uuid_predavanja

7/22/2019 UUiD_Predavanja

1/237

www.am.unze.ba/uuid

Aleksandar Kara

MFZE, kancelarija 1111

tel: 449 129

[email protected]

Fuad Hadikaduni

MFZE, kancelarija 2006

tel: 449 120, lok. 115

[email protected]

UVOD U INENJERSKIDIZAJN


2/237

2vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuid

O kursu Uvod u Inenjerski Dizajn .....Izvo

enje nastave predavanja: 3 asa sedmino (2+1)

vjebe: 2 asa sedmino

Provjera znanja

Konana ocjena

Obaveze studenata

redovno prisustvo na predavanjima i vjebama

uraeni i kolokvirani programi/zadae (ukupno dva programa/zadae)!!!

dva testa u toku semestra (teorija, kviz pitanja)

pismeni ispit (zadaci)

prisustvo nastavi: 0 %

programi: 30 %

testovi: 20 %

pismeni ispit: 50 %

Napomena: Svaka od stavki MORA biti ispunjena minimalno 50%!!!


3/237


Osnovni pojmovi. Dizajn, inenjerski dizajn, dizajn maina. Zadaci i aktivnosti udizajniranju. Kriteriji u dizajniranju. Faktori koji utjeu na dizajn. Dizajnerski tipovi.

Proces dizajniranja. Openito rjeavanje problema. Tok rada u procesu

dizajniranja. Formulacija problema i proraun. Inenjerski model. CAD i inenjerskidizajn. Inenjerski izvjetaji. Faktori sigurnosti, standardi i regulative u dizajniranju.

Dizajniranje steznih spojeva. Uvod. O steznim spojevima. Proraun steznihspojeva u oblasti elastinosti. Proraun steznih spojeva u oblasti plastinosti. Stezni

spojevi sa dvodjelnom i rasjeenom glavinom. Konusni stezni spojevi.Koncentracija napona. Osnovni pojmovi. Oblici i koncentracija napona. Viestrukakoncentracija napona. Metode za reduciranje koncentracije napona.

Sadraj kursa

1 sedmica

2 sedmice

2 sedmice

2 sedmice

2 sedmice

O kursu Uvod u Inenjerski Dizajn .....

Hipoteze o razaranju materijala.Napon i naprezanje. Teorije o razaranju pri

statikim uslovima. Teorije o razaranju pri dinamikim uslovima. Povrinskaoteenja


4/237


Dizajniranje zavarenih spojeva. Oblici i vrste zavarenih spojeva. Ukratko ostatikoj i dinamikoj izdrljivosti. Statiki proraun zavarenih spojeva. Dinamikiproraun zavarenih spojeva.

Racionalnost koritenja mase dijelova. Ekonomisanje materijalom. Nominalnateina elemenata. Utjecaji pojedinih faktora na masu konstrukcije.

Izbor materijala pri dizajniranju. Klase materijala. Osobine materijala. Strategijaizbora materijala.

Sadraj kursa - nastavak

2 sedmice

1 sedmica

1 sedmica



5/237


LITERATURAosnovna

Predavanja, vjebe

D.J. Vitas, Osnovi Mainskih Konstrukcija I i II, Nauna knjiga, Beograd, 1973. Grupa autora, Inenjersko Mainski Prirunik drugi dio, Zavod za Udbenike i nastavna

sredstva, Beograd, 1992.

Olevi S., Leme S.: Osnovi konstruiranja i konstruiranje pomou raunara CAD, Mainski

fakultet, Zenica, 1998.

N. Plavi i dr., Zbirka reenih ispitnih zadataka iz Osnova konstruisanja, Mainski fakultet,Beograd, 1999.

N. Repi i dr., Zbirka zadataka iz mainskih konstrukcija, Sarajevo, 1996.

J. Vugdelija i dr., Zbirka zadataka iz Osnova Konstruisanja, Mainski fakultet Beograd, 1974.

R. Seferovi, S. Olevi, Zbirka zadataka iz Mainskih Sistema, Univerzitet u Zenici, 2008.



6/237


LITERATURAdodatna

R.L. Norton, Machine Design An Integrated Approach, Pearson Prentice Hall, 2006.

G. Pahl, W. Beitz, Engineering Design: A systematic Approach, Springer-Verlag London Ltd.,1996.

J.E. Shigley, C.R. Mischke, Standard Handbook of Machine Design, McGraw-Hill, 1996.

M.F. Ashby, Materials Selection and Mechanical Design, Butterworth Heinemann, 1999.

W.D.Pilkey, Petersons Stress Concentration Factors, John Wiley & Sons, Inc., 1997.

VDI 2221

VDI 2222



7/237


Osnovni pojmoviO dizajnu, inenjerskom dizajnu, ....

Dizajn - potjee od latinske rijei designare namijeniti, oznaiti

Dizajniranje pretvaranje (konverzija) informacija struktuiranje nestruktuiranih problema

opetovano optimiranje rjeenja problema

vjeba primijenjene kreativnosti nalaenje tehniki perfektnog, ekonomski poeljanog i estetiki

zadovoljavajueg rjeenja za zadati problem (Kesselring)

prvenstveno kreativna aktivnost, zasnovana na znanju i iskustvu,

usmjerena ka rjeenjima unaprijed razmiljajui o tehnikimproizvodima, kako bi se odredila funkcionalna i strukturnakonstrukcija, te kreirali dokumenti koji su spremni za proizvodnju.(VDI 2222)


8/237


O dizajnu, inenjerskom dizajnu, ....

Inenjerski dizajn aktivnost rjeavanja problema sa usmjerenim ciljem

Inenjerski dizajn proces primjene raznih tehnika i naunih principa u ciljudefinisanja nekog ureaja, procesa, ili sistema u dovoljnom broju detalja kako bi seomoguila njegova realizacija. (Taylor, 1959)

Dizajn maina proces donoenja odluka kojim se kreiraju specifikacije za maine

Mainsko-inenjerski dizajn koritenje naunih principa, tehnikih informacija iimaginacije u definisanju mehanike strukture, maine ili sistema radi izvoenjaprethodno definisanih funkcija sa maksimalnom utedom i efikasnou. Odgovornostdizajnera pokriva itav proces od koncepcije do izdavanja detaljnih instrukcija za

proizvodnju, a njegov interes se nastavlja u toku itavog ivotnog vijeka proizvoda.

Osnovni pojmovi

Industrijski dizajn profesionalna sluba za kreiranje u razvoj koncepata ispecifikacija koje optimiziraju funkciju, vrijednost i izgled proizvoda i sistema radiobostrane koristi korinika i proizvoaa. (IDSA)

Industrijski dizajn kreativna aktivnost iji je cilj uspostavljanje optimalnihkarakteristika objekata, procesa, usluga i njihovih sistema u cijelom ivotnom vijeku.Dakle, dizajniranje je centralni faktor inovativne humanizacije tehnologija i vaan

faktor kulturnih u skonomskih promjena. (ICSID)


9/237


Zadaci i aktivnosti u dizajniranju

Osnovni zadatak inenjera je da primijeni svoja nauna saznanja na rjeenje tehnikihproblema, a zatim optimizira to rjeenje unutar ogranienja u materijalu, te tehnolokih iekonomskih ogranienja.

Nauka Inenjerskanauka

Inenjerskidizajn

Inenjerskatehnologija

Proizvodnja

Industrijski

dizajn

Umjetnikidizajn

Umjetnost

Ekonomija

Sociolokapsihologija

Politika

Centralna aktivnost inenjerskog dizajna

Tehniki tok

Kulturni tok

Osnovni pojmovi


10/237



Psiholoki aspekt kreativna aktivnost koja zahtijeva dobro poznavanje matematike,fizike, hemije, mehanike, termodinamike, hidrodinamike, elektrotehnike,proizvodnje, tehnlogije materijala, teorije dizajniranja, praktinog znanja i iskustva.

Modeli dizajniranja sa razliitih aspekata

Sistematski aspekt optimizacija datih ciljeva unutar ogranienja sa djeliminimkonfliktima

Organizacijski aspekt igra vodeu ulogu u proizvodnji i procesiranju sirovina iproizvoda; zahtijeva kolaboraciju radnika iz razliitih oblasti djelovanja.

