1. Ismertesse a tervezői munka szakaszait és a konstruktőr 3as feladatát! A tervezői munka folyamatára különböző tervezés-módszertani elméletek léteznek, de mindegyikben felismerhetőek közös mozzanatok: probléma felismerése – beillesztés a tanultak rendszerébe – az eddigi eredmények számbavétele – megoldási elv kidolgozása – konkrét adatok meghatározása – kivitelezés ellenőrzés Első: A méretezés alapjául szolgáló terhelések meghatározása, terhelésmodell felállítása. Terhelés alatt azokat a külső hatásokat/kényszereket értjük, amelyek hatással vannak a szerkezet működésére, élettartamára, használhatóságára. A terhelés-modell megalkotásához a terhelésanalízis elmélete és gyakorlata nyújt segítséget. Második: Igénybevételek és határállapotok feltárása. Előre fel kell ismerni a meghibásodási, tönkremeneteli lehetőségeket ( módszer: pl. FMEA ). Tönkremenetelt okozhat pl. súrlódás, hőmérséklet, mozgás, közegek, sugárzások hatásai, villamos, optikai tulajdonságok változása, biológiai károsodás, stb. Mindezek elvezethetnek a legveszélyesebb tönkremeneteli módhoz, a töréshez, amely összefüggésben van az elem feszültségi és alakváltozási állapotával Harmadik: Méretezés. A szerkezeti elem szükséges kialakítását és méretét oly módon állapítjuk meg, hogy a már meghatározott terhelésből kiindulva kiszámítjuk az igénybevételi állapotot és ezt összevetve az előírt határállapottal, megállapítjuk, hogy a szerkezeti elem biztonsága/megbízhatósága. Az alkatrészek biztonságát a klasszikus értelmezés szerint a határállapotra jellemző érték és az igénybevételi állapotot jellemző érték hányadosa adja meg. Amennyiben ez nagyobb 1-nél, feltesszük, hogy az alkatrész megfelel az elvárásoknak. A gyakorlat alapján ügyelni kell az alkatrészben létrejövő halmozódó károsodásokra is, amelyek befolyásolják a szerkezeti elem teherbírását. Különböző elméletek alapján megszületett az üzemi szilárdság fogalma, továbbá szerepet kap a biztonság tönkremeneteli valószínűséggel való kifejezése.
2. Mit értünk minőségi körön? Rajzolja fel! Napjaink felfogása szerint a vevő elvárásait, igényeit kell kielégíteni, a termékekkel a vevő elégedettségének minél magasabb szintjét kell elérni. A minőségi kör szemlélteti, hogy a tervező munkája során feladatait a vevői követelmények szabják meg, miközben a nyilvánvaló igények kielégítése mellett felmutatjuk és kielégítjük a rejtett igényeket is. A tervezés során figyelembe kell venni a termék teljes életútját – tervezéstől, gyártástól egészen az újrahasznosításig – úgy, hogy közben gazdaságosan teljesítsük a vevő igényeit.
3. Ismertesse a tűrés fogalmát! A méretszórásnak a munkadarab szempontjából megkívánt, a tervező által előírt korlátozása.ISO szabvány: - alaplyuk rendszer (H furathoz megfelelő csap; - alapcsap rendszer. Az egymáshoz tűrésezett alkatrészeknek illesztése van. ISO tűrésrendszer: A tűrés nagysága függ a névleges méret nagyságától és a mérhetőségtől, valamint a technológiától. A tűrésmező elhelyezkedését a megvalósítani kívánt illesztés szabja meg.
i 0,45 3 D 0,001D
*μm+
Minőség: IT5…14 = Tűrésnagyság: 7i …400i. A tűrés fogalmába beletartozik még a tűrésmezőnek az alapvonalhoz viszonyított elhelyezkedése is. A névleges méretre készített csap / furat h = H = 0
4. Ismertesse a tervezői gyakorlatban szokásos terhelés-modelleket! A mérnök általában egy adott élettartamra tervezi a berendezéseit, ezért számára a terhelés, mint időfüggvény a legfontosabb.
5. Mi a határállapot? A határállapot olyan állapot, amelyet meghaladva az anyagban maradandó alakváltozás/változás lép fel. A tervezőnek kell megállapítania, a biztonság és megbízhatóság függvényében, mindig az adott igénybevételhez mérten. Példák: folyáshatár, súrlódás, hőmérséklet, öregedés, korrózió, optikai és villamos tulajdonságok.
6. Mi a biztonsági tényező? Az alkatrészek biztonságát a klasszikus értelmezés szerint a határállapotra jellemző érték és az igénybevételi állapotot jellemző érték hányadosa adja meg. Amennyiben ez nagyobb 1-nél, feltesszük, hogy az alkatrész megfelel az elvárásoknak. A gyakorlat alapján ügyelni kell az alkatrészben létrejövő halmozódó károsodásokra is, amelyek befolyásolják a szerkezeti elem teherbírását. Különböző elméletek alapján megszületett az üzemi szilárdság fogalma, továbbá szerepet kap a biztonság tönkremeneteli valószínűséggel való kifejezése.
