14
TE2MP_SAZ STROJE A ZAŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ OTÁZKY LEDEN 2011 1A) Těžiště tělesa. Význam pro stabilitu tělesa. Těžiště je takový bod (působiště), že působení tíhové síly na něj má stejný účinek jako působení na celé těleso. Má-li být těleso podepřeno (nebo zavěšeno) v jednom bodě tak, aby tíhová síla byla vyrovnána, pak svislá těžnice musí procházet bodem podepření nebo závěsu. Určení těžiště: U stejnorodého geometrického pravidelného tělesa leží těžiště v jeho geometrickém středu (geometrickém těžišti). Těžiště leží v průsečíku těžnic při postupném zavěšení tělesa v nejméně dvou různých bodech. Integrací v SS: Těžiště může ležet i mimo těleso (například v jeho dutině). Jestliže spojíme dvě tělesa v jedno, bude jeho těžiště ležet na úsečce spojující těžiště obou částí. Těleso je v rovnovážné poloze, pokud splňuje současně následující dvě podmínky (tzv. podmínky rovnováhy): výslednice všech sil, které na těleso působí, je nulová, tedy těleso je v klidu nebo v pohybu rovnoměrném přímočarém: Σ Fi = 0 tj. součet všech působících sil se musí rovnat nule výsledný moment sil (vzhledem k libovolné ose) působících na těleso je nulový, tedy těleso je v klidu nebo se rovnoměrně otáčí: Σ Mi = 0 tj. součet všech silových momentů se musí rovnat nule Jestliže těleso vychýlíme z rovnovážné polohy, změní se rozložení sil působících na těleso. Při tom mohou nastat tři případy: Stálou (stabilní) rovnovážnou polohu má těleso, které se po vychýlení vrátí zpět do stejné rovnovážné polohy. Ve stabilní rovnovážné poloze je těžiště v nejnižší poloze a potenciální tíhová energie je nejmenší. Vratkou (labilní) rovnovážnou polohu má těleso, u kterého se po vychýlení z rovnovážné polohy výchylka dále zvětšuje a těleso se samo do stejné rovnovážné polohy nevrátí. Těleso přejde do rovnovážné polohy stálé. Těžiště tělesa je v největší výšce nad zemí, jeho potenciální tíhová energie je největší. Volnou (indiferentní) rovnovážnou polohu má těleso, které po vychýlení z rovnovážné polohy zůstává v nové poloze – těleso je opět v rovnovážné volné poloze. Výška těžiště se nemění, potenciální tíhová energie tělesa také ne. 1B) Chladicí zařízení – princip a využití Chladící zařízení odnímá teplo chlazenému prostoru a to následně uvolňuje do místnosti. Jednoduše řečeno - z jednoho prostoru teplo odebírá a do druhého jej předává Páry chladiva se v kompresoru stlačují a přivádí do kondenzátoru, kde zkondenzují. V kondenzátoru vysrážené chladivo přechází do sběrače, odkud jej dle potřeby přepouštíme přes redukční ventil do výparníku. Zde dojde k prudkému snížení teploty a přeměně z kapalné fáze na plynnou vznik chladu. Z výparníku se vrací plynné chladivo ke kompresoru.

TE2MP SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ ...ped.muny.cz/data/TE2MP_SAZ/TE2MP_SAZ.pdfTE2MP_SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011 1A) Těžišt ě t ělesa

  • Upload
    others

  • View
    11

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: TE2MP SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ ...ped.muny.cz/data/TE2MP_SAZ/TE2MP_SAZ.pdfTE2MP_SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011 1A) Těžišt ě t ělesa

TE2MP_SAZ STROJE A ZAŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011

1A) Těžiště tělesa. Význam pro stabilitu tělesa.

Těžiště je takový bod (působiště), že působení tíhové síly na něj má stejný účinek jako působení na celé těleso. Má-li být těleso podepřeno (nebo zavěšeno) v jednom bodě tak, aby tíhová síla byla vyrovnána, pak svislá těžnice musí procházet bodem podepření nebo závěsu.

Určení těžiště:

• U stejnorodého geometrického pravidelného tělesa leží těžiště v jeho geometrickém středu (geometrickém těžišti).

• Těžiště leží v průsečíku těžnic při postupném zavěšení tělesa v nejméně dvou různých bodech.

• Integrací v SS:

Těžiště může ležet i mimo těleso (například v jeho dutině). Jestliže spojíme dvě tělesa v jedno, bude jeho těžiště ležet na úsečce spojující těžiště obou částí.

Těleso je v rovnovážné poloze, pokud splňuje současně následující dvě podmínky (tzv. podmínky rovnováhy):

• výslednice všech sil, které na těleso působí, je nulová, tedy těleso je v klidu nebo v pohybu rovnoměrném přímočarém: Σ Fi = 0 tj. součet všech působících sil se musí rovnat nule

• výsledný moment sil (vzhledem k libovolné ose) působících na těleso je nulový, tedy těleso je v klidu nebo se rovnoměrně otáčí: Σ Mi = 0 tj. součet všech silových momentů se musí rovnat nule

Jestliže těleso vychýlíme z rovnovážné polohy, změní se rozložení sil působících na těleso. Při tom mohou nastat tři případy:

• Stálou (stabilní) rovnovážnou polohu má těleso, které se po vychýlení vrátí zpět do stejné rovnovážné polohy. Ve stabilní rovnovážné poloze je těžiště v nejnižší poloze a potenciální tíhová energie je nejmenší.

• Vratkou (labilní) rovnovážnou polohu má těleso, u kterého se po vychýlení z rovnovážné polohy výchylka dále zvětšuje a těleso se samo do stejné rovnovážné polohy nevrátí. Těleso přejde do rovnovážné polohy stálé. Těžiště tělesa je v největší výšce nad zemí, jeho potenciální tíhová energie je největší.

• Volnou (indiferentní) rovnovážnou polohu má těleso, které po vychýlení z rovnovážné polohy zůstává v nové poloze – těleso je opět v rovnovážné volné poloze. Výška těžiště se nemění, potenciální tíhová energie tělesa také ne.

1B) Chladicí zařízení – princip a využití

Chladící zařízení odnímá teplo chlazenému prostoru a to následně uvolňuje do místnosti. Jednoduše řečeno - z jednoho prostoru teplo odebírá a do druhého jej předává

Páry chladiva se v kompresoru stlačují a přivádí do kondenzátoru, kde zkondenzují. V kondenzátoru vysrážené chladivo přechází do sběrače, odkud jej dle potřeby přepouštíme přes redukční ventil do výparníku. Zde dojde k prudkému snížení teploty a přeměně z kapalné fáze na plynnou ⇒ vznik chladu. Z výparníku se vrací plynné chladivo ke kompresoru.

Page 2: TE2MP SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ ...ped.muny.cz/data/TE2MP_SAZ/TE2MP_SAZ.pdfTE2MP_SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011 1A) Těžišt ě t ělesa

Kompresorová chladnička: Chladicí látka je odpařována ve výparníku a při tom pohlcuje teplo ze systému, který má být chlazen.Páry se stlačují na hodnotu tlaku, kdy teplota nasycení par je vyšší než teplota chladiče a následně pak kondenzují a odevzdávají teplo chladiči.

Absorpční chlazení pracuje na principu, při kterém se plynné chladivo nejdříve pohlcuje a následně vypuzuje z pomocné kapaliny. Silný roztok amoniaku přichází z absorpční nádoby do varníku. Po zahřátí stoupají páry amoniaku vzhůru do kondenzátoru a slabý roztok amoniaku jde do trubice. Vzduch cirkulující žebry kondenzátoru ochlazuje páry amoniaku na tekutý amoniak, který teče do výparníku. Vodík ve výparníku snižuje tlak amoniaku a nutí ho k odpařování. Slabý roztok amoniaku, který je udržován v trubici z varníku pohlcuje páry chladiva. Směs vodíku a amoniaku jde zpět do absorbéru, kde se vodík a amoniak oddělí a cyklus se opakuje.

Klimatizace se skládá z venkovní jednotky, která obsahuje venkovní výměník (kondenzátor ), kompresor , elektrické silové části a z vnitřní jednotky, která obsahuje vnitřní výměník (výparník), válcový ventilátor, ovládací elektroniku. Tyto jednotky jsou navzájem propojeny měděným potrubím pro chladící médium a elektrickým vedením.

Termočlánek: Využití Peltierova efektu. Peltierův článek se skládá ze dvou polovodičových tělísek a spojovacího můstku, které zprostředkovávají jednak přívod elektrické energie a jednak absorbují a vyzařují teplo. Teče-li proud z vnějšího zdroje daným spojem jedním směrem, pak se spoj ochlazuje, při změně toku proudu směrem opačným se spoj ohřívá.

2A) Tření, fyzikální podstata. Výhody a nevýhody tření.

Tření je jev, který vzniká při pohybu tělesa v těsném kontaktu s jiným tělesem. Většinou je třením míněno tření mezi pevnými tělesy, tření s kapalnými nebo plynnými tělesy se označuje jako odpor prostředí. Při každém tření existuje třecí síla, která působí vždy proti pohybu (příp. proti změně klidového stavu u klidového tření). Práce potřebná k překonání třecí síly se mění třením převážně v teplo.

Smykové tření (vlečné tření, kinematické tření) je tření, které vzniká mezi tělesy při jejich posuvném pohybu. Součinitel smykového tření je fyzikální veličina, která udává poměr třecí síly a kolmé tlakové síly mezi tělesy při smykovém tření. Hodnoty součinitele smykového tření závisí na konkrétní dvojici látek na povrchu a drsnosti těles, mezi nimiž smykové tření probíhá. Je obvykle menší, než součinitel klidového tření.

T NF Fµ= ⋅

Klidové tření (statické tření) je tření, vznikající mezi tělesy, která se vzhledem k sobě nepohybují - jsou v klidu.

0T NF Fµ= ⋅

Valivý odpor (valivé tření) je druh tření, které vzniká mezi tělesem kruhového průřezu při jeho valivém pohybu a podložkou.

NT

FF

Rξ= ⋅

kde ξ (ksí) je rameno valivého odporu, Fn je kolmá tlaková síla mezi tělesy (např. tíha tělesa), R je poloměr průřezu tělesa. Valivý odpor je pro stejnou přítlačnou sílu Fn výrazně menší než smykové tření. Rameno valivého odporu (součinitel valivého tření) je fyzikální veličina, která udává poměr velikosti valivého odporu a kolmé tlakové síly mezi tělesy (podložkou a kolem) při jednotkovém poloměru kola.

Page 3: TE2MP SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ ...ped.muny.cz/data/TE2MP_SAZ/TE2MP_SAZ.pdfTE2MP_SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011 1A) Těžišt ě t ělesa

Třecí síla je brzdná síla – snažíme se ji zmenšovat. Omezujeme leštěním a mazáním.

Nevýhody: zahřívání součástí spojů, odebírání styčných ploch součástí, nižší životnost

Výhody: brzdění, posyp vozovky, psaní křídou po tabuli, valivé ložisko (u valivého pohybu je 30x menší tření než při smykovém)

2B) Druhy rozebíratelných spojení. Šroubové spojení.

Rozebíratelné spoje jsou: šrouby, kolíky, čepy (koule u auta, kulový čep), klíny a pera.

Šroub je strojní součást, jehož hlavní částí je závit. Otáčením závitu dochází k posouvání šroubu, příp. k posouvání tělesa v závitu - jeho základní křivka se nazývá šroubovice.

Síla otáčející šroubem je menší než síla, která posouvá šroub. Závit je vlastně zatočená nakloněná rovina, síla posunu po nakloněné rovině (u šroubu posun po závitu při otáčení) je menší než síla potřebná ke zvedání tělesa bez nakloněné roviny (u šroubu posun celého šroubu).

V praxi se ještě počítá s třením a veličina potřebná pro utažení (povolení) šroubu se udává jako kroutící moment.

Základní druhy šroubových spojů: spojení průchozím šroubem, spojení závrtným šroubem, spojení lícovaným šroubem, spojení šroubem s maticí.

Součásti šroubového spoje: šroub, matice pokud není nahrazena závitem přímo v spojovaném díle, podložka volitelně (pružná, plochá, s jazýčkem a pod)

Rozdělení šroubových spojů podle způsobu zatížení a namáhání:

• Zatížené silou v ose šroubu: Šroubové spoje bez předpětí, šrouby utahované v nezatíženém stavu, šrouby utahované v zatíženém stavu, Šroubové spoje s předpětím , šrouby klidně zatížené, šrouby míjivě a střídavě zatížené

• Zatížené silou kolmou k ose šroubu: Silové spoje,Tvarové spoje.

Použití šroubových spojení: Spojovací šrouby pro rozebíratelné spoje, napínače pro napínání lan a táhel, uzavírací šrouby(zátky), stavěcí šrouby k seřízení vůle mezi součástmi, pohybové šrouby pro přeměnu točivého pohybu na posuvný.

3A) Význam provádění mechanických zkoušek.

Technologické zkoušky se využívají pro posouzení vhodnosti materiálu k určitému speciálnímu způsobu zpracování (slévatelnost, tvářitelnost).

Význam: Materiály v elektrických strojích a přístrojích jsou kromě elektrického namáhání vystaveny také působení mechanických sil. Při konstruování těchto zařízení je tedy nutné znát také mechanické vlastnosti používaných materiálů. Zkoušení materiálů je v praxi nezbytnou součástí nejen vlastního výrobního postupu, ale i kontroly výrobků a polotovarů a je i důležitým prostředkem a základem vývojových a výzkumných prací. K posuzování mechanických vlastností materiálů slouží mechanické zkoušky.

Page 4: TE2MP SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ ...ped.muny.cz/data/TE2MP_SAZ/TE2MP_SAZ.pdfTE2MP_SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011 1A) Těžišt ě t ělesa

Mechanické zkoušky dělíme podle několika hledisek:

• podle teploty, při které se zkouška provádí: zkoušky při normální teplotě, zkoušky při zvýšené/snížené teplotě

• podle charakteru působící síly: statické, dynamické, únavové • podle druhu působícího namáhání: tahem (tenzometr) , tlakem (tvrdosti), krutem,

střihem, ohybem (Charpyho kladivo)

Tvrdost definována jako „odpor materiálu proti vnikání jiného, tvrdšího tělesa definovaného tvaru“. Podle tvaru tohoto dělíme zkoušky tvrdosti na:

• Brinell – vtlačována je malá kulička z tvrdokovu. • Vickers - vtlačován je čtyřboký diamantový jehlan s vrcholovým úhlem 1360 . • Berkovich je analogická tvrdosti HV, pouze indentor má tvar trojbokého

diamantového jehlanu • Knoop je opět podobná tvrdosti podle Vickerse, diamantový indentor má takový

tvar, že vtisk má dvě různé diagonály, jednu kratší a druhou delší. • Rockwell – vtiskována je buď tvrdá kulička, nebo diamantový kužel.

Mohsova stupnice tvrdosti: mastek, sůl kamenná, vápenec, kazivec, apatit, živec, křemen, topaz, korund, diamant.

3B) Spojky – funkce, druhy.

Spojka slouží k odpojení motoru od zařízení, případně spojuje obvykle hnací a hnaný hřídel a slouží k přenosu kroutícího momentu.

Pro přenos kroutícího momentu ve spojkách se používá mnoho různých způsobů a součástí, např: Kolíky, čepy, lícované šrouby, nebo různé konstrukční úpravy spojkových kotoučů, jako například u zubové spojky a v neposlední řadě se používá třecí síly jako například u třecí lamelové spojky, která má velký význam v automobilovém průmyslu.

Podle druhu použití dělíme spojky na:

• pevné které přenášejí stálý kroutící moment mezi hřídeli spojky – rozebíratelné pouze v klidu.

• pohyblivé které umožňují rozpojení mezi dvěma hřídeli a tím přerušení přenosu kroutícího momentu, většina domácích spotřebičů.

• výsuvné lze rozpojit a spojit za chodu i v klidu, třeba dynamo na kole • hydraulická spojka je druh spojky využívající k přenosu kroutícího momentu

kapalinu. Spojka se skládá ze vstupní části - čerpadla a výstupní části - turbíny. Na obou částech jsou radiálně umístěny lopatky.

• lamelová spojka je strojní součást, která se používá především u automobilů a motocyklů. U motocyklů je nejčastěji používána lamelová mokrá spojka v olejové lázni. Suché spojky se využívají jen na sportovních motocyklech.

• kotoučová: V automobilech se převážně používají lamelové spojky s jedním třecím kotoučem. V tom případě mluvíme o spojce kotoučové.

Převodovka je strojní součástka, která spojuje obvykle hnací a hnaný hřídel a slouží k přenosu kroutícího momentu a vyrovnání vzájemné nesouososti obou hřídelů.

Převod

• přímý: přes ozubené kolo či klín • nepřímý: přes lanko, řetěz, ozubený či klínový řemen

Celkový převod je dán součinem jednotlivých poměrů.

Převod se sdružují do převodových skříní, potom lze měnit poměr mezi otáčkami vstupního a výstupního hřídele.

Page 5: TE2MP SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ ...ped.muny.cz/data/TE2MP_SAZ/TE2MP_SAZ.pdfTE2MP_SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011 1A) Těžišt ě t ělesa

Jednostupňová převodovka se skládá z hnací a hnané části (hnací a hnané hřídele), ozubeného převodu a skříně.

Převodovka s plynulým převodem umožňuje plynulou změnu převodového poměru mezi vstupní a výstupní hřídelí = variátor. Dva protilehlé kužely na každé z os, mezi nimi řemen. Oddálením či přiblížením kuželů se zvětší obvod/styčná plocha a změní se převodní poměr.

Převodovka se stupňovitým převodem umožňuje změnu převodového poměru pouze ve stupních, nebo-li skokově. Výhodou je možnost přenosu větších výkonů. Například v autě.

Automatická převodovka je druh převodovky, používaný v dopravních prostředcích. Umožňuje volbu různých rychlostních stupňů, jejich změnu však provádí za stálého tahu motoru. Řidič pro řazení ani rozjíždění nepotřebuje ovládat spojku. Hydrodynamická nebo hydromechnická.

Diferenciál je mechanické zařízení pracující na principu planetové převodovky, jehož účelem je rozdělení poměru otáček (diference otáček) na výstupních hřídelích. Účelem (funkcí) diferenciálu je rozložení přenášeného kroutícího momentu (ze vstupní hnací hřídele) na dvě jiné hřídele (výstupní hnané hřídele) při změně poměru jejich otáček. Typickou aplikací diferenciálu je pohon hnací nápravy automobilu, kde umožňuje různou rychlost otáčení kol na jedné nápravě při průjezdu zatáčky.

4A) Ložiska. Druhy a na co jsou potřeba a proč.

Ložisko je součást technického zařízení, které umožňuje snížení tření při vzájemném otáčivém nebo posuvném pohybu strojních dílů.

Ložisko se většinou skládá z:

• Vnitřního kroužku, který se zpravidla nasazuje na hřídel. • Valivých elementů: kuliček/válečků/jehel/kuželíků. • Klece, jejímž úkolem je držet kuličky od sebe a zabránit jejich vzájemnému tření. • Vnějšího kroužku, který se zpravidla vsouvá do skříně převodovky.

Základní dělení ložisek:

• Podle druhu pohybu: Rotační, Lineární • Podle směru přenášené síly: Axiální, Radiální • Podle principu: Kluzné ložiska (pneu/hydro), Magnetické ložiska (aktiv/pasiv),

Valivé ložiska

Valivá ložiska jsou ložiska, která pomocí valivých rotačních elementů mezi vnějším a vnitřním kroužkem ložiska snižují tření mezi hřídelem a součástí, ve které je hřídel uložen.

Princip funkce: Při otáčení hřídele v pouzdře je výsledkem tření. Valivá ložiska zabraňují tření rotačním pohybem valivých elementů.

Výhody valivých ložisek: Valivá ložiska mají nízké ztráty, Valivé ložisko může být plně zatíženo i za klidu, Dobře snáší vysoké otáčky a teploty, Snadná vyměnitelnost díky jejich normalizaci, Velká spolehlivost, Nepatrné opotřebení.

Nevýhody valivých ložisek: Valivá ložiska velmi špatně snášejí rázy, Netlumí vibrace, Jsou velmi náročná na výrobu a na přesnost, Hlučnost, která se projeví hlavně při vyšších otáčkách.

Page 6: TE2MP SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ ...ped.muny.cz/data/TE2MP_SAZ/TE2MP_SAZ.pdfTE2MP_SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011 1A) Těžišt ě t ělesa

Radiální kuličkové ložisko je nejrozšířenější druh valivého ložiska. Umožňuje přenášet axiální i radiální síly a je laciné.Valivé elementy v tomto případě ve tvaru kuličky.

Výhody radiálních kuličkových ložisek: Schopnost přenášet radiální i axiální síly, Lacinost, Montáž do převodovky nevyžaduje speciální postup, Možnost použít utěsněné ložisko.

Nevýhody radiálních kuličkových ložisek: Jiné druhy ložisek jsou schopny přenést mnohem větší radiální síly.

Axiální kuličkové ložisko je zvláštní, zcela odlišný, druh kuličkového ložiska, jehož hlavním úkolem je přenášet axiální síly. Snese pouze malou radiální sílu. V převodovkách se vyskytuje spíše vzácně, je však velmi rozšířené ve své utěsněné variantě jako spojkové ložisko.

Válečkové ložisko je rozšířený druh valivého ložiska. Umožňuje přenášet pouze radiální sílu.Valivé elementy v tomto případě ve tvaru válce.

Výhody válečkových ložisek: Schopnost přenášet veliké radiální síly, Montáž do převodovky nevyžaduje speciální postup.

Nevýhody válečkových ložisek: Nemůže přenášet axiální síly, Relativně vysoká cena ve srovnání s kuličkovým ložiskem, Neexistence utěsněných válečkových ložisek.

Axiální válečkové ložisko je zvláštní, zcela odlišný, druh válečkového ložiska, jehož úkolem je přenášet axiální síly. V praxi se vyskytuje spíše vzácně.

Jehlové radiální ložisko je speciální druh válečkového ložiska. Průměr jeho valivých elementů-válečků je však zmenšen na 1-4mm, takže se jim říká jehly. Jehlové radiální ložisko umožňuje přenášet pouze radiální sílu.

Časté provedení:

• Jehlová ložiska s lisovaným pouzdrem – pouzdrem se myslí vnější kroužek, zhotovený z plechu. Vnitřní kroužek v tomto případě neexistuje a jehly běží přímo na hřídeli.

• Jehlové klece - Pouze klec s jehlami, bez vnitřního ani vnějšího kroužku. Jehly přímo běží na hřídeli a v díře. Konstrukce ložiska zabraňuje vypadnutí jehel z klece, takže s ložiskem může být pohodlně nakládáno.

• Samostatné jehly - podobné jako předchozí případ, ale bez klece

Axiální jehlové ložisko je zvláštní, zcela odlišný, druh jehlového ložiska, jehož úkolem je přenášet axiální síly. V praxi se často vyskytuje v automatických převodovkách. Ve srovnání s jinými ložisky má omezené maximální otáčky.

Page 7: TE2MP SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ ...ped.muny.cz/data/TE2MP_SAZ/TE2MP_SAZ.pdfTE2MP_SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011 1A) Těžišt ě t ělesa

Kuželíkové ložisko je speciální druh ložiska, umožňující přenášet veliké axiální i radiální síly. Kuželíkové ložisko má však zásadní nevýhodu spočívající v jeho náročné mimořádně drahé montáži. Proto se v praxi používá, jen pokud není jiná možnost. Valivé elementy v tomto případě kuželového tvaru s "useknutou špičkou", zvané kuželíky

Výhody kuželíkových ložisek: Schopnost přenášet veliké radiální i axiální síly.

Nevýhody kuželíkových ložisek: Neexistence utěsněných variant, Nutnost dodržení speciálního montážního postupu.

4B) Druhy pohybů a jejich vztahů

Dráha HB - délka trajektorie, kterou HB opíše za určitou dobu. Dráha s je funkcí času t

Rychlost HB -průměrná rychlost vp je skalár

p

sv

t=

Okamžitá rychlost v (derivace dráhy podle času)

dsv

dt=

Zrychlení HB - zrychlení a je vektor. Časová změna vektoru rychlosti, tj. změna velikosti i směru vektoru rychlosti

2

2

dv d sa

dt dt= =

Druhy mechanického pohybu:

• Rovnoměrný přímočarý pohyb

0

0 0

.

0

v konst

a

v v

s s v t

=

=

=

= + ⋅

• Rovnoměrný zrychlený (zpomalený) přímočarý pohyb

0

20

0

1

2

a

v v a t

s v t a t

= ± ⋅

= ⋅ ± ⋅

• Rovnoměrný pohyb po kružnici � velikost rychlosti se nemění, mění se však směr rychlosti pohybu � perioda pohybu T [s] = doba, za kterou polohový vektor r opíše plný

úhel φ =2πrad – oběžná doba � frekvence pohybu f [Hz] - počet oběhů H. B. za sekundu

Page 8: TE2MP SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ ...ped.muny.cz/data/TE2MP_SAZ/TE2MP_SAZ.pdfTE2MP_SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011 1A) Těžišt ě t ělesa

1f

T=

� úhel φ – určení polohy H. B. na kružnici

dsd

rϕ =

� úhlová rychlost ω [rad.s-1]

t

ϕω

∆=

∆ v rω= ×

� úhlové zrychlení ε 2

2

dv d

dt dt

ϕε = =

5A) Dynamika – zákony a vysvětlit

Newtonovy pohybové zákony

• 1. NZ: „Každé těleso setrvává v klidu nebo v rovnoměrném přímočarém pohybu,

pokud není nuceno silovým působením jiných těles svůj pohybový stav změnit.“ • 2. NZ: „Velikost zrychlení a tělesa je přímo úměrná velikosti výslednice sil F

působících na těleso a nepřímo úměrná hmotnosti m tělesa“

mF m a= ⋅∑

• I. věta impulzová:

r

dpF

dt=∑

• 3. NZ: „Síly, kterými na sebe působí dvě tělesa, jsou stejně velké, navzájem

opačného směru, současně vznikají a zanikají a každá z nich působí na jiné

těleso.“ Moment síly

• vyjadřuje otáčivý účinek síly

M r F= � �

• pravidlo pravé ruky – určuje směr momentu síly • II. věta impulzová - zákon zachování momentu hybnosti (točivosti)

n

dbM

dt=∑

• Časová změna točivosti soustavy H. B. vzhledem k libovolnému bodu =

momentu všech vnějších sil na soustavu působících vzhledem k témuž bodu

Page 9: TE2MP SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ ...ped.muny.cz/data/TE2MP_SAZ/TE2MP_SAZ.pdfTE2MP_SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011 1A) Těžišt ě t ělesa

5B) Parní stroj – jejich vývoj

Parní stroj je pístový tepelný stroj, přeměňující tepelnou energii vodní páry na energii mechanickou, nejčastěji rotační pohyb.

Pára z kotle je přes regulátor vedena do šoupátkové komory a odtud je rozdělována do válce. Tam svým tlakem způsobuje pohyb pístu. Použitá pára je přes šoupátkovou komoru vypouštěna ven. Posuvný pohyb pístu je přes pístní tyč přenášen na setrvačník s klikou, kde se posuvný pohyb převádí na rotační. Odstředivý regulátor zajišťuje stabilizaci otáček.

Proti současným tepelným strojům má parní stroj nízkou účinnost přeměny energie (maximálně 30 %). Spolu s kotlem, který má tepelnou účinnost okolo 50 % je výsledná účinnost (podle typu stroje a kotle) mezi 5 % – 15 %.

Parní stroje mohou být: výfukové, kondenzační, protitlaké.

Typy strojů: jednoválcový, dvojválcový.

Využití: Stabilní parní stroj, Parní lokomotiva, Parník, Parní automobil…

Vývoj: Parní stroj nebyl ani tak vynalezen jako spíše postupně vyvíjen:

Poprvé byla pára použita k čerpání vody z dolů. Anglický vojenský inženýr Thomas Savery začal přemýšlet, jak by tuto práci zjednodušil a urychlil. Výsledkem jeho snažení byl patent z roku 1698 s názvem “stroj k čerpání vody ohněm”: Hlavní částí čerpadla byla tlaková nádoba, která měla nahoře přívod páry z kotle a dole sací a výtlačné potrubí. Zařízení fungovalo tak, že přívodním potrubím se do nádoby přivedla pára a pak se přívod uzavřel. Následně se na tuto kovovou nádobu pustila studená vodní sprcha, čímž pára uvnitř kondenzovala a vzniklo tam vakuum. Pak se otevřel sací ventil a do nádoby se sacím potrubím z dolu nasála voda. Sací ventil se uzavřel a otevřel ventil ve výtlačném potrubí. Poté se do nádoby pustila pára, která vodu vytlačila do výtlačného potrubí. Pak se celý cyklus opakoval.

Další etapou ve vývoji parního stroje je práce Thomase Newcomena, rovněž Angličana. A tak Newcomen postavil stroj, kde pára už pohybovala pístem (i když jen v jednom směru). Zjednodušeně se dá říci, že zde tlaková nádoba byla nahrazena válcem, který byl nahoře “uzavřen” pístem. Pod píst se přivedla pára, která jej posunula vzhůru. Pak se pod píst pustila voda, pára zkondenzovala a vzniklo vakuum. Atmosférický tlak působící nad pístem pak tento píst stlačil dolů. Pak se celý cyklus opakoval. Píst byl spojen s pístnicí, která byla kyvně připevněna k dvouramenné páce, na jejíž druhé straně bylo pístové čerpadlo. To opět pumpovalo vodu z dolu.

Třetím mužem ve vývoji parního stroje byl Skot James Watt. Ten začal vylepšovat Newcomenův parní stroj už roku 1765, ale teprve v roce 1769 učinil zásadní změnu, když si nechal patentovat samostatný kondenzátor. Napadlo ho totiž oddělit dvě činnosti - zahřívání válce s horkou parou a jeho ochlazování, při němž pára kondenzovala v každém taktu stroje. Tím, že byl válec stále horký a kondenzátor stále studený, mohlo být dosaženo velké úspory energie.

6A) Parní turbíny

Parní turbína je turbína, která převádí tepelnou energii páry na rotační pohyb. Parní moderní turbínu vynalezl Sir Charles Parsons v roce 1884.

Plynová turbína je tepelný stroj, který mění tepelnou energii plynů na mechanickou práci. Pracovní látkou jsou ohřáté plyny nebo spaliny, vznikající v jiných strojích, přivedené do plynové turbíny. Plyny při průchodu turbínou odevzdají jejím lopatkám svou kinetickou energii.

Page 10: TE2MP SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ ...ped.muny.cz/data/TE2MP_SAZ/TE2MP_SAZ.pdfTE2MP_SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011 1A) Těžišt ě t ělesa

Jedná se o točivý tepelný stroj, přeměňující kinetickou energii a tepelnou energii proudící páry na mechanický rotační pohyb přenášený na osu resp. hřídel stroje. Skládá se z jednoho, nebo několika postupně se zvětšujících lopatkových kol. Lopatková kola, která jsou součástí statoru stroje, se nazývají rozváděcí. Ta, která jsou spojena s rotující osou (resp. jsou umístěna na hřídeli) stroje, se nazývají oběžná a spolu s osou tvoří rotor.

Pro zvýšení účinnosti bývají obvykle velké parní turbíny rozděleny na několik dílů – vysokotlaký a nízkotlaký, případně i středotlaké stupně. Mezi nimi může být i regenerátor páry, který znovu ohřeje expanzí zchladlou páru, čímž zvětší (za cenu dodání relativně malé energie) její objem.

Používá se jako pohon generátorů v tepelných a jaderných elektrárnách. Pracovním plynem je přehřátá vodní pára, jejíž ohřev zabezpečuje spalování paliv nebo průběh jaderné reakce. Turbína pracuje při svých optimálních podmínkách jako rovnotlaká.

Podle směru proudění plynů v turbíně se turbíny rozlišují na: axiální - plyny proudí přibližně rovnoběžně s osou otáčení turbíny, radiální - plyny proudí kolmo na osu turbíny

Typy turbín: rovnotlaké, expanzní.

Mají následující výhody: vysoká pravidelnost chodu a malá nevyváženost, nízka výkonová hmotnost, lepší průběh točivého momentu z hlediska trakčních požadavků, schopnost zpracovávat nízké teplotní a tlakové spády, často jinak nevyužitelné,

Nevýhody: nízká účinnost z důvodu nízkých teplotních, malé akcelerační schopnosti, vysoké tepelné namáhání lopatek a z toho vyplývající nízká životnost, vyšší hlučnost.

