„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Teresa Myszor
Projektowanie części maszyn i połączeń 311[15].O1.05
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
1
Recenzenci:
mgr inŜ. Jan Jureczko
mgr inŜ. Łukasz Orzech
Opracowanie redakcyjne:
mgr inŜ. Danuta Pawełczyk
Konsultacja:
mgr inŜ. Gabriela Poloczek
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[15].O1.05
„Projektowanie części maszyn i połączeń”, zawartego w modułowym programie nauczania
dla zawodu technik górnictwa podziemnego.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
2
SPIS TREŚCI
1.
Wprowadzenie
3
2.
Wymagania wstępne
5
3.
Cele kształcenia
6
4.
Materiał nauczania
7
4.1.
Połączenia części maszyn
7
4.1.1. Materiał nauczania
7
4.1.2. Pytania sprawdzające
14
4.1.3. Ćwiczenia
14
4.1.4. Sprawdzian postępów
16
4.2.
Wały, osie i ich łoŜyskowanie
17
4.2.1. Materiał nauczania
17
4.2.2. Pytania sprawdzające
20
4.2.3. Ćwiczenia
21
4.2.4. Sprawdzian postępów
22
4.3.
Połączenia rurowe
23
4.3.1. Materiał nauczania
23
4.3.2. Pytania sprawdzające
25
4.3.3. Ćwiczenia
25
4.3.4. Sprawdzian postępów
26
4.4.
Przekładnie mechaniczne
27
4.4.1. Materiał nauczania
27
4.4.2. Pytania sprawdzające
31
4.4.3. Ćwiczenia
32
4.4.4. Sprawdzian postępów
34
4.5.
Sprzęgła i hamulce
35
4.5.1. Materiał nauczania
35
4.5.2. Pytania sprawdzające
38
4.5.3. Ćwiczenia
39
4.5.4. Sprawdzian postępów
40
4.6.
Mechanizmy
41
4.6.1. Materiał nauczania
41
4.6.2. Pytania sprawdzające
44
4.6.3. Ćwiczenia
44
4.6.4. Sprawdzian postępów
45
4.7.
MontaŜ i demontaŜ
46
4.7.1. Materiał nauczania
46
4.7.2. Pytania sprawdzające
53
4.7.3. Ćwiczenia
53
4.7.4. Sprawdzian postępów
55
5.
Sprawdzian osiągnięć
56
6.
Literatura
61
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
3
1. WPROWADZENIE
Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy dotyczącej konstruowania
elementów maszyn.
W poradniku zamieszczono:
−−−−
wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŜ ukształtowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,
−−−−
cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,
–
materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do osiągnięcia załoŜonych celów
kształcenia i opanowania umiejętności zawartych w jednostce modułowej,
–
zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy juŜ opanowałeś określone treści,
–
ć
wiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
umiejętności praktyczne,
–
sprawdzian postępów,
–
sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi
opanowanie materiału całej jednostki modułowej,
–
literaturę uzupełniającą.
Miejsce jednostki modułowej w strukturze modułu 311[15].O1 „Podstawy konstrukcji
mechanicznych” jest wyeksponowane na schemacie zamieszczonym na stronie 4.
Bezpieczeństwo i higiena pracy
W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp
i instrukcji przeciwpoŜarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac. Wiadomości
dotyczące przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpoŜarowej oraz
ochrony środowiska znajdziesz w jednostce modułowej 311[15].O1.01 „Przestrzeganie
przepisów Kodeksu pracy, Prawa geologicznego i górniczego”
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
4
Schemat układu jednostek modułowych
311[15].O1
Podstawy konstrukcji mechanicznych
311[15].O1.01
Stosowanie przepisów Kodeksu pracy,
Prawa geologicznego i górniczego
311[15].O1.02
Określanie właściwości
materiałów konstrukcyjnych
311[15].O1.03
Wykonywanie rysunków
części maszyn
311[15].O1.04
Wykonywanie obliczeń w układach
statycznych, dynamicznych i kinetycznych
311[15].O1.05
Projektowanie części maszyn
i połączeń
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
5
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
−
stosować jednostki układu SI,
−
wykonywać rysunki techniczne części maszyn zgodnie z normami,
−
posługiwać się dokumentacją techniczną, Dokumentacją Techniczno-Ruchową, normami
i katalogami,
−
wykonywać podstawowe obliczenia z wytrzymałości materiałów,
−
rozróŜniać i dobierać materiały konstrukcyjne,
−
selekcjonować, porządkować i przechowywać informacje,
−
interpretować związki wyraŜone za pomocą wzorów, wykresów, schematów, diagramów,
tabel,
−
uŜytkować komputer,
−
współpracować w grupie,
−
organizować stanowisko pracy zgodnie z wymogami ergonomii.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
6
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
–
scharakteryzować połączenia nierozłączne i określić ich zastosowanie,
–
scharakteryzować połączenia rozłączne i określić ich zastosowanie,
–
zaprojektować połączenia rozłączne i nierozłączne,
–
scharakteryzować połączenia spręŜyste i podatne oraz termokurczliwe,
–
określić zasadę działania i budowę wałów i osi,
–
zaprojektować wał o równomiernej wytrzymałości,
–
określić zasadę działania i budowę łoŜysk,
–
dobrać łoŜysko do zadanych warunków pracy,
–
określić zasadę działania i budowę połączeń rurowych,
–
określić zasadę działania i budowę zaworów,
–
określić zasadę działania i budowę przekładni mechanicznych,
–
określić parametry koła zębatego,
–
określić zasadę działania i budowę sprzęgieł,
–
określić zasadę działania i budowę hamulców,
–
określić zasadę działania i budowę mechanizmów,
–
określić przeznaczenie oraz sklasyfikować mechanizmy,
–
wyjaśnić pojęcie montaŜu i demontaŜu, stosowane metody montaŜu i demontaŜu,
–
wyszczególnić podstawowe operacje i czynności montaŜowe i demontaŜowe,
–
scharakteryzować urządzenia i przyrządy montaŜowe i demontaŜowe,
–
wyjaśnić zasady postępowania przy pracach demontaŜowych,
–
określić proces demontaŜu połączeń i łoŜysk,
–
odczytać dokumentację montaŜową,
–
odczytać instrukcje obsługi maszyn i urządzeń,
–
sporządzić rysunek wykonawczy elementu maszyny za pomocą programu komputerowego
typu CAD,
–
wydrukować rysunek wykonawczy elementu maszyny za pomocą programu komputerowego
typu CAD,
–
zastosować zasady bezpieczeństwa i higieny pracy na stanowisku.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
7
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Połączenia części maszyn
4.1.1. Materiał nauczania
Połączenia części maszyn dzielimy na:
−−−−
rozłączne, są to połączenia, które umoŜliwiają wielokrotne łączenie i rozłączanie
elementów konstrukcyjnych bez ich uszkodzenia.
−−−−
nierozłączne, są to połączenia, w których podczas rozłączania następuje zniszczenie lub
uszkodzenie elementów łączonych lub łączników.
Do połączeń rozłącznych zaliczamy połączenia: wpustowe, kołkowe, sworzniowe, klinowe,
gwintowe.
Do połączeń nierozłącznych zaliczamy połączenia: nitowe, spawane, klejone, zgrzewane.
Połączenia części maszyn ze względu na sposób powiązania elementów moŜna podzielić na:
−−−−
bezpośrednie, w których elementy są ze sobą połączone bezpośrednio,
−−−−
pośrednie, w których dodatkowym elementem jest łącznik np.: śruby w połączeniach
ś
rubowych.
Połączenia części maszyn mogą być spoczynkowe lub ruchowe. Połączenia spoczynkowe
wykorzystywane są do łączenia części maszyn lub regulacji ich połoŜenia, a ruchowe
stosowane są do celów napędowych (przesuw suportu w stołach obrabiarek).
Połączenia nitowe
Stosuje się do łączenia elementów konstrukcji stalowych, które przenoszą duŜe siły.
Ze względu na rodzaj łączonych elementów i na charakter obciąŜenia rozróŜnia się:
−−−−
połączenia pasów blach, obciąŜone siłami rozciągającymi,
−−−−
połączenia kształtowników w kratownicach, obciąŜone siłami rozciągającymi lub
ś
ciskającymi,
−−−−
połączenie blach z kształtownikami, które przenoszą momenty zginające, i siły
rozciągające lub ściskające.
Ze względów konstrukcyjnych połączenia dzieli się na zakładkowe i nakładkowe.
Rys. 1. Połączenia nitowe: a) zakładkowe, b) nakładkowe, I
−
przekrój nitu naraŜony na ścięcie [7, s. 48]
Rodzaje nitów i zalecane ich wymiary zawarte są w normach.
Nity w połączeniach mogą występować jako jednokrotnie cięte o raz wielokrotnie cięte.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
8
Rys. 2. Rodzaje połączeń nitowych: a) połączenie zakładkowe – nity jednokrotnie cięte, b–d) połączenia
nakładkowe – nity wielokrotnie cięte [7, s. 46]
Połączenia nitowe zapewniają duŜą elastyczność konstrukcji stalowych – dlatego stosuje
się je często w elementach budowlanych, mostach, samolotach i odpowiedzialnych węzłach
konstrukcyjnych statków.
Projektowanie połączeń nitowych polega na obliczeniu nitów z warunków
1.
Na ścinanie
n
k
n
m
d
F
≤
⋅
⋅
⋅
=
4
2
0
π
τ
(
t
k )
gdzie: F – obciąŜenie połączenia nitowego,
0
d
– średnica otworu nitowego,
m
– liczba ścinanych przekrojów w jednym nicie
n
– liczba nitów ( w połączeniach zakładkowych – wszystkie nity, w połączeniach
nakładkowych – nity łączące jeden z pasów z zakładkami.
( )
t
n
k
k
– dopuszczalne napręŜenia ścinające.
2. Na naciski powierzchniowe
o
k
n
d
g
F
p
≤
⋅
⋅
=
gdzie:
n
– liczba nitów (w połączeniach zakładkowych – wszystkie nity, w połączeniach
nakładkowych – nity łączące jeden z pasów z zakładkami),
g
– grubość blachy,
o
k
– dopuszczalny nacisk powierzchniowy.
Elementy nitowane sprawdza się z warunku wytrzymałościowego na rozciąganie w miejscach
przekroju osłabionych otworami.
Połączenia spawane
Połączenia spawane naleŜą do najczęściej stosowanych połączeń nierozłącznych,
poniewaŜ uzyskuje się dzięki nim duŜe oszczędności materiałowe oraz mniejszą
pracochłonność w porównaniu do elementów odlewanych czy nitowanych. Najczęściej
wykorzystane są w konstrukcjach elementów maszyn, w węzłach kratownic.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
9
a)
b)
c)
Rys. 3. Połączenia spawane: a) kadłub łoŜyska, b) wspornik, c) węzeł kratownicy [7, s. 62]
Spoiny oblicza się w zaleŜności od obciąŜenia. NapręŜenia dopuszczalne obniŜa się ze
względu na mniejszą wytrzymałość spoiny wg zaleŜności:
z
k
k
⋅
=
′
w której:
k
−
napręŜenia dopuszczalne dla materiału części łączonych,
k
′
−
napręŜenia dla spoiny,
z
−
współczynnik wytrzymałości spoiny.
Tabela 1. Orientacyjne wartości współczynnika wytrzymałości spoin
z
[7, s. 68]
Spoiny
Rodzaj obciąŜenia
z
Przykład zastosowania
czołowa
rozciąganie
ś
ciskanie
zginanie
ś
cinanie
0,8
1,0
0,9
0,65
rj
rj
k
k
8
,
0
=
′
c
c
k
k
=
′
g
g
k
k
9
,
0
=
′
t
t
k
k
65
,
0
=
′
pachwinowa
Wszystkie rodzaje obciąŜeń 0,65
t
t
k
k
65
,
0
=
′
Przy dokładnych obliczeniach spoin przy wyznaczaniu wartości współczynnika
wytrzymałości uwzględnia się rodzaj spoiny, wytrzymałość materiału, rodzaj obciąŜenia,
sposób kontrolowania spoiny.
a)
b)
c)
r
o
r
r
k
S
F
′
≤
=
σ
,
g
a
=
t
t
t
k
S
F
′
≤
=
0
τ
,
g
a
=
g
o
g
x
g
g
k
a
l
c
F
W
M
′
≤
⋅
⋅
=
=
6
2
σ
a
l
S
o
o
⋅
=
gdy spoina wyprowadzana na podkładki
a
l
S
o
⋅
=
gdy spoina nie jest wyprowadzana na podkładki
a
l
l
o
⋅
+
=
2
dla spoin czołowych
a
l
l
o
⋅
+
=
3
dla spoin pachwinowych
Rys. 4. ObciąŜenia spoin: a) rozciąganie, b) ścinanie, c) zginanie [5, s. 15]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
10
Połączenia kształtowe
Zadaniem połączeń kształtowych jest łączenie części współpracujących lub ustalanie ich
wzajemnego połoŜenia. Połączenia te dzielą się na:
−−−−
bezpośrednie,
w
których
powierzchnie
są
odpowiednio
ukształtowane
−
wielowypustowe, wielokarbowe, wieloboczne,
−−−−
pośrednie, w których zastosowano łączniki
−
wpustowe, kołkowe, sworzniowe oraz
klinowe.
a)
b)
Rys. 5. Połączenia kształtowe: a) wpustowe, b) kołkowe [7, s. 94
−
108]
Połączenia wpustowe naleŜą do pośrednich połączeń kształtowych i znajdują powszechne
zastosowanie przy przenoszeniu momentu obrotowego między wałem i osadzonym na nim
kołem zębatym, kołem pasowym itp. Odznaczają się prostotą i niezawodnością konstrukcji,
wygodnym montaŜem i demontaŜem. Połączenia kształtowe przede wszystkim przenoszą
obciąŜenia: siły wzdłuŜne, poprzeczne lub moment skręcający, które działają na łącznik lub
występy i rowki. Oprócz tego umoŜliwiają osiowanie łączonych elementów lub powodują
kasowanie luzów (połączenia klinowe).
