Ściąga PKM(2).pdf
(
193 KB
)
Pobierz
POŁĄCZENIA
F
obl
- uogólnione obciążenie
obliczeniowe, R
s
- wytrzymałość
obliczeniowa spoiny,
d
- 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/
g
s
(
g
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.
Dl
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
*ctg
a
, AC=(Q-Q
d
)*ctg
b
Q
d
*ctg
a
=(Q-Q
o
’)*ctg
b
Q
d
=Q*ctg
b
/(ctg
b
+ctg
a
)=Q*1/
(1+ctg
a
/ctg
b
)=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.
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.
Są to połączenia spoczynkowe.
H=Q*tg(
g±r
)- siła od momentu
Mt=0.5*d2*Q*tg(
r
1+
g
) +
Q*dp*
m
/2
r
1 atan
m
sin ( )
:=
è
ø
Pozorny kąt tarcia
g
1 atan
h
p
d
×
è
h
Kąt wzniosu gwintu
ø
:=
tan ( )
tan
g
h
( )
:=
Sprawność gwintu
(
+
r
1
)
0.54
0.4
h
( )
0.27
0.13
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
*
m
>P
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
g
Gamma podana jest w radianach
należy pomnożyć 180/pi żeby mieć
stopnie.
POŁĄCZENIA SPAWANE
:
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).
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.
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.
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)
l
s
=
e
s
*l
s
=
s
r
*l
s
/E
s
=Q
o
*l
s
/
(F
s
*E
s
)=Q
o
*1/c
s
d
k
=
s
c
*l
k
/E
k
=Q
o
*l
k
/(F
k
*E
k
)=Q
o
*1/c
k
c
s
=Q
o
/
l
s
= F
s
*E
s
/ l
s
=tg
a
c
k
=Q
o
/
d
k
= F
k
*E
k
/ l
k
=tg
b
l
s
-długość śruby, E
s
- moduł
sprężystości śruby, F
s
- pole
przekroju śruby, c
s
- sztywność śruby
(analogicznie dla kołnierza)
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 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)
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*z
0
*k
t
) (z-
jakość spawania (z=0.5-zwykła
jakość, z=1 spoina mocna badana
radiologicznie, z
0
-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.
ZMĘCZENIÓWKA
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
b
t
=f(c1/c2*c
s
/c
1
) (c1/c2=E
1
*g
1
/
(E
1
*g
1
)) (c
s
/c
1
=(G*l/s)/
(E
1
*g
1
/l)=G*l
2
/(E*g
1
*s)) E
1
-Young
G- Kirchoff l-długość
Wykres Wöhlera
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
Dl
s
jej
całkowite wydłużenie osiągnie
wartość
l
s
+
Dl
s
odpowiadającą
wypadkowej sile na nią działającej
Q
w
. Kołnierze natomiast ze względu
na wydłużenie śrub odprężą się o tę
samą wielkość
Dl
s,
a i wypadkową
odkształcenie będzie wynosiło
d
k
-
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
<10
4
-obszar obciążeń
statycznych
d
=Re/
s
max
2.10
4
<N
c
<10
7
– obszar
wytrzymałości ograniczonej
d
z
=Z
o
/
s
max
(Z
o
-wyznaczone
OBLICZANIE POŁ SPAWANYCH
(STANEM GRANICZNYM):
Metoda obowiązuje w konstrukcjach
stalowych hal, mostów, suwnic,
jezdni podsuwnicowych, dźwignic.
Ogólna postać warunku
d
=F
obl
/A
s
Í
R
s
POŁĄCZDENIA ŚRUBOWE
:
doświadczalnie lub obliczone
Z
o
=Z
g
(10
7
/N
c
)^
V
)
3.N
c
>10
7
– obszar wytrzymałości
nieograniczonej
d
=Z
g
/
s
max
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
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)
b
k
=1+
h
k
(
a
k
+1) gdzie
h
k
-
współczynnik wrażliwości materiału
na działanie karbu (jest zależny od
Rm,
r
o
) =1 dla materiałów
doskonale sprężystych „szkło” =0
dla materiałów niewrażliwych na
działanie karbu „żeliwo szare”.
Współczynnik
b
p
charakteryzuje
zmianę wytrzymałości elementów
po różnej obróbce skrawaniem w
porównaniu z próbką polerowaną.