6B) Namáhání těles tahem

Působí – li na těleso ve směru podélné osy síla F, dojde k protažení tělesa o délku ∆l = l – l0. Pro malá prodloužení potom přímou úměrnost mezi silou a prodloužením. Abychom vyloučili vliv geometrických parametrů namáhaného vzorku (kromě původní délky l0 též původní průřez vzorku S0), je vhodné zavést do zmíněné úměry bezrozměrnou veličinu tzv. relativní

prodloužení a veličinu normálové napětí vztahem

0l

l∆=ε

0S

F=σ

Potom lze psát Hookův zákon ve tvaru

σεE

tjS

F

El

l 1.,

1

00

==∆

kde E je materiálová konstanta, tzv Youngův modul pružnosti v tahu. Velikost E je pro kovy řádu 1010 – 1011 Pa.

Deformujeme-li určitý vzorek například v tahu tenzometrm získáme závislost σ = f(ε), na níž lze názorně demonstrovat jak oblast pružné deformace tak i oblast plastické deformace. Vidíme na ní, že počáteční přímkový úsek pružné deformace pokračuje až do přetržení oblastí plastické deformace. Napětí, příslušející začátku plastické deformace je technicky i z hlediska fyzikálního poznání velmi významné a nazývá se mez

kluzu (neb kritické skluzové napětí).

Důležitou vlastností materiálů je jejich tažnost. Je to velikost plastické deformace, kterou je třeba dodat

materiálu, než dojde k lomu. Materiály, u nichž je tato veličina malá, nazýváme křehkými, na rozdíl od materiálů tažných, kde je plastická deformace do lomu velká.

Page 11: TE2MP SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ ...ped.muny.cz/data/TE2MP_SAZ/TE2MP_SAZ.pdfTE2MP_SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011 1A) Těžišt ě t ělesa

7A) Jaderná elektrárna

Jaderná elektrárna je vlastně tepelná elektrárna, která má místo parního kotle reaktor jadrný, v němž probíhá štěpení některých těžkých prvků, jako např. uran, plutonium za současného uvolňování velkého množství tepla.

Jaderné elektrárny jsou v zásadě dvojího typu: jednookruhové a dvoukruhové:

• U jedno-okruhových jaderných elektráren se páry vyrobená v jaderném reaktoru přivádí přímo do turbíny.

• Dvou-okruhových jaderných elektráren se teplo z reaktoru odvádí teplonosnou látkou primárním okruhem do výměníku tepla (parního generátoru), kde vzniká pára, která se sekundárním okruhem přivádí k turbíně pohánějící alternátor.

Štěpná reakce - jádro atomu štěpitelného prvku (uranu, thoria, plutonia) se může po nárazu letícího neutronu za příznivých okolností rozštěpit, vzniknou dvě nová jádra štěpné produkty a dva až tři nové neutrony + velmi vysoká kinetická energie - nárazy do okolních jader → ohřev prostředí, nové neutrony letí dál a mohou štěpit další jádra – řetězová reakce

7B) Práce, výkon, účinnost, energie

Práce ve fyzikálním smyslu je působení síly na fyzikální těleso nebo na silové pole, při kterém dochází k posouvání nebo deformaci tohoto tělesa resp. ke změně rozložení potenciální energie v silovém poli. Podle druhu působící síly se rozlišuje mechanická práce, práce elektromagnetického pole, práce gravitačního pole, ap. Značka W, jednotka Joule. Popisuje dráhový účinek síly.

dW Fdr

W Fdr

=

= ∫

Výkon je skalární fyzikální veličina, která vyjadřuje množství práce vykonané za jednotku času. skalární jednorozměrné veličiny tedy mají svou velikost, ale nemají směr. Množství energie spotřebované za jednotku času se označuje jako příkon.

W dWP

t dt

∆= =

Vzájemný poměr výkonu a příkonu vyjadřuje poměrnou fyzikální veličinu nazývanou účinnost, která se často vyjadřuje v procentech. Využitelnost dodané energie.

Page 12: TE2MP SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ ...ped.muny.cz/data/TE2MP_SAZ/TE2MP_SAZ.pdfTE2MP_SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011 1A) Těžišt ě t ělesa

Energie je skalární fyzikální veličina, která bývá charakterizována jako schopnost hmoty (látky nebo pole) konat práci.

Druhy: mechanická(pohybová, polohová),elektrická, magnetická, jaderná, chemická.

Energie samovolně nevzniká ani nezaniká, pouze přechází jedna forma energie v druhou. Není možné sestrojit PERPEETUM MOBILE (1. druhu) – stroj který koná práci bez dodané energie.

.k pE E E konst= + =

8A) Síla. Vektor a skalár. Početní a grafické vyjádření.

Vektor představuje veličinu, která má kromě velikosti i směr. Tím se liší od obyčejného čísla, neboli skaláru, které má pouze velikost.

Síla je vektorová fyzikální veličina, která vyjadřuje míru vzájemného působení těles nebo polí. Síla se projevuje statickými účinky – je příčinou deformace těles - a dynamickými účinky – je příčinou změny pohybového stavu tělesa. Síla není příčinou pohybu.

Rovnováha sil je stav, kdy na těleso působí více sil, ale jejich výslednice je nulová, a výsledný moment sil vzniklý složením všech momentů sil je rovněž nulový.

Rozklad sil je postup, kterým se síla rozkládá na jednotlivé složky, jejichž složením lze určit původní sílu. Jedná se opačný proces než je skládání sil.

Skládání sil je postup, kterým se z jednotlivých sil působících na těleso určí výsledná síla (tzv. výslednice sil). Účinek všech sil je pak stejný jako účinek výslednice. Síly jsou vektorové veličiny, a tedy záleží na jejich velikostech a směrech.

Výslednice sil je rovna vektorovému součtu jednotlivých sil, tzn.

Vychází se přitom z předpokladu, že jednotlivé síly se vzájemně neovlivňují, tzn. platí princip superpozice.

