Tehnicki elementi 1 - osnovi tehn . elem sa tekstom

8/7/2019 Tehnicki elementi 1 - osnovi tehn . elem sa tekstom.

1/60

UNIVERZITET U ISTONOM SARAJEVU

SAOBRAAJNI FAKULTETDOBOJUl. Vojvode Miia br.52 Doboj

Slika1. Model automobila mercedes koji je konstruisao Dajmler (1901) saZapreminom motora 5,9 l i snagom 26 kW


2/60



Njemaki istraiva N.Oto je konstruisao prvi etverotaktni motor sa unutranjim

sagorjevanjem 1877 godine iako princip rada motora je prvi izloio Francuz A.Roa1862 godine a Oto je konstruisao motor koji je radio na tom principu da bi narednegodine u SAD poela proizvodnja motora (Francuzi pronalaze, Nijemci razvijaju aAmeri koriste).

Rijena i pomorska sredstva takoe doivljavaju razvoj do nesluenih granica,savremene podmornice na nuklearni pogon mogu da preu i do 600.000 km bez

uzimanja goriva.U istoriji eljeznikog saobraaja znaajna je 1804 godina kada je Englez R. Trevitikkonstruisao i napravio prvu lokomotivu slika 2.

Parne lokomotive su dostizale brzinu do 160 km/h uz vrlo mali koeficijent iskorienjaenergije, svega 8%.

Dizel lokomotive sa ugraenim SUS motorom i hidraulikim ili elektrinim prenosom

snage se pojavljuju 1920 godine sa koeficijentom iskorienja od 25% do 45%U savremenom eljeznikom saobraaju danas primjenu imaju elektromotori

jednosmjerne struje odnosno asinhroni motori sa visokofrekventnim upravljanjem.Danas lokomotive dostiu brzinu i do 350 km/h sa konstrukcionim rjeenjima na

principu vazdunih jastuka ili magnetnog polja


3/60



Slika 2. Prva komercijalna lokomotiva Trevtika (1804 g) i lokomotivaproizvedena u ekoj arganska osmica

Tehniki elementi


4/60



Slika 2a. Vagoni na jednoj ini i vazdumom jastuku (a,b i c)

Tehniki elementi


5/60



ICE 3 kod Dortmunda IC 1

VozMaksimalna

brzina

Broj

seditaJaina motora

ICE 1 328 km/h 345 9.600 kW

ICE 2 310 km/h 400 4.800 kW

ICE 3 368 km/h 415 8.000 kW

ICE T 253 km/h 367 4.000 kW

ICE TD 222 km/h 195 2.240 kW


6/60



Braa Rajt su prvi poletjeli 1903 godine, a ve1909 god. Blerio je preleteo Laman

Pojavom gasno turbinskog motora posle Drugog svjetskog rata nastala je pravarevolucija u gradnji aviona.Danas boing 747F za godinu dana moe da preveze vie tereta nego svi avioni

1939 godineSvako od ovih navedenih sredstava maina zavisno od sloenosti ima od

nekoliko desetina do nekoliko desetina hiljada dijelova gdje se neki elementi ponavljaju.

Slino kao to od trideset slova nihovim kombinacijama moemo dobiti na 100.000razliitih rijei tako i sa odreenim brojem tehnikih elemenata u razliitimmodifikacijama moemo dobiti razliite maine odnosno konstrukcije.

Slino kao to se slova slau u rijei tako se i tehniki elementi se slau usklopove i podsklopove.

Sklop je sastavljen iz vie elemenata ili podsklopova i obavlja tano odreenu

funkciju u okviru maine odnosno sredstva (spojnica , reduktor i td.)Veina elemenata maina ( transportnih sredstava) i jednostavnih sklopova ipodsklopova su sastavni dijelovi transportnih sredstava, to omoguuje da se izdvoje uposebnu naunu disciplinu mainski elementi (tehniki elementi)

Zadatak ove naune discipline je razrada metoda pravila i normi u projektovanju ieksploataciji elemenata, polazei od uslova rada transportnog sredstva odreuje se

najpovoljniji oblik, dimenzije, materijal, stepen tanosti i kvalitet obrade.


7/60



Slika 1.4. Savremeni putniki avioni AIRBUS A 380 I BOEING 747

Tehniki elementi


8/60



Elementi se dijele na opte i posebne.Opti elementi su: osovine, vratila, zupanici, spojnice,vijci, podloke i td.i nalaze

primjenu kod svih transportnih sredstava.Posebni elementi su: kolenasta vratila, klipnjae, kinetiki zglobovi, razni elementi za

prenos obrtnog momenta i sl.U okviru predmeta tehniki elementi prouavaju se opti mainski elementi kao neki

posebni koji nalaze primjenu na transportnim sredstvima.Cilj predavanja je da se ukae na one karakteristike na elementima bitne za

eksploataciju i odravanje transportnih sredstava a manje o temama bitnim zaprojektovanje i konstrukciju imajui u vidu poslove koji oekuju budueg saobraajnoginenjera.

Predavanja se nadovezuju na discipline iz mehanike, otpornosti materijala, tehnikogcrtanja i nacrtne geometrije, a u manjoj mjeri na matematiku i fiziku.

U razvoju tehnikih elemenata prisutna je tendencija primjene hidraulikih,

pneumatskih i elektrinih pogona umjesto mehanikih, smanjenja specifine mase ,standardizaciji sklopova i podsklopova.