Połączenia wpustowe słuŜą do osadzania na wale części maszyn takich jak koła zębate,
pasowe. Połączenia wpustowe są wykonywane jako: spoczynkowe – pasowanie N9/h9
w wałku i w piaście, ruchowe – pasowanie N9/h9 w wałku oraz F9/h9 w piaście.
Wpusty przenoszą moment obrotowy z wału na współpracującą część maszynową lub
odwrotnie. Kształty oraz wymiary wpustów są znormalizowane.
Obliczanie wpustów polega tylko na ustaleniu ich długości. Całkowitą długość wpustu
zaokrągla się do wartości znormalizowanych. Wymiary poprzeczne wpustów pryzmatycznych
(b x h) są dobierane z norm w zaleŜności od średnicy czopa wału. Szerokość piasty koła
współpracującego powinna być co najmniej równa czynnej długości dobranego wpustu.
Rys. 6. ObciąŜenie wpustu [7, s. 95]
Wpusty oblicza się z warunku na naciski powierzchniowe
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
11
o
o
k
n
h
l
F
p
≤
⋅
⋅
=
2
c
o
k
z
k
⋅
=
w którym:
F
– siła wyznaczona na podstawie przenoszonego momentu obrotowego,
0
l
– czynna długość wpustu,
n
– liczba wpustów
2
h
– przybliŜona wartość wysokości powierzchni wpustu naraŜonej na naciski,
o
k
–
naciski dopuszczalne,
c
o
k
z
k
⋅
=
w którym:
z
– współczynnik zaleŜny od warunków pracy,
c
k
– napręŜenie dopuszczalne dla materiału słabszego z elementów współpracujących.
Podobne zadanie jak wpusty spełniają występy i rowki w połączeniach wielowypustowych.
Połączenia wielowypustowe naleŜą do najczęściej stosowanych połączeń kształtowych. Są to
połączenia bezpośrednie; na czopie wału są wykonane występy, które współpracują
z rowkami w piaście.
Rys. 7. Połączenia wielowypustowe: ogólnego przeznaczenia: a) lekkie, b) średnie; c) do obrabiarek;
d) zębate ewolwentowe; e) wielokarbowe [7,s.98]
Połączenia wielowypustowe umoŜliwiają uzyskanie dokładnego osiowania, zmniejszenie
nacisków jednostkowych w porównaniu z połączeniami wpustowymi oraz zmniejszenie
oporów tarcia przy przesuwaniu elementów w połączeniach ruchowych.
Połączenia kołkowe z łącznikiem w kształcie walca lub stoŜka,
przenoszą siły
prostopadłe do osi kołka, słuŜą do ustalania połoŜenia współpracujących części lub mogą być
stosowane do zabezpieczenia elementów łączonych przed przeciąŜeniem (sprzęgło tulejowe
kołkowe).
Rys.8. Połączenia kołkowe: a)spoczynkowe wzdłuŜne, b) spoczynkowe promieniowe,
c) ruchowe wahliwe [7, s. 102]
Zadaniem kołka jest łączenie elementów maszyn lub ustalenie ich wzajemnego
połoŜenia. Odmianą kołka są sworznie mające kształt walca o średnicy większej niŜ kołki
walcowe.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
12
Połączenia sworzniowe przenoszą większe obciąŜenia niŜ połączenia kołkowe oraz
zawsze są zabezpieczone przed przesuwaniem się wzdłuŜ ich osi za pomocą podkładek,
zawleczek, pierścieni lub kołków.
Połączenia sworzniowe są stosowane przede wszystkim w połączeniach ruchowych.
ZaleŜnie od przewidywanych warunków pracy i wymagań konstrukcyjnych, sworznie mogą
być pasowane ciasno w obu częściach łączonych i obliczane są z warunku na ścinanie lub teŜ
luźno i wtedy obliczane są na zginanie.
Łącznikiem w połączeniach są sworznie
−
grubsze kołki, które są zabezpieczane przed
wysunięciem za pomocą łbów, podkładek, zawleczek oraz pierścieni osadczych. Połączenia
sworzniowe stosowane są w połączeniach wahliwych, przegubowych.
Połączenia gwintowe
Połączenia gwintowe naleŜą do połączeń kształtowych i są najczęściej stosowane
w budowie maszyn. W połączeniu pośrednim elementy łączy się za pomocą łącznika, który
składa się zazwyczaj ze śruby i nakrętki. W połączeniach bezpośrednich elementy łączone
mają nacięty gwint. Połączenia gwintowe wykorzystywane do łączenia części naleŜą do
spoczynkowych. Połączenia gwintowe ruchowe słuŜą do zamiany ruchu obrotowego na
postępowo-zwrotny do celów napędowych (podnośniki i prasy śrubowe).
Do gwintów najczęściej stosowanych naleŜą gwinty trójkątne: metryczne i rurowe
walcowe oraz trapezowe: symetryczne i niesymetryczne. Ponadto gwinty dzieli się na:
−
zwykłe, drobne (drobnozwojne) i grube (grubozwojne);
−
jednokrotne (pojedyncze) wielokrotne (dwukrotne, trzykrotne itd.);
−
prawe i lewe.
Łączniki gwintowe mogą być znormalizowane lub wykonane jako specjalne. Dzieli się je
na: śruby, wkręty i nakrętki.
Ś
ruby mają odpowiednio ukształtowany łeb pasujący do klucza maszynowego. Wymiary
łbów są uzaleŜnione od wielkości gwintów.
Wkręty róŜnią się od śrub tym, Ŝe mają łby z naciętym rowkiem, słuŜącym do
przykręcania ich wkrętakiem.
a)
b)
c)
Rys. 9. Połączenia gwintowe: a, b) pośrednie, c) bezpośrednie [7, s. 111]
Obliczanie wytrzymałości śrub polega na wyznaczeniu średnicy rdzenia z warunków
wytrzymałościowych i następnie dobranie wymiarów gwintu o średnicy rdzenia większej niŜ
obliczeniowa. Połączenia obciąŜone mogą być siłą rozciągającą, osiową i momentem
skręcającym, siłą poprzeczną.
Połączenia podatne
Do połączeń podatnych naleŜą spręŜyny, gumy i niektóre tworzywa sztuczne.
SpręŜyny są to elementy wykonane z materiału sztywnego, którym nadano odpowiednie
kształty. Spełniają one w budowie maszyn następujące zadania:
−
dociskają części maszyn w czasie pracy,
−
łagodzą wstrząsy i uderzenia, tłumią drgania,
−
zapewniają zmianę połoŜenia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
13
SpręŜyny mogą mieć róŜne kształty. W zaleŜności od działania sił podlegają róŜnym
odkształceniom: rozciąganiu, ściskaniu, zginaniu, skręcaniu.
Rys. 10. Rodzaje spręŜyn: a), b) śrubowe walcowe, c) stoŜkowe, d), e) płaskie,
f) spiralne, g) talerzowe, h) pierścieniowe [7, s. 147]
Łączniki gumowe stosowane w budowie maszyn wykonane są z gumy naturalnej lub
sztucznej. Dzięki wielu zaletom jak: duŜa zdolność kumulowania energii, duŜa zdolność
tłumienia drgań, duŜa podatność, odporność na działanie kwasów i zasad, stosowane są
w resorach, zderzakach, amortyzatorach, przy fundamentowaniu maszyn i jako uszczelki.
Kształt łączników zaleŜy od przeznaczenia, rodzaju obciąŜenia.
Powłoki termokurczliwe
W górnictwie do ochrony przed korozją, do uszczelniania połączeń, do izolowania
rurociągów w kopalniach o zagroŜeniu wybuchowym w środowisku gazowym, stosuje się
powłoki termokurczliwe, które nakładane są „na gorąco” w postaci taśm ręcznie lub za
pomocą specjalnych owijarek. Powłoki tego typu mogą być równieŜ stosowane na
konstrukcjach stalowych: rurociągach naziemnych (np. przebiegających nad przeszkodami
wodnymi), zbiornikach, słupach oświetleniowych. Warstwa przylepna taśmy przewodzi prąd,
więc zachodzą równieŜ pełne warunki do ochrony protektorowej obiektu.
Nakładanie powłoki polega na:
−
usunięciu istniejącej powłoki antykorozyjnej z uwzględnieniem wymogów ochrony
ś
rodowiska,
−
przygotowaniu powierzchni do klasy czystości Sa 2,5 wg PN-ISO 8501 „Przygotowanie
podłoŜy stalowych przed nakładaniem farb i podobnych produktów”,
−
odtłuszczeniu,
−
nakładaniu taśmy.
a)
b)
c)
Rys. 11. Przykłady zastosowania powłok termokurczliwych: a) łata naprawcza,
b) uszczelnienie rury osłonowej, c) izolacja połączenia kołnierzowego [12]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
14
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1.
Jakie są rodzaje połączeń części maszyn?
2.
Jakie połączenia zalicza się do połączeń pośrednich?
3.
Jakie obciąŜenia mogą przenosić połączenia nitowe?
4.
Jakie konstrukcje mogą być spawane?
5.
Jak obliczamy połączenia spawane?
6.
Jakie znasz połączenia kształtowe?
7.
Które z połączeń kształtowych naleŜy do połączeń bezpośrednich?
8.
Jak projektujemy połączenia wpustowe?
9.
Do jakich połączeń naleŜy połączenie gwintowe?
10.
Jakimi siłami mogą być obciąŜone śruby?
11.
Jakie znasz rodzaje połączeń podatnych?
12.
Co to są połączenia termokurczliwe i gdzie mają zastosowanie?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Zaprojektuj połączenie spawane dwóch blach o grubości g = 12 mm ze stali St3S
obciąŜonych siłą F = 150 kN. Obliczenia wykonaj dla spoiny czołowej i pachwinowej.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
naszkicować rysunki spoiny czołowej i pachwinowej,
2)
oznaczyć wymiary spoin,
3)
zapisać wzory wytrzymałościowe do odpowiedniego rysunku,
4)
odszukać napręŜenia dopuszczalne z tablic wytrzymałościowych i przyjąć współczynniki
wytrzymałości spoin odpowiednie dla rodzaju obciąŜenia,
5)
obliczyć długości spoin,
6)
przyjąć wymiary blach według norm,
7)
oznaczyć spoiny na rysunkach,
8)
porównać wyniki obu sposobów spawania blach.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−−−−
przybory kreślarskie,
−−−−
tablice własności wytrzymałościowych stali,
−−−−
normy wymiarów blach,
−−−−
poradnik dla ucznia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
15
Ćwiczenie 2
Dobierz wymiary wpustu na wale gładkim, na którym osadzono koła pasowe według
poniŜszych danych. Narysuj rysunek wykonawczy wałka za pomocą programu
komputerowego typu CAD.
Lp.
Dane wejściowe do projektu
1.
Przenoszony moment obrotowy M , Nm
550
2.
Warunki pracy
lekkie
3.
Rodzaj połączenia (współczynnik z )
0,8
4.
Ś
rednica wału, mm
60
5.
Długość wału, mm
350
6.
Szerokość piasty koła pasowego, mm
80
7.
Materiał wału
St6
8.
NapręŜenia dopuszczalne dla wału
c
k , MPa
9.
Materiał piasty
Stal 20
10.
NapręŜenia dopuszczalne dla piasty
c
k , MPa
11.
Materiał wpustu
St5
12.
NapręŜenia dopuszczalne wpustu
c
k , MPa
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczenia,
2)
odczytać z tablic wytrzymałościowych dopuszczalne napręŜenia dla piasty, wału
i wpustu,
3)
przyjąć wymiary i odmianę wpustu z norm oraz liczbę wpustów,
4)
obliczyć siłę obwodową,
5)
obliczyć czynną i całkowitą długość wpustu,
6)
przyjąć długość znormalizowaną wpustu,
7)
naszkicować rysunek wykonawczy wału z uwzględnieniem rowka na wpust,
8)
narysować rysunek wału w za pomocą programu komputerowego CAD,
9)
wydrukować rysunek wykonawczy wałka,
10)
zaprezentować wyniki ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−−−−
przybory do pisania, kalkulator,
−−−−
tablice własności wytrzymałościowych stali,
−−−−
norma podstawowych wymiarów do doboru wpustów,
−−−−
komputer z oprogramowaniem typu CAD,
−−−−
literatura wskazana przez nauczyciela,
−−−−
poradnik dla ucznia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
16
Ćwiczenie 3
Dobierz średnicę gwintu metrycznego dla śruby z gwintem zewnętrznym wykonanej ze
stali St5 obciąŜonej siłą rozciągającą F = 45 kN.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
zorganizować stanowisko do wykonania ćwiczenia,
2)
określić,
które
parametry
gwintu
naleŜy
uwzględnić
przy
obliczeniach
wytrzymałościowych,
3)
z tablic wytrzymałościowych odczytać dopuszczalne napręŜenia na rozciąganie dla
materiału śruby,
4)
obliczyć średnicę rdzenia śruby
3
d ,
5)
przyjąć z tablic śrubę z gwintem metrycznym o średnicy rdzenia co najmniej równym
obliczonej,
6)
zaprezentować wyniki ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−−−−
przybory do pisania, kalkulator,
−−−−
tablice własności wytrzymałościowych stali,
−−−−
tablice wymiarów nominalnych gwintów metrycznych,
−−−−
literatura wskazana przez nauczyciela,
−−−−
poradnik dla ucznia.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1)
rozróŜnić połączenia pośrednie i bezpośrednie?
2)
wymienić połączenia rozłączne i nierozłączne?
3)
określić napręŜenia w połączeniu nitowym?
4)
wskazać zastosowanie połączeń kształtowych?
5)
zaprojektować połączenie spawane?
6)
wykonać projekt połączenia wpustowego?
7)
określić, jakie wielkości gwintu wyznaczamy podczas obliczeń
wytrzymałości śrub?
8)
obliczyć i dobrać śrubę dla zadanego obciąŜenia?
