Autorzy: Piotr Boś (rozdz 1 oprócz 115; 4 oraz 88 do 814), Dorota Chodorowska (rozdz 9), Romuald Fejkiel (rozdz 81 do 87), Sławomir Sitarz (rozdz 115; 3; 5 oraz 6), Zofia Wrzask (rozdz 2 i 7) Projekt okładki: Dariusz Litwiniec Redaktor merytoryczny: mgr inż Krzysztof Wiśniewski Opracowanie językowe: mgr Barbara Głuch Redaktor techniczny: mgr inż Ewa Kęsicka Korekta: Zespół Podręcznik dopuszczony do użytku szkolnego przez ministra właściwego do spraw oświaty i wychowania oraz wpisany do wykazu podręczników przeznaczonych do kształcenia w zawodach na podstawie opinii rzeczoznawców: dr Krzysztofa Koca, mgr inż Edwarda Rymaszewskiego i mgr inż Roberta Wanica Typy szkół: technikum i szkoła policealna, zasadnicza szkoła zawodowa Zawody: technik pojazdów samochodowych, mechanik pojazdów samochodowych, elektromechanik pojazdów samochodowych Kwalifikacje: M12 Diagnozowanie oraz naprawa elektrycznych i elektronicznych układów pojazdów samochodowych M18 Diagnozowanie i naprawa podzespołów i zespołów pojazdów samochodowych M42 Organizacja i prowadzenie procesu obsługi pojazdów samochodowych Rok dopuszczenia: 2015 66901 6692/8 621 (075) Napisany zgodnie z nową podstawą programową kształcenia w zawodach, bogato ilustrowany podręcznik poświęcony podstawom konstrukcji maszyn Opisano podstawy rysunku technicznego z uwzględnieniem komputerowego wspomagania projektowania CAD, najważniejsze właściwości i przykłady zastosowania różnych rodzajów materiałów konstrukcyjnych z uwzględnieniem ochrony ich przed korozją, podstawowe zagadnienia dotyczące pomiarów warsztatowych oraz najistotniejsze pojęcia z zakresu tolerancji i pasowań Przedstawiono też podstawy mechaniki technicznej i podstawy wytrzymałości materiałów, podstawowe wiadomości z zakresu technik wytwarzania oraz najistotniejsze informacje dotyczące części maszyn i zasad obliczania ich wytrzymałości Omówiono również podstawy maszynoznawstwa, w tym min klasyfikację maszyn, różne rodzaje energii, jej źródła i zasoby, odnawialne źródła energii, maszyny hydrauliczne, napędy hydrostatyczne i hydrokinetyczne, maszyny cieplne, elektrownie jądrowe, sprężarki, napędy pneumatyczne i pneumatyczno-hydrauliczne, urządzenia chłodnicze, maszyny i środki transportowe oraz automatyzację transportu wewnętrznego Na końcu każdego rozdziału zamieszczono pytania i ćwiczenia kontrolne, umożliwiające uczniowi samoocenę w zakresie opanowania materiału Odbiorcy: uczniowie kształcący się w zawodach technik pojazdów samochodowych, mechanik pojazdów samochodowych i elektromechanik pojazdów samochodowych oraz uczestnicy kursów zawodowych w zakresie kwalifikacji M18 (Diagnozowanie i naprawa podzespołów i zespołów pojazdów samochodowych), M12 (Diagnozowanie oraz naprawa elektrycznych i elektronicznych układów pojazdów samochodowych) i M42 (Organizacja i prowadzenie procesu obsługi pojazdów samochodowych) ISBN 978-83-206-1946-1 Copyright by Wydawnictwa Komunikacji i Łączności spółka z oo, Warszawa 2015 Podręcznik szkolny dotowany przez Ministra Edukacji Narodowej Utwór ani w całości, ani we fragmentach nie może być skanowany, kserowany, powielany bądź rozpowszechniany za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych, w tym również nie może być umieszczany ani rozpowszechniany w postaci cyfrowej zarówno w Internecie, jak i w sieciach lokalnych bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich Wydawnictwa Komunikacji i Łączności sp z oo ul Kazimierzowska 52, 02-546 Warszawa tel 22-849-27-51; fax 22-849-23-22 Dział handlowy tel/fax 22-849-23-45, tel 22-849-27-51 w 555 Prowadzimy sprzedaż wysyłkową książek Księgarnia firmowa w siedzibie wydawnictwa tel 22-849-20-32, czynna pon pt w godz 1000 1800, e-mail: wkl@wklcompl Pełna oferta WKŁ w INTERNECIE: http://wwwwklcompl Wydanie 1 Warszawa 2015 Objętość 34 ark wyd Nakład 1500 egz Skład i łamanie: Fotoskład Druk i oprawa: Drukarnia TREND
Spis treści Słowo wstępne 9 1 Podstawy rysunku technicznego 11 11 Rysunek techniczny językiem ludzi techniki 11 111 Normalizacja rysunków technicznych 11 112 Rodzaje rysunków 12 12 Arkusze rysunkowe 13 13 Podziałki 15 14 Linie rysunkowe 16 15 Pismo techniczne 21 16 Tabliczki rysunkowe 24 17 Rzutowanie prostokątne 27 18 Rzutowanie aksonometryczne 34 19 Widoki i przekroje 37 110 Wymiarowanie 48 1101 Linie wymiarowe, znaki ich ograniczenia i liczby wymiarowe 49 1102 Wymiarowanie średnic, łuków i promieni 52 1103 Wymiarowanie kątów i elementów foremnych 55 1104 Wymiarowanie ścięć, zakończeń wałków i przejść 58 1105 Wymiarowanie powtarzających się elementów i zarysów krzywoliniowych 59 1106 Ogólne zasady wymiarowania 61 111 Uproszczenia rysunkowe 66 1111 Uproszczenia połączeń nierozłącznych 66 1112 Uproszczenia połączeń rozłącznych 70 112 Rysunek wykonawczy 83 113 Rysunek złożeniowy 90 114 Rysunki schematyczne 95 115 Wspomaganie projektowania CAD 98 116 Sprawdzenie wiadomości 100 2 Materiały konstrukcyjne 101 21 Właściwości metali i ich stopów 101 22 Metale żelazne i ich stopy 106 221 Klasyfikacja i otrzymywanie stopów żelaza z węglem 106 222 Stale 107 223 Staliwa 115 224 Żeliwa 117 23 Metale nieżelazne i ich stopy 120 231 Klasyfikacja i ogólna charakterystyka stopów metali nieżelaznych 120 232 Aluminium i jego stopy 121 233 Miedź i jej stopy 124 234 Cynk i jego stopy 126 235 Magnez i jego stopy 127
4 Spis treści 236 Nikiel i jego stopy 128 237 Wolfram i jego stopy 129 238 Tytan i jego stopy 129 24 Obróbka cieplna 129 25 Obróbka cieplno-chemiczna 136 26 Materiały metalowe w pojazdach samochodowych 138 27 Materiały niemetalowe 141 271 Klasyfikacja i charakterystyka wybranych materiałów niemetalowych 141 272 Materiały niemetalowe w pojazdach samochodowych 147 28 Korozja i ochrona przed korozją 149 281 Korozja i jej rodzaje 149 282 Ochrona przed korozją 151 29 Sprawdzenie wiadomości 154 3 Pomiary warsztatowe 156 31 Rodzaje pomiarów warsztatowych Błędy pomiarów 156 311 Metody pomiarowe 156 312 Błędy pomiarowe 157 313 Niepewność pomiaru 158 314 Zapis wyników pomiaru 160 32 Klasyfikacja narzędzi pomiarowych 161 33 Wzorce miary 161 34 Przyrządy pomiarowe 166 341 Przymiar kreskowy 166 342 Suwmiarka 166 343 Przyrządy mikrometryczne 169 344 Czujniki zegarowe 173 345 Kątomierz uniwersalny 174 346 Przyrządy pomiarowe z odczytem cyfrowym 175 347 Inne urządzenia pomiarowe używane do pomiarów związanych z pojazdami samochodowymi 177 35 Sprawdzenie wiadomości 178 4 Tolerancje i pasowania 180 41 Podstawowe pojęcia i określenia 180 42 Rodzaje tolerancji 182 43 Pasowania 185 44 Tolerowanie kształtu, kierunku, położenia i bicia 191 45 Geometryczna struktura powierzchni (GSP) 194 46 Sprawdzenie wiadomości 199 5 Podstawy mechaniki technicznej 201 51 Podstawowe wiadomości o siłach 201 511 Podział sił 202 512 Więzy i reakcje więzów 203 513 Uwalnianie ciała od więzów 205 514 Rozkładanie siły na dwie składowe 205 515 Rzuty sił na osie układu współrzędnych 206 52 Układy sił 208 53 Płaski oraz przestrzenny układ sił zbieżnych 208 531 Płaski układ sił zbieżnych 209
