Artur Kowalski. Moduł. Badanie konstrukcji mechanicznych M2. Jednostka modułowa. Wykorzystanie technologii mechanicznych M2.

Transkrypt

1 Artur Kowalski Moduł Badanie konstrukcji mechanicznych M2 Jednostka modułowa Wykorzystanie technologii mechanicznych M2.J1 Poradnik dla ucznia

2 2

3 1. WPROWADZENIE 5 2. WYMAGANIA WSTĘPNE 7 3. CELE KSZTAŁCENIA 7 4. Części maszyn Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Rodzaje połączeń Pytania sprawdzające 5.2 Ćwiczenia 5.3 Sprawdzian postępów 6. Tolerowanie i pasowanie Pytania sprawdzające 6.2 Ćwiczenia Sprawdzian postępów Materiałoznawstwo Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Maszyny i urządzenia transportu wewnątrzzakładowego Pytania sprawdzające 8.2 Ćwiczenia 8.3 Sprawdzian postępów 9. Korozja Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Rodzaje obróbki ręcznej Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Maszynowa obróbka wiórowa Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów

4 12. Klasyfikacja przyrządów pomiarowych Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Narzędzia do montażu i demontażu elementów i podzespołów maszyn i urządzeń 13.1 Pytania sprawdzające 13.2 Ćwiczenia 13.3 Sprawdzian postępów SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ LITERATURA 221 4

5 1. WPROWADZENIE Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną dla jednostki modułowej M2.J1 Wykorzystanie technologii mechanicznych zawartej w modułowym programie nauczania dla zawodu technik mechatronik. W podrozdziałach materiał nauczania treści kształcenia zostały zaprezentowane w sposób ogólny. Podany zakres wiadomości powinien być wystarczający do osiągnięcia celów-efektów kształcenia niniejszej jednostki modułowej. Wiadomości należy poszerzyć o wskazaną literaturę. Poradnik, będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy na temat efektów zawartych w podstawie programowej dla zawodu - PKZ (M.a) Po zajęciach z w/w jednostki modułowej powinieneś być przygotowany do wykonywania następujących zadań zawodowych ::: rozróżniać części maszyn i urządzeń; rozróżnić rodzaju połączeń; przestrzegać zasad tolerancji i pasowań; rozróżniać materiały konstrukcyjne i eksploatacyjne; rozróżniać środki transportu wewnętrznego; dobierać sposoby transportu i składowania materiałów; rozpoznawać rodzaje korozji oraz określa sposoby ochrony przed korozją; rozróżniać techniki i metody wytwarzania części maszyn i urządzeń; rozróżniać maszyny, urządzenia i narzędzia do obróbki ręcznej i maszynowej; rozróżniać przyrządy pomiarowe stosowane podczas obróbki ręcznej i maszynowej; wykonywać pomiary warsztatowe; 5

6 rozróżniać metody kontroli jakości wykonanych prac; określać budowę oraz przestrzegać zasad działania maszyn i urządzeń; posługiwać się dokumentacją techniczną maszyn i urządzeń oraz przestrzega norm dotyczących rysunku technicznego, części maszyn, materiałów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych; Wiedzę tą będziesz wykorzystywał w szkole i w domu, a przede wszystkim w przyszłej pracy zawodowej. W przyszłości zdobytą wiedzę wykorzystania technologii mechanicznych będziesz systematycznie aktualizował i pogłębiał na kursach, szkoleniach. Przy opracowaniu programu min. wykorzystano pakiety edukacyjne przygotowane KOWEZiU i dostępne na stronie Wiadomości należy poszerzyć o wskazaną literaturę. W poradniku zamieszczono: wymagania wstępne, wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć już kształtowane, abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika, cele kształcenia, stanowiące wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem, materiał nauczania - pigułka wiadomości teoretycznych niezbędnych do opanowania treści jednostki modułowej, zestaw pytań przydatnych do sprawdzenia, czy już opanowałeś podane treści, ćwiczenia pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować umiejętności praktyczne, sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań i pytań. Pozytywny wynik sprawdzianu potwierdzi, że dobrze pracowałeś podczas zajęć 6

7 i że opanowałeś wiedzę i umiejętności z zakresu tej jednostki modułowej, literaturę uzupełniającą. W razie wątpliwości zwróć się o pomoc do nauczyciela. 2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: korzystać z różnych źródeł informacji, korzystać z technologii informacyjnych, obsłużyć komputer na poziomie podstawowym, współpracować w grupie i indywidualnie, stosować podstawowa terminologię techniczną i posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu ogólnopojętej technologii mechanicznej, części maszyn i materiałoznawstwa, stosować jednostki miary układu SI, odczytywać podstawowe rysunki techniczne, uczestniczyć w dyskusji, prezentować efekty swojej pracy, wyciągać i uzasadniać wnioski z wykonanych ćwiczeń. 3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: rozróżnić części maszyn i urządzeń; rozróżnić rodzaje połączeń; przestrzegać zasad tolerancji i pasowań; rozróżnić materiały konstrukcyjne i eksploatacyjne; rozróżnić środki transportu wewnętrznego; dobierać sposoby transportu i składowania materiałów; 7

8 rozpoznawać rodzaje korozji oraz określać sposoby ochrony przed korozją; rozróżnić techniki i metody wytwarzania części maszyn i urządzeń; rozróżniać maszyny, urządzenia i narzędzia do obróbki ręcznej i maszynowej; rozróżniać przyrządy pomiarowe stosowane podczas obróbki ręcznej i maszynowej; wykonać poprawnie pomiary warsztatowe; rozróżnić metody kontroli jakości wykonanych prac; określać budowę oraz przestrzegać zasad działania maszyn i urządzeń; posłużyć się dokumentacją techniczną maszyn i urządzeń oraz przestrzegać norm dotyczących rysunku technicznego, części maszyn, materiałów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych; stosować programy komputerowe wspomagające wykonywanie zadań. 8

9 4. Części maszyn Części maszyn to wchodzące w skład maszyn elementy samodzielne lub zespoły, zwykle o charakterze uniwersalnym, (wykorzystywane są w różnych urządzeniach) - co pozwala na ich znormalizowanie. Klasyfikacja części maszyn: 1. Połączenia (mechaniczne) - nierozłączne spawane nitowe zgrzewane lutowane klejone skurczowe - rozłączne kształtowe wpustowe wypustowe wieloboczne sworzniowe kołkowe gwintowe sprężyste rurowe - łożyska łożysko ślizgowe łożysko toczne 9

10 - sprzęgła nierozłączne przymusowe luźne podatne kątowe rozłączne sterowane samoczynne - hamulce - napędy - przekładnie cierne pasowe łańcuchowe zębate Połączenia w budowie maszyn wiążą elementy składowe tak, że mogą wspólnie się poruszać oraz przenosić obciążenia. Połączenia podzielić można też na : Połączenia rozłączne i nierozłączne Połączenia rozłączne można kilkukrotnie, a nawet wielokrotnie montować i demontować wykorzystując te same elementy tak, aby za każdym razem spełniało swoje zadanie. Natomiast elementów łączonych połączeniem nierozłącznym nie można rozdzielić bez zniszczenia elementów wiążących. 10