9)
wykonać i wydrukować rysunek wałka za pomocą programu
komputerowego typu CAD?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
17
4.2. Wały, osie i ich łoŜyskowanie
4.2.1. Materiał nauczania
Osiami nazywamy elementy maszyn podparte w łoŜyskach i słuŜące do podtrzymywania
osadzonych na nich części maszyn. Osie nie przenoszą momentu obrotowego i pracują tylko
na zginanie.
Wałami nazywamy elementy słuŜące przede wszystkim do wzdłuŜnego przenoszenia
momentu obrotowego. Wały przenoszą zarówno moment obrotowy i siły poprzeczne. Wały
naraŜone są na skręcanie i zginanie.
Czopami nazywamy odcinki wału lub osi, które stykają się ze współpracującymi
częściami maszyn (łoŜyska, koła, sprzęgła).
a)
b)
Rys. 12. Wały; a) prosty, b) korbowy [11]
Wały najczęściej występują jako dwupodporowe (dwa czopy łoŜyskowe), ale mogą
równieŜ posiadać jedno łoŜysko lub wiele łoŜysk (wały korbowe wielocylindrowych silników
spalinowych). RozróŜnia się czopy ruchowe (czopy łoŜysk ślizgowych, kół przesuwnych lub
obracających się względem nieruchomej osi) i czopy spoczynkowe (obracają się razem
z wałem). Czopy mają zwykle kształt cylindryczny ale stosowane są równieŜ inne kształty
umoŜliwiające zamocowanie elementów mechanizmów oraz przeniesienie momentu
skręcającego.
Ś
rednice czopów, osi i wałów są znormalizowane, dlatego po obliczeniach
wytrzymałościowych naleŜy je przyjmować z szeregów liczb normalnych.
Osie i wały wykonuje się najczęściej ze stali węglowej zwykłej jakości (St4S
÷
St6), wyŜszej
jakości (35, 45, 55) lub ze stali konstrukcyjnej stopowej do ulepszania cieplnego.
Przy projektowaniu osi i wałów naleŜy:
−−−−
wyznaczyć metodami statyki siły czynne i reakcje,
−−−−
obliczyć momenty zginające w przekrojach (dla wałów równieŜ momenty skręcające),
−−−−
wyznaczyć z warunków wytrzymałościowych średnice.
Ś
rednice osi i wałów pełnych o przekroju kołowym obliczamy z następujących
warunków wytrzymałościowych:
−−−−
na zginanie
g
x
g
g
k
W
M
≤
=
σ
,
3
1
,
0
d
W
x
⋅
≈
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
18
−−−−
na skręcanie (wały krótkie)
s
o
s
k
W
M
≤
=
τ
,
3
2
,
0
d
W
o
⋅
≈
−−−−
na jednoczesne zginanie i skręcanie
(
)
go
s
g
z
k
≤
⋅
+
=
2
2
τ
α
σ
σ
lub
go
x
z
z
k
W
M
≤
=
σ
gdzie:
moment zredukowany (zastępczy)
2
2
2
⋅
+
=
s
g
z
M
M
M
α
, ( hipoteza Hubera)
sj
go
k
k
=
α
−
przy skręcaniu tętniącym
so
go
k
k
=
α
−
przy skręcaniu wahadłowym.
Wały maszynowe słuŜące do przenoszenia momentu obrotowego (
s
M
M
≈
0
) obciąŜone są
zarówno siłami poprzecznymi i momentami zginającymi. Obliczanie wytrzymałości wałów
naraŜonych na skręcanie i zginanie dokonuje się wykorzystując hipotezę Hubera.
Projektując wały metodą analityczną naleŜy:
−
wyznaczyć moment
s
M skręcający pochodzący od silnika napędzającego
n
P
M
s
9550
=
, Nm
gdzie: P – moc silnika, kW,
n
– obroty silnika , obr/min,
−
wyznaczyć siłę wywołującą zginanie wału
D
M
F
s
⋅
=
2
gdzie: D – średnica koła ( zębatego, pasowego),
−
wyznaczyć metodami statyki reakcje podpór (łoŜysk),
−
wyznaczyć momenty zginające w przekrojach niebezpiecznych i w dowolnym rozpatrywanym
przekroju (liczba podziału wału zaleŜy od zmian obciąŜenia na długości wału),
−
obliczyć współczynnik redukcyjny
α
, zaleŜny od charakteru obciąŜenia,
−
obliczyć momenty zredukowane w poszczególnych przekrojach,
−
obliczyć średnice wału w rozpatrywanych przekrojach,
−
wykreślić teoretyczny kształt wału schodkowego,
−
przyjąć średnice znormalizowane dla poszczególnych stopni zachowując warunek
2
,
1
2
1
≤
d
d
,
−
określić rzeczywisty kształt wału uwzględniając czynniki konstrukcyjne (rowki wpustowe).
Rys. 13. Wał a) teoretyczny kształt, rzeczywisty kształt [5. s. 37]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
19
Projektując w ten sposób wał schodkowy otrzymujemy wał o jednakowej wytrzymałości
na całej długości wału.
ŁoŜyska jako elementy osi, wałów, powinny zapewniać:
−−−−
utrzymanie stałego połoŜenia osi obrotu wałów względem nieruchomego korpusu
maszyny; zadanie to nazywa się łoŜyskowaniem,
−−−−
ruch obrotowy wału, osi z małymi oporami,
−−−−
przenoszenie obciąŜeń wynikających z cięŜaru wałów i osadzonych na nich elementów
i sił pochodzących od obciąŜeń wałów i osi.
Ze względu na budowę łoŜyska moŜna podzielić na:
−−−−
ś
lizgowe,
−−−−
toczne.
ŁoŜyska ślizgowe słuŜą do przenoszenia duŜych obciąŜeń w duŜych korpusach maszyn,
a takŜe stosowane są w urządzeniach mechaniki precyzyjnej. W łoŜyskach ślizgowych
powierzchnia czopa wału ślizga się po powierzchni panewki lub bezpośrednio po powierzchni
otworu łoŜyska. W łoŜyskach tych występuje tarcie ślizgowe, dlatego w celu zmniejszenia
oporów ruchu, stosuje się smarowanie łoŜysk.
ŁoŜyska ślizgowe w zaleŜności od kierunku przenoszonych obciąŜeń dzielą się na
poprzeczne, wzdłuŜne i poprzeczno-wzdłuŜne. Korpusy tych łoŜysk najczęściej są dzielone ze
względu na łatwiejszy montaŜ i demontaŜ wału. Czop wału osadza się bezpośrednio
w korpusie łoŜyska lub w panewce łoŜyska. Panewki ze względu na wysokie wymagania
wytrzymałościowe, wykonane są ze stopów łoŜyskowych: cynowych (babbity), ołowiowych,
brązów, mosiądzów.
a)
b)
Rys. 14. ŁoŜyska ślizgowe: a) poprzeczne, b) wzdłuŜne [7,s. 222]
Obliczanie łoŜysk ślizgowych polega na ustalaniu ich wymiarów z warunków
wytrzymałościowych: czopy łoŜyskowe oblicza się na zginanie i naciski powierzchniowe,
oraz sprawdzeniu, czy łoŜyska w czasie pracy nie uległy nadmiernemu rozgrzaniu.
ŁoŜyska toczne stosuje wszędzie tam, gdzie są małe opory w czasie pracy, zmienne
prędkości obrotowe, przy częstszym zatrzymywaniu i uruchamianiu maszyny.
ŁoŜyska toczne w zaleŜności od kształtu elementów tocznych dzielą się na kulkowe
i walcowe.
Podstawowe wymiary łoŜysk: średnica wewnętrzna, zewnętrzna, szerokość, są
znormalizowane. Normalizacja dotyczy takŜe oznaczenia łoŜysk: dwie ostatnie cyfry, które
zawierają się w przedziale 04
÷
96 będące w oznaczeniu mnoŜy się przez pięć i liczba ta jest
ś
rednicą otworu.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
20
a)
b)
Elementy łoŜyska:
1
−
pierścień zewnętrzny
2
−
pierścień wewnętrzny
3
−
kulka
4
−
koszyk
5
−
bieŜnia wewnętrzna
6
−
bieŜnia zewnętrzna
Rys. 15. ŁoŜysko toczne: a) budowa, b) ustalanie wzdłuŜne łoŜysk [7, s. 226, 237]
Przy doborze łoŜyska tocznego dla obciąŜenia siłą poprzeczną lub wzdłuŜną decyduje:
−−−−
typ łoŜyska, zaleŜny od konstrukcji i przeznaczenia maszyny,
−−−−
wymiary łoŜyska, które zaleŜą od obciąŜenia, maksymalnej prędkości obrotowej łoŜyska,
i Ŝądanej trwałości.
Wymiary i dane do obliczeń łoŜysk zawarte są w katalogu łoŜysk tocznych. Dla kaŜdego
łoŜyska podane są: wymiary, nośność ruchowa C, wartość obciąŜenia, jakie łoŜysko moŜe
przenieść w czasie pracy, nośność spoczynkowa C
o
, dopuszczalne obciąŜenia dla łoŜysk
obracających się z prędkością do 10obr/min, maksymalna prędkość obrotowa.
Nośność ruchową dla łoŜysk kulkowych moŜna obliczyć z wzoru:
3
3
16600
F
n
L
C
h
⋅
⋅
=
[N]
gdzie:
C
−
nośność ruchowa w N,
h
L
−
Ŝą
dana trwałość łoŜyska w godzinach,
n
−
prędkość obrotowa w obr/min,
F
−
obciąŜenie łoŜyska w N.
ŁoŜyska osadza się na czopach tak, aby zapewnić stałe połoŜenie jednego czopa wału
względem korpusu maszyny, natomiast drugie łoŜysko powinno mieć moŜliwość przesuwu
wzdłuŜnego, aby uniknąć napręŜeń spowodowanych odkształceniem cieplnym lub usterkami
montaŜu. Pierścienie łoŜysk ustalane są za pomocą pierścieni spręŜynujących, osadzanych
w kanałach wału lub korpusu maszyny oraz mocowane nakrętkami łoŜyskowymi.
Oprócz wałów sztywnych stosuje się wały podatne i giętkie. Osie są zawsze proste
i zawsze sztywne. Wałki najczęściej występują jako dwupodporowe (dwa czopy łoŜyskowe),
ale mogą równieŜ posiadać jedno łoŜysko lub wiele łoŜysk (wały korbowe wielocylindrowych
silników spalinowych).
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1.
Jakie elementy maszyn nazywamy osiami a jakie wałami?
2.
Co to są czopy i jakie znasz ich rodzaje?
3.
Z jakich gatunków stali wykonuje się wały i osie?
4.
W jaki sposób obliczamy średnice wałów i osi?
5.
Jak projektujemy wał o jednakowej wytrzymałości?
6.
Jakie zadania spełniają łoŜyska?
7.
Jakie znasz rodzaje łoŜysk?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
21
8.
W jaki sposób osadzany jest wał w łoŜyskach ślizgowych?
9.
Z jakich elementów składa się łoŜysko toczne
10.
Jakie elementy toczne stosuje się w łoŜyskach?
11.
Od czego zaleŜy dobór łoŜysk tocznych?
12.
Na czym polega ustalanie wzdłuŜne łoŜysk kulkowych?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Dla dowolnej osi nieruchomej oblicz jej średnicę, przyjmując zadane obciąŜenie.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
wyznaczyć reakcje podpór,
2)
obliczyć momenty zginające w charakterystycznych punktach osi,
3)
określić ekstremum momentu zginającego,
4)
określić napręŜenia dopuszczalne na zginanie dla materiału osi,
5)
obliczyć średnicę osi z warunku wytrzymałościowego na zginanie,
6)
przyjąć średnicę zalecaną wg normy,
7)
zaprezentować wyniki ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−−−−
normy własności wytrzymałościowych stali,
−−−−
normy wymiarów nominalnych,
−−−−
poradnik dla ucznia.
Ćwiczenie 2
Z katalogu łoŜysk dobrać łoŜysko kulkowe zwykłe, jeŜeli średnica otworu
=
d
80 mm,
prędkość obrotowa
=
n
1400 obr/min. ŁoŜysko obciąŜone jest siłą poprzeczną
=
F
12 kN,
a Ŝądana trwałość wynosi
h
L =20 000 godzin.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
obliczyć nośność ruchową łoŜyska,
2)
dobrać z katalogu łoŜysk łoŜysko o średnicy wewnętrznej z zadania i nośności ruchowej
większej od obliczeniowej,
3)
określić oznaczenie łoŜyska,
4)
naszkicować i zwymiarować łoŜysko,
5)
zaprezentować wyniki ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−−−−
przybory kreślarskie i kalkulator,
−−−−
katalog łoŜysk tocznych,
−−−−
literatura wskazana przez nauczyciela,
−−−−
poradnik dla ucznia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
22
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1)
scharakteryzować osie i wały?
2)
wskazać na rysunku wału czopy i je nazwać?
3)
obliczyć średnice osi i wałów z warunków wytrzymałościowych?
4)
rozróŜnić części składowe łoŜysk ślizgowych?
5)
wymienić elementy łoŜyska tocznego?
6)
wymienić wymiary znormalizowane w łoŜysku ślizgowym?
7)
wskazać czynniki decydujące o doborze łoŜysk ślizgowych?
8)
wskazać na rysunku sposoby ustalania łoŜysk w korpusach maszyn
i mocowanie łoŜysk?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
23
4.3. Połączenia rurowe i zawory
4.3.1. Materiał nauczania
Do transportu na duŜe odległości materiałów ciekłych, gazowych, ciał sypkich lub ich
mieszanin słuŜą rurociągi. Elementami składowymi rurociągu są: rury, i ich połączenia,
kształtki, uszczelnienia, zbiorniki, pompy, filtry oraz armatura; zawory i przyrządy kontrolno-
-pomiarowe. Elementy rurociągów są znormalizowane.
Rury dobiera się w oparciu o zadane natęŜenie przepływu i zalecanych prędkości czynnika.
