1. Omówić warunki obliczeń połączeń śrubowych w zależności od rodzaju i charakteru ich obciążeń.

1.Połączenia bez napięcia wstępnego obciążone tylko siłą osiową w śrubie

Dotyczy połączen samohamownych, półruchowych, rzadko spotykanych w budowie maszyn

Obciążenia dotyczą warunku na rozrywanie rdzenia śruby:

Obciążenie wahadłowe przy tego typu połączeniach nie występuje

Przy ściskaniu zamiast kr i krj stosuje się kc i kcj, a dodatkowo gdy smukłość jest wieksza niż 10-15 należy śrube sprawdzic na wyboczenie.

2. Połączenia bez napięcia wstępnego śruby, obciążone siłą osiowa i momentem skręcającym

Dotyczy połączeń ruchowych , wówczas naprężenia rozciągające lub sciskające

Naprężenia skrecające, przyjmujac MS=M1

Dzieląc stronami:

Obciążenie zastepcze:

Praktycznie nie oblicza się tałz, natomiast przyjmuje się zwiekszona siłe osiową Qz=1,3Q

3. Połączenia napięte wstępnie kontrolowaną siłą osiową, a nastepnie obciążone robocza siłą osiowa

Typowe dla wszystkich połączeń samohamownych spoczynkowych. Pod działaniem siły osiowej napięcia wstępnego Qo, śruba ulega wydłużeniu o tyle ile zmniejsza się ścisk elementów połączenia (prawo Hooke`a)

stąd

Po przyłożeniu obciążenia roboczego Qr, całkowita siła obciązajaca Q1 jest mniejsza od sumy sił Qo+Qr, z uwagi na to że śruba ulegnie dodatniemu wydłuzeniu po przyłozeniu obciążenia roboczego Qr, co spowoduje zmniejszenie scisku pokrywy obniżaja swoja wartość od Q0 do tzw napięcia resztkowego Q`. wtedy też śruba znajdzie się pod działaniem iły Q`.

4. Połączenia napięte wstępnie niekontrolowana siła osiowa, a nastepnie obciążone robocza siła osiowa.

Stosowany przy obliczaniu średnicy rdzenia, stosując zalezność

dla dr-6cm

dla dr wieksze od 6cm

5. Połączenie za pomoca śrub ciasno pasowanych, obciążone siłą poprzeczna

Obciążęnie działa w płaszczyźnie styku elementów łączonych. Śrube oblicza się z warunku na ścinanie siła poprzeczą Qr

6. Połączenie zaz pomoca śrub luźnych, obciążone siła poprzeczna

Śruba jest luźno osadzona w otworze, aby nie dopuszczał do jej zginania, mocno napina się ją wstępnie siłą Qr i wywołuje na powierzchni styku elementów łączonych nacisk i siłę tarcia, która równoważy zewnetrzna siłe poprzeczna Qt:

Stąd

K - współczynnik pewności

I - liczba powierzchni styku

mi- współczynnik tarcia

2. Do jakiego typu sprzęgieł należą sprzęgła tłumiące i łagodzące, podać przykłady tego typu sprzęgieł, scharakteryzować warunki ich pracy oraz podać według jakich kryteriów są one dobierane.

Sprzęgła tłumiące i łagodzące należą do grupy sprzęgieł nierozłącznych podatnych.

Sprzęgła łagodzące:

• Nie tłumią drgań, lecz zapewniają kompensację przemieszczeń i podatność skrętną.

• Łagodzą one nierównomierność przenoszonego momentu na zasadzie zamiany energii kinetycznej w energię sprężystego odkształcenia elementów sprężystych i oddania jej w chwili niedoboru energii.

Sprzęgła tłumiące

• charakteryzują się dużym tłumieniem drgań, ponieważ guma nie tylko akumuluje ale i rozprasza nadwyżki energii kinetycznej występującej podczas drgań. Mogą łączyć wały o średnicach 12÷280 mm i przenosić moment obrotowy 55 Nm do 80 kNm

• Stosowane są w przypadku niebezpieczeństwa występowania rezonansowych drgań skrętnych, polepszając charakterystykę układu. Mogą przenosić moment maksymalny 250 do 3000 Nm.

