Fizikus BSC - Technika tanár szakirány – A technikai rendszerek és modellek SZTE JGYTF Kar Technika Tanszék (Gion)
gion-BSC-technika2
Tantárgycsoport(főtárgy) neve: Technikai rendszerek és modellek Tantárgyak: Géprendszertan Közlekedéstechnika Rendszer és modell A tárgy neve Meghirdető tanszék(csoport) Felelős oktató: Kredit Heti óraszám típus
Számonkérés
Teljesíthetőség feltétele Párhuzamosan feltétel Előfeltétel Helyettesítő tárgyak Periódus Javasolt félév Kötelező vagy kötelezően választható
Technikai rendszerek és modellek SZTE JGYTF Kar Technika Tanszék dr. Gion János 14 11 (4. félév: 2; 5. félév: 7; 6. félév: 2) 4. félév: 2 óra előadás; 5. félév: 2 óra előadás, 5 óra gyakorlat; 6. félév: 2 óra előadás; 4. félév: kollokvium 5. félév: kollokvium + gyakorlati jegy 6. félév: kollokvium
tavaszi /őszi 4, 5, 6 Kötelező a „Technika” szakirányt választóknak.
Főtárgy/tárgy 1 Technikai rendszerek és modellek Géprendszertan Közlekedéstechnika Rendszer és modell
2
Félév /kredit / (óra) 3 4 5
6
3(2+0) 5(2+2) 3 (2+0)
Ajánlott irodalom: Bohner-Gscheide-Layer: Gépjárműszerkezetek, Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1994. Déri József: Géprendszertan, Tankönyvkiadó, Budapest, 1996. Pitrik József: Gépjárművek légszennyezése, JGYTF Kiadó, 2004. Szűcs Ervin: Rendszer és modell I-II. Tankönyvkiadó, 1994., 2000. Pitrik József: Légszennyezés modellezése. Tankönyvkiadó, 1995.
Géprendszertan A tantárgy célja Tudatosítsa, hogy a gép az emberiség haladását, boldogulását és kényelmét szolgálja. Alakítsa ki a géprendszertan fogalomkörét. Ismertesse a gépek szerkezeti, működési–üzemeltetési sajátosságait és azok fejlesztési útját. A tantárgy követelményei Sajátítsa el a gépek szerkezetének alapjait, ismerje fel az egyes alkatrészek igénybevételeit és képes legyen egyszerű szilárdságtani méretezések elvégzésére. Képes legyen a jelölt a fontosabb géprendszerek funkcionális, szerkezeti, működési vizsgálatára. Ismerje a gépszerelés főbb szabályait, eszközeit, képes legyen egyszerű gépek önálló karbantartó szerelésére. Előadások részletes tematikája
A műszaki mechanika alapjai A mechanika csoportosítása. A statika alaptételei. Kényszerek, megtámasztások. Síkbeli erőrendszerek. Kötélsokszög szerkesztések. Erőrendszer, mint vektorrendszer. Igénybevétel, igénybevételi ábrák. Tartók. Koncentrált és megoszló erőkkel terhelt tartók. Összefüggés a terhelés és az igénybevételi ábrák között. Egyszerű rácsos szerkezetek, csuklós rúdszerkezetek, a kötél. A korong, a mozgócsiga mechanikája. Saját súlyával terhelt kötél. A súrlódás. Egyensúly súrlódással. Csapsúrlódás csuklóban. Gördülő ellenállás. A kötélsúrlódás. Síkidomok másodrendű nyomatéka. Az alakváltozások elmélete. A feszültségelmélet. Anyagtörvények. Méretezési eljárások. Folyadékok mechanikája. A gép, a géprendszer A gép fogalmi rendszere. A gépek csoportosításai. A gépegység. A gépegység szerkezete és üzeme. Üzemállapotok és jellemzésük. Jelleggörbék, a munkapont. Jellegzetes karakterisztikák. A gépegység és a környezet kapcsolata. Gépelemek és méretezésük A gépegység szerkezete. Gépelemek. Tengelyek, tengelykötések. Méretezés és ellenőrzés alapjai. Tartók, rugók, tartályok, csővezetékek, csőszerelvények. Kötőgépelemek. Méretezés és ellenőrzés alapjai. Szabványos kivitelek jellemzői.