7. Ismertesse az anyag- és gyártáshelyes alkatrész tervezés elveit az öntés példáján keresztül! Gyártáshelyesnek az a működési követelményeket kielégítő alkatrész tekinthető, amely az adott vállalati körülmények között és adott gyártási mennyiség esetén a legkisebb gyártási költséggel állítható elő. Mintagyártás: egyszerű geometriai formák, egyszerű gyártás, osztatlan modell, lehetőleg mag nélkül, de ha ez nem megoldható, akkor jól támasztható magokkal Formázás/modell kiemelése: 1:20-1:50 formázási ferdeség, alámetszések elkerülése, átmenetek jó lekerekítése Anyag öntése: ne legyen ugrásszerű falvastagságváltozás, a falvastagság a felöntés felé nő ( ellenőrző körök módszere ) Dermedés, lehűlés: irányított, lunker képződésének kerülése, ne legyen ugrásszerű falvastagságváltozás, szimmetrikus részek
8. Ismertesse a kötések csoportosítását, és elemzésük általános lépéseit! A kötések feladata az alkatrészek néhány vagy valamennyi szabadságfok szerinti relatív elmozdulásának megakadályozása az alkatrészek közötti terhelés átadása alatt.
Fizikai hatáselv szerint: erővel záró kötések ( a terhelés irányába merőleges rugalmas szorítás, amely elehetővé teszi, hogy a felület érintőjének irányába fellépő terhelés esetén súrlódási erő ébredjen a terheléssel ellentétes irányban. Lehet sugárirányú, axiális irányú, tangenciális irányú. Főleg nyomatékkötés, de lehet biztonsági kötés is. ), alakkal záró kötések ( a terhelés átadása mindig nyomott felületeken keresztül történik, a felületek elmozdulása gátolt. Pl.: szegecs, szeg, pattanó kötés ), anyaggal záró kötések ( kochéziós, addhéziós erők. Pl. hegesztés, ragasztás, forrasztás ) Szerelés szerint: oldható kötések ( a kötés roncsolás mentesen bontható, a kötőelemek újra felhasználhatóak. Pl. csavarkötés ), nem oldható kötések ( a kötés csak roncsolással bontható, a kötőelemek nem használhatóak újra. Pl. szegecs ) Elemek szerint: közvetlen és közvetítőelemes kapcsolatúak Funkcionalitás szerint: erőt közvetítő kötések ( pl. csavar ), nyomatékot közvetítő kötések (pl. retesz )
A kötések elemzésének lépései: 1. A terhelések és kényszerek meghatározása, 2. Hatásfelületek meghatározása (terhelésátadó felületek: nyomott felület, veszélyes keresztmetszet) az erőfolyam alapján. 3. Egységnyi felületre eső terhelés meghatározása (átlagos nyomás, igénybevétel) 4. Összehasonlítás a
határállapottal (megengedett igénybevétel) → n = … (biztonsági tényező) 5. Különlegességek elemzése – pl.: szállítókeresztmetszetben ébredő feszültség kiszámítása; gyűrűfeszültség meghatározása; stb.
9. Ismertesse az alakkal záró kötések elvét! A kapcsolat a kötésben résztvevő elemek között pusztán a kialakítás révén jön létre. A terhelés átadása nyomott és nyírt felületek, keresztmetszetek révén történik, a felületek elmozdulása gátolt. Szerelés szerint általában oldható kötések, de ritkán oldhatatlanok. Az elemek kapcsolódhatnak közvetlenül, vagy közvetítőelem segítségével.
10. Ismertesse a szegecskötések fajtáit, méretezésüket! Szegecskötéssel általában lemezszerű alkatrészeket erősítünk össze: a lemezeket kifúrják, az egymásra helyezett lemezeket a furatba rakott szegeccsel összekötik. Csoportosítás:
szilárdkötés: a szegecskötés az egyik alkatrészről a másikra erőhatást visz át. tömítőkötés: az összeszerelendő lemezek között csak tömítést biztosít a szegecskötés. tömítő szilárdkötés: az elsőt és a másodikat is teljesíti. új szegecstípusok: a szerelés megkönnyítéséhez, illetve csak kis erőhatás rögzítéséhez.
Kialakítás alapján két fajta:
átlapolt kötés: a szegecseket egy, kettő vagy több sorba helyezik el. A szegecs nyíró igénybevételnek van kitéve, illetve a lemezeknél hajlítás is fellép hevederes kötés: a szegecs kétirányú, két szegecskeresztmetszet van kitéve nyíró igénybevételnek, viszont hajlítás nem lép fel.
A szegecskötések méretezése során felmerülő probléma a lemezekben elhelyezett furatok gyengítő hatása, illetve a furatoknál kialakuló feszültségcsúcsok fellépése. Méretezés során meg kell állapítani az optimális szegecsátmérőt az adott lemezvastagsághoz, a szegecsek számát és osztását, illetve a szegecs távolságát a lemez szélétől. A szegecsekre ható erő egyenletesen oszlik el, ennek a feltételnek pedig egy olyan modell felel meg, ahol a lemezek tökéletesen merevek és a szegecsek egyforma rugalmassággal rendelkeznek, ez az ún. rugalmas párna modell.
11. Rajzoljon fel hevederes szegecskötést!
12. Mi a rásegítés elve a szegecskötéseknél? könyv, 3-85. oldal !!
13. Írja le a pattanókötés definícióját! Olyan alakkal záró kötés, ahol az összeszerelendő alkatrészeket túlfedéses szakaszon összetolva a szerelés során az egyik vagy a másik vagy mindkettő rugalmas alakváltozást szenved, majd terheletlen állapotba ugrik vissza.