70% ukupnih trokova proizvoda se odreuje njegovim dizajnom, a trokovi obuhvatajumaterijal, opremu, alat, radnu snagu, i ostale trokove.

50-80% trokova ivotnog vijeka proizvoda su uzrokovani u toku inenjerskog dizajna.

Osnovni pojmovi


11/237



ivotni ciklus proizvoda

Planiranje proizvodaPostavljanje zadataka

Dizajn/Razvoj

Proizvodnja/Sklapanje/Testiranje

Obnavljnjeenergije

Potreba trita/Problem

Zahtijeva

niciljevi

Mogui ciljevi kompanije

Koritenje/Potronja/Odravanje

Recikliranje

Odlaganje/Okolina

Menad

mentivotnogciklusaproizvoda

Marketing/Konsulting/Prodaja

Osnovni pojmovi


12/237



1. Pojanjenje zadatka sakupljanje informacija o zahtjevima iogranienjima koje treba da ispuinjava rjeenje

2. Koncipiranje (njem. Methodisches Koncipieren, eng. ConceptualDesign) postavljanje fukcionalnih struktura, pretraivanjeodgovarajuih principa i njihova kombinacija u konceptnevarijante

3. Projektovanje (njem. Methodisches Entwerfen, eng. EmbodimentDesign) dizajner, poinjui od koncepta, odreuje plan, ioblikuje i razvija tehniki proizvod ili sistem u odnosu na tehnikei ekonomeske uslove

4. Razrada (njem. Methodisches Ausarbeiten, eng. Detail Design)konano se postavlja raspored, oblik, dimenzije i osobine povrinasvih pojedinanih dijelova, tehnike i ekonomske mogunosti seponovo provjeravaju, izrauju se svi crtei i ostali proizvodnidokumenti.

Faze u dizajniranju

Osnovni pojmovi


13/237



Organizacija procesa dizajniranja originalni dizajn

Kreiranje proizvoda

Informacije

Koncipiranje

Projektovanje

Menadment

Istraivanje

Proraun

Proces

dizajniranja

Prodaja

Proizvodnja

Razrada

Izvrenje narudbe

Osnovni pojmovi


14/237



Organizacija procesa dizajniranja veliki proizvodi u pojedinanoj proizvodnji

Koncipiranje

Projektovanje

RazradaIzvrenje narudbe

Menadment

IstraivanjeProraun

Procesdizajniranja

Prodaja

Proizvodnja

Kreiranje proizvoda

Informacije

Osnovni pojmovi


15/237



Organizacija procesa dizajniranja masovna proizvodnja

Koncipiranje

Proraun

ProjektovanjeEksperimentalni

razvoj

Menadment

Razrada

Izvrenje narudbe

Procesdizajniranja

Prodaja

Proizvodnja

Kreiranje proizvoda

Informacije

Osnovni pojmovi


16/237


Kriteriji u dizajniranju

Funkcija

Sigurnost

Pouzdanost Trokovi

Proizvodnost

Marketing

Najvaniji kriteriji

Naknadno dodato u uobiajeni postupak

1. Razvoj i koritenje sistema pregleda dizajna naroito specificirajui analizu kvara,sigurnost, i sukladnost sa standardima i vladinim regulativama

2. Razvoj liste radnih operacija i provjera koritenja proizvoda u svakoj operaciji3. Identifikacija okruenja koritenja proizvoda, ukljuujui oekivana koritenja, mogua

pogrena koritenja, i eljena koritenja4. Koritenje specifinih teorija dizajniranja koje naglaavaju analizu kvara ili nepravilnog

rada i sigurnost u svakoj radnoj operaciji

Potrebno je imati i sljedee na umu:

Osnovni pojmovi


17/237


Faktori koji utjeu na dizajn

Namjena

Osnovni i polazni uslov za rjeavanje problema dizajniranja

Naponsko stanje, oblik, teina

Oblik i teinu birati tako da, po mogunosti, napon u svakoj taki bude to vie ujednaen, a da pritome ne prelazi doputenu veliina (racionalnost iskoritenja materijala)

Standardi

Obavezni u konstruiranju; samo izuzetni razlozi mogu opravdati odstupanje od standarda

Materijal

Za izbor su bitne mehanike, fizike, hemijske i tehnoloke osobine.

Habanje, korozija

Habanje neeljeno odvajanje estica materijala pod utjecajem mehanikog djelovanja sile trenja,otpora kotrljanja, kavitacije, ...

Korozija neeljeno odvajanje estica materijala pod utjecajem hemijskog razaranja materije podutjecajem istog hemijskog (npr. oksidacija) ili elektrohemijskog djelovanja.

Osnovni pojmovi


18/237



Izrada i obrada

Sklapanje

Postupci izrade: livenje, deformacija u toplom i hladnom stanju, obrada rezanjem, zavarivanje

Postupak izrade zavisi od oblika, materijala, broja koamda, opremljenosti fabrike, ...

Sklapanje treba da se obavi lako i brzo.

Rukovanje i odravanje

Rukovanje treba da bude jednostavno i da se izbjegnu eventualne greke (osigurati bezbjednostrukovaoca)

Ispravno odravanje (podmazivanje, zamjena istroenih dijelova, promjena ulja, ...) je od velikevanosti.

Transport

Oblik, veliina i teina moraju biti u skladu sa mogunostima njenog transportovanja iz fabrike domjesta upotrebe

Osnovni pojmovi


19/237



Estetski obziri

Zatita od bude maina

Izgled treba da je to ljepi i skladniji da bi prijatnije djelovao na ovjeka.

Jaka buka, koju mogu stvarati maine, djeluje neprijatno na vozila, izaziva psihiki zamor, smanjujeradnu sposobnost ovjeka, i tetna je za zdravlje.

Ekonominost

Trokovi proizvodnje i eksploatacije maina treba da budu to manji.

Osnovni pojmovi


20/237


Dizajnerski tipovi

Originalni dizajn originalni princip rjeenja za neki sistem (fabrika,maina, sklop) sa istim, slinim ili novim zadatkom

Adaptivni dizajn adaptiranje poznatog sistema (princip rjeenja ostaje isti) napromijenjeni zadatak. Obino se koriste originalni dizajn za pojedine dijelove ilisklopove.

Varijantni dizajn (dizajn sa fiksiranim principom) variranje veliine i/ili rasporedapojedinih aspekata izabranog sistema; funkcija i princip rjeenja ostajunepromijenjeni. Ne pojavljuju se novi problemi u smislu promjene materijala,ogranienja ili tehnolokih faktora.

1973, VDMA (Njemaka asocijacija mainskih kompanija):

25% OD, 55 % AD, 20% VD

Osnovni pojmovi


21/237


Openito rjeavanje problema

Proces dizajniranja

Procedura openitog rjeavanja problema

Konfrontacija

Informacija

Definisanje

Kreiranje

Vrednovanje

Odluivanje

Zadatak(problem)

Rjeenje

Re

zultatnezadovoljavajui


22/237


Openito rjeavanje problema

Procedura procesa odluivanja

Prethodni korakPonoviti korakna viem nivouinformacija

Da li su rezultati

zadovoljavajuis obzirom na cilj

Da li je ponavljanje

koraka financijskiopravdano

Sljedeiplanirani korak Zaustaviti razvoj

NE

NE

DA

DA

Proces dizajniranja


23/237

23vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuidKoraci u procesu dizajniranja

Tok rada u procesu dizajniranjaZadatak

Postavljanje zadatkaDavanje specifikacije

Specifikacije

Identificiranje osnovnih problemaPostavljanje funkcionalnih strukturaTraenje principa rjeenjaKombiniranje i postavljanje konceptupualnih varijantiVrednovanje na osnovu tehnikih i ekonomskih kriterija

Koncept

Razvijanje preliminarnog plana i oblikovanjeIzbor najboljeg preliminarnog plana

Poboljavanje i vrednovanje na osnovu tehnikih i ekonomskih kriterija

Preliminarni plan

Optimiranje i kompletiranje oblika dizajnaProvjeravanje greaka i trokovaPripremanje preliminarne liste dijelova i dokumenata za proizvodnju