Do obliczeń elementów z karbem o
znanym
b
k
posługujemy się
zależnością
b
=
b
k
+
b
p
-1 (w przypadku
karbów prostych
b
p
pomijamy, dla
żeliwa po usunięciu naskórku
odlewniczego przyjmujemy
b
p
=1)
b
pz
- dla powierzchni ulepszanych
b
=
b
k
*
b
pz
Współczynnik wielkości elementu
e
=z
d
/z, z
d
- wytrzymałość
zmęczeniowa próbki o średnicy d, z-
wytrzymałość zmęczeniowa próbki o
średnicy od 7 do 10mm (
g
=1/
e
).
Liczba całkowita cykli
N
c
=n(1/min)*60*h(ilość
godzin)*z(liczba
zmian)*D(dni)*l(lat)
s
m
=(
s
max
+
s
min
)/2- naprężenie
średnie
s
a
=(
s
max
-
s
min
)/2- amplituda
naprężeń
R=
s
min
/
s
max
–współczynnik asymetrii
cyklu
Kappa=
s
m
/
s
a
- współczynnik stałości
obciążenia
Wykres Haigha
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.
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
Wykres Smitha
d
-rzeczywisty współczynnik
bezpieczeństwa
d
<1 nie występuje
d
=1.3-1.4 –ścisłe obliczenia na
podstawie dokładnych danych
doświadczalnych
d
=1.4-1.7 - dla zwykłej dokładności
obliczeń, bez doświadczalnego
sprawdzenia obliczeń
d
=1.7- 2 – dla zmniejszonej
dokładności obliczeń, przy
możliwości określenia naprężeń i
obciążeń
d
=2-3 – przy orientacyjnym
określaniu obciążeń i naprężeń dla
niepewnych lub specjalnie ciężkich
warunków pracy (odlewy)
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)
Aby narysować wykres potrzeba Re,
Zo,Zj.
Jeżeli przy wzroście obciążenia
stosunek amplitudy
s
a
do
naprężenia średniego
s
m
będzie
stały to wartość wytrzymałości
zmęczeniowej określa punkt k1
s
a
/
s
m
=const,
x
2
=z
1
/
s
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
s
m
=const x2=Z2/
s
z
=Ck2/CD
D-punkt pracy.
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
KSZTAŁTOWANIE WAŁU
Kształtowanie powierzchni
swobodnych przeprowadzamy po
ukształtowaniu powierzchni
roboczych, czyli czopów-należy
uwzględnić aby d
1
/d
2
<=1,2 ,
natomiast czopy należy kształtować
według zaleceń normy.
Gładkość powierzchni
1.czopów końcowych :R
z
=2,5-
0,32
m
m
2.powieszchni swobodnych : wały
wolno obrotowe i średnio bieżne
(R
z
=10-5
m
m), wysokoobrotowe
( R
z
=2,5
m
m)
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
s
z
=(
s
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
a
k
. Wartość współczynnika
a
k
zależy od: stosunku promienia
krzywizny dna karbu
r
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.
+(k
s
*
t
/k
t
)
2
)^(1/2). Przy
przewadze naprężeń stycznych
s
z
=((k
t
*
s
/k
s
)
2
+
t
2
2
)^(1/2).
Rozwiązując te zależności można
dowieść, że rzeczywisty
współczynnik bezpieczeństwa jest
równy
d
z
=1/(1/
d
s
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
)
1/2
d
s
,
d
t
-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
2
+1/
d
t
2
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,
b
k
- współczynnik działania karbu-
stosunek wytrzymałości próbek
gładkich bez karbu do
wytrzymałości próbek gładkich z
karbem.
b
k
- zależy od współczynnika
kształtu i współczynnika wrażliwości
materiału na działanie karbu.
Sprawdzenia – ugięcie dopuszczalne
(F
dop
=2-3*10
-4
rozstawu łożysk),
dopuszczalny kąt skręcenia
(
j
dop
=0,002-0,01rad/m)
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.
8.obliczenia obciążenia zastępczego
P=VxP
r
+
y
*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
P
0
=max(P
01
,P
02
) P
01
=X
0
*P
r0
+Y
0
*P
0a
P
02
=P
r0
13. Obliczanie wymaganej nośności
spoczynkowej
14.Dobór z katalogu jego nośności
oraz wymiarów geometrycznych
15.Sprawdzenie trwałości ściernej
łożyska- weryfikacja nośności
efektywnej c
0
=s
0
*P
0
L
e
=a
1
*a
2
*a
3
*(C
e
/P
e
)
r
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) .