Ś
rednicę nominalną (wewnętrzną rury)
n
D oblicza się z zaleŜności
v
Q
D
S
n
=
⋅
=
4
2
π
w której:
Q
−
natęŜenie przepływu, m
3
/s
v
−
prędkość przepływu, m/s (dla wody 0,5
÷
5 m/s, dla powietrza 2
÷
25 m/s)
Grubość ścianki g rury
c
z
k
D
p
g
r
n
n
+
⋅
⋅
⋅
=
2
gdzie:
g
−
grubość rury, mm,
n
p
−
ciśnienie nominalne, MPa,
z
−
współczynnik zaleŜny od rodzaju materiału i metody wykonania rury (dla rur bez szwu
z
= 1, dla rur spawanych z = 0,5
÷
0,9),
c
−
naddatek grubości na korozję ( dla rur stalowych
c
≈
0,1 cm).
Dla przeciętnych warunków pracy połączenia wymiary kołnierzy dobieramy wg norm.
Połączenia rurowe dzieli się w zaleŜności od metody łączenia rur na nierozłączne:
nitowe, spawane, lutowane , klejone, roztłaczane oraz rozłączne: kielichowe, gwintowe
i kołnierzowe.
a)
b)
c)
Rys. 16. Połączenia rurowe nierozłączne: a) nitowe b) spawane, c) roztłaczane [7, s. 174]
Nitowanie rur stosuje się rzadko i przewaŜnie do rur powyŜej 800 mm. Rury spawane
są najczęściej czołowo. Roztłaczanie rur stosuje się w segmentach rurek kotłowych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
24
a)
b)
c)
d)
Rys. 17. Połączenia rozłączne: a) kielichowe, b) gwintowe, c) kołnierzowe z kołnierzem stałym, d) kołnierzowe
z kołnierzem luźnym [7, s. 177]
Połączenia rozłączne stosowane są do łączenia rur między sobą lub z innymi elementami
rurociągu. W połączeniach tych wymagane jest stosowanie uszczelek.
W połączeniach kołnierzowych najczęściej stosowane są uszczelki płaskie, wykonane
z miękkich metali, lub materiałów niemetalowych: tektury, gumy, skóry, tworzyw
sztucznych. Wybór uszczelki zaleŜy od czynnika przepływającego i jego ciśnienia.
Do zmiany przepływu czynnika cieczy lub gazu: regulacji lub odcięciu przepływu,
utrzymaniu Ŝądanego ciśnienia, zmianie drogi przepływu, słuŜą zawory.
Do najczęściej stosowanych zaworów ze względu na zastosowanie naleŜą: zawory
regulacyjne (zawór grzybkowy, zasuwy), zawory zamykające ( kurki, zasuwy), zawory
rozdzielcze, zawory bezpieczeństwa, zawory zwrotne.
Części zaworu grzybkowego
1
−
pokrętło,
2
−
wrzeciono,
3
−
nakrętka,
4
−
pokrywa,
5
−
ś
ruba złączna pokrywy,
6
−
grzybek,
7
−
zawleczka,
8
−
uszczelka na grzybku,
9
−
kadłub z Ŝeliwa,
10
−
uszczelka pokrywy,
11
−
sworzeń,
12
−
dławnica,
14
−
nakrętka,
15
−
wkręt zabezpieczający nakrętkę przed obrotem
Rys. 18. Zawór grzybkowy [7, s. 182]
a)
b)
c)
Rys. 19. Kurki: a) zwykły, b) dławikowy, c) kulisty [7, s. 187]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
25
a)
b)
1
−
dźwignia
2
−
obciąŜnik
3
−
otwory
do
plombowania
Rys. 20. Zawory: a)zasuwa klinowa, b) zawór bezpieczeństwa [7, s. 188]
Zawory bezpieczeństwa zabezpieczają przewody lub urządzenia przed nadmiernym wzrostem
ciśnienia. Otwarcie zaworu następuje w chwili przekroczenia ciśnienia granicznego do
momentu, gdy ciśnienie spadnie.
4.3.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1.
Do czego słuŜą rurociągi?
2.
Jakie elementy wchodzą w skład rurociągu?
3.
Od czego zaleŜy dobór średnicy i grubości ścianek rury?
4.
Jakie są metody łączenia rur?
5.
W jakich połączeniach stosujemy uszczelki?
6.
Od czego zaleŜy dobór uszczelki?
7.
Do czego słuŜą zawory?
8.
Jak dzielimy zawory ze względu na przeznaczenie?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Dobrać wymiary rury doprowadzającej spręŜone powietrze o ciśnieniu
n
p = 1,0 MPa
o Ŝądanym natęŜeniu przepływu Q = 0,1 m
3
/s.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
załoŜyć prędkość przepływu powietrza w granicach
v
= 2
÷
25 m/s ,
2)
obliczyć średnicę rury
n
D
,
3)
przyjąć średnicę zalecaną wg normy,
4)
załoŜyć materiał rury i metodę wykonania rury oraz współczynnik z i
c
,
5)
określić napręŜenie dopuszczalne
r
k
dla materiału rury,
6)
obliczyć grubość ścianki rury,
7)
przyjąć grubość zalecaną wg norm,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
26
8)
zaprezentować wyniki ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−−−−
normy własności wytrzymałościowych stali,
−−−−
normy wymiarów nominalnych i grubości rur,
−−−−
literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 2
Opisz budowę i zasadę działania zaworu grzybkowego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2)
zapoznać się z budową zaworu,
3)
opisać zasadę działania zaworu,
4)
zaprezentować wyniki ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−−−−
przybory kreślarskie,
−−−−
katalog zaworów,
−−−−
literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia,
−−−−
poradnik dla ucznia.
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1)
rozróŜnić elementy rurociągu?
2)
sklasyfikować metody łączenia rur?
3)
określić parametry przepływu czynnika w rurociągach?
4)
wskazać, które wielkości rur są znormalizowane?
5)
dobrać średnicę rury i jej grubość?
6)
wymienić materiały uszczelniające w połączeniach kołnierzowych?
7)
wymienić rodzaje zaworów?
8)
opisać budowę zaworu grzybkowego?
9)
wyjaśnić przeznaczenie zaworów bezpieczeństwa?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
27
4.4. Przekładnie mechaniczne
4.4.1. Materiał nauczania
Przekładnią mechaniczną nazywamy napęd mechaniczny słuŜący do przenoszenia ruchu
obrotowego z wału czynnego (napędzającego) na wał bierny (napędzany). Podstawowym
zadaniem przekładni mechanicznej jest przeniesienie energii z wału czynnego na wał bierny,
a ponadto dokonanie zmiany wartości momentu obrotowego, prędkości i sił.
Najprostsza przekładnia mechaniczna składa się z dwóch kół współpracujących ze sobą
bezpośrednio lub rozsuniętych i opasanych wspólnym cięgnem.
a)
b)
c)
d)
Rys.21. Rodzaje przekładni mechanicznych; a) cierna, b) cięgnowa, c) łańcuchowa, d) zębata [7,s. 250]
Podstawowym elementem przekładni zębatej jest koło zębate. Zgodnie z normą określa się
w płaszczyźnie prostopadłej do osi koła następujące wymiary koła zębatego:
1)
Podziałka zębów
p = π · m
m – moduł, mm
2)
Ś
rednica podziałowa
d = m · z
z – liczba zębów.
3)
Wysokość głowy zęba
h
a
= m
4)
Wysokość stopy zęba
h
a
= 1,25 · m
5)
Wysokość całkowita zęba
h = h
a
+ h
f
= 2,25 · m
6)
Ś
rednica wierzchołków
d
a
= d + 2 · h
a
= m · (z+2)
7)
Ś
rednica podstaw
d
f
= d
−
2 h
f
= m · (z
−
2,5)
8)
Szerokość zęba
s = 0,5 · p
−
j
j
−
luz międzyzębny (boczny), teoretyczny: j = 0,04 · m
9)
Szerokość wrębu
e = 0,5 · p+j
10)
Luz wierzchołkowy
c = h
f
−
h
a
=0,25 · m.
Wymiary dotyczą zębów normalnych, dla których y =1 (stosunek wysokości głowy zęba
do modułu równa się jeden.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
28
p
−
podziałka mierzona na obwodzie
koła podziałowego,
s
−
szerokość zęba,
e
−
szerokość wrębu,
h
a
−
wysokość głowy zęba,
h
a
−
wysokość stopy zęba
d
−
średnica podziałowa
d
a
−
średnica wierzchołków,
d
f
−
średnica podstaw.
Rys. 22. Główne wymiary koła zębatego [5, s. 54]
Przekładnię zębatą pojedynczą tworzy mechanizm utworzony z co najmniej dwóch kół
zębatych, które dzięki wzajemnemu zazębianiu zębów przenoszą ruch. Zęby rozmieszczone
mogą być na obwodach dwóch kół lub na obwodzie koła i listwy zwanej zębatką (jest to koło
o nieskończenie duŜej średnicy).
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
Rys. 23. Przekładnie zębate: a) koło walcowe, b) walcowa o zębach prostych, c) walcowa o zębach
skośnych, d) z uzębieniem wewnętrznym, e) zębatkowa, f) stoŜkowa o zębach prostych,
g) śrubowa, h) ślimakowa [7, s. 256]
Podstawową cechą kaŜdej przekładni jest przełoŜenie:
−−−−
kinetyczne, jest to stosunek prędkości kątowej (prędkości obrotowej) koła czynnego do
prędkości kątowej (prędkości obrotowej) koła biernego,
2
1
2
1
n
n
i
=
ω
ω
=
,
−−−−
geometryczne, jest stosunek średnic podziałowych, liczby zębów koła biernego do koła
czynnego,
1
2
1
2
1
2
z
z
d
d
D
D
i
=
=
=
.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
29
W zaleŜności od przełoŜenia rozróŜnia się dwa rodzaje przekładni:
−−−−
reduktory (przekładnie zwalniające),
1
>
i
,
−−−−
multiplikatory (przekładnie przyspieszające),
1
<
i
.
Obliczenia geometryczne przekładni polegają na określeniu liczby zębów kół zębatych
i przełoŜeń oraz podstawowych wymiarów przekładni takich jak:
1)
przełoŜenie przekładni zębatej,
2)
minimalna liczba zębów w kole zębatym,
3)
liczba zębów kół współpracujących,
4)
odległość osi kół współpracujących
a = 0,5 m (z
1
+ z
2
)
Przekładnie mogą być:
–
pojedyncze,
–
wielostopniowe,
–
wielorzędowe.
Warunkiem współpracy kół zębatych w przekładniach wielorzędowych jest spełnienie dwóch
warunków:
–
m
1
= m
2
= m
3
...
–
z
1
+ z
2
= z
3
+ z
4
= z
5
+ z
6
=·S
PrzełoŜenie całkowite przekładni i
c
jest iloczynem przełoŜeń przekładni pojedynczych i
1
, i
2
,
i
n
:
i
c
= i
1
· i
2
· i
3
·...· i
n
a)
b)
c)
n
1
– prędkość obrotowa wału
napędzającego (wejściowego)
n
2
– prędkość obrotowa wału
napędzanego (wyjściowego
)
z – ilość zębów koła zębatego
a – odległość osi kół
n
s
– prędkość obrotowa wału na
wejściu do przekładni,
n
1
, n
2
,
n
3
– prędkości obrotowe wału
na wyjściu z przekładni,
Sp – sprzęgło
Rys. 24. Rodzaje przekładni: a) pojedyncza, b) dwustopniowa, c) trzyrzędowa [5, s. 56]
Zęby w czasie pracy najczęściej ulegają zniszczeniu u podstawy zęba i z powodu
nacisków na boczną powierzchnię zęba, dlatego oblicza się je z warunku na zginanie oraz
sprawdza się na naciski powierzchniowe na bocznej powierzchni zębów.
Przekładnie cierne składają się z dwóch kół, które przekazują ruch i moment obrotowy
z koła czynnego na koło bierne za pomocą siły tarcia. Przekładnie cierne mogą mieć stałe
przełoŜenie lub zmienne.
a)
b)
Rys. 25. Przekładnie cierne: a) o stałym przełoŜeniu, b) o zmiennym przełoŜeniu [7, s. 327]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
30
Przekładnie cięgnowe składają się z dwóch rozsuniętych kół i opasającego je podatnego
cięgna, którym mogą być pasy (płaskie i klinowe) lub łańcuchy.
a)
b)
Rys. 26. Koła pasowe: a) do pasów płaskich, b) do pasów klinowych wielorowkowych [7, s. 352]
W napędach maszyn stosuje się przekładnie składające się z kół wielorowkowych. Pasy
klinowe mają przekrój trapezowy. Kąt rozwarcia pasów klinowych wynosi α = 40
o
, a kąt
rowków w kole wynosi α = 38
o
, 36
o
, 34
o
.
a)
b)
c)
α
– kąt opasania małego koła,
γ
– kąt rozwarcia pasa
a – rozstaw kół
d
p1
– średnica skuteczna koła napędzającego,
d
p2
– średnica skuteczna koła napędzanego,
n
1
– obroty koła czynnego,
n
2
– obroty koła biernego.
Rys. 27. Wymiary przekładni pasowej: a) geometryczne, b) pasa klinowego,
c) wieńca koła pasowego [7, s. 351]
Przekładnie pasowe z pasami płaskimi i klinowymi oblicza się według Polskich Norm.