11 Połączenia pośrednie i bezpośrednie Połączenia pośrednie to takie, w których zastosowano dodatkowe elementy łączące w postaci śrub, nitów, zawleczek, sworzni, kołków i innych. Elementy te najczęściej przecinają płaszczyznę styku elementów głównych. Z kolei połączenia bezpośrednie łączone są poprzez np. ukształtowanie elementów łączonych. Połączenia spoczynkowe i ruchowe W połączeniach spoczynkowych wzajemny ruch elementów jest niemożliwy lub mocno ograniczony. W połączeniach ruchowych natomiast taki ruch jest możliwy. W technice stosowane są różne urządzenia, narzędzia i maszyny - od prostych narzędzi- jedno lub kilkuczęściowych do skomplikowanych, często zautomatyzowanych maszyn urządzeń i aparatury kontrolno pomiarowej. Części maszyn, nazywane także elementami maszyn, dzieli się na następujące grupy: części proste, wykonywane z jednego kawałka metalu, np. nit, kołek. części złożone, składające się z kilku części prostych, np. łożysko toczne, przegub krzyżakowy. podzespoły, składające się z części prostych i złożonych, stanowiące jedną całość konstrukcyjną np. sprzęgło stożkowe cierne. zespoły, składające się z części prostych, złożonych i podzespołów, np. zespoły urządzeń przenośnikowych w taśmociągu. 11

12 Podstawowe cechy użytkowe części maszyn: wytrzymałościowe (wytrzymałości mechaniczna, sztywność i trwałość konstruowanych części); materiałowe (własności wytrzymałościowe, łatwa obrabialności, odporność na korozje i inne, czynniki, odporność na zmiany temperatury w czasie pracy, łatwość nabycia, stosowanie wąskiego asortymentu materiałów itd.); technologiczne (łatwość wykonania, możliwość stosowania prostych procesów technologicznych o małej pracochłonności itp.); montażowe (łatwość montażu i demontażu oraz napraw i wymiany uszkodzonych elementów; zamienność części); eksploatacyjne (niezawodność i bezpieczeństwo działania, łatwość obsługi, cicha praca itd.); ekonomiczne (niski koszt materiału, produkcji i eksploatacji); estetyczne prostota i estetyka kształtu, dostosowanie wykończenia powierzchni do warunków użytkowania itp.); inne (mały ciężar i wymiary, szczelność połączeń, łatwość i bezpieczeństwo transportu itd.). 12

13 4.1 Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Co oznacza termin części maszyn? 2. Jak klasyfikujemy części maszyn? 3. Jak charakteryzujemy połączenia rozłączne i nierozłączne? 4. Jak charakteryzujemy połączenia pośrednie i bezpośrednie? 5. Jak charakteryzujemy połączenia spoczynkowe i ruchowe? 6. Czy części maszyn, nazywane także elementami maszyn, można podzielić na grupy, i jakie? 7. Wymień podstawowe cechy użytkowe części maszyn? 4.2 Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Opisz i sklasyfikuj poznane części maszyn. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1. Zapoznać się z materiałami dydaktycznymi. 2. Wypisać na kartce oraz zanotować przy każdej nazwie krótką charakterystykę sklasyfikowanej części maszyn. Wyposażenie stanowiska pracy: poradnik dla ucznia. zeszyt, kartka papieru, literatura. 13

14 Ćwiczenie 2 Wpisz w tabelę oraz uszereguj według zastosowanego podziału części maszyn. Połączenia Bezpośrednie Pośrednie Rozłączne Nierozłączne Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1. Wyszukać w materiałach dydaktycznych informacje o rodzajach i podziale połączeń rozłącznych i nierozłącznych. 2. Wpisać w tabelę uszeregowane części maszyn. 3. Krótko scharakteryzować wpisane podziały wg. literatury i materiałów dydaktycznych. Wyposażenie stanowiska pracy: literatura, poradnik dla ucznia, komputer z dostępem do internetu. 14

15 Ćwiczenie 3 Na podstawie wybranego przez siebie dowolnie urządzenia mechatronicznego (np. maszyny, pojazdu, układu itd. ) należy wskazać i opisać (min. 5 elementów ) miejsca w których zostały zastosowane prędzej poznane (wg. klasyfikacji ) części maszyn. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1. Wyszukać np. w internecie, literaturze, przykładowe maszyny, pojazdy, układy i wskazać miejsca gdzie zostały wykorzystane połączenia mechaniczne (rozłączne, nierozłączne ) 2. Wskazać i opisać, jakie elementy zostały ze sobą połączone i w jaki sposób. Wyposażenie stanowiska pracy: komputer z dostępem do internetu, literatura, poradnik dla ucznia. 4.3 Sprawdzian postępów Czy potrafisz: TAK NIE 1. Sklasyfikować części maszyn? 2. Zdefiniować termin - części maszyn? 3. Scharakteryzować połączenia rozłączne i nierozłączne? 4. Scharakteryzować połączenia pośrednie i bezpośrednie? 5. Scharakteryzować połączenia spoczynkowe i ruchowe? 6. Podzielić części maszyn, nazywane także elementami maszyn, na grupy, i jakie? 7. Wymienić podstawowe cechy użytkowe części maszyn? 15

16 5. Rodzaje połączeń Połączenia dzielimy na: połączenia nierozłączne, które podczas rozłączenia ulegają uszkodzeniu, połączenia rozłączne, które umożliwiają rozłączenie części bez ich uszkodzenia. Połączenia nierozłączne Do połączeń nierozłącznych zaliczamy połączenia spajane, a wśród nich połączenia: spawane, zgrzewane, lutowane, klejone. Połączenia spajane Połączenie spawane należy do połączeń nierozłącznych. Powstaje w wyniku nadtopienia brzegów łączonych elementów i wprowadzenia stopionego metalu dodatkowego, który stanowi spoiwo. Spoiwem jest materiał elektrody topliwej lub drut spawalniczy. Podczas spawania, w wyniku kohezji, następuje zmieszanie stopionych materiałów na głębokość kilku milimetrów. W celu nadtopienia brzegów łączonych elementów oraz stopienia elektrodydrutu jest doprowadzone ciepło, które umożliwia uzyskanie temperatury powyżej C. W zależności od rodzaju źródła ciepła rozróżnia się spawanie: gazowe, łukowe, laserowe, plazmowe. Przy spawaniu drutem jest konieczne zastosowanie osłony miejsca spawania obojętnym gazem szlachetnym np. argonem, który zapobiega utlenianiu się powierzchni spawanych. Przy spawaniu tworzyw sztucznych źródłem ciepła jest gorący strumień sprężonego powietrza. Spoiny spawane są przedstawiane w sposób umowny na rysunkach technicznych (rys. 1 ). 16

17 Rys. 1. Przykład oznaczania spoiny czołowej na rysunku technicznym a) na przekroju i widoku, b) na widokach [6, s. 264] Rys.2 - Spoina. Widoczny niebieski obszar jest wynikiem utleniania się metalu w wysokich temperaturach, dla spawania gazowego około 316 C, ale nie odpowiada strefie wpływu ciepła. Strefa wpływu ciepła to jedynie obszar materiału w najbliższym sąsiedztwie spoiny.[15] W obliczeniach wytrzymałościowych spoin, będących najsłabszym miejscem połączenia, stosuje się wzory dotyczące wytrzymałości przy ściskaniu lub rozciąganiu, ścinaniu albo zginaniu. Jako naprężenia dopuszczalne K materiału spoiny przyjmujemy wartości podawane w poradnikach technicznych. Są one 0,8 0,65 razy mniejsze w stosunku do odpowiednich naprężeń k na ściskanie lub rozciąganie, ścinanie lub zginanie. 17

18 Połączenie zgrzewane należy do połączeń nierozłącznych. Proces zgrzewania odbywa się bez udziału materiału dodatkowego i polega na ogrzaniu łączonych materiałów do temperatury bliskiej temperatury topnienia (tzw. stanu ciastowatości), a następnie ich docisku. Połączenie następuje w wyniku dyfuzji i rekrystalizacji ziaren metalu. Do nagrzewania elementów stosuje się energię elektryczną (zgrzewanie oporowe lub iskrowe), energię powstającą przy spalaniu acetylenu (zgrzewanie gazowe), energię cieplną powstającą przy tarciu powierzchni styku łączonych elementów (zgrzewanie tarciowe). Połączenie lutowane należy do połączeń nierozłącznych. Polega na wprowadzeniu roztopionego metalu (spoiwa) zwanego lutem pomiędzy dwa metalowe elementy pozostające w stanie stałym. Temperatura topnienia lutu jest niższa od temperatury topnienia łączonych metali. Roztopiony lut łączy się z będącymi w stanie stałym metalami dzięki zjawisku kohezji i dyfuzji. Powierzchnie łączone muszą być czyste, odtłuszczone, wolne od tlenków. Części, które mają być ze sobą połączone, muszą być tak skonstruowane, aby spoina pracowała tylko na ścinanie. Wytrzymałość połączenia lutowanego obliczamy na ścinanie. Wartość naprężeń dopuszczalnych k r spoiny określamy na podstawie wytrzymałości doraźnej lutu na ścinanie R t, przyjmując odpowiedni współczynnik bezpieczeństwa n. A więc k r = R t /n. Wartość n zależy od rodzaju obciążeń. Np. dla obciążeń tętniących przyjmujemy n = 5. Połączenia klejone polega na nałożeniu warstwy kleju na oczyszczone powierzchnie klejone, a następnie ich docisku oraz odczekaniu pewnego czasu w celu utwardzeniu kleju. Działanie kleju polega na działaniu sił adhezji (przyczepności) oraz kohezji (wewnętrznej spoistości) cząsteczek kleju. Konstrukcja elementów klejonych powinna być taka, aby połączenie klejone było narażone tylko na ścinanie lub ściskanie, nigdy zaś na zrywanie lub rozwarstwienie. Połączenia klejone umożliwiają łączenie różnych materiałów, w tym metali z niemetalami. Wytrzymałość połączeń klejonych obliczamy stosując wzory dotyczące ścinania, podobnie jak dla obciążeń spoin lutowanych. 18

19 Połączenie nitowe nierozłączne połączenie pośrednie elementów za pomocą nitów zwykle w postaci trzpieni walcowych z łbami. Nitowanie przez długi czas było najważniejszą metodą łączenia metalowych elementów konstrukcyjnych. W większości sytuacji, z uwagi na prostszą technologię wykonywania, współcześnie połączenia nitowe zostały wyparte przez połączenie spawane i zgrzewane. Historycznie używane w okrętownictwie. Rys.3 Kratownica nitowana [16] Nitowanie stosuje się do łączenia ze sobą blach, taśmowników oraz kształtowników stalowych, dźwigarów, wsporników, wiązarów, a także do nierozłącznych połączeń różnych części maszyn i przedmiotów. Przy nitowaniu zakładkowym (gdy arkusze blachy zawinięte są na krawędziach) i przy dużej gęstości nitów, można uzyskać wysoką szczelność połączenia. Pozwala to na stosowanie nitów przy budowie różnego rodzaju zbiorników, także ciśnieniowych. 19

20 Nit i stosowanie Rys.4 Powyżej schemat nita przed zamontowaniem i po zamontowaniu. Nit w swej wyjściowej formie składa się z główki (łba) i trzonu (pręta). Umieszczony w otworze w łączonych elementach zostaje zakuty (zamknięty) przez spęczanie trzpienia, tworząc zakuwkę. Zamykanie nitu przeprowadza nitowacz (robotnik) ręcznie, za pomocą młotka ręcznego lub pneumatycznego, ręcznej nitownicy (kształtującej zakuwkę) lub nitownicy maszynowej. Do nitowania ręcznego stosujemy: młotek ślusarski, wspornik do łba nitu, dociskacz do uszczelnienia nitowania oraz zakuwnik do uformowania zakuwki. Nity niewielkich rozmiarów można zakuwać na zimno. Większe i w bardziej odpowiedzialnych konstrukcjach zakuwa się na gorąco. Długość trzpienia nitowanego powinna być równa sumie grubości obu łączonych elementów, powiększonej o długość trzpienia, przeznaczoną do uformowania zakuwki. Otwory do nitów są albo wiercone, albo przebijane na specjalnych tłoczarkach; otwory wiercone mają kształt walcowy, a przebijane stożkowy. Powierzchnie otworów zarówno wierconych, jak i przebijanych wyrównuje się rozwiertakiemzdzierakiem. Zewnętrzne brzegi otworów nawierca się tak, aby umożliwić tworzenie się szyjek pod łbami nitów. Szyjka przejściowe zapewniają większą 20

21 wytrzymałość połączenia. Wprawdzie połączenie nitowe jest przynajmniej częściowo połączeniem ciernym, to obliczenia wytrzymałościowe połączeń nitowych dokonuje się zakładając, że to nit lub ich grupa przenosi całe obciążenie. Nity najczęściej pracują na rozciąganie lub ścinanie i te warunki konstruktor musi uwzględnić projektując połączenie nitowe. Połączenia skurczowe to rodzaj połączenia nierozłącznego wciskowego. Uzyskuje się je wykorzystując zjawisko rozszerzalności cieplnej materiałów. Rozgrzaną część zewnętrzną nakłada się na część wewnętrzną; po schłodzeniu, skurcz części zewnętrznej zaciska ją na części wewnętrznej. Połączenia rozłączne Połączenia kształtowe sposób łączenia elementów, w celu ustalania położenia lub przenoszenia obciążeń, za pomocą własności geometrycznych elementów łączonych lub elementów dodatkowych. Obciążenie połączenia równoważone jest siłami powierzchniowej i wewnętrznej spójności materiałów łączników. Wśród połączeń kształtowych wyróżnia się: połączenie klinowe połączenie wieloząbkowe czołowe połączenie wieloboczne połączenie wpustowe połączenie wypustowe połączenie wielowypustowe połączenie sworzniowe połączenie kołkowe Połączenia kształtowe należą do połączeń rozłącznych. W połączeniach tych złączenie współpracujących części jest uzyskane tylko przez odpowiednie 21