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.
Liczba Somerfelda
- istnieje
kryterium podobieństwa
hydrodynamicznego łożysk
ślizgowych. Dla cylindrycznych
łożysk poprzecznych jest nim liczba
Somerfelda
S=η*n’’/(p
śr
*ψ
2
) n’’- prędkość
obrotowa w obr/s, η- lepkość
kinematyczna smaru Pa*s, P
śr
=P/
(l*d)-nacisk średni, Ψ-względny luz
łożyskowy
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)
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
Ψ=0.8*10
-3
V
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
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.
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
a
1
- uwzględnia wymaganą
niezawodność łożyska
¹
0.9
a
2
- dokładność wykonania łożyska i
gatunek stali
a
3
- zależy od wartości tarcia,
rzeczywistym współczynnikiem
grubości elastohydrodynamicznego
filmu olejowego
Rozkład nacisków (ciśnienia) w
łożysku ślizgowym
b
-kąt opasania
a
-kąt pomiędzy kierunkiem
obciążenia, a początkiem klina
smarnego
f
-kąt określający miejsce
najmniejszej grubości warstewki
olejowej
q
(teta)-współrzędna kątowa
mierzona w kierunku obrotów
q
a(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
Łożyska na tarcie mieszane liczymy
na dociski powierzchniowe
P
śr
=F/A<=P
dop
i sprawdzamy na
przegrzanie p
śr
*V<(p*V)
dop
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
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 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
Tolerancje (HB, kB) pasowania
(HB/h7, H7/kB)
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
ŁOŻYSKA ŚLIZGOWE
Tarcie zależy od materiałów trących,
stanu powierzchni trących, siły
docisku.
T=
m
*N T=F*R
t
F- Powierzchnia
R
t
- granica na ścinanie
N=P
a
*F
m
=R
t
/P
a
Materiał o małym
m
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]
Nośność spoczynkowa n<10 1/min ,
jest to takie obciążenie które
wywołuje łączne odkształcenie
plastyczne równe 0,0001mm
elementów tocznych
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.
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
Trwałość
– jest to czas pracy
łożyska w milionach obrotów lub
godzin
L=(C/P)
r
c-nośność ruchowa, p-
obciążenie (
r
=3-łożysko kulkowe,
r
=10/3-łożysko wałeczkowe)
L
10
-trwałość umowna osiągana przez
90% łożysk
L=a1*a2*a3*L
10
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.
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
Wytrzymałość materiałów.
Z- uogólniona wytrzymałość
materiału
x- uogólniony współczynnik
bezpieczeństwa
Materiały łożyskowe
:
1.Dobra odkształcalność.
k- uogólnione naprężenie
dopuszczalne
zębatych zazębiających się w ten
sposób że uzys
k
ane jest
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/sin
2
Naprężenia maksymalne:
Rodzaj zmienności naprężeń: stałe
(jednostronne, dwustronnie
zmienne)
1.Rozciąganie, ściskanie
s
r,c
=P
r,c
/A
£
k
r,c
(k
rj
,k
rc
,k
cj
)
2.Ścinanie
t
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
s
g
=M
g
/W
x
£
k
g
(k
gj
,k
go
)
5.Skręcanie
t
s
=M
s
/W
o
£
k
s
(k
sj
,k
so
)
D1-koło napędzające
D2- koło napędzane
Zarys zęba miejsce geometryczne
punkt styku z drugim zębem
S1=S2*e
mf
1
S1-S2=T- siła użyteczna
a
o
z
g
(
a
o
=20st)=17, a
gdy dopuszczamy niewielkie
podcięcie zębów z
g
’=14
Koło podziałowe
odpowiada
walcom podziałowym dzieli ząb na
dwie części powyżej koła
podziałowego- głowa zęba i to co
poniżej- stopa zęba
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.
W
0
=pi*d
3
/16=0.2*d
3
,
W
x
=pi*d
3
/32=0.1*d
3
- dla przekroju
okrągłego
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
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)
Współczynniki bezpieczeństwa:1. dla
obliczeń statycznych x
e
=1.3-2(3)
2.dla obliczeń zmęczeniowych
x
2
=3.5-5
k
rj
=Z
rj
/x
2
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
s
z
=(
s
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.