14. Ismertesse a pattanókötések fajtáit, tervezésük irányelveit, méretezésüket! Beszélhetünk oldható és oldhatatlan pattanókötésről, illetve a kialakítás szerint rugózó karról/horogról, torziós pattanókötésről, hengeres pattanókötésről illetve az előzőek kombinációiról. A pattanókötések tervezésekor ki kell választani a megkívánt szerelési és rögzítő erő számára megfelelő nagyságú túlfedést, a szerkezeti megoldást ( oldható/oldhatatlan ) és a kötés anyagát. Irányelvek: az oldhatatlan kötés nagyobb erőt tud átadni, mint az oldható. Nagy szerelési erőhöz nagy rögzítő erő is tartozik, a minél nagyobb túlfedés érdekében a polimer rugalmas alakváltozási képességét a legnagyobb mértékben ki kell használni. Gyakran szerelt kötéseknél a szerkezet kúszásának elkerülésére csak kisebb alakváltozást szabad megengedni. Mindig pontosan kell szerelni, mert a félig szerelt kötés idővel tönkremegy. Méretezés: lásd házi
15. Ismertesse a csavarkötések típusait, a meghúzási nyomaték meghatározását és a Klein diagramot! A csavarok felhasználás szerint lehetnek: kötőcsavarok ( gépalkatrészek oldható kötésére ), mozgatócsavarok ( forgómozgás haladómozgássá alakítására ), tömítőcsavarok ( betöltő és leeresztő nyílások lezárására ), állítócsavarok ( szerkezetek beállítására, vezérlések beszabályozására ) A ( teljes ) meghúzási nyomatékot a kerületi erőből és az anya homlokfelületén fellépő súrlódásból származó nyomatékok összegeként kapjuk meg. A képletben szereplő jelölések: Fv=előfeszítő erő, da = anya felfekvő felületének középátmérője, µa = anya felfekvő felületén a súrlódás, ρ’=látszólagos súrlódási félkúpszög, α=menetemelkedési szög, d2= menet középátmérője
𝑀 = 𝐹𝑣
𝑑2 𝑑𝑎 × tan ∝ ±𝜌′ + × 𝜇𝑎 2 2
A Klein-diagramon a meghúzási nyomaték látható az előfeszítő erő függvényében a súrlódási tényező két lehetséges szélső értéke esetén. A kívánt meghúzási nyomaték csak bizonyos hibahatárral valósítható meg, így meghatározható a csavar szárában ébredő minimális és maximális előfeszítő erő.
16. Csavarbiztosítások! A csavarbiztosítások a csavarkötés lelazulása ellen védenek. Hatásmechanizmus alapján létezik:
erővel záró: alátétek, kúpos anya, bemetszett anya, biztosítóelemes anya, szorítóelemes anya anyaggal záró: ragasztó anyag, döntő többségben a kötőelem gyártója viszi fel, kikeményedését szorítóerő vagy másik komponens hozzáadása indítja el alakkal záró: koronás anya
17. Csavarkötések modelljei + vektorábra! A csavar és a közrefogott elemek a terhelés hatására rugalmasan deformálódnak. A csavar megnyúlik, a közrefogott elemek összenyomódnak. Mivel a deformáció a rugalmas tartományban marad, a csavarkötést összekapcsolt rugókkal modellezhető. A csavar megnyúlását és a közrefogott elemek összenyomódását egy diagramon ábrázolva megkapjuk az előfeszítési háromszöget.
Meghúzás
𝐹𝑘 = 𝐹𝑣 × tan ∝ +𝜌′
Lazítás
𝐹𝑘 = 𝐹𝑣 × tan ∝ −𝜌′ ∝≤ 𝜌′
Önzáró
∝> 𝜌′
Fk=kerületi erő félkúpszög
Fv=előfeszítő erő
18. Csavarkötések hatásábrája!
α=menetemelkedési szög
ρ’=látszólagos súrlódási
19. Orsó és anya menetes kapcsolata! A orsót érő húzóerő hatására a menet érintkező csavar felületein felületi nyomás lesz, a menetek tövénél pedig nyírófeszültség ébred a veszélyes keresztmetszetben. Az F húzóerő legnagyobb értéke a szabad húzott szakaszon az anya alatt van. A nyomás kiszámításához az a. ábrán látható
körgyűrű felületét használjuk, mert ez a kötés teherhordó felületének terhelő erő irányára merőleges síkra vett vetülete. Az átlagos felületi nyomás kiszámításához ezt a felületet annyiszor kell venni, ahány kapcsolódó menet van.
𝐴𝑃 =
𝑑 2 −𝐷12 4
×𝜋×𝑖
𝑖=
𝑚 𝑃
𝑃á𝑡𝑙 =
𝐹 𝐴𝑃
A tényleges felületi nyomás az anya magassága mentén nem lesz állandó, hanem az oldalt látható ábra szerinti eloszlást mutatja.
