background image

 
 
 
 
 
 
 
 
ZMĘCZENIÓWKA 
 
Wykres Wöhlera 

 

Zk- obszar wytrzymałości zmęczeniowej przy małej 
ilości cykli 
Zo-  obszar  wytrzymałości  zm.  przy  ograniczonej  
ilości cykli 
Zz- obszar wytrzymałości zm. przy nieograniczonej  
ilości cykli 
 
Sposoby 

obliczenia 

współczynnika 

poszczególnych obszarach: 
1.N

c

<10

4

-obszar obciążeń statycznych 

δ

=Re/

σ

max

 

2.10

4

<N

c

<10

7

 – obszar wytrzymałości ograniczonej 

δ

z

=Z

o

/

σ

max

    (Z

o

-wyznaczone  doświadczalnie  lub 

obliczone Z

o

=Z

g

(10

7

/N

c

)^

ς

3.N

c

>10

7

  –  obszar  wytrzymałości  nieograniczonej 

δ

=Z

g

/

σ

max

 

 
 Liczba całkowita cykli  
N

c

=n(1/min)*60*h(ilość 

godzin)*z(liczba 

zmian)*D(dni)*l(lat) 

σ

m

=(

σ

max

+

σ

min

)/2- naprężenie średnie 

σ

a

=(

σ

max

-

σ

min

)/2- amplituda naprężeń 

R=

σ

min

/

σ

max

 –współczynnik asymetrii cyklu 

Kappa=

σ

m

/

σ

a

- współczynnik stałości obciążenia  

Wykres Haigha 

 

Wykres Smitha 

 

Aby narysować wykres potrzeba Re, Zo,Zj. 
Jeżeli przy wzroście obciążenia stosunek amplitudy 

σ

a

  do  naprężenia  średniego 

σ

m

  będzie  stały  to 

wartość wytrzymałości zmęczeniowej określa punkt 
k1  

σ

a

/

σ

m

=const,     x

2

=z

1

/

σ

max

=E*k1/CD 

 Jeśli  przy  wzroście  obciążeń  naprężenie  średnie 
cyklu 

pozostaje 

stałe 

to 

wytrzymałość 

zmęczeniowa odpowiadająca punktowi D określona 
jest punktem k2, współczynnik bezpieczeństwa   

σ

m

=const     x2=Z2/

σ

z

=Ck2/CD 

D-punkt pracy. 
 
 
 CZYNNIKI 

WPŁYWAIĄCE 

NA 

WYTRZ. 

ZMĘCZENIOWĄ 
Pod  pojęciem  KARBU  należy  rozumieć  wszelkie 
nieciągłości  poprzecznych  przekrojów  przedmiotu 
lub  zmiany  krzywizn  powierzchni  ograniczających 
przedmiot (rowki, otwory, gwinty) 
Rozkład  naprężeń  w  obszarze  karbu  zależy  od 
geometrii 

karbu, 

związanej 

wymiarami 

przedmiotu.  Charakterystykę  zmęczeniową  karbu 
ujmujemy  w  tzw.  współczynniku  kształtu 

α

k

  . 

Wartość  współczynnika 

α

k

  zależy  od:  stosunku 

promienia krzywizny dna karbu 

ρ

 do promienia lub 

połowy  szerokości  przekroju  r  w  elementach 
płaskich  w  płaszczyźnie  karbu,  oraz  od  stosunku 
promienia  połowy  szerokości  elementu  R  w 
miejscu nie osłabionym karbem do promienia r. 

 

β

k

-  współczynnik  działania  karbu-  stosunek 

wytrzymałości  próbek  gładkich  bez  karbu  do 
wytrzymałości  próbek  gładkich  z  karbem. 

β

k

zależy  od  współczynnika  kształtu  i  współczynnika 
wrażliwości materiału na działanie karbu. 
 

β

k

=1+

η

k

(

α

k

+1)      gdzie 

η

k

-  współczynnik 

wrażliwości  materiału  na  działanie  karbu  (jest 
zależny  od  Rm, 

ρ

o

)  =1  dla  materiałów  doskonale 

sprężystych  „szkło”      =0  dla  materiałów 
niewrażliwych na działanie karbu „żeliwo szare”. 
Współczynnik 

β

p

 

charakteryzuje 

zmianę 

wytrzymałości    elementów  po  różnej  obróbce 
skrawaniem  w  porównaniu  z  próbką  polerowaną. 
Do  obliczeń  elementów  z  karbem  o  znanym 

β

k

 

posługujemy  się  zależnością 

β

=

β

k

+

β

p

-1  (w 

przypadku  karbów  prostych 

β

p

  pomijamy,  dla 

żeliwa  po  usunięciu  naskórku  odlewniczego 
przyjmujemy 

β

p

=1) 

β

pz

- dla powierzchni ulepszanych 

β

=

β

k

*

β

pz

 

Współczynnik  wielkości  elementu 

ε

=z

d

/z,  z

d

wytrzymałość zmęczeniowa próbki o średnicy d, z- 
wytrzymałość zmęczeniowa próbki o średnicy od 7 
do 10mm  (

γ

=1/

ε

). 