Tok postępowania przy projektowaniu przekładni pasowej z pasem klinowym:
–
dobór typu pasa według norm i średnicy skutecznej koła napędzającego,
–
porzyjęcie średnic skutecznych na podstawie przełoŜenia z uwzględnieniem poślizgu 1%
d
p2
= 0,99 · i · d
p1
,
–
sprawdzenie, czy przyjęty rozstaw kół mieści się w granicach
0,5 · (d
p1
+ d
p2
) + 50 < a ≤ 2 · (d
p1
+ d
p2
),
–
obliczenie kąta opasania na małym kole
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
31
a
d
d
p
p
⋅
−
=
2
2
cos
1
2
α
,
0
180
70
<
<
dop
α
,
–
obliczenie długości teoretycznej pasa
L = 2
cos
⋅
⋅
a
2
γ
+
(
)
( )
(
)
1
2
1
2
2
p
p
rad
p
p
d
d
d
d
−
+
+
+
⋅
γ
π
,
–
przyjęcie długości znormalizowanej pasa
p
L
dla poszczególnego typu wg norm,
–
obliczenie prędkości obwodowej pasa
60000
1
1
n
d
v
p
⋅
⋅
=
π
, m/s
gdzie:
1
n
– prędkość obrotowa koła napędzającego, obr/min,
–
sprawdzenie częstotliwości zginania pasa G
( )
40
max
1
=
≤
⋅
=
G
L
v
z
G
m
p
, 1/s
–
obliczenie liczby pasów z potrzebnych do przeniesienia załoŜonej mocy
ϕ
k
k
k
P
P
z
L
T
⋅
⋅
=
1
gdzie: P – moc przenoszona przez przekładnię,
1
P
– moc przenoszona przez jeden pas wg norm,
T
k
– współczynnik trwałości pasa wg norm,
L
k
– współczynnik Ŝywotności pasa wg norm,
ϕ
k
– współczynnik kąta opasania pasa wg norm.
–
przyjęcie pozostałych wymiarów kół pasowych wg norm.
Stałe przełoŜenie i dowolne rozstawienie kół umoŜliwiają przekładnie łańcuchowe.
Łańcuch składa się z szeregu ogniw, które mają róŜne kształty. Przekładnie łańcuchowe mogą
przenosić duŜe siły. Wadą tych przekładni jest konieczność regulacji zwisu oraz głośna praca
i duŜy koszt wytworzenia.
Rys. 28. Przekładnia łańcuchowa [7, s. 356]
4.4.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1.
Jakie znasz rodzaje przekładni mechanicznych?
2.
Jakie znasz rodzaje przekładni zębatych?
3.
Jakie są główne wymiary koła zębatego?
4.
Co nazywamy przełoŜeniem przekładni i jakie wartości moŜe przyjmować?
5.
Ile prędkości obrotowych wału wyjściowego moŜna uzyskać na wyjściu z przekładni
dwustopniowej i trzyrzędowej?
6.
Jak skonstruowane są przekładnie pasowe?
7.
Jak projektuje się przekładnie pasowe?
8.
Od czego zaleŜy długość cięgna w przekładniach pasowych i łańcuchowych?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
32
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Zapoznaj się z DTR motoreduktora.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2)
zapoznać się z zawartością DTR,
3)
określić rodzaj przekładni: jednostopniowa, wielostopniowa, wielorzędowa,
4)
scharakteryzować parametry przekładni: przełoŜenie, moment obrotowy, moc,
5)
zapoznać się z budową przekładni,
6)
zapoznać
się
z
instrukcją
obsługi
motoreduktora:
instalowania,
transportu,
przechowywania, uruchamiania i eksploatacji,
7)
określić ilość przeglądów technicznych,
8)
zaprezentować wyniki ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−−−−
DTR przekładni mechanicznych,
−−−−
literatura wskazana przez nauczyciela,
−−−−
poradnik dla ucznia.
Ćwiczenie 2
Odtworzyć wymiary zniszczonego koła zębatego biernego z przekładni pojedynczej,
jeŜeli wiadomo, Ŝe koło czynne ma średnicę podziałową d
1
= 400, m
1
= i = 6, przełoŜenie
przekładni wynosi i = 2.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2)
określić wielkości jednakowe dla prawidłowej współpracy kół zębatych,
3)
wyznaczyć średnicę podziałową koła biernego z przełoŜenia przekładni,
4)
obliczyć pozostałe wymiary koła biernego,
5)
przedstawić wyniki ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−−−−
notatnik, kalkulator,
−−−−
poradnik dla ucznia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
33
Ćwiczenie 3
Oblicz obroty na wyjściu z przekładni przedstawionej na rysunku, jeŜeli prędkość
obrotowa wału napędzającego
1200
=
s
n
obr/min.
Rysunek do ćwiczenia 3.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2)
określić rodzaj przekładni,
3)
sprawdzić warunek współpracy kół zębatych,
4)
obliczyć przełoŜenia dla róŜnych połoŜeń sprzęgła,
5)
obliczyć obroty na wyjściu z przekładni n
1
i n
2
,
6)
określić, czy przekładnia jest reduktorem, czy multiplikatorem,
7)
zaprezentować wyniki ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−−−−
notatnik, kalkulator,
−−−−
poradnik dla ucznia.
Ćwiczenie 4
Oblicz długość pasa klinowego zastosowanego w przekładni, która posiada koła pasowe
o średnicach skutecznych d
p1
= 140 mm, d
p2
= 280 mm i rozstawie osi kół a = 600 mm.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2)
zapoznać się z odpowiednim fragmentem materiału z poradnika dla ucznia,
3)
naszkicować schemat przekładni,
4)
obliczyć teoretyczną długość pasa przekładni,
5)
sprawdzić w normach, które przekroje pasów przekładni odpowiadają obliczonym
wartościom,
6)
zaproponować oznaczenie przekroju pasa i koła rowkowego,
7)
przyjąć długość znormalizowaną pasa,
8)
naszkicować przekrój pasa i koła rowkowego i zwymiarować wg norm,
9)
przedstawić wyniki ćwiczenia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
34
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−−−−
notatnik, przybory do szkicowania, kalkulator,
−−−−
normy pasów klinowych i kół rowkowych do pasów klinowych,
−−−−
poradnik dla ucznia.
4.4.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1)
rozróŜnić rodzaje przekładni?
2)
określić parametry koła zębatego?
3)
obliczyć wymiary koła zębatego?
4)
obliczyć przełoŜenie przekładni wielorzędowych?
5)
określić zasadę działania i budowę przekładni mechanicznych?
6)
odczytać instrukcje obsługi przekładni na podstawie DTR?
7)
przedstawić tok postępowania przy projektowaniu przekładni
pasowych?
8)
dobrać długość znormalizowaną pasa przekładni pasowej?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
35
4.5. Sprzęgła i hamulce
4.5.1. Materiał nauczania
Sprzęgłem nazywamy zespół układu napędowego, który słuŜy do łączenia dwóch wałów
i przekazywania momentu obrotowego z wału czynnego na wał bierny bez zmiany kierunku
ruchu obrotowego. Sprzęgło składa się z członu czynnego (wał napędzający), członu
biernego (wał napędzany) i łącznika przekazującego moment z jednego wału na drugi.
MontaŜ wału czynnego i biernego za pomocą sprzęgła zwykle odbywa się po zatrzymaniu
wałów. Stosowane są równieŜ specjalne sprzęgła rozruchowe pozwalające na wyrównanie
prędkości kątowej w przypadku, gdy jeden z tych wałów jest ruchomy a drugi nieruchomy
przed połączeniem.
Ze względu na łącznik sprzęgła dzielą się na:
−−−−
mechaniczne; łącznikiem są elementy stałe: wpust, kołek,
−−−−
hydrodynamiczne, łącznikiem jest ciecz,
−−−−
elektromagnetyczne, siły pól elektromagnetycznych,
−−−−
cierne, siły tarcia.
Największe zastosowanie w budowie maszyn mają sprzęgła mechaniczne. W zaleŜności
od sposobu połączenia członów sprzęgła dzielimy na nierozłączne (stałe) oraz rozłączne
(włączalne).
Sprzęgła nierozłączne mogą być sztywne lub podatne. Sprzęgła sztywne spełniają jedynie
funkcję łączenia wałów Sprzęgła podatne dzięki specjalnym elementom spręŜystym mogą
pełnić dodatkowe funkcje jak np. łagodzenie obciąŜeń dynamicznych, kompensację błędów
osiowości i równoległości wałów. Wały łączone sprzęgłem najczęściej mają wspólną oś
obrotu (sprzęgła kołnierzowe), jednak moŜe równieŜ wystąpić przypadek przecinania się osi
wałów pod kątem ostrym (sprzęgła przegubowe).
1, 2
−
korpus,
3
−
ś
ruba
pasowana
wg
PN
−
91/M
−
82342,
4
−
nakrętka
wg
PN
−
86/M
−
82144,
5
−
podkładka
wg
PN
−
77/M
−
82008
Rys. 29. Sprzęgło sztywne kołnierzowe wg PN
−
66/M
−
85251, [8, s. 391]
Sprzęgła kołnierzowe dobieramy z norm dla załoŜonych średnic łączonych wałów,
momentu obrotowego z uwzględnieniem współczynnika przeciąŜenia, obliczając z warunku
na ścinanie śruby ciasno pasowane w otworach kołnierzy sprzęgła:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
36
t
t
k
n
D
d
M
≤
⋅
⋅
⋅
⋅
=
⋅
2
2
1
max
8
π
τ
gdzie:
1
d
– średnica śruby w przekroju naraŜonym na ścinanie,
2
D
– średnica rozstawienia otworów na śruby
n
– liczba śrub,
max
M
–maksymalny moment przenoszony przez sprzęgło.
Do łączenia wałów o kącie między osiami dochodzącym do 40
o
słuŜą sprzęgła
samonastawne przegubowe (Cardana).
a)
b)
W
1
, W
2
−
widełki
K
−
krzyŜ
Rys. 30. Schematy sprzęgieł przegubowych: a) o osiach równoległych,
b) o osiach ustawionych pod kątem [7, s. 374]
Sprzęgła samonastawne łączą wały, których osie nie pokrywają się. W zaleŜności od
charakteru przesunięcia osi wałów sprzęgła te mogą być odpowiednio – osiowe, promieniowe
i kątowe.
Rys. 31. Przesunięcia osi wałów: a) osiowe, b) promieniowe, c) kątowe [7, s. 84]
Sprzęgłem, które kompensuje przesunięcie osiowe, jest sprzęgło kłowe. Połączenie
wałów następuje w spoczynku przez wsunięcie kłów tarczy przesuwnej osadzonej na wale
biernym w rowki tarczy stałej, osadzonej na wale czynnym.
Rys. 32. Sprzęgło kłowe: 1 – wał czynny, 2 – wał bierny, 3 – tarcza stała, 4 – tarcza przesuwna [7, s. 372]
Przesunięcia poprzeczne wałów łączonych wynikające z niedokładności wytworzenia
kompensuje sprzęgło Oldhama, które dopuszcza równieŜ ze względu na zarys rowków
i występów, odchylenie kątowe osi wałów.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
37
a)
b)
Rys. 33. Sprzęgło Oldhama: a) z kłami prostymi, b) z kłami o zarysie ewolwentowym [7, s. 372]
W sprzęgłach ciernych przeniesienie momentu obrotowego moŜliwe jest dzięki sile
docisku wywołanej na powierzchniach ciernych. Sprzęgła tarczowe są powszechnie
stosowane w układach przeniesienia napędu pojazdów samochodowych. Rozłączanie tych
sprzęgieł moŜliwe jest przy róŜnych prędkościach członów, a nawet wtedy, gdy człon bierny
pozostaje w spoczynku.
a)
b)
Rys. 34. Sprzęgła cierne: a) tarczowe, b) stoŜkowe [7, s. 384]
Kolejnym rodzajem sprzęgieł są sprzęgła samoczynne, które wyłączają się bez
interwencji obsługującego. Włączenie lub rozłączenie następuje wskutek działania siły
odśrodkowej lub zmianie kierunku ruchu obrotowego. W grupie tej wyróŜnia się sprzęgła
bezpieczeństwa:
−−−−
z łącznikiem podlegającym zniszczeniu
−
sprzęgło sztywne tulejowe kołkowe,
−−−−
z łącznikiem trwałym, w którym wyłączenie następuje po przekroczeniu momentu
obrotowego.
Rys. 35. Sprzęgło odśrodkowe cierne: 1 – człon czynny, 2 – człon bierny,
3 – segmenty kształtowe, 4 – trzpienie [7, s. 389]
W sprzęgle bezpieczeństwa tulejowym naleŜy dobrać średnicę i materiał kołków tak, aby
po przekroczeniu załoŜonego momentu obrotowego uległy zniszczeniu.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
38
Hamulcem nazywamy urządzenie słuŜące do zatrzymywania, zwalniania lub regulacji
ruchu maszyn. W budowie maszyn stosuje się najczęściej hamulce cierne. Hamulce te
działają na podobnej zasadzie jak sprzęgła cierne, lecz działanie ich jest odwrotne. Zadaniem
sprzęgieł ciernych jest nadanie ruchu obrotowego członowi biernemu, natomiast zadaniem
hamulców jest zatrzymanie części czynnej hamulca przez sprzęgnięcie jej z częścią
nieruchomą, z reguły związaną z korpusem maszyny.
ZaleŜnie od rodzaju mechanizmu włączającego i wyłączającego rozróŜnia się hamulce
cierne mechaniczne oraz hydrauliczne, pneumatyczne i elektromagnetyczne. Do
podstawowych odmian hamulców ciernych mechanicznych zalicza się hamulce tarczowe –
stoŜkowe i wielopłytkowe, klockowe (szczękowe) oraz cięgnowe (taśmowe).
a)
b)
c)
Rys. 36. Hamulce: a) wielopłytkowy, b) jednoklockowy, c) cięgnowy [7, s. 392]
Ze względu na charakter pracy hamulce dzieli się na: luzowe i zaciskowe. Hamulce
luzowe są stale zaciśnięte na bębnie hamulcowym (tarczy hamulca) i luzowane przed
uruchomieniem maszyny. Hamulce luzowe są stosowane m.in. w mechanizmach podnoszenia
suwnic oraz jako hamulce bezpieczeństwa w kolejnictwie. Hamulce zaciskowe są stale
swobodne, tzn. części stała i ruchoma są odłączone i współpracują ze sobą tylko w czasie
hamowania (hamulce noŜne w samochodach).
W obrabiarkach do szybkiego zatrzymywania wrzeciona stosowane są hamulce tarczowe.
1
−
część nieruchoma hamulca
z okładziną cierną,
2
−
część ruchoma hamulca,
3
−
korpus obrabiarki,
4
−
przełącznik,
5
−
sprzęgło cierne wielopłytkowe
Rys. 37. Hamulec tarczowy stoŜkowy ze sprzęgłem wielopłytkowym [7, s. 398]
4.5.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1.