22 ukształtowanie części (rys. 5) lub też przez zastosowanie dodatkowego łącznika, np. wpustu (rys. 6), który określa nazwę połączenia. Rys. 5. Połączenia kształtowe bezpośrednie [6, s. 188] a) wielowypustowe, b) wielokarbowe. 1 koło, 2 wałek Rys. 6. Połączenie kształtowe pośrednie koła zębatego 1 z wałem 3 zrealizowane za pomocą wpustu pryzmatycznego [6, s. 188] Wymiary wpustów pryzmatycznych są znormalizowane i podane w Polskich Normach. Wytrzymałość połączenia wpustowego obliczamy stosując wzory dotyczące ścinania przekroju wpustu oraz na naciski powierzchniowe. Połączenie sworzniowe połączenie rozłączne ruchowe, w którym elementem pośredniczącym jest walcowy sworzeń. Połączenie sworzniowe tworzą: sworzeń, ucho i widełki. Sworzeń często zabezpiecza się przed wypadnięciem podkładkami z zawleczkami. Połączenie sworzniowe zwykle wykorzystywane jest do łączenia przegubów. Sworzeń może być umieszczony na wcisk w jednym elemencie przegubu, podczas gdy pasowanie z drugim elementem jest luźne. Pozwala to na obrót jednego 22

23 z elementów względem osi sworznia. Przykładem połączenia sworzniowego jest połączenie tłoka silnika spalinowego z korbowodem za pomocą sworznia tłokowego. Połączenie kołkowe rodzaj połączenia rozłącznego spoczynkowego. Służy do ustalania wzajemnego położenia dwóch lub więcej elementów. Kołek może mieć kształt stożkowy lub walcowy, gładki lub karbowany. Rys.7 Połączenie kołkowe [17] Połączenia gwintowe należą do połączeń kształtowych rozłącznych. Zasadniczymi elementami połączenia śrubowego jest łącznik (rys. 8a) składający się ze śruby 1 z gwintem zewnętrznym i nakrętki 2 z gwintem wewnętrznym (połączenie pośrednie). W połączeniach bezpośrednich (rys. 8b) rolę nakrętki pełni łączony element. 23

24 Rys. 8. Połączenie gwintowe spoczynkowe [6, s. 223] b) bezpośrednie a) pośrednie (śrubowe), Połączenia gwintowe mogą stanowić połączenia spoczynkowe (rys. 8) lub połączenia ruchowe, które określamy również jako mechanizmy śrubowe (np. pomiarowe, nastawcze lub napędowe). Są stosowane różne zarysy linii śrubowej (gwintu), który jest nacinany na powierzchni walcowej śruby oraz na powierzchni wewnętrznej nakrętki. Zarys gwintu może być trójkątny, trapezowy lub kołowy. Zarysy gwintów są znormalizowane. Gwinty metryczne, które są stosowane w budowie maszyn, są ujęte normą PN-ISO 68-1:2000. Oznaczenie gwintu metrycznego składa się z symbolu literowego M, wartości średnicy znamionowej i podziałki oddzielonych znakiem x., np. M20x1. W przypadku gwintów zwykłych symbol podziałki pomija się. Klasyfikacja gwintów W zależności od kierunku nawijania linii śrubowej rozróżnia się: gwinty prawozwojne o kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu wskazówek zegara, gwinty lewozwojne o kierunku przeciwnym kierunkowi ruchu wskazówek zegara. Wielkością charakterystyczną gwintu jest jego skok P, będący odległością między odpowiadającymi sobie sąsiednimi punktami zarysu gwintu. Jeżeli skok linii śrubowej h odpowiada skokowi gwintu P, to gwint taki nazywa się pojedynczym, gdy zaś stanowi krotność skoku gwintu wielokrotnym (np. dwukrotny ). 24

25 Gwinty mają różne zarysy i z tego względu dzieli się je na następujące podstawowe rodzaje: gwinty metryczne o zarysie trójkątnym i kącie rozwarcia = 60, oznaczane symbolem M (np. gwint o średnicy 12 M12), gwinty calowe walcowe o zarysie trójkątnym, lecz o zaokrąglonych wierzchołkach, i kącie rozwarcia = 55, których wymiary należy wyrażać w mm (jednostka l cal nie należy do jednostek układu SI) i oznaczać symbolem G; gwinty te są stosowane w hydraulice, urządzeniach sanitarnych i wodnokanalizacyjnych, gwinty trapezowe symetryczne o zarysie trapezowym i kącie rozwarcia = 30, oznaczane symbolem Tr, np. Tr 40 x 6; gwinty te są stosowane do połączeń silnie obciążonych (śruby pociągowe obrabiarek), gwinty trapezowe niesymetryczne o zarysie trapezowym niesymetrycznym (jeden bok trapezu jest pochylony pod kątem 30, a drugi 3 ), oznaczane symbolem S, np. S 48 x 8: gwinty te są stosowane w konstrukcjach silnie obciążonych (prasach ciernych), w których siły działają z jednej strony, gwinty okrągłe o zaokrąglonym zarysie, oznaczane symbolem Rd (wymiary średnicę i skok gwintu obok symbolu należy podawać w mm); gwinty te są stosowane w połączeniach narażonych na gwałtowne obciążenia udarowe oraz pracujących w niekorzystnych warunkach powodowanych zanieczyszczeniem i korozją, na przykład w zaczepach wagonowych; gwinty okrągłe stosuje się także w elektrotechnice pod nazwą gwintów Edisona w oprawkach żarówek, gwinty prostokątne coraz rzadziej stosowane i zastępowane gwintami trapezowymi. Gwinty trójkątne metryczne i calowe mogą być zwykłe lub drobnozwojne. 25

26 W oznaczeniach gwintów zwykłych nie podaje się ich skoku P, gdyż jest on już z góry określony, np. M16 (gwint metryczny o średnicy 16 mm i skoku 2 mm). W oznaczeniach gwintów drobnozwojnych należy podać dodatkowo skok gwintu, np. M16x1. Podstawowymi parametrami gwintów są: d średnica nominalna (zewnętrzna) gwintu śruby, D średnica zewnętrzna gwintu nakrętki, d 1 średnica rdzenia śruby, d 2 średnica podziałowa śruby, D 1 średnica otworu nakrętki, H teoretyczna wysokość zarysu gwintu, H g rzeczywista wysokość gwintu; H g = 0,5 (d d 1 ), H n wysokość nośna gwintu; H h = 0,5 (d D 1 ); jest to długość linii styku śruby z nakrętką, P skok gwintu, D 2 średnica podziałowa nakrętki. Średnice podziałowe tych samych gwintów zewnętrznego i wewnętrznego są sobie równe (d 2 = D 2 ). Elementy podatne i sprężyste mają za zadanie: zapewnienie wzajemnego przemieszczenia w określonych granicach części maszyn, akumulowanie energii mechanicznej, kasowanie luzów oraz amortyzowanie uderzeń. Najczęściej stosowanymi elementami podatnymi są: sprężyny (rys. 9) oraz łączniki gumowe (rys. 10): Rys. 9. Sprężyna jako element konstrukcyjny [6, s. 307] 26