Warunki pracy:

Tego typu sprzęgła maja zastosowanie jako amortyzatory albo izolatory nagłych nadwyżek dynamicznych układu (maszyny napędzane przez silniki tłokowe, sprężarki tłokowe, łamacze kamieni, walcarki). We wszystkich przypadkach układy wyposażone są w koła zamachowe będącymi zasobnikami energii dla sprostania nagłym nadwyżką energii

Kryteria doboru sprzęgieł:

• Kierując się cechami funkcjonalnymi danego rodzaju sprzęgła, jego właśćwościami.

3. Omówić co ogranicza możliwość korekcji dodatniej i ujemnej dla kół zębatych o zarysie ewolwentowym oraz omówić znaczenie średnicy koła zasadniczego i jej wpływ na wielkość podcięcia zęba podczas obróbki kół zębatych.

Przypadki korekcji zazębienia

1. Stosowane gdy a) z₁+z₂≥2z_g^l lub z₁+z₂≥2z_g co oznacza że w kole o mniejszej liczbie zębów stosujemy przesunięcie dodatnie a dla drugiego koła współpracującego stosujemy przesunięcie ujemne wtedy x₁=-x₂ ( warunki a) lub b) zapewniają że w kole o większej liczbie zębów przy przesunięciu ujemnym nie nastąpi podcięcie zębów u podstawy )

2. stosowne jest gdy warunki a) lub b) nie są spełnione lub gdy wymagana jest zmiana odległości osi kół współpracujących ( podyktowana względami konstrukcyjnymi ). Stosowanie tej korekcji powoduje zmianę odległości osi do tzw. pozornej a_p a_p= a+x₁+x₂

Prowadzi to do zmiany ( wzrostu) luzu obwodowego którego zmniejszenie do wielkości normalnej wymaga zbliżenia osi o odcinek K=k·m, może to z kolei powodować zmniejszenie luzu wierzchołkowego. Po zbliżeniu osi o odcinek k rzeczywista odległość osi a_r wynosi:a_r=a+x₁+x₂-k wtedy też K=d_p-a_r

2. W obliczeniach wprowadza się wsp. pozornego B_p i rzeczywistego B_r rozstawienia osi (podawanego w tablicach) wtedy: a_p=a+B_p·a=a(1+B_p) a_r=a+B_r·a=a(1+B_r) K=a_p-a_r=a(B_p-B_r)

Jeżeli po ustawieniu rzeczywistej odległości osi wartść luzu wierzchołkowego będzie mniejsza od 0,1·m (c=(0,1÷0,3)·m) wówczas należy ściąć (skrócić) głowy zębów kół współpracujących o wartość K, gdy luz ten jest większy od 0,1·m ścinanie wierzchołków zęba może być zbędne.

obliczenia korekcji x+) przeprowadza się podobnie podstawiając do odpowiednich wzorów x₂=0 lub x₂>0

Wartość przesunięcia narzędzia w stosunku do koła obrabianego wynosi X. Wartość ta uzależniona jest od liczby zębów i proporcjonalna jest do modułu Współczynnik x przyjmuje wartości: -1<x<+1. Przy dodatnim przesunięciu zwiększa się grubość zęba na średnicy podziałowej ( wzrasta jednocześnie wysokość głowy zęba a wysokość stopy maleje ) oraz następuje zaostrzenie głowy. O wielkości przesunięcia decyduje więc nie tylko niebezpieczeństwo podcięcia ale również zaostrzenie ( nadmierne ) jego wierzchołków

4. Sprzęgło kołnierzowe zostało połączone śrubami pasowanymi w pierwszym przypadku na zasadzie pasowania H7/n6, w drugi H8/d9. Podać podstawowe warunki wytrzymałościowe według których obliczane będą liczba i przekrój śrub ściągowych przy znanym momencie przenoszonym przez to sprzęgło, prędkości obrotowej i średnicy tarcz.

Moment obrotowy

Gdzie: K - współczynnik; N - moc silnika; n - liczba obrotów

Średnica łączonych wałów

Liczba śrub pasowanych ciasno:

Liczba śrub pasowanych luźno:

Gdzie μ - współczynnik tarcia

Średnica rdzenia śruby:

5. Scharakteryzować podział sprzęgieł nierozłącznych, omówić warunki pracy określonego typu sprzęgła nierozłącznego oraz zasady jego obliczeń wytrzymałościowych.