Do czego słuŜą sprzęgła?
2.
Które ze sprzęgieł zaliczamy do stałych a które do wyłączalnych?
3.
Jak działają sprzęgła jednokierunkowe?
4.
W których sprzęgłach moŜliwe jest przesunięcie poprzeczne osi łączonych wałów?
5.
Jakie znasz rodzaje sprzęgieł bezpieczeństwa?
6.
Do czego słuŜą hamulce?
7.
Jakie rodzaje hamulców stosuje się w maszynach?
8.
Jaka jest róŜnica między sprzęgłem ciernym a hamulcem ciernym?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
39
4.5.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na podstawie dokumentacji techniczno-ruchowej urządzenia nazwij i scharakteryzuj
zastosowane w nim elementy maszyn.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
szczegółowo przeanalizować dokumentację techniczną urządzenia,
2)
określić rodzaje zastosowanych połączeń i elementów napędów,
3)
zapisać wyniki analizy konstrukcji urządzenia,
4)
przedstawić wyniki ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−
dokumentacja techniczno-ruchowa urządzenia,
−
katalogi przekładni i mechanizmów,
−
literatura wskazana przez nauczyciela.
Ćwiczenie 2
Dobierz sprzęgło kołnierzowe sztywne łączące dwa wały o średnicy
=
d
70 mm
przenoszące maksymalny moment obrotowy
max
M
= 2800 Nm. Dobierz materiał śrub, jeŜeli
sprzęgło przenosi zmienny moment obrotowy przy częstych zmianach kierunku obrotów.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeanalizować rysunek sprzęgła kołnierzowego,
2)
określić rodzaj pasowania śrub w sprzęgle,
3)
z normy sprzęgła kołnierzowego sprawdzić dla średnicy wałów maksymalny moment
przenoszony przez sprzęgło,
4)
odczytać z normy wielkości potrzebne do wyznaczenia napręŜenia ścinającego,
5)
wyznaczyć napręŜenia ścinające w śrubie,
6)
porównać napręŜenia rzeczywiste z napręŜeniami dopuszczalnymi dla materiału śrub
zaleŜnych od warunków pracy sprzęgła,
7)
określić wymiary dobranego sprzęgła,
8)
przedstawić wyniki ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−−−−
przybory kreślarskie i kalkulator,
–
normy sprzęgieł kołnierzowych,
–
normy własności wytrzymałościowych stali,
–
literatura wskazana przez nauczyciela.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
40
Ćwiczenie 3
Dobierz z katalogu hamulec dwuklockowy dla średnicy bębna D = 500 mm
i maksymalnym momencie hamowania 1200 Nm.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
zapoznać się z budową hamulca,
2)
określić zastosowanie hamulców,
3)
określić parametry hamulców,
4)
dobrać hamulec dla danych z ćwiczenia,
5)
określić pozostałe wymiary hamulca z katalogu,
6)
omówić wykonanie ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−
katalogi hamulców,
−
rysunki ofertowe,
−
modele, plansze hamulców,
−
literatura wskazana przez nauczyciela.
4.5.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1)
opisać budowę sprzęgieł i ich zastosowanie?
2)
sklasyfikować sprzęgła?
3)
dobrać wymiary sprzęgła kołnierzowego?
4)
dobrać
z
warunków
wytrzymałościowych
materiał
ś
rub
w sprzęgłach?
5)
opisać budowę hamulców?
6)
dobrać z katalogu hamulce?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
41
4.6. Mechanizmy
4.6.1. Materiał nauczania
Mechanizmem nazywa się układ części maszynowych, które są połączone ze sobą
ruchowo tak, Ŝe mogą wykonywać określone ruchy. W mechanizmie moŜna wyróŜnić
następujące człony:
−−−−
człon nieruchomy (podstawa), względem którego określa się ruchy innych członów,
−−−−
człon napędzający (czynny), któremu jest nadawany określony ruch z zewnątrz,
−−−−
człon roboczy, przekazujący ruch na zewnątrz układu,
−−−−
człony pomocnicze (łączniki), przenoszące ruch z członu napędzającego na roboczy.
Członami mechanizmu mogą być elementy sztywne (dźwignie, tłoki, wały, korby) lub
elementy odkształcalne (spręŜyny, pasy, łańcuchy) lub ciała ciekłe lub gazowe.
Człony mechanizmów są ze sobą powiązane, tworząc połączenia:
−−−−
obrotowe (przegubowe), w których człony mogą się względem drugiego obracać się,
−−−−
przesuwne, człony mogą się przesuwać.
W budowie maszyn oprócz przekładni mechanicznych i śrubowych do mechanizmów
naleŜą następujące rodzaje mechanizmów:
−−−−
ś
rubowe
−−−−
dźwigniowe,
−−−−
krzywkowe,
−−−−
z przerywanym ruchem członów napędzanych (zapadkowe, tzw. krzyŜ maltański),
−−−−
z elementami spręŜystymi.
Mechanizmy śrubowe słuŜą do zmiany ruchu obrotowego nakrętki (lub śruby) na ruch
prostoliniowy śruby (lub nakrętki).
Wśród mechanizmów dźwigniowych wyróŜniamy:
−−−−
czteroczłonowy łańcuch dźwigniowy (czworobok przegubowy), który w zaleŜności od
długości poszczególnych członów moŜe być mechanizmem korbowo-wahaczowym,
dwukorbowym lub dwuwahaczowym,
−−−−
mechanizm korbowy,
−−−−
mechanizm jarzmowy.
W czworoboku wyróŜniamy podstawę , ramiona i łącznik. Ramię, które moŜe
wykonywać pełny obrót, nazywa się korbą, a ramię, które wykonuje tylko ruchy wahadłowe,
nazywa się wahaczem.
a)
b)
c)
Spełniony jeden z warunków Grashofa:
Nie są spełnione oba warunki
Muszą być spełnione oba warunki
Dwa warunki Grashofa: 1)
2
1
3
4
l
l
l
l
+
≤
+
, 2)
3
2
1
4
l
l
l
l
+
≤
+
Rys. 38. Czworobok przegubowy: a) korbowo-wahaczowy, b) dwukorbowy, c) dwuwahaczowy;
1
−
podstawa (ostoja), 2, 4
−
ramiona, 3
−
łącznik.[7, s. 408]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
42
Mechanizm korbowo-wodzikowy składa się z dwóch członów: korby i korbowodu oraz
trzech węzłów. Ruch obrotowy korby wywołuje ruch prostoliniowy wodzika, który przesuwa
się w prowadnicach. Mechanizmy korbowe słuŜą do zamiany ruchu obrotowego na
postępowo-zwrotny między innymi w spręŜarkach, pompach tłokowych lub ruchu
postępowo-zwrotnego na obrotowy w silnikach spalinowych, parowych tłokowych.
a)
b)
Rys. 39. Mechanizm korbowy: a) schemat i zastosowanie, b) prędkości członów mechanizmu;
1
−
korba, 2
−
korbowód, 3
−
tłok (wodzik) [4, s. 303]
Mechanizm jarzmowy słuŜy do zamiany ruchu obrotowego na postępowo zwrotny
napędzanego elementu. Przykładem zastosowania mechanizmu jarzmowego jest napęd
suwaka strugarki. Na obracającym się sworzniu osadzony jest kamień prostopadłościenny,
który przesuwa się w prowadnicach jarzma nadając suwakowi ruch wahadłowy.
a)
b)
Rys. 40. Mechanizm jarzmowy: a) schemat, b) napęd suwaka strugarki poprzecznej:
1, 2
−
koła zębate, 3
−
sworzeń, 4
−
kamień, 5
−
prowadnice jarzma [6, s 162]
Mechanizm krzywkowy umoŜliwia otrzymanie dowolnego ruchu, najczęściej
postępowo
−
zwrotnego o zmiennej prędkości. Składa się z krzywki i popychacza. Szybkość
przesunięcia popychacza zaleŜy od zarysu powierzchni krzywki. Elementem napędzającym
mechanizmu (członem czynnym) jest zwykle krzywka, a członem napędzanym (biernym) –
popychacz. Warunkiem koniecznym dla uzyskania prawidłowej pracy mechanizmu jest
nieprzerwany styk powierzchni roboczej krzywki z popychaczem.
Mechanizmy krzywkowe stosuje się przewaŜnie do sterowania ruchem w automatach
tokarskich, silnikach spalinowych do sterowania ruchem zaworów i innych urządzeniach.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
43
a)
b)
c)
Rys. 41. Rodzaje mechanizmów krzywkowych: a) z krzywką płaską, b) z krzywką tarczową,
c) z krzywkową walcową; 1
−
krzywka, 2
−
wał, 3
−
popychacz, 4
−
spręŜyna [7, s. 413]
Do mechanizmów słuŜących do otrzymywania ruchu przerywanego naleŜą mechanizmy
zapadkowe stosowane w sprzęgłach jednokierunkowych, hamulcach oraz mechanizmy
nazywane krzyŜem maltańskim.
a)
b)
Rys. 42. Mechanizmy do otrzymywania ruchu przerywanego:
a) zapadkowy, b) krzyŜ maltański [7, s. 411]
Mechanizmy zapadkowe są wykorzystywane do przesuwu poprzecznego stołu na
prowadnicach belki w strugarkach poprzecznych. Ruch zapadki jest ruchem wahadłowym
powodującym przesuwanie się stołu tylko podczas jałowego ruchu noŜa strugarskiego.
1
−
oś,
2, 3, 8
−
koła zębate,
4
−
trzpień,
5
−
dźwignia,
6
−
zapadka,
7
−
śruba
Rys. 43. Mechanizm zapadkowy napędu strugarki poprzecznej [6, s. 163]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
44
4.6.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1.
Co nazywamy mechanizmem?
2.
Z jakich członów składa się mechanizm?
3.
Jakie znasz rodzaje mechanizmów?
4.
Do czego słuŜą mechanizmy śrubowe?
5.
Jakie znasz rodzaje mechanizmów dźwigniowych?
6.
Kiedy czworobok przegubowy jest mechanizmem korbowo-wahaczowym?
7.
Z jakich części składa się mechanizm korbowo-wodzikowy?
8.
Jakie znasz mechanizmy ruchu przerywanego?
9.
Gdzie mają zastosowanie mechanizmy zapadkowe?
4.6.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Scharakteryzuj działanie i parametry członów mechanizm korbowo-wodzikowego
w dowolnym połoŜeniu korby.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
naszkicować mechanizm korbowo-wodzikowy,
2)
nazwać człony mechanizmu,
3)
podać przykłady zastosowania tego mechanizmu w praktyce,
4)
określić wpływ połoŜenia korby na parametry kinetyczne mechanizmu,
5)
zaprezentować wyniki ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy
–
poradnik ucznia,
–
modele mechanizmów,
–
literatura wskazana przez nauczyciela.
Ćwiczenie 2
Scharakteryzuj działanie mechanizmów ruchu przerywanego i podaj ich zastosowanie.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
odszukać z literatury technicznej zespół maszyny, gdzie zastosowano mechanizm ruchu
przerywanego,
2)
nazwać człony mechanizmu,
3)
scharakteryzować pełny obrót mechanizmu,
4)
podać zastosowanie tego mechanizmu,
5)
wyszukać inne rodzaje mechanizmów ruchu przerywanego,
6)
zaprezentować wyniki ćwiczenia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
45
WyposaŜenie stanowiska pracy
–
poradnik ucznia,
–
modele mechanizmów,
–
Poradnik Mechanika,
–
literatura wskazana przez nauczyciela.
4.6.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1)
wymienić rodzaje mechanizmów?
2)
omówić zasadę działania mechanizmów i ich zastosowanie?
3)
scharakteryzować elementy mechanizmów dźwigniowych?
4)
wskazać zastosowanie mechanizmów korbowych?
5)
wskazać zastosowanie mechanizmów ruchu przerywanego?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
46
4.7. MontaŜ i demontaŜ
4.7.1. Materiał nauczania
MontaŜem nazywamy składanie części danego wyrobu oddzielnie w zestawy, które
następnie biorą udział w dalszym procesie montaŜowym jako jedna całość.
Zestawy, stanowiące jednostki montaŜowe, nie zawsze są zgodne z rysunkami złoŜeniowymi
wykonywanymi przez dział głównego konstruktora. RozbieŜności te powstają stąd, Ŝe
w dokumentacji konstrukcyjnej wyrób dzielony jest na człony uŜytkowe zgodnie
z przewidywanymi dla nich funkcjami. Podział przeprowadzony przez konstruktora niekiedy
nie pokrywa się z podziałem, jakiego dokonuje później technolog, który kieruje się
wymaganiami technologii, a przede wszystkim potrzebami montaŜu. Zmiany rozwiązań
konstrukcyjnych zaproponowane przez technologa nie mogą wpływać niekorzystnie na
funkcjonowanie wyrobu.
śą
dane wymiary złoŜenia otrzymuje się w wyniku składania kilku części. Dokładność
wymiaru złoŜenia zaleŜy od dokładności wykonania poszczególnych części.
Technolog projektujący proces technologiczny montaŜu powinien zapoznać się ze
wszystkimi rysunkami złoŜeniowymi, w celu ustalenia właściwej kolejności łączenia
zespołów niŜszego rzędu w zespół wyŜszego rzędu.
W zaleŜności od technologii i organizacji stosuje się następujące sposoby montaŜu
części:
−
z zachowaniem całkowitej zamienności,
−
z zastosowaniem selekcji,
−
z zastosowaniem wkładek kompensacyjnych,
−
z indywidualnym dopasowaniem części.
MontaŜ z zachowaniem całkowitej zamienności stosuje się wówczas, gdy montowane
części są wykonane tak dokładnie, Ŝe przy montaŜu zbędne jest ich dopasowywanie. MontaŜ
taki jest bardzo prosty i mogą go wykonywać pracownicy o niŜszych kwalifikacjach.
MontaŜ z zastosowaniem selekcji polega na podziale gotowych części na grupy
o zawęŜonych tolerancjach i kojarzeniu ze sobą części naleŜących do tych samych grup. Taki
montaŜ umoŜliwia stosowanie znacznie większych tolerancji niŜ montaŜ z zachowaniem
całkowitej zamienności części.