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 z
1
+z
2
>=2z
g
(z
g’
)
Zastosowanie PO pozwala na
usunięcie podcięcia $&%$#^% 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
z
1
+z
2
<2z
g
, oraz gdy względy
konstrukcyjne wymagają zmiany
odległości osi. Po zastosowaniu
przesunięcia zarysu x
1
,x
2
osie kół
ulegają rozsunięciu i nowa odległość
osi będzie równa a
p
=a
0
+(x
1
+x
2
)*m-
odległość pozorna.
Aby skasować luz obwodowy zbliża
się koła na odległość
a
r
=a
0
*cos
a
0
/cos
a
t
a
t
toczny kąt
przyporu a
0
=z
1
+z
2
/2*m
inv
a
t
=2*(x
1
+x
2
)/(z
1
+z
2
)*tg
a
0
+inv
a
0
Dla zachowania luzu
wierzchołkowego należy ściąć
głowy o k
m
=a
p
+a
m
Mamy do rozdysponowania
x
1
+x
2
=const, w praktyce x
2
=0 lub
x
1
=0 lub x
1
=x
2
.
2
+(m*
t
)
2
)
0.5
2.Przy przewadze naprężeń
stycznych
t
z
=((
s
/m)
2
+
t
Znormalizowane: h
f
=1.25*m, h
a
=m
2
)
0.5
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
e
stosunek długości
odcinak przyporu do podziałki
zasadniczej
e
>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.
V=10m/s (4-25)
m
’=
m
/sin(alfa/2)
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
Moc przenoszona przez przekładnię
N=Z
1
*N
1
*k
l
*k
f
/k
t
Z
1
-liczba pasów,
N
1
-moc przenoszona przez jeden
pas klinowy, k
l
- współczynnik
uwzględniający liczbę zmian
obciążenia k
l
=f(l), k
f
-współczynnik
uwzględniający kąt opasania
mniejszego koła, k
t
- współczynnik
uwzględniający coś
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
=
d
e
/
e
e
d
e
-rzeczywisty
współczynnik bezpieczeństwa (=1.2-
2)
e
e
–wpływ wielkości
przedmiotu
Średnica skuteczna jest to ta
średnica na której linia w pasie nie
zmienia swojej długości przy
rozwijaniu i nawijaniu pasa na koło
rowkowe.
PRZEKŁADNIE
PRZEKŁADNIAMI mechanicznymi
nazywamy mechanizmy służące do
przenoszenia energii co zazwyczaj
połączone jest ze zmianą prędkości
obrotowej i odpowiednimi zmianami
sił i momentów.
Kąt rozwarcia równy jest 40stopni a
szereg pasów to Z,A,B,C,D.
Rodzaj
przekł
adni
Przeło
żenia
spraw
ność
Moc[
kW]
Obr/
min
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
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
Zębata
zwykła
8-20
0.96-
0.99
20’0
00
100’
000
Nacinanie kół zębatych – zębatka
Maga(prosta), zębatka Fellowsa.
Zębata
planet
arna
8-13
0.98-
0.99
8’00
0
40’0
00
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.
Ślimak
owa
60-
100
0.95-
0.97
800 30’0
00
Łańcuc
howa
6-10
0.97-
0.98
4’00
0
5’00
0
Pas.
płaski
5-10
0.96-
0.98
1’50
0
18’0
00
Pas
klinow
y
8-15
0.94-
0.97
1’00
0
Prze
cierna
6-10
0.95-
0.98
150
Rodzaje łańcuchów: kształtowe,
płytkowe (sworzniowe, tulejkowe,
rolkowe, zębate)
RYSUNEK NAPRĘŻENIA W PASIE I
ROZKŁAD SIŁ
PRZEKŁADNIE ZĘBATE
Istotnym zespołem składniowym
jest zazębiająca się kara kół
Obliczanie przekładni otwartych –
na złamanie zęba, zamkniętej na
naciski powierzchniowe.
Plik z chomika:
agro_3
Inne pliki z tego folderu:
Projekty.rar
(10414 KB)
Projekt1-LozyskoSlizgowe.rar
(2176 KB)
C_PWRPKM IIPrzekladniaPasowaPrzekladniaPasowa-kolo1 Arkusz2 (1).pdf
(17 KB)
E._Mazanek_-_Przyklady_obliczen_z_podstaw_konstrukcji_maszyn_czesc_1.rar
(61379 KB)
Lawrowski-skan.rar
(19729 KB)
Inne foldery tego chomika:
a-cad
angielski
Automatyka
awkward
badanie maszyn i urzadzeń
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin