KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII · Podstawy konstrukcji maszyn ... Jego wartość jest zmienna w zależności od rodzaju projektowanej konstrukcji, jej przeznaczenia,

Temat:

Podstawy konstrukcji maszyn

Podstawy Inżynierii Wytwarzania

rysunek części maszyn

projektowanie zespołów

wytrzymałość materiałów

obliczenia części maszyn

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Nowych Technologii i Chemii

KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII

Opracował: dr inż. Radosław Łyszkowski

T 2:

Arkusze rysunkowe

Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 2

5

5

Podz.

1:1 Temat:

Tabelki rysunkowe Grupa:

C2X1

Wojskowa

Akademia

Techniczna

WTC

Rysował

Sprawdzał

20.09.2012. Imię i nazwisko Nr rys.

00 01

Pismo techniczne


PN-EN ISO 3098-0:2002 (2÷6)

h = 2.5, 3.5, 5.0, 7.0, 10.0, 14.0

i 20.0 mm

75°

Zadanie domowe


Zobrazowanie przedmiotu

1. Rzuty aksonometryczne

2. Rzut prostokątny metoda europejską

3. Rzut na 3 rzutnie


Widok, przekrój

1. Widok podstawowy

2. Widok cząstkowy

3. Półwidok / półprzekrój

Metoda przekroju:

•przecięcie przedmiotu płaszczyzną

przekroju;

•odrzucenie części przedmiotu;

•narysowanie widoku pozostałej części

przedmiotu na rzutni równoległej do

płaszczyzny przekroju.

Kreskowanie


Pełny przekrój Półwidok - półprzekrój Przekrój elementu

cienkościennego

Wymiarowanie


5

0

3

0

60

Linie wymiarowe rysuje się linią ciągłą, cienką, równolegle do wymiarowanego

odcinka w odległości co najmniej 10 mm od zarysu przedmiotu z odstępem co

najmniej 7 mm. Linie te są zakończone grotami dotykającymi ostrzem krawędzi

przedmiotu, pomocniczych linii wymiarowych lub osi symetrii. Linie wymiarowe

nie mogą się przecinać.

Pomocnicze linie wymiarowe są to linie ciągłe cienkie, będące przedłużeniami

wymiarowanych krawędzi przedmiotu. Rysuje sieje prostopadle do mierzonego

odcinka. Pomocnicze linie wymiarowe mogą się przecinać.

Wymiarowanie


50

30

30

30

25

20

30

25

15

40 10 3

0

90

30

25

20

30

25

15

40 10

25

50

70

R 10

90°

60

x5

Zasady wymiarowania


1. Niepowtarzania wymiarów

2. Pomijania wymiarów oczywistych

3. Wymiarów koniecznych

4. Niezamykania łańcuchów wymiarowych

5. Wymiarowania do baz wymiarowych

6. Grupowania wymiarów

Uproszczenia połączeń spawanych


Uproszczenia połączeń gwintowych

Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

M8x1.5

Tr 48x8

1/2”

Rysunek wykonawczy



Rysunek złożeniowy


Rysunek schematyczny

Służy do zilustrowania zasady działania urządzenia. Ukazuje jedynie jego

najważniejsze elementy, gdyż nie zawiera szczegółów konstrukcyjnych. Ich ważną

cechą jest wskazanie i oznaczenie kierunku ruchu poszczególnych podzespołów.

Rysunek eksplodujący


Tolerancja wymiaru

Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

Wymiar nominalny N – zakładany teoretyczny wymiar elementu.

Wymiar rzeczywisty – zawiera się pomiędzy górnym i dolnym wymiarem granicznym.

Tolerancja – różnica wymiarów granicznych.

ei

T = B - A

es = B – N (ES)

ei = A – N (EI)

Nes

Tolerancje i ich odchyłki są wartościami znormalizowanymi

IT (International Tolerance)

01, 0, 1, 2, …17 – klasy dokładności

A, B, C, … Z, ZC – pola tolerancji dla otworów

a, b, c, …z, za, zb – pola tolerancji dla wałków

16

Tolerancje i pasowania


44 – wymiar nominalny

H – rodzaj tolerancji

6 – klasa wykonania

44 +0.016

0

44.000 ÷ 44.016 mm

Pasowanie


Pasowanie – wzajemna relacja między wymiarami dwóch łączonych elementów

(otworu i wałka), które mają ten sam wymiar nominalny.

Lmin = Ao (otworu) – Bw (wałka) = EI – es

Lmax = Bo (otworu) – Aw (wałka) = ES – ei

10H7/f6

12H7/g6

18H7/p6

Chropowatość powierzchni


Chropowatość – elementy struktury geometrycznej powierzchni (mikronierówności),

powstałe w czasie procesu jej kształtowania, nie zawierające falistości i odchyłek

kształtu.

Średnie arytmetyczne odchylenie profilu chropowatości Ra – jest to średnia

arytmetyczna wartość bezwzględnych odchyleń profilu y od linii średniej m, w

przedziale odcinka elementarnego l.

Chropowatość a rodzaj obróbki


Błędy makrostruktury


90

0.02

0.02

0.02

0.02/70

A

0.05 A

0.1 A

tol. nachylenia

tol. współosiowości

tol. symetrii

tol. pozycji

tol. przecinania się osi

tol. bicia promieniowego

tol. bicia osiowego

tol. kształtu zarysu

tol. kształtu powierzchni

Jakość powierzchni PN-74/M-01146


Kierunkowość Przykład Ślady obróbki Symbol

Je

dn

okie

runkow

a

Równoległa do linii

przedstawiającej powierzchnię Struganie,

dłutowanie

Prostopadła do linii

przedstawiającej powierzchnię

Toczenie wzdłużne,

struganie,

dłutowanie

Współśrodkowa względem

środka powierzchni Toczenie czołowe,

frezowanie czołowe C

Wie

lokie

runkow

a

Krzyżowo do linii

przedstawiającej powierzchnię Frezowanie

czołowe, gładzenie

Nieuporządkowana Skrobanie,

docieranie M

Promieniowa względem środka

powierzchni Szlifowanie

czołowe R

Be

zkie

r

un

ko

wa

Punktowa Obr. elektroiskrowa,

strumieniowa P

Reakcja materiału na obciążenie


Naprężenia

Odkształcenia

1. sprężyste - gdy ciało odkształcone po odciążeniu wraca do swojej pierwotnej

postaci,

2. plastyczne - gdy w ciele po odciążeniu pozostają pewne odkształcenia, zwane

odkształceniami trwałymi.

SIŁA → NAPRĘŻENIE → ODKSZTAŁCENIE → DEFORMACJA

Zachowanie materiału pod obciążeniem


l

h

h

l2

h2

h2

l1

h1

h1

Liczba Poisona

Odkształcenie całkowite l (bezwzględne)

l = l1 – l [mm]

• dla rozciągania l > 0 i nazywana jest wydłużeniem

• dla ściskania l < 0 i nazywana jest skróceniem

Odkształcenie jednostkowe (względne)

Materiał

Stal 0.25-0.33

Żeliwo 0.24-0.28

Miedź 0.30-0.34

Aluminium 0.31-0.42

Ołów 0.46

Szkło 0.20-0.26

Beton 0.27-0.30

Liczba Poisona jest stała dla danego materiału,

określa jego właściwości wytrzymałościowe,

nie zależy od wymiarów i kształtu elementu.

Prawo Hooke’a


Materiał Moduł Younga E [GPa]

Stal 200

Żeliwo 120 - 160

Miedź 100 - 130

Aluminium 80 - 100

Ołów 17

Szkło 50

Beton 15 - 25

W zakresie odkształceń sprężystych, wydłużenie l jest

wprost proporcjonalne do wartości siły wymuszającej F

działającej na dany element oraz jego długości l, a

odwrotnie proporcjonalne do pola przekroju poprzecznego

S tego elementu.