Spis treści 5 532 Wykreślny sposób składania sił zbieżnych w płaskim układzie sił 209 533 Analityczny sposób składania sił zbieżnych w płaskim układzie sił 210 534 Analityczny sposób składania sił zbieżnych w przestrzennym układzie sił 211 535 Warunki równowagi płaskiego układu sił zbieżnych 212 536 Analityczne warunki równowagi płaskiego układu sił zbieżnych Wyznaczanie reakcji 212 537 Wykreślny warunek równowagi płaskiego układu sił zbieżnych 214 538 Warunki równowagi przestrzennego układu sił zbieżnych 215 54 Dowolny płaski układ sił 215 541 Wykreślne składanie dowolnego płaskiego układu sił 215 542 Analityczne składanie dowolnego płaskiego układu sił 218 543 Analityczne warunki równowagi dowolnego płaskiego układu sił Wyznaczanie reakcji 219 544 Wykreślne warunki równowagi dowolnego płaskiego układu sił 220 55 Moment siły względem punktu i jego wyznaczanie 222 551 Moment główny układu sił 223 552 Para sił i jej właściwości 224 56 Środek ciężkości ciała 225 57 Tarcie 228 58 Klasyfikacja i ogólna charakterystyka ruchu ciała 232 581 Ruch prostoliniowy jednostajny 233 582 Ruch prostoliniowy zmienny 233 583 Ruch krzywoliniowy 235 584 Ruch jednostajny po okręgu 235 585 Ruch obrotowy jednostajny ciała sztywnego dookoła stałej osi 237 59 Zasady dynamiki 238 510 Drgania swobodne i wymuszone Rezonans drgań 240 511 Sprawdzenie wiadomości 244 6 Podstawy wytrzymałości materiałów 246 61 Odkształcenia i obciążenia 246 62 Naprężenia 248 63 Rozciąganie i ściskanie 249 631 Podstawowe pojęcia dotyczące rozciągania i ściskania Prawo Hooke a 249 632 Próba rozciągania 254 633 Próba ściskania 257 64 Naprężenia dopuszczalne 260 65 Naprężenia rzeczywiste 262 66 Naprężenia stykowe 263 67 Spiętrzenie naprężeń 265 68 Naprężenia zastępcze w złożonym stanie naprężeń 266 69 Naprężenia jednoosiowe i dwukierunkowe 267 610 Naprężenia termiczne 268 611 Obliczanie elementów konstrukcyjnych narażonych na rozciąganie i ściskanie 269 612 Ścinanie 273 6121 Czyste ścinanie 273 6122 Ścinanie technologiczne 274 613 Obliczenia wytrzymałościowe na ścinanie 275 614 Zginanie 278 6141 Podstawowe pojęcia związane ze zginaniem 278 6142 Moment gnący i siła tnąca 279
6 Spis treści 6143 Analityczny sposób wyznaczania momentów gnących i sił tnących w belce obciążonej siłami skupionymi 281 6144 Wykreślny sposób wyznaczania momentów gnących w belce obciążonej siłami skupionymi 286 6145 Analityczny sposób wyznaczania momentów gnących w belce z obciążeniem ciągłym 287 6146 Naprężenia i odkształcenia przy zginaniu 292 6147 Czyste zginanie 293 6148 Wskaźnik wytrzymałości przekroju na zginanie 293 6149 Obliczanie belek na zginanie 295 61410 Linia ugięcia i strzałka ugięcia 297 615 Skręcanie 298 6151 Wskaźnik wytrzymałości przekroju na skręcanie 299 6152 Obliczanie elementów na skręcanie 300 6153 Warunek sztywności pręta skręcanego 303 616 Wytrzymałość zmęczeniowa obciążenia i naprężenia zmienne 303 617 Obliczanie elementów poddanych jednoczesnemu zginaniu i skręcaniu wytrzymałość złożona 305 618 Sprawdzenie wiadomości 307 7 Techniki wytwarzania 309 71 Klasyfikacja technik wytwarzania 309 72 Odlewanie 310 721 Wiadomości wstępne 310 722 Klasyfikacja metod odlewania 311 723 Proces odlewania 311 724 Specjalne metody odlewania 314 73 Obróbka plastyczna 315 731 Klasyfikacja i rodzaje obróbki plastycznej 315 732 Kucie 317 733 Walcowanie 318 734 Tłoczenie 318 735 Ciągnienie 319 74 Prace ślusarskie 319 75 Maszynowa obróbka skrawaniem 328 751 Rodzaje i charakterystyka 328 752 Obrabiarki skrawające 330 753 Narzędzia 334 76 Wykańczająca obróbka powierzchni 337 77 Maszyny i narzędzia do wytwarzania części pojazdów samochodowych 339 78 Montaż 340 781 Wiadomości wstępne 340 782 Dokumentacja technologiczna montażu 343 79 Przepisy bhp podczas wytwarzania części maszyn 345 710 Sprawdzenie wiadomości 346 8 Części maszyn 347 81 Klasyfikacja i charakterystyka części maszyn 347 82 Normalizacja części maszyn 348 83 Zasady konstruowania i obliczania wytrzymałości części maszyn 349 84 Połączenia nierozłączne 356 841 Podział połączeń nierozłącznych 356
Spis treści 7 842 Połączenia nitowe 357 843 Połączenia spawane 363 844 Połączenia zgrzewane i lutowane 370 845 Połączenia klejone 375 846 Połączenia wciskowe 377 847 Oznaczanie połączeń nierozłącznych na rysunkach technicznych 382 848 Połączenia nierozłączne w pojazdach samochodowych 386 85 Połączenia rozłączne 390 851 Podział połączeń rozłącznych 390 852 Połączenia wpustowe 390 853 Połączenia wielowypustowe 394 854 Połączenia wielokarbowe 397 855 Połączenia kołkowe i sworzniowe 398 856 Połączenia klinowe 405 857 Połączenia gwintowe 407 858 Oznaczanie połączeń rozłącznych na rysunkach technicznych 423 859 Połączenia rozłączne w pojazdach samochodowych 426 86 Połączenia i elementy podatne 431 861 Klasyfikacja i charakterystyka połączeń podatnych 431 862 Materiały stosowane na elementy podatne 433 863 Obliczanie sprężyn 433 864 Oznaczanie sprężyn na rysunkach technicznych 439 87 Osie i wały 440 871 Ogólna charakterystyka osi i wałów 440 872 Materiały stosowane na osie i wały 442 873 Obliczanie oraz konstruowanie osi i wałów 442 874 Oznaczanie osi i wałów na rysunkach technicznych 448 88 Łożyskowanie 449 881 Klasyfikacja łożysk 449 882 Materiały stosowane na łożyska 453 883 Obliczanie i dobór łożysk 454 884 Oznaczanie łożysk na rysunkach technicznych 458 89 Przekładnie zębate 459 891 Wiadomości wstępne 459 892 Klasyfikacja i charakterystyka przekładni zębatych 460 893 Materiały stosowane na koła zębate 461 894 Metody wytwarzania kół zębatych 462 895 Przekładnie walcowe o zębach prostych 464 896 Przekładnie walcowe o zębach skośnych i daszkowych 471 897 Przekładnie stożkowe 474 898 Przekładnie zębate śrubowe 477 899 Przekładnie ślimakowe 478 8910 Przekładnie obiegowe i specjalne 482 8911 Oznaczanie przekładni zębatych na rysunkach technicznych 485 8912 Przekładnie zębate w pojazdach samochodowych 487 810 Przekładnie cierne 488 8101 Klasyfikacja i charakterystyka przekładni ciernych 488 8102 Zastosowanie przekładni ciernych 489 8103 Oznaczanie przekładni ciernych na rysunkach technicznych 490 811 Przekładnie cięgnowe 490 8111 Klasyfikacja i charakterystyka przekładni cięgnowych 490 8112 Zastosowanie przekładni cięgnowych 492