2
Erőzáró hajtások. Méretezés és modellezés alapjai. Szabványos kivitelek. Alakzáró hajtások. Fogaskerékhajtás elméleti alapjai. Méretezés és gyártás alapjai. Ágyazások. Siklócsapágyazás elmélete, modellezési alapelvei, kiviteli formák. Gördülő csapágyazás elmélete, modellezési és méretezési alapelvek. Gördülőcsapágy típusok és beépítésük. Tengelykapcsolók. Funkcionális, működési és szerkezeti csoportok. Gépegységek tervezésének és méretezésének fontosabb alapelvei. Korszerű tervezési eljárások. Gépek fejlődési irányai. Géprendszerek szerepe a mindennapi életben. Géprendszerek csoportosítása hasznosításuk és működésük szerint. Erőgépek. Áramlástechnikai elven működő erőgépek: volumetrikus elv, Euler elv. Vízturbinák. Hőerőgépek. Külső- és belső égésű motorok. Ottó és Diesel motorok működése, összehasonlításuk, hatásfokok. Munkagépek. Áramlástechnikai elven működő munkagépek: volumetrikus elv, Euler elv. Szivattyúk, ventillátorok, fúvók, kompresszorok. Anyagmozgató gépek: emelőgépek, szállítógépek, rakodógépek. Hajtóművek. Mechanikus, hidrosztatikus és hidrodinamikus hajtóművek. Nyomatékváltók és tengelykapcsolók. Géprendszerek elemzése Korszerű géprendszerek. Szerszámgépek. Mezőgazdasági kisgépek. Gépek a ház körül. Gépjárműszerkezetek. A korszerű gépjármű. Részletes követelmények A kollokvium belépő feltétele: mechanikai feladatok (3) beadása, egy egyszerű méretezési feladat legalább 50%-os szintű elkészítése. A kollokvium szóban történik, mely során bemutató eszközöket, gépelemeket kell funkció, szerkezet, tulajdonság, anyag szempontjából jellemezni. Gyakorlatok részletes tematikája
Szerszámismeret Szerelőműhely munkarendje, eszközök, szerszámok, berendezések megismerése. A balesetmentes munkavégzés szabályainak ismerete. Egyszerű gépelemek szerelése Szerelési alapfogalmak. Kötőgépelemek szerelése. Gépelemek kötési módjai.
3
Oldható kötőgépelemek szerelése. Csavarkötések fajtái, szerelésükre alkalmas szerszámok. Felvételezési rajzok készítése. Csavarbiztosítások szerelése. Felvételezési rajzok készítése. Roncsolás nélkül nem oldható kötőgépelemek. Tengelykötések szerelése. Tengelyek, tengelykötések szerkezete, anyagai, szerelésük. Alakzáró és erőzáró tengelyrészletek ábrázolása. Ágyazások szerelése. Siklócsapágyak funkciója, szerelése, kenési módjai. Gördülőcsapágyak szerelése. Beépítési rajzok készítése. Csövek, csőszerelvények szerelése. Kötési módok. Szerelvények funkcionális csoportjai, szerkezetük, anyagaik és szerelhetőségük. Elvi rajzok készítése. Tömítések funkciói, anyaguk, szerkezetük. Beépítések tanulmányozása. Elzáró és szabályzó csőszerelvények, idomok nyomásveszteségeinek vizsgálata. Soros és párhuzamos kapcsolás jelleggörbéi. Mérési és számítási feladatok. Egyszerű gépek szerelése Egyszerű gépek: kézi asztali fúrógép, elektromos asztali fúrógép, kézi mellfúrógép, kézi elektromos fúrógép, faesztergagép, csőszerelvénye, kerékpár szerelése. Erőgépek. Belsőégésű motorok Belsőégésű motorok működési folyamatai. A motor szerkezete. Üzemanyag. Üzemanyagellátó rendszerek. Katalizátortechnika. Hűtési, kenési rendszerek. Gyújtási rendszerek. Feltöltéses és injektoros motorok. Gépjárművek szerkezete Gépjármű szerkezete. Fékrendszerek. Gépjármű sebességváltók és tengelykapcsolók. Gépjármű és környezet. Részletes követelmények A félév gyakorlati jeggyel zárul. A gyakorlati jegyet a jegyzőkönyvek, az órai szerelések és a témánkénti zárószerelések részeredményei alkotják. Közlekedéstechnika A tantárgy célja A közlekedés alapvető műszaki hátterének megismerése. A tantárgy követelményei Sajátítsa el a közúti közlekedés alapvető háttérismereteit.
