A TERVEZŐ HÁRMAS FELADATA (Vázlat)

Gépészeti rendszerek

A TERVEZŐ „HÁRMAS” FELADATA (Vázlat)

Dr. Kerényi György

A mérnök feladata Gépészeti rendszerek

A mérnökök feladata, hogy megtalálják egy műszaki alkotás, egy műszaki probléma megoldását, és azt a lehetőségek adott határain belül: – az anyag, – a szerkezeti kialakítás, – a gyártástechnológia, – az ember-termék kapcsolat minősége, – a ráfordítás (költség és idő) szempontjából optimálják. Optimálás: csak egy adott cél szerint lehetséges!


1

Műszaki alkotások körei Gépészeti rendszerek

Bármely feladatkörben találunk közösen előforduló, ismétlődő szerkezeti elemeket/részegységeket. Ezeket nevezzük gépelemeknek. Dr. Kerényi György

A tervező/fejlesztő munkája Gépészeti rendszerek

A feladat:

• nem determinisztikus,

• sokoldalú és átfogó tevékenység, • alapját egy sor tudományág adja, •matematika, mechanika, anyagtan, technológia, áramlástan, hőtan, gazdaságtan, stb.

• és mind jobban felhasználja •az ergonómia, az esztétika, a formatervezés, a marketing, és más határ-társadalomtudományok ismereteit


2

A tervezés/fejlesztés alapfeladatai Gépészeti rendszerek

Tárgyunk szerkezete átfogja a tervező alapfeladatait: • kötések: erővel, alakkal, anyaggal záróak; funkciói: erő és/vagy nyomaték vezetése; • térképzés elemei: csövek, szerelvények, nyomástartó edények, tömítések, funkciói: közegek elhatárolás a környezettől, azok szállítása, áramlásuk szabályozása, stb. • rugók, rugórendszerek: különféle fém és gumirugók (polimer rugók); funkciói: energiatárolás, csillapítás, dinamikai rendszerek hangolása, stb. • ágyazások: sikló- és gördülőcsapágyak és csapágyazások; funkciói: erőátadás mozgás mellett; • hajtások, hajtásrendszerek: tengelyek, tengelykapcsolók, fogazott elemek, szíjak, láncok, dörzshajtások, funkciói: teljesítmény (nyomaték) vezetése, átalakítása. Dr. Kerényi György

A tervező feladata Gépészeti rendszerek

A mérnök tevékenysége többszörös kölcsönhatásban van a társadalom tagjaival, egy rendszer részeként dolgozik. Munkáját – a műszaki-tudományos szempontok mellett – vezérli: • a minőség (Q), • a költségek, • a (határ)idő.


3

A tervező helye egy minőségirányítási rendszerben Gépészeti rendszerek

Minőségirányítási rendszerek: • ISO 9000, •TS 16949, Környezetközpontú irányítási rendszer: • ISO 14000. és mások.


A tervező „hármas” feladata Gépészeti rendszerek

A tervező/fejlesztő kezdetben három ismeretlennel szembesül. Ezek: • a szerkezeti elem terhelése, • az igénybevételi ill. a határállapota, valamint • a geometriai kialakítása, a mérete.


4

A tervező feladatai Gépészeti rendszerek

A tervező első feladata: a méretezés/ellenőrzés alapjául szolgáló terhelések meghatározása. Terhelés alatt mindazokat a külső hatásokat értjük, amelyek hatással vannak a szerkezeti elem működésére, élettartamára, használhatóságára: A gépszerkezeteket a következő terhelések érik: • Külső erők, külső nyomatékok, önsúly • Környezetből eredő terhelések: pl. szélterhelés, hóterhelés, vízterhelés,közlekedésből eredő rezgések, földrengések, földcsuszamlások • Környezeti hatások: pl. hőhatás, vegyi hatás, erózió, sugárzás.



