PIW W_2 Podstawy konstrukcji maszyn

Transkrypt

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA
Wydział Nowych Technologii i Chemii
KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII
Temat:
Podstawy konstrukcji maszyn
Podstawy Inżynierii Wytwarzania
 rysunek części maszyn
T 2:
 projektowanie zespołów
 wytrzymałość materiałów
 obliczenia części maszyn
Opracował: dr inż. Radosław Łyszkowski
Arkusze rysunkowe
5
5
Podz.
Temat:
1:1
Wojskowa
Akademia
Techniczna
WTC
2
Grupa:
Tabelki rysunkowe
Rysował
Imię i nazwisko
C2X1
20.09.2012. Nr rys.
Sprawdzał
Wojskowa Akademia Techniczna
00 01
WTC
KZMiT
Pismo techniczne
PN-EN ISO 3098-0:2002 (2÷6)
h = 2.5, 3.5, 5.0, 7.0, 10.0, 14.0
i 20.0 mm
Zadanie domowe
75°
3
WTC
KZMiT
Zobrazowanie przedmiotu
Rzuty aksonometryczne
2. Rzut prostokątny metoda europejską
3. Rzut na 3 rzutnie
1.
4
WTC
KZMiT
Widok, przekrój
1. Widok podstawowy
2. Widok cząstkowy
3. Półwidok / półprzekrój
Metoda przekroju:
•przecięcie przedmiotu płaszczyzną
przekroju;
•odrzucenie części przedmiotu;
•narysowanie widoku pozostałej części
przedmiotu na rzutni równoległej do
płaszczyzny przekroju.
5
WTC
KZMiT
Kreskowanie
Pełny przekrój
6
Półwidok - półprzekrój
Przekrój elementu
cienkościennego
WTC
KZMiT
Wymiarowanie
 30
 50
Linie wymiarowe rysuje się linią ciągłą, cienką, równolegle do wymiarowanego
odcinka w odległości co najmniej 10 mm od zarysu przedmiotu z odstępem co
najmniej 7 mm. Linie te są zakończone grotami dotykającymi ostrzem krawędzi
przedmiotu, pomocniczych linii wymiarowych lub osi symetrii. Linie wymiarowe
nie mogą się przecinać.
Pomocnicze linie wymiarowe są to linie ciągłe cienkie, będące przedłużeniami
wymiarowanych krawędzi przedmiotu. Rysuje sieje prostopadle do mierzonego
odcinka. Pomocnicze linie wymiarowe mogą się przecinać.
60
7
WTC
KZMiT
Wymiarowanie
30
30
25
25
30
50
x5
20
30
15
10
40
30
25
15
R 10
60
90
30
50
25
20
30
25
90°
10
40
70
8
WTC
KZMiT
Zasady wymiarowania
1.
2.
3.
4.
5.
6.
9
Niepowtarzania wymiarów
Pomijania wymiarów oczywistych
Wymiarów koniecznych
Niezamykania łańcuchów wymiarowych
Wymiarowania do baz wymiarowych
Grupowania wymiarów
WTC
KZMiT
Uproszczenia połączeń spawanych
10
WTC
KZMiT
Uproszczenia połączeń gwintowych
M8x1.5
Tr 48x8
1/2”
WTC
KZMiT
Rysunek wykonawczy
12
WTC
KZMiT
Rysunek złożeniowy
13
WTC
KZMiT
Rysunek schematyczny
Służy do zilustrowania zasady działania urządzenia. Ukazuje jedynie jego
najważniejsze elementy, gdyż nie zawiera szczegółów konstrukcyjnych. Ich ważną
cechą jest wskazanie i oznaczenie kierunku ruchu poszczególnych podzespołów.
14
WTC
KZMiT
Rysunek eksplodujący
15
WTC
KZMiT
Tolerancja wymiaru
Wymiar nominalny N – zakładany teoretyczny wymiar elementu.
Wymiar rzeczywisty – zawiera się pomiędzy górnym i dolnym wymiarem granicznym.