Specifina masa transportnog sredstva u odnosu na broj pitnika iznosi: zaautomobile-363,avione-250, autobuse-317, eljznicu-1135 kg/putnik i td.


9/60



1.2. STANDARDIZACIJASavremena industrijska (masovna) proizvodnja je zasnobvana na principu

zamjennjivosti. Zahvaljujui tome jedno sredstvo se montira u jednoj fabrici sa

elementima iz desetina drugih fabrika.Standardizacija je proces donoenja i primjene propisa u odreenoj djelatnosti sa

ciljem ostvarenja rada, ekonominosti i bezbjednosti.Propisi koji se odnose na za odreenu oblast i isti su obavezujui nazivaju se

standardi.U prvo vrijeme standardi su razvijani kao interni u okviru veih fabrika a dans ti

standardi su propisani na nivou drave.Osnivanjem evropske zajednice drava (EZ), ova je poela izdavati svoje

standarde (EN), koji su velikim dijelom temeljeni na DIN-u, ali i dobrim standardimadrugih zemalja EZ.U bivoj Jugoslaviji je bio JUS standard koji se i danas zadraona nekim prostorima a zbog industrijske razvijenosti poseban znaaj na naimprostorima ima Njemaki DIN standard, Ruski GOST, Ameriki ANSI,ASA,

ili USASMeunarodna industrijska nauna, trgovaka i druga saradnja su stvoriliorganizaciju za standizaciju ISO ( International Standardising Organization)Predmet standardizacije su uglavnom ( mjerne jedinice-etaloni, proizvodi i

proizvodni procesi, terminologija i simbolina znaenja)


10/60



1.3. TOLERANCIJE I NALJEGANJA MAINSKIH DIJELOVAMainski dio niti je mogue izmjeriti, niti uraditi apsolutno tano (prema crteu)

na to utie mnotvo faktora (maina, alat, materijal, ljudi i sl.)Proizvodnja dijelova visoke tanosti je veoma skupa, a u sutini ne postoji

potreba za visokom tanou.

Da bi elementi zadovoljili traenu funkciju dovoljno da je izraen u unapredpropisanim granicama.

Dozvoljena odstupanja dimenzija i oblika dijelova u okviru propisanih veliinanazivaju se tolerancije.

Standardi propisuju:-tolerancije duinskih mjera

-tolerancije oblika i poloaja-tolerancije hrapavosti obraenih povrina.

Nazivna (nominalna ) mjera d,D je mjera koja se daje nacrteu i u odnosu na koju semjere odstupanja slika 4. i lei u oblasti ogranienoj maksimalnom i minimalnommjerom, prikazuje se grafiki nultom linijom (crta-taka)


11/60



Definisanje tolerancija duinskih mjera a) mjere b) odstupanja

Tehniki elementi


12/60



Stvarna mjera (ds osovine, Ds otvora ) se nalazi unutar podrujagraninih mjera (dd - dg ) , (Dd Dg )

Gornje granino odstupanje ag za osovine i Ag za otvore je algebarskarazlika gornje granine mjere i odgovarajue nazivne mjere ag = dg d,Ag = Dg D.

Donje granino odstupanje ad za osovine i Ad za otvore je algebarskarazlika donje granine mjere i odgovarajue nazivne mjere ad = dd d,Ad = Dd D.

Stvarno odstupanje as za osovine i As za otvore je algebarskarazlika stvarne i nazivne mjere as = ds d,As = Ds D.


13/60



Slika 4.Nazivna mjera, stvarna mjera, granine mjere, tolerancije zaa) osovine, b) otvore

Tehniki elementi


14/60



Slika 5. Tolerancijska polja za osovine i otvora

Tehniki elementi

Tolerancija je razlika izmeu gornje i donje granine mjere t-za osovine i T- za otvore.Tolerancijsko polje je podruje ogranieno gornjom i donjom graninom mjerom ukojem su dozvoljene varijacije stvarne mjere


15/60



U procesu izrade tei se da stvarna mjera budena sredini tolerancijskog polja, ali zbog

razliitih uticaja stvarne mjere se rasipaju oko srednje vrijednosti.Sama veliina tolerancijskog polja zavisi od kvaliteta i podruja nazivne mjere. Za

nazivne mjere do 500mm postoji 20 kvaliteta IT01, 0, 1, 2,..,18. Kvalitet do IT4primjenjuje se u preciznoj mehanici a ostali u klasinom mainstvu.

Definisana mjera se sastoji od broja koji oznaava veliinu mjere, slovne oznake kojaoznaava poloaj tolerancijskog polja u odnosu na nazivnu mjeru(nultu liniju) slika 6 i

broja koji oznaava visinu tolerancijskog polja odnosno kvalitet J100H7, J80h6 i td.

Elementi u spoju mogu da budu u razliitoj zavisnosti namjene. Tako izmeu njih moeda postoji relativno pmjeranje (kretanje), a mogu da predstavljaju jedan jedinstvensistemU zavisnosti propisanih tolerancija osovine i otvora naleganja mogu biti: labava

(pokretna), vrsta (nepokretna), i neizvjesna (prelazna).


