21-25.doc

21.    Złącze śrubowe podatne, jego istota i wykres pracy.

Na rys. 2 przedstawiono schemat złącza kołnierza cylindra. Na złącze nie działają żadne siły. Jeżeli nakrętka śruby zostanie dokręcona, wówczas śruba zostanie obciążona siłą osiową Qw i pod jej działaniem wydłuży się o lw, uszczelka natomiast zostanie skrócona o lw - rys. 2b. W celu uproszczenia analizy założono, że:

- sztywność kołnierza jest bardzo duża i jest on praktycznie nieodkształcalny

- śruba posiada określoną sztywność cs = tgα

- uszczelka posiada określoną sztywność ck = tgγ - rys. 3a.

Rys. 2. Schemat złącza kołnierzy cylindra: a) - złącze nieobciążone; b) - złącze napięte wstępnie siłą Qw ; c) - złącze napięte wstępnie siłą Qw i obciążone siłą Q pochodzącą od ciśnienia p.

Rys. 3. Wykres sztywności śruby i uszczelki

Siła Qw obciążająca śrubę, a wywołana dokręceniem nakrętki, działa także na uszczelkę. Można więc przenieść wykres sztywności uszczelki na prawą stronę wykresu - rys. 3a, gdzie znajduje się wykres sztywności śruby. Oba wykresy przetną się w punkcie odpowiadającym sile Qw - rys. 3b.

Jeżeli złącze - rys. 2 - zostanie dodatkowo obciążone siłą Q pochodzącą od ciśnienia p, wówczas śruba wydłuży się dodatkowo o λp , uszczelka natomiast rozpręży się o wartość Δp. Nanosząc λp i Δp na wykres - rys. 2c - okaże się, że całkowita siła Qc działająca na śrubę nie będzie równa sumie sił Qw i Qp , lecz:

     gdzie: b - współczynnik podatności złącza śrubowego.              (1)

                            (2)

                            (3)

                            (4)

                            (5)

,a więc ostatecznie:                            (6)

22.    Narysować przekrój poprzeczny połączenia wpustowego koła zębatego z wałkiem oraz omówić zasadę pasowania wpustu i sposób jego doboru.

Połączenia wpustowe – połączenia rozłączne ruchowe, w których elementem pośredniczącym jest wpust. Połączenie wpustowe służy do łączenia piast z wałami. Wpust umieszczony jest w rowku wału, a piasta posiada odpowiednie nacięcie. Wpust umieszczany jest w rowku z pasowaniem ciasnym, połączenie wpust-piasta jest luźne. Połączenie wpustowe w przeciwieństwie do klinowego nie zabezpiecza piasty przed przesuwaniem się wzdłuż wału, piasta musi mieć dodatkowe zabezpieczenie. Gdy nie występują siły osiowe (w większości przypadków), wystarczy zabezpieczenie pierścieniem oporowym, w przeciwnym razie stosuje się inne rozwiązania (np. nakrętkę lub tuleję dystansową).

Obliczenia wytrzymałościowe połączenia wpustowego opierają się na kryterium dopuszczalnego nacisku powierzchniowego kn. Jako powierzchnię obliczeniową przyjmuję się powierzchnie styku wpustu z wałkiem lub z piastą, tę która z nich jest mniejsza.

W przypadku połączeń spoczynkowych, na powierzchniach bocznych stosuje się pasowanie h6/P9 dla piasty koła i wału.

W przypadku połączeń ruchowych, na powierzchniach bocznych stosuje się pasowanie h6/D10 dla piasty koła i h6/H9 dla wału.

23.    Podać sposób obliczeń połączeń spawanych na przykładzie dwóch blach złączonych spoiną doczołową poddaną obciążeniu rozciągającemu cyklami jednostronnymi.

Obliczanie połączeń spawanych:

W zależności od rodzaju obciążenia spoiny czołowe oblicza się na:

·         rozciąganie (rysunek a) lub ściskanie

sr= F/S< k’r

gdzie:

F – siła

S - przekrój obliczeniowy spoiny (S= a x l )

k’r (k’c, k’t, k’g) – naprężenia dopuszczalne dla spoin. k’r= x’  kr

x’ – współczynnik statycznej wytrzymałości spoiny [-],

kr – naprężenia dopuszczalne materiału elementów łączonych [Pa],

Wymiary spoin czołowych przyjmuje się równe przekrojowi geometrycznemu części spawanej o mniejszym przekroju, czyli a= g , b = l.