 

δ

-rzeczywisty współczynnik bezpieczeństwa 

δ

<1 nie występuje 

δ

=1.3-1.4 

–ścisłe 

obliczenia 

na 

podstawie 

dokładnych danych doświadczalnych 

δ

=1.4-1.7  -  dla  zwykłej  dokładności  obliczeń,  bez 

doświadczalnego sprawdzenia obliczeń 

δ

=1.7-  2  –  dla zmniejszonej  dokładności  obliczeń, 

przy możliwości określenia naprężeń i obciążeń  

δ

=2-3  –  przy  orientacyjnym  określaniu  obciążeń  i 

naprężeń  dla  niepewnych  lub  specjalnie  ciężkich 
warunków pracy (odlewy) 
  
 
OBLICZENIA 

ZMĘCZENIOWE 

PRZY 

OBCIĄŻENIACH ZŁOŻONYCH 
Przy 

jednoczesnym 

występowaniu 

naprężeń 

różnego  rodzaju  naprężenia  te  składamy  przy 
zastosowaniu odpowiedniej hipotezy wytężeniowej. 
Naprężenia 

zastępcze 

dla 

obciążeń 

niesymetrycznych  (wahadłowych)  obliczamy  tak 
samo  jak  dla  obciążeń  stałych.  Przy  przewadze 
naprężeń  normalnych 

σ

z

=(

σ

2

+(k

σ

*

τ

/k

τ

)

2

)^(1/2). 

Przy 

przewadze 

naprężeń 

stycznych 

σ

z

=((k

τ

*

σ

/k

σ

)

2

+

τ

2

)^(1/2). 

Rozwiązując 

te 

zależności 

można 

dowieść, 

że 

rzeczywisty 

współczynnik 

bezpieczeństwa 

jest 

równy 

δ

z

=1/(1/

δ

σ

2

+1/

δ

τ

2

)

1/2

  

δ

σ

,

δ

τ

-składowe 

rzeczywistego 

współczynnika 

bezpieczeństwa  obliczane  tak  jakby  działało  tylko 
zmienne naprężenie normalne lub styczne. 
 
 

WAŁY I OSIE 
Jeśli  jest  przenoszony  moment  skręcający  to  taką 
część  nazywamy  wałem,  jeśli  nie  to  osią.  Części 
wałów osi na których są osadzone współpracujące 
z nimi elementy nazywamy czopami. 
ETAPY PROJEKTOWANIA WAŁÓW: 
1.Projektowanie 

wstępne 

polegające 

na 

ukształtowaniu  wału  na  podstawie  uproszczonych 
obliczeń wytrzymałościowych i zadanych dyspozycji 
wymiarowych 
2.Obliczenia sprawdzające- sztywności(kąta ugięcia 
i  strzałki),  obliczenia  dynamiczne  (prędkości 
krytycznej  ii  drgania  rezonansowe),  obliczenia 
zmęczeniowe 

(rzeczywisty 

współczynnik 

bezpieczeństwa) 
3.Ostateczne kształtowanie wału. 
 

MATERIAŁY NA WAŁY 
1.St3-St5  wtedy  gdy  o  kształcie  wału  decyduje 
sztywność 
2.35-45  gdy  wał  przenosi  duże  obciążenie  w 
szczególności 

45 

gdy 

wskazanej 

jest 

powierzchniowe utwardzenie czopów 
3.dla  wałów  uzębionych  materiał  taki  jak  dla  kół 
zębatych  (stale  CrNi  do  ulepszania  cieplnego, 
nawęglania i azotowania)  
 

KSZTAŁTOWANIE WAŁU 
Kształtowanie 

powierzchni 

swobodnych 

przeprowadzamy  po  ukształtowaniu  powierzchni 
roboczych,  czyli  czopów-należy  uwzględnić  aby 
d

