piw w_2 podstawy konstrukcji maszyn
TRANSCRIPT
Temat:
Podstawy konstrukcji maszyn
Podstawy Inżynierii Wytwarzania
rysunek części maszyn
projektowanie zespołów
wytrzymałość materiałów
obliczenia części maszyn
WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Nowych Technologii i Chemii
KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII
Opracował: dr inż. Radosław Łyszkowski
T 2:
Arkusze rysunkowe
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 2
5
5
Podz.
1:1 Temat:
Tabelki rysunkowe Grupa:
C2X1
Wojskowa
Akademia
Techniczna
WTC
Rysował
Sprawdzał
20.09.2012. Imię i nazwisko Nr rys.
00 01
Pismo techniczne
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 3
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
75°
Zadanie domowe
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 4
Zobrazowanie przedmiotu
1. Rzuty aksonometryczne
2. Rzut prostokątny metoda europejską
3. Rzut na 3 rzutnie
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 5
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.
Kreskowanie
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 6
Pełny przekrój Półwidok - półprzekrój Przekrój elementu
cienkościennego
Wymiarowanie
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 7
5
0
3
0
60
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.
Wymiarowanie
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 8
50
30
30
30
25
20
30
25
15
40 10 3
0
90
30
25
20
30
25
15
40 10
25
50
70
R 10
90°
60
x5
Zasady wymiarowania
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 9
1. Niepowtarzania wymiarów
2. Pomijania wymiarów oczywistych
3. Wymiarów koniecznych
4. Niezamykania łańcuchów wymiarowych
5. Wymiarowania do baz wymiarowych
6. Grupowania wymiarów
Uproszczenia połączeń spawanych
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 10
Uproszczenia połączeń gwintowych
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT
M8x1.5
Tr 48x8
1/2”
Rysunek wykonawczy
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 12
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 13
Rysunek złożeniowy
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 14
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.
Rysunek eksplodujący
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 15
Tolerancja wymiaru
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT
Wymiar nominalny N – zakładany teoretyczny wymiar elementu.
Wymiar rzeczywisty – zawiera się pomiędzy górnym i dolnym wymiarem granicznym.
Tolerancja – różnica wymiarów granicznych.
ei
T = B - A
es = B – N (ES)
ei = A – N (EI)
Nes
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
Tolerancje i pasowania
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 17
44 – wymiar nominalny
H – rodzaj tolerancji
6 – klasa wykonania
44 +0.016
0
44.000 ÷ 44.016 mm
Pasowanie
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 18
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
12H7/g6
18H7/p6
Chropowatość powierzchni
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 19
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.
Chropowatość a rodzaj obróbki
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 20
Błędy makrostruktury
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 21
90
0.02
0.02
0.02
0.02/70
A
0.05 A
0.1 A
tol. nachylenia
tol. współosiowości
tol. symetrii
tol. pozycji
tol. przecinania się osi
tol. bicia promieniowego
tol. bicia osiowego
tol. kształtu zarysu
tol. kształtu powierzchni
Jakość powierzchni PN-74/M-01146
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 22
Kierunkowość Przykład Ślady obróbki Symbol
Je
dn
okie
runkow
a
Równoległa do linii
przedstawiającej powierzchnię Struganie,
dłutowanie
Prostopadła do linii
przedstawiającej powierzchnię
Toczenie wzdłużne,
struganie,
dłutowanie
Współśrodkowa względem
środka powierzchni Toczenie czołowe,
frezowanie czołowe C
Wie
lokie
runkow
a
Krzyżowo do linii
przedstawiającej powierzchnię Frezowanie
czołowe, gładzenie
Nieuporządkowana Skrobanie,
docieranie M
Promieniowa względem środka
powierzchni Szlifowanie
czołowe R
Be
zkie
r
un
ko
wa
Punktowa Obr. elektroiskrowa,
strumieniowa P
Reakcja materiału na obciążenie
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 23
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
Zachowanie materiału pod obciążeniem
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 24
l
h
h
l2
h2
h2
l1
h1
h1
Liczba Poisona
Odkształcenie całkowite l (bezwzględne)
l = l1 – l [mm]
• dla rozciągania l > 0 i nazywana jest wydłużeniem
• dla ściskania l < 0 i nazywana jest skróceniem
Odkształcenie jednostkowe (względne)
Materiał
Stal 0.25-0.33
Żeliwo 0.24-0.28
Miedź 0.30-0.34
Aluminium 0.31-0.42
Ołów 0.46
Szkło 0.20-0.26
Beton 0.27-0.30
Liczba Poisona jest stała dla danego materiału,
określa jego właściwości wytrzymałościowe,
nie zależy od wymiarów i kształtu elementu.
Prawo Hooke’a
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 25
Materiał Moduł Younga E [GPa]
Stal 200
Żeliwo 120 - 160
Miedź 100 - 130
Aluminium 80 - 100
Ołów 17
Szkło 50
Beton 15 - 25
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.
E – moduł sprężystości
wzdłużnej, zwany
modułem Younga.
s = E
przyjmując, że
Charakteryzuje on odporność materiału na
odkształcenia, im jest większy, tym materiał
jest mniej podatny na odkształcenie.