27 Rys. 10. Gumowe elementy sprężyste [6, s. 307] Połączenie rurowe przewody rurowe połączone łącznikami (kształtki, złączki, kolanka, łuki, trójniki itd.) oraz zaworami, przez które przesyłany jest czynnik roboczy (ciecze, gazy, opary). Dzielimy je na: gwintowe Stosowane są w przewodach wodnych, parowych i gazowych o niewielkiej średnicy i przy niskich ciśnieniach oraz w przewodach wiertniczych. Ich uszczelnienie stanowią konopie owijane na gwincie i minia z pokostem. Obecnie zamiast minii używa się specjalnych past. Gwinty zewnętrzne mogą być walcowe lub stożkowe, gwinty w otworach tylko walcowe. Należą do łatwo rozłączalnych. kielichowe Są stosowane przy niskich ciśnieniach. Polegają na włożeniu końca jednej rury (czopa) do drugiej rury (kielicha). Uszczelnienie odbywa się przy pomocy uszczelki gumowej. Przewody ściekowe z PCW uszczelniane są uszczelkami gumowymi. Połączenia te nie mogą przenosić obciążeń wzdłużnych. kołnierzowe Są stosowane przy wysokich ciśnieniach. Kołnierze mogą być stałe lub luźne, nakładane na występ wylotu rury. Materiałem uszczelniającym złącza, zależnie 27

28 od rodzaju przewodzonej cieczy lub gazu, może być guma, tektura, tkaniny, miękkie metale, tworzywa sztuczne. Łożyska część urządzenia technicznego np. maszyny lub mechanizmu, podtrzymująca (łożyskująca) inną jego część (łożyskowaną) w sposób umożliwiający jej względny ruch obrotowy (np. wał, oś). Cechy materiału łożyskowego: dobra odkształcalność, odporność na zatarcie, mały współczynnik tarcia suchego, odporność na zużycie, odporność na korozję, wytrzymałość na nacisk w temperaturze pracy, wytrzymałość zmęczeniowa, dobre przewodnictwo cieplne, stabilność geometryczna, dobra obrabialność. Łożyska ślizgowe składają się z czopu i panewki (rys. 11). W czasie pracy powierzchnia czopu wału ślizga się po powierzchni panewki, występuje zatem tarcie ślizgowe. Rys. 11. Łożyska ślizgowe [6 s. 346] a) poprzeczne, b) wzdłużne, c) skośne 1 łożysko, 2 czop, 3 tuleja łożyska, 4 korpus. Czop łożyska jest najczęściej wykonany z hartowanej i szlifowanej stali, zaś tuleje jako elementy wymienne są wykonane z brązu, stopu łożyskowego (cynowo ołowiowego), mosiądzu lub materiałów porowatych, spiekanych np. z proszku żelaza lub brązu. W mechanizmach drobnych i precyzyjnych tuleje łożyskowe są wykonywane z tworzyw sztucznych takich jak np. poliamid, teflon lub z materiałów mineralnych jak np. szafir lub rubin. Łożyska toczne (rys. 12) składają się z pierścienia zewnętrznego 2 oraz wewnętrznego 3, elementów tocznych 1, koszyczka 5. Między bieżniami 4 toczą 28

29 się elementy toczne 1 (np. w postaci kulek). Blaszki ochronne lub uszczelki gumowe 6 zabezpieczają przed dostawaniem się brudu i kurzu do wnętrza łożyska. Stosowane są również łożyska nie mające blaszek lub uszczelek gumowych. 6 6 Rys. 12. Łożyska toczne [6 s.354] a) kulkowe jednorzędowe, b) kulkowe dwurzędowe Wymiary łożysk zostały znormalizowane i są podane w Polskich Normach Normalizacja dotyczy średnicy otworu, średnicy zewnętrznej oraz szerokości łożyska. Dobór łożyska obejmuje wybór typu oraz wielkości łożyska. Wybierając typ łożyska należy brać pod uwagę rodzaj występujących w danej konstrukcji obciążeń (występowanie sił osiowych i promieniowych) oraz warunki eksploatacji urządzenia. Wielkość łożyska powinna zapewnić jego trwałość w określonych warunkach eksploatacyjnych w ciągu założonego czasu pracy urządzenia. W tym celu należy wybrać łożysko o określonej nośności statycznej C 0 oraz dynamicznej C. Niezwykle ważne znaczenie na trwałość łożyska ma staranność montażu oraz warunki eksploatacji. Niestaranny, wykonany nieodpowiednimi narzędziami montaż, niezgodne z zaleceniami producenta smarowanie, mogą znacznie skrócić czas eksploatacji łożyska mimo jego właściwego doboru przez konstruktora. 29

30 A B A - Przykład łożyska tocznego (kulkowego) B - Przykład rozbieralnego łożyska tocznego (stożkowego) Sprzęgła to urządzenia stosowane w budowie maszyn do łączenia wałów w celu przekazywania momentu obrotowego. Inaczej jest to zespół części służących do połączenia dwóch niezależnie obrotowo osadzonych wałów, czynnego napędowego i biernego napędzanego, w celu przeniesienia momentu obrotowego. Sprzęgło składa się z członu napędzającego (czynnego) zainstalowanego na wale napędzającym, członu napędzanego (biernego) zainstalowanego na wale napędzanym oraz elementów łączących. Elementem łącznym może być jedna lub więcej części maszynowych lub czynnik, tak jak to ma miejsce w sprzęgle hydrokinetycznym. Dzięki sprzęgłom silniki, zespoły układu napędowego oraz mechanizmy robocze można wykonywać w postaci odrębnych zespołów maszyn i urządzeń, a następnie łączyć je za pomocą montażu. Stosowanie różnych sprzęgieł umożliwia również spełnienie wielu innych zadań, które wymagałyby bardzo skomplikowanej konstrukcji maszyn, a nawet byłyby niemożliwe do wykonania. Sprzęgło składa się z członu czynnego, członu biernego oraz łącznika. Człon czynny jest osadzony na wale napędowym natomiast człon bierny na wale napędzanym. 30

31 Łącznikiem są elementy konstrukcyjne lub czynnik (np. ciecz, proszek) przekazujące moment obrotowy z członu czynnego na człon bierny. Sprzęgła dzieli się na: sztywne stosowane, gdy można zapewnić współosiowość obu łączonych wałów w czasie montażu, samonastawne stosowane, gdy należy kompensować przesunięcie wału wzdłuż jego osi lub też niewielkie kątowe, lub promieniowe równoległe przesunięcie osi wałów, bezpieczeństwa stosowane gdy przy nadmiernym wzroście obciążenia powinno nastąpić wyłączenie wałów, podatne stosowane, gdy należy zabezpieczyć współpracujące urządzenie przed szkodliwymi skutkami przeciążeń lub drgań. Klasyfikacja sprzęgieł mechanicznych jest podana w PN- EN ISO 14691:2012P. Wiele rodzajów sprzęgieł zostało znormalizowanych. Podstawowym parametrem sprzęgła jest maksymalny moment obrotowy. Hamulec - urządzenie mechaniczne służące do: zmniejszania prędkości, lub zatrzymywania ruchomych, najczęściej obrotowych, elementów mechanizmów, lub maszyn - hamulec zatrzymujący, trzymania elementów mechanizmów, lub maszyn nieruchomo, lub pozwalania im się obracać w pewnych sytuacjach - hamulec luzujący, skalowania obciążania maszyny w celu symulowania zewnętrznego obciążenia - hamulec pomiarowy, lub hamownia. Działanie hamulców polega na przejęciu części, lub całości energii kinetycznej urządzenia i rozproszeniu jej. W układach napędowych z rekuperacją energii, energia hamowania jest przetwarzana w inną formę energii (energia elektryczna, energia hydrauliczna, lub energia mechaniczna) i składowana w odpowiednim akumulatorze do późniejszego wykorzystania. W takich układach rolę hamulca 31