8 Spis treści 8113 Oznaczanie przekładni cięgnowych na rysunkach technicznych 495 812 Sprzęgła 498 8121 Charakterystyka i rodzaje sprzęgieł 498 8122 Dobór i obliczanie sprzęgieł 503 813 Hamulce 507 8131 Charakterystyka i rodzaje hamulców 507 8132 Dobór i obliczanie hamulców 509 814 Zastosowanie programów wspomagających projektowanie do obliczania i konstruowania części maszyn 510 815 Sprawdzenie wiadomości 513 9 Podstawy maszynoznawstwa 515 91 Klasyfikacja i ogólna charakterystyka maszyn 515 92 Energia, jej rodzaje i źródła 517 921 Rodzaje, znaczenie i zasoby energii 517 922 Odnawialne źródła energii 517 923 Ogniwa paliwowe 522 924 Biopaliwa 524 93 Maszyny hydrauliczne 524 931 Podstawy hydromechaniki 524 932 Klasyfikacja maszyn hydraulicznych 526 933 Silniki wodne i ich zastosowanie 529 934 Klasyfikacja pomp 532 935 Pompy wirowe i wyporowe 532 936 Charakterystyka napędów hydrostatycznych i hydrokinetycznych 535 937 Pompy i napędy hydrauliczne w pojazdach samochodowych 541 94 Maszyny cieplne 545 941 Podstawowe właściwości gazów 545 942 Pierwsza zasada termodynamiki 546 943 Przemiany gazów doskonałych 547 944 Druga zasada termodynamiki 550 945 Przemiany energetyczne w maszynach 552 946 Zasady wymiany ciepła 552 947 Turbiny parowe 554 948 Klasyfikacja silników spalinowych 555 949 Odrzutowe silniki przepływowe 560 9410 Silniki rakietowe 560 95 Elektrownie jądrowe 562 96 Sprężarki 563 961 Ogólna charakterystyka sprężarek 563 962 Klasyfikacja sprężarek 564 963 Sprężarki wyporowe i przepływowe 564 97 Napędy pneumatyczne i pneumatyczno-hydrauliczne 568 98 Urządzenia chłodnicze 573 99 Maszyny i środki transportowe 575 910 Automatyzacja transportu wewnętrznego 577 911 Przepisy bhp podczas obsługi maszyn i urządzeń 590 912 Sprawdzenie wiadomości 593 Literatura 595 Wykaz norm 596
Słowo wstępne Współczesne pojazdy samochodowe są tak skomplikowane, że bez dysponowania odpowiednim zasobem fachowej wiedzy i doświadczeniem oraz właściwym wyposażeniem nie można ich prawidłowo diagnozować, obsługiwać ani naprawiać Do zrozumienia zasad budowy i działania poszczególnych zespołów i podzespołów pojazdów samochodowych niezbędna jest z kolei rzetelna wiedza z zakresu technicznych podstaw zawodu Bez znajomości zasad rysunku technicznego, właściwości materiałów konstrukcyjnych, sposobu przeprowadzania pomiarów warsztatowych, zasad doboru tolerancji i pasowań, podstaw mechaniki technicznej, wytrzymałości materiałów i technik wytwarzania oraz części maszyn i maszynoznawstwa, czyli swoistego technicznego abecadła, nie będzie możliwe wykonywanie przyszłych zadań zawodowych Niniejszy podręcznik jest przeznaczony dla uczniów kształcących się wg nowej podstawy programowej w zawodach technika pojazdów samochodowych, mechanika pojazdów samochodowych i elektromechanika pojazdów samochodowych oraz uczestników kursów zawodowych w zakresie kwalifikacji M18 Diagnozowanie i naprawa podzespołów i zespołów pojazdów samochodowych, M12 Diagnozowanie oraz naprawa elektrycznych i elektronicznych układów pojazdów samochodowych i M42 Organizacja i prowadzenie procesu obsługi pojazdów samochodowych Umożliwia on zdobycie niezbędnego minimum ogólnej wiedzy zawodowej w zakresie mechaniki, tworzącej techniczną podstawę do zgłębiania tajników specjalistycznej wiedzy samochodowej Treść tego podręcznika umożliwia osiągnięcie umiejętności stanowiących podbudowę do kształcenia w ww zawodach w podstawie programowej grupa efektów kształcenia oznaczona kodem PKZ(Ma), zgodnie z którymi uczeń ma: przestrzegać zasad sporządzania rysunku technicznego maszynowego; sporządzać szkice części maszyn; sporządzać rysunki techniczne z wykorzystaniem technik komputerowych; rozróżniać części maszyn i urządzeń; rozróżniać rodzaje 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 określać 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; rozróżniać metody kontroli jakości wykonanych prac;
10 Słowo wstępne określać budowę oraz przestrzegać zasad działania maszyn i urządzeń; posługiwać się dokumentacją techniczną maszyn i urządzeń oraz przestrzegać norm dotyczących rysunku technicznego, części maszyn, materiałów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych; stosować programy komputerowe wspomagające wykonywanie zadań Dodatkowo, uczeń kształcący się w zawodzie technika pojazdów samochodowych w podstawie programowej grupa efektów kształcenia oznaczona kodem PKZ(Mb) ma: stosować prawa i przestrzegać zasad mechaniki technicznej, elektrotechniki, elektroniki i automatyki; dobierać narzędzia i przyrządy pomiarowe do montażu i demontażu maszyn i urządzeń; wykonywać prace z zakresu obróbki ręcznej i maszynowej metali Zgodnie z podanym rozszerzeniem podstawy programowej o dodatkowe efekty kształcenia dla zawodu technika pojazdów samochodowych w niniejszym podręczniku treści nauczania wymagane od technika pojazdów samochodowych (oraz uczestników kursów zawodowych w zakresie kwalifikacji M42) podano na cytrynowym tle Natomiast treści wspólne dla technika, mechanika i elektromechanika pojazdów samochodowych (oraz uczestników kursów zawodowych w zakresie kwalifikacji M18 i M12) wydrukowano na białym tle W odniesieniu do mechanika i elektromechanika pojazdów samochodowych teksty wydrukowane na cytrynowym tle mogą stanowić materiał rozszerzający, przeznaczony dla zdolnych uczniów zasadniczych szkół zawodowych pragnących pogłębić swą wiedzę fachową W podręczniku najważniejsze pojęcia wyróżniono w tekście pogrubioną czcionką W treści zamieszczono wiele przykładów obliczeniowych, które pomagają w zrozumieniu opisywanych zagadnień Na końcu każdego rozdziału podano pytania kontrolne i polecenia, a w wielu przypadkach także zadania i ćwiczenia do samodzielnego rozwiązania Całość bogato zilustrowano, starając się akcentować wiedzę praktyczną oraz podając liczne przykłady z zakresu budowy pojazdów samochodowych