Nierozłączne - gdy nie zachodzi potrzeba rozłączania elementów współpracujących w czasie pracy maszyny i tworzą one z tymi elementami jedną całość;

sztywne: tulejowe, kołnierzowe, łubkowe;charakteryzuje duża prostota i zwarta konstrukcja.

luźne: kłowe, zębate; dopuszczają nieznaczne względne ruchy kątowe i poosiowe łączonych elementów.

podatne: sworzniowe, z kształtowymi podstawkami gumowymi, z metalowymi elementami sprężystymi; wykazują dużą podatność skrętną zapewniając duże tłumienie drgań.

kątowe: przegubowe. Umożliwiają łączenie wałów o osiach przecinających się pod znacznym kątem (ψ≤45o).

Nominalny moment Mn wynikający z nominalnej mocy przenoszonej przez układ napędowy (sprzęgło w ruchu ustalonym wyraża się wzorem:

gdzie: Nn - moc nominalna w [kW] n - prędkość obrotowa w [obr./min].

K-współ. przeciążenia

6.Przedstawić rozkład sił w połączeniu gwintowym niesamohamownym przy luzowaniu tego połączenia. Wyjaśnić jakie gwinty nazywamy samohamownymi i co to jest pozorny kąt tarcia w połączeniu gwintowym.

Samohamowność gwintu

Czasami istnieje konieczność sprawdzenia samohamowności gwintu (zwłaszcza w mechanizmach śrubowych z gwintem grubozwojnych lub smarowanych).

Warunek samohamowności gwintu jest następujący:

Kąt pochylenia linii śrubowej gwintu γ musi być mniejszy od pozornego kąta tarcia ρ'.

Kąt pochylenia linii śrubowej gwintu jest łatwy do zdefiniowania i wyprowadzenia z poniższego rysunku:

a więc
gdzie:

P - skok gwintu [mm];

d2 - średnia średnica gwintu [mm]

Pozorny kąt tarcia jest zdefiniowany następująco:

gdzie:

μ - współczynnik tarcia [-]; przyjmowany zazwyczaj z przedziału 0,08 - 0,12,

α - kąt zarysu gwintu od strony działania siły

7.Co różnić poślizg trwały od poślizgu sprężystego przekładni pasowej, czym one są spowodowane. Przedstawić charakterystykę poślizgu i sprawności i poślizgu przekładni pasowej .

Poślizg sprężysty : Pod wpływem napięcia panującego w pasie pas się rozciąga. Na skutek zmiany napięć w cięgnie czynnym i biernym wydłużenie w cięgnie czynnym rośnie a w biernym maleje. Powstaje więc różnica wydłużeń. Bardziej wyciągnięte cięgno czynne przesuwa się szybciej niż bierne powodując powstawanie tak zwanego poślizgu sprężystego ε. Średnio ε=0,01÷0,02 (1÷2)% i zależy od obciążenia przekładni a wywołany jest sprężystością pasa. Poślizg ten występuje przy normalnej pracy przekładni w przeciwieństwie do tzw. poślizgu trwałego, który występuje przy przeciążeniu!!!

Krzywa poślizgu i sprawności w zależności od tzw. współczynnika napędu φ.

8.Omówić zagadnienia sprawności i samohamowności połączenia gwintowego dla gwintów o zarysie trójkątnym i trapezowym z uwzględnieniem pozornego kąta tarcia.

Sprawność ta osiąga wartość maksymalną dla,

tj. w przybliżeniu γ=45^O

Np. dla ς=7o mamy η_max≈78% a przy mniejszym kącie tarcia sprawność dochodzi nawet do η_max≈98%.Jeżeli gwint jest samohamowny (γ≤ς), wtedy η<0,5, czyli samohamowne mają sprawność mniejszą od 50%. Śruby złączne powinny być samohamowne i dla nich stosuje się kąt γ ok. 6o (η≤45%). Śruby ruchowe powinny mieć jak największą sprawność, wtedy praktycznie kąt γ przyjmuje się w granicach 20÷30º z uwagi na trudność wykonania gwintu o dużych skokach.

