Katedra konstruování strojů Fakulta strojní Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1 Podklady k přednáškám Zákl. informace Prof. Ing. Stanislav Hosnedl, CSc. a kol. Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
PRO ÚPLNOST K INFORMACI POTŘEBNÉ DŮLEŽITÉ Základní informace http://portal.zcu.cz/wps/portal/ http://home.zcu.cz/~hosnedl/... O heslo pro otevření a čtení zabezpečených souborů můžete požádat na adrese: hosnedl@kks.zcu.cz Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Katedra konstruování strojů 2
K INFORMACI Předmluva Předložené podklady k výuce předmětu Části a mechanismy strojů 1 i k využítí v praxi byly významně ovlivněny zejména bohatými odbornými diskusemi a společnými pracemi s Prof. Dr. V. Hubkou. Dr.h.c. z Eidgenösissche Technische Hochschule, Zürich ve Švýcarsku a s Prof. W. E. Ederem, Dr.h.c. z Royal Military College, Kingston v Kanadě. Cennými podněty a myšlenkami též přispěli moji kolegové Doc. J. Krátký a Ing. E. Krónerová z Katedry konstruování strojů (KKS). Ing. E. Krónerová se kromě toho zasloužila o vypracování všech uvedených 3D CAD modelů strojních částí a jejich zobrazení. Poděkování náleží také doktorandovi KKS Ing. J. Dvořákovi za spolupráci na rozsáhlé rešerši a zpracování české i zahraniční literatury a studentce FST M. Böhmové za svědomitou spolupráci při editaci celé předložené publikace. Výchozí texty k předložené verzi byly inovovány v rámci projektu Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost (OPVK) č. CZ.1.07/2.2.00/07.0235 Inovace výuky v oboru konstruování strojů včetně jeho znalostní teoretické, metodické a počítačové podpory financovaného z Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu České republiky [Hosnedl 2009-2012]. Předložená verze byla spolu s dalšími studijními podklady inovována v rámci navazujícího projektu (OPVK) č. CZ.1.07/2.2.00/28.0206 Inovace výuky podpořená praxí se zaměřením na zvýšení interdisciplinarity prezentovaných poznatků v souladu s aktuálními potřebami praxe. Vzhledem k velkému množství vazeb, vývojových změn a doplňků nebylo zřejmě možné vyvarovat se zcela chybám. Předem se za ně omlouvám a prosím o jejich sdělení, aby je bylo možné co nejdříve opravit. Velmi rád přijmu i Vaše další připomínky a náměty. Je mým přáním, aby Vám byly tyto podklady co nejvíce nápomocny v dalším rozšiřování Vašich znalostí a zejména při řešení konstrukčních projektů ve výuce i v praxi. Všem jmenovaným i všem citovaným autorům, z jejichž publikací byly čerpány cenné poznatky, bez kterých by tyto výukové podklady nemohly vzniknout, i touto cestou upřímně děkuji. Plzeň, květen 2014 Prof. Ing. Stanislav Hosnedl, CSc. Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta strojní, Katedra konstruování strojů 3
DŮLEŽITÉ STRUKTURA PODKLADŮ KE KKS/CMS1 Základní informace A TEORETICKÉ ZÁKLADY B SPOJE C PŘENOSOVÉ ČÁSTI D OTOČNÁ ULOŽENÍ E AKUMULÁTORY (MECHANICKÉ) ENERGIE F HŘÍDELOVÉ SPOJKY Literatura STRUKTURA PODKLADŮ KE KKS/CMS2 (navazuje na KKS/CMS1) G PŘEVODOVÉ MECHANISMY : G1 JEDNODUCHÉ PŘEVODOVÉ MECHANISMY (PŘEVODY) G2 SLOŽENÉ PŘEVODOVÉ MECHANISMY (PŘEVODOVKY) Literatura Poznámka: - V tomto.ppt souboru je z technických důvodů uveden pouze Obsah a Základní informace, ostatní podklady jsou v dalších souborech. 4
OBSAH KKS/CMS1 DŮLEŽITÉ SLOVO ÚVODEM Přístup k řešení Shrnutí Důležité upozornění A TEORETICKÉ ZÁKLADY 1 Části a mechanismy strojů (ČMS) jako strojní části technických systémů (TS) 1.1 Technické systémy (TS), vymezení oblasti ČMS 1.1.1 Technické produkty a technické systémy 1.1.2 Stupně komplexnosti technických systémů 1.2 Technický systém (TS) a transformační procesy 1.3 Vlastnosti a chování technických systémů 1.4 Konstruování technických systémů se zaměřením na jednotlivé vlastnosti 1.5 Konstrukční struktury technických systémů 1.6 Systematické uspořádání poznatků o strojních částech TS 1.6.1 Vnější struktura poznatků o strojních částech 1.6.2 Vnitřní struktura poznatků o jednotlivých třídách a skupinách strojních částí TS 5
