MASZYNA - jest sztucznym układem materialnym, który dzięki zewnętrznej energii służy do przekształcania masy, energii lub informacji.

KONSTRUKCJA - jest opisem lub inaczej wyznaczonych rozmiarów dopuszczalnych dla struktur (cech geometrycznych lub materiałowych) i stanów (cech dynamicznych) wytworu. Rozmiary te są nieprzekraczalne pod groźbą uznania, że wytwór jest wadliwy.

Cechy konstrukcyjne:

- geometryczne cechy konstrukcyjne - to logiczna suma postaci konstrukcyjnej i układu wymiarów będącą koniecznym i wystarczającym warunkiem dla wytwórców podejmujących wykonanie wytworu według zamierzonej konstrukcji (przykłady to np. struktura zewnętrzna wytworu)

- materiałowe cechy konstrukcyjne (przykład to np. materiał, struktura wewnętrzna)

- dynamiczne cechy konstrukcyjne - to stan wytworu wywołany głównie podczas montażu maszyn (przykłady to np. cechy montażowe - siły, docisk; moment z jakim należy dokręcić śrubę lub siła z jaką należy wbić klin)

Liczba kształtu

Jest to wielkość opisująca różne rodzaje karbu. Jest to stosunek naprężeń maksymalnych wywołanych karbem w tworzywie idealnie sprężystym (izotropowym), do naprężeń nominalnych (obliczeniowych, kryterialnych). Jest to funkcja rodzaju obciążenia i cech geometrycznych ujęta za pomocą wykresów, tablic, wzorów.

α_k = σmax/σ

σ = 4P/πd²

USA

α₀ = σmax/σ₀

σ₀ = 4P/πD²

gdzie:

σmax - maksymalne naprężenia w przekroju wywołane spiętrzeniem naprężeń

σ - naprężenia nominalne w przekroju

α_k zależy od:

- rodzaju naprężeń

- rodzaju karbu

Liczbę kształtu można zmniejszyć poprzez zmniejszenie naprężeń maksymalnych.

Największy wpływ karbu na liczbę kształtu jest przy rozciąganiu a najmniejszy przy skręcaniu.

Sposoby zmniejszania liczby kształtu:

- liczbę kształtu można zmniejszyć poprzez zmniejszenie naprężeń maksymalnych

- poprzez karby odciążające

- poprzez stereomechaniczne zmniejszanie naprężeń

Liczba działania karbu

β_k = Z_o/Z_ok

Stosunek wytrzymałości zmęczeniowej próbki gładkiej Z_o do wytrzymałości zmęczeniowej próbki z karbem Z_ok.

β_k = 1 + η_k (α_k - 1)

β_k - liczba działania karbu (stosunek wytrzymałości zmęczeniowej próbki gładkiej Z_o do wytrzymałości zmęczeniowej próbki z karbem Z_ok)

η_k - liczba wrażliwości na działanie karbu (dla tworzyw niewrażliwych na karb: η_k =0, dla tworzyw wrażliwych na karb η_k =1)

α_k - liczba kształtu (jest to wielkość opisująca różne rodzaje karbu. Jest to stosunek naprężeń max. wywołanych karbem w tworzywie idealnie sprężystym (izotropowym), do naprężeń nominalnych (obliczeniowych, kryterialnych), jest to funkcja rodzaju obciążenia i cech geometrycznych ujęta za pomocą wykresów, tablic, wzorów.)

Moment M potrzebny do pokonania oporów podczas dokręcania śruby określa wzór M = 0.5 dm⋅ Q ⋅ tg( γ + ρ ).

d_m - średnica medialna (średnia) gwintu (0,9 d)

Q - siła rozciągająca rdzeń śruby

γ - średni kąt pochylenia gwintu

ρ - kąt tarcia ( μ= tg ρ)

Warunek samohamowności:

T = N * μ = Q cosγ + μ ≥ Q sinγ

gdzie:

T - siła tarcia

Q - siła rozciągająca rdzeń śruby

N - siła nacisku

μ - liczba tarcia (μ ≥ tgγ)

γ - średni kąt pochylenia gwintu (tgγ = S/(π*dm))

dm - średnia średnica gwintu (dm=(d+dr)/2)