4
Előadások részletes tematikája
A közlekedés rendszere A közlekedés fogalma, ágazatai. A közúti közlekedés helye, szerepe a nemzetgazdaság nagyrendszerében. A közúti közlekedés elemei: a jármű (gépjármű), a közút, az ember, az időjárás. Az egyes elemekhez tartozó ismeretblokkok: gépjármű, a gépkocsi; a közút és tartozékai: az utak és fejlődéstörténete, az utak technikai elemei, hidak és egyéb műtárgyak, útépítés technológiája, városi csomópontok forgalomszervezése; az ember: az emberi tényező szerepe a közúti közlekedésben (gyalogos, járművezető, utas) Elemek és kapcsolatuk. A jármű és az út kapcsolata, járműmechanika: a gumiabroncs tapadása az útburkolathoz, az ide tartozó problémakörök, féktávolság, járműstabilitás egyenes és ívmenetben. A jármű saját kormányzottsági tulajdonságai. Az ember-jármű kapcsolata: ergonómia: a jármű kényelmi berendezései, az ülések, kezelőelemek kialakítása, optimális formája, elhelyezése. A járműből történő kilátás tervezése, aktív és passzív biztonság. Az ember-közút kapcsolata: az út igénybevételének szabályozása. A közúti közlekedés infrastruktúrája. Az időjárás hatása az előbbi három elemre. Belsőégésű motorok Különböző elrendezésű járműmotorok. Motortömb, forgattyús hajtómű részei. Töltéscsere, vezérmű fajtái, elemei. Hűtő és olajozó berendezés részei, működése. Ottó motor gyújtási rendszerei. Hagyományos karburátorok és segédberendezései. Ezek működési korlátjai. A belsőégésű motorok károsanyag kibocsátása, ennek csökkentési lehetőségei. Elektronikus vezérlésű karburátorok működése. Benzinbefecskendező rendszerek sajátosságai, lényegük. Katalizátor technika. Lambda-szondás szabályozás rendszere. Korszerű gyújtóberendezések. Dízel motorok működése, égésterek, tüzelőanyag ellátó rendszere. Bosch adagoló működése, a szállított tüzelőanyag mennyiség szabályozása. Befecskendező fúvókák feladata, működése. Teljesítménynövelés lehetősége: feltöltéses motorok sajátosságai. Turbófeltöltésű dízel motorok indikátordiagramja, a feltöltés megvalósítása. Gázüzemű motorok működése, környezeti hatásai. Alternatív hajtóanyagú belsőégésű motorok lehetőségei. Gépjármű szerkezetek A gépjármű erőátviteli rendszerei, változatok. A tengelykapcsoló feladata, fajtái. Egylemezes súrlódó tengelykapcsoló részei, működése. Nyomatékváltók szükségessége, feladatai, fajtái. Nyomaték és fordulatszám viszonyok a motornál és a hajtott keréknél.
5
Közlőművek, kardántengelyek. Kormányzott kerekek hajtása. Differenciálművek szükségessége, feladatai, működése különböző üzemmódokban. Differenciálzárak. Az összkerékhajtás jelentősége, megvalósítása. A differenciálmű és visco-kuplung szerepe az összkerékhajtásnál. Fékberendezések feladata, fajtái. Üzemi, rögzítő és vészfék szerepe, változatai. Fékkímélő szerkezetek szükségessége, fajtái. A fékkel kapcsolatos hatósági előírások. Dobfék szerkezete, működése. Hidraulikus fékrendszer működési elve, hidraulikus áttétel, egy- és kétkörös megoldások. Tárcsafékek (fix és úszónyerges) szerkezete, működése. Hatékonyságuk összehasonlítása a dobfékkel. Szervofékek. Légfékrendszerek. Optimális tapadást biztosító ABS, ASR rendszer működési elve, rendszervázlat. A menetstabilitást biztosító oldalvezető erő csökkenésének okai., a szlip fogalma, jelentősége. Futóművek. Kormányzott kerekek geometriája. A kormányzás lehetőségei, geometriája. A kormánytrapéz szerepe. Fordulókört, kanyarodási folyosót befolyásoló tényezők. A kormányszerkezet elemei, kapcsolatuk. Szervokormányok. Gumiabroncsok szerkezete, jelölésrendszerük, tulajdonságaik. Alvázak, kocsiszekrények. Gépjárművek légszennyező anyag emissziója. A gépjármű, mint rendszer emisszióját befolyásoló külső és belső tényezők. Különböző üzemmódú gépjárművek károsanyag emissziója összehasonlítása (benzin-, dízel-, gázüzemű, alternatív tüzelőanyagú). A károsanyag kibocsátás mérése, mérőszámai, megengedett határértékei. Gyakorlatok tematikája
Belsőégésű motorok működési folyamatai bemutatása modellen. A motor főbb részei szerelése: hengerfej, motortömb, forgattyús hajtómű. A mozgásátalakítás tanulmányozása. A dugattyú részeinek megismerése eredeti dugattyúkon. A vezérmű részeinek szerelése, korszerű vezérművek tanulmányozása. Dízel égésterek bemutatása eredeti alkatrészeken. A motor segédberendezései szerelése, tanulmányozása: üzemanyag ellátó rendszer, gyújtórendszer, adagolóberendezés, olajozó és hűtőrendszer feladata, elhelyezkedése a motoron. A hűtés szükségessége, a hűtőrendszer elemei, azok egymáshoz kapcsolódása. Hűtőfolyadékok. Korszerű motorok hűtőrendszere. Egyszerű karburátor szerelése, alkatrészeinek megismerése. Hagyományos gyújtórendszerek szerelése, alkatrészeinek megismerése. Korszerű motorokon a gyújtáshoz kapcsolódó jeladók tanulmányozása. Katalizátor és lambdaszonda helye a gépkocsin, szerkezetének bemutatása, hatásának megismerése. Turbófeltöltő helye a gépkocsin, szerkezete, működése.