16/60



Poloaj tolerancijskih polja sobzirom na nul-liniju


17/60



Smjernice za izbor kvaliteta tolerancije


18/60



Slika 7.Sklop 1-osovina, 2-otvor(aura) Slika 8. Labavo (pokretno ) naleganje

Slika 9.vrsto (nepokretno) naljeganje Slika 10.Neizvjesno (prelazno) nalijeganje

Tehniki elementi


19/60



Slika 11. Primjeri naljeganja a) labavih, b) vrstih, c) neizvjesnih

Tehniki elementi


20/60



Slika 12. Sistemi naljeganja a) zajednikog otvora, b) zajednike osovine

Naleganja se najee obrazuju na dva naina: sistem zajednike tolerancije unutranje

mjere (sistem zajednikog otvora sa tolerancijskom oznakaom H) i sistem zajedniketolerancije spoljnje mjere mjere (sistem zajednike osovine sa tolerancijskom oznakomh).


21/60



Slika 13. Dijagram zavisnosti trokova proizvodnje od veliine tolerancije

Kod izbora kvaliteta tolerancije se uzima u obzir konstruktivno tehnoloke mogunosti

izrade sklopa tako se preporuuje da kvalitet osovine za jedan stepen vii u odnosu naotvor, u principu boljim kvalitetom se postie bolje naljeganje odnosno vea pouzdanost.

Kvalitet tolerancije je u direktnoj zavisnosti od trokova proizvosnje i pribjegava setraenju optimalnih rjeenja


22/60



Procjenjivanje hrapavosti povrine a) srednje aritmetiko odstupanjeprofila (Ra) b) nain odreivanja srednje visine neravnine (Rz)

Povrine obraenih elemenata su sastavljene od mikro neravnina to nazivamo

hrapavost povrine.Za procjenjivanje hrapavosti povrine u mainskoj praksi najee se upotrebljavasrednje aritmetiko odstupanje profila (Ra), koje je jednako srednjoj aritmetikojvrijednosti apsolutnih vrijednosti visine profila neravnina na mjernoj duljini (l).

Kao parametar hrapavosti esto se upotrebljava srednja visina neravnina(Rz), koja je jednaka zbiru aritmetike sredine apsolutnih vrijednosti visine pet

najviih vrhova i aritmetike sredine apsolutnih vrijednosti pet najveih dubina udubljenjana mjernoj duini (l).


23/60



Slika 15. Znak za obeleavanje povrinske hrapavosti sa mjestima za oznake

Tolerancije hrapavosti se oznaavaju znakom za povrinsku hrapavost koji se ucrtavana povrinama.Osnovna oznaka koja propisuje hrapavost je (Ra) ili klasu N


24/60



1.4. TRENJE ELEMENATA

Trenje je sloen fiziko hemijski proces koji se ogleda u uzajamnom mehanikomdejstvu tijela koja se dodiruju. Efekti trenja mogu biti tetni i korisni zavisno u kojoj jefunkciji.Pojavu trenja uzrokuju mikroneravnine dodirnih povrina, kao i molekularne sileprivlaenja (adhezija).

Trenje se ogleda u otporu relativnom kretanju pri emu je kvantitativna mjera sila trenjaiji vektor lei u ravni tangencionalno na dodirnu povrinu.

U zavisnosti od oblika relativnog kretanja lemenata koji se dodiruju razlikujemo trenjeklizanja i trenje kotrljanja

Trenje klizanja nastaje u sluajevima kada iste take jednog elemanta se nalaze udodiru sa raznim takama drugog elementa.

Sila prianjanja i sila trenja su direktno proporcionalne normalnoj sili N,F0 = Q0 N, FQ =Q N, gdje je: Q0 koeficijent prianjanja ili koeficijent trenja mirovanja, Q- koeficijent trenja klizanja, N sila uzajamnog dejstva elementa 1 i elementa 2. u pravcunormale na zajedniku povrinu.


25/60



Slika 16.Trenje klizanja i trenje kotrljanja

Slika 17. Suvo a) i mokro b) trenje


26/60



Slika 18.Zavisnost koeficijenta trenja od brzine kretanja i pritiska

Koeficijent trenja klizanja Q


27/60



Materijali Bez podmazivanja Sa podmazivanjem

ve1 m/s v"1 m/s ve1 m/s v"1 m/s

Aluminij-aluminij 0,7 0,6 - -

Aluminij-elik - - 0,06-0,12 0,03-0,08

Aluminij-liveno gv. - - 0,10-0,18 0,04-0,09

Bronza-bronza - - 0,07-0,14 0,04-0,09

Mesing-mesing 0,40-0,50 0,30-0,40 - -

Bakar-bakar 0,50-0,60 0,40-0,50 - -

elik-bronza 0,13-0,18 0,10-0,13 0,06-0,12 0,02-0,06

elik-azbest 0,35-0,40 0,30-0,35 - -

elik-tekstolit 0,15-0,18 0,14 0,06-0,12 0,03-0,06

elik-liveno gv. 0,16-0,20 0,12-0,16 0,07-014 0,04-0,07

Bronza-liv gv. 0,14-0,19 0,11-0,14 0,05-0,10 0,04-0,05

Libeno gv.-liv.gv. 0,20-0,25 0,15-0,20 0,08-0,12 0,06-0,08

Metal-kamen 0,26-0,40 0,20-0,26 - -

Vrijednosti koeficijenata trenja klizanja za neke materijale


28/60



Slika 19. Kretanje tijela po strmoj ravni

Na primjeru klizanja tijela po strmoj ravni mase (m) konstantnom brzinom (v) uz strmu

ravan iji je ugao nagiba E i koeficijentom trenja Q je potrebno odrediti veliinu aktivnesile F koja je nagnuta pod uglom F u odnosu na strmu ravan


29/60



Primjer: Teret mase 1 kg ravnomjerno klizi po strmoj ravni u jednom

sluaju navie a u drugom nanie. Ugao nagiba strme ravni je 15r, akoeficijent trenja klizanja 0,15. Visina strme ravni je 1 m.

Potrebno je odrediti silu i rad trenja.

U ovom sluaju je V=arctg0,15=8r31d51t, E=15r E>V,to znai da e teret

da klizi po strmoj ravni pod uticajem svoje teine.Aktivne sile su:F=mg(sinE + QcosE) =1 9,81(sin15r +0,15cos15r )=3,96N,Fq=mg(sinE - QcosE) =1 9,81(sin15r -0,15cos15r )=1,12N.

Odgovarajui radovi su:W+=mgh+(=mgh+mghQctgE=1 9,81(1+0,15ctg15r )=15,30 J.

W-=-mgh+(=-mgh+mghQctgE=-1 9,81(1-0,15ctg15r )=-4,32 J.

Ukupni rad je W= W+ +/ W- /=15,3+4,32 =19,62 J. Odnos pozitivnog inegativnog rada je k= W+ // W- /=15,30/4,32 =3,54

L+ =1/(1+Q ctgE),=1/(1+0,15 ctg15r )=0,64L- = (1-Q ctgE)/1=1-0,15 ctg15r=0,44.


30/60



Slika 20. Kotrljanje toka po podlozi

Otpori pri kretanju kotrljanja su znatno manji od otpora pri trenju klizanja stoga gdje godje to mogue trenje klizanja se zamjenjuje sa trenjem kotrljanja.Sutinu trenja kotrljanjaobjanjavamo na primjeru kretanja toka po podlozi pod uticajem pogonskog momentaT gdje u zoni kontakta toka i podloge nastaje zona elastinih deformacija povrinskihslojeva.Na dijelu toka AB povrinski sloj toka se sabija a slojpodloge istee, dok je na dijelu AC obrnuto. Zbogunutranjeg trenja dijagram napona nije simetrianzbog ega reakcija podloge nije kolinearna sa silom Gve je pomjerena u smjeru kretanja za veliinu e

Kotrljanje je mogue kad nemaproklizavanja tj, da je obimna silamanja od sile prianjanja

,gde je k koeficijent kotrljanja

Trenje kotrljanja


31/60



Vrsta podloge Stanje podloge Vrijednost k

-cement OdlinoSrednjeloe

0,008 do 0.0100,010do 0,0150,020

-asfalt OdlinoSrednjeloe

0,010do 0,01250,0175 do 0,0180,0225

-ploice Odlinodobro

0,0150,020

-kamena kocka slabo 0,033 do 0,055

-prirodna podloga Odlinonaputeno 0,0450,080 do 0,160

-pijesak Suvvlaan

0,05 do 0,30,10

-snijeg Visine 50 mmVisine 100 mm

0,250.37

-led 0,018do 0,020

Vrijednosti koeficijenta otpora kotrljanju k


32/60



Slika 21. Rad klizanja a) i rad kotrljanja b)

Odnos rada pri klizanju (Wa) i rada pri kotrljanju (Wb) pri istim preenim putevima 2Trprikazano na slici 21 biti e.

za Q=0,15 V=0,15 e=0,0005 odnos radova je k=24. tj za ove podatke rad trenjaklizanja je 24 puta vei od rada koji se troi na trenje kotrljanja, to pokazuje zatose trenje kotrljanja zamjenjuje sa trenjem klizanja.


33/60



Slika 22. Vuna sila kod vozila a) vozilo, b) toak

Promatrajmo kretanje vozila teine Q i teine jednog para tokova G, po inama gdjeimamo trenje kotrljanja i trenje klizanja u leitima rukavacaVeliinu vune sile odreujemo iz uslova jednakosti radova sila i momenata svedeni najedan toak

,,

F 2 T R = Tk 2 T +TQ 2 T

Tk = e(Q+2G) moment sila trenja kotrljanja

TQ = Q Q r moment sila trenja klizanja izmeu rukavcai leita

rQR)G2Q(R

e

F

Q

! F = fQ f = (e + Qr)/ R koeficijent vue.


34/60



Primjer: Voz mase 600 t, sa tokovima vagona prenika D=800 mm,krakom trenja kotrljanja H=0,8 mm,prenikom rukavaca d=100 mm ikoeficijentom trenja klizanja u leitima rukavaca Q=0,02, kree se

konstantnom brzinom v=80 km/h.

Odredit teorijsku snagu potrebnu za kretanje voza.Koeficijent otpora kretanju je f = (H + Qr)/ R=(0,8+0,2 50)/400=0,0045

Pa je vuna sila F=f Q= 0,0045 600 103 =26487N,

a teorijska snaga za vuu voza bez lokomotive P=Fv=2648780/3,6=588,6kW


35/60



Kod kretanja vozila kroz vazduh ili tene medije brzinom (v) nastaje otpor kretanju

veliineFv =C

VA v2

gdje je:C koeficijent otpora vazduha i uzima u obzir oblik transportnog sredstva odreuje seeksperimentalno

V - gustina medija ( V = 1,23 kg/m3 za vazduh)

A projekcija povrine transportnog sredstva okomita na pravac kretanja

Utroena snaga na otpor vazduha je: Pv = Fv v = k v3

gdje je k = C V A daje neto veerezultate pri malim brzinama i manje rezultate pri velikim.

Otpor kretanju tijela u vodi je2

vAF

2

w

V\!

gdje je \- koeficijent kojizavisi od svojstva tenosti oblika tijela i njegove brzine.

Vrsta vozila C

-putnika, zatvorena uobiajene gradnje 0,20 do 0,35

-putnika posebne aerodinamike 0,15 do 0,20

-putnika otvorena 0,40 do 0,50

-teretna 0,60 do 0,70


36/60



Inercione sile i momenti

Dijelovi strojeva su optereeni i s inercijskim silama i momentima, koji se pojavljujupri promjeni veliine i smjera njihovih brzina. Zbog tih promjena pojavljuju se inercijskesile kao dodatna, cikliki promjenjiva optereenja, pri pokretanju i pri zaustavljanju stroja.Kod pravolinijskog kretanja inerciona sila mase m pri ubrzanju (ili usporenju) a jednakaje:

Pri krunom kretanju inercijski okretni moment jednak je:

J[kgm] moment inercije mase mainskog dijela, [s-2] ugaono ubrzanje

Kod krunog kretanja neuravnoteenih masa, javljaju se dodatne inercione sile zbogdjelovanja normalnog ubrzanja. One se nazivaju centrifugalnim silama. Centrifugalnesile djeluju uvijek od sredita vrtnje prema van u smjeru ekscentrinosti mase.Centrifugalna sila Fc mase m, koja se kree po krivulji radijusa r sa ugaonom brzinom je jednaka:


37/60



Optereenja promjenjiva s vremenom

Obzirom na vremensku promjenjivost, postoje: statika optereenja, dinamika optereenja.

Statiko optereenje

Vrste dinamikih optereenja

stohastiko periodikoharmonijsko

S obzirom na smjer djelovanja optereenja razlikuju se: istosmjerna naizmjenina optereenja.


38/60



Vrste dinamikih optereenja a) opte jednosmjerno dinamiko optereenje b)impulsno optereenje c) opte izmjenino optereenje d) isto izmjenino optereenje


39/60



Tehniki elementi u velikoj mjeri se izrauju od metala a u manjoj mjeri od nemetala. Zaizradu elemenata se prvenstveno koriste legure gvoa (elici, liveni elici, livenogvoe) i obojeni metali (bakar, aluminij,magnezij,titan kao i njihove legure).elik je legura gvoa i ugljenika u odreenom procentualnom odnosu (0,05 1,70)%

i drugih legirajuih elemenata. Poveanjem sadraja ugljenika u eliku poveava sevrstoa i tvrdoa ali se poveava i krtost.

iroka upotrebljivost elika se ogleda u njegovim dobrim svojstvima obradljivosti(rezanjem i deformisanjem) kao i toplotno hemijskom obradom kojom se eliku mijenjajukako mehanika svojstva tako i metalografska struktura i hemijski sastav

Liveno gvoe je legura gvoa i ugljenika sa sadrajem (1,7 do 4,5 %)idrugih elemenata: mangana, silicijuma, nikla, sumpora, fosfora i td. Lako se topi i

dobro lije u kalupima. Koristi se u izradi sloenih dijelova (kuita, nosai kao i drugimanje optereeni elementi). Liveno gvoe je krto tako da nije za izradu elemenata koji

su izloeni udarima.

1.5. MATERIJALI TEHNIKIH ELEMENATAIzbor materijala elemenata transportnih sredstava je jedan od bitnih faktora kodkonstrukcije i projektovanja i vrlo odgovoran posao.Kod izbora materijala elemenatatreba voditi rauna o sledeem-veliini i vrsti optereenja-gabaritima i konstruktivnom obliku-tehnologiji izrade (kovanje, livenje,obrada rezanjem isl.)-cijeni materijala koji se ugrauje.


40/60



Aluminij i njegove legure se odlikuju malom teinom(tri puta laki od elika) , dobromtoplotnom i elektrinom provodljivosti, otpornou na koroziju, dobrom obradivou.Najpoznatije legure u duraluminij i silumin. Zbog svoje velike rasprostranjenosti i dobrihmehanikih svojstava legure aluminijuma se koriste za izradu dijelova aviona, brodova,automobila, motora, dizalica i sl.

Nemetali (guma, plastika, koa, keramika,drvo, azbest, staklo, tekstil i drugo) nalazesve veu primjrnu u izradi elemenata na transportnim sredstvima. Dovoljno je pogledatidanas novi automobil i uvjeriti se u veliko uee elemenata od nemetalnih materijala(gume, ukrasni dijelovi, svjetiljke, unutranjost automobila, sjedita i td.)

Danas sve vee uee u izradi elemenata imaju i kompozitni materijali a dobijaju se

zapreminskom kombinacijom hemijski raznorodnih materijala sa jasnom granicomrazdvajanja.Svojstva se im razlikuju od svojstava svake od komponenti kojih moedabude i vie slojeva. Proizvode se metodom prakaste metalurgije, elektrolitiki ililivenjem pod pritiskom.

Keramika zbog svoje velike otpornosti na habanje i izdrljivosti na velikimtemprraturama nalazi primjenu u izradi frikcionih elemenata, kliznih leita, konica kodvozila i sl.

Bakar i njegove legure imaju dobru toplotnu i elektrinu provodljivost, dobre osobineklizanja, dobre obrade. Kodizrade elemenata najvie u upotrebi su bakarne leguramesing (bakar i cink), bronza (bakar sa kalajem olovom aluminijom itd)


41/60



Slika 23.Dijagram na zatezanje

MEHANIKA SVOJSTVA MATERIJALA

Mehanika svojstva materijala (granini naponi, ilavost, tvrdoa, vrstoa,elastinost itd.) odreuju radnu sposobnost. Granicu mogue eksploatacije pri razliitimoblicima optereenja. Vrijednosti mehanikih svojstava se dobija raznim metodamaispitivanja u laboratorijama a njrasprostranjenija metoda je metoda istezanja ili pritiska.



42/60



Slika 24. Spljanje i unutranje sileSlika 25. Razlaganje vektora ukupnognapona na normalni i tangancijalni

Sa gledita mehanikih svojstava materijali se dijele na krte i plastine. Jedna od

metoda koja se koristi u definisanju mehanikih svojstava materijala jeste metodazatezanja kojom se definie dijagram napon dilatacija (W - I) na kojem se uoavajukarakteristine take

Spoljanjim silama se protive meumolekularne sile koje se uravnoteuju sa spoljanjimsilama.Stanje tijela (elementa) nastalo dejstvom spoljanjeg optereenja i odgovarajuihunutranjih otpora naziva se naprezanje.



43/60



Normalni napon Wn je okomit na povrinu poprenog presjeka i jednak je:Wn =Fn/A, ? Pa A

Tangencijalni napon (napon smicanja) djeluje u ravni presjeka i jednak je:X = FT/A, ? Pa A gdje su Fn i FT intenziteti normalne i tangencalne komponente sile

F.

U zavisnosti od karaktera optereenja koje se izraava kroz dejstvo sile, momentasila, razlikuju se osnovni sluajevi naprezanja:

-aksijalno naprezanje ( zatezanje i pritisak )-smicanje-savijanje-uvijanje

-izvijanjeUpraksi su esti sluajevi kombinacije ovih naprezanja - sloena naprezanja



44/60



Slika 26.Asijalna naprezanja zatezanje, pritisakSlika 27. Smicanje



45/60



Slika 28. Savijanje grede

Kada je element, nosa ili greda optereena momentima (spregom) jednakogintenziteta a suprotnog smjera koji djeluju u vertikalnoj ravni nastaje savijanje kojegnazivamo isto savijanje.

U sluaju kada na gredu djeluju transverzalne sile takoe dolazi do savijanja grede stimda se pored normalnih napona du elementa javljaju i tangencijalni naponi smicanja iova vrsta savijanja se naziva savijanje silama.



46/60



Kod savijanja grede neka vlakna se sabijaju a druga se izduuju. Vlakna koja ne

mjenjaju svoju duinu obrazuju neutralnu povrinu koja sa presjenom vertikalnomravni ini elastinu liniju.Maksimalni naponi su u takama koje se najudaljenije od neutralne povrine linije

Wmax =Mmax/Wx ; Wx = Ix /ymax gdje je:Mmax maksimalni moment savijanja oko ose x u ravni yAz

Ix -aksijalni moment inercije poprenog presjeka za x osu

ymax -rastojanje najudaljenijeg vlakna od neutralne oseWx -aksijalni otporni moment za x osuU sluaju da sile djeluju koso u odnosu na vertikalnu ravan yAz nastaje sluaj kosog

savijanja pa se proraun vri na osnovu rezultujueg momenta ? ANmMMM yxr 222 !

est sluaj optereenih elemenata u praksi na savijanje je kod osovina, konstrukcija,

mostova, raznih postolja i sl.



47/60



Uvijanje vratila

Naprezanje kojim je optereen cilindrini element sa spregom sila na jednom kraju ana drugom kraju je ukljeten se naziva uvijanje (torzija) Rekcija momentu uvijanja je

moment ukljetenja suprotnog smjera.Kod uvijanja je karakteristino sledee:-osa cilindra koja je istovremeno i osa uvijanja se ne deformie-normalni popreni presjeci zadravaju svoj oblik-ugao uvijanja je srazmjeran udaljenosti poprenog presjeka od mjestaukljetenja

Kod uvijanja cilindra u njegovim poprenim presjecima imamo samo tangencijalne

napone, dok su normalni zanemarljivi Xmax = Mu/W0 gdje je:- Mu - moment uvijanjakoji predstavlja algebarski zbir momenata lijevo ili desno od posmatranogpresjeka-W0 polarni otporni moment

Na uvijanje su optereenimnogi elementi u transportnimsredstvima prvenstvenovratila, spojnice, zavrtnji i sl.



48/60



Slobodne duine izvijanja za razliite sluajeve uvrenja vitkihelemenata

Kod elemenata ije su poprene dimenzije male u odnosu na duinu (vitkitapovi) izloeni aksijalnim naprezanjima dolazi do izvijanja.

Rjeavanje ovih problema se svodi na odreivanje kritine sile ili odreivanjadimenzija poprenog presjeka. Postoje posebni postupci i formule za rjeenje ovihzadataka u zavisnosti od toga dali je izvijanje u elastinom podruju (Ojlerovi obrazci)ili u plastinom podruju (Tetmajerovi obrazci)



49/60



Slika 31. Koncentracija napona pri zatezanju (pritisku)

Mjerenjem vrijednosti napona pokazuje se odstupanje od nominalnih vrijednosti namjestima promjene presjeka ili na mjestima gdje postoji nehomogenost td. Pojava

poveanja veliine napona na mjestima nagle promjene poprenog presjeka ili namjestima zareza ili naprslina naziva se koncentracija napona

Kvantitativno koncentracija napona se ocjenjuje geometrijskim faktorom(koeficijentom) koncentracije koji je jednak odnosu maksimalnog i nominalnog naponaEk = Wmax/Wn

Vrijdnosti geometrijskog faktora koncentracije odreuje se teortski ili

eksperimentalno i daju se u vidu dijagrama i isti su razliiti za razliite kvalitete.Stvarni ili efektivni koeficijent koncentracije napona Fk = (Ek - 1 ) Lk +1 gdje je Lk -

faktor osjetljivosti materijala na koncentraciju napona.Koncentracija napona je jedanosnovnih uzroka lomova elemenata i konstrukcija i utoliko je vea to su veliineradijusa manje.



50/60



Slika 32. Primjer koncentracije

napona pri savijanju

Slika 33. Koncentracija napona pri uvijanju

U sluajevim naprezanja na savijanje slika 32 na prelazima poprenog presjeka dolazido koncentracije napona odnosno maksimalna veliina napona je u krajnjim vlaknimaWmax = Ek Wn , gdje je Wn = Mx/Wx = F l/Wx

Vrijednost geometrijskog koeficijenta koncentracije Ek zavisi od odnosa prenika d/Dkao i od radijusa krivina V na mjestu promjene prenika ije se veliine uzimaju iziskustvenih tabela V = 0,1 d.I pri uvijanju usled nagle promjene poprenog presjeka ili ljebova pojavljuje sekoncentracija napona slika 33 gdje je vrijednost maksimalnog tangencijalnog napona

Xmax = Ek Xn gdje je: Xn = Mu/W0Koncentracija napona je naroito izraena kod dinamikih optereenja sa velikimvrijednostima napona kao i kod krtih materijala.



51/60



Slika 34. Povrinski pritisak a) dvije ravne povrine, b) dvije kugle,c dva cilindra

Naprezanje na povrinski pritisak nastaje na dodirnim povrinama dvaju elemenata kojiimaju meusobno sprezanje. Ovo je naroito bitno kod zupanika, kliznih i kotrljajnih

leajeva, sklopova toak ina, bregastih mehanizama.U zavisnosti od oblika kontaktnihpovrina razlikujemo-elementi se dodiruju po konanim povrinama-elementi se dodiruju u jednoj taki ili du linije u neoptereenom stanju.Veliina povrinskog pritiska u bilo kojoj taki povrine jednaka je:p = F/AU sluajevima dodira elemenata u jednoj taki ili po liniji kontaktni naponi se odreuju iz

teorije elastinosti sa pretpostavkom da se u zoni dodira deavaju samo elastinedeformacije.



52/60



,EF388,0p 32

2

max V!

U sluaju dvaju kugli pritisnutih silama F slika 34b radijusa R1 i R2 maksimalni pritisakbiti e.

Za sluaj dva cilindra slika 34c) pritisnuta silom F maksimalni pritisak:

,b

EF418,0 3ma

V!

gdje se sredni prenik V i sredni modul elastinosti E odreuju po formulama:

,r

1

r

11

21

!V

!

21 E

1

E

1

2

1

E

1

Proraunata vrijednost se uporeuje sa doputenim vrijednostima tvrdoe ije sevrijednosti odreuju razliitim metodama (Brinelov i Rokvelov postupak)



53/60

U V U S O O S J VU


Naponi koji se dobijaju proraunima u fazi projektovanja elemenata nazivaju se

raunski naponiRadni naponi su stvarni naponi u elementu koji nastaju u fazi eksploatacije u samojmaini odnosno sredstvu rada.

Da bi se obezbjedila dugotrajnost funkcije elementa u eksploataciji i pouzdanost uitavom vijeku trajanja potrebno je da raunski i stvarni naponi ne prelaze doputenuvrijednost (Wd, Xd ).

U projektovanju se moraju da uzimaju i uslovi rada koji esto mogu da budunepredvidivog karaktera, kao i odgovornost elementa u sastavu sredstva i td. Zbog svegaovog uvodi se odreen stepen sigurnosti u izraunavanju vrijednosti dozvoljenog napona.Wd = ?W A/R, Xd =?XA/R, gdje su: WA,?XA - mjerodavna mehanika svojstva materijala granini naponi za normalne odnosno tangencijalne napone

R - stepen sigurnosti elementa

Kod projektovanja elemenata u praksi se koriste dvije metode:element se konstruie na osnovu iskustva primjenom empirijskih obrazaca i provjeromda li dinamiki stepen sigurnosti zadovoljava.na osnovu uslova i kojima se element primjenjuje bira se stepen sigurnosti i na osnovuistog odreuje doputeni napon a dalje dimenzije elementa ili konstrukcije.

Vrijednost stepena sigurnosti je razliita i zavisi od niza inilaca i prosjena je vrijednost2...3 .



54/60


Kritini napon ili mehanika karakteristika odreuje se u zavisnosti odkaraktera optereenja i vrste materijala i pri statikom (mirnom ) optereenju treba

razlikovati sluajeve kada je:materijal je nehomogen i krt, pa se za kritini napon uzima zatezna vrstoa (jainakidanja) WM (Rm)materijal je plastian pa se za kritini napon usvaja napon teenja WT (ReH )

Elementi u mehanizmima najee rade u uslovima dinamikih(promjenljivih) optereenja koja izazivaju promjenljive napone i lomovi nastaju pri

naponima koji su znatno ispod zatezne vrstoe pa ak i ispod napona teenja, ukolikose promjena napona ponavlja velik broj puta.