Podstawy rysunku technicznego 1 W tym rozdziale dowiemy się: na czym polega normalizacja rysunków technicznych, jakie rodzaje rysunków technicznych wykorzystuje się w praktyce, jakich rozmiarów arkuszy rysunkowych się używa, jak stosować różne rodzaje linii rysunkowych, na czym polegają różnice między poszczególnymi rodzajami rzutowania, jak rysować przedmioty w rzutach prostokątnych i aksonometrycznych, jakie rodzaje widoków i przekrojów wykorzystuje się na rysunkach, jak wymiarować rysowane przedmioty, na czym polega komputerowe wspomaganie projektowania CAD, do czego służą programy CAE i CAM Rysunek techniczny językiem ludzi techniki 11 Rysunek techniczny jest podstawowym sposobem przekazu informacji dotyczących osiągnięć cywilizacyjnych człowieka w wielu dziedzinach techniki Posługują się nim ludzie na całym świecie Trudno byłoby znaleźć lepszą, dokładniejszą i bardziej zwięzłą metodę przekazu szczegółów z zakresu budowy, schematu czy zasady działania wybranego obiektu technicznego Nie sposób nawet wyobrazić sobie, jak skomplikowany musiałby być opis zastępujący ten prosty obraz graficzny Początki współczesnego rysunku technicznego sięgają epoki rozwoju wielkiego przemysłu, czyli XVIII wieku Obecnie, w czasach dynamicznego rozwoju techniki rysunek stał się tak powszechny, że znajomość zasad zapisu konstrukcji, szczególnie dla ludzi związanych z techniką, jest nieodzowna W niniejszym rozdziale podano podstawowe zasady rysunku technicznego Normalizacja rysunków technicznych 111 Zasady i reguły stosowane do przekazu informacji zostały ujednolicone i ujęte w normy W Polsce regulują je Polskie Normy (PN) opracowane przez Polski Komitet Normalizacyjny (PKN) współpracujący z Międzynarodową Organizacją Normalizacyjną (ISO) Omawiane zasady muszą być stosowane i przestrzegane przez wszystkie kraje, bowiem wymusza je coraz powszechniejsza międzynarodowa współpraca w zakresie wymiany
12 Podstawy rysunku technicznego POLSKA NORMA PN-EN ISO 3098-0 POLSKI KOMITET NORMALIZACYJNY Dokumentacja techniczna wyrobu Pismo Część 0: Zasady ogólne Zamiast: PN-80/N-01606 ICS 0110001 Rys 11 Przykład tabeli umieszczonej na początku Polskiej Normy myśli naukowo-technicznej, a także w procesach wytwarzania nowych konstrukcji Brak tego rodzaju obowiązujących reguł, dotyczących umownych znaków, skrótów, sposobu przedstawienia przedmiotu na rysunku, określenia wymiarów i innych uproszczeń, prowadziłby do nieporozumień i zdecydowanie utrudniał, a nawet uniemożliwiał współdziałanie ludzi techniki na świecie Dlatego muszą być ustalone normy, czyli ogólnie przyjęte zasady, reguły, przepisy, wzory i sposoby postępowania w określonych dziedzinach Tym zadaniom służy normalizacja, polegająca na opracowywaniu i wprowadzaniu w życie norm W normach dotyczących rysunku technicznego są zawarte szczegółowe przepisy związane z wykonaniem rysunku, min rozmiary arkuszy, rodzaje linii, sposób podawania wymiarów, opis rysunku itd Każda z norm ma określone numer i nazwę podane w tabeli (główce) na początku tego dokumentu (rys 11) 112 Rodzaje rysunków W zależności od przeznaczenia istnieje wiele rodzajów i odmian znormalizowanego rysunku technicznego W niniejszym rozdziale zostaną opisane tylko najważniejsze z nich, najczęściej spotykane w praktyce warsztatowej Rysunek wykonawczy jest to rysunek wiernie odwzorowujący kształt i wymiary przedmiotu Zawiera wszystkie nieodzowne informacje dotyczące wytworzenia przedmiotu, a więc odpowiednie rzuty, przekroje, wymiary, dokładności wykonania wymiarów i powierzchni, tolerancje kształtu i położenia, informacje dotyczące rodzaju materiału, jego masy, obróbki cieplnej Jest opatrzony tabelką z numerem rysunku zgodnym z numerem części na rysunku zestawieniowym oraz wielkością podziałki Stanowi podstawę do wykonania detalu w procesie produkcyjnym oraz, ewentualnie, późniejszego odtworzenia elementu, jeżeli oryginał uległby zniszczeniu Rysunek złożeniowy to obraz całości urządzenia, maszyny lub zespołu z wyszczególnieniem wszystkich elementów wchodzących w jego skład Są na nim tylko wymiary podstawowe, najczęściej gabarytowe Może mieścić się na jednym bądź wielu arkuszach
Arkusze rysunkowe 13 i przedstawiać widoki, przekroje oraz detale Wykaz części musi być czytelny i zawierać informacje o numerach rysunków wykonawczych, a przy opisie typowego elementu odsyłać do odpowiedniej normy bądź katalogu Na jego podstawie można poznać sposób łączenia i działania całego zespołu Rysunek szczegółu przedstawia najczęściej w powiększeniu jakiś element konstrukcji i zawiera specyficzne informacje dotyczące kształtu oraz konstrukcji albo montażu i połączeń Rysunek połączenia zawiera informacje niezbędne do złożenia i dopasowania dwóch części, odnoszące się np do ich wymiarów, ewentualnych ograniczeń kształtu oraz wymagań dotyczących eksploatacji i prób Wykaz części przedstawia kompletną listę pozycji tworzących zespół (albo podzespół) lub poszczególnych części przedstawionych na rysunku Rysunek części prezentuje pojedynczą część (której nie można rozłożyć na mniejsze części) i zawiera wszystkie informacje opisujące tę część Rysunek podzespołu jest rodzajem rysunku złożeniowego przedstawiającym tylko ograniczoną liczbę grup części Rysunek odmian wykonania przedstawia części o podobnym kształcie, ale o odmiennych parametrach Rysunek schematyczny to rysunek obrazujący zasadę działania urządzenia przedstawionego w dużym uproszczeniu Zamiast widoków elementów są stosowane symbole graficzne Najczęściej spotykane rysunki tego rodzaju to schematy kinematyczne, elektryczne i elektroniczne oraz blokowe Arkusze rysunkowe W rysunku technicznym maszynowym stosuje się podstawowe (standardowe) od A4 do A0 (tabl 1-1) oraz pochodne (czyli krotność podstawowych) formaty arkuszy Tabl 1-1 Podstawowe formaty arkuszy rysunkowych 12 Format Wymiary arkusza (mm) A0 841 1189 A1 594 841 A2 420 594 A3 297 420 A4 210 297 W wymiarach formatów podstawowych obowiązują poniższe zależności: pole powierzchni formatu A0 wynosi 1 m 2, stosunek długości boków formatów podstawowych wynosi 2,