Konani plan

Finaliziranje detaljaKompletiranje crtea detalja i dokumenata za proizvodnjuProvjera svih dokumenata

Dokumentacija

Rjeenje

Informacijekojeseprilagoavajuspecifika

ciji

Obnavljanje

ipoboljanje

Postavljanje

zadatka

Razrada

Projektovanje

Koncipi

ranje

Optimiranjeplanaioblikovanje O

ptimizacijaprincipa

Proces dizajniranja


24/237


Tok rada u procesu dizajniranja

Koraci u procesu dizajniranja

Proces dizajniranja


25/237




Proces dizajniranja


26/237




Proces dizajniranja


27/237


1. Identificiranje potrebe


Sastoji se od opteg (vrlo grubog i nejasnog) cilja problema

2. Istraivanje

Potrebno je u potpunosti razumjeti problem

3. Cilj

Jasnije utvrivnje cilja na osnovu odraenog istraivanja

4. Specificiranje zadataka

Zaokruivanje problema i postavljanje njegovog kruga djelovanja (granicadefinisanosti)

Koraci u dizajniranju

Proces dizajniranja


28/237


5. Sinteza (idejni ili inventivni korak) - sastaviti


Trai se to je vie alternativnih rjeenja obino bez obzira na njihovuvrijednost ili kvalitet

6. Analiza - rastaviti

Mogua rjeenja iz prethodnih koraka se analiziraju, pa seprihvataju, odbijaju ili modificiraju

7. Izbor varijante

Izabere se rjeenje od kojeg se anjvie oekuje.

8. Detaljan dizajn razrada

Sve se provjerava, nacrtaju crtei, definiu specifikacije za proizvodnju, itd.

Proces dizajniranja


29/237


9. Izrada prototipa i testiranje

Radni dizajn se zavrava izradom prototipa i njegovim testiranjem

10. Proizvodnja

Proizvodnja odreene koliine provjerenog ureaja, procesa, ...

Proces 1-10 radi se iterativnim postupkom, pri emu redizvrenja nije linearan (od 1 do 10), nego po potrebi.


Proces dizajniranja


30/237


Formulacija problema i proraun

1. Definisanje problema

2. Postaviti ta je dato

3. Postaviti odgovarajue pretpostavke

4. Preliminarne odluke o dizajniranju

5. Izrada skica

6. Metematiki modeli

7. Analiza dizajna

8. Vrednovanje

9. Tehnika dokumentacija

Faza definisanja

Preliminarna faza

dizajniranja

Razrada

Faza dokumentiranja

Rjeavanje problema zahtijeva organizovani pristup

Proces dizajniranja


31/237



Faza definisanja

1. Definisanje problema to jasnije

2. Postaviti ta je dato izlistati poznate informacije3. Postaviti odgovarajue pretpostavke nadovezati sa takom

2. (npr. zanemariti trenje, masu, i sl.)

1. Preliminarne odluke o dizajniranju ak 90% karakteristikadizajna se odrede u prvih 10% projektnog vremena

2. Izrada skica dokumentacija preliminarne faze

Preliminarna faza dizajniranja

Proces dizajniranja


32/237



1. Metematiki (inenjerski) modeli model optereenja sasilama, momentima, jednainama, i sl.

2. Analiza dizajna na osnovu modela vri se analiza(koeficijent sigurnosti, otkazivanje, ...)

3. Vrednovanje rezultati analize se vrednuju zajedno sa

odabranim materijalom i odluuje se da li nastaviti sadizajnom ili iterirati novo, bolje rjeenje vraanjem naprethodne korake

Razrada

Izrada dokumentacije

1. Tehnika dokumentacija nakon uspjenog iterativnogprocesa, izrauje se dokumentacija (inenjerski crtei,specifikacije amterijala i izrade, ...)

Proces dizajniranja


33/237


Inenjerski model

Kreiranje inenjerskog modela je najtei i najizazovniji dio procesadizajniranja (iskustvo i vjetina)

Inenjerski model se sastoji od skica, osnovnih jednaina, ...

Matematiki model definie fiziko ponaanje sistema

Intezivno koritenje kompjutera

Uspjeh bilo kojeg procesa dizajniranja zavisi od ispravnosti i primjerenosti inenjerskog modelakoji se koristi za predvianje i analiziranje njegovog ponaanja prije nego se napravi hardver.

Proces dizajniranja


34/237


Inenjerski model

Obino polazna taka u dizajnu

Osnovna svrha komunikacija inenjera sa konceptom

Mora imati dovoljno informacija za razvoj inenjerskog modela za dizajn i analizu

Inenjerska skica

Dizajn problemi su nestruktuirani treba ih struktuirati kako bi se rijeili

Openito, rjeenje se ne moe nai u knjigama

1. Mora se poeti od neega

2. Odakle god da se pone, to vjerovatno nije najbolje mjesto

3. Iteracija

e omoguiti da se dizajn pobolja, i dovesti do uspjeha

Procjena i preliminarna analiza

Proces dizajniranja


35/237


CAD i inenjerski dizajn

Kompjuteri su napravili pravu revoluciju u inenjerskom dizajnu i analizi.

Problemi koji su bili poznati vijekovima, i nisu mogli biti rijeeni, sada se mogu rijeiti zanekoliko minuta na jeftinim raunarima.

Grafika rjeenja, koja su se koristila godinama, sada nie nisu potrebna, iako su omoguavalabolje razumijevanje problema

CAD konstruiranje podrano raunarima (computer-aided design)

CAD crtanje podrano raunarima (computer-aided drafting)

o 2D crtanje (wireframe model)

o 3D modeliranje savremeni pristup (solid model)

o CAD CAE (computer-aided engineer ing) simulacije podrane raunarima

Metod konanoh volumena, Metod konanih elemenata, Metod graninih elemenata....

Proces dizajniranja

Proces dizajniranja


36/237


Inenjerski izvjetaji

Komunikacija predstavlja jedan od najvanijih aspekata u inenjerstvu

~ Verbalno

~ U pisanoj formi

~ Pisanje ponuda, prijedloga

~ Pisanje tehnikih izvjetaja

~ Prezentacije

Prezentacija se obino daje u obliku pisanog izvjetaja

~ Opis dizajna

~ Inenjerski crtei ili skice~ Tabele i grafici iz prorauna

Inenjerski izvjetaj

Proces dizajniranja


37/237


Faktori sigurnosti, standardi i regulativeu dizajniranju

Kvalitet dizajna se moe mjeriti pomou mnogo kriterija: neophodno je izraunati nekolikostepena sigurnosti da bi se procijenila nosivnost; postoje mnoge regulative koje se morajuispotovati prilikom dizajniranja

Stepeni sigurnosti

Obino odnos dvije kvantitativne veliine sa istom jedinicom (vrstoa/napon, kritininapon/primijenjen napon, maksimalna brzina/brzina rada, ...)

Izbor zavisi od mnogo faktora i predstavlja mjeru nesigurnosti dizajnera u analitiki model, teorijurazaranja, podataka o osobinama materijala, vrste mateirijala (krt, duktilan)

Za krte materijale vai da se dizajniraju prema najveoj vrtoi, tj. lomu, dok se duktilni materijalipod statikim naponom dizajniraju prema granici teenja. Zato je faktor sigurnosti krtih materijaladva puta vei od onih za duktilne pod istim uslovima.

