pkm sempruch.doc

1.Definicja osi i wałów. Wytrzymałość wałów.
 

Wałem lub osią– nazywamy element maszyny, na którym są osadzone inne elementy wykonujące ruchy obrotowe lub oscylacyjne. Wał lub oś urzeczywistnia ich geometryczną oś obrotu.

Wał – służy głównie do przenoszenia momentu obrotowego; za jego pośrednictwem przenoszone są na łożyska obciążenia działające na elementy na nim osadzone. Wał poza skręcaniem narażony jest głównie na zginanie, skręcanie i rozciąganie.

Oś – nie przenosi momentu obrotowego, jest obciążona głównie momentem gnącym

Wytrzymałość wałów: naprężenia rzeczywiste muszą być mniejsze od naprężeń dopuszczalnych lub najwyżej im równe.

σ ; σ ;

gdzie:
σ - naprężenia rzeczywiste normalne przy rozciąganiu, ściskaniu i zginaniu, w Pa,
F - obciążenia rozciągające, ściskające, ścinające lub nacisk, w N,
S - pole powierzchni przekroju narażonego na zniszczenie lub pole powierzchni nacisku, w m2
M - obciążenie momentem (przy zginaniu Mg, przy skręcaniu Ms), w Nm,
W - wskaźnik wytrzymałości przekroju (przy zginaniu Wx, przy skręcaniu Wo), w m3,
k - naprężenia (lub naciski) dopuszczalne, w Pa.

Obliczanie na zginanie i skrecanie : ; ; ; ; ; ; ;  moment zastępczy : .

2.Materiały stosowane na wały. Kształtowanie wałów.

Stal konstrukcyjna zwykłej jakości st3,st4,st5; stal konstrukcyjna wyższej jakości 25,35,45, są podatne na obróbkę cieplną, stal konstrukcyjna stopowa dla ulepszenia cieplnego 55HS, 45HS, stal chronowo-niklowe, stal konstrukcyjna stopowa do nawęglania i azotowania 15H,18H2N2 (drobi ale bardzo dobry materiał); stale konstrukcyjne stopowe o specjalnych własnościach; wały odlewane są ze staliwa lub żeliwa sferoidalnego- stosowane w wyjątkowych przypadkach 2SO45,2SP50, wały kute znakomita wytrzymałość.

Kształt wałów powinien spełniać cztery wymgania : najprostszy technologicznie, musi zapewniać wymaganą wytrzymałość wału, zróżnicowane powierzchnie muszą stworzyć dobre bazy do ustalenia części osadzonych na wale, taniość produktu. Przeważnie wał jest najprostszy technologicznie, a te warunki najlepiej spełnia gładki wał cylindryczny o stałej d na całej długości. Typowe kształtowania osadzeń na wałach:

4.Klasyfikacja osi. Modele obliczeniowe osi.

Podział osi : Gładkie, kształtowe, pełne, drążone, okrągłe, profilowe, całkowite, składane. W zależności od pełnionej funkcji w maszynie: główne pomocnicze pośredniczące napędzające (czynne) napędzane (bierne).

Model obliczeniowy: należy określić kierunki i wartości obciążeń zewn i reakcji w podporach. Przy wyznaczaniu sił zewn należy określić rodzaj zmienności. Przy osiach ruchomych występuje zwykłe obciążenie obustronnie zmienne ,przyjmujemy naprężenie dopuszczalne . W przypadku osi nieruchomej lub . Warunek na wytrzymałość lub ,; Mg- moment gnący, Wx- wskaźnik wytrzymałości na zginanie, d- srednica wału, . Warunek wytrzymałościowy na naciski powierzchniowe między czopem wału a podporą : lub ,p-siła, g- grubość podpory, d- średnica czopa.

6. Pojęcie podstawowe dotyczące przekładni mechanicznych. Porównać przełożenie geometryczne – przełożenie kinematyczne.
 

Reduktor – jest to przekładnia zwalniająca w której koło napędzające (czynne) ma większą prędkość niż napędzane (bierne),

Multiplikator - jest to przekładnia zwiększająca prędkość w której koło napędzające ma mniejszą prędkość niż napędzane,

Przekładnia samohamowna - jeżeli przekładnia będzie miała taką właściwość, że przekazanie ruchu i momentu obrotowego jest możliwe tylko w jedną stronę, tzn.  że jest w sposób stały zakodowane gdzie możemy podłączyć silnik i gdzie jest wyjście, to taką przekładnie będziemy nazywali przekładnią samohamowną,

Przekładnia niesamohamowna –jeżeli przekładnia będzie miała taką właściwość, że przekazanie ruchu i momentu obrotowego jest możliwe w obie strony, co za tym idzie silnik będzie można podłączyć w oba wyjścia, to taką przekładnie będziemy nazywali przekładnią niesamohamowną,

Nawrotnica – mechanizm służący do zmiany kierunku obrotowego,

Porównać przełożenie geometryczne – przełożenie kinematyczne:

Przełożeniem geometrycznym nazywamy przełożenie określone stosunkiem charakterystycznych parametrów geometrycznych:

Przełożeniem kinematycznym nazywamy stosunek prędkości dwóch sprzężonych kół przekładni:

W przekładni zębatej przełożenia geometryczne i kinematyczne są jednakowe i równe ilorazowi liczb zębów obu kół:

Przełożenie kinematyczne różni się nieznacznie od przełożenia geometrycznego, m.in. ze względu na poślizgi kół lub pasów, wskutek błędów wykonawczych i podatności zębów oraz innych czynników.

7. Ewolwentowy zarys zęba koła zębatego – konstrukcja ewolwenty, -wady i zalety ewolwenty, wyjaśnić efekt podcinania stopy zęba.

8. Geometria (rysunek + zależności) przekładni walcowych o zębach prostych oraz graniczna liczba zębów

11. Budowa łożyska tocznego, wady i zalety. Oznaczanie łożysk tocznych.

Budowa łożyska tocznego:

W łożyskach tocznych powierzchnie czopa i gniazda są rozdzielone elementami toczonymi które umożliwiają ruch obrotowy czopa bez poślizgu względem oprawy dzięki przetaczaniu się.  Elementy łożyska toczonego: pierścień wewnętrzny, pierścień zewnętrzny, części toczne, koszyk, bieżnie główne, bieżnie pomocnicze. Zadaniem koszyczka jest oddzielenie części toczonych od siebie i równomierne ich rozmieszczanie wzdłuż bieżni. Bieżnie główne przenoszą obciążenie w głównym kierunku działania łożyska, a bieżnie pomocnicze w innych kierunkach. Elementami tocznymi najczęściej są: kulka, wałeczek walcowy, igiełka, wałeczek stożkowy, baryłka.

Wady i zalety łożysk toczonych:

Wady: głośność; są wrażliwe na obciążenia w chwili gdy się nie obracają; ustępują łożyskom ślizgowym przy dużych średnicach; ustępują łożyskom ślizgowym przy największych prędkościach obrotowych. Zalety: małe tarcie przy rozruchu; proste smarowanie i małe zużycie smaru; większa nośność łożyska w odniesieniu do jednostkowej szerokości łożyska; nie wymagają dotarcia; normalizacja wymiarów jakości i trwałości.

Oznaczanie łożysk tocznych:

W znormalizowanym systemie oznaczania łożysk każde łożysko ma numer składający się z grup cyfrowych i literowych, w których zakodowane są jego cechy. Grupa znajdująca się na początku oznaczenia wskazuje rodzaj łożyska. Następna grupa określa proporcje wymiarów – jest to odmiana wymiarowa. Stosuje się tu odmiany średnicowe, polegające na tym, że do zadanej średnicy d dobiera się odpowiednio średnice zewnętrzne D. Odmiany te noszą nazwy: szczególnie lekka, bardzo lekka, lekka, średnia, ciężka itp. W ramach odmiany średnicowej tworzy się odmiany szerokościowe różniące się stosunkiem szerokości do średnicy B/d lub H/d. Noszą one nazwy: bardzo wąska, wąska, normalna, szeroka. Ostatnia grupa cyfrowa informuje o średnicy otworu łożyska. Za nią znajduje się oznaczenie odmiany konstrukcyjnej. Grupa a końcu numeru informuje o charakterze specjalnego wykonania. Typ łożyska określony jest przez rodzaj i odmianę konstrukcyjną. Grupa łożysk danego rodzaju i o danej odmianie wymiarowej, a także o danej odmianie konstrukcyjnej nazywa się serią łożyska. 

13. Przypadki ruchomości pierścieni łożyska względem obciążenia. Nośność i trwałość łożysk tocznych, obciążenie zastępcze.

a) I-ruchomy wałek(ruchomy pierścień wew względem obciążenia) v=1 Ra-obciążenie łożyska A, Rb--//- B. Pierścień wew będzie pasowany ciasno na wale.Pierścień zew (nie obraca) pasowany luźno w osłonie.

b) II-przypadek ruchomej osłony, pierścień zew łożyska obraca się względem obciążenia. v=1,2. pierścień wew-ciasno , pierścień zew-luźno

c) III-niepewny,pierścień wew i zew mogą obracać się względem obciążenia, a)s wył (koło obraca się swobodnie wzgl wału na łożysku. b)s załączone//a)pierścień zew obraca się względem reakcji "R"

Nośność i trwałość łożysk tocznych, obciążenie zastępcze.