9. Przedstawić przykład redukcji momentu bezwładności masowej mas wirujących do osi sprzęgła rozłącznego mechanizmu wg przedstawionego rys. (będzie przedstawiony na tablicy) przy znanych masach elementów wirujących i znanych ich wymiarach .

gdzie: m - masa wirującej tarczy; r - promień tarczy. GD² - moment rozpędowy (zamachowy) kG;
G - ciężar tarczy (walca); D - zastępcza średnica tarczy (walca); g- przyspieszenie ziemskie.

10. Przedstawić rozkład naprężeń dla połączenia wciskowego w przypadku sworznia drążonego, wyznaczyć warunek wcisku prawidłowego, wcisku montażowego i wymaganego docisku.

wcisk:

F - siła obciążająca złącze

d, l - średnica i długość powierzchni styku

μ - współczynnik tarcia ślizgowego

wcisk względny:

11. Omówić zagadnienie zmiany długości odcinka lub łuku przyporu w zależności od wysokości zęba, kąta przyporu oraz kąta pochylenia linii zęba dla kół o zębach skośnych.

12. Podaj zasady doboru łożysk tocznych w przypadku gdy podstawą ich doboru jest nośność. Jaki wpływ na dobór łożysk ma sposób osadzenia łożyska w mechaniźmie.

Nośność ruchowa :

W celu dokonania doboru zakłada się jego trwałość Ln lub przyjmuje się współczynnik trwałości f_­­­­­h (z tablic). Na podstawie prędkości obrotowej oblicza się współczynnik obrotów:

Znajomość sił działających na łożyska wybranego typu umożliwia obliczanie współczynnik

i następnie przyjęcie z tablic wartości współczynników X i Y dla „a” porównywanego z „e” podanego w tablicach (przypadki a≤e lub a>e). Wykonane obliczenia pozwalają obliczyć obciążenie zastępcze F a następnie wymaganą nośność ruchową C. Z warunków wytrzymałościowych oblicza się średnicę otworu „d” łożyska. Na podstawie nośności C i średnicy „d” dobiera się z katalogu łożysko o nośności nie mniejszej niż C.

13. Przedstawić wykres złącza śrubowego napiętego wstępnie dla małej sztywności śruby i dużej elementów łączonych poddanego następnie obciążeniu roboczemu, którego 25% przejmuje śruba. Ile wynosić musiałoby napięcie robocze aby połączenie to uległo całkowitemu zluzowaniu (przedstawić to na wykresie).

14. Co to jest takiego „zasada stałego otworu i stałego wałka”, przedstawić przykłady takich pasowań na rysunku z oznaczeniami odchyłek wymiarowych i luzów oraz ich oznaczeń na rysunkach.

Zasada stałego otworu - średnicę otworu toleruje się zawsze w głąb materiału, EI=0 (tolerowanie asymetryczne), żądane pasowanie uzyskuje się poprzez dobranie odchyłek wałka. Przykłady: 10H7/f6 - pasowanie luźne, 10H7/s7 - pasowanie ciasne.

Zasada stałego wałka - średnicę wałka toleruje się zawsze w głąb materiału, es=0 (tolerowanie asymetryczne), żądane pasowanie uzyskuje się poprzez dobranie odchyłek otworu. Przykłady: 10F8/h6 - pasowanie luźne, 10S7/h6 - pasowanie ciasne.

Symbole tolerancji:

(A - H), (a - h) - dotyczą pasowań luźnych,

(J - N), (j - n) - dotyczą pasowań mieszanych,

(P - U), (p - u) - dotyczą pasowań ciasnych.

Załącznik!

15. Podać zasady obliczeń złącza spawanego ze spoiną czołową i pachwinową w zależności od charakteru obciążenia tego złącza.

Ścinanie spoiny czołowej

Gdzie:

τ - wytrzymałość na ścinanie S - przekrój obliczeniowy k't - naprężenie dopuszczalne

k't≈0,65 kr.

Zginanie czołowej

Fr,Fc- siła rozciągająca spoinę S - przekrój obliczeniowy k`r,kc - naprężenie dopuszczalne

Scinanie pachwinowej zginanie pachwinowej:

Zginanie pachwinowej

gdzie:Wx - wskaźnik przekroju na zginanie; k'g - naprężenia dopuszczalne k'g≈0,8 kr.

.

---