24.    Naprężenia występujące w sprężynie śrubowej walcowej oraz sposób ich uwzględnienia w obliczeniach konstrukcyjnych sprężyn.

Dla przypadku, w którym sprężyna śrubowa (rys.7) obciążona jest osiowo siłą P i moment działający w płaszczyznach oparcia sprężyny o powierzchnie dociskające Mt=0 (tzn. zakładając, że końce sprężyny nie są utwierdzone i spoczywają na płaszczyznach dociskających bez tarcia), w dowolnym przekroju prostopadłym do osi drutu występują:

·         moment M=PD/2 o wektorze leżącym w płaszczyźnie prostopadłej do osi sprężyny

·         siła P skierowana równolegle do osi sprężyny. Składowe styczne i normalne tego momentu i siły mają postać

Moment Mx wywołuje skręcanie drutu względem jego osi, a moment My powoduje zginanie drutu. Siła Px powoduje ściskanie drutu wzdłuż osi, a siła Py powoduje ścinanie drutu w płaszczyźnie prostopadłej do jego osi. Ponieważ kąt pochylenia zwojów sprężyny a jest zwykle nie większy niż 9°, a najczęściej nie przekracza 6°, przy obliczaniu naprężeń i ugięcia sprężyny przyjmuje się, że α≈0, czyli pomija się naprężenia wywołane zginaniem momentem My i ściskaniem siłą Px, a zamiast Py i Mx przyjmuje się nieco większe wartości P oraz M. Pomijając chwilowo działanie siły ścinającej Py oraz zakrzywienie drutu zwiniętego spiralnie, czyli traktując drut jako walcowy pręt prosty skręcany wokół swej osi momentem M, naprężenie maksymalne w przekroju drutu τmax można opisać zależnością :

gdzie : P - siła ściskająca sprężynę D - średnia średnica zwojów sprężyny d - średnica drutu

Uwzględnienie zakrzywienia drutu i siły ścinającej Py wywołuje zwiększenie naprężenia maksymalnego tym większe, im mniejszy jest stosunek :

Oba te wpływy, zakrzywienia drutu i siły ścinającej Py, uwzględnia się mnożąc τmax z wzoru (11) przez współczynnik poprawkowy K

Współczynnik poprawkowy K zależy od wskaźnika (krzywizny) sprężyny c i najczęściej oblicza się go stosując wzór: A. Wahla :

25.    Wymienić i omówić kryteria, które powinien spełniać wał maszynowy.

Kryteria obliczeniowe wałów.

1.                   Wytrzymałości dopuszczalnej - nie dopuszczenie do przekroczenia poziomu naprężeń dopuszczalnych.

2.                   Dopuszczalnej strzałki ugięcia - nie dopuszczenie do nadmiernego ugięcia sprężystego wału pod działaniem obciążenia zewnętrznego, powodującego zmianę styku kół zębatych.

3.                   Dopuszczalnego kąta ugięcia - nie dopuszczenie do nadmiernego obrócenia czopa w płaszczyźnie osi wału wewnątrz łożyska.

4.                   Dopuszczalnego kąta skręcenia - nie dopuszczenie do nadmiernej podatności skrętnej łańcucha kinematycznego, którego elementem jest wał.

5.                   Niewyrównoważenia konstrukcji - w celu zabezpieczenia łożysk przed nadwyżkami dynamicznymi powstającymi na skutek oddziaływania sił odśrodkowych.

6.                   Częstotliwości drgań własnych - w celu uniknięcia wzajemnych oddziaływań rezonansowych wału i maszyny.

http://www.kmpkm.zut.edu.pl/pub/Podstawy_Konstrukcji_Maszyn/PKM_wyk%B3ady%20(M.Zebrowski)/Zaj%EAcia%20projektowe/7.Waly%20i%20osie.doc