32 przejmuje generator prądu, pompa, lub przekładnia. Hamulec wraz z układem sterowania tworzy układ hamulcowy. Przekładnie mechaniczne stanowią mechanizmy do przekazywania energii kinetycznej z wału czynnego na wał bierny przy jednoczesnej zmianie prędkości obrotowej oraz momentu obrotowego. Parametrami przekładni są: przełożenie kinematyczne i = n 1 /n 2, gdzie: n 1 prędkość wału czynnego, n 2 prędkość wału biernego, moment obrotowy na każdym wale: M = 9950 P/n, gdzie M Nm, P kw, n obr/min, Moc w kw, sprawność η = P 2 /P 1 (η gr. eta ) η < 1 gdzie: P 1 moc podawana, P 2 moc odbierana. Przekładnie zębate stanowią mechanizm utworzony z jednej lub wielu par kół zębatych. Moment obrotowy jest przenoszony dzięki zazębianiu się kół. W przypadku występowania wielu par kół mamy przekładnię wielostopniową. Na rys. 13 są przedstawione różne rodzaje przekładni zębatych. Rys. 13. Przekładnie zębate [6, s. 379] a walcowa z zazębieniem zewnętrznym o zębach prostych, b walcowa o zębach skośnych, c walcowa o zębach daszkowych, d walcowa o zazębieniu wewnętrznym, e zębatkowa, f stożkowa o zębach prostych, g oraz i stożkowa o zębach skośnych lub krzywoliniowych, j śrubowa, k ślimakowa. 32

33 Technologia wykonania przekładni o zębach skośnych, daszkowych lub krzywoliniowych jest o wiele trudniejsza niż technologia wykonania przekładni o zębach prostych. Przekładnie zębate o zębach skośnych lub krzywoliniowych są jednak często stosowane ze względu na bardziej cichą pracę przekładni oraz większą wytrzymałość zębów niż podobne zęby proste. Przekładnie cięgnowe składają się z dwóch rozsuniętych kół i opasującego cięgna. Są stosowane wówczas, gdy koła współpracujące dzieli znaczna odległość. W zależności od rodzaju cięgna rozróżniamy: przekładnie pasowe z pasem płaskim, okrągłym, klinowym lub zębatym, przekładnie łańcuchowe z łańcuchem ogniwowym, płytkowym lub zębatym, przekładnie linowe. Przekładnie łańcuchowe oraz przekładnie pasowe zębate zapewniają stałość przełożenia. Pozostałe przekładnie nie zapewniają stałości przełożenia. Brak stałości przełożenia przekładni pasowych z pasem płaskim, klinowym lub okrągłym może być w pewnych zastosowaniach ich zaletą. W przypadku przeciążenia następuje poślizg pasa. Przekładnie te mogą więc spełniać również rolę sprzęgła przeciążeniowego. Mechanizmy krzywkowe stanowią rodzaj przekładni mechanicznej o zmiennym przełożeniu, które zamieniają ruch elementu czynnego w postaci krzywki na złożony ruch elementu biernego którym jest popychacz. Przebieg ruchu popychacza zależy od zarysu krzywki. 33

34 Rys. 14. Mechanizm krzywkowy z krzywką płaską 1 krzywka płaska, 2 popychacz. [6 s. 470] Rys. 15. Mechanizm krzywkowy z krzywką bębnową [6 s. 470] 1 krzywka walcowa, 2 popychacz. Ruch krzywki najczęściej jest obrotowy lub wahliwy. Warunkiem poprawnej pracy mechanizmu krzywkowego jest ciągły, nieprzerwany styk powierzchni roboczej krzywki z popychaczem. Mechanizmy krzywkowe są stosowane w elementach wykonawczych automatów. Są między innymi stosowane w automatach do sprzedawania, kasach, automatach tokarskich, automatach do montażu. Osie i wały to elementy maszyny, podparte na łożyskach, wykonujące ruch obrotowy lub wahadłowy. Osie są narażone tylko na zginanie. Oś może być nieruchoma. Oś utwierdzoną jednostronnie nazywamy półosią. Krótką oś nazywamy sworzniem. Głównym zadaniem wału jest przenoszenie momentu 34

35 obrotowego. Pod wpływem sił porzecznych wał jest również narażony na zginanie. Zależnie od liczby łożysk stanowiących podpory wału, rozróżniamy wały dwu i wielopodporowe. Wały mogą być proste lub wykorbione. W celu zmniejszenia ciężaru konstrukcji mogą być stosowane wały drążone, które mają mniejszy ciężar niż wały pełne. Czopami nazywa się części wałów stykające się ze współpracującymi elementami takimi jak: łożyska, koła zębate (rys.16). Średnice czopów wału należy dobierać wg PN-M-85000:1998. Średnice wałów, stosowane w urządzeniach mechatronicznych. zmieniają się stopniowo. Zależą od względów wytrzymałościowych oraz sposobu montażu. Wały obliczamy na skręcanie, jeśli przenoszą tylko momenty skręcające. W ogólnym przypadku, gdy wał przenosi równocześnie naprężenia zginające i naprężenia styczne od momentów skręcających obliczamy naprężenia zredukowane (nazywane również naprężeniami zastępczymi), korzystając ze wzorów opartych na hipotezach wytrzymałościowych, np. na hipotezie wytrzymałościowej Hubera. Wzory do wykonania obliczeń znajdziemy w poradnikach technicznych. Rys. 16. Przykład wału [6, s. 325]: 1 i 4 czopy ruchome współpracujące panewkami łożysk. 2 i 3 czopy spoczynkowe współpracujące z elementami osadzonymi, np. kołami zębatymi. 5 i 6 rowki czopów pod wpusty pryzmatyczne. Pomiary części maszyn wykonuje się w celu sprawdzenia czy wymiary geometryczne części są zgodne ze specyfikacją podaną na rysunku technicznym. Sprawdzeniu podlegają wymiary liniowe (długościowe), wymiary kątowe, kształt i położenie elementów konstrukcyjnych. Wymiary długościowe 35

36 sprawdza się za pomocą przymiarów, suwmiarek, mikrometrów. Wymiary kątowe sprawdza się za pomocą kątomierzy oraz za pomocą liniałów sinusowych. Wymiary gwintów sprawdza się na mikroskopie warsztatowym. Do sprawdzenia, czy wymiar przedmiotu mieści się w dopuszczalnych granicach (granicach tolerancji) służą sprawdziany jedno i dwugraniczne. Pomiar chropowatości powierzchni sprawdza się przez porównanie z wzorcami chropowatości lub przez użycie mierników chropowatości. Trwałość i niezawodność jest to okres pracy wyrażonej w godzinach lub w przypadku łożysk w liczbach obrotów w warunkach pracy określonych jako nominalne, do chwili wystąpienia pierwszych objawów zmęczenia materiału, które uniemożliwia eksploatacje w normalnych warunkach zgodnie z założonymi parametrami. Niezawodność konstrukcji jest cechą która określa jej zdolność do niezawodnej pracy. Niezawodność przyjęto określać dwoma parametrami statystycznymi: Średni czas niezawodnej pracy wyrażony np. w godzinach, do pierwszego uszkodzenia. Średni czas pracy między naprawami wyrażony w godzinach. Średni czas trwania naprawy wyrażony w godzinach. Najbardziej niezawodna maszyna to taka której średni czas naprawy oraz średni czas między naprawami są długie, zaś średni czas trwania naprawy jest krótki. Mechanizmy maszynę można podzielić umownie na elementarne, samodzielne zespoły ruchowe połączonych ze sobą części maszyn, nazywanych mechanizmami. Maszyna składa się z mechanizmów. Mechanizm stanowi zespół członów (ogniw), które są połączone ze sobą ruchowo w taki sposób, aby ruch jednego z tych ogniw powodował ściśle określone ruchy ogniw pozostałych. W każdym mechanizmie występuje człon czynny (napędzający) oraz człony bierne (napędzane). 36