A tervező második feladata: a szerkezet helyes működése szempontjából még megengedhető hatások és igénybevételi állapotok határainak feltárása. (Röviden: az igénybevételi és a határállapotok feltárása)


5

Tönkremenetel, meghibásodás okai Gépészeti rendszerek

Okok lehetnek: - a terhelés alatt elmozduló felületeken fellépő súrlódás hatása (pl.: melegedés, kopás, berágódás), - hőmérsékletmező hatása (pl.: anyagtulajdonság változás, hőtágulás, hőfeszültségek), - meg nem engedhető mozgás ( pl.: rezgés, lengés), - különféle közegek, sugárzások hatásai (pl.:korrózió,duzzadás, öregedés, anyagtulajdonságváltozás), - villamos, optikai, egyéb tulajdonságok változása, - biológiai károsodás, - stb.


A tönkremeneteli folyamat Gépészeti rendszerek

A tönkremeneteli folyamatok elvezethetnek: • a használati érték csökkenéséhez, • szükségessé váló felújításhoz, karbantartáshoz, • a legveszélyesebb módhoz, a végleges károsodáshoz, töréshez.

Károsodási formák • Statikus törés (horpadás, repedés, szakadás, leválás) • Fáradt törés (repedés, kagylós törés) • Maradó alakváltozás • Felületi kifáradás, repedés, gödrösödés, lehámlás, • Kopás, kavitáció • Korrózió. A törés kapcsolatban van az elem feszültségi- és alakváltozási (rugalmas, képlékeny, kúszási, relaxációs, stb.) állapotával. Megjegyzés: további tárgyalásunkban elsősorban a rugalmasságtan egyszerű anyagmodelljét, a Hooke-törvényt, mint anyagtörvényt fogjuk alkalmazni, de esetenként kitekintünk a rugalmas-képlékeny határállapotra, mint a teherbírási tartalékok feltárására alkalmas modellre illetve a törésmechanika tanításaira is. Dr. Kerényi György

6


A tervezőmérnök harmadik feladata: a méretezés. Ennek során megtervezi a szerkezeti elem geometriai kialakítását, méretét oly módon, hogy az általa már meghatározott terhelésből kiindulva számítja az igénybevételi állapotot, és ezt összevetve az általa előírt határállapottal megállapítja, hogy az elem biztonsága (megbízhatósága) megfelelő-e.

Biztonság (tényező) =

A határállapotot jellemző érték Az igénybevételi állapotot jellemző érték

A határállapot jelenthet használatra való alkalmatlanságot is. Pl. kívánatosnál nagyobb alakváltozás, kihajlás, horpadás, kopás, stb.


Gépészeti rendszerek

Kötések Alakkal záró kötések (Vázlat)


7

Kötések Gépészeti rendszerek

FUNKCIÓJA: Erő vagy nyomaték vezetése relatív nyugalomban lévő szerkezeti elemek között. OSZTÁLYOZÁSUK: Fizikai hatáselv szerint: – Erővel záró kötések (súrlódási erő)

– Alakkal záró kötések

– Anyaggal záró kötések (hegesztés, forrasztás, ragasztás)


Kötések osztályozása Gépészeti rendszerek

Szerelés szerint: – Oldható – Oldhatatlan Elemek szerint – Közvetlen kapcsolatú – Közvetítőelemes kapcsolatú DEFINÍCIÓ: A kötések feladata az alkatrészek néhányvagy valamennyi szabadságfok szerinti relatív elmozdulásának megakadályozása az alkatrészek közötti terhelés átadása alatt.


8

Alakkal záró kötések méretezése Gépészeti rendszerek

Az alakkal záró kötések méretezésének lépéseivel: • A terhelések és kényszerek meghatározása • Hatásfelületek meghatározása (terhelésátadó felületek: nyomott felület, veszélyes keresztmetszet) az erőfolyam alapján. • Egységnyi felületre eső terhelés meghatározása (átlagos nyomás, igénybevétel) • Összehasonlítás a határállapottal (megengedett igénybevétel) → n = … (biztonsági tényező) • Különlegességek elemzése pl.: szállítókeresztmetszetben ébredő feszültség kiszámítása; gyűrűfeszültség meghatározása; stb.


