Gépelemek I. vizsgasorokon előforduló kérdések

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

Alakkal záró kötések szilárdságtani ellenőrzésének lépései!

Az alakkal záró kötések fő igénybevétele a felületi nyomás, viszont nem elég csak erre méretezni, legalább

három ellenőrzésre szükség van: felületi nyomás, veszélyes keresztmetszet nyírása, alkatrészek saját

szilárdsága.

A nyomó igénybevételt egyszerűen kiszámíthatjuk a felületre merőleges nyomóerő (N) és az érintkező felület

nagyságának (A) segítségével: 𝑝 =𝑁

𝐴. A kötés megfelel, ha p ≤ pmeg ( megengedhető kötési nyomás ).

A veszélyes keresztmetszetben ébredő nyírófeszültség ( 𝜏 =𝐹

𝐴𝜏 ) szempontjából megfelelő a kötés, ha τ ≤ τmeg.

Az alkatrész saját szilárdságát mindig a tényleges alak- és igénybevétel alapján kell ellenőrizni. A terhelést az

erőbevezetés helyétől el kell szállítani a terhelésátadó nyomó-felülethez.

Haigh-diagram jellemző összefüggések!

Különböző középfeszültség mellett felvett Wöhler-gorbék 10 %-os törési valószínűséghez tartózó kifáradási határát egy olyan közös diagramban ábrázolva, amelynek a vízszintes tengelyén a középfeszültség (σm), a függőleges tengelyén pedig az amplitúdó feszültség (σa) van felmérve, a Haigh diagramot kapjuk eredményül.

Biztonsági tényező értelmezése Haigh

diagramm esetén:

ha σm = áll. akkor 𝑛 =𝑁𝐴

𝑁𝑀

ha σm/σa = áll. akkor 𝑛 = 𝑂𝐵

𝑂𝑀

biztonsági terület értelmezése alkatrészre Haigh-diagram esetén:

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= 𝜂 ×

1

2×

𝜍2

𝐸 csavart rugó esetén pedig

𝑊

𝑉= 𝜂 ×

1

2×

𝜏2

𝐺

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.

Vékony falú csőben ébredő feszültségek!

Tömítések csoportosítása!

1. Tömítőelemek relatív mozgása szerint – nyugvó (statikus)-, – elmozdulást megengedő (pl. védőharmonika)-, – mozgó: haladó vagy forgó tömítések. 2. Kivitel szerint – érintkező-, – érintkezés nélküli tömítések. 3. Alkalmazási terület szerint – csőkötések-, – hidraulikus/pneumatikus munkahengerek-, – tengelyek-, – egyéb, osztott elemek tömítései.

Wöhler görbe!

a = kisciklusú szakasz: gépészetben „nincs”, statikus terhelésekre méretezünk b = élettartam szakasz c = kifáradási határ:

elsősorban acélokra

jellemző, jellemzője, hogy az

alatta levő feszültségszinten

az alkatrészek gyakorlatilag

korlátlan élettartamúak.

Klein diagram!

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.

Rugók csillapítása!

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 csillapítás-

vagy 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.

Ismertesse a tervezői gyakorlatban szokásos terhelés-modelleket!

A mérnök általában egy adott élettartamra tervezi a berendezéseit, ezért számára a terhelés, mint időfüggvény

a legfontosabb.

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.

Forrasztott kötés előnyei, hátrányai!

Előnyök:

különböző fémek nagy vastagságkülönbséggel is összeköthetőek

alacsony forrasztási hőmérséklet, így nem keletkeznek hő okozta feszültségcsúcsok, elhúzódások,

repedések

jó tömítettséget biztosít

jó a villamos vezetőképessége

rövid szerelési idő

forraszanyag rugalmassága kisebb mint az alapanyagé rugalmas kötés alakul ki

Hátrányok:

aránylag kis terhelhetőség

felület előkészítése nagy gondosságot igényel

drága forraszanyag ( réz, ón, ezüst )

Térképező elemek és feladataik!

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 )

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

𝑠1+𝑠2× 𝐹ü

Közrefogott elemek erőcsökkenése:

𝐹2 =𝑠2

𝑠1+𝑠2× 𝐹ü

A csavarkötés kritikus ereje, vagyis ahol a

kötés teljesen ellazul: F2=Fv

𝐹𝑘𝑟𝑖𝑡 =𝑠1+𝑠2

𝑠2× 𝐹𝑣

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.

Írja le a pattanókötés definícióját! Rajzoljon oldható és oldhatatlan pattanó kötést!

Mik a tervezési irányelvek?

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.

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.

Előfeszítő erő és meghúzási nyomaték kapcsolata csavarkötéseknél!

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

2× tan ∝ ±𝜌′ +

𝑑𝑎

2× 𝜇𝑎

Ragasztás előnye, hátrányai!

Előnyei:

Nem károsítja a kötés környezetében lévő anyagot, nincs átmeneti zóna.

Kicsi a tömeg- és helyigénye.

Különböző vastagságú elemek esetén is alkalmazható.

Tömítettséget, korrózió állóságot biztosít.

Rezgés csillapító hatású.

Nem kell a kötési felülethez hozzáférni.

Nem kell a lemezeket előfúrni (nincs feszültséggyűjtőhatás)

Kombinálni lehet más kötésekkel, azok hatásosságát növelni.