Proces dizajniranja


38/237



Podaci o osobinamamaterijala iz testiranja

Uslovi okoline u kojima seproizvod koristi

Analitiki modelioptereenja i napona

Stvarni materijal koji se koristi je testiran 1.3Osobine materijala (iz tablica) su na raspolaganju 2Pribline osobine materijala (iz tablica) su na raspolaganju 3Loe osobine materijala (iz tablica) su na raspolaganju 5+

Identini sa uslovima testa 1.3U osnovi okolina na sobnoj temperaturi 2Srednje teki uslovi okoline 3Veoma zahtijevne osobine okoline 5+

Modeli poreeni sa eksperimentima 1.3Modeli tano predstavljaju sistem 2Modeli priblino predstavljaju sistem 3Modeli su gruba aproksimacija sistema 5+

S1

S2

S3

S=MAX(S1,S2,S3)Za duktilne materijale

Pribline preporuke stepena sigurnosti

Proces dizajniranja


39/237



Standardi i regulative

Standard kriterij, pravilo, princip ili opis usvojen od strane neke ustanove (organa) ili optegprihvatanja ili koritenja i suglasnoti, kao osnova za uporeivanje ili ocjenu ili kao prihvaeni

model

Specifikacija slino standardu, s tim da standard ima opte znaenje, dok se specifikacija korsitiza specializirane oblasti (saeta lista zahtijeva koje treba da ispunajva neki proizvod)

Propisi razvijene kao rezultat donoenja zakona u cilju kontrole u odreenoj oblasti odreeniorgani vre ozakonjenje pojedinih standarda i zakonika.

Interni standardi

Nacionalni standardi (BAS, JUS, , BS, ANSI, DIN,...)

ISO

Dizajniranje steznih spojeva sklopova)


40/237


Uvod Sistem standardnih tolerancija (ponavljanje)

13 grupa za mjere 1-500 mm (1-3, 3-6, ...) 3 mm pripada grupi 1-3 mm

8 grupa za mjere 500-3150 mm (500-630, 630-800, ...)

20 kvaliteta tolerancija sa jedinicom tolerancije

Tablica 7.14 i

Tablica 7.15, IMP

Osnovna tolerancija oznaka IT + kvalitet (npr. IT8) viestruki iznosjedinine tolerancije (red R5)

Ukupno 24 poloaja tolerancijskog polja prema nultoj liniji za unutranje(velika slova) i spoljanje (mala slova) mjere

Tablica 7.19a. i

Tablica 7.19b, IMP



41/237



Poloaj tolerancijskih polja unutranja mjera

A0 = AgA0 = AdPozitivnoodstupanje

egativnoodstupanje

ulta linija

A

Nazivnamjera

BC

CDDE

E

F

F

FG

GHJJS

KMNPRS T

U

V

X

Y

Z

ZA

ZB

Za unutranje mjere: A-H iznad nulte linije, J i K, a ponekad i M presjecajunultu liniju, N-ZC ispod nulte linije



42/237



Poloaj tolerancijskih polja spoljanja mjera

a0= ada0 = agPozitivnoodstupanje

egativnoodstupanje

ulta linija

Nazivnamjera

a

b

ccdd

eeff

fh S

kmnrs

t

v

x

z

z zb

Za spoljenje mjere: a-h ispod nulte linije, j presjeca nultu liniju, k-zc iznadnulte linije



43/237


Uvod Nalijeganja (D.J. Vitas I, str. 78)

100H7/g6 (ili 100 , 100H7-g6 )Ozna

avanje

Primjer nalijeganja

100G7/h6 (ili 100 , 100G7-h6 )H7g6

G7h6



44/237


Uvod Vrste nalijeganja

Labava nalijeganja uvijek obezbijeen zazor

Za vratila u leitima, za prstenaste klizae na vratilima, za zglavkaste veze

Najmanji zazori (H/h) relativni pokreti elemenata u sklopu veoma rijetki i po duini puta kratki(pomjerljivi zupanici, glavine iskljunih spojnica, osovinice u zglavcima, ...)

Neto vei zazori (H/g, G/h) za to bolje vo

enje vratila u leitima, ili za uzduno pomjeranjeelemenata na vratilima

Veliki zazori (H/f, H/e, H/d, F/h, E/h, D/h) za jako optereena klizna leita

Najvei zazori (H/c, H/b, H/a, C/h, B/h, A/h) klizna leita brzohodih vratila i sklopove elemenata

izloenih toploti

Najmanji zazor

Najvei zazor



45/237



Neizvjesna nalijeganja mogu davati zazore ili preklope

Blia labavim nalijeganjima (H/j ili J/h) za sklopove elemenata koje treba povremeno razdvajatiili skidati bez napora

Blia vrstim nalijeganjima (H/k, H/m, H/n ili K/h, M/h, N/h) za umjereno vrste sklopove (za

meusobnu nepokretljivost dovoljan je mali pritisak). U sluaju da se eli prenositi obrtnimomenat neophodno je vezu osigurati klinom ili na neki drugi nain.

Najvei preklop

Najvei zazor

U d V t lij j



46/237



vrsta nalijeganja uvijek obezbijeen preklop

Za spojeve elemenata za koje je neophodno obezbijeditivrstu, nepokretljivu vezu izmeu elemenataspoja

Obrtni moment se moe obezbijediti bez posrednika (klin, i sl.)

Lake ostvariva nalijeganja (H7/p6, H7/r6, H7/s6) slabije vrsti spojevi elemenata: leini trupovisa leinim posteljicama izloenih jakim uzdunim silama, vijenci i bandae sa trupovima zupanikaili tokova, spojnine glavine sa vratilima

Tea nalijeganja (H8/u8, H8/x8) za vrlo vrste veze elemenata sklopa: vratila sa zupanicima,zamajcima, tokovima

Najmanjipreklop

Najvei preklop

U d N lij j



47/237


Uvod Nalijeganja

PrimjerOdrediti najmanje i najvee zazore, odnosno preklope za sklopove: 60E9/h9, 100H8/f8, 140H7/k6,200H7/r6

Tabela 7.19 a i b (IMP, str. 85 i 86)


48/237

Uvod Nalijeganja



49/237


Uvod Nalijeganja

Dizajniranje steznih spojeva sklopova) IMP, str. 171-179, D.J. Vitas I, str. 93-123O steznim spojevima


50/237


O steznim spojevima

Stezni spojevi slue sa prenos optereenja, obrtnih momenata, radijalnih i aksijalnih sila pomouotpora klizanju izmeu spoljanjeg i unutranjeg elementa (vrsta nalijeganja).

Prenik otvora spoljanjeg elementa je manji od vanjskog prenika unutranjeg elementa

Sklapanjem nastaje pritisak

Stezni spoj

O steznim spojevima



51/237


O steznim spojevima

Vrste steznih spojeva

Proraun cilindrinih presovanih spojeva u oblasti elastinosti



52/237



Deformacije elemenata spoja (teorija elastinosti, proraun debelih cijevi)

i unutranji dio

e spoljanjidio

spoljaanji dio

unutranji dio




53/237



spoljaanji dio

unutranji dio




54/237



Uslovi na dodirnim povrinama

Zavisnost pritiska od efektivnog preklopa

Pritisak na dodirnim povrinama




55/237


p p j

P' efektivni preklop

Rzvisine neravnina

P projektovani preklop

Neravnine elemenata spoja




56/237


p p j

Granini preklopi spoja

Pritisci se odreuju prema graninim efektivnim, odnosno projektovanim preklopima -vjerovatnoa proklizavanja i vjerovatnoa provjere plastinih deformacijaje manja od 0.3%.




57/237


p p j

Alternativno (prama Vitasu)

m Poissonsov broj m=1/


58/237




59/237


Najvei i najmanji preklop




60/237


Najvei i najmanji dodirni pritisak




61/237


Primjer 2.

U dio izraen od sivog liva utisnuta je bronzana leina posteljica. Za zadate podatke treba izraunatideformacije unutranjeg prenika posteljice i utjecaj na zazor kliznog leita (40H6/e7).

Podaci: 60H7/r6 na dodirnoj povrini presovanog spoja,Ds= 100 mm, du = 40 mm, =0.25 iE= 1.11011

za SL, =0.33 iE= 1.21011

za bronzu,Rze +Rze = 5 m.

Poetni podaci i pomone veliine

Tabela 7.19 a i b (IMP, str. 85 i 86)

Za otvor

Za osovinu




62/237


Najvei i najmanji preklop




63/237






64/237

64vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuidNapomena: Kvalitet 7 za polje e nije dat u Tabeli 7.19. Gornje odstupanje je isto kao za kvalitete 8

i 9, ali je tolerancija manja i dobija se iz tabele 7.14 (25m).