Śruby pasowane: Śruby luźne:

- śruba i otwór są pasowane ciasno - miedzy śruba i otworem jest luz

- nakrętka jest dokręcana z niewielkim - nakrętka jest dokręcana z dużym

momentem momentem co wywołuje dużą Q

- siła P wywołuje naprężenia ścinające ściskającą blachę

w rdzeniu śruby - siła P przenoszona jest przez siły

- warunek wytrzymałościowy: między blachami

P ≤ F_w ∙ i ∙ R_s/s - warunek wytrzymałościowy:

F_w - pole powierzchni przekroju rdzenia P ≤ Q ∙ i ∙ μ/s

śruby Q - siła w rdzeniu śruby

R_s - wytrzymałość na ścinanie μ - liczba tarcia

i - liczba powierzchni ścinanych i - liczba płaszczyzn, w których

s - liczba bezpieczeństwa występują siły tarcia (=2)

s - liczba bezpieczeństwa

Wpusty a kliny:

Podstawowa różnica:

Połączenia wpustowe przenoszą tylko moment obrotowy, a klinowe przenoszą dodatkowo siłę poosiową. Ponadto w połączeniach tych w innych miejscach występują luzy (zaznaczono na rysunku) - a co za tym idzie - inny jest rozkład naprężeń.

Połączenie wpustowe:

- naciski powierzchniowe:

P = F/k·l0≤Pdop

- ścinanie wpustu

T = F /l₀ · b ≤ P**

Wady:

- możliwość przenoszenia małych obciążeń

- nie może przenosić sił poosiowych

- stosujemy pojedynczo

Zalety:

- zachowują dużą współosiowość koła względem piasty

- nie wprowadzają bardzo dużych naprężeń w piaście

- można stosować połączenia ruchowe

Połączeni klinowe:

Wady:

- brak możliwości statecznej kontroli obciążenia wstępnego

- znaczne osłabienie wpustu

- znaczne dociśnięcie piasty

- przesunięcie osi piasty względem osi wału w zakresie luzów pomiędzy czopem a piastą

- dla krótkich czopów przemieszczenia kątowe osi piasty względem osi wału

Zalety:

- może przenosić siłę poosiową i moment obrotowy

- dobrze przenosi obciążenia wahadłowe

Trwałość łożysk tocznych

L₁₀ = (C/P)^q

L_w = (C/C)^q = 1^q = 1(mln obr)

L₁₀ - nominalna trwałość w milionach obrotów (dla 90% badanych łożysk)

P - obciążenie zastępcze kryterialne w [N]

C - nośność ruchowa w [N]

q=3 dla łożysk kulkowych

q=10/3=3,333 dla łożysk wałeczkowych

C - obciążenie promieniowe łożyska, przy których 90% łożysk ulegnie uszkodzeniu po wykonaniu 10⁶ obrotów

L_10h = 1 000 000 / 60n * (C/P)^q

L_n = L₁₀*a₁

L_10h - trwałość w godzinach pracy łożyska

n - prędkość obrotowa [obr/min]

L₁₀ - umowna trwałość łożyska wyznaczona dla przyjętej wymaganej niezawodności łożyska (najczęściej 90%, n=10 i wtedy L_n to L₁₀)

Uszkodzenia łożysk:

1. Wywołane zmęczeniem materiału:

-spalling

-pitting - polega na odrywaniu się cząstek materiału na wskutek rozklinowania pęknięć przez środek smarujący.

2. Pęknięcia lub rozbicia elementów tocznych

3. Wgniecenia na bieżni

4. Przyspieszone zużycie wywołane:

- zanieczyszczeniami

- korozja

- przepływem prądu

5. Pęknięcia koszyczka

Łożyska walcowe poprzeczne jednorzędowe i wielorzędowe

Łożyska jednorzędowe tej grupy konstrukcyjnej

cechuje zdolność przejmowania dużo większych

obciążeń promieniowych w stosunku do łożysk

kulkowych o tych samych wymiarach. Łożyska

typu NJ pozwalają na ustalenie osiowe wału

w jednym kierunku, a łożyska typu NUP oraz

łożyska NJ w połączeniu z pierścieniem HJ

w obu kierunkach, łożyska typu RNU pracują

bez pierścienia wewnętrznego - bieżnię

wewnętrzną stanowi odpowiednio wykonany

czop. Do węzłów szczególnie obciążonych stosuje

się łożyska konstrukcji "E" o większej nośności

i tych samych wymiarach zewnętrznych (wynik

specjalnej konstrukcji wewnętrznej).