Przy montaŜu z zastosowaniem wkładek kompensacyjnych wykonuje się pomiary
montowanych części i w zaleŜności od wyników tych pomiarów, w celu uzyskania Ŝądanych
wymiarów, stosuje się odpowiedniej grubości podkładki.
MontaŜ z indywidualnym dopasowaniem części polega na zmianie montowanych części
drogą wykonania dodatkowej obróbki ręcznej lub mechanicznej, co uniemoŜliwia
zastosowanie tej części do innego wyrobu bez dodatkowego dopasowywania.
Proces technologiczny montaŜu zaleŜy od sposobu montaŜu oraz od wielkości produkcji.
Im większa produkcja , tym szczegółowa powinna być opracowana dokumentacja
montaŜowa. Sposób montaŜu oparty jest na podziale na proste operacje montaŜowe, które
powinny być ze sobą zsynchronizowane. Montowany wyrób powinien przechodzić kolejno od
jednej brygady do następnej lub od jednego pracownika do drugiego przy zastosowaniu
transportu swobodnego na wózkach i przy zastosowaniu przenośników, suwnic lub
wymuszonego za pomocą mechanicznych urządzeń transportowych o działaniu ciągłym lub
przerywanym.
Drugim warunkiem prawidłowej organizacji montaŜu jest właściwe rozwiązanie
konstrukcyjne przyrządu, na którym jest montowany dany wyrób. Usytuowanie przyrządu
montaŜowego powinno umoŜliwiać dobry dostęp do wyrobu montowanego; dlatego
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
47
przyrządy montaŜowe powinny być podwieszone, a ich zespoły napędowe powinny
znajdować się nad zespołami roboczymi.
Proces technologiczny montaŜu dzieli się podobnie jak proces technologiczny obróbki
skrawaniem, na operacje i zabiegi. RównieŜ dokumentacja technologiczna montaŜu składa się
z karty technologicznej, zawierającej podział procesu na operacje, oraz instrukcji
montaŜowych opracowanych dla kaŜdej operacji.
Operacją montaŜową nazywa się zamkniętą część procesu technologicznego montaŜu,
wykonaną bez przerw na jednym stanowisku przez jednego pracownika lub grupę
pracowników, na jednostkach montaŜowych. Operacje montaŜowe dzieli się na zabiegi.
Zabieg montaŜowy jest to zamknięta część operacji wykonana na jednym miejscu, jednym
narzędziem ( zespołem narzędzi lub przyrządem, dwóch lub więcej jednostek montaŜowych.
Do podstawowych operacji montaŜu zalicza się:
−
mycie i rozkonserwowanie,
−
wykonywanie połączeń spoczynkowych nierozłącznych,
−
wykonywanie połączeń spoczynkowych rozłącznych,
−
wykonywanie połączeń ruchowych,
−
regulowanie luzów oraz pomiary ustawcze,
−
próby i badania.
Rys. 44. MontaŜ zespołu z zespołów niŜszego rzędu: a) wspornik, b) wałek, c) zespół [1, s. 322]
Operacja montaŜu zespołu przedstawiona na rysunku składa się z następujących zabiegów:
Zabieg 1 – włoŜenie dwóch wałków 1 we wspornik środkowy 3, przetknięcie dwóch śrub
(technologicznych) przez wspornik 3 oraz wałki 1 i zamocowanie w uchwycie.
Zabieg 2 – załoŜenie dwóch pierścieni oporowych 4 spręŜyn,
Zabieg 3 – załoŜenie dwóch spręŜyn 7,
Zabieg 4 – załoŜenie dwóch dźwigni zaworu dolotowego 5,
Zabieg 5 – załoŜenie dwóch dźwigni zaworu wylotowego 6,
Zabieg 6 – załoŜenie dwóch spręŜyn 7,
Zabieg 7 – załoŜenie dwóch pierścieni oporowych 4 spręŜyn,
Zabieg 8 – załoŜenie dwóch wsporników środkowych 3,
Zabieg 9 – przetknięcie śrubami 8 dwóch wsporników 3 i wałków 1,
Zabieg 10 – załoŜenie dwóch dźwigni 5 zaworu dolotowego,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
48
Zabieg 11 – załoŜenie dwóch dźwigni 6 zaworu wylotowego,
Zabieg 12 – załoŜenie dwóch pierścieni oporowych 4,
Zabieg 13 – załoŜenie czterech spręŜyn 7,
Zabieg 14 – załoŜenie dwóch pierścieni 4,
Zabieg 15 – załoŜenie wspornika przedniego 2,
Zabieg 16 – załoŜenie wspornika tylnego 3,
Zabieg 17 – przetknięcie śrubami 8 wsporników 2 i 3 oraz wałków 1,
Zabieg 18 – odmocowanie zespołu, wyjęcie śrub technologicznych, załoŜenie śrub 8.
DemontaŜ jest operacją przebiegającą w sposób odwrotny niŜ montaŜ.
Ze względu na zakres prac wykonywanych w czasie demontaŜu dzieli się go na :
–
demontaŜ wstępny; obejmuje odłączanie z zewnątrz elementów, podzespołów, zespołów
przy nienaruszeniu zwartości zespołów, w ramach demontaŜu wstępnego odłączane są
pokrywy, instalacje zewnętrzne, elementy wyposaŜenia normalnego lub specjalnego,
–
demontaŜ częściowy; obejmuje rozkładanie zespołów w celu wymiany elementów
szybko się zuŜywających, bez odłączania podstawowych zespołów,
–
demontaŜ pełny; obejmuje czynności niezbędne do rozłączenia wszystkich połączeń
rozłącznych i nierozłącznych, w których nastąpiło zuŜycie wymagające przeprowadzenia
zabiegów remontowych.
Prace demontaŜowe poprzedzane są myciem, czyszczeniem zewnętrznym oraz właściwym
ustawieniem maszyny do demontaŜu. Po zdemontowaniu zespoły i elementy powinny być
odpowiednio składowane i zabezpieczane. Rozłączanie połączeń w zespołach w celu ich
rozluźnienia poprzedza podgrzewanie połączeń – rozłączenie połączeń skurczowych,
stosowanie środków chemicznych – polanie lub zanurzenie w nafcie dla połączeń źle
uŜytkowanych lub skorodowanych. Do czynności mechanicznych mającym ułatwić
demontaŜ, naleŜy dospawanie uchwytów, zniszczenie elementów mniej wartościowych jak
ś
cięcie nitów.
DemontaŜ maszyn odbywa się w ściśle określonej kolejności przez technologa. W skład prac
demontaŜowych maszyny wchodzą następujące czynności:
–
odłączenie maszyny od silnika, zdjęcie pasów napędowych, łańcuchów oraz wyłączenie
sprzęgła,
–
mycie i czyszczenie zewnętrzne maszyny,
–
zaznaczenie wzajemnego połoŜenia elementów przez wykonanie na elementach
sprzęŜonych odpowiednich rys lub znaków,
–
zdjęcie elementów zewnętrznych i zespołów,
–
składowanie i zabezpieczenie elementów, które będą montowane.
Tabela 2. Rodzaje operacji przy pracach demontaŜowo – montaŜowych [9, s.29]
Rodzaj operacji
WyposaŜenie stanowisk
1.Ścinanie,
obcinanie,
wycinanie
Przecinaki pneumatyczne i elektryczne.
NoŜyce. Przyrządy do wycinania rowków
2. Wiercenie otworów
Wiertarki pneumatyczne i elektryczne.
Przenośne wiertarki
3. Piłowanie
Przenośne
szlifierki
elektryczne
i pneumatyczne. Pilnikarki
4. Prostowanie i gięcie
Prasy
hydrauliczne
lub
elektropneumatyczne.
I. Dopasowywanie
części
5. Skrobanie, docieranie,
szlifowanie
Skrobaki mechaniczne i pneumatyczne.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
49
6. Mycie, odtłuszczanie
i dekonserwacja
Urządzenia myjące ze zmechanizowanym
ruchem elementów i zmechanizowanym
natryskiem.
Myjnie
komorowe,
wielokomorowe. Zasobniki na części
7. Czyszczenie części
Mechaniczne
urządzenie
czyszczące.
Urządzenie ultradźwiękowe
8. Usuwanie napręŜeń
Urządzenia mechaniczne i elektryczne
II. Przygotowania
części do
łączenia
9. Malowanie
międzyoperacyjne
Mechaniczne
urządzenia
do
przygotowania powierzchni i nakładania
powłok
10.
Wtłaczanie,
(wytłaczanie)
tulei, zakładanie
(odłączanie) kół zębatych
Prasy
pneumatyczne
i
hydrauliczne.
Urządzenia śrubowe do zaprasowywania.
Elektroindukcyjne
ogrzewanie
wanien
z cieczą na części wtłaczane na gorąco.
Oziębianie
spirytusem,
płynnym
powietrzem
„suchym
lodem"
części
wciskanych
11.
Ustawianie
i
mocowanie
Uchwyty
szybkomocujące.
Magnesy.
Przyrządy uniwersalne specjalne
12. Składanie (rozkładanie)
części i zespołów
Przenośniki.
Suwnice
kratownicowe.
Stoiska i stojaki.
Uchwyty i przyrządy montaŜowe
13. Nitowanie
Nitownice hydrauliczne i pneumatyczne
14.
Zakręcanie
ś
rub
i nakrętek
Mechaniczne klucze do śrub i nakrętek.
Klucze graniczne
III. Łączenie
i odłączanie części
15.
Zawalcowywanie
i zaginanie
Przyrządy i urządzenia z napędem
mechanicznym
16. WyrównowaŜanie
WywaŜarki statyczne i dynamiczne ze
zmechanizowanym
podawaniem
i zdejmowaniem elementów
IV.
Badanie
zespołów maszyn
17. Próby, docieranie
i regulacje
Stanowiska z napędem mechanicznym
i zmechanizowaną rejestracją danych
18. Segregacja części
i kompletacja
podzespołów
Zasobniki wg rodzajów części i podze-
społów (łatwo przesuwne)
V.
Czynności
obsługi
demontaŜu
i montaŜu
19. Transport części
i zespołów
Suwnice. Dźwigi. Zasobniki zasilające.
Transportery taśmowe
20. Malowanie całości
Mechaniczne urządzenie do przygoto-
wywania powierzchni i nakładania powłok
VI.
Czynności
pomontaŜowe
21. Pakowanie
Zasobniki do zespołów (jako wyrobów
końcowych). Urządzenia dźwigowe do
maszyn i urządzeń
MontaŜ połączeń gwintowych
Połączenia gwintowe powinny zapewnić właściwe połoŜenie łączonych części, niekiedy
szczelność i regulację połoŜenia łączonych części. W związku z tym naleŜy zapewnić
prawidłowe nakręcanie nakrętek i wkręcanie śrub do oporu stosując klucze, wkrętaki zwykłe
lub elektryczne lub klucze dynamometryczne, jeŜeli instrukcja montaŜu podaje wartości
momentów obrotowych dokręcania śrub. Przestrzegać naleŜy kolejności dokręcania śrub.
Nakrętki rozłoŜone na okręgu koła naleŜy dokręcać na krzyŜ.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
50
Rys. 45. Kolejność dokręcania śrub lub nakrętek [2, s. 127]
Przed samoczynnym odkręcaniem się nakrętek i śrub stosuje się zabezpieczenia kształtowe
(podkładki odginane, nakrętki z zawleczkami) i cierne (podkładki spręŜyste).
a)
b)
c)
d)
e)
Rys. 46. Rodzaje zabezpieczeń przed odkręcaniem łączników gwintowych: a)podkładki spręŜyste, b) spręŜyny,
c) zawleczka w nakrętce koronowej, d) podkładka odginana, e) przeciwnakrętka [7, s. 123]
MontaŜ połączeń kształtowych
Przy montaŜu połączeń wpustowych głównym wymaganiem jest zachowanie
współosiowości wału i piasty koła. Osadzanie wpustu w rowku odbywa się przy lekkich
uderzeniach młotka miedzianego lub przy uŜyciu specjalnych przyrządów.
1 – wpust
2 – tuleja
3 – trzpień
4 – korpus
5 – sworzeń
6 – dźwignia
7 – czop klinowy
Rys. 47. Przyrząd do wtłaczania wpustów [9, s. 104]
Wysokość wystawania wpustu poza rowek sprawdza się za pomocą pryzmowego
urządzenia mikrometrycznego, a wzajemne połoŜenie dwóch wpustów przeciwległych za
pomocą przyrządu czujnikowego.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
51
a)
b)
Rys. 48. Sprawdzanie zamontowanych wpustów: a) pomiar części wystającej
wpustu, b) sprawdzenie połoŜenia wpustu [2, s. 143]
Połączenia wielowypustowe montuje się z uŜyciem sił statycznych lub przy
podgrzewaniu elementów obejmujących do temperatury 80–120
0
C.
MontaŜ połączeń wtłaczanych
Do wtłaczania elementów stosuje trzpienie, przyrządy udarowe, przyrządy śrubowe,
prasy.
Do wtłaczania tulejek stoŜkowych nacisk wywierany jest przez opuszczenie cięŜaru
z wysokości.
a)
b)
Rys. 49. Przyrządy do wtłaczania tulejek: a) udarowy, b) śrubowy [9, s. 109]
MontaŜ łoŜysk
MontaŜ łoŜysk ślizgowych niedzielonych polega na wtłoczeniu tulei w korpus,
zabezpieczenie jej przed obrotem, a następnie dopasowaniu tulei do czopa wału.
Najprostszym sposobem jest wbijanie tulei za pomocą młotka, stosując podkładkę dla
ochrony brzegów tulei. Przy większych wciskach i tulejkach cienkościennych stosuje się
trzpień centrujący, aby uniknąć ukośnego ustawiania się i ścinania tulei. Do montaŜu krótkich
tulejek stosuje się przyrządy, w których tulejkę osadza się na oprawkę prowadzącą na
trzpieniu.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
52
Rys. 50. Wtłaczanie tulejki: a) za pomocą młotka, b) na prasie, c) za pomocą przyrządu [2, s. 197]
Po wtłoczeniu tulejkę rozwierca się lub kalibruje, pasując z czopem wałka oraz
zabezpiecza przed obracaniem. Przy wtłaczaniu na gorąco montaŜ naleŜy wykonać w miarę
szybko ze względu na szybkie nagrzewanie się tulejki po zetknięciu z gorącym otworem.