Najmanja i najvea deformacija unutranjeg prenika unutranjeg elementa

Tabela 7.19 a i b (IMP, str. 85 i 86) za spoj 40H6/e7

Za otvor

Za osovinu




65/237


Najvei i najmanji zazor




66/237


Naponi u spojenim dijelovima

Raspodjela napona u spojenim dijelovima

Spoljanji element

Unutranji element

unutranja povrina

spoljanja povrina

unutranji povrina

spoljanja povrina




67/237


Ekvivalentni naponi u spojenim dijelovima

Spoljanji element

unutranja povrina

spoljanja povrina

Hipoteza najveeg tangentnog napona za unutranju povrinu

Najvei doputeni pritisak




68/237


Ekvivalentni naponi u spojenim dijelovima

Hipoteza najveeg normalnog napona za unutranju povrinu

Unutranji element

unutranji povrina

spoljanja povrina

Najvei doputeni pritisak




69/237


Primjer 3.

Za podatke iz primjera 1. provjeriti da li se naponi nalaze u granicama elastinosti.

Za proraun je mjerodavan najvei dodirni pritisak

Tabela 7.8 (IMP, str. 44)

Proraun cilindrinih presovanih spojeva u oblasti elastinostiProraun cilindrinih presovanih spojeva u oblasti elastinosti



70/237


Nosivost steznog spoja

Stepen sigurnosti protiv proklizavanja

k

granina vrijednost stepena prionljivosti spoja (IMP, tab. 7.68)

pdnajmanja vrijednost pritiska u spoju (prema najmanjoj vrijednosti efektivnog preklopa)

F optereenje spoja

F uzduno optereenje

F =Ft = 2T /d tangentno optereenje

kombinovano optereenje


71/237




72/237


Ostvarivanje spoja

Popreno presovani spoj

zagrijavanje spoljanjeg ili hlaenje unutranjeg elementa

Pg najvei oekivani preklop u spoju

Z zazor potreban za lako spajanje elemenata (gornje odstupanje za poljef 7 za d )


73/237


O t i j j



74/237


Ostvarivanje spoja

Uzduno presovani spoj (djejstvom sile prese)

djejstvom sile prese

Ostvarivanje uzduno presovanog spoja


75/237


Primjer 6.



76/237


Primjer 6.

Kolika sila prese je potrebna za sklapanje seznog spoja datog u primjeru 1.

Za proraun je mjerodavan najvei dodirni pritisak


Primjer 7.



77/237


je 7.

Proraunati elastino presovani spoj vratila sa zupanikom (oba materijala su izraena od .0545)ako spoj treba da prenosi snagu od 11.2kW.

Podaci: k= 0.15,Riz =Rez = 8 m

Pomone veliine


Maksimalni dozvoljeni pritisci na dodirnim povrinama unutranjeg i spoljanjeg elementa



78/237


Maksimalni dozvoljeni pritisci na dodirnim povrinama unutranjeg i spoljanjeg elementa

Obodna sila

Za proraun je mjerodavna manja vrijednost pritiska!!!


79/237


Stvarni preklopi



80/237


p p

Tolerancija sklopa

Najblia manja vrijednost (tabela 7.14)

Tolerancijsko polje IT7 (oznaka rupe je 40H7)


Donje odstupanje vratila



81/237


j p j

Tablina vrijednost koja zadovoljava ove granice je d=60 m i odgovara oznaci u

Oznaka spoja je: 40H7/u7


82/237

Proraun cilindrinih presovanih spojeva u oblasti plastinosti



83/237


Mjerodavni pritisak za odreivanje nosivosti

Promjena pritiska na dodirnoj povrini uzavisnosti od efektivnog preklopa

Granina sila trenja

Stepen sigurnosti protiv proklizavanja


84/237


85/237




86/237






87/237


Pritisak izmeu spojenih dijelova

Najvei naponi




88/237


Efektivni preklop pri naponu jedakom granici razvla enja

Mjerodavni pritisak za odreivanje nosivosti

Nosivost steznog spoja


89/237

Stezni spojevi sa dvodjelnom i rasjeenom glavinomStezni spojevi sa dvodjelnom i rasjeenom glavinom



90/237


Stezni spojevi sa dvodjelnom i rasjeenom glavinom d D

Konusni stezni spojevi



91/237

91vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuidPrimjeri ostvarivanja koninih steznih spojeva




92/237

92vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuidPrimjeri ostvarivanja koninih steznih spojeva


Nagibi 1:10 do 1:40



93/237


Vei nagibi ako je potrebno lake razdvajanje

Za proraun je mjerodavan srednji prenik

Koncentracija napona D.J. Vitas I, str. 125-155Osnovni pojmovi

Stanje sa visokim lokaliziranim naponima mnogo veim od srednjih napona usljed nagle


94/237


Stanje sa visokim lokaliziranim naponima, mnogo veim od srednjih napona usljed naglepromjene oblika, u blizini pukotina, rupa, usljed kontakta, ...

Nominalni naponi u presjecima I i II

Osnovni pojmovi

Maksimalni napon u presjeku II naponi

Koncentracija napona


95/237


Geometrijski (statiki) faktor koncentracijenapona

Maksimalni napon u presjeku II naponi

Efektivni (dinamiki) faktor koncentracijenapona

Osnovni pojmovi


Osjetljivost materijala na koncentraciju napona


96/237


poPetersonu

Efektivni (dinamiki) faktor koncentracije napona

Kuhn-Hardrath formula

-Neuberova konstanta

- radijus zakrivljenja ljebar

Osnovni pojmovi

Koncentracija naponaNeuberova konstanta


97/237


elik aluminij (poboljan) aluminij (ovren)


98/237

Osnovni pojmovi



99/237

99vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuidUtjecaj vrste ljeba na koncentraciju napona

Osnovni pojmovi

Metode za odreivanje faktora koncentracije napona



100/237


1. Analitiko rjeenje teorija elastinosti

2. Eksperimentalne metode fotoelasticimetrija, mjerne trake, ...

3. Raunarske simulacije MKE, MKV, ...

4. Teorija membrana za probleme uvijanja

Osnovni pojmovi

Analitiko rjeenje dvodimenzionalni problem



101/237


Ravno stanje napona

Ravno stanje naprezanja

Granini uslovi

Osnovni pojmovi



102/237


Ravno stanje napona Ravno stanje naprezanja

Osnovni pojmovi

Eksperimentalne metode

Izraunati pomouformule za savijanje za



103/237


o u e s v j jenajmanji presjek

Stvarni rasporednapona

Stvarni rasporednapona za presjeksa ljebom

Izohomatske linije pokazuju stalnenaponeske razlike, pa se na osnovu

njihovog broja i gustine odreuje faktorkoncentracije napona.

Osnovni pojmovi

Numerike metode raunarske simulacije



104/237



105/237

Oblici i koncentracija napona

Oblici sa stepenastim prelazima

3r



106/237


0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

r/d

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

k

1.20

1.30

1.50

1.10

1.15

1.02

D/d=2.0

1.05

1.01

1.07

dD

r

FF


Formula za kza okrugli tap izloen uvijanju ili savijanju



107/237


Primjer


Ako je aksijalna sila koja djeluje na tap sa stepenastim prelazom jednaka F=300 kN, izraunatinajvee napone za sluajeve A i B sa podacima datim na slici



108/237


najvee napone za sluajeve A i B sa podacima datim na slici.




109/237

109vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuid0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

r/d

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

k

1.20

1.30

1.50

1.10

1.15

1.02

D/d=2.0

1.05

1.01

1.07

dD

r

FF


Neuberovaformula za nelinearne materijale

U sluajevima kada optereenje prelazi vrijednosti pri kojima maksimalan napon na



110/237


mjestu koncentracije napona prelazi granicu elastinosti, raspodjela napona se mijenja idrugaija je od one u granicama elastinosti.