20. Konstrukciós megoldás a felületi nyomás kiegyenlítésére anya és orsó kapcsolatánál! Az orsó és anya kapcsolatánál fellépő nyomáscsúcs csökkentésére több konstrukciós módszer ismeretes, ezek közül a legfontosabb az anya m magasságának korlátozása, hiszen az erőbevezetéstől távoli menetek alig hordanak terhelést. További megoldások: a.: Az anya terhelésének iránya megegyezik az orsó terhelésének irányával, vagyis az anya ugyanúgy húzott lesz. Az anyamenetet körülvevő kúpos külső határfelület miatt tovább nő a terhelésátadás egyenletessége. b.: Az anya kezdő meneteinek terhelését a felfekvő felületeteknél levő alászúrással veszik le. Nem csak a felületi nyomáscsúcs letörésére hasznos, hanem az orsó menettövében ébredő hajlítófeszültséget is csökkenti. c.: A menetárok csökkentés az anya alsó meneteinek rugalmasságát növeli. Az egyes menetek mint párhuzamosan kapcsolt rugók működnek, a csökkentett merevség miatt az alsó menetek a nagy nyomást nem veszik fel ( lehajlanak tőle ).
d.: Az orsómenetet támadó felületi nyomás hajlítási erőkarját növeli az alsó meneteken. Ezen a szakaszon lévő orsómenet tehát lágyabb rugóként viselkedik, vagyis a nagy felületi nyomás elől kitér. Nem kedvező ez a megoldás viszont az orsó menettő igénybevétel szempontjából, mert fárasztó igénybevételnél nő a repedés keletkezésének valószínűsége.
21. Csavarkötések külső és belső lazítása! Külső lazítás: az üzemelés közben fellépő terhelőerő a közrefogott elemek külső részén, a csavarfej alatt hat. Az erő hatására a csavar további megnyúlást szenved,
a közrefogott elemek szorítóereje csökken. A csavarerő növekménye az Fü erő hatására: 𝐹1 =
𝑠1 × 𝐹ü 𝑠1 + 𝑠2
Közrefogott elemek erőcsökkenése: 𝐹2 =
𝑠2 × 𝐹ü 𝑠1 + 𝑠2
A csavarkötés kritikus ereje, vagyis ahol a kötés teljesen ellazul: F2=Fv 𝐹𝑘𝑟𝑖𝑡 =
𝑠1 + 𝑠2 × 𝐹𝑣 𝑠2
Előfeszítéskor a csavarkötésbe a csavar meghúzásával energiát vezetünk be, amelynek egy részét a kötés rugalmas belső energia formájában tárolja. A tárolt energia nagysága az előfeszítési háromszög alatti terület. Belső lazítás: a lazítóerő az összeszorított elemek között lép fel. Az erő bevezetési helyen megjelenő rés esetén a közrefogott elemekben és a csavarban tovább nő az előfeszítéskor beállított erő. Amennyiben az erő bevezetési helyen nem keletkezik hézag a terhelés hatására, mind a csavarban, mind a közrefogott elemekben az erő változatlan. Belső lazítás esetén az F1 erőnövekmény 0 lesz, mert az Fü kisebb, mint az Fv előfeszítő erő. Amíg a lazítóerő az Fv-t el nem éri, a kötésben nincs elmozdulás.
22. Csavarkötés terhelési ellipszise! A csavarkötés szerelésekor be kell állítani a csavar szárában a megbízható üzemeléshez szükséges előfeszítő erőt. Ennek beállítása az esetek döntő többségében csavaró nyomatékkal történik, amelynek beállításakor a menetfelületek egymáson elcsúsznak és a súrlódási nyomatékkal megegyező csavaró nyomaték terheli a menetes orsót. A Tm csavaró nyomaték hatására ébredő csúsztatófeszültség illetve a Mohr-féle redukált feszültség:
𝜏=
𝑇𝑚
𝜍𝑟 = 𝜍 2 + 4𝜏 2
𝐾𝑝
𝐾𝑃 =
𝑑 23 ×𝜋 16
Ha a redukált feszültség helyébe a tönkremenetelhez tartozó határfeszültséget helyettesítjük, akkor a terhelő erő és a nyomaték megengedhető értékeit kapjuk:
σ =
𝐹 𝐴𝜍
2
+4
𝑇
2
A Mohr-elmélet alapján:
𝐾𝑃
Ezek alapján kijön, hogy
𝐹2 𝐹2
+
𝑇2 𝑇2
𝜏 =
𝜍 2
= 1 , ami a Klein diagramban egy ellipszis képét adja.
23. Milyen igénybevételekre méretezzük a reteszkötést? Adja meg a betűk jelentését!
A reteszkötés méretezésekor figyelembe kell venni, hogy fellép egy T nagyságú csavarónyomaték, amelyből a terhelésátadás helyére F nagyságú kerületi erő hat. Meg kell állapítani a nyomófelületet, a felületi nyomást, a veszélyes keresztmetszetet és az abban ébredő nyírófeszültséget, illetve a tengelyben ébredő maximális csúszófeszültséget. Nyomófelület:
𝐴𝑃 = 𝑙 − 𝑏 − 𝑡 − 𝑓
Felületi nyomás: 𝑝 =
Veszélyes keresztmetszet: 𝐴𝜏 ≈ 𝑏 × 𝑙 Tengelyben ébredő max. csúsztatófeszültség: 𝜏𝑐𝑠 =
Nyírófeszültség: 𝜏 = 𝑇 𝐾𝑝
𝐾𝑝 =
𝐹 𝐴𝑃 𝐹
𝐴𝜏
𝑑3𝜋 16
Jelölések:
l: retesz hossza b: retesz széle h: retesz magassága t: retesz tengelybe nyúló magassága f: retesz letörésének nagysága Kp: tengely poláris keresztmetszeti tényezője v: agyvastagság
24. Egyirányú és ellenirányú kötés összehasonlítása!
Az egyirányú kötés ( 1. kép ) kb. 2x akkora terhelést tud átvinni, mint az ellenirányú ( 2. kép ), ha a lemezek rugalmassága megegyezik. Az egyirányúnál mindkét lemez húzott, ellenirányúnál a felső lemez nyomott, az alsó húzott.