Tolerancja – różnica wymiarów granicznych.
T=B-A
es = B – N (ES)
ei = A – N (EI)
es
Nei
Tolerancje i ich odchyłki są wartościami znormalizowanymi
IT (International Tolerance)
01, 0, 1, 2, …17 – klasy dokładności
A, B, C, … Z, ZC – pola tolerancji dla otworów
a, b, c, …z, za, zb – pola tolerancji dla wałków
16
WTC
KZMiT
Tolerancje i pasowania
44 – wymiar nominalny
H – rodzaj tolerancji
6 – klasa wykonania
17
44 +0.016
0
44.000 ÷ 44.016 mm
WTC
KZMiT
Pasowanie
Pasowanie – wzajemna relacja między wymiarami dwóch łączonych elementów
(otworu i wałka), które mają ten sam wymiar nominalny.
Lmin = Ao (otworu) – Bw (wałka) = EI – es
Lmax = Bo (otworu) – Aw (wałka) = ES – ei
10H7/f6
18H7/p6
12H7/g6
18
WTC
KZMiT
Chropowatość powierzchni
Chropowatość – elementy struktury geometrycznej powierzchni (mikronierówności),
powstałe w czasie procesu jej kształtowania, nie zawierające falistości i odchyłek
kształtu.
Średnie arytmetyczne odchylenie profilu chropowatości Ra – jest to średnia
arytmetyczna wartość bezwzględnych odchyleń profilu y od linii średniej m, w
przedziale odcinka elementarnego l.
19
WTC
KZMiT
Chropowatość a rodzaj obróbki
20
WTC
KZMiT
Błędy makrostruktury
90
0.02
0.1
A
A
tol. nachylenia
tol. współosiowości
0.02
tol. symetrii
0.05 A
tol. pozycji
tol. przecinania się osi
0.02/70
tol. bicia promieniowego
0.02
tol. bicia osiowego
tol. kształtu zarysu
tol. kształtu powierzchni
21
WTC
KZMiT
Jakość powierzchni
Kierunkowość
Jednokierunkowa
Równoległa do linii
przedstawiającej powierzchnię
Prostopadła do linii
Współśrodkowa względem
środka powierzchni
Wielokierunkowa
Krzyżowo do linii
Nieuporządkowana
Bezkier
unkowa
Promieniowa względem środka
powierzchni
22
Punktowa
Przykład
PN-74/M-01146
Ślady obróbki
Symbol
Struganie,
dłutowanie
Toczenie wzdłużne,
struganie,
dłutowanie
Toczenie czołowe,
frezowanie czołowe
C
Frezowanie
czołowe, gładzenie
Skrobanie,
docieranie
M
Szlifowanie
czołowe
R
Obr. elektroiskrowa,
strumieniowa
P
WTC
KZMiT
Reakcja materiału na obciążenie
Naprężenia
Odkształcenia
1. sprężyste - gdy ciało odkształcone po odciążeniu wraca do swojej pierwotnej
postaci,
2. plastyczne - gdy w ciele po odciążeniu pozostają pewne odkształcenia, zwane
odkształceniami trwałymi.
SIŁA → NAPRĘŻENIE → ODKSZTAŁCENIE → DEFORMACJA
23
WTC
KZMiT
Zachowanie materiału pod obciążeniem
Odkształcenie całkowite l (bezwzględne)
h2
l = l1 – l [mm]
• dla rozciągania l > 0 i nazywana jest wydłużeniem
• dla ściskania l < 0 i nazywana jest skróceniem
h2
Odkształcenie jednostkowe  (względne)
l2
Liczba Poisona
Materiał
Stal
Żeliwo
Miedź
Aluminium
Ołów
Szkło
Beton
0.25-0.33
0.24-0.28
0.30-0.34
0.31-0.42
0.46
0.20-0.26
0.27-0.30
Liczba Poisona jest stała dla danego materiału,
określa jego właściwości wytrzymałościowe,
nie zależy od wymiarów i kształtu elementu.
24
h