37 5.1 Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Czym charakteryzuje się połączenie spawane? 2. Wymień metody spawania? 3. Czym charakteryzuje się połączenia zgrzewane? 4. Czym charakteryzuje się połączenia lutowane? 5. Jak powinny być ukształtowane powierzchnie w połączeniach klejonych? 6. W jakim celu są stosowane sprzęgła? 7. Jakie znasz rodzaje sprzęgieł? 8. Jaki podstawowy parametr należy brać pod uwagę przy wyborze sprzęgła? 9. W jakim celu są stosowane sprężyny? 10. Jakie obciążenia przenoszą osie i wały? 11. Z jakich części składowych składa się łożysko ślizgowe? 12. Z jakich elementów składa się łożysko toczne? 13. Na czym polega dobór łożyska tocznego? 14. Jakie znasz rodzaje przekładni zębatych? 15. Które przekładnie cięgnowe zapewniają stałość przełożenia? 16. W jakim celu są stosowane hamulce? 17. Co to jest para kinematyczna? 18. Czym charakteryzuje się połączenia kształtowe? 19. Połączenie sworzniowe tworzą- wymień elementy? 20. Na czym polega połączenie kołkowe? 21. Zasadniczym elementem połączenia śrubowego-gwintowego jest? 22. Czym charakteryzuje i jak się oznacza połączenia gwintowe? 23. Na czym polega połączenie rurowe? 37

38 5.2 Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Na podstawie przykładowych rysunków technicznych urządzeń zidentyfikuj elementy i zespoły konstrukcyjne w urządzeniu mechatronicznym. Wypisz nazwy elementów i zespołów oraz określ ich funkcje w urządzeniu. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) Przeanalizować rysunki urządzenia, 2) Wypisać nazwy elementów i zespołów konstrukcyjnych urządzenia, 3) Określić ich funkcję, 4) Zanotować obok nazwy elementu lub zespołu jego funkcje w urządzeniu. Wyposażenie stanowiska pracy: rysunki techniczne urządzeń mechatronicznych, literatura zgodna poradnikiem dla ucznia, katalogi, poradnik dla ucznia. Ćwiczenie 2 Rozpoznaj podstawowe grupy i rodzaje połączeń we wskazanych przez nauczyciela eksponatach (lub zdjęciach eksponatów). Wykonaj szkice eksponatów, podpisz, jakie występuje w nich połączenie, krótko scharakteryzuj połączenia. 38

39 Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) Odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące podstawowych grup i rodzajów połączeń, 2) Rozpoznać połączenia występujące we wskazanych przez nauczyciela eksponatach, 3) Wykonać szkice eksponatów, 4) Zanotować obok szkicu występujące w nim połączenie oraz jego krótką charakterystykę. Wyposażenie stanowiska pracy: eksponaty połączeń nierozłącznych i rozłącznych (lub zdjęcia ), literatura zgodna poradnikiem dla ucznia, poradnik dla ucznia. Ćwiczenie 3 Na podstawie przykładowych 3 rysunków technicznych (np. pobranych z internetu ) urządzeń zidentyfikuj elementy i zespoły konstrukcyjne w urządzeniu mechatronicznym. Wypisz nazwy elementów i zespołów oraz określ ich funkcje w urządzeniu. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1. Pobrać rysunki z internetu, bez widocznych oznaczeń części składowych - w dobrej jakości. 2. Przeanalizować rysunki urządzenia, oznaczyć na rysunku ( np. w programie graficznym PAINT) i wypisać nazwy elementów i zespołów konstrukcyjnych urządzenia, 39

40 3. Określić ich funkcję, zanotować obok nazwy elementu lub zespołu jego funkcje w urządzeniu. Wyposażenie stanowiska pracy: 1. Komputer z dostępem do internetu, drukarka, 2. Literatura zgodna poradnikiem dla ucznia, 3. Poradnik dla ucznia. Ćwiczenie 4 Na podstawie dokumentacji technicznej tokarki zidentyfikuj elementy konstrukcyjne, złożone i występujące między nimi połączenia. Wypisz nazwy części. Krótko scharakteryzuj połączenia. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1. Wyszukać w internecie przykładową Dokumentacje techniczno- Ruchową (DTR ) tokarki konwencjonalnej, 2. Przeanalizować dokumentację techniczną tokarki, 3. Wypisać nazwy elementów konstrukcyjnych tokarki (min.10), 4. Zidentyfikować połączenia między elementami, 5. Pogrupować połączenia według następującego kryterium: połączenia rozłączne, połączenia nierozłączne, 6. Krótko scharakteryzuj poszczególne rodzaje połączeń. 40

41 5.3 Sprawdzian postępów Czy potrafisz: TAK NIE 1. Scharakteryzować się połączenie spawane? 2. Wymienić metody spawania? 3. Scharakteryzować połączenia zgrzewane? 4. Scharakteryzować połączenia lutowane? 5. Wymienić jak powinny być ukształtowane powierzchnie w połączeniach klejonych? 6. Scharakteryzować jakim celu są stosowane sprzęgła? 7. Wymienić rodzaje sprzęgieł? 8. Wymienić jaki podstawowy parametr należy brać pod uwagę przy wyborze sprzęgła? 9. Wymienić w jakim celu są stosowane sprężyny? 10. Wymienić jakie obciążenia przenoszą osie i wały? 11. Wymienić z jakich części i z jakich elementów składowych składa się łożysko ślizgowe? 12. Wymienić na czym polega dobór łożyska tocznego? 13. Wymienić jakie znasz rodzaje przekładni zębatych? 14. Wymienić które przekładnie cięgnowe zapewniają stałość przełożenia? 15. Wymienić w jakim celu w części maszyn są stosowane hamulce? 16. Opisać czym charakteryzują się połączenia kształtowe? 17. Scharakteryzować połączenia sworzniowe - wymienić elementy? 41