25. Ismertesse a ragasztott kötések hatásmechanizmusát és kialakulását! A ragaszott kötéseket két fő csoportba oszthatjuk, hatásmechanizmus szerint: fizikai illetve kémiai hatással működők. Fizikai hatással működő ragasztók: a ragasztóréteg az anyagban lévő oldószer elpárolgása útján keményedik ki az eredeti folyadék-, vagy zselatin szerű állapotából. A hőre lágyuló ragasztóréteg terhelés alatt kúszási
tulajdonságot mutat. Ebből az anyagból rugalmas, jó ragasztóréteg alakul ki, mintegy 5-10 N/mm2 nyírószilárdsággal. A csoportba sorolt ragasztók tovább osztályozhatóak:
kontakt ragasztók: főleg oldott kaucsuk bázisúak. A kapcsolódó mindkét ragasztóval, hagyni kipárologni, majd rövid ideig összenyomni. olvasztott ragasztók: megolvadt állapotban ( általában 150-190C°-on ) kell előtt az alkatrészeket össze kell illeszteni. plastisolok: oldószert nem tartalmaznak, pasztaszerű állapotban viszik fel általában 150-200C° ) keményednek meg. Ezek főleg finomra őrölt PVC feloldva. Képesek olajat és zsírt felvenni.
felületet be kell kenni felvinni. Megszilárdulás őket, és hő hatására ( bázisúak, lágyítószerbe
Kémiai hatással működő ragasztók: kismolekulájú vegyületekből állnak és a kötés alatt nagy molekulájú vegyületekké alakulnak a ragasztó rétegben, vagyis térhálósodás útján keményednek ki. Létezik folyadék, paszta és film állapotú anyag, amely katalizátor, hőmérséklet növelés, levegő nedvességtartalma vagy oxigén elvonás hatására térhálósodik. A gyakorlati felhasználás és szilárdsági jellemzők alapján megkülönböztetünk:
kisszilárdságú kötéseket: nyírószilárdság ≤ 5 N/mm2, területek: vízzel nem érintkező zárt terek, finommechanika, bútoripar közepes szilárdságú kötéseket: nyírószilárdság 5 – 10 N/mm2, terület: gépgyártás és járműipar nagyszilárdságú kötéseket: nyírószilárdásg ≥ 10 N/mm2, terület: járműipar, repülőgépgyártás, hajógyártás, vegyipari készülékek gyártása közvetlen vízzel, kenőolajjal, oldószerekkel való érintkezés esetén
26. Ragasztásnál megoldások lefejtő igénybevétel megszüntetésére! A húzó igénybevételnek kitett kötés nem kedvező, mivel a ragasztóanyag általában jóval kisebb szilárdságú, mint az összeragasztott alkatrészek, ezért azok szilárdságát nem tudjuk kihasználni. A nyíró igénybevétel hatására a kötés elején és végén feszültségcsúcs keletkezik, amely egyben a károsodás kezdeti helye is. A feszültségcsúcs jellemzésére értelmezzük a terhelés eltolódási tényezőt, amely:
𝛼=
𝜏 𝑚𝑎𝑥 𝜏
𝜏=
𝐹 𝐴𝜏
𝜏 = átlagos csúsztató feszültség
F= nyíróerő
A terheléseltolódási tényező csökkentésére több lehetőség is van:
rövid kötés alkalmazása, irányelv, hogy a kötési hossz a vékonyabbik lemez vastagságának 10..20 szorosa legyen legfeljebb kombinált kötés alkalmazása, ahol a feszültségcsúcs mentén szegecssort alkalmazva akadályozzuk meg a ragasztott kötés szétnyílását lágy ragasztóréteg és merev összeragasztott elemek alkalmazása változó keresztmetszetű lemezek alkalmazása egyirányú kötés alkalmazása
Aτ=ragasztási felület nagysága
27. Ragasztási felület megnövelésére példa!
28. Forrasztott kötések méretezése! A forrasztott kötések általában statikus és kis igénybevételekhez alkalmasak, ezért a kötés konstrukciójával kell gondoskodni elegendő nagy terhelt, legtöbbször nyíró igénybevételnek kitett felületről. Méretezést forrasztott kötésekre ritkán alkalmazunk, amennyiben mégis, irányértékként az alábbi értékek vehetők fel:
kisebb igénybevételekre lágy forrasz: nagyobb igénybevételekre keményforrasz: legnagyobb igénybevételekre réz keményforrasz:
𝑅𝑚𝜏 = 20. .80 𝑀𝑃𝑎 𝑅𝑚𝜏 = 140. .200 𝑀𝑃𝑎 𝑅𝑚𝜏 = 180. .270 𝑀𝑃𝑎
A megengedhető statikus nyírófeszültség a fenti értékek 50%-a, vagyis: 𝜏𝑚𝑒𝑔 =
𝑅𝑚𝜏 2
Váltakozó igénybevételek esetén csak keményforraszt alkalmazhatunk. A megengedhető feszültség:
nyírásnál:
𝜏𝑚𝑒𝑔 = 30𝑀𝑃𝑎
csavarásnál:
𝜏𝑚𝑒𝑔 = 60𝑀𝑃𝑎
hajlításnál:
𝜍𝑚𝑒𝑔 = 50𝑀𝑃𝑎
29. Ismertesse a hegesztett kötések hatásmechanizmusát és kialakulását! ( tompavarrat, sarokvarrat feszültségek ) A hegesztett kötéseket azonos anyagcsoportba tartozó anyagok összekötésére használjuk. A kötést nagy helyi hő bevitelével valósítjuk meg, amelynek hatására a kötési felület környezetében lévő anyag mindkét alkatrészben megolvad, és további anyag adagolásával, vagy anélkül a keletkezett ömledék lehűl és megszilárdul. Az alkatrészek között kohézió jön létre. 1. Hegvarrat: az alapanyag és a töltőanyag elegyéből áll. A magas hőmérséklet miatt az ötvözőelemek kiéghetnek az elegyből, emiatt romlanak a szilárdsági tulajdonságok, ugyanakkor az ömledék nitrogént és oxigént vesz fel, ami öregedést és ridegedést okozhat.
2. Hőhatás övezet: szövetszerkezet változás, szemcsedurvulás, mechanikai tulajdonságok romlása 3. Alapanyag: nincs se kémiai se mechanikai tulajdonság változás
30. Sarokhegesztés jó és rossz megoldására példák. Varratfajták!
tompa varrat: nagy teherbírású, megbízható, olcsó. Létezik: peremvarrat, I varrat, V varrat, kettős V varrat, Y varrat, kettős Y varrat, fél V varrat, fél Y varrat, U varrat, kettős U varrat, J varrat, kettős J varrat képek a könyvben, 3-145. oldal! sarokvarrat: domború, homorú, kettős, domború kettős, homorú kettős különleges varratok: ponthegesztés, vonalvarrat, átlapolt varrat, hevederes varrat
31. Merevítő borda bekötése hegesztéssel!
A merevítő borda nem végződhet csúcsban, mert hegesztéskor leolvad. Kerülni kell a varrathalmozódást!
32. Hegesztett kötések méretezése! A hegesztett kötéseket statikus terhelésre méretezzük, aminek fő kérdése, hogy a veszélyes keresztmetszetben ébredő feszültség a megengedhető feszültség alatt van-e. Két jellegzetes mérettel számítjuk a keresztmetszet jellemzőit: gyökméret ( a ) és varrathossz.
Varrathossz: általában l = lt, ami a varrat teljes hossza, de nem zárt varratok esetén a varrat elején és végén fellépő kráterképződés miatt így kell kiszámítani: 𝑙 = 𝑙𝑡 − 2𝑎 A varratban ébredő feszültségeket elemi módon számítjuk: húzás esetén hajlítás esetén
𝜍=
𝐹 𝑎×l
𝜍=
𝑀 𝐾
ahol K a
varratkép keresztmetszeti tényezője nyírás esetén 𝜏 =
Csavarás esetén a vékonyfalú csövek csavarására érvényes Bredt-képlet alkalmazható:
𝐹 𝑎×𝑙
𝜏=
𝑀𝑐𝑠 2𝐴0 𝑎
, ahol A0
jelöli a varrat középvonala, körvarrat esetén középátmérőjéne által határolt területet.
A varratok hossztengelyében értelmezünk egy síkot, amelyre a σ┘, τII, τ┘, σII feszültségkomponenseket vonatkoztatjuk. Ezek segítségével kiszámítjuk az összehasonlító feszültséget: 𝜍ö =
𝜍𝐼2 + 𝜍𝐼𝐼2 − 𝜍𝐼 𝜍𝐼𝐼 + 3 𝜏𝐼2 + 𝜏𝐼𝐼2
A varrat megfelel, ha σö ≤ σh, ahol a határfeszültség függ a gyengébbik anyag folyáshatárától, a hegesztés jóságfokától, a biztonsági tényezőtől: 𝜍 =
𝑅𝑒 ×𝜑 𝑛
33. Nyomatékkötés fajtái! Hatásmechanizmus szerint: alakkal záró, erővel záró, anyaggal záró. Kialakítás szerint: közvetítőelemes, közvetlen kapcsolódás. Szabályozhatóság szerint: állítható, nem állítható.