Efektivni faktor koncentracije napona Efektivni faktor koncentracije deformacije

Faktor koncentracije napona (Neuberova formula)

ili


111/237


112/237


113/237



Podzadatak: Treba na

i maksimalnu deformaciju nelinearnog materijala na osnovu formule(zna se proizvod maksimalnog napona nelinearnog materijala i maksimalne deformacije)


114/237


1,161,081,000,930,850,770,690,610,530,460,380,290,200,110,050,010,00

290289287285282279276272267263252235200150100500Napon, MPa

Deformacija x Napon

Na osnovu tabele napon-deformacija dobija se sljedea tabela

Linearnom interpolacijom se dobija maksimalan napon


115/237


116/237


117/237

Primjer


Vratilo na slici je izloeno momentu savijanja M1, u presjeku i M2=1.1M1 u presjeku II. Nainajvee stvarne napone u zadatim presjecima, ako je dato: M1= kN, I = 10 mm, II = 8 mm.



118/237


Nai stepen sigurnosti u oba presjeka, ako je vratilo izloeno naizmjeninom savijanju ijednosmjerno promjenljivom momentu uvijanja sa Tmax=1000 Nm.


119/237


Oblici sa otvorima

3

h



120/237


0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5

d/B

2

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

k

d

BFF

h




121/237



Ostali oblici



122/237



123/237




124/237



a)



125/237


b) c)

d)

Viestruka koncentracija napona



126/237



127/237

Viestruka koncentracija napona



128/237



129/237


130/237


131/237


132/237

Redukcija koncentracije napona

Ploa ili vratilo sa stepenastim prelazom



133/237


Koncentracije napona


ljeb za klin vratilo izloeno uvijanju



134/237


Koncentracije napona

Izbuiti rupe sa obje strane ljeba




135/237


a) Samo radijus r

b) Dodatni ljeb c) Dodatni prsten

d) Dodatni (dublji) prsten e) Rastereujui prsten

f) Rastereujui prsten




136/237


Hipoteze o razaranju materijalaNapon i naprezanje

Tenzor napona Tenzor deformacija


137/237


Napon i deformacije

Glavni naponi

Hipoteze o razaranju materijala


138/237


Napon i deformacije

Glavni normalni naponi



139/237


Ima tri realna korijena

1 > 2 > 3

Glavni tangencijalni naponi

Glavni normalni naponi 2D sluaj

(*)

Hipoteze o razaranju materijalaNapon i deformacije


140/237



141/237

jednoosno zatezanje

isto smicanje (uvijanje)

Mohrov krug

Hipoteze o razaranju materijalaNapon i deformacije


142/237


1

12

2

3 x

13

1

13

3

12

2

23

Teorije o razaranju pri statikim uslovima

Mjera duktilnosti tendencija materijala da se znatno deformie prije loma-otkaza usvaja

se da je materijal duktilan ako se prije loma deformie vie od 5% (veina metala sedeformiu vie od 10%)

Krtost odsustvo znatne deformacije prije loma-otkaza



143/237


ta je otkaz?

Dio se deformie i vie ne moe da ispunjava funkciju

Dio pukne

duktilan krt


Otkaz duktilnih materijala

Iako se otkaz duktilnih materijala deava i iznad njihove vrstoe pri zatezanju,uzima se da se otkaz deava iznad granice teenja!!!

Hi t k j j k i t



144/237


Hipoteze koje se najee koriste

Hipoteza najveeg normalnog napona Rankin

Hipoteza najveeg normalnog naprezanja (dilatacije) Saint-Venant

Hipoteza ukupne energije naprezanja

Hipoteza deformacionog rada von Mises-Hencky (+Hueber) hipotezadeformacione energije potrebne za promjenu oblika

Hipoteza najveeg tangencijalnog napona Tresca (Coulomb, Guest)

Samo posljednje dvije se slau sa eksperimetalnim podacima!!!


145/237


Hidrostatiko optereenje

x = y = z = const Mohrov krug je taka, sa tangencijalnim naponima jednakim nuli



146/237


Komponente energije naprezanja

g j g j p j

Ogromne koliine energije naprezanja se mogu predati materijalupod hidrostatikim optereenjem nema promjene oblika!!!

usljed deformacionog rada (tangencijalni naponi) mijenja se oblik

usljed hidrostatikog optereenja (normalni naponi) mijenja se zapremina

Teorije o razaranju pri statikim uslovimaHipoteze o razaranju materijala


147/237



148/237


149/237


150/237



151/237

151vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuid3D podruje otkaza teorije deformacionog rada


152/237


Von Misesov ekvivalentni napon



153/237



isto smicanje

13



154/237


Eksperimenti i teorija deformacionog rada pokazuju da otkaz duktilnih materijala

izloenih statikom optereenju nastaje usljed tangencijalnih napona, pa teorijapredstavlja najbolju hipotezu u predvianju otkaza duktilnih materijala izloenihstatikom optereenju, a koji imaju podjednake vrstoe na pritisak i zatezanje.

13

12

2

23


Teorija maksimalnog tangencijalnog napona

Otkaz se deava kada maksimalan tangencijalni napon pree tangencijalni napon uepruveti izloenoj na zatezanje na granici teenja (polovina vrijednosti graniceteenja za zatezanje)



155/237

155vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuid2D heksagon za teoriju najveeg tangencijalnog napona(upisan u elipsu teorije deformacionog rada)

Konzervativnija (stroa) hipoteza odhipoteze najveeg deformacionog rada



156/237

156vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuid3D podruje otkaza za teoriju najveeg tangencijalnog napona


157/237


Teorija maksimalnog normalnog napona

Otkaz se deava kada maksimalan normalni napon pree neko ogranienje (naponteenja ili vrstou)



158/237

158vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuidTeorija najveeg normalnog napona (netana zaduktilne materijale u 2. i 3. kvadrantu)

Nesigurna teorija za duktilnematerijale


Poreenje eksperimentalnih podataka i hipoteza o razaranju



159/237

159vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuidEksperimentalni podaci za testove na zatezanje za tri hipoteze razaranja

I hipoteza deformacionog rada imaksimalnog tangencijalnog napona suprihvatljive u sluaju statikogoptereenja duktilnih, homogenih,izotropskih materijala, ije vrstoe nazatezanje i pritisak imaju jednakuvrijednost


160/237

Coulomb-Mohrova teorija

Adaptacija hipoteze maksimalnog normalnog napona



161/237

161vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuidCoulomb-Mohrova, modifikovana Mohrova i teorija najveih normalnih napona za nejednake materijale


162/237



163/237




164/237



Primjer 1

Odrediti stepen sigurnosti ipke na slici ako je:

1) ipka izraena od aluminijuma sa granicom teenja od2) ipka izraena od sivog liva sa uz= 360 MPa , uc= 1130 Mpa



165/237


Podaci: l=150 mm, a=200 mm, d = 40 mm, F= 4500 N

Mehanika loma - osnove



166/237

166vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuidKoncentracija napona na rubu eliptike rupe u ploi


Teorija mehanike loma

Pretpostavlja prisustvo pukotine

U sluaju da je zona teenja oko vrha pukotine malena u odnosu na dimenzije,koristi se linearno-elastina mehanika (LEFM) pretpostavlja se da se materijal



167/237


ponaa poHookovom zakonu U sluaju da se javlja znatna plastina deformacija oko vrha pukotine, koriste se

komplikovaniji pristupi od LEFM

Vrste irenja pukotine

Tip I Tip II Tip III


168/237



169/237


ravno stanje deformacija

ravno stanje napona


Lomna ilavost, KC


ZaKC


170/237


- brzorastu u pukotinu (okolina je nekorozivna)

ZaKC K pukotina se iri do loma (brzina irenja moe biti i nekoliko km/s)


171/237

Teorije o razaranju pri dinamikim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)

Mehanizmi otkaza pri zamoru


Otkazi pri zamoru uvijek pounju od pukotine (nastale u procesu proizvodnje ili ciklikogovravanja oko koncentracije napona) za dinamiki optereene dijelove iznimno je vano da sedizajniraju kako bi se smanjile koncentracije napona.