14 Podstawy rysunku technicznego Tabl 1-2 Pochodne formaty arkuszy rysunkowych Krotność formatu Wymiary (wysokość x szerokość w mm) A0 A1 A2 A3 A4 2 1189 1682 3 1189 2523 841 1783 594 1261 420 891 297 630 4 841 2378 594 1682 420 1189 297 841 5 594 2102 420 1486 297 1051 6 420 1783 297 1261 7 420 2080 297 1471 format o jeden stopień wyższy ma dwukrotnie mniejsze pole powierzchni od formatu niższego (np A4 jest powierzchniowo dwukrotnie mniejszy niż A3) Wielkość arkusza rysunkowego dobiera się stosownie do wielkości przedmiotu W niektórych przypadkach potrzebne są formaty o innych proporcjach Powstają one jako złożenie kilku jednakowych formatów podstawowych Przykłady złożeń formatów podstawowych czyli formatów pochodnych podano w tablicy 1-2 Na rysunku 12 pokazano przykład złożenia czterech arkuszy formatu A4 w poziomie w celu umożliwienia narysowania długiego, nietypowego przedmiotu Dzięki ujednoliceniu wymiarów arkuszy łatwiejsze staje się przechowywanie rysunków, bowiem w wyniku powielenia formatu A4 dokumentacja techniczna zachowuje standardowe rozmiary Przez odpowiednie składanie i określony opis rysunku można uzyskać możliwość szybkiego dotarcia do potrzebnej informacji Każdy arkusz powinien być zaopatrzony w tabliczkę rysunkową, która zgodnie z wymaganiami normalizacyjnymi ma być usytuowana w prawym dolnym rogu arkusza rysunkowego Dzięki niej łatwiej jest odnaleźć interesujący nas element Najważniejsze informacje zawarte w tabliczce rysunkowej to: nazwa rysunku lub detalu, nazwa lub znak zakładu, rodzaj materiału, masa, numer rysunku oraz podziałka W celu łatwiejszego zlokalizowania poszczególnych detali stosuje się system siatki odniesienia (czyli podział pola rysunkowego na strefy) podobny do stosowanego na mapach kartograficznych (rys 13) Rys 12 Poziome złożenie czterech arkuszy formatu A4 (wymiary w mm)
Podziałki 15 Rys 13 Elementy graficzne arkusza rysunkowego (wymiary w mm) Zgodnie z PN poszczególne formaty rysunkowe zawierają różne ilości znaków w siatce odniesienia według zasady podziału na pola o długości 50 mm od góry ku dołowi oraz od strony lewej do prawej Współrzędne poszczególnych stref należy oznaczać w kierunku pionowym kolejnymi literami alfabetu, a w kierunku poziomym liczbami arabskimi Na formacie A4 litery i cyfry powinny być umieszczone tylko u góry i na prawym boku obramowania Wysokość liter i cyfr powinna wynosić 3,5 mm Podziałki 13 Podziałka stanowi stosunek wielkości liniowych przedstawionych na rysunku do odpowiadających im rzeczywistych wielkości liniowych Podziałkę podaje się zawsze w tabliczce rysunkowej Podziałki rysunkowe znormalizowano (wartości podziałek podano w tablicy 1-3) W razie potrzeby zalecany szereg podziałek można rozszerzyć, mnożąc przez całkowite wielokrotności liczby 10 w obie strony Podziałkę należy dobierać tak, aby przedstawiony rysunek obiektu był czytelny Jeśli na rysunku przedstawia się przedmiot w dużym powiększeniu, zaleca się do niego dołączyć rzut tego przedmiotu w podziałce naturalnej, który może być uproszczony i obrazować tylko zarys przedmiotu
16 Podstawy rysunku technicznego Tabl 1-3 Znormalizowane wartości podziałek w rysunku technicznym Rodzaj Podziałki zwiększające 2:1; 5:1; 10:1; 20:1; 50:1; 100:1 Podziałka naturalna 1:1 Podziałki zmniejszające 1:2; 1:5; 1:10; 1:20; 1:50; 1:100 14 Linie rysunkowe Wartości Linia rysunkowa jest obiektem geometrycznym o długości większej niż połowa grubości Kropką natomiast nazywa się obiekt graficzny o długości mniejszej lub równej połowie grubości Rysunki techniczne najczęściej wykonuje się na białych (np bristol, papier do urządzeń biurowych) lub szarych (np kalka techniczna) arkuszach W tych przypadkach linie rysunku należy kreślić kolorem czarnym W rysunku technicznym stosuje się 15 rodzajów linii, które podano w tablicy 1-4 Według normy każda z linii ma odpowiedni numer, nazwę i reprezentację graficzną Każdy Tabl 1-4Rodzaje linii rysunkowych
Linie rysunkowe 17 z podanych rodzajów linii może być stosowany w czterech odmianach graficznych: falistej, spiralnej, zygzakowej i odręcznej (przykłady odmian graficznych linii ciągłej podano w tablicy 1-5) Tabl 1-5 Odmiany graficzne linii ciągłej Rozróżnia się trzy grubości linii, które mogą być stosowane równocześnie do wykonania jednego rysunku Są nimi: linia gruba, o grubości g, linia cienka, o grubości 0,5g, linia bardzo gruba, o grubości 2g Najczęściej spotykane grubości linii używane do kreślenia rysunków są następujące: 0,13; 0,18; 0,25; 0,35; 0,5; 0,7; 1,0; 1,4; 2,0 mm Wartości są nieprzypadkowe i wynikają z szeregu geometrycznego, w którym stały jest iloraz 1: 2 Spośród nich można odpowiednio dobrać grupy zestopniowanych grubości linii do kreślenia danego rysunku (tabl 1-6) Tabl 1-6 Przykłady zestopniowania grubości linii rysunkowych Rodzaj linii Grupy zestopniowanych grubości linii w mm Linia cienka 0,18 0,25 0,35 0,5 Linia gruba 0,35 0,5 0,7 1,0 Linia bardzo gruba 0,7 1,0 1,4 2,0 Uwaga: czcionką półgrubą wyróżniono grubości zalecane Wybór odpowiedniej grupy zastosowanych grubości linii zależy od wielkości rysunku, wielkości przedmiotu, zagęszczenia linii i przeznaczenia rysunku Najczęściej wykorzystuje się jedną z dwóch zalecanych grup, w której linia cienka ma grubość 0,35 mm, a linia gruba 0,7 mm W rysunku technicznym maszynowym stosuje się następujące rodzaje linii: ciągłą, kreskową, z długą kreską i kropką, z długą kreską i dwiema kropkami W zależności od przeznaczenia wykorzystuje się dwie odmiany grubości linii cienkie i grube Poszczególne elementy linii, np kropki, kreski, przerwy, powinny mieć odpowiednią długość wytyczne podano w tablicy 1-7
18 Podstawy rysunku technicznego Tabl 1-7 Parametry dotyczące elementów linii Element linii Kropki Przerwy Kreski krótkie Kreski Kreski długie Odstępy Długość elementu 0,5g 3g 6g 12g 24g 18g g grubość linii wg szeregu: 0,13; 0,18; 0,25; 0,35; 0,5; 0,7; 1,0; 1,4; 2,0 mm Typowe zastosowania poszczególnych rodzajów linii w rysunku technicznym maszynowym przedstawiono w tablicy 1-8 Tabl 1-8 Zastosowanie poszczególnych linii w rysunku technicznym maszynowym Nr linii Rodzaj i odmiana linii Podstawowe zastosowanie 011 Ciągła cienka Ciągła cienka odręczna Ciągła cienka zygzakowa 1 Linie wymiarowe 2 Pomocnicze linie wymiarowe 3 Linie wskazujące i odniesienia 4 Kreskowanie przekrojów 5 Linie przenikania 6 Zarysy kładów miejscowych 7 Dna bruzd gwintów 8 Przekątne do oznaczania powierzchni płaskich 9 Linie rzutowania 10 Linie siatki 11 Zakończenie cząstkowego lub przerywanego widoku, przekroju, kładu głównie przy kreśleniu odręcznym 12 Zakończenie cząstkowego lub przerywanego widoku, przekroju, kładu głównie przy kreśleniu ploterem 012 Ciągła gruba 1 Widoczne krawędzie i zarysy przedmiotów 2 Wierzchołki gwintów 3 Granica długości gwintu pełnego 021 Kreskowa cienka 1 Niewidoczne krawędzie przedmiotów 2 Niewidoczne zarysy 022 Kreskowa gruba Oznaczenia dopuszczalnych obszarów obróbki powierzchniowej, np obróbki cieplnej 041 Cienka z długą kreską i kropką 042 Gruba z długą kreską i kropką 051 Cienka z długą kreską i dwiema kropkami 1 Linie symetrii 2 Okręgi podziałowe otworów 3 Okręgi podziałowe kół zębatych Oznaczenia wymaganych obszarów obróbki powierzchniowej, np obróbki cieplnej 1 Skrajne położenia części ruchomych 2 Zarysy pierwotne części przed kształtowaniem