6
Benzinbefecskendezők tanulmányozása. Információ bemenetek felismerése. Fékrendszerek szerelése. A kerékpár szerelése kapcsán a dob-, a patkó- és a tárcsafék alkatrészeinek megismerése. Gépjárművek tengelykapcsolóinak bemutatása, alkatrészeinek felismerése. Gépkocsi sebességváltók megismerése eredeti szerkezet segítségével. Korszerű anyagok alkalmazása a gépjárműépítésben. A kerámia és kompozit anyagok alkalmazása az alkatrészgyártásban. A számítógép szerepe a gépjárművek diagnosztikai vizsgálatában, a károsanyag mérésében. Egy vizsgálóállomás megtekintése (Közlekedésfelügyelet, Autóklub, stb.). A közlekedés egyéb környezetszennyező hatásai: zaj, fáradtolaj, akkumulátor, gumiabroncs, fék- és hűtőfolyadék, klímaberendezés hűtőközege. A roncs autók újrahasznosítása. Rendszer és modell A tantárgy célja A technikai környezetben való eligazodás rendszertani alapjainak bemutatása. Annak megértetése, hogy a bonyolult tárgyak, dolgok, jelenségek, rendszerek megismerése és fejlesztése a modellezés módszerével hatékony. A tantárgy követelményei Nyújtson egzakt, ellentmondásmentes és széles körű ismereteket a rendszer és a modell fogalmáról, a hasonlósági leképzés szempontjairól és módszereiről, a hasonlóság szükséges és elégséges feltételeiről. Tegye képessé a technika tanárt a modellezéssel kapcsolatos általános iskolai feladatok megoldására, legyen képes a megismert fogalmak, módszerek és a rendszerszemlélet önálló alkalmazására. Előadások részletes tematikája
A rendszer A rendszer definíciói. Analitikus és szintetikus szemlélet. Rendszerszemlélet. A rendszer ábrázolása. A rendszer bemenete és kimenete. Transzfer elemek. A rendszer állapota. Zavarások. A rendszer pereme. A perem anyagi tulajdonságai. A rendszer funkciói Kimenettartó, állapottartó, input/output átalakító rendszerek. Egyszerű példák elemzése: vízhálózat, lakásfűtés, inkubátor, téglagyár, izzólámpa, ajtózár, kerékpár, golyóstoll, kapu beléptető, mágneskártyás sorompó, vonalkód leolvasó, … A rendszer szerkezete Részek és a közöttük lévő kapcsolatok. Kapcsolattípusok: törvényszerű, tradicionális, konvencionális.