Obciążenie zastępcze jest to obciążenie tylko poprzeczne dla łożysk poprzecznych lub tylko wzdłużne dla łożysk wzdłużnych, pod działaniem którego łożysko z obracającym się pierścieniem oprawy osiągnie taką samą trwałość, jak w rzeczywistych warunkach obciążenia i przy rzeczywiście obracających się względem kierunku siły pierścieniach, wzór: P=XV Fr+Y Fa; Fr, Fa [N] - obciążenia łożyska poprzeczne (promieniowe) i wzdłużne (osiowe),
V - współczynnik przypadku obciążenia,
X, Y - współczynniki obciążenia ruchowego poprzecznego i wzdłużnego.

Trwałość łożysk jest to okres pracy łożyska przy stałej prędkości obrotowej (w liczbie obrotów lub godzinach) jaki osiągnie lub przekroczy 90% łożysk danej grupy przed wystąpieniem pierwszych objawów zmęczenia materiału.

Nośność ruchowa łożyska jest to wyrażona w niutonach, wartość obciążenia, przy którym łożysko osiągnie trwałość równą 1 mln obrotów. W przypadku łożysk poprzecznych i skośnych, obciążenie powinno być stałe i działać w płaszczyźnie prostopadłej do osi. Dla łożysk wzdłużnych kierunek stałego obciążenia powinien być wzdłuż osi. Nośność spoczynkowa łożyska odnosi się do łożysk, które obracają się bardzo wolno (do 10 obr/min) lub wychylają się w niewielkich granicach. W tych przypadkach nie zachodzi zmęczeniowe zużycie powierzchni pracujących, a dopuszczalne obciążenie łożyska jest ograniczone wielkością wywołanego odkształcenia plastycznego w miejscach styku części tocznych z bieżniami.

15. Łożyska ślizgowe niesmarowane i smarowane okresowo - podział łożysk ślizgowych tej grupy, wybrane cechy konstrukcyjne (materiałowe i geometryczne) niesmarowanego lub smarowanego okresowo łożyska, model obliczeniowy.

16. Łożyska ślizgowe pracujące zgodnie z hydrodynamiczną teorią smarowania – ogólne założenia teorii, wyjaśnić sposób powstawania klina smarnego w poprzecznym hydrodynamicznym łożysku ślizgowym.

17. Zalety i wady łożysk ślizgowych w porównaniu z łożyskami tocznymi. Materiały stosowane na łożyska ślizgowe hydrodynamiczne – konstrukcja panewki. Smarowanie łożysk ślizgowych pracujących w zakresie tarcia płynnego.

Zalety łożysk ślizgowych w porównaniu z łożyskami tocznymi:

-większa zdolność do tłumienia drgań, wyższa klasa dokładności wykonania uzyskana tym samym kosztem, znacznie większa odporność na obciążenia udarowe, większa trwałość, w przypadku uzyskania tarcia płynnego, mniejsze wymiary poprzeczne, mniejszy poziom hałasu, łatwiejszy montaż i demontaż. Wady: znacznie większy luz poprzeczny, konieczność stosowania skomplikowanych układów smarowania, większa wartość zużycia czynników smarnych, brak normalizacji, występowanie niekorzystnych zjawisk np. stick-slip (wzrost oporów tarcia w czasie rozruchu i zatrzymania), skomplikowana i droga technologia wykonania w celu uzyskania najwyższych klas dokładności.

Smarowanie łożysk ślizgowych pracujących w zakresie tarcia płynnego.

Uzyskanie tarcia płynnego jest możliwe, gdy ciśnienie smaru w szczelinie jest większe niż naciski jednostkowe czopa na panewkę. W celu zmniejszenia oporów ruchu pomiędzy panwią i czopem powinniśmy wytworzyć warstewkę nośną smaru lub gazu. Częściej jest stosowana metoda hydrodynamiczna – pod wpływem ruchu obrotowego czopa względem panwi powstaje tzw. klin smarowy. Aby uzyskać klin smarowy musi być zapewniona odpowiednia prędkość obrotowa, odpowiednia ilość smaru, niewielka chropowatość czopa i panwi, niewielki luz łożyskowy. Niespełnienie któregoś z warunków – tarcie półpłynne.

Materiały stosowane na łożyska ślizgowe hydrodynamiczne- Do najczęściej stosowanych materiałów należą stopy łożyskowe, np. stopy cynowe, zwane babbitami, o składzie: 89%Sn, 8%Sb i 3%Cu lub zbliżonymi. Stopy te odznaczają się bardzo dobrymi własnościami ślizgowymi, dobrą odkształcalnością, odpornością na zatarcie i odpornością na korozję. Stosuje się je w postaci warstwy wylewnej na podłożu stalowym. Podobne własności mają stopy ołowiowe, np. Ł16 (16%Sb, 2%Cu, 16%Sn, reszta Pb). Do materiałów często stosowanych należą brązy odlewnicze cynowe i ołowiowe o dużej twardości i wytrzymałości.