Linie rysunkowe 19 a b c d e f g h Rys 14 Zasady rysowania linii nieciągłych a h przykłady zastosowania Wszystkie linie nieciągłe należy rysować według następujących zasad: wymiary i odległości między poszczególnymi elementami linii powinny być jednakowe; linie należy zaczynać i kończyć kreskami (jeżeli występują); linie należy rysować tak, aby stykały się i przecinały na kreskach, a jeżeli nie ma kresek na kropkach; odstępy między liniami równoległymi nie powinny być mniejsze niż 0,7 mm, a linie te powinny być przesunięte względem siebie Kilka przykładów ilustrujących zasady rysowania linii nieciągłych pokazano na rysunku 14 Linie wskazujące i odniesienia (rys 15a) służą do jednoznacznego powiązania dodatkowych informacji technicznych z graficznym obrazem przedstawionym na rysunku Linie wskazujące należy rysować: jako ciągłe cienkie, pod kątem większym niż 15 do innych linii przedstawionego elementu graficznego, zakończone grotem, kropką lub bez zakończenia Zakończenie grotem stosuje się, gdy linia wskazująca kończy się na innych liniach zarysu lub krawędzi rysowanego obiektu (rys 15b) a b c d Rys 15 Linie wskazujące i odniesienia (a) oraz przykłady zastosowania linii wskazujących (b d)
20 Podstawy rysunku technicznego Zakończenie kropką (o średnicy równej 5 grubościom linii) stosuje się, gdy linia wskazująca kończy się wewnątrz zarysu przedmiotu (rys 15c) Linię wskazującą rysuje się bez żadnego zakończenia, gdy ta linia kończy się na innej linii (rys 15d) Linia odniesienia może być dodana do każdej linii wskazującej Należy ją rysować jako ciągłą cienką w jednym z kierunków czytania rysunku (poziomo lub pionowo) Długość linii odniesienia zależy od długości umieszczonej nad nią informacji Na rysunku 16 zastosowano różne rodzaje linii zgodnie z ich przeznaczeniem 1 Linią ciągłą grubą narysowano: zewnętrzny zarys przedmiotu oraz wszystkie widoczne krawędzie, a także obramowanie arkusza i zewnętrzny zarys tabliczki rysunkowej 2 Linią ciągłą cienką wszystkie linie wymiarowe główne i pomocnicze oraz kreskowanie przekroju 3 Linią ciągłą cienką odręczną narysowano ograniczenie przekroju cząstkowego 4 Linia cienka z długą kreską i kropką została zastosowana do osi symetrii Rys 16 Przykład zastosowania różnych linii rysunkowych
Pismo techniczne 21 Pismo techniczne 15 Rysunek techniczny, oprócz linii, zawiera także opisy słowne i cyfrowe wykonane za pomocą znormalizowanego pisma technicznego W tradycyjnym rysunku technicznym stosuje się pismo znormalizowane proste lub pochyłe, dla którego są określone wszystkie wielkości charakterystyczne w odniesieniu do grubości linii pisma Grubość linii zastosowanego pisma zależy przede wszystkim od wielkości arkusza rysunkowego Rodzaje, zasady konstrukcji pisma, wzory liter, cyfr i znaków określono w odpowiednich normach Wysokość pisma h jest to wysokość wielkich liter, podana w mm Zgodnie z PN stosuje się następujące wartości tego parametru: 1,8; 2,5; 3,5; 5,0; 7,0; 10,0; 14,0; 20,0 mm Zaleca się, aby na formatach A4 i A3 stosować wysokość pisma w napisach głównych 7,0 lub 5,0 mm, a w napisach pomocniczych i podrzędnych 5,0; 3,5, a nawet 2,5 mm W większości przypadków stosuje się pismo proste i pochyłe rodzaju A oraz B Grubość linii pisma dla rodzaju A wynosi d A = h/14, a dla rodzaju B d B = h/10 Wielkości oraz wymiary charakterystyczne pisma rodzaju A zamieszczono w tablicy 1-9, natomiast pisma rodzaju B w tablicy 1-10 Litery pisma rodzaju A są bardziej smukłe od liter pisma rodzaju B Pisma rodzaju A i B można stosować jako proste lub pochyłe, odchylone od pionu w prawą stronę, pod kątem 15 (patrz rys 18a, b) Pochylenie liter tekstu stwarza wrażenie poruszania się ich w prawą stronę, co ułatwia i przyspiesza czytanie Tabl 1-9 Wielkości charakterystyczne pisma rodzaju A Wielkości charakterystyczne (rys 17) Nazwa Oznaczenie Wymiary, mm Wysokość pisma (wysokość wielkich liter oraz cyfr) Wysokość małych liter h c (14/14)h (10/14)h 14d 10d 2,5 1,8 3,5 2,5 5,0 3,5 7,0 5,0 10,0 7,0 14,0 10,0 20,0 14,0 Odstęp między literami i cyframi Minimalna podziałka wierszy (wysokość siatki pomocniczej) Minimalny odstęp między wyrazami i liczbami a 1) b e 2) (2/10)h (22/14)h (6/14)h 2d 22d 6d 0,35 4,0 1,1 0,5 5,5 1,5 0,7 8,0 2,1 1,0 11,0 3,0 1,4 16,0 4,2 2,0 22,0 6,0 2,8 31,0 8,4 Grubość linii pisma d (1/14)h 0,18 0,25 0,35 0,5 0,7 1,0 1,4 1) Odstęp a między dwiema literami i cyframi, których sąsiednie linie nie są do siebie równoległe (np KA, LV, H7), może być zmniejszony o połowę, tj równy grubości d linii cyfr i liter 2) Dla wyrazów rozdzielonych znakiem interpunkcji minimalny odstęp e jest odległością między znakiem interpunkcji a następnym wyrazem
Części maszyn 8 W tym rozdziale dowiemy się: na jakie grupy dzieli się części maszyn, na czym polega normalizacja części maszyn, jakie są podstawowe zasady konstruowania części maszyn, jakie są podstawowe zasady obliczania wytrzymałości części maszyn, jakie rodzaje połączeń nierozłącznych i rozłącznych występują w budowie maszyn oraz gdzie się je stosuje, jakie są rodzaje elementów podatnych, jak się je oblicza i gdzie stosuje, jak konstruuje się osie i wały oraz gdzie się je wykorzystuje, jakie są rodzaje łożysk, gdzie się je spotyka oraz jak się je oblicza lub dobiera, jak są zbudowane różne rodzaje przekładni, jak się je dobiera i gdzie stosuje, jakie są rodzaje sprzęgieł oraz jak się je oblicza i gdzie znajdują zastosowanie, jakie są rodzaje hamulców, jak się je dobiera i oblicza oraz gdzie się je wykorzystuje, na czym polega komputerowe wspomaganie projektowania części maszyn Klasyfikacja i charakterystyka części maszyn 81 Każda maszyna lub urządzenie składa się z pewnej liczby elementów, czyli części Części tworzą zespoły spełniające określone funkcje w maszynie Zespół to zestaw części tworzących wyodrębnioną całość, który spełnia w maszynie określoną funkcję W złożonych zespołach można wyodrębnić zespoły niższych rzędów, nazywane podzespołami Zespoły spełniające w maszynie funkcje podstawowe są zespołami najniższych rzędów Na przykład skuter składa się z setek części Części te montuje się najpierw w zespoły o małym stopniu złożoności (najniższych rzędów), które z kolei składa się w coraz bardziej skomplikowane zespoły (wyższych rzędów) Natomiast z zespołów najwyższego rzędu montuje się gotowy wyrób (rys 81) W konstrukcji samochodów zespoły wyższych rzędów często nazywa się układami (min układy kierowniczy, hamulcowy, napędowy) Części maszyn można podzielić na trzy grupy, którymi są: połączenia, łożyskowania, części napędów