1

/d

2

  <=1,2  ,  natomiast  czopy  należy  kształtować 

według zaleceń normy. 
Gładkość powierzchni  
1.czopów końcowych :R

z

=2,5-0,32

µ

2.powieszchni swobodnych : wały wolno obrotowe 
i  średnio  bieżne  (R

z

=10-5

µ

m),  wysokoobrotowe  ( 

R

z

=2,5

µ

m) 

 
Tolerancje  –  powierzchnie  swobodne  wykonujemy 
w  tolerancji  warsztatowej  IT14  (h14)  przy  dużych 
obrotach IT12 do IT10 
   
Uwzględnianie wpustu:  
1.Jeżeli  obciążenie  jest  w  przybliżeniu  statyczne 
wystarczy,  by  moment  bezwładności  przekroju  z 
rowkiem 

był 

nie 

mniejszy 

od 

momentu 

bezwładności zarysu teoretycznego. 
2.Gdy  wał  pracuje  w  zmiennym  cyklu  obciążenia 
przy  niewielkim  udziale  momentu  skręcającego 
moment  bezwładności  koła  wpisanego  winien  być 
nie mniejszy niż teoretyczny    
3.Gdy 

występuje 

duży 

udział 

momentu 

skręcającego 

moment 

bezwładności 

koła 

współśrodkowego  z  przekrojem  poprzecznym 
wału,  stycznego  zewnętrznie  do  dna  rowka  pod 
wpust winien być nie mniejszy od teoretycznej  
 
Sprawdzenia – ugięcie dopuszczalne (F

dop

=2-3*10

-4

 

rozstawu  łożysk),  dopuszczalny  kąt  skręcenia  
(

ϕ

dop

=0,002-0,01rad/m)  

 
 
 
 
 
 
ŁOŻYSKA TOCZNE  
Dwie  ostatnie  cyfry  oznaczają  średnicę  otworu 
wewnętrznego 

(00-10,01-12,02-15,03-17,04-

20,05-25,06-30,07-*5) 

Cyfry 

początkowe 

oznaczają  serię  łożyska  i  niekiedy  grupę 
konstrukcyjną  (62-kulkowe  zwykłe,  72-kulkowe 
skośne,303-stożkowe.293-baryłkowe wzdłużne) 
Materiały- pierścień i części toczne wykonywane są 
ze specjalnej stali chromowej ŁH 15  lub ŁH 15SG 
 
Dobór łożysk : 
1.ograniczenia wymiarowe łożysk  
2.wielkości i kierunki obciążenia 
3.prędkość obrotowa 
4.możliwość ograniczenia błędu współosiowości 
5.wymagana dokładność i cichobieżność 
6.sztywność ułożyskowania 
 
Nośność  spoczynkowa  n<10  1/min  ,  jest  to  takie 
obciążenie  które  wywołuje  łączne  odkształcenie 
plastyczne równe 0,0001mm elementów tocznych 
 
Trwałość – jest to czas pracy łożyska w milionach 
obrotów lub godzin 

L=(C/P)

ρ

  

c-nośność ruchowa, p- obciążenie ( 

ρ

=3-

łożysko kulkowe, 

ρ

=10/3-łożysko wałeczkowe) 

L

10

-trwałość umowna osiągana przez 90% łożysk  

L=a1*a2*a3*L

10

 

 

Algorytm doboru łożysk tocznych : 
1.ustalenie 

schematu 

konstrukcyjnego 

łożyskowania 
2.pokreślenie  wartości  i  kierunków  obciążeń  i 
prędkości obrotowej łożysk 
3.dla obciążeń zmiennych obliczamy P

n

 i n

n

.  

4.ustalenie ograniczeń geometrycznych  
5.wybór typu łożyska  
6.przyjęcie wymaganej trwałości L 
7.wyznaczenie stosunku C/P dla odpowiedniego L i 
typu łożyska  
8.obliczenia obciążenia zastępczego P=VxP

r

+

ψ

*P

a

  

9.obliczenia obciążenia efektywnego P

e

=f

d

*P 

10.obliczenia nośności ruchowej C=P

e

(C/P) 

11.obliczenie 

efektywnej 

nośności 

ruchowej 

C

e

=f

t

*C 

12.obliczenie 

zastępczego 

obciążenia 

spoczynkowego  P

0

=max(P

01

,P

02

)  P

01

=X

0

*P

r0

+Y

0

*P

0a

  