E – moduł sprężystości

wzdłużnej, zwany

modułem Younga.

s = E

przyjmując, że

Charakteryzuje on odporność materiału na

odkształcenia, im jest większy, tym materiał

jest mniej podatny na odkształcenie.

Statyczna próba rozciągania


Główna metoda określenia podstawowych właściwości mechanicznych materiałów

PN-EN 10002-1:2004

Statyczna próba rozciągania


1. Granica proporcjonalności RH

Poniżej RH obowiązuje prawo

Hoocke’a, a materiał po odciążeniu

powraca do pierwotnej postaci.

2. Granica sprężystości R0.05

Wartość umowna dla naprężenia

odpowiadającego trwałemu wydłużeniu

próbki o 0.05% jej długości.

3. Granica plastyczności Re

Powyżej Re w dochodzi do zmian

trwałych w strukturze materiału oraz

do jego umocnienia się.

R0.2 umowna granica plastyczności.

4. Wytrzymałość na rozciąganie Rm

Powyżej Rm dochodzi do lokalizacji

odkształcenia i powstania szyjki.

5. Wytrzymałość na rozrywanie Ru

6. Wydłużenie jednostkowe A

Zależy od kształtu próbki (długość /

przekroju) – próbki znormalizowane.

7. Przewężenie względne Z

R = [MPa] F

So

Sił

a F

[kN

]

Wydłużenie l [mm, %]

Fm

Fu

Fe

FH

I - zakres liniowej zależności F-l

II - zakres nieliniowej zależności F-l

(plastyczne płynięcie materiału)

III - zakres umocnienia plastycznego

I II III

A = 100 [%] lu - lo

lo

F

l

RH H

Re e

Rm m

Ru u F0.2

Ściskanie


Materiał Oznaczenie

wg PN-EN (PN)

Granica

wytrzymałości

Rm [MPa]

Granica

plastyczności

R0.2 [MPa]

Wydłużenie

A0.5 [%]

Stal niestopowa S235JR (St 3S) 340-470 235 19-21

Stal niestopowa C10 (10) 320-450 190 33

Stal niestopowa C65 (65) 710-880 420 10

Stal stopowa 15H4 (15H) 700 450 10

Stal stopowa 18HGT4-4-10 1100 900 10

Stal sprężynowa 55GS4-4 (55 GS) 1000 800 8

Mosiądz CuZn 10 300-500 8-15

Stop aluminium AlSi 11 150-160 2-4

Żeliwo szare EN-GJL-180 150-200

Żeliwo ciągliwe EN-GJMB-350-6 350 6

Tworzywa sztuczne 20-200

Kamień naturalny

(przy ściskaniu) 30-160

Drewno (przy

rozciąganiu wzdłuż

włókien)

80-120

Rc = [MPa] Fc

So

Podział materiałów ze względu na

ukierunkowanie ich właściwości:

1. Materiały anizotropowe

2. Materiały izotropowe

Naprężenia dopuszczalne


k = - dla materiałów plastycznych Re

xe

k = - dla materiałów kruchych Rm

xm

xe, xm – współczynniki bezpieczeństwa

Elementy składowe konstrukcyjne muszą spełniać dwa podstawowe warunki:

1. Wytrzymałościowy - w czasie pracy element ten nie może ulec zniszczeniu na

skutek przekroczenia dopuszczalnych dla niego obciążeń;

2. Sztywności - w czasie pracy może on ulegać tylko niewielkim odkształceniom o

charakterze sprężystym.

Konstrukcje należy tak projektować, aby powstające w nich naprężenia były

mniejsze od wytrzymałości materiału, np. na rozciąganie Rm, a także mniejsze od

granicy sprężystości Rs. Naprężenia jakie mogą występować w materiale bez

naruszenia tych warunków nazywamy naprężeniami dopuszczalnymi.