F tk i


172/237


- Nastajanje pukotine

- irenje pukotine

- Lom materijala

Faze otkaza pri zamoru

Teorije o razaranju pri dinamikim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)

Modeli otkaza usljed zamora

Re imi zamora


- Zamor sa malim brojem promjena (LCF), N < 103

- Zamor sa velikim brojem promjena (HCF), N >103


173/237


Teori ja napona (-Nteorija)

Teorije o razaranju pri dinamikim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)Hipoteze o razaranju materijala

- Najstarija teorija sa primjenom na HCF

- Najtanija za konstantne amplitude optereenja

- Teorija zasnovana na naponu, pa se trai dinamika izdrljivost ispod koje treba da se

l ikli

i i


174/237


nalaze cikli ni naponi- Onemoguiti nastajanje pukotine

- Najmanje tana od tri teorije, ali za neke materijale obezbjeuje neogranien ivotnivijek

- Rotirajui ureaji

- Automatske proizvodne maine


- Usljed teenja u fazi nastajanja pukotine, teorija napona ne moe adekvatno modelirati ovu fazu

- Teorija naprezanja daje prilino tanu sliku faze nastajanja pukotine

- Moe razjasniti i kumulativnu tetu usljed varijacija ciklikih optereenja (npr. prekoraenjaoptereenja)

Teori ja naprezanja (-Nteorija)


175/237


- Mogu se ukljuiti i efekti puzanja, pa je teorija bolja i za kombinacije dinamikih optereenja idjelovanja temperature

- Najee se primijenjuje za LCF probleme, tj. probleme sa konanim vijekom trajanja, gdje sulokalni naponi dovoljno veliki da izazovu teenje materijala

- Predstavlja najkomplikovaniji od tri modela, i zahtijeva numeriko rjeavanje

- Transportni ureaji (za servisiranje) iako niska optereenja mogu biti u HCF, ona visoka suobino u LCF reimu


176/237


Dinamika optereenja rotirajui ureaji

max

a

max

min

a

sr=a

max

min

a

sr


177/237


t

min

sr=0

t

t

a) Naizmjenino (eng.fully reversed) b) poetno istosmjerno (eng. repeated) c) istosmjerno (eng.fluctuating)


Dinamika optereenja opti sluaj


178/237



a

Dinamika optereenja utjecaj srednjeg napona

Naizmjenino

(sr=0)

Istosmjerno

(sr0)


179/237


N103 108

sr pritisak

sr= 0

sr zatezanje Kategorija IVKategorija III

Kategorija IIKategorija I

( 0) ( 0)

Jednoosni naponi

Vieosni naponi

Utjecaj srednjeg napona Kategor i je dizajniranja


180/237

aN

premaReH

E F

D

C

Y Z

Xlinija optereenja Q

a

a

NpremaReH

E F

D

C

Y Z

X linija optereenja

P

a


Dinamika optereenja linije otkaza


181/237


srReH RmO

Xsr srReH Rm

O

sr

a

srReH Rm

N premaReH

O

E F

D

C

Y Z

X

linija optereenja

R

a

sr srReH Rm

N premaReH

O

E F

D

C

Y Z

X

linija optereenja

S

S'

a

sr

a)a=const, sr const b)a const, sr=const

a)a/sr=const b)a const, srconst


182/237

Dizajniranje zavarenih spojeva IMP, 157-169 str.; Vitas II, 79-93, 113-114Osnovni pojmovi, oblici, vrste zavarenih spojeva

Zavarivanje proces (nerastavljivog) spajanja dva ili vie metala (ili drugih meterijala), topei oba materijala.

Najee se koristi za izradu konstrukcija od standardnih profila i limova, kao :

Nosei elementi konstrukcije (stubovi, grede, reetke)

Dijelovi od lima (sudovi pod pritiskom, rezervoari, cjevovodi)


183/237


j ( p p , , j ) Zavareni elementi maina (postolja maina, oslonci, tijela obrtnih dijelova)

Postupci zavarivanja se dijele na :

Zavarivanje topljenjem topljenjem materijala na mjestu spoja uz dodavanje dodatnogmaterijala ili bez njega (gasno zavarivanje, elektroluno zavarivanje, zavarivanje pod troskom,zavarivanjem laserom, ...)

Zavarivanje pritiskom ostvaruje se omekavanjem materijala na mjestu spoja i djejstvompritiska ili udarca (elektrootporno zavarivanje, zavarivanje trenjem, zavarivanje ultrazvukom, ...)

Osnovni pojmovi, oblici, vrste zavarenih spojeva

Elementi zavarenog spoja

zavar

osnovni materijal

Dizajniranje zavarenih spojeva


184/237


av

zavareni spoj

Zavareni spoj spojeni dijelovi zajedno sa nanesenim materijalom

av nanijeti materijal

Zavar jedan sloj nanesenog materijala


185/237

Naponsko stanje u zavarenom spoju

z zdoz

z

F

A =

Uproteni proraun naponskog stanja zavarenog spoja

F

F



186/237


2

z z

z

A L

L L

=

=

LF F

Stvarni raspored napona u zavarenom spoju

1-121

2-2

Naponsko stanje u zavarenom spojuDizajniranje zavarenih spojeva


187/237


21

Naponsko stanje u zavarenom spoju

Nominalni naponi u zavarenom spoju

F

FMx Mxa

z

z

F

AL

=

Sueoni spoj



188/237


L

F F

My

My2

2

2

6

6

z z

z

y

x

z

xy

z

L

L L

M

L a

M

aL

=

=

=

=


189/237


190/237

Statiki proraun zavarenih spojevaDizajniranje zavarenih spojeva


191/237


Stepen sigurnosti

Granica razvlaenja je mjerodavna i za konstrukcije sa malim brojem promjena (103-104) ilimalim amplitudama u odnosu na srednju vrijednost napona (S =2.5 )

Primjer 1

Statiki proraun zavarenih spojeva

Kolikom silomFmoe da se optereti prikazana konzola ako se odgovor da na osnovu statikog proraunazavarenog spoja uz stepen sigurnosti 2.5. Sa dobijenim optereenjem provjeriti napon od savijanja unajopasnijem presjeku konzole.



192/237


F240

80

80

.0345

105

F

F

200

Fz

5


85 200zF F=

26bh

Fl

W

Ms ==



193/237


Fz

85

2.353

( 2 )

z

z z TMs doz

F F

F F

la l a a S

=

= = =

1 2

TM s

TM T

S

= =


1 2

140 0.8 0.8

35.84 MPa2.5

TM

doz

Tdoz

doz

S

S

=

=

= =



194/237


2.353

( 2 ) ( 2 )

( 2 ) 35.84 (80 10) 5

2.353 2.3535331 N

zdoz

doz

F F

l a a l a a

l a aF

F

=

= =

=


2

2

6

6 5331 0.1679.965 MPa

0.01 0.08

s

s

M Fl

W bh

= =

= =



195/237


Neto drugaiji pristup prema IMP, Tabela 7.65, str. 164

Dinamiki proraun zavarenih spojeva

Sluaj naizmjenine izdrljivosti



196/237



Primjer 1

Polutka spojnice teine 400 N, izraena od .0370, zavarena je u II stepenu kvaliteta za vratilo izraeno od.1530, ako to je prikazano na slici. Vratilo je optereeno simetrino naizmjeninim optereenjem nasavijanje i poetno jednosmjernim optereenjem na uvijanje. Potrebno je:

1) Izraunati dinamiki stepen sigurnosti na savijanje,2) Ako je ukupni dinamiki stepen sigurnosti (na savijanje i uvijanje) SD =2, izraunati

maksimalnu snagu koju vratilo moe prenijeti pri brzini vrtnje od 600 min-1.Broj promjena napona od n =10

7 odgovara tekom reimu rada.



197/237


j p j p g

7

100

G300

Primjer 2


Mehanizam glavnog kretanja vrue pile sastoji se od

elektromotora (EM) snage 132 kW, broja obrtaja

n=986 min-1, remenskog prenosnika iR= 1, stepena

iskoritenjaR= 0.96, te zamajca (Z) i pilnog diska(PD) koji su montirani na vratilo. Prirubna ploa PD



198/237


zavarena je za rukavac vratila prenika 100 mm.

Izraunati debljinu zavarenog spoja iji je dinamiki

stepen sigurnosti 2, a kvalitet zavarivanja IV stepena.

Mehanizam glavnog kretanja vrue pile je u tekom

reimu rada sa n=105promjena

Zavareni spojevi ostvareni pritiskom

- Elektrootporno zavarivanje (takasto tanki limovi)

- Sueono zavareni spojevi (elektrini otpor, zavarivanje trenjem, elektronskim snopom, ...)