Při skládání sil stejného směru se sečtou velikosti sil, směr výslednice je stejný jako směr jednotlivých sil, např.

Při skládání sil opačného směru se velikosti opačných sil odečtou, přičemž výslednice má směr větší ze sil, např.

V případě kolmých dvou sil platí pro velikost výslednice:

Page 13: TE2MP SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ ...ped.muny.cz/data/TE2MP_SAZ/TE2MP_SAZ.pdfTE2MP_SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011 1A) Těžišt ě t ělesa

Při skládání dvou sil různého směru, vzniká výsledná síla vektorovým součtem, graficky se dá určit jako úhlopříčka v rovnoběžníku sil, tj. v takovém čtyřúhelníku, jehož dvě stran tvoří jednotlivé síly a zbývající strany jsou s těmito stranami rovnoběžné.

Při skládání sil stejného směru působících v různých místech tuhého tělesa leží působiště výslednice mezi působišti sil a ve vzdálenosti od síly :

kde r je vzdálenost sil.

Při skládání sil opačného směru působících v různých místech tuhého tělesa leží působiště výslednice na přímce tvořené působišti za větší silou ve vzdálenosti od síly :

Při skládání sil různého směru působících v různých místech tuhého tělesa se síly posunou po vektorových přímkách do společného působiště, složí se a výslednice se posune po své vektorové přímce, tak aby její působiště leželo na spojnici původních působišť sil.

8B) Hřídel a osa, čep – užití hřídele v praxi

Čep je část hřídele i osy uložená v ložisku. Osa je nerotační část hřídele.

Hřídel je podlouhlá rotační součást strojů, Obvykle jsou na ní připevněny další součásti, které se spolu s hřídelí otáčejí kolem její osy. Sama je ke stroji upevněna pomocí jednoho nebo několika ložisek.

Podle funkce a namáhání se hřídele dělí na:

• nosné: většinou uchyceny pevně v rámu, otáčí se na nich součásti nebo se otáčí i hřídel s uchycenými koly. Nepřenáší kroutící moment. ( např. kladka)

• hybné: jsou vždy otočné a přenáší kroutící moment. Jsou na nich upevněny strojní součásti (ozubená kola, řemenice...). Hybné se dělí na:

� spojovací � hnací a hnaná � předlohová

Jalová hřídel je hřídel vkládaná do soustavy hřídelí pouze pro přenos točivého momentu mezi pohonnou hřídelí a hnanými hřídelemi (obvykle na podvozku). Otáčí se ve stejném smyslu jako hnané hřídele, a má s nimi rovnoběžnou osu. Jalová hřídel se využívá tam, kde buď není prostorově možné pohánět hnané hřídele přímo, nebo tam, kde je nutné izolovat hnací hřídel od vibrací hnaných hřídelí. Typickým použitím jalové hřídele byl pohon některých prvních motorových a elektrických lokomotiv. Hřídel byla poháněna motorem a byla pevně spojena s rámem podvozku

Page 14: TE2MP SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ VYPRACOVANÉ ...ped.muny.cz/data/TE2MP_SAZ/TE2MP_SAZ.pdfTE2MP_SAZ STROJE A ZA ŘÍZENÍ – VYPRACOVANÉ OTÁZKY – LEDEN 2011 1A) Těžišt ě t ělesa

Vačková hřídel (správně je též vačkový hřídel) je speciální hřídel, osazená vačkami. Vačková hřídel umožňuje ovládání posunu strojních součástí v závislosti na svém natočení. Vačky mají sice obvykle jednoduchý vejčitý tvar, ale mohou být tvarované i složitěji. Hřídel s vačkami vlastně obsahuje mechanický program práce soustavy pák.

Jednodušší zařízení, které se skládá ze dvou navzájem kolmo umístěných vidlic, spojených zkříženými osami, se někdy nazývá Kardanův kloub. Používá se jako spojka pro přenos točivého momentu tam, kde osy hnacího a hnaného hřídele mohou být různoběžné, případně se vůči sobě (ve společné rovině) pohybují. Kardanův kloub není homokinetický (stejnoběžný) - otáčí-li se hnací hřídel nějakou úhlovou rychlostí, hnaný se otáčí jinak. Nejčastějším použitím je Kardanův hřídel nebo stručně kardan, například k pohonu zadních kol automobilu. Skládá se ze dvou za sebou řazených Kardanových kloubů, obvykle ještě doplněných úpravou umožňující malou změnu délky hřídele (střední část bývá dělená pomocí drážkovaného spoje). Pokud jsou oba klouby zalomeny o stejný úhel (v absolutní hodnotě, v téže rovině), pak je Kardanův hřídel jako celek homokinetický - odchylky rotace obou kloubů se navzájem ruší.

Vyvažovací hřídel je vkládána do strojů (nejčastěji motorů), aby kompenzovala dynamické účinky pohybu ostatních rotujících a oscilujících hmot stroje. Vyvažovací hřídel se obvykle otáčí v opačném smyslu, než převažující rotující hmoty zbytku stroje. V motoru její působení obvykle vyrovnává nevyváženost klikové hřídele, ojnic a pístů. Pro tento účel jsou její součástí závaží.

Kliková hřídel je technická součástka zařízení, sloužící k přeměně přímočarého vratného pohybu na rotační nebo naopak. Je to základní součast většiny pístových motorů a pístových čerpadel. Je složena z krátkých, válcových čepů', navzájem pevně spojených rameny. Čepy, umístěné v ose otáčení hřídele se nazývají klikové, čepy, které jsou vůči této ose vyoseny se nazývají ojniční. Na ojniční čepy se nasazují ojnice, proto ten název.