Szegecskötés Gépészeti rendszerek


9

Alakkal záró kötések fajtái (fémek) Gépészeti rendszerek

Szegecskötés készítése

Fejezõ szerszám

Od2 l

l  k  ( 1,3 ... 1,75)d

k

Od

Ellentámasz

Szegecs átmérő [mm]

10

13

16

19

22

25

28

31

34

37

40

43

Ajánlott játék [mm]

0,3 0,3 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

1

1

1


Szegecsek Gépészeti rendszerek

A leggyakoribb szegecsfajták

Félgömbfejû szegecs

Süllyesztettfejû szegecs

Lencsefejû szegecs

Alcsony félgömbfejû szegecs

Szíjszegecs

Csõszegecs

Csõszegecs gépkocsi fék- és tengelykapcsoló betétekhez Dr. Kerényi György

10

Vakszegecsek Gépészeti rendszerek

Robbanás

Húzás

Nyomás



Egynyírású és kétnyírású szegecskötések


11

Szegecskötések Gépészeti rendszerek



A szegecsszár igénybevétele főleg nyírás, ritkán húzás. A nyírt szegecs palástfelületét felületi nyomás terheli. Sem a feszültségek, sem a palástnyomás nem haladhatja meg a megengedett értéket, különben a kötés károsodik. A d átmérőjű szegecs igénybevétele, az azt terhelő F nyíróerő ismeretében, a következőképpen számítható: a szegecsszár keresztmetszetében ébredő nyírófeszültség: a palástnyomás:

p

F sd



4F d 2i

ahol s a szegecsszár terhelt hossza (pl. a lemez vastagsága), i a nyírt keresztmetszetek száma. Egynyírású szegecsnél i=1, kétnyírású szegecsnél i=2 Dr. Kerényi György

12

Szegecskötés méretezése Gépészeti rendszerek

a)

Egynyírású (m=1)

Számítási modell

b) Kétnyírású (m=2)

Tényleges nyomáseloszlás

Nyírófeszültség

a 

F   azul , nmA

Palástnyomás

p  l 

F ndsmin


Szeg és csapszeg kötések Gépészeti rendszerek

Oldható kötések, amelyek feladata: az alkatrészek összekötése, rögzítése, menesztése, megfogása, központosítása, biztosítása, helyzetbe állítása stb. A szegkötések rögzítenek, tájolnak, általában elmozdulást nem engednek meg. A szegek kialakítása szabványos. Vannak: • hengeres és kúpos szegek (esetleg kihúzó menettel), • felhasított rugózó szegek, • illesztő szegek, • hasított szegek stb. A szegek anyaga rendszerint acél. Lehet normalizált, nemesített vagy betétedzett szerkezeti acél, rugóacél stb.


13


Szegek

Csapszegek



A csapszegkötések gyakran elmozdulást megengedő kötések, csuklós kapcsolatok. A csapszeg az egyik elemben mindig lazán illeszkedik. A csapszegek kialakítása szabványos: • • • •

sima hengeres csapszeg, hengeres csapszeg sasszeg furattal, fejes csapszeg, menetes csapos csapszeg.

Kiesés ellen a csapszegeket sasszeggel, rugós rögzítő gyűrűkkel (pl. Seeger gyűrű), anyával stb. biztosítják. A csapszegek anyaga általában szerkezeti acél, nagyszilárdságú nemesített vagy edzett acél. Dr. Kerényi György

14

Csapszegkötések Gépészeti rendszerek

A szegek és csapszegek keresztmetszetének igénybevétele nyírás és hajlítás, az erőt átadó felületén palástnyomás. A szorosan illesztett szegekben főleg nyírás. A lazán illesztett csapszegekben a hajlító feszültség jelentős. A palástnyomást is ellenőrizni kell. Szegkötések méretezése:



, b 

p

M b max   bzul Wb

s 

F   zul AS

F F (im Stange), p  (in der Gabel) p  p zul db 2dt


15



Nyomatékkötések (tengelykötések) Gépészeti rendszerek

Funkciója: nyomaték továbbítása tengely és agy között, esetenként axiális erő átvitele is. A nyomatékkötések osztályozása hatásmechanizmus szerint: • alakkal záró kötés; • erővel záró kötés; • anyaggal záró kötés. Kialakítás szerint: • közvetítőelemmel kapcsolódik; • közvetlenül kapcsolódik. Szabályozhatóság szerint • állítható; • nem állítható. Dr. Kerényi György

16

Alakkal záró nyomatékkötések Gépészeti rendszerek

Közvetítőelemes tengelykötések: • reteszkötések • fészkesretesz • ívesretesz • siklóretesz (axiális elmozdulás esetén) • szegkötések Közvetlen kapcsolatú tengelykötések. • bordástengely - agy • bordafogazatú kötés • poligon tengelykötés • homlokfogazatú


Reteszkötés Gépészeti rendszerek

Előnye: • egyszerű felépítés; • egyszerű szerelés; • szabványosított; • megbízható méretezési eljárás. Hátrányai: • kegyensúlyozatlanságot okoz, ezért nagy fordulatszámra nem alkalmas; • gazdaságtalan, nagy tengely átmérőt kell választani; • nem alkalmas alternáló nyomaték átvitelére.