Statyczna próba rozciągania
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 26
Główna metoda określenia podstawowych właściwości mechanicznych materiałów
PN-EN 10002-1:2004
Statyczna próba rozciągania
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 27
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
R = [MPa] F
So
Sił
a F
[kN
]
Wydłużenie l [mm, %]
Fm
Fu
Fe
FH
I - zakres liniowej zależności F-l
II - zakres nieliniowej zależności F-l
(plastyczne płynięcie materiału)
III - zakres umocnienia plastycznego
I II III
A = 100 [%] lu - lo
lo
F
l
RH H
Re e
Rm m
Ru u F0.2
Ściskanie
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 28
Materiał Oznaczenie
wg PN-EN (PN)
Granica
wytrzymałości
Rm [MPa]
Granica
plastyczności
R0.2 [MPa]
Wydłużenie
A0.5 [%]
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
(przy ściskaniu) 30-160
Drewno (przy
rozciąganiu wzdłuż
włókien)
80-120
Rc = [MPa] Fc
So
Podział materiałów ze względu na
ukierunkowanie ich właściwości:
1. Materiały anizotropowe
2. Materiały izotropowe
Naprężenia dopuszczalne
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 29
k = - dla materiałów plastycznych Re
xe
k = - dla materiałów kruchych Rm
xm
xe, xm – współczynniki bezpieczeństwa
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:
Materiał 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
Drewno 10-16 (-) / 1-3 ()
Współczynnik bezpieczeństwa xe(m)
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 30
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.
W zależności od rodzaju konstrukcji
1.3 – 1.5 Przy bardzo dokładnych obliczeniach, jednorodnym materiale, dokładnym
wykonaniu
1.5 – 1.8 Dla przeciętnych warunków pracy
1.8 – 2.5 Dla niezbyt dokładnych obliczeń, przypadków statycznie niewyznaczalnych,
niekorzystnych warunków pracy, odpowiedzialnych konstrukcji
W zależności od rodzaju materiału
2 – 2.3 Stal, staliwo, żeliwo ciągliwe
3 Mosiądz
3.5 Brąz
3.9 Stopy aluminium
Naprężenia rzeczywiste
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 31
Rodzaje naprężeń:
1. Normalne s =
2. Styczne t =
gdzie: N - siła normalna,
T - siła styczna,
S - pole przekroju.
N
S N
S
s (t) = k F
S
sr = kr F
S • Rozciąganie
• Ściskanie
• Ścinanie
• Zginanie
• Skręcanie
• Naciski powierzchniowe
sc = kc F
S
tr = kt F
S
sg = kg Mg
Wx
p = ko F
S
ts = ks Ms
Wo
Wx, Wo – wskaźnik wytrzymałości przekroju na zginanie / skręcanie [m3],
k – dopuszczalne naprężenia,
Mg, Ms – moment gnący, skręcający.
Obliczenia wytrzymałościowe
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 32
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
g, b - grubość i szerokość blachy, d – średnica otworu, n – liczba nitów, m - liczba ścinanych przekrojów
1. Rozrywanie blach
3. Nacisk nitów na ściany otworów 2. Ścinanie nitów
Połączenia gwintowe - rodzaje
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 33
M48x8(Pz4)LH M – metryczny o średnicy d = 48 mm,
skok P = 8 i podziałka Pz = 4 mm (gwint 2-krotny),
LH - lewoskrętny
M Tr
S G lub Rp
Rd
Połączenia gwintowe - obliczenia
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 34
Pr – powierzchnia przekroju śruby;
d3 – średnica rdzenia śruby;
x = 1.3-4 – wsp. bezpieczeństwa
1. Śruba bez napięcia wstępnego obciążona siłą osiową
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
Obliczenia wytrzymałościowe
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 35
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.
Połączenia spawane
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 36
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
Wały i osie
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 37
To części maszyn wykonujące ruch obrotowy, na których osadzono inne elementy
konstrukcyjne (koła, dźwignie). Osie obciążone są momentem gnącym, a wały
dodatkowo m. obrotowym.
Wały i osie - obliczenia
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 38
Osie – średnicę wyznaczamy z ogólnego warunku wytrzymałościowego
Wały długie – średnicę wyznaczamy z warunku wytrzymałości skrętnej
oraz
kg
Wały maszynowe – dwupodporowe, wyznaczamy:
•met. statyki sił zewnętrznych (Fyz = 0),
•Mg, Ms i Mz,
• dwału w przekrojach czynnych.
Łożyska ślizgowe
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 39
Służą do mocowania wałów i osi, umożliwiając ich ruch obrotowy.
Moment oporu tarcia pomiędzy czopem a panewką wyraża się
wzorem
Mt = Trt = Td/2
natomiast nacisk
Tarcie może być:
• suche
• graniczne
• mieszane
• płynne
Łożyska toczne dobieramy w zależności od:
• wartości i kierunku obciążenia,
• gabarytów,
• prędkości obrotowej,
• dokładności wykonania i cichobieżności,
• sztywności łożyskowania.
Łożyska toczne
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 40
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.
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 = 3 dla łożysk kulkowych
10/3 dla łożysk wałeczkowych
Koła zębate - rodzaje
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 41
W zależności od kształtu koła • walcowe
• stożkowe
• o zarysie krzywoliniowym
• zębatki
od kształtu zarysu zęba • prostokątne
• trapezowe
• trójkątne
• krzywoliniowe (ewolwentowe)
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 42
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
Koła zębate - rodzaje
Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 43
Koła zębate – konstrukcja i obliczenia
Obliczenia wytrzymałościowe
• 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
Wx – wskaźnik wytrzym.
na zginanie