2 Fyzikální základy pro strojní části TS DŮLEŽITÉ 2.1 Doporučené značky a rozměry pro nejběžnější fyzikální veličiny v oboru strojních částí TS 2.2 Zatěžování strojních částí TS jako zatěžování těles a jejich soustav 2.2.1 Zatěžování strojní části se vzájemně nepohyblivými částmi 2.2.2 Zatěžování strojní části TS se vzájemně jednoznačně pohyblivými částmi (tj. s 1 stupněm volnosti), tzn. zatěžování mechanismu 2.3 Posunutí a natočení od deformace strojních částí TS jako posunutí a natočení od deformace těles a jejich soustav 2.3.1 Posunutí a natočení od deformace strojní části TS se vzájemně nepohyblivými částmi 2.3.2 Posunutí a natočení od deformace strojní části TS se vzájemně jednoznačně pohyblivými částmi (tj. s 1 stupněm volnosti), tzn. deformace mechanismu 6
3 Statické (ustálené) zatěžování a namáhání strojních částí TS - statická pevnost a deformace DŮLEŽITÉ 3.1 Základní konstrukční charakteristiky materiálu 3.2 Pevnostní podmínky při statickém namáhání 3.2.1 Posuzování pevnosti při jednoosé napjatosti 3.2.2 Posuzování pevnosti při víceosé napjatosti 3.3 Vybrané pevnostní hypotézy pro víceosé statické namáhání strojních části TS 3.3.1 Obecná prostorová napjatost materiálu určená normálovými napětími σ x, σ y, σ z a smykovými napětími τ x, τ y, τ z 3.3.2 Prostorová napjatost materiálu určená hlavními napětími σ 1, σ 2, σ 3 3.3.3 Rovinná napjatost určená normálovým napětím σ x a smykovým napětím τ z 3.4 Napětí a posunutí a natočení od deformace při základních způsobech statického namáhání 3.4.1 Napětí a posunutí od deformace pro nosník konstantního průřezu při tahu/tlaku 3.4.2 Napětí a posunutí od deformace pro nosník konstantního průřezu při smyku 3.4.3 Napětí a natočení od deformace pro nosník konstantního průřezu při krutu 3.4.4 Napětí a posunutí a natočení od deformace pro nosník konst. průřezu při ohybu 3.5 Napětí a posunutí a natočení od deformace při zvláštních způsobech statického namáhání 3.5.1 Napětí a posunutí od deformace při namáhání styku povrchů 3.5.2 Napětí a posunutí od deformace při namáhání na vzpěr 7
4 Dynamické (proměnlivé) zatěžování a namáhání strojních částí TS - dynamická (únavová) pevnost 4.1 Základní poznatky 4.2 Mez únavy materiálu (Wöhlerův diagram) 4.3 Mez únavy materiálu při obecném harmonickém napětí 4.3.1 Smithův diagram 4.3.2 Haighův diagram 4.4 Faktory ovlivňující mez únavy materiálu 4.4.1 Vliv vrubu (součinitele vrubu β) 4.4.2 Vliv velikosti součásti (součinitel velikosti součásti ν) 4.4.3 Vliv jakosti povrchu (součinitel jakosti povrchu η P ) 4.4.4 Vliv zpevnění povrchu (součinitel zpevnění povrchu κ) 4.5 Pevnostní podmínky při dynamickém namáhání 4.5.1 Snížená mez únavy pro vrub v místě strojní části při obecném harmonickém napětí (úprava Haighova a Smithova diagramu) 4.5.2 Bezpečnost při jednoduchém harmonickém napětí v místě vrubu 4.5.3 Bezpečnost při kombinovaném harmonickém napětí v místě vrubu DŮLEŽITÉ 8
B SPOJE 1 Spoje - základní poznatky 1.1 Charakteristika (znakové konstrukční vlastnosti) 1.2 Vnější zatížení spoje 1.3 Principy přenosu zatížení ve spoji 1.4 Vnitřní zatížení a namáhání spoje 2 Spoje s využitím tvaru 2.1 Spoje čepy (čepové spoje) 2.2 Spoje kolíky (kolíkové spoje) 2.3 Spoje pery a klíny (spoje na pera a klíny) 2.4 Spoje drážkami (drážkové spoje) 2.5 Spoje polygony (polygonové spoje) 3 Spoje s využitím tření 3.1 Spoje nalisováním (nalisované spoje) 3.2 Spoje sevřením (svěrné spoje) 3.3 Spoje upínacími (rozpěrnými) kroužky DŮLEŽITÉ 9
DŮLEŽITÉ 4 Spoje s využitím materiálu 4.1 Spoje materiálovými styky a přechody 4.2 Spoje svary (svarové spoje) 4.3 Spoje pájkou (pájené spoje) 4.4 Spoje lepidlem (lepené spoje) 5 Spoje s využitím předepjatých elementů 5.1 Spoje šrouby a závity (šroubové a závitové spoje) 5.1.1 Charakteristika (znakové konstrukční vlastnosti) 5.1.2 Stavební struktura (definiční konstrukční vlastnosti) 5.1.3 Vlastnosti (reflektované vlastnosti) 5.1.4 Poznatky pro návrh a hodnocení (DfX a PoX) 5.2 Spoje zděřemi (zděřové spoje) 10