P

02

=P

r0 

13. Obliczanie wymaganej nośności spoczynkowej 
14.Dobór z katalogu jego nośności oraz wymiarów 
geometrycznych 
15.Sprawdzenie 

trwałości 

ściernej 

łożyska- 

weryfikacja 

nośności 

efektywnej 

c

0

=s

0

*P

0

   

L

e

=a

1

*a

2

*a

3

*(C

e

/P

e

)

ρ

 

16.Dobór środka smarnego. 
17.  Przyjęcie  prasowań  w  gnieździe  i  na  czopie 
oraz uszczelek (filc-mała prędkość obrotowa, oringi 

simeringi- 

średnia 

prędkość 

obrotowa, 

uszczelnienia labiryntowe- duża prędkość) . 
 
a

1

-  uwzględnia  wymaganą  niezawodność  łożyska 

0.9 

a

2

- dokładność wykonania łożyska i gatunek stali 

a

3

-  zależy  od  wartości  tarcia,  rzeczywistym 

współczynnikiem 

grubości 

elastohydrodynamicznego filmu olejowego 
 
Obliczanie obciążeń zastępczych P=VxP

r

 +Y*Pa 

P

r

- obciążenie promieniowe 

P

a

- obciążenie wzdłużne 

V- współczynnik obrotów 
X-współczynnik obciążenia poprzecznego 
Y- współczynnik obciążenia wzdłużnego 
 
Tolerancje (HB, kB) pasowania (HB/h7, H7/kB) 
 
 
 
 

PRZEKŁADNIE ZĘBATE 
Istotnym  zespołem  składniowym  jest  zazębiająca 
się  kara  kół  zębatych  zazębiających  się  w  ten 
sposób że uzyskane jest 

 

Zarys  zęba  miejsce  geometryczne  punkt  styku  z 
drugim zębem 
 

Koło 

podziałowe 

odpowiada 

walcom 

podziałowym    dzieli  ząb  na  dwie  części  powyżej 
koła  podziałowego-  głowa  zęba  i  to  co  poniżej- 
stopa zęba 
 

Wrąb- przestrzeń pomiędzy zębami jednego koła 
Grubość  zęba-  jest  mierzona  na  średnicy 
podziałowej 

Luz-  różnica  pomiędzy  grubością  zęba  a 
podziałką(/2 chyba) 
Wysokość zęba- 

Luz wierzchołkowy- odległość pomiędzy walcem 
wierzchołkowym  jednego  koła  a  walcem  den 
wrębów drugiego koła c=0.25*m 

Wskaźnik  wysokości  zęba  y=h

a

/m  (y=1  zęby 

zwykłe, y>1 zęby wysokie, y<1 zęby niskie) 
 
Znormalizowane: h

f

=1.25*m, h

a

=m 

 
Linia  przyporu  jest linią  wyznaczoną  przez  kolejne 
punkty styku. 
Odcinek  przyporu  jest  to  część  lini  przyporu 
ograniczona  punktami  przecinania  się  kół  na 
których znajdują się końce czynnych zarysów zęba 
(koła wierzchołków). 
Ewolwenta  jest  to  krzywa  powstała  przez 
przetaczanie prostej po okręgu. 
Punkt  przyporu  jest  to  punkt  styku  dwóch 
współpracujących ewolwent. 
Centralny  punkt  przyporu  „C”  wyznacza  przecięcie 
lini przyporu z linią łączącą środki kół. 
Kąt przyporu jest to kąt pomiędzy prostą przyporu 
a styczną do kół tocznych w punkcie „C”. 
Liczba  przyporu 

ε

  stosunek  długości  odcinak 

przyporu do podziałki zasadniczej 

ε

>1. 

Zarys  odniesienia  jest  to  zarys  zębów  zębatki 
nazywanej zębatką odniesienia. Powstaje ona jako 
zarys  styczny  do  dwóch  zarysów  ewolwentowych 
współpracujących kół. Można ją interpretować jako 
koła  zębate  o  nieskończenie  dużej  średnicy, 
zarysem  takiego  koła  są  odcinki  proste  jako 
szczególny przypadek ewolwent. 
 
Nacinanie  kół  zębatych  –  zębatka  Maga(prosta), 
zębatka Fellowsa. 
 
Zalety zarysu ewlowentowego: 
- mała wrażliwość na odchyłki odległości kół, 
- kierunek siły międzyrębnej niemienia się podczas 
pracy przekładni   
-  koła  zębate  o  tych  samych  podziałkach  i 
nominalnych kątach zarysu mogą być kojarzone w 
dowolne pary 
- koła uzębione zewnętrznie mogą być kojarzone z 
uzębieniem  zewnętrznym,  wewnętrznym  czy  też 
zębatką. 

