gépészeti rendszerek - kezdőlap [estiem wiki] · dr. kerényi györgy gépészeti rendszerek...

1

Dr. Kerényi György

Gépészeti rendszerek

A TERVEZŐ „HÁRMAS” FELADATA

(Vázlat)



A mérnök feladata

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!

2



Műszaki alkotások körei

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



A tervező/fejlesztő munkája

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

3



A tervezés/fejlesztés alapfeladatai

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.



A tervező feladata

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.

4



A tervező helye egy minőségirányítási rendszerben

Minőségirányítási rendszerek:

• ISO 9000,

•TS 16949,

Környezetközpontú irányítási rendszer:

• ISO 14000.

és mások.



A tervező „hármas” feladata

A tervező/fejlesztő kezdetben három ismeretlennel szembesül. Ezek:

• a szerkezeti elem terhelése,

• az igénybevételi ill. a határállapota, valamint

• a geometriai kialakítása, a mérete.

5



A tervező feladatai

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)

6



Tönkremenetel, meghibásodás okai

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, anyagtulajdonság-változás),

- villamos, optikai, egyéb tulajdonságok változása,- biológiai károsodás,- stb.



A tönkremeneteli folyamat

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.

7




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.



Kötések

Alakkal záró kötések

(Vázlat)

8



Kötések

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

Szerelés szerint:– Oldható– Oldhatatlan

Elemek szerint– Közvetlen kapcsolatú– Közvetítőelemes kapcsolatú

DEFINÍCIÓ: A kötések feladata az alkatrészek néhány-vagy valamennyi szabadságfok szerinti relatív elmozdulásának megakadályozása az alkatrészek közötti terhelés átadása alatt.

9



Alakkal záró kötések méretezése

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

10



Alakkal záró kötések fajtái (fémek)

Szegecskötés készítése

Od

Od2

Fejezõ szerszám

Ellentámasz

k

l 1,75)d ... ,(kl 31

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

A leggyakoribb szegecsfajták

Csõszegecs gépkocsi fék- és

Csõszegecs

Szíjszegecs

Alcsony félgömbfejû szegecs

Lencsefejû szegecs

Süllyesztettfejû szegecs

Félgömbfejû szegecs

tengelykapcsoló betétekhez

11



Robbanás

Húzás

Nyomás

Vakszegecsek



Szegecskötés

Egynyírású és kétnyírású szegecskötések

12



Szegecskötések



Szegecskötés

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:

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

id

F

2

4

sd

Fp

13



Szegecskötés méretezése

min

,nds

Fp

nmA

Flazula

Nyírófeszültség Palástnyomás

a) Egynyírású (m=1) b) Kétnyírású (m=2)

Számítási modell Tényleges nyomáseloszlás



Szeg és csapszeg kötések

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.

14




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.

15



Csapszegkötések

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 hajlítófeszültség jelentős.

A palástnyomást is ellenőrizni kell.

Szegkötések méretezése:



Csapszegkötések

bzulb

bb W

M max, zul

Ss A

F

zulppdt

Fp

db

Fp Gabel)der (in

2 Stange), (im

16



Csapszegkötések



Nyomatékkötések (tengelykötések)

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.

17



Alakkal záró nyomatékkötések

Közvetítőelemes tengelykötések: • reteszkötések

• fészkesretesz• ívesretesz• siklóretesz (axiális elmozdulás esetén)

• szegkötésekKözvetlen kapcsolatú tengelykötések.

• bordástengely - agy• bordafogazatú kötés• poligon tengelykötés• homlokfogazatú



Reteszkötés

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

18



Reteszkötés méretezése

1. Terhelések meghatározása:d

MF

2

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



Reteszkötés méretezése

2. Hatásfelületek meghatározása:

• nyomott felület:

• veszélyes keresztmetszet: (jelöléseket lásd az ábrán)

3. Egységnyi felültre eső terhelés meghatározása:

• átlagos felületi nyomás:

• átlagos nyíró feszültség:

4. Összehasonlítás a határállapottal:

5. Egyebek:• szállító keresztmetszetben ébredő nyírófeszültség:

ahol Kp a tengely poláris keresztmetszeti tényezője.

• agyvastagság (v) ellenőrzése:

tapasztalat alapján:

fthblAp lbA

pA

Fp

A

F

megpp meg

megp

cs K

M

dv 35,0..3,0

19



Szegkötések

a) hengeres szeg b) kúposszeg c) hasított illesztőszeg



Szegkötések

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

20



Szegkötések méretezése

zult

t pdD

MpMD

Ddp

2maxmax

6

3

2

22

zultt

s Dd

Md

D

MF

2

2 4

4

zult

t pdlD

MpM

Ddlp

4

22 maxmax

)( )( maxmax tDdt

MpMtDdtp t

t

Ddl

Mdl

D

MF tt

S

2

2



Bordástengely - agy

21



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.

Bordástengely - agy



Bordafogazatú tengelykötések

22



Bordafogazatú tengelykötések

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

Előnyük:• önközpontosító;• a tengely keresztmetszete sima, a feszültséggyűjtő hatás kicsi, ezért

használata időben változó és dinamikus terhelések esetén kedvező;• nincs kiegyensúlyozatlanság.

23



Poligon tengelykötések

Hátrányai:• gyártása csak speciális szerszámgépekkel

lehetséges;• nagy helyi felületi nyomások miatt az agy csak jó

minőségű anyagból készíthető;• az agy szilárdsági ellenőrzésének nehézsége; • drága.

gépészeti rendszerek - kezdőlap [estiem wiki] · dr. kerényi györgy gépészeti rendszerek...

Documents