U tom sluaju lom nastaje usled zamora materijala bez vidljivih plastinih deformacijatj kada se prekorai dinamika izdrljivost materijala WD. Prema tome kritini napon jeodreen dinamikom izdrljivou tj. ?W A =WD,



55/60


Slika 35. Velerova kriva (kriva zamora)

Ponaanjem materijala pri promjenljivom optereenju bavio se Veler (Wohler,1866god) na primjeru lomova vagonskih osovina to je prikazao u sledeem dijagramuslika 35.gdje je na apcisi nanet broj promjena optereenja a na ordinati veliina naponakada nastupa lom elementa.



56/60


Pouzdanost

Pouzdanost je svojstvo mainskog dijela, elementa maine ili konstrukcije, ureajaili itavog tehnikog sistema, da u predvienom vremenu ispunjava svoju funkciju,sauvavi pri tome svoja eksploatacijska svojstva u odreenim granicama.

Pouzdanost je vjerovatnoa ispravnog rada (rada bez kvara, oteenja, loma).Moe se opisati i srednjim vremenom ispravnog rada, intenzitetom kvarova, uestaloukvarova itd.

Budui da su naprezanje i vrstoa R u optem sluaju sluajne varijable zadanesvojim razdiobama, a oteenje nastupa kada naprezanje dostigne kritinu vrijednost(vrstou), onda se ova pouzdanost definie kao

Pf vjerovatnoa oteenja (rizik)P oznaka za vjerovatnouR[N/mm2] vrstoa kao sluajna varijabla [N/mm2] naprezanje kao sluajna varijabla

Sada je pouzdanost



57/60


U toku eksploatacije elementi ugraeni u transportno sredstvo treba da imajuprojektovanu radnu sposobnost i pouzdanost, tj. da zadre svoje eksploatacionekarakteristike u predvienom vijeku trajanja.

Radna sposobnost i pouzdanost se odreuju: vrstoom, krutou (elastinou),statikom i dinamikom stabilnou, habanjem (troenjem), zagrevanjem. Naosnovu ovih kriterija se vri proraun dimenzija na osnovu izabranog materijala.vrstoa je osnovni kriterij radne sposobnosti bilo elementa ili konstrukcije a

predstavlja svojstvo materijala da primi optereenje bez deformacija (promjrna oblika

,loma). Najee korieni metod je poreenje raunskih vrijednosti veliina napona sadozvoljenim pri emu mora biti: W e Wd , X e Xd,

Krutost je sposobnost elementa ili konstrukcije da se suprotstevi deformaciji tj dazadri oblik pri optereenju. Veliina suprotna krutosti je elastinost. (N =1/c )

Pod dinamikom stabilnosti elementa ili konstrukcije podrazumjeva sesposobnost da rade u zahtjevanim reimima sa dozvoljenim oscilacijama,naroito kada je rije o elementima koji se kreu u dananje vrijeme sve veimbrzinama.



58/60


Slika 36. Dinamiki sistem sa redukovanim masama i krutosti

Postoji vie metoda prorauna gdje se realni objekat zamjenjuje sa mehaniko-matematikim modelim. Naime mase elemenata se redukuju tako da formiraju lananisistem masa i opruga sa jednim dva ili vie stepeni slobode kretanja prikazano na slici36.

Matematiki model ovakvog sistema je jedna ili vie linearnih diferencijalnih jednainadrugog reda to zavisi od broja stepeni slobode kretanja, ija su rjeenja frekvencije iamplitude oscilacija, dinamike sile.

Za smanjenje dinamikih optereenja i napona a naroito izbjegavanje pojaverezonance preduzimaju se sledee mjere:-otklanjanje spoljnjih uticaja koji izazivajukritino oscilovanje sistema-korekcija dinamikih parametara sistema: mijenjanjem masa, priguenjima i sl.



59/60


Primjer: Za konstrukciju prikazanu na slici 37dimenzija a=0,4 m i b=0,3m optreenu utaki B silom Q=6 kN.Materijal konstrukcije je.0370 a stepen sigurnosti R =2,3 zanemarenasopstvena teina.Potrebno je odreditipovrinu presjeka grede i zatege izduenje

(skraenje) zatege i grede vrijednost ugla (E)pri kojoj zatega ima najmanju masu

Iz jednaina ravnotee sila u zategiZ= Q/sinE =10000N, F = Q ctgE =8000N Za dati elik napon teenja je WT =230 MPa

iz ega je doputeni napon na zatezanje i pritisakWd = ?W A/R = WT/R =230/2,3 =100 MPa,Popreni presjek zatege je Az = Z/Wd =1cm2 , Ag =F/Wd =0,8 cm2 .

Izduenje zatege (lz =Zlz /EAz = 0,238mmSkraenje grede (lg =Flg /EAg = 0,190mmKoeficijenti krutosti: clz =Z/(lz =42,0 106 ?N/m A.

clg =Z/(lg =42,1 106 ?N/m A.Masa zatege je minimalna za minimalni popreni presjek

Vz = A Lz =Qlz/Wd sinE cosE =2Ql /Wd sin2E odnosno za sin2E =1, E=T /4



60/60


Documents

Tehnicki elementi 1 - osnovi tehn . elem sa tekstom