199/237


Elektrootporno zav. spojevi

a) sueoni,

b) takasti,

c) bradaviasti,d) linijski,

e) linijski gnjeen

Zavareni spojevi ostvareni pritiskom

Takasto zavareni spojevi

Sueoni spoj statika izdrljivost, a)

Dvosjeni spoj, b)



200/237


Naponi (dinamiko optereenje, R= 1), d)

Takasto zavareni spojevi:

a) jednosjeni,

b) dvosjeni,

c) jednosjeni u vie redova,d) naponi u jednosjenim

spojevima

Racionalost koritenja mase dijelova lake konstrukcije) Vitas II, str. 116-144Ekonomisanje materijalomCijena i uteda u koliini materijala igra vanu ulogu u konstruisanju

Neki od naina za postizanje tog cilja:

1. Cijena materijala po mogunosti koristiti jeftiniji materijal

2. Dijelove izraivati od vie materijala

3 Maksimalno iskoristiti karakteristine osobine materijala


201/237


3. Maksimalno iskoristiti karakteristine osobine materijala

4. Smanjiti otpadak materijala

5. Obavezno pratiti uputstva u standardima6. Primjena zavarenih konstrukcija

7. Primjena lakih konstrukcija, tj. konstrukcija koje su znatno lake od uobiajenihmainskih konstrukcija

Nominalna teina elemenata

Smanjenje teine elemenata (konstrukcije) ostvaruje se na osnovu:

Materijal je podjednako napregnut na svim mjestima tenja zaidealnim idealnim oblikom s obzirom na naponsko stanje

Izbor pogodnog materijala

Oslanjanje elemenataKoristi i nedostaci koritenja lakih konstrukcija:

Racionalost koritenja mase dijelova


202/237


j j

Transport (utovar, pretovar, prenos, prevoz)

Manje teine vozila doputaju vee optereenje u radu pri jednakomutroku energije

Lake se potiu vea ubrzanja sa lakim materijalima, a i manje suinercijalne sile

Poveana cijena usljed primjene skupljih materijala i posebnih oblika,te sloenijih tehnolokih postupaka za njihovo dobijanje

Nominalna teina elemenata - proraunRacionalost koritenja mase dijelova


203/237


Optimalan dizajn je izbor materijala i geometrije koji maksimiziraju (minimiziraju) funkciju Gn

Nominalna teina elemenata - proraun

U zavisnosti od namjene, mogu se postaviti tri osnovna kriterija



204/237


Zatezanje sluaj konzole

Kriterijum A (mjerodavan napon)



205/237



Kriterijum B (mjerodavna deformacija/izduenje)



206/237



Kriterijum C (mjerodavan deformacioni rad)



207/237


Savijanje sluaj konzole




208/237



Kriterijum B (mjerodavna deformacija)




209/237







210/237


Uvijanje sluaj konzole





211/237


Kriterijum B (mjerodavna ugaona deformacija)





212/237







213/237


Izvijanje sluaj konzole





214/237



215/237

Utjecaj faktora profila

Na izbor profila, osim elje za smanjenjem teine, utjee i:

Cijena i mogunost nabavke

Pogodnost profila za izradu i obradu zavisi od broja primjeraka ivrste materijala i obrade

Pogodnost profila za sklapanje sa drugim profilnim elementima

Podobnost za odreenu funkciju



216/237


Podobnost za odreenu funkciju

Pilagoenost profila naponskom stanju

Usklaenost sa standardima

Razni drugi faktori, kao povrna konstrukcije (u sluaju farbanjaili premazivanja), transport, ...

Zatezanje

Faktor profila za zategnute elemente je uvijek jednak jedinici!!!

Dakle, oblik profila ne utjee na teinu pri optereenju na zatezanje!!!

Ipak, treba paziti na koncentraciju napona i izbjegavati je gdje je to god mogue.

Savijanje




217/237


Na primjer, kriterij A

Na primjer, kriterij A

Za kruni presjek

Za kvadratni presjek




218/237


p j




219/237

219vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuidZavisnost faktora profila za kruni i kvadratni uplji presjek




220/237

220vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuidUporedni pregled faktora profila pri savijanju




221/237


Uporedni pregled faktora profila pri savijanju

(nastavak)

Uvijanje

Najvie su napregnuta spoljanja vlakna, pa su laki oni profili kojimaje najvea masa presjeka vie udaljena od centra (uplji profili)!!!

Izvijanje

Faktor profila je:

D kl fili l ki k d i j l i j k lik




222/237


Dakle, profili su laki kada imaju malu povrinu presjeka, a velikmoment inercije = profili sanduastog oblika.

Nepovoljni su puni profili!!!

Utjecaj faktora materijala



223/237

223vod u Inenjerski Dizajn www.am.unze.ba/uuidZavisnost faktora materijala od vrste materijala

Klase inenjerskih materijala

K i i

Keramika

Matali

Polimeri

Metali relativno visok modul elastinosti; legure;mainska i termika obrada; duktilni; osjetljivina zamor; osjetljivi na koroziju

Keramika i staklo visok modul elastinosti; krti; 15puta vea vrstoa na pritisak; osjetljivost nakoncentraciju napona i kontaktne napone;vrsti; tvrdi; otporni na abraziju, visoketemperature i koroziju

Polimeri i elastomeri generalno, relativno nizakmodul elastinosti (50 puta manji od metala);velike deformacije; puzanje; osjetljivost natemperaturu (neupotrebljivi iznad 200C);visok odnos vrstoa/masa; jednostavno i brzo

Izbor materijala u dizajniranju


224/237


Kompoziti

Elastomeri Staklo

visok odnos vrstoa/masa; jednostavno i brzooblikovanje; nia cijena; smanjenje

proizvodnih faza; otporni na koroziju; malikoeficijent trenja

Kompoziti kombiniraju eljene osobine glavnihklasa materijala; veina ima polimernumatricu (epoksi ili poliester) pojaanu

stakelnim vlaknima, karbonom ili Kevlarom;ne koriste se iznad 250C; vrlo skupi; tekospojivi

Osobine materijala

Gustina,[kg/m3] masa po jedinici zapremine

Modul elastinosti (Young, klizanja, kompresije),E, G, K) [GPa] nagib linearno-elastinog dijelakrive napon-deformacija. Youngov modul opisuje zatezanje ili pritisak, modul klizanja opisuje napon

smicanja, modul kompresije ili zapreminski modul opisuje efekte hidrostatikog pritiska.

vrstoa (granica teenja, vrstoa, lom),ReH(f) [MPa] za metale to je 0.2% pomjerena granicateenja, tj. napon na krivoj napon-deformacija (pri aksijalnom optereenju) koji je 0.2% pomjeren uodnosu na linearno elastinu liniju te krive Za polimere to je napon pri kojem se kriva napon

Dizajner trai skupinu osobina koja mu odgovara za njegov dizajn, a ne materijal sam po sebi. Naziv materijala

je, na taj nain, identifikator odreenog profila osobina.

opte

Izbor materijala u dizajniranju


225/237


odnosu na linearno-elastinu liniju te krive. Za polimere, to je napon pri kojem se kriva napon-deformacija smatra nelinearnom.

Tvrdoa

Otpornost deformaciji

ilavost, Gc [kJ/m2] i ilavost pri lomu, Kc [MPa/m

1/2] otpornost materijala na irenje pukotine.

Sposobnost priguivanja [-] stepen u kojem materijal rasipa vibracionu energijuGranica izdrljivosti pri zamoru, e [MPa] amplituda napona ispod koje ne dolazi do loma, ili sedeava nekon izuzetno velikog broja promjena

mehanike

Toplotna provodljivost, [W/mK] brzina na kojoj je toplota provedena kroz vrsto tijelo u stacionarnom

stanju

Toplotno rasipanje, a [m2/s] kao prethodno, ali fluks u ovom sluaju ne ovisi o stacionarnom stanju, nego setemperatura mijenja u vremenu

Specifina toplota (pri konstantnom pritisku), Cp [J/kg K] za vrsta tijela gotovo jednaka specifinoj topolotipri konstant

uuid_predavanja

Documents