7
Hiarerchia és struktúra. Környezet, rendszer, részrendszer, elem. Ábrázolás gráfokkal. Tervező és gyártó rendszerek. Közlekedési rendszer. Rendszer folyamatai A folyamat, mint energetikai szempontú elemzés. A folyamat sajátosságai. Részfolyamatok. A részfolyamat és az energetikai kölcsönhatások közötti összefüggések vizsgálata. Tervező és gyártó rendszerek részfolyamatai. Az égési folyamat és részfolyamatai. A gépjármű mint rendszer, részfolyamatai. A vasgyártás, az acélgyártás, a bútorgyártás, … részfolyamatai. Rendszerek vizsgálata Rendszerelemzés és rendszerszintézis. Célszerűség, tervszerűség és döntés. Fűtési rendszerek. A gépkocsi. Az izzólámpa. Rendszerek és alrendszereik Rendszertípusok. Erőforrás alrendszer. Irányítási alrendszer. Információs alrendszer. Gépjármű, mint rendszer, egységei és elemzésük rendszertani szempontból. Lakásfűtés mint rendszer, egységei és elemzésük rendszertani szempontból. Hasonlóságelmélet alapjai A hasonlóság fogalma. A geometriai hasonlóság, leírása matematikai módszerekkel. A dimenzió nélküli alak alkalmazása kör-ellipszis leírására. A hasonlósági egyenlet. A jelenségek hasonlósága. A hasonlósági egyenlet vektoriális alakja. Hasonlóság feltételei A hasonlóság szükséges és elégséges feltételei. Összefüggés a geometriai és a jelenséghasonlóság között. Dimenzionális homogenitás. Tenzoriális homogenitás. Hasonlósági kritériumok és invariánsok. A technika fontosabb invariánsai. A dimenzióanalizis A dimenzióanalizis és a hasonlósági módszer. A modell A modell fogalma. A modellezés célja. Modellek típusai a matematikai modellek jellegzetességei alapján: hiperbolikus, parabolikus, elliptikus egyenletek. A hidrointegrátor, az RC háló, az analógia. Közelítő és parciális modellezés Közelítő hasonlóság, kétdimenziós közelítés, parciális modellezés. 8
Modellképzés folyamata Függvényvizsgálatok. Közelítő függvénykapcsolatok megállapítása. Matematikai statisztikai alapok. A legkisebb négyzetek módszere. Modelltechnika Modelltechnika fogalma. Alapok. Légszennyezési transzmissziós modellek A terjedést befolyásoló tényezők: a hőmérséklet függőleges eloszlása, a szél és jellemzői, a keveredési réteg, az effektív forrásmagasság, a turbulens szóródási együttható, a szennyezőanyag légkörből való kikerülése és átalakulása. A hőmérsékleti gradiens, stabilitási kategóriák (Pasquill-féle, Szepesi-féle). A terjedés részfolyamatai (mechanizmusai): turbulens diffúzió (higulás), szél általi szállítás, kiülepedés, átalakulás, …). Transzmisszió modellezése. Terjedési egyenletek (Roberts, Sutton, Gauss, …). A légszennyezési transzmisszió szabványai. Terjedési modelltípusok. Transzmisszós modell eredmények alapján készített grafikonok: koncentráció függvények (x mentén), koncentráció maximumok burkológörbéi, izokoncentráció görbék, koncentrációk függőleges eloszlása (z mentén), koncentráció gyakorisági függvények. Transzmissziós modell közelítése empirikus függvénnyel. Fogaskerék geometriai méretezési modellje A fogaskerék jellemzői. A modul definíciója. A fogaskerék-számítás alapképlete. A fogszám, a minimális fogszám. Az alámetszés. A kapcsolószám és a kapcsolóvonal. Az evolvens alkalmazásának indoka. A gyártás és a foggeometria összefüggései. Gördülőcsapágyak élettartam modellje A gördülőcsapágy méretezésének alapelvei. A mintavétel. A meghibásodási és a túlélési valószínűség. Az élettartam. A kapcsolatokat leíró eloszlások. A terhelés és az élettartam összefüggései. Nyomáseloszlás a gördülőcsapágyban. A csapágykatalógus, mint a modell megjelenése. A gördülőcsapágy gyártása és szerelése. Siklócsapágy kenéselméleti modell A siklócsapágy működési elve. A csapágypersely és a tengely méretviszonyai. Kenési típusok: statikus és hidrodinamikus csapágy. A hidrodinamikus csapágy nyomásviszonyai. Az elemi kenőanyag „kocka” hidrodinamikai modellje. A csapágyhézag szerepe. A csapágyjellemző szám.
9
Feladat és probléma A probléma és a feladat megfogalmazása. A feladat és a probléma jellemzőinek összehasonlítása. Direkt, indirekt és induktív feladatok. Feladatok megoldása. Analitikus, numerikus és kísérleti megoldások. Kísérletek a technikában Kísérletek tudományos és reprodukáló jellege. Kísérlettervezés és módszerei. Kísérletek a technikában és a technikatanításban. Részletes követelmények A kollokvium belépő feltétele: egy rendszerelemzési kisdolgozat elkészítése megadott szempontok szerint. A kollokvium szóban történik.
10