h
l
h1
h1
l1
WTC
KZMiT
Prawo Hooke’a
W zakresie odkształceń sprężystych, wydłużenie l jest
wprost proporcjonalne do wartości siły wymuszającej F
działającej na dany element oraz jego długości l, a
odwrotnie proporcjonalne do pola przekroju poprzecznego
S tego elementu.
przyjmując, że
s = E
E – moduł sprężystości
wzdłużnej, zwany
modułem Younga.
Charakteryzuje on odporność materiału na
odkształcenia, im jest większy, tym materiał
jest mniej podatny na odkształcenie.
25
Materiał
Stal
Żeliwo
Miedź
Aluminium
Ołów
Szkło
Beton
Moduł Younga E [GPa]
200
120 - 160
100 - 130
80 - 100
17
50
15 - 25
WTC
KZMiT
Statyczna próba rozciągania
Główna metoda określenia podstawowych właściwości mechanicznych materiałów
PN-EN 10002-1:2004
26
WTC
KZMiT
1. Granica proporcjonalności RH
Poniżej
RH
obowiązuje
prawo
Hoocke’a, a materiał po odciążeniu
powraca do pierwotnej postaci.
2. Granica sprężystości R0.05
Wartość umowna dla naprężenia
odpowiadającego trwałemu wydłużeniu
próbki o 0.05% jej długości.
3. Granica plastyczności Re
Powyżej Re w dochodzi do zmian
trwałych w strukturze materiału oraz
do jego umocnienia się.
R0.2 umowna granica plastyczności.
4. Wytrzymałość na rozciąganie Rm
Powyżej Rm dochodzi do lokalizacji
odkształcenia i powstania szyjki.
5. Wytrzymałość na rozrywanie Ru
6. Wydłużenie jednostkowe A
Zależy od kształtu próbki (długość /
przekroju) – próbki znormalizowane.
7. Przewężenie względne Z
27
Siła F [kN]
Statyczna próba rozciągania
I
II
III
Fm
Fu
Fe
FH
I - zakres liniowej zależności F-l
II - zakres nieliniowej zależności F-l
(plastyczne płynięcie materiału)
III - zakres umocnienia plastycznego
Wydłużenie l [mm, %]
F
F0.2
RueHm =
Fm
eu
H
[MPa]
So
lu - lo
A=
100 [%]
lo
l
WTC
KZMiT
Ściskanie
Podział materiałów ze względu na
ukierunkowanie ich właściwości:
1. Materiały anizotropowe
2. Materiały izotropowe
Granica
Granica
Wydłużenie
wytrzymałości
plastyczności
Materiał
A0.5 [%]
Rm [MPa]
R0.2 [MPa]
Stal niestopowa
S235JR (St 3S)
340-470
235
19-21
Stal niestopowa
C10 (10)
320-450
190
33
Stal niestopowa
C65 (65)
710-880
420
10
Stal stopowa
15H4 (15H)
700
450
10
Stal stopowa
18HGT4-4-10
1100
900
10
Stal sprężynowa
55GS4-4 (55 GS)
1000
800
8
Mosiądz
CuZn 10
300-500
8-15
Stop aluminium
AlSi 11
150-160
2-4
Żeliwo szare
EN-GJL-180
150-200
Żeliwo ciągliwe
EN-GJMB-350-6
350
6
Tworzywa sztuczne
20-200
Kamień naturalny
30-160
(przy ściskaniu)
Drewno (przy
rozciąganiu wzdłuż
80-120
włókien)
Oznaczenie
wg PN-EN (PN)
Fc
Rc =
[MPa]
So
28
WTC
KZMiT
Naprężenia dopuszczalne
Elementy składowe konstrukcyjne muszą spełniać dwa podstawowe warunki:
1. Wytrzymałościowy - w czasie pracy element ten nie może ulec zniszczeniu na
skutek przekroczenia dopuszczalnych dla niego obciążeń;
2. Sztywności - w czasie pracy może on ulegać tylko niewielkim odkształceniom o
charakterze sprężystym.
Konstrukcje należy tak projektować, aby powstające w nich naprężenia były
mniejsze od wytrzymałości materiału, np. na rozciąganie Rm, a także mniejsze od
granicy sprężystości Rs. Naprężenia jakie mogą występować w materiale bez
naruszenia tych warunków nazywamy naprężeniami dopuszczalnymi.
Wyznacza się je na podstawie granicy plastyczności Re dla materiałów