-  ewolwentowe  koła  zębate  można  wykonywać 
wydajnymi 

dok 

ładnymi 

metodami 

obwiedniowymi  
-  za  pomocą  tego  samego  narzędzia  można 
wykonać koła o różnej ilości zębów. 
 
 

KOREKCJE 
Podcięcia zęba podczas obtaczania obwiedniowego 
występuje  wówczas  gdy  część  narzędzia  zębatki 
wytwarza zarys który nie jest ewolwentą. 
W  praktyce  podcięcie  występuje  wtedy  gdy 
występuje bardzo mało zębów. 
Graniczna 

liczba 

zębów 

Z

g

=y*2/sin

2

α

o

  

z

g

(

α

o

=20st)=17,  a  gdy  dopuszczamy  niewielkie 

podcięcie zębów z

g

’=14 

 
Korekcja uzębienia  
Jest  potrzebna  w  przypadku  gdy  na  kole  o  liczbie 
zębów  z<z

chce  się  uniknąć  podcięcia  zęba  u 

podstawy.  Polega  ona  na  przesunięciu  narzędzia 
zębatkowego  z  położenia  0  w  położenie1,  w 
którym  nie  występuje  podcięci  zęba  lecz 
zmniejszyła się grubość zęba u wierzchołka. 
X=x*m  –przesunięcie  zarysu  (x-  współrzędna 
przesunięcia ,”+”-wysuwanie ,”-„-wsuwanie).  
x

g

=y*(z

g

-z)/z

g

 

Przy z=12 x

g

=1*(17-12)/17,    X=x

g

*m 

 

Korekcja zazębienia 
1.PO  –  przesunięcie  zarysu  bez zmiany  odległości 
osi.(X-X)  Polega  na  przesunięciu  narzędzia 
zębatkowego  na  jednym  kole  na  zewnątrz  o  taką 
samą wielkość, o jaką w drugim kole- ku wnętrzu. 
Stosuje się z

1

+z

2

>=2z

g

(z

g’

Zastosowanie  PO  pozwala  na  usunięcie  podcięcia 
$&%$#^%  kole  ale  jest  także  gdy  podcięcie  nie 
grozi  poprawności  współpracy  z  większą  liczbą 
przyporu. 
2.P-  przesunięcie  zarysu  ze  zmianą  odległości  osi 
(X+X).  Stosuje  się  gdy  z

1

+z

2

<2z

g

    ,  oraz  gdy 

względy 

konstrukcyjne 

wymagają 

zmiany 

odległości  osi.  Po  zastosowaniu  przesunięcia 
zarysu  x

1

,x

2

  osie  kół  ulegają  rozsunięciu  i  nowa 

odległość  osi  będzie  równa  a

p

=a

0

+(x

1

+x

2

)*m- 

odległość pozorna. 
Aby  skasować  luz  obwodowy  zbliża  się  koła  na 
odległość  a

r

=a

0

*cos

α

0

/cos

α

t

   

α

toczny  kąt 

przyporu 

a

0

=z

1

+z

2

/2*m   

inv

α

t

=2*(x

1

+x

2

)/(z

1

+z

2

)*tg

α

0

+inv

α

0

 

Dla zachowania luzu wierzchołkowego  należy ściąć 
głowy o k

m

=a

p

+a

m

  

Mamy  do  rozdysponowania  x

1

+x

2

=const,  w 

praktyce x

2

=0 lub x

1

=0 lub x

1

=x

2

 

Uszkodzenia kół zębatych 
-rysy hartownicze –pęknięcia  
-uszkodzenia  interferencyjne  –występują  przy 
nadmiernym nacisku pomiędzy stopą a głową  
-odpryski – są inicjowane przez rysy i pęknięcia w 
utwardzonej warstwie  
-wytarcia  i  wydarcia-  są  wynikiem  obecności 
twardych zanieczyszczeń pomiędzy zębami  
-zatarcie  i  przegrzanie  –  powstaje  przy  zaniku 
smaru i metalicznym styku zęba  
-piting-  ma  postać  piramidkowych  ubytków  na 
powierzchniach  bocznych  jest  inicjowany  przez 
pęknięcia w które wszedł olej  
-zgniot  i złamanie  –  uszkodzenie  nieutwardzonych 
zębów o zbyt małej granicy plastyczności  
 
Obliczanie  przekładni  otwartych  –  na  złamanie 
zęba, zamkniętej na naciski powierzchniowe.