34. Ismertesse az erővel záró nyomatékkötéseket, és a szoros illesztésű kötések méretezésének elvét! A kapcsolódó felületre merőleges rugalmas szorítás hatására a felület érintőjének irányába ható terheléssel ellentétes irányban ébredő súrlódó erő megakadályozza az agy és a tengely egymáshoz képest való elmozdulását. A súrlódási erő mindig a terheléssel ellentétes irányban hat, ezért mind nyomaték, mind axiális terhelés átvitelére alkalmas. A súrlódási erő nem lehet nagyobb, mint a megcsúszáshoz tartozó hatóerő, ezért biztonsági kötésnek is alkalmazhatóak. Csoportosításuk:
A szoros illesztésű nyomatékkötés a méretkülönbséggel szerelt hengeres tengely és agy közötti kapcsolat. Szerelés módja szerint lehet: sajtoltkötés, zsugorkötés ( az agy felmelegítésével vagy a tengely lehűtésével hozható létre ). tengely alakváltozása: 𝑓1 = 𝑑1 − 𝑑 agy alakváltozása: 𝑓2 = 𝑑 − 𝑑2 túlfedés: 𝑓 = 𝑓1 + 𝑓2 Rugalmas alakváltozás esetén a felületi nyomás és a sugárirányú méretváltozás között lineáris kapcsolat van, vagyis: 𝑓1 = 𝐾1 × 𝑑 × 𝑝 𝑓2 = 𝐾2 × 𝑑 × 𝑝
𝐾1 =
1
1+𝜑 0
𝐸1 1−𝜑 0
−
1 𝑚1
𝐾2 =
1
1+𝜃0
𝐸2 1−𝜃0
+
1 𝑚2
ahol m=Poisson-szám és E=rugalmassági mod.
𝜑0 =
𝑑0 2 𝑑
𝜃0 =
𝑑 2 𝐷
A legkisebb felületi nyomást a minimális túlfedés, a legnagyobb felületi nyomást pedig a maximális túlfedés esetén kapjuk.
𝑝𝑚𝑖𝑛 =
1 𝑑× 𝐾1 +𝐾2
× 𝑓𝑚𝑖𝑛
𝑝𝑚𝑎𝑥 =
1 𝑑× 𝐾1 +𝐾2
× 𝑓𝑚𝑎𝑥
Kötés által átvihető nyomaték minimális túlfedéssel számolva: 𝑑2𝜋
𝑀 = 𝜇 × 𝑝𝑚𝑖𝑛 × ×𝑙 l: agy hossza 2 Axiális irányú elmozduláshoz szükséges erő: 𝐹𝑎𝑥 = 𝜇 × 𝑝𝑚𝑖𝑛 × 𝑑𝜋 × 𝑙 Kerületi erő és kötést terhelő eredő erő: 2𝑀 2 + 𝐹2 𝐹𝑘 = 𝐹 = 𝐹𝑎𝑥 𝑘 𝑑 Agy szilárdsági ellenőrzése: az agy fő igénybevétele belső nyomás, amelynek hatására a legnagyobb redukált feszültség az agy d illeszkedési átmérőjénél ébred: 2𝑝 𝜍𝑟𝑒𝑑 = 𝑚𝑎𝑥 ≤ 𝜍𝑚𝑒𝑔 ( tömör tengely esetén ) Nagy fordulatszám esetén ellenőrizni kell a centrifugális erőből 1−𝜃0
származó gyűrűfeszültségre is!
35. Mi a különbség a sajtolt és a zsugorkötés között? Melyiknél érhető el a legnagyobb előfeszítési nyomás és miért? A sajtolás során a nagyobb csapot a furatba nagy erő segítségével helyezik be, aminek következtében az alkatrészek csatlakozó hengerfelületein felületi nyomás ébred, ennek hatására a furat átmérője megnő, a csap átmérője pedig lecsökken egy közös érintkezési átmérőre. Zsugorkötés kialakításakor az agy felmelegítésével vagy a tengely lehűtésével illesztik össze a két darabot, ezzel elkerülve a felületek sérülését. Ennek következtében a legnagyobb előfeszítési nyomást a zsugorkötés segítségével lehet elérni, mivel a sajtolás során a felületek elkenődésekor létrejövő, maradandó alakváltozás megváltoztatja a felületi érdességet, ami csökkenti az átvihető terhelést.
36. Ismertesse a rugók funkcióit, a rugóállandó és a rugómerevség fogalmát, a rugókarakterisztikákat! Rugóknak azokat a szerkezeti elemeket tekintjük, amelyek jellemzője, hogy terhelés hatására alakjukat károsodás nélkül nagymértékben változtatják. Funkciójuk:
Ütközések és lengések felvétele: ahhoz, hogy a lökéseket fel tudjuk venni anélkül, hogy túl nagy erők ébredjenek, az erő támadáspontjának jelentős nagyságú elmozdulást kell biztosítani. Tipikus példák: járművek futóműiben alkalmazott rugók, a stabil munkagépek alapozásában használt rugók, az érzékeny műszerek talpában lévő finom rugók, stb. Energia tárolás: az energia bevitele és visszanyerése közötti idő nincs korlátozva, vagyis elvileg bármikor visszanyerhető az energia ( rugó jósága ). Példák: garázskapu, mechanikus óra rugója, felhúzós játékok, stb. Adott erő, adott nyomaték beállítása: a beállított erőnél nagyobb nem valósítható meg az adott berendezéssel. Példák: biztonsági szelep rugója, fékrugók, nyomatékkulcs rugója Erő- és nyomaték mérése, szabályozása: rugós mérlegek, tengelykapcsoló rugók Erő- és nyomaték átvitel: rögzítő elemek, rugós kapcsok Dinamikus rendszerek elhangolása: rugós lengéscsillapítók Dinamikus rendszerek rezonanciára hangolása: rázószita, fárasztógépek
Rugóállandó: csak lineáris karakterisztikájú rugóknál használjuk. Definíció szerűen:
𝑐= Rugómerevség:
𝑠=
𝑑𝐹 𝑑𝑓
~
𝐹 𝑓
Rugókarakterisztika: a rugók fizikai jellemzői közötti összefüggéseket szemlélteti. Létezik: lineáris, progresszív, degresszív
1 𝑠
illetve csavart rugó esetén
𝑐𝑇 =
1 𝑠𝑡
37. Mi a rugók kihasználtsági foka? Az egységnyi térfogatban tárolt energiát hasonlítja össze azzal az energiával, amelyet akkor kapnánk, ha a rugóban mindenhol ugyanaz a feszültségállapot lenne. 𝑊 𝑉
1
𝜍2
2
𝐸
=𝜂× ×
csavart rugó esetén pedig
𝑊 𝑉
1
𝜏2
2
𝐺
=𝜂× ×
η: anyag kihasználtsági tényező σ: a rugó anyagára megengedhető húzófeszültség V: rugó anyagának térfogata
τ: a rugó anyagára megengedhető csúsztatófeszültség
E: a rugó anyagának húzó rugalmassági modulusa
G: a rugó anyagának csúsztató rugalmassági modulusa
Húzott ( nyomott ) rúd esetén η = 1, egyszerű hajlított laprugó esetén η = 1/9, egyenszilárdságú hajlított laprugó esetén pedig η = 1/3.