W przypadku łoŜysk dzielonych, panewki osadza się w korpusie składającym się z dwóch
części. MontaŜ takiego łoŜyska polega na prawidłowym osadzeniu panewek w gnieździe
łoŜyska i spasowaniu ich z czopem wału. Pokrywę łoŜyska ustala się w stosunku do podstawy
za pomocą śrub pasowanych, kołków ustalających, wycięć lub wpustów. Przed montaŜem
naleŜy wstępnie osadzić panewki w gnieździe w celu sprawdzenia ich przylegania. MontaŜ
wykonuje się przy uŜyciu młotka z nakładką drewnianą.
a)
b)
1 – pokrywa
2 – panewki
3 – korpus
4 – kliny smarowe
Rys. 51. ŁoŜysko ślizgowe dzielone: a) ustalanie pokrywy za pomocą kołków, b) ustalanie pokrywy
za pomocą wpustów [2, s. 200]
W łoŜyskach tocznych podczas pracy zawsze jeden z pierścieni jest nieruchomy
względem drugiego. Przy ruchomym czopie łoŜysko musi być na nim osadzone ciasno
(tolerancja wymiaru czopa k5, k6) i bez wcisku w korpusie maszyny (tolerancja otworu H7,
H8), a przy ruchomym korpusie łoŜysko naleŜy osadzać ciasno w otworze korpusu (tolerancja
ś
rednicy otworu N7, M7) i bez wcisku na czopie (tolerancja średnicy czopa h6, h7). ŁoŜyska
toczne montuje się za pomocą przyrządów, ściągaczy i oprawek.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
53
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Rys.52. Przyrządy do montaŜu i demontaŜu łoŜysk tocznych: a) wtłaczanie łoŜyska na wałek za pomocą tulei,
b) wtłaczanie łoŜysk na wałek za pomocą trzpienia, c) osadzenie wałka w łoŜysku z zastosowaniem
oprawki zabezpieczającej zakończenie wałka, d) przyrząd do osadzania łoŜyska w gnieździe, e) przyrząd
do jednoczesnego osadzania łoŜyska na wałka i w gnieździe,
f) ściągacz do demontaŜu łoŜyska [2, s. 216]
4.7.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1.
Co nazywamy montaŜem?
2.
Jakie znasz sposoby montaŜu?
3.
Co nazywamy operacją i zabiegiem montaŜowym?
4.
Z jakich operacji składa się montaŜ?
5.
Co to jest demontaŜ i jakie są jego rodzaje?
6.
Z jakich czynności składa się demontaŜ?
7.
Jakie operacje wykonuje się podczas łączenia i odłączania części?
8.
Jak zabezpieczamy połączenia nakrętki i śruby przed samoczynnym odkręceniem się?
9.
Jak sprawdzamy poprawność osadzenia wpustu na wale?
10.
Jak montujemy łoŜyska ślizgowe?
11.
Jak montujemy łoŜyska toczne?
4.7.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Odczytaj dokumentację montaŜową przekładni zębatej.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2)
zapoznać się z rysunkiem złoŜeniowym przekładni zębatej,
3)
zapoznać się z kartą technologiczną montaŜu,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
54
4)
określić ilość operacji montaŜu,
5)
zapoznać się z instrukcjami montaŜowymi do poszczególnych operacji,
6)
określić wydziały i stanowiska montaŜowe,
7)
określić przyrządy, urządzenia potrzebne do montaŜu i kontroli technicznej,
8)
odczytać z karty technologicznej czas wykonania poszczególnych operacji,
9)
zaprezentować wyniki ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−
rysunek złoŜeniowy przekładni zębatej,
−
karta technologiczna montaŜu,
−
instrukcje montaŜowe,
−
literatura wskazana przez nauczyciela.
Ćwiczenie 2
Wykonaj zaślepienie króćca na zbiorniku spręŜonego powietrza. Króciec o średnicy
nominalnej D = 50 mm zakończony jest stałym kołnierzem pełnym.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2)
sprawdzić stan techniczny narzędzi uŜywanych do montaŜu,
3)
zapoznać się z instrukcją montaŜu,
4)
oczyścić powierzchnie kołnierzy,
5)
załoŜyć uszczelkę,
6)
nałoŜyć kołnierz zaślepiający, określić sposób przygotowania powierzchni do malowania,
7)
włoŜyć śruby w otwory kołnierzy,
8)
nałoŜyć na śruby podkładki,
9)
nakręcić palcami nakrętki do oporu,
10)
sprawdzić, czy powierzchnia czołowa nakrętki jest prostopadła do osi śruby,
11)
skręcać nakrętki na krzyŜ odpowiednimi kluczami,
12)
dokręcić nakrętki z uŜyciem klucza dynamometrycznego do wymaganego w instrukcji
momentu obrotowego,
13)
zachować zasady bhp podczas wykonywania ćwiczenia,
14)
zaprezentować wykonane ćwiczenie.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−
kołnierze do skręcenia, uszczelka, śruby, nakrętki, podkładki,
−
instrukcja montaŜu,
−
klucze, klucz dynamometryczny,
−−−−
ś
rodki czyszczące,
−−−−
dokumentacja techniczna zbiornika.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
55
Ćwiczenie 3
Wykonaj montaŜ łoŜyska tocznego ciasno pasowanego na wale za pomocą prasy
oraz sprawdź poprawność jego osadzenia.
Sposób wykonania ćwiczenia:
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2)
oczyścić i umyć współpracujące części,
3)
dobrać przyrządy mocujące,
4)
zabezpieczyć zakończenia wałków oprawkami,
5)
podgrzać łoŜysko w kąpieli olejowej o temperaturze 100÷150
0
C,
6)
ustawić łoŜysko na prasie,
7)
wtłoczyć łoŜysko za pomocą prasy,
8)
sprawdzić bicie promieniowe i osiowe na przyrządzie,
9)
wykonać ćwiczenie z zachowaniem zasad bhp,
10)
zaprezentować wykonane ćwiczenie.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
−
instrukcja montaŜu,
−
wał i łoŜysko,
−
prasa do wtłaczania łoŜysk,
−
przyrządy do montaŜu łoŜyska,
−
instrukcja stanowiskowa obsługi prasy,
−
urządzenia do podgrzewania kąpieli olejowej,
−
przyrządy pomiarowe do pomiaru bicia,
−
literatura wskazana przez nauczyciela.
4.7.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1)
scharakteryzować rodzaje montaŜu i demontaŜu?
2)
wymienić rodzaje operacji przy pracach demontaŜowo-montaŜowych?
3)
dobrać wyposaŜenie stanowisk do rodzaju operacji?
4)
odczytać dokumentację montaŜową?
5)
wykonać montaŜ połączenia śrubowego?
6)
określić przyrządy do montaŜu łoŜysk ślizgowych i tocznych?
7)
wykonać montaŜ łoŜyska ślizgowego?
8)
wykonać czynności montaŜowe z zachowaniem zasad bhp?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
56
5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1.
Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.
2.
Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.
Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4.
Test zawiera 20 zadań. Do kaŜdego zadania dołączone są 4 moŜliwości odpowiedzi.
Tylko jedna jest prawidłowa.
5.
Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki naleŜy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.
6.
Zadania wymagają prostych obliczeń, które powinieneś wykonać przed wskazaniem
poprawnego wyniku.
7.
Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
8.
Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóŜ jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.
9.
Na rozwiązanie testu masz 30 min.
Powodzenia!
ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH
1.
Do połączeń nierozłącznych zaliczamy połączenie
a)
wpustowe.
b)
ś
rubowe.
c)
spawane.
d)
kołkowe.
2.
Projektując połączenia nitowe dobiera się materiał elementów połączenia w ten sposób,
aby najmniejszą wytrzymałość miał gatunek materiału zastosowanego na
a)
sworznie nitów.
b)
blachy łączone.
c)
nakładki połączenia.
d)
łby nitów i nakładki.
3.
Łącznikiem w połączeniu wpustowym nie powinien być
a)
wpust pryzmatyczny.
b)
wpust czółenkowy.
c)
wpust czopkowy.
d)
klin dwustronny.
4.
Rysunek przedstawia połączenie
a)
kołkowe suwliwe.
b)
sworzniowe.
c)
kołkowe wahliwe.
d)
kołkowe osiowe.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
57
5.
Rysunek przedstawia zawór
a)
kulisty.
b)
dławikowy.
c)
grzybkowy.
d)
bezpieczeństwa
6.
Odległość osi dwóch współpracujących kół zębatych o następujących danych: z
1
= 25,
z
2
= 80, m = 2 mm wynosi
a)
52,5 mm.
b)
105 mm.
c)
210 mm.
d)
420 mm.
7.
Na rysunku przedstawiono mechanizm
a)
zębaty.
b)
zapadkowy.
c)
cięgnowy.
d)
krzywkowy.
8.
Ruch tłoka w cylindrze silnika jest realizowany dzięki zastosowaniu mechanizmu
a)
korbowo-wodzikowego.
b)
ś
rubowego.
c)
jarzmowego.
d)
zapadkowego.
9.
Utrzymanie stałego połoŜenia osi obrotu wałów względem nieruchomego korpusu
maszyny zapewniają
a)
łoŜyska ślizgowe.
b)
cięgna kół pasowych.
c)
reduktory.
d)
sprzęgła samonastawne.
10.
Ruch wahadłowy realizowany jest w urządzeniach, w których zastosowano mechanizm
a)
krzywkowy.
b)
zapadkowy.
c)
zębatkowy.
d)
jarzmowy.
11.
JeŜeli prędkość obrotowa na wale czynnym wynosi 1200 obr/min, a przełoŜenie
przekładni i = 2 to prędkość obrotowa koła biernego wyniesie
a)
2400 obr/min.
b)
1200 obr/min.
c)
600 obr/min.
d)
300 obr/min.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
58
12.
Ile naleŜy przyjąć nitów w połączeniu nitowym zakładkowym, jeŜeli dopuszczalne
napręŜenie na ścinanie nitów wynosi 110 MPa, siła obciąŜająca nity wynosi 100 kN,
a przekrój ścinany sworznia nitu wynosi 2·10
-4
m
2
?
a)
2.
b)
3.
c)
4.
d)
5.
13.
Rysunek przedstawia sprzęgło
a)
tulejowe.
b)
cierne tarczowe.
c)
zębate.
d)
kłowe.
14.
Do montaŜu nie zaliczamy następującej operacji
a)
wykonywania połączeń spoczynkowych.
b)
wykonywania połączeń ruchowych.
c)
regulowania luzów.
d)
nacinania uzębień.
15.
Na której przekładni na wale biernym moŜna uzyskać dwie prędkości obrotowe
a)
b)
c)
d)
16.
Które połączenie naleŜy do połączeń nierozłącznych
?
a)
b)
c)
d)
17.
Rysunek przedstawia
a)
sprzęgło cierne stoŜkowe.
b)
przekładnię zębatą stoŜkową.
c)
sprzęgło zębate.
d)
sprzęgło cierne tarczowe.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
59
18.
Na rysunku przedstawiono mechanizm
a)
zębaty.
b)
zapadkowy.
c)
cięgnowy.
d)
krzywkowy.
19.
Połączenie spawane obciąŜone jak na rysunku obliczane jest z wzoru
a)
g
k
W
c
F
≤
⋅
=
σ
b)
=
σ
t
k
b
a
F
≤
⋅
c)
=
σ
g
k
b
a
g
F
≤
⋅
⋅
d)
t
k
b
g
F
≤
⋅
=
τ
20.
Dobierz koła zębate dla przedstawionej przekładni.
z
1
z
2
z
3
z
4
a)
88,
92,
92,
84.
b)
98,
110,
104,
94.
c)
101,
114,
118,
100.
d)
101,
113,
116,
98.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
60
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko................................................................................................
Projektowanie części maszyn i połączeń
Zakreśl poprawną odpowiedź
Nr
zadania
Odpowiedź
Punkty
1.
a
b
c
d
2.
a
b
c
d
3.
a
b
c
d
4.
a
b
c
d
5.
a
b
c
d
6.
a
b
c
d
7.
a
b
c
d
8.
a
b
c
d
9.
a
b
c
d
10.
a
b
c
d
11.
a
b
c
d
12.
a
b
c
d
13.
a
b
c
d
14.
a
b
c
d
15.
a
b
c
d
16.
a
b
c
d
17.
a
b
c
d
18.
a
b
c
d
19.
a
b
c
d
20.
a
b
c
d
Razem:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
61
6. LITERATURA
1.
Brodowicz W., Grzegórski Z.: Technologia budowy maszyn. Wydawnictwo Szkolne
i Pedagogiczne, Warszawa 1998
2.
Górecki A., Grzegórski Z.: MontaŜ, naprawa i eksploatacja maszyn i urządzeń
przemysłowych. Technologia. WSiP, Warszawa 1998
3.
Górecki A.: Technologia ogólna. Podstawy technologii mechanicznych. WSiP,
Warszawa 2005
4.
Kozak B.: Mechanika techniczna. WSiP, Warszawa 2004
5.
Malik B.: Podstawy konstrukcji maszyn. Zbiór zadań. Wydawnictwo szkolne, PWN,
Warszawa 2000
6.
Okoniewski S.: Technologia maszyn. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa
1999
7.
Rutkowski A., Stępniewska A.: Zbiór zadań z części maszyn. Wydawnictwo Szkolne
i Pedagogiczne, Warszawa 1998
8.
Rutkowski A.: Części maszyn. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1992
9.
Wrotkowski J.: DemontaŜ i montaŜ. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa
1991
10.
Zawora J.: Podstawy technologii maszyn. WSiP, Warszawa 2001
11.
www.anticor.pl
12.
www.home.agh.edu.pl