348 Części maszyn Części Zespół Wyrób gotowy Rys 81 Podział wyrobu na zespoły i części Połączenia to części maszyn składające się z dwóch lub większej liczby elementów zespolonych ze sobą bezpośrednio bądź pośrednio za pomocą dodatkowych części nazywanych łącznikami (połączenia bezpośrednie i pośrednie), w których niemożliwe lub możliwe jest wzajemne przemieszczanie się połączonych części (połączenia stałe i ruchowe), a także części łączone lub łączące, które w razie rozłączenia ulegają lub nie ulegają uszkodzeniu (połączenia nierozłączne i rozłączne) Łożyskowania to części maszyn połączone ze sobą w sposób umożliwiający ruch, który nie wiąże się z przenoszeniem mocy (wykonywaniem pracy) Do tej grupy części zalicza się osie, wały i łożyska Części napędów to elementy maszyn połączone ze sobą w sposób umożliwiający ruch, który wiąże się z przenoszeniem mocy (wykonywaniem pracy) Do tej grupy zalicza się przekładnie (zębate, cięgnowe i cierne) oraz mechanizmy (śrubowe, dźwigniowe, krzywkowe, jarzmowe, zapadkowe), a także sprzęgła i hamulce Części maszyn powinny spełniać różnorodne wymagania, dotyczące min ich wytrzymałości, trwałości, łatwości wykonania (technologiczności), ceny oraz wyglądu, które wynikają z warunków technicznych dla poszczególnych konstrukcji, jak również z ogólnych zasad projektowania i konstruowania maszyn 82 Normalizacja części maszyn W projektowaniu i budowie maszyn normalizacja ma bardzo istotne znaczenie Jest ona ważna np w produkcji jednostkowej i małoseryjnej, w której ze względu na ograniczenie kosztów należy wykorzystywać jak największą liczbę znormalizowanych części
Zasady konstruowania i obliczania wytrzymałości części maszyn 349 Normalizacja w budowie maszyn dotyczy następujących najważniejszych zagadnień: podstawowych wielkości teoretycznych (np tolerancji i pasowań); kształtu zarysu gwintów, zarysu kół zębatych, szeregów uprzywilejowanych wymiarów; rodzajów materiałów i ich właściwości; gotowych wyrobów (np łączników gwintowych, nitów, kołków); warunków odbioru technicznego maszyn różnego rodzaju W przepisach dotyczących części maszyn, nazywanych normami, określono nazwę, kształt, wymiary, materiał, własności wytrzymałościowe oraz zastosowanie i przeznaczenie odpowiednich części Normalizacja polega na ujednoliceniu, uproszczeniu nazewnictwa i pojęć, ustaleniu kształtów, wymiarów, materiału i dokładności wykonania, co gwarantuje właściwą jakość oraz ułatwia konstrukcję, obsługę i naprawę maszyn Od 1 stycznia 2003 r w Polsce obowiązuje nowa ustawa o normalizacji Wraz z jej wejściem w życie przestały funkcjonować występujące wcześniej normy zakładowe (ZN) i branżowe (BN) Obowiązujące obecnie krajowe normy PN mogą być zintegrowane z normami europejskimi (oznaczenie PN-EN) lub międzynarodowymi (PN-ISO) albo oboma tymi normami (PN-EN ISO) Stosowanie norm jest całkowicie dobrowolne Z normalizacją wiążą się ściśle dwa inne pojęcia typizacja i unifikacja Typizacja oznacza ujednolicenie cech konstrukcyjnych i wymiarowych części maszyn w celu uproszczenia produkcji przez zmniejszenie liczby możliwych odmian danego wyrobu Umożliwia ona obniżenie kosztów produkcji oraz ułatwia eksploatację maszyn Przykładami typizacji są: typoszeregi wymiarowe łożysk tocznych, średnice i skoki gwintów oraz moduły kół zębatych Unifikacja to z kolei ujednolicanie elementów i zespołów występujących w maszynach podobnego rodzaju Stosowanie jednakowych sprawdzonych rozwiązań umożliwia ich pełną zamienność oraz znaczne obniżenie kosztów produkcyjnych i eksploatacyjnych W przemyśle motoryzacyjnym unifikacja polega na stosowaniu w różnych pojazdach tych samych elementów lub ich zespołów, dzięki czemu znacznie zmniejsza się ich różnorodność Unifikacja w konstrukcji nowszych pojazdów umożliwia wykorzystanie wcześniej zaprojektowanych i wypróbowanych elementów oraz zespołów bez wprowadzania w nich zmian Zasady konstruowania i obliczania wytrzymałości części maszyn 83 Zadaniem konstruktora jest opracowanie konstrukcji optymalnej, czyli najlepszej w danych warunkach Zapisu konstrukcji dokonuje się w dokumentacji konstrukcyjnej, która zawiera: założenia konstrukcyjne; warianty konstrukcji, szkice; wyniki analizy obciążeń, rozkłady sił; schematy strukturalne i kinematyczne; schematy montażu i połączeń; rysunki złożeniowe z podanymi warunkami technicznymi; rysunki złożeniowe zespołów głównych, zespołów niższych rzędów i wykazy części;
350 Części maszyn rysunki wykonawcze części; warunki techniczne odbioru i dokumentację techniczno-ruchową (DTR); rysunek ofertowy wyrobu W trakcie prac projektowych należy stosować zasady umożliwiające zapewnienie optymalizacji konstrukcji Optymalizacja konstrukcji jest bardzo ważna, gdyż bezpośrednio wpływa na wybór rozwiązania konstrukcyjnego spośród wielu dopuszczalnych wariantów Stosowanie zasad optymalizacji umożliwia wybór konstrukcji najbardziej odpowiedniej w określonych warunkach Najczęściej zaleca się stosowanie następujących zasad: dostępność i taniość materiałów; możliwość stosowania technik wytwarzania technologiczność; niskie koszty i łatwość eksploatacji; zgodność z obowiązującymi normami i przepisami; uwzględnianie specyfiki użytkowania (np temperatury lub zanieczyszczenia środowiska) Podane zasady dotyczą również projektowania części maszyn Do podejmowania wszelkich prac projektowych jest niezbędna znajomość typowych rozwiązań konstrukcyjnych Podstawowy zakres wiedzy powinien obejmować: kształt i zastosowanie projektowanych części, stosowane do ich wykonania materiały konstrukcyjne oraz ich cechy wytrzymałościowe i użytkowe, wyznaczanie obciążeń i obliczenia wytrzymałościowe Obliczenia wytrzymałościowe części maszyn przeprowadza się w celu ustalenia optymalnych wymiarów projektowanych części Wymagane minimalne wymiary części ustala się na podstawie podstawowego warunku wytrzymałościowego, który brzmi: naprężenia rzeczywiste (obliczeniowe) muszą być mniejsze od naprężeń dopuszczalnych lub najwyżej im równe Wartości naprężeń rzeczywistych ustala się na podstawie następujących zależności: F σ, τ lub p = k (81) S oraz M σ lub τ = W k (82) gdzie: σ naprężenia normalne (prostopadłe) do rozpatrywanego przekroju podczas rozciągania, ściskania i zginania [Pa], τ naprężenia styczne (równoległe) do rozpatrywanego przekroju podczas ścinania i skręcania [Pa], p naciski powierzchniowe [Pa], F obciążenie rozciągające, ściskające lub nacisk [N], S pole powierzchni obciążonego przekroju poprzecznego [m 2 ], M obciążenie momentem zginającym lub skręcającym [N m], W wskaźnik wytrzymałości przekroju obciążonego momentem zginającym W x lub skręcającym W o [m 3 ], k naprężenia lub naciski dopuszczalne dla określonego stanu naprężeń [Pa]