38. Fémrugók csoportosítása!
39. Mit nevezünk gumirugóknál formatényezőnek? Az alakváltozásban gátolt és a nem gátolt, vagyis szabad felületek arányára értelmezzük a formatényezőt, amely:
𝑘𝑎 =
𝐴𝑡 𝐴𝑠𝑧𝑎𝑏𝑎𝑑
ahol At: a deformációban gátolt felület és Aszabad: a nem gátolt felület
40. Ismertesse a gumirugók kialakításának főbb anyagjellemzőit! Látszólagos rugalmassági modulus ( E* ): A gumirugók alakváltozása nemcsak a gumi anyagától, hanem a fém-gumi szerkezettől is függ, a fegyverzet miatt. Bevezetve egy képzelt rugalmassági modulust, amellyel figyelembe vehető a gumirugók eltérő szerkezeti kialakítása is, a méretezést visszavezethetjük a fémek méretezésére, a Hooke törvény alkalmazására is. Az ábrán a téglalap alakú nyomott gumirugókra tüntettük fel a látszólagos rugalmassági modulust, amely a formatényező függvényében vehető ki, a gumi Shore keménységének megfelelően. A látszólagos rugalmassági modulus csak 0,15% fajlagos alakváltozásig érvényes!
Látszólagos csúsztató rugalmassági modulus ( G* ): Nyírt gumirugóknál az alakváltozás számításakor, ha az alaktényező 1 alatt van, akkor a G* látszólagos csúsztató rugalmassági modulus függ az alaktényezőtől is, egyébként a valóságos G anyagállandóval kell számolni. A látszólagos rugalmassági modulust a mellékelt diagramból lehet kiolvasni, az alaktényező függvényében, a gumi Shore keménységének megfelelően.
41. Melyek a rugóknál a csillapítás főbb típusai? A rugók felterhelésekor a bevitt energiát nem kapjuk vissza teljes egészében a rugó anyagában jelentkező un. belső csillapítás-, vagy a rugó felületén keletkező súrlódási tényező az un. szerkezeti csillapításvagy mindkettő miatt. A csillapítás mérőszáma:
Ψ=
𝑊𝑠 𝑊1
Szerkezeti csillapítás ( Coulomb féle súrlódás ): a csillapítás ezen típusa pl. a gyűrűs rugóknál fordul elő. Belső csillapítás ( Viszkózus csillapítás ): ez a csillapítási típus gumi és műanyag rugókra jellemző. Minél nagyobb az alakváltozási sebessége, annál nagyobb lesz a rugó ellenállása.
47. Ismertesse a csővezetékek méretezését, részeit, kiegészítő elemeit! Egy rendszer tervezésének kiinduló adatait általában a folyamattervezőtől kapja a csőhálózat tervezője:
Q a szállítandó mennyiség, Δp a nyomáskülönbség, T C a szállítandó közeg hőmérséklete, és a közeg
Ebből a gyakorlati tapasztalati adatok és a költségek figyelembevételével a csőhálózat tervezője meghatározza a szükséges méreteket. Az optimális csőátmérő meghatározása igen nehéz, mert a költségek változása jelentős lehet, és túl sok bizonytalanságot tartalmaz. Ezért legtöbb esetben a csőátmérő meghatározásához a szállítási követelményekből indulnak ki.
𝑞 =𝜌×
𝑑2 𝜋 ×𝑣 4
ahol q: a megkívánt tömegáram ρ: közeg sűrűsége v: áramlási sebesség d: cső átmérője Adott szakaszra a nyomásesés, a csőátmérő ismeretében: 𝑙
𝑣2
𝑑
2
∆𝑝 = 𝜆 𝜌
ahol λ: csősúrlódási együttható l: csőszakasz hossza
43. Térképezés feladatai! Folyadékok, gázok, aprós szemes-, poros anyagok:
vezetése, elosztása ( csövek, csőkötések, csőtámaszok, csőfelfüggesztések, csőkiegyenlítők ) tárolása ( tartályok, nyomástartó edények ) elzárása, nyitása szabályozása ellenőrzése biztosítása tömítése ( különféle tömítések )
44. Rajzoljon karimás kötést!