Wyznacza się je na podstawie granicy plastyczności Re dla materiałów

plastycznych lub wytrzymałości Rm dla materiałów kruchych, z uwzględnieniem

współczynnika bezpieczeństwa, zgodnie z następującymi wzorami:

Materiał Naprężenia dopuszczalne

[MPa]

Stal niestopowa zwykłej jakości 120-140

Stal niestopowa konstrukcyjna <200

Stal stopowa <600

Mosiądz 70-140

Aluminium 30-80

Żeliwo szare 60 / 120-150

Brąz 50-110

Beton 0.1-0.5 / 2-10

Cegła 0.1-0.3 / 1-3

Drewno 10-16 (-) / 1-3 ()

Współczynnik bezpieczeństwa xe(m)


Jego wartość jest zmienna w zależności od rodzaju projektowanej konstrukcji, jej

przeznaczenia, rodzaju materiału, stopnia bezpieczeństwa, niezawodności,

możliwości wystąpienia obciążeń zmiennych, kształtu części itp. i zawiera się w

przedziale 1÷10, zazwyczaj jednak 2÷3. Wartość ta wskazuje, ile razy naprężenie w

materiale musi być mniejsze od granicy wytrzymałości Rm (Re), aby materiał mógł

spełnić jednocześnie warunek wytrzymałości i sztywności.

W zależności od rodzaju konstrukcji

1.3 – 1.5 Przy bardzo dokładnych obliczeniach, jednorodnym materiale, dokładnym

wykonaniu

1.5 – 1.8 Dla przeciętnych warunków pracy

1.8 – 2.5 Dla niezbyt dokładnych obliczeń, przypadków statycznie niewyznaczalnych,

niekorzystnych warunków pracy, odpowiedzialnych konstrukcji

W zależności od rodzaju materiału

2 – 2.3 Stal, staliwo, żeliwo ciągliwe

3 Mosiądz

3.5 Brąz

3.9 Stopy aluminium

Naprężenia rzeczywiste


Rodzaje naprężeń:

1. Normalne s =

2. Styczne t =

gdzie: N - siła normalna,

T - siła styczna,

S - pole przekroju.

N

S N

S

s (t) = k F

S

sr = kr F

S • Rozciąganie

• Ściskanie

• Ścinanie

• Zginanie

• Skręcanie

• Naciski powierzchniowe

sc = kc F

S

tr = kt F

S

sg = kg Mg

Wx

p = ko F

S

ts = ks Ms

Wo

Wx, Wo – wskaźnik wytrzymałości przekroju na zginanie / skręcanie [m3],

k – dopuszczalne naprężenia,

Mg, Ms – moment gnący, skręcający.

Obliczenia wytrzymałościowe


Połączenia nitowe – spoczynkowe, nierozłączne

NIT 8x40-B łeb kulisty 8 mm i długości 40 mm, stalowy, średnio

dokładny (B), bez powłoki ochronnej.

Docisk musi zapewniać powstanie sił tarcia,

równoważących przenoszone obciążenia.

T = Fr = sr d2/4

g, b - grubość i szerokość blachy, d – średnica otworu, n – liczba nitów, m - liczba ścinanych przekrojów

1. Rozrywanie blach

3. Nacisk nitów na ściany otworów 2. Ścinanie nitów

Połączenia gwintowe - rodzaje


M48x8(Pz4)LH M – metryczny o średnicy d = 48 mm,

skok P = 8 i podziałka Pz = 4 mm (gwint 2-krotny),

LH - lewoskrętny

M Tr

S G lub Rp

Rd

Połączenia gwintowe - obliczenia


Pr – powierzchnia przekroju śruby;

d3 – średnica rdzenia śruby;

x = 1.3-4 – wsp. bezpieczeństwa

1. Śruba bez napięcia wstępnego obciążona siłą osiową

2. Śruba bez napięcia wstępnego obciążona siłą osiową i momentem skręcającym

3. Śruba obciążona resztkową siłą osiową

4. Śruba obciążona siłą poprzeczną

d – średnica śruby; g – grubość ścianki łączonych elementów



Połączenia klinowe wzdłużne, poprzeczne, nastawcze

• rozrywanie przekroi osłabionych otworami,

• zginanie klina,

• naciski powierzchniowe.