Zasady konstruowania i obliczania wytrzymałości części maszyn 351 W celu rozróżnienia stanu naprężenia przy symbolach naprężeń umieszcza się wskaźniki dotyczące rodzaju obciążenia (r rozciąganie, c ściskanie, t ścinanie, g zginanie, s skręcanie) oraz dodatkowe (j dla obciążeń jednostronnie zmiennych i o dla obciążeń obustronnie zmiennych) Z uwagi na występowanie w materiałach konstrukcyjnych dużych naprężeń, ich wartości wyraża się w megapaskalach [MPa] Ponieważ 6 1 MN 110 N N 1 MPa = = = 1 2 6 2 2 1 m 110 mm mm więc wygodne jest określanie wymiarów przekrojów poprzecznych w mm 2, a wskaźników wytrzymałości przekroju w mm 3 Poza prostymi stanami naprężeń wywoływanych rozciąganiem, ściskaniem, ścinaniem lub zginaniem w konstrukcjach mogą występować również złożone stany naprężeń, np ściskanie z równoczesnym zginaniem lub zginanie ze skręcaniem W takich przypadkach oblicza się tzw naprężenie zastępcze Gdy naprężenia mają jednakowy kierunek, naprężenia zastępcze σ z = σ c + σ g k c (83) Gdy naprężenia mają różne kierunki, zgodnie z hipotezą wytrzymałościową Hubera naprężenia zastępcze 2 2 σz = σ g + ( ατ ) kg (84) gdzie α jest współczynnikiem określającym stosunek naprężeń dopuszczalnych normalnych do stycznych właściwych danemu stanowi obciążenia, np dla ściskania ze skręcaniem α = k c ks natomiast dla zginania ze skręcaniem (85) α = k go (86) ksj Naprężenia dopuszczalne to takie, które mogą wystąpić w materiale, nie naruszając wytrzymałości i sztywności konstrukcji Naprężenia dopuszczalne wyznacza się na podstawie własności wytrzymałościowych materiałów konstrukcyjnych oraz charakteru obciążenia Jeśli obciążenia są stałe, wartość naprężenia dopuszczalnego dla materiałów plastycznych określa się na podstawie granicy plastyczności R e, a dla materiałów kruchych za pomocą granicy wytrzymałości R m W celu zagwarantowania trwałości konstrukcji stosuje się odpowiednie współczynniki bezpieczeństwa (oznaczane x) o różnej wartości, zależnej od rodzaju konstrukcji i warunków eksploatacji Wzory do obliczania wartości naprężeń dopuszczalnych są następujące: dla materiałów plastycznych (np stali) Re kr = kc = x (87) e
352 Części maszyn dla materiałów kruchych (np żeliwa) k k r c Rm = x (88) m Rc = x (89) c Natomiast dla obciążeń zmiennych podstawą obliczenia wartości naprężenia dopuszczalnego jest wytrzymałość zmęczeniowa odpowiednia do rodzaju występującego obciążenia Z, z właściwym indeksem wskazującym na charakter obciążenia Wartość naprężenia dopuszczalnego oblicza się wg wzoru Z k = (810) x z Przykładowe wartości współczynników bezpieczeństwa dla różnych materiałów konstrukcyjnych podano w tablicy 8-1 Dopuszczalne naciski powierzchniowe ustala się na podstawie naprężeń dopuszczalnych dla ściskania W układach spoczynkowych najczęściej przyjmuje się dla obciążeń stałych k o = 0,8k c dla obciążeń jednostronnie zmiennych k oj 0,8k cj dla obciążeń obustronnie zmiennych k oo 0,4k cj Dla układów ruchowych wartości dopuszczalnych nacisków powierzchniowych ustala się na podstawie odrębnych tablic W połączeniach ustaloną wartość dopuszczalnego nacisku k o odnosi się zawsze do części wykonanej z materiału o mniejszej wytrzymałości Przykładowe własności wytrzymałościowe wybranych gatunków stali, żeliw i stopów metali nieżelaznych zawarto w tablicach 8-2 do 8-4, natomiast orientacyjne wartości naprężeń dopuszczalnych dla różnych rodzajów obciążenia w tablicy 8-5 Tabl 8-1Przeciętne wartości współczynników bezpieczeństwa Materiał x e x m(c) x z Stale, staliwa, żeliwa ciągliwe 2 do 2,3 3,5 do 4 Żeliwa szare 3,5 3 Stopy miedzi 3 do 4 4,5 do 6 Stopy aluminium 3,5 do 4 5 do 7
Zasady konstruowania i obliczania wytrzymałości części maszyn 353 Tabl 8-2Własności wytrzymałościowe wybranych gatunków stali Materiał Stale niestopowe konstrukcyjne i maszynowe (wg PN-EN 10025-1) Stale niestopowe do utwardzania powierzchniowego i ulepszania cieplnego (wg PN-EN 10027-1) Stale stopowe konstrukcyjne do nawęglania (wg PN-EN 10084) Stale stopowe konstrukcyjne do ulepszania cieplnego (wg PN-EN 10083-1) Gatunek S185 S235JR E295 E335 E360 C10E C15E C22 C25 C35 C45 C55 C10E C15E C22 C25 C35 C45 C55 17Cr3 20Cr4 20MnCr5 20NiCrMo2-2 28Mn6 44SMn28 34Cr4 41Cr4 42CrMo4 Stan obróbki cieplnej* N H H H QT QT QT QT H H H H QT QT QT QT QT Własności wytrzymałościowe w MPa R m/c R e Z rj/cj Z rc Z gj Z go Z sj Z so 320 410 490 590 690 335 375 410 450 530 600 650 410 490 540 500 600 650 750 690 780 1080 930 780 880 880 980 1030 185 235 295 335 365 205 225 245 275 315 355 380 245 295 355 320 380 430 490 490 640 740 780 540 690 740 780 880 175 230 275 330 385 175 200 230 250 300 340 365 230 270 300 280 335 365 420 360 435 600 520 435 440 440 550 580 100 120 150 185 215 100 110 125 140 165 190 200 125 150 165 155 185 200 230 215 240 325 290 240 270 270 300 320 * N normalizowanie, H nawęglanie i hartowanie, QT ulepszanie cieplne Tabl 8-3Własności wytrzymałościowe wybranych gatunków żeliwa 240 311 370 450 525 240 270 310 340 400 460 495 310 370 410 380 455 495 570 455 515 710 615 515 580 580 645 680 130 170 205 250 290 130 150 170 190 220 250 270 170 205 225 210 250 270 315 290 325 455 390 325 370 370 410 430 155 205 245 295 345 150 175 205 225 265 300 325 205 245 270 250 300 325 375 315 355 495 425 360 405 405 450 475 75 100 120 145 170 75 90 100 110 130 150 160 100 120 135 125 150 160 190 170 195 270 230 195 220 220 245 255 Materiał Żeliwo szare (wg PN-EN 1561) Gatunek EN-GJL-150 EN-GJL-200 EN-GJL-250 EN-GJL-300 EN-GJL-350 Własności wytrzymałościowe w MPa R m R c Z rj Z cj Z rc 150 800 60 180-200 800 90 240 45 250 1000 110 300 50 300 1150 130 360 90 350 1350 150 420 100