C PŘENOSOVÉ ČÁSTI DŮLEŽITÉ 1 Přenosové části - základní poznatky 1.1 Charakteristika 1.2 Vnější účinky na přenosové části 1.3 Vnitřní zatížení a namáhání přenosové části 2 Tuhé přenosové části 2.1 Rotační přenosové části (hřídele, osy apod.) 2.1.1 Charakteristika (znakové konstrukční vlastnosti) 2.1.2 Stavební struktura (definiční konstrukční vlastnosti) 2.1.3 Vlastnosti (reflektované vlastnosti) 2.1.4 Poznatky pro návrh a hodnocení (DfX a PoX) 2.2 Nerotační přenosové části (nosníky, páky, táhla apod.) 3 Ohebné přenosové části 3.1 Ohebné rotační přenosové části (bowdeny, lana, struny, vlákna apod.) 3.2 Ohebné nerotační přenosové části (řetězy, pásy, apod.) 11
D OTOČNÁ ULOŽENÍ DŮLEŽITÉ 1 Otočná uložení - základní poznatky 1.1 Charakteristika (znakové konstrukční vlastnosti) 1.2 Mazání uložení (ložisek) 2 Otočná uložení s valivým dotykem 2.1 Uložení s valivými ložisky 3 Otočná uložení s plošným dotykem 3.1 Uložení s hydrodynamickými ložisky 3.2 Uložení s hydrostatickými a aerostatickými ložisky 3.3 Uložení s málomaznými a bezmaznými ložisky 12
DŮLEŽITÉ E AKUMULÁTORY (MECHANICKÉ) ENERGIE 1 Akumulátory energie - základní poznatky 1.1 Základní poznatky 2 Akumulátory energie s využitím deformace materiálu 2.1 Charakteristika (znakové konstrukční vlastnosti) 2.2 Pružiny na principu poddajných tvarů 2.3 Pružiny na principu poddajných materiálů - pružiny pryžové 13
F HŘÍDELOVÉ SPOJKY DŮLEŽITÉ 1 Hřídelové spojky - základní poznatky 1.1 Charakteristika (znakové konstrukční vlastnosti) 1.2 Vnější zatížení spojky 1.3 Obecné poznatky pro návrh a hodnocení 2 Mechanické spojky nerozpojované 2.1 Spojky (nepružné) pevné 2.2 Spojky (nepružné) vyrovnávací 2.3 Spojky pružné 3 Mechanické spojky ovládané 3.1 Základní poznatky 3.2 Spojky výsuvné zubové 3.3 Spojky výsuvné třecí 4 Mechanické spojky automatické 4.1 Spojky pojistné 4.2 Spojky rozběhové 4.3 Spojky volnoběžné Literatura ke KKS/CMS1 14
POTŘEBNÉ ČÁSTI A MECHANISMY STROJŮ 2 KKS/CMS2 15
POTŘEBNÉ OBSAH KKS/CMS2 G PŘEVODOVÉ MECHANISMY G1 JEDNODUCHÉ PŘEVODOVÉ MECHANISMY (PŘEVODY) 1 Základní poznatky 1.1 Charakteristika (znakové konstrukční vlastnosti) 1.2 Stavební struktura (definiční konstrukční vlastnosti) 1.3 Vlastnosti (reflektované vlastnosti) 1.4 Základní poznatky pro návrh a hodnocení (DfX a PoX) 2 Převody tříčlenné s přímou vazbou s využitím tvarových elementů 2.1 Základní poznatky 2.2 Válcová (čelní) soukolí 2.2.1 Charakteristika (znakové konstrukční vlastnosti) 2.2.2 Stavební struktura (definiční konstrukční vlastnosti) 2.2.3 Vlastnosti (reflektované vlastnosti) 2.2.4 Poznatky pro návrh a hodnocení (DfX a PoX) 2.3 Kuželová soukolí 2.4 Šroubová soukolí 2.5 Šneková soukolí 2.6 Převod pohybový šroub pohybová matice 16
POTŘEBNÉ 3 Převody tříčlenné s přímou vazbou s využitím tření 3.1 Základní poznatky 3.2 Třecí převody 4 Převody čtyřčlenné s nepřímou vazbou s využitím tvarových elementů 4.1 Základní poznatky 4.2 Řetězové převody 5 Převody čtyřčlenné s nepřímou vazbou s využitím tření 5.1 Základní poznatky 5.2 Řemenové převody 5.3 Lanové převody 17
G2 SLOŽENÉ PŘEVODOVÉ MECHANISMY (PŘEVODOVKY) POTŘEBNÉ 1 Základní poznatky 1.1 Charakteristika (znakové konstrukční vlastnosti) 2 Převodovky se stálým převodovým poměrem 2.1 Základní poznatky 2.2 Převodovky se stálou polohou os a konvenčními ozubenými převody 2.3 Převodovky s proměnnou polohou os a s konvenčními ozubenými převody 2.4 Převodovky s proměnnou polohou os a s nekonvenčními převody 3 Převodovky s plynule měnitelným převodem (variátory) 3.1 Základní poznatky 3.2 Variátory Literatura ke KKS/CMS2 18
Děkuji za pozornost Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.2.00/28.0206 Inovace výuky podpořená praxí.