plastycznych lub wytrzymałości Rm dla materiałów kruchych, z uwzględnieniem
współczynnika bezpieczeństwa, zgodnie z następującymi wzorami:
Re
k=
xe
Rm
k=
xm
Materiał
- dla materiałów plastycznych
- dla materiałów kruchych
xe, xm – współczynniki bezpieczeństwa
29
Naprężenia dopuszczalne
[MPa]
Stal niestopowa zwykłej jakości
120-140
Stal niestopowa konstrukcyjna
<200
Stal stopowa
<600
Mosiądz
70-140
Aluminium
30-80
Żeliwo szare
60 / 120-150
Brąz
50-110
Beton
0.1-0.5 / 2-10
Cegła
0.1-0.3 / 1-3
WTC
KZMiT
Drewno
10-16 (-) / 1-3 ()
Współczynnik bezpieczeństwa xe(m)
Jego wartość jest zmienna w zależności od rodzaju projektowanej konstrukcji, jej
przeznaczenia, rodzaju materiału, stopnia bezpieczeństwa, niezawodności,
możliwości wystąpienia obciążeń zmiennych, kształtu części itp. i zawiera się w
przedziale 1÷10, zazwyczaj jednak 2÷3. Wartość ta wskazuje, ile razy naprężenie w
materiale musi być mniejsze od granicy wytrzymałości Rm (Re), aby materiał mógł
spełnić jednocześnie warunek wytrzymałości i sztywności.
1.3 – 1.5
1.5 – 1.8
1.8 – 2.5
2 – 2.3
3
3.5
3.9
30
W zależności od rodzaju konstrukcji
Przy bardzo dokładnych obliczeniach, jednorodnym materiale, dokładnym
wykonaniu
Dla przeciętnych warunków pracy
Dla niezbyt dokładnych obliczeń, przypadków statycznie niewyznaczalnych,
niekorzystnych warunków pracy, odpowiedzialnych konstrukcji
W zależności od rodzaju materiału
Stal, staliwo, żeliwo ciągliwe
Mosiądz
Brąz
Stopy aluminium
WTC
KZMiT
Naprężenia rzeczywiste
Rodzaje naprężeń:
s = N
1. Normalne
2. Styczne
S
gdzie: N - siła normalna,
T - siła styczna,
S - pole przekroju.
t = N
S
s (t) = F  k
S
• Rozciąganie
s r = F  kr
S
sc = F  kc
• Ściskanie
• Ścinanie
S
tr = F  kt
S
sg =
• Zginanie
• Skręcanie
ts =
Ms
 ks
Wo
• Naciski powierzchniowe
Mg
 kg
Wx
p = F  ko
S
Wx, Wo – wskaźnik wytrzymałości przekroju na zginanie / skręcanie [m3],
k – dopuszczalne naprężenia,
Mg, Ms – moment gnący, skręcający.
31
WTC
KZMiT
Obliczenia wytrzymałościowe
Połączenia nitowe – spoczynkowe, nierozłączne
NIT 8x40-B
łeb kulisty  8 mm i długości 40 mm, stalowy, średnio
dokładny (B), bez powłoki ochronnej.
Docisk musi zapewniać powstanie sił tarcia,
równoważących przenoszone obciążenia.
T =  Fr = sr  d2/4
1. Rozrywanie blach
2. Ścinanie nitów
3. Nacisk nitów na ściany otworów
g, b - grubość i szerokość blachy, d – średnica otworu, n – liczba nitów, m - liczba ścinanych przekrojów
32
WTC
KZMiT
Połączenia gwintowe - rodzaje
M
Tr
S
G lub Rp
Rd
M48x8(Pz4)LH
M – metryczny o średnicy d = 48 mm,
skok P = 8 i podziałka Pz = 4 mm (gwint 2-krotny),
LH - lewoskrętny
33
WTC
KZMiT
Połączenia gwintowe - obliczenia
1. Śruba bez napięcia wstępnego obciążona siłą osiową
Pr – powierzchnia przekroju śruby;
d3 – średnica rdzenia śruby;
x = 1.3-4 – wsp. bezpieczeństwa
2. Śruba bez napięcia wstępnego obciążona siłą osiową i momentem skręcającym
3. Śruba obciążona resztkową siłą osiową
4. Śruba obciążona siłą poprzeczną
d – średnica śruby; g – grubość ścianki łączonych elementów
34
WTC
KZMiT
Połączenia klinowe wzdłużne, poprzeczne, nastawcze
• rozrywanie przekroi osłabionych otworami,
• zginanie klina,