Hátrányai:

Hosszú elkészítési idő, esetenként 24 órát is lehet.

A felület előkészítése nagy gondosságot igényel.

Esetenként ragasztó prések, fűtőelemek szükségesek.

Érzékeny a nagy hőmérsékletre.

Jóval kisebb szilárdságú, mint a hegesztett kötés.

Öregedésre hajlamos.

Érzékeny az ultraviola sugárzásra, a levegő oxidációjára.

Egészségre ártalmas, gyártáskor, felhasználáskor és a termék

megsemmisítésekor környezetszennyező anyagok keletkezhetnek.

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

2× tan ∝ ±𝜌′ +

𝑑𝑎

2× 𝜇𝑎

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

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.

Porózus tömítés!

Nem tömör (porózus) anyagok esetén a tömítettség magyarázható: az adszorpcióval és a kapilláris hatással.

Adszorpció: gázok vagy folyadékok megkötődése szilárd test felületén. Egy elemi pórusnál a

nyomáskülönbséggel a folyadék tapadásából származó nyíróerő tart egyensúlyt.

𝑏 × ℎ × 𝑝 + ∆𝑝 − 𝑏 × ℎ × 𝑝 = 2 × 𝑏 × 𝑙 × 𝜏

∆𝑝 = 2 ×𝑙

ℎ× 𝜏

Kapilláris hatás: igen vékony csőben a vele közlekedő folyadék

felszínéhez képest felemelkedik vagy lesüllyed.

2 × 𝐹𝑇 × 𝑏 × cos𝛼 = ∆𝑝 × ℎ × 𝑏

∆𝑝 =2 × 𝐹𝑇 × cos𝛼

ℎ

Ft: kapilláris erő Ftcosα: anyagtól függő állandó

Ha elég kicsi a h, akkor lehetséges a zárás!

Rugókarakterisztikák!

Rugókarakterisztika: a rugók fizikai jellemzői közötti összefüggéseket szemlélteti. Létezik: lineáris, progresszív,

degresszív

Rugómerevség, rugóállandó!

Rugóállandó: csak lineáris karakterisztikájú rugóknál használjuk. Definíció szerűen:

𝑐 =1

𝑠 illetve csavart rugó esetén 𝑐𝑇 =

1

𝑠𝑡

Rugómerevség: 𝑠 =𝑑𝐹

𝑑𝑓~

𝐹

𝑓

Csúsztató rugalmassági modulus és alaktényező összefüggése!

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.

Csavar és anya vektorábrája!

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′ 𝐹𝑘 = 𝐹𝑣 × tan ∝ −𝜌′ ∝> 𝜌′

∝≤ 𝜌′

Fk=kerületi erő Fv=előfeszítő erő

α=menetemelkedési szög

ρ’=látszólagos súrlódási félkúpszög

Minőségkör!

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.

Lazítás Önzáró

Smith diagram!

Különböző középfeszültség mellett felvett Wöhler-gorbék 10 %-os törési valószínűséghez tartózó kifáradási

határát egy olyan közös diagramban ábrázolva, amelynek a vízszintes tengelyén a középfeszültség (σm), a

függőleges tengelyén pedig a középfeszültség és az amplitúdó feszültség (σa) összege van felmérve, a Smith

diagramot kapjuk eredményül. ( bal oldal Smith, jobb oldal közelítő Smith, VDI ajánlása szerint )

Mi a tengely, mi a forgórész? Tengelyek csoportosítása!

Azokat a gépelemeket, amelyek forgó alkatrészeket hordoznak vagy csapágyakon támaszkodva forognak,

tengelyeknek nevezzük.

A tengelyeket a rászerelt tárcsákkal, dobokkal, görgőkkel együtt forgórészeknek nevezzük.

Tengelyek csoportosítása:

Szerkezeti kialakítás szerint a tengelyeknek két fő típusa van:

• Hordozó tengelyek

álló hordozó tengely (a tengelyre szerelt alkatrészek forognak, pl. gépjárművek)

forgó hordozó tengely (a tengely együtt forog a rászerelt alkatrésszel)

• Közlő tengelyek: a közlő tengelyek feladata a forgó szerkezeti elemek hordozása mellett forgatónyomaték

továbbítása is. A forgatónyomatékot fogaskerékkel, csigával, lánckerékkel, szíjtárcsával, kötéltárcsával stb.

lehet a tengellyel közölni, vagy onnan elvezetni.

Rugók funkciói!

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

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 ℎ − 𝑡 − 𝑓 Felületi nyomás: 𝑝 =𝐹

𝐴𝑃

Veszélyes keresztmetszet: 𝐴𝜏 ≈ 𝑏 × 𝑙 Nyírófeszültség: 𝜏 =𝐹

𝐴𝜏

Tengelyben ébredő max. csúsztatófeszültség: 𝜏𝑐𝑠 =𝑇

𝐾𝑝 𝐾𝑝 =

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

Fémrugók csoportosítása!

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.

Tömszelencés tömítés:

Kúpos gyűrűs tengelyvég felől befeszítve ( a kettő közül bármelyik jó, elsőnél tengelyen, másodiknál agyon van

támasztva )

Anyaggal, alakkal, erővel záró csavarbiztosítás