznie na zasadzie prawdopodobieństwa wystąpienia najsłabszego ogniwa.

• wielkość przedmiotu ma największy wpływ na wytrzymałość zmęczeniową przy zginaniu i skręcaniu, a znacznie mniejszy przy rozciąganiu i ściskaniu.

∑= ^Z_d / _Z

Z_d - wytrzymałość zmęczeniowa próbki o dowolnej średnicy

Z - wytrzymałość tego samego materiału o średnicy 7 - 10 mm.

• wpływ w przedmiocie ujawnia się silniej w zakresie granicznej wytrzymałości zmęczeniowej. Ze wzrostem średnicy rośnie również rozrzut wartości współczynnika ∑.

6. Wpływ rodzaju obróbki i stanu warstwy wierzchniej β_p.

β _p=^Z/_Zp

Z - wytrzymałość zmęczeniowa próbki polerowanej

Zp - wytrzymałość zmęczeniowa po różnej obróbce (innej niż polerowanie)

W przypadku ostrych karbów βp współczynnik ten można ominąć.

Przy karbie łagodnym β=β_k+β_p=1 (stan powierzchni należy uwzględnić)

Dla żeliwa po usunięciu naskórka odlewniczego β = 1

7. Obróbki polepszające warstwę wierzchnią.

Zabiegi te znacznie zwiększają granicę zmęczenia zwłaszcza dla elementów z karbem. Chodzi tu o zgniot warstwy wierzchniej powstałej w kulkowaniu, wałeczkowaniu, rozwalcowaniu i wciskaniu stempla.

• obróbka cieplna, płytkie hartowanie, azotowanie, węglownie i hartowanie.

Powlekanie galwaniczne zmniejsza granicę zmęczenia.

Wpływ tych różnych obróbek uwzględnia współczynnik β_pz.

Β_pz = ^Z/_Zpz

Z- wytrzymałość zmęczeniowa próbki gładkiej z karbem

Z_pz- wytrzymałość zmęczeniowa próbki po różnych zabiegach

Β= β _k *β_pz

Β=β_k+β_pz-1

6. Obliczanie współczynnika bezpieczeństwa:

• dla cykli symetrycznych:




Z _- - granica zmęczenia przy danym rodzaju obciążenia symetrycznego;

σ_na - nominalna amplituda naprężenia, obliczona zwykłą metodą obliczeniową;

β - współ. działania karbu;

7. Rzeczywisty współ. bezpieczeństwa δ (współ. niewiedzy), dla cykli symetrycznych

σ_na = σ_max wynosi: 1,3 < δ < 2,5

8. W obliczeniach wstępnych pomocna jest znajomość naprężeń dopuszczalnych, wyznaczonych na podstawie granicy zmęczenia dla danego rodzaju obciążenia i współczynnika X_Z, który obejmuje współczynniki: δ, ξ, β:

• zginanie wahadłowe k_g0:




X_Z - przyjmuje się: 2,5 - 4.

9. Wyznaczanie obciążeń złożonych - korzystamy z hipotezy Haygha:





10. Rzeczywisty współczynnik bezpieczeństwa δ:




Wały i osie

1. Wałem lub osią - nazywamy element maszyny, na którym są osadzone inne elementy wykonujące ruchy obrotowe lub oscylacyjne. Wał lub oś urzeczywistnia ich geometryczną oś obrotu. Wał - służy głównie do przenoszenia momentu obrotowego. Za jego pośrednictwem przenoszone są na łożyska obciążenia działające na elementy na nim osadzone. Wał poza skręcaniem narażony jest głównie na zginanie, skręcanie i rozciąganie. Oś - nie przenosi momentu obrotowego, jest obciążona głównie momentem gnącym. Służy do utrzymywania zadanym położeniu innych obracających się elementów maszyny. Osie mogą być: ruchome - oś obraca się wraz z elementami na niej osadzonymi; stałe - oś utwierdzona jest nieruchomo w uchwytach zaś inne elementy są na niej łożyskowane i mają możliwość obrotu. Sworzniem - nazywamy krótką oś. Czopami - mogą być części wałów lub osi, na których występuje styk z innymi elementami maszyny.

2. Podział wałów i osi:

- gładkie; - kształtowe; - pełne; - drążone (obniżanie masy);

- okrągłe lub profilowe; całkowite lub składane.

3. Dobór materiału na wały:

• stale zwykłej jakości;

• stale wyższej jakości - odpowiednie wały maszynowe do temper. 750K;

• stale do ulepszania cieplnego - przy silnych obciążeniach udarowych;

• stale do nawęglania;

• stale 26H2MF, 25HM - w temper. do 810K;

• stale H25, M25, S2 - w temper. wysokich, do 1020K.

• Obliczenia wałów wyłącznie skręcanych:

• prędkość obrotowa wału;

• moment obrotowy przenoszony przez wał;

• dla wałów płaskich o długości l należy sprawdzić:

• naprężenia:




• kąt skręcenia wału ϕ:




M₀ - moment skręcający [N*mm]; G - moduł sprężystości poprzecznej [MPa];

I₀ - biegunowy moment bezwładności przekroju [mm⁴].

• jednostkowy kąt skręcenia ϕ^':




• dla wałów kształtowych (o różnych średnicach):

• kąt skręcenia ϕ:




k - liczba stopni wału; l_i - długość stopnia wału o średnicy d_i;

• jednostkowy kąt skręcenia ϕ^'':


obciążenie jednostronnie zmienne (skręcanie);


obciążenie obustronnie zmienne;




5. W celu złagodzenia momentu skręcającego stosuje się wałki skrętne, które łagodzą nierównomierność przenoszonego momentu:

ϕ^' > 0,2 [rad/m]

6. Obliczenia wałów narażonych na zginanie i skręcanie:

• naprężenia dopuszczalne:




• naprężenia styczne:




• naprężenia zastępcze:










zależności:




• moment zastępczy przy zginaniu:


gdy redukujemy do naprężeń moralnych;


gdy redukujemy do naprężeń stycznych;

• wyznaczenie średnicy wału przy zginaniu i skręcaniu:





i = o, j: (o - obustronne; j - jednostronne obciążenie.

7. Obliczenia osi przeprowadza się przy założeniu stałych wartości obciążeń. Jeżeli obciążenie jest zmienne to do obliczeń przyjmuje się maksymalne ich wartości.

Podstawy konstrukcji maszyn: Malczewski & Żurawski

σ _a

R_e

Z_rc

Z_rj/₂

45^º

Z_rj/₂

ω

B

B'

σ _m

0

E

D

C

A

0,1

0,2

0,3

^R/_r=3

2

3

Materiał modelowy