Fészkes retesz

Íves retesz Dr. Kerényi György

17

Reteszkötés méretezése Gépészeti rendszerek

F

1. Terhelések meghatározása:

2M d

ahol M az átviendő nyomaték, F a kötést terhelő kerületi erő.


Reteszkötés méretezése Gépészeti rendszerek

2. Hatásfelületek meghatározása: • nyomott felület: A p  l  b   h  t  f  • veszélyes keresztmetszet: A  b  l (jelöléseket lásd az ábrán) 3. Egységnyi felültre eső terhelés meghatározása: •

átlagos felületi nyomás:

•

átlagos nyíró feszültség:

p

F Ap

 

F A

4. Összehasonlítás a határállapottal: p  p meg    meg 5. Egyebek: • szállító keresztmetszetben ébredő nyírófeszültség: M ahol Kp a tengely poláris keresztmetszeti tényezője.  cs    meg Kp • agyvastagság (v) ellenőrzése: tapasztalat alapján:

v  0,3..0,35d Dr. Kerényi György

18

Szegkötések Gépészeti rendszerek

a) hengeres szeg

b) kúposszeg

c) hasított illesztőszeg


Szegkötések Gépészeti rendszerek

A nyomott felület és a veszélyes keresztmetszet keresztirányú és tengelyirányú szegkötés esetén


19

Szegkötések méretezése Gépészeti rendszerek

pmax

d D2 6M t D  M t  pmax   pzul dD 2 2 2 3

pmax dt ( D  t )  M t  pmax  Fs 

pmax

Mt dt ( D  t )

4M t Mt d 2      zul 4 D Dd 2

dl D 4M t  M t  pmax   p zul 2 2 dlD

FS 

2M t 2M t  dl    D Ddl


Bordástengely - agy Gépészeti rendszerek


20

Bordástengely - agy Gépészeti rendszerek

Előnye: • a terhelés átadás a kerület mentén közel egyenletesen oszlik meg; • kis helyen nagy terhelés vihető át; • nincs kiegyensúlyozatlanság; • alkalmas tengelyirányú pozíció változtatására; • egyszerű szerelés; • méretei szabványosítva vannak. Hátrányai: • tömeggyártás esetén gazdaságos.


Bordafogazatú tengelykötések Gépészeti rendszerek


21

Bordafogazatú tengelykötések Gépészeti rendszerek

a) barázdafogazatú tengelykötés (ékfogazat) b) evolvens fogazatú tengelykötés Előnyük: • kedvezőbb a terheléskihasználtsága, mint a bordástengelyé; • gyártásához és a méretellenőrzéshez használhatók a fogaskerékgyártó ipar gyártóeszközei és műszerezettsége • nincs kiegyensúlyozatlanság; • alkalmas tengelyirányú pozíció változtatására; • egyszerű szerelés; • méretei szabványosítva vannak. Hátrányai: • tömeggyártás esetén gazdaságos.


Poligon tengelykötések Gépészeti rendszerek

Előnyük: • önközpontosító; • a tengely keresztmetszete sima, a feszültséggyűjtő hatás kicsi, ezért használata időben változó és dinamikus terhelések esetén kedvező; • nincs kiegyensúlyozatlanság.


22

Poligon tengelykötések Gépészeti rendszerek

Hátrányai: • gyártása csak speciális szerszámgépekkel lehetséges; • nagy helyi felületi nyomások miatt az agy csak jó minőségű anyagból készíthető; • az agy szilárdsági ellenőrzésének nehézsége; • drága.


23

A TERVEZŐ HÁRMAS FELADATA (Vázlat)

Recommend Documents