• naciski powierzchniowe.
Połączenia podatne
• gumowe – rozrywanie, ścinanie, skręcanie;
• sprężyny – skręcanie, ścinanie.
Połączenia wciskowe wtłaczane, skurczowe, rozprężne
• naciski powierzchniowe,
• tarcie,
• chropowatość,
• rozszerzalność cieplną.
35
WTC
KZMiT
Połączenia spawane
Czołowe
Obliczenia można pominąć, gdy:
• przeprowadza się kontrolę defektoskopową spoiny;
• pole przekroju spoiny jest nie mniejsze niż blachy.
Zakładkowe
1. Przy obciążeniu siłą osiową F
a
2. Przy obciążeniu momentem od siły F
36
WTC
KZMiT
Wały i osie
To części maszyn wykonujące ruch obrotowy, na których osadzono inne elementy
konstrukcyjne (koła, dźwignie). Osie obciążone są momentem gnącym, a wały
dodatkowo m. obrotowym.
37
WTC
KZMiT
Wały i osie - obliczenia
Osie – średnicę wyznaczamy z ogólnego warunku wytrzymałościowego
kg
Wały długie – średnicę wyznaczamy z warunku wytrzymałości skrętnej
oraz
Wały maszynowe – dwupodporowe, wyznaczamy:
• met. statyki sił zewnętrznych (Fyz = 0),
• Mg, Ms i Mz,
• dwału w przekrojach czynnych.
38
WTC
KZMiT
Łożyska ślizgowe
Służą do mocowania wałów i osi, umożliwiając ich ruch obrotowy.
Moment oporu tarcia pomiędzy czopem a panewką wyraża się
wzorem
Mt = Trt = Td/2
natomiast nacisk
Tarcie może być:
• suche
• graniczne
• mieszane
• płynne
39
WTC
KZMiT
Łożyska toczne
Zalety: znikome opory, małe zużycie smarów, nie wymaga
docierania, łatwa naprawa przez wymianę.
Wady: trudny demontaż, duża dokładność wykonania czopa i
obudowy, niska odporność na obciążenia udarowe, zła praca przy
dużych szybkościach obrotowych, duże wymiary poprzeczne.
Łożyska toczne dobieramy w zależności od:
• wartości i kierunku obciążenia,
• gabarytów,
• prędkości obrotowej,
• dokładności wykonania i cichobieżności,
• sztywności łożyskowania.
 trwałości łożyska L (liczba obrotów lub godzin pracy),
 nośności ruchowej C (wartość obciążenia przy trwałości 1 mln
obrotów i 33⅓ obr/min) i spoczynkowej Co,
 obciążenia zastępczego P.
q=
40
3 dla łożysk kulkowych
 10/3
dla łożysk wałeczkowych
WTC
KZMiT
Koła zębate - rodzaje
W zależności od kształtu koła
od kształtu zarysu zęba
• walcowe
•
•
•
stożkowe
o zarysie krzywoliniowym
zębatki
•
•
•
•
41
prostokątne
trapezowe
trójkątne
krzywoliniowe (ewolwentowe)
WTC
KZMiT
Koła zębate - rodzaje
W zależności od kształtu linii zęba
•
•
•
•



proste
skośne
łukowe
daszkowe
o uzębieniu zewnętrznym lub wewnętrznym
o układzie prostym lub pierścieniowym
z zębami prostymi lub beczkowatymi
42
WTC
KZMiT
Koła zębate – konstrukcja i obliczenia
• naciski międzyzębne – nie powodujące
wykruszeń powierzchni roboczej zęba (pitting)
Fn – siła docisku
 - promień zastępczy walców
L – długość walców
ZE – współ. sprężystości
•
zginanie podstawy zęba
Tg – moment gnący
W x – wskaźnik wytrzym.
na zginanie
43
WTC
KZMiT

PIW W_2 Podstawy konstrukcji maszyn

Transkrypt

Podobne dokumenty

zgłoszenie rezerwacji / zamówienia* wycieczki po cytadeli grudziądz

wybrane problemy z wyznaczaniem zdolności rozdzielczej

PIW W_1 Grafika inżynierska - Wydział Nowych Technologii i Chemii

bezpłatne strzyżenie włosów. Zapraszamy Panie

Grzegorz Bednarczuk

Czapka wojskowa, antracytowa - ulotka produktu - Tech