Połączenia podatne • gumowe – rozrywanie, ścinanie, skręcanie;

• sprężyny – skręcanie, ścinanie.

Połączenia wciskowe wtłaczane, skurczowe, rozprężne

• naciski powierzchniowe,

• tarcie,

• chropowatość,

• rozszerzalność cieplną.

Połączenia spawane


Czołowe

Obliczenia można pominąć, gdy:

• przeprowadza się kontrolę defektoskopową spoiny;

• pole przekroju spoiny jest nie mniejsze niż blachy.

Zakładkowe

1. Przy obciążeniu siłą osiową F

a

2. Przy obciążeniu momentem od siły F

Wały i osie


To części maszyn wykonujące ruch obrotowy, na których osadzono inne elementy

konstrukcyjne (koła, dźwignie). Osie obciążone są momentem gnącym, a wały

dodatkowo m. obrotowym.

Wały i osie - obliczenia


Osie – średnicę wyznaczamy z ogólnego warunku wytrzymałościowego

Wały długie – średnicę wyznaczamy z warunku wytrzymałości skrętnej

oraz

kg

Wały maszynowe – dwupodporowe, wyznaczamy:

•met. statyki sił zewnętrznych (Fyz = 0),

•Mg, Ms i Mz,

• dwału w przekrojach czynnych.

Łożyska ślizgowe


Służą do mocowania wałów i osi, umożliwiając ich ruch obrotowy.

Moment oporu tarcia pomiędzy czopem a panewką wyraża się

wzorem

Mt = Trt = Td/2

natomiast nacisk

Tarcie może być:

• suche

• graniczne

• mieszane

• płynne

Łożyska toczne dobieramy w zależności od:

• wartości i kierunku obciążenia,

• gabarytów,

• prędkości obrotowej,

• dokładności wykonania i cichobieżności,

• sztywności łożyskowania.

Łożyska toczne


Zalety: znikome opory, małe zużycie smarów, nie wymaga

docierania, łatwa naprawa przez wymianę.

Wady: trudny demontaż, duża dokładność wykonania czopa i

obudowy, niska odporność na obciążenia udarowe, zła praca przy

dużych szybkościach obrotowych, duże wymiary poprzeczne.

trwałości łożyska L (liczba obrotów lub godzin pracy),

nośności ruchowej C (wartość obciążenia przy trwałości 1 mln

obrotów i 33⅓ obr/min) i spoczynkowej Co,

obciążenia zastępczego P.

q = 3 dla łożysk kulkowych

10/3 dla łożysk wałeczkowych

Koła zębate - rodzaje


W zależności od kształtu koła • walcowe

• stożkowe

• o zarysie krzywoliniowym

• zębatki

od kształtu zarysu zęba • prostokątne

• trapezowe

• trójkątne

• krzywoliniowe (ewolwentowe)


W zależności od kształtu linii zęba • proste

• skośne

• łukowe

• daszkowe

o uzębieniu zewnętrznym lub wewnętrznym

o układzie prostym lub pierścieniowym

z zębami prostymi lub beczkowatymi

Koła zębate - rodzaje


Koła zębate – konstrukcja i obliczenia


• naciski międzyzębne – nie powodujące

wykruszeń powierzchni roboczej zęba (pitting)

Fn – siła docisku

- promień zastępczy walców

L – długość walców

ZE – współ. sprężystości

• zginanie podstawy zęba

Tg – moment gnący

Wx – wskaźnik wytrzym.

na zginanie

Documents

KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII · Podstawy konstrukcji maszyn ... Jego wartość jest zmienna w zależności od rodzaju projektowanej konstrukcji, jej przeznaczenia,