42 18. Opisać na czym polega połączenie kołkowe? 19. Opisać zasadnicze elementem połączenia śrubowegogwintowego? 20. Scharakteryzować i oznaczyć poprawnie połączenia gwintowe? 21. Scharakteryzować połączenie rurowe? 6. Tolerowanie i pasowanie Tolerancja - w budowie maszyn określa wymagany stopień podobieństwa lub dopuszczalne różnice rzeczywistego (wytworzonego) obiektu w stosunku do jego idealnej formy konstrukcyjnej. Z jednej strony integralność urządzenia i jakość jego pracy wymaga zapewnienia odpowiednio wąskiej tolerancji (także i jakości powierzchni) niektórych (krytycznych) elementów. Z drugiej jednak strony, zbyt rygorystyczne wymagania, tam gdzie nie jest to istotne może znacznie podwyższyć koszty wytwarzania. Dla konstruktora określenia krytycznych elementów urządzenia i wymaganej dla nich tolerancji jest więc umiejętnością ważną. Rozróżniamy wymiary nominalne, rzeczywiste, zaobserwowane i tolerowane. Wymiar nominalny ustalony przez konstruktora i podany na rysunku. Wymiar rzeczywisty uzyskany w wyniku obróbki. Wymiar tolerowany posiada liczbowo określony górny i dolny wymiar graniczny. Odchyłka górna różnica między górnym wymiarem granicznym a wymiarem nominalnym. 42

43 Odchyłka dolna różnica między dolnym wymiarem granicznym a wymiarem nominalnym. Tolerancja różnica między górnym wymiarem granicznym a dolnym wymiarem granicznym. Tolerancja ma zawsze wartość dodatnią. Rys. 17. Wymiary graniczne, odchyłki i pole tolerancji [19] Oznaczenia na rysunku 17. są następujące: N wymiar nominalny, A w wymiar dolny graniczny wałka, A o wymiar dolny graniczny otworu, B w wymiar górny graniczny wałka, B o wymiar górny graniczny otworu, es odchyłka górna wałka, Es odchyłka górna otworu, ei odchyłka dolna wałka, Ei odchyłka dolna otworu, T tolerancja. Pomiędzy wymiarami i odchyłkami zachodzą następujące zależności: dla wymiaru zewnętrznego B w N = es B w = es + N A w N = ei A w = ei + N 43

44 dla wymiaru wewnętrznego B o N = Es B o = Es + N A o N = Ei A o = Ei + N Tolerancja dla wymiaru zewnętrznego T = B w A w Tolerancja dla wymiaru wewnętrznego T = B o A o Wymiar tolerowany to wymiar nominalny łącznie z odchyłkami. Rodzaje tolerowań: tolerowanie symetryczne obie odchyłki są jednakowe, tolerowanie asymetryczne jedna z odchyłek jest równa zeru, tolerowanie asymetryczne dwustronne wartości i znaki odchyłek są różne, tolerowanie asymetryczne jednostronne obie odchyłki mają jednakowe znaki. Tolerowanie swobodne - odchyłki wymiarów dobiera konstruktor według własnego uznania. Tolerowanie normalne odchyłki wymiarów przyjmuje się według znormalizowanego układu tolerancji wałków i otworów (dla wymiarów do 3150 mm). Rys18. Przykłady tolerowania wymiarów [19] 44

45 Tolerowany normalnie wymiar powinien zawierać: wymiar nominalny, symbol literowy położenia pola tolerancji, symbol liczbowy klasy dokładności. Rys. 19. Oznaczenie wymiaru normalnie tolerowanego [19] Rys. 20 Przykłady tolerowania normalnego [19] Pasowanie - jest to skojarzenie pary elementów o tym samym wymiarze nominalnym inaczej mówiąc połączenie dwóch elementów, z których jeden obejmuje drugi. Dotyczy zwykle wałka i otworu, a także stożka i otworu stożkowego. W budowie maszyn wymagane pasowanie realizuje się poprzez odpowiedni dobór tolerancji wałków i otworów. Pasowanie oznacza się podając tolerancję otworu i wałka za znakiem "łamane" pomiędzy nimi, np. H7/e8. 45

46 Podczas projektowania urządzeń pasowanie wałka i otworu uzyskuje się poprzez stosowanie zasady stałego wałka lub zasady stałego otworu. Zasada stałego wałka: średnica otworu tolerowana jest zawsze asymetrycznie w głąb materiału. Górna odchyłka wałka podstawowego h jest równa zeru. Zasada stałego otworu: średnica wałka tolerowana jest zawsze asymetrycznie w głąb materiału. Odchyłka dolna otworu podstawowego H jest równa zeru. Powszechnie stosuje się zasadę stałego otworu.można tolerować nie tylko średnice wałków i otworów, lecz także wszystkie inne wymiary liniowe W budowie maszyn używa się następujących rodzajów pasowań: pasowanie luźne Zawsze istnieje w nim luz pomiędzy wałkiem i otworem. Wałek może poruszać się wzdłużnie lub obracać w otworze. Stosowane w połączeniach ruchowych. pasowania mieszane Istnieje w nim niewielki luz lub lekki wcisk. Stosowane do połączeń nie przenoszących obciążeń. pasowanie ciasne W tym pasowaniu wałek jest wciśnięty w otwór. Połączenie takie może przenosić obciążenia (zobacz połączenie wciskowe). Teoretycznie możliwa jest do zastosowania dowolna kombinacja tolerancji wałków i otworów, a w związku z tym bardzo duża ilości możliwości realizacji wymaganego pasowania. W inżynierskiej praktyce stosuje się jednak tylko wybrane kombinacje. Stosuje się tu następujące zasady: Zasada stałego otworu Tolerancję otworu dobiera się z grupy tolerancji H (tolerancja w głąb materiału) gdzie EI=0, a o rodzaju pasowania decyduje tolerancja wałka, np. 46

47 tolerancja luźna - H7/g6, tolerancja mieszana - H7/k6, tolerancja ciasna - H7/s6. Zasada stałego wałka Tolerancję wałka dobiera się z grupy tolerancji h (tolerancja w głąb materiału) gdzie es=0, a o rodzaju pasowania decyduje tolerancja otworu, np. tolerancja luźna - G7/h6, tolerancja mieszana - K7/h6, tolerancja ciasna - P7/h6. Rys. 21. Przykłady oznaczenia pasowania wałka i otworu [19] 6.1 Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Czym charakteryzuje się wymiar tolerowany? 2. Jaki obszar określa pole tolerancji? 3. W jaki sposób zapiszesz wymiar tolerowany? 4. Jak nazwiesz czynność doboru odchyłek i ustalania tolerancji wymiarów? 5. Jakie znasz sposoby tolerowania? 6. Jakie rozróżniamy pasowania? 7. Jaka jest cecha charakterystyczna wszystkich pasowań? 8. Na czym polega zasada stałego otworu? 9. Czym się charakteryzują pasowania normalne? 47

48 6.2 Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Wałek o średnicy 30 mm należy wykonać w zakresie wymiarów 29,8 mm i 30,02 mm. Oblicz odchyłki i tolerancje. Dane: wymiar nominalny N = 30 mm, górny wymiar graniczny B w = 30,02 mm, dolny wymiar graniczny A w = 29,8 mm. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) Wyszukać w materiałach dydaktycznych informacji o odchyłkach i tolerancjach, 2) Rozróżnić zależności zachodzące pomiędzy wymiarami i odchyłkami. Wyposażenie stanowiska pracy: komputer z dostępem do internetu, literatura zgodna z poradnikiem dla ucznia, normy dotyczące rysunku technicznego. Ćwiczenie 2 Oblicz wymiary graniczne i tolerancję wymiaru 40, , 1 Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) Wyszukać w materiałach dydaktycznych informacji o odchyłkach i tolerancjach, 2) Określić odchyłkę górną i dolną oraz tolerancję, 3) Rozróżnić zależności zachodzące pomiędzy wymiarami i odchyłkami. 48