Łożyska walcowe wielorzędowe dzielą się na

dwurzędowe i wielorzędowe, wykonywane są

zarówno z otworem walcowym jak i stożkowym

(K). Wszystkie łożyska walcowe są bardzo czułe

na niewspółosiowość; dopuszczalne wychylenia

w zależności od serii zawierają się w granicach

1'- 7' . Stosuje się w nich koszyki zarówno blaszane,

masywne jak i z tworzyw sztucznych. Wykonywane

są one w różnych klasach dokładności.

Łożyska stożkowe

Łożyska tej grupy konstrukcyjnej przeznaczone są do przenoszenia znacznych obciążeń złożonych (promieniowych i osiowych), są to łożyska rozłączne - co znacznie ułatwia montaż. Charakterystyczną cechą łożysk stożkowych jest kąt działania, który odpowiada kątowi a na bieżni pierścienia zewnętrznego. Im większy jest ten kąt, tym większa jest zdolność łożyska do przenoszenia obciążeń wzdłużnych. Konstrukcja łożysk stożkowych umożliwia przyjmowanie obciążenia osiowego tylko w m kierunku. Przy występowaniu obciążeń w dwóch kierunkach należy stosować łożyska stożkowe dwurzędowe, a przy dużych obciążeniach łożyska stożkowe wielorzędowe.

Dopuszczalny błąd współosiowości dla łożysk stożkowych jest bardzo mały, max. wychylenie wynosi około 2'. W przeważającej części stosuje się w nich koszyki blaszane, rzadziej inne. Wykonuje się je w różnych klasach dokładności. Głównie są wykonywane w wersji jednorzędowej. Rzadko stosuje się je w wersji dwurzędowej i wielorzędowej. Wymiary i parametry techniczne są podawane w katalogach łożysk tocznych

Smary stałe:

- grafit, dwusiarczek molibdenu (proszki, pasty, lakiery)

- miękkie metale (proszki lub cienkie warstwy miedzi, glinu i ołowiu)

- polimery niskotarciowe (teflon, wada: mała przewodność, duża rozszerzalność termiczna)

Wady:

- nie odprowadza tak dobrze ciepła ani nie tłumi tak dobrze drgań jak inne smary, np. olejowe

Zalety:

- duże dopuszczalne naciski

- odporność na wysokie i niskie temperatury

- mogą być stosowane w próżni

- odporność na działanie kwasów i zasad

- duża trwałość - umożliwia jednorazowe smarowanie powierzchni

Zasada działania łożyska hydrodynamicznego.

L = dp-dc

W łożysku tym powstaje tarcie lepkości, ustawia się mimośrodowo więc następuje ściskanie oleju co powoduje wzrost ciśnienia i powstanie siły wyporu. Warstwa nośna smaru (gazu) powstaje na wskutek ruchu obrotowego czopa względem ... i wzajemnego poślizgu między ich powierzchniami ślizgowymi. Dzięki występowaniu w łożysku luzu średnicowego pomiędzy powierzchnią czopa i panewki powstaje szczelina w postaci klina. W czasie obrotu czop pociąga za sobą przylegającą do niego warstewkę oleju w wyniku działania sił adhezji. Z kolei też warstewka dzięki działaniu sił molekularnych w oleju pociąga za sobą warstewki sąsiednie i w ten sposób przy odpowiedniej prędkości olej jest wciskany w szczelinę klinową. Jeśli ilość oleju przepływu przez szczelinę jest stała, a przekrój szczeliny maleje, w warstwie oleju powstaje ciśnienie hydrodynamiczne, które próbuje rozdzielić stykające się powierzchnie panewki i czopa.

Rodzaje uszczelnień łożysk:

- filcowe

- wargowe

- szczelinowe - zabezpieczają przed wydostaniem się oleju przy różnym ciśnieniu

---