Maszynoznawstwo - notatki (Politechnika Poznańska).pdf - MASZYNOZNASTWO - viktus

M a s z y n o z n a w s t w o

S t r o n a | 1

P o l i t e c h n i k a P o z n a ń s k a

MASZYNOZNAWSTWO

Maszyna - za maszynę uwaŜa się całość powiązanych ze sobą elementów z których przynajmniej

jeden jest ruchomy, wraz z odpowiednimi urządzeniami roboczymi, układami sterowania, zasilania

itp., które są połączone razem w celu określonego zastosowania w szczególności do przetwarzania,

obrabiania, przemieszczania i pakowania materiałów.

Maszynoznawstwo – jest to nauka o budowie i zasadach działania maszyn. To encyklopedyczny zbiór

wiedzy o maszynach oraz współpracujących z nimi urządzeniach technicznych.

Mechanizm – układ połączonych ze sobą części maszyn mogących wykonywać określony ruch w

wyniku pobrania energii mechanicznej. W teorii ruchu jest to łańcuch kinetyczny w którym jeden

człon jest nieruchomy (ostoja) pozostałe zaś wykonują ściśle określone ruchy.

Schemat budowy maszyny:

maszyna

S – silnik

T – transmisja

R – elementy, układy robocze

U – skutek uŜyteczny

M – masa

E – energia

I – informacja

S + T = układ napędowy

S + T + R = maszyna

UŜyteczne działanie maszyn – uzewnętrznia się najczęściej jako przetworzenie materii realizowane w

układzie roboczym maszyny.

Energia pobierana z silnika napędowego musi być przekształcona w układnie napędowym tak, aby

odpowiadała wymaganym parametrom energetycznym układu roboczego.

Sterowanie układem roboczym oraz dozowanie masy i natęŜenia energii jest realizowane przez

przetwarzanie informacji z udziałem człowieka lub automatycznie.

Wynik działania maszyny moŜna rozpatrywać jako skutek przetwarzania Energii, Masy i Informacji.

Podstawowe cechy i parametry maszyn: (3 cechy)

1. Funkcjonalność, to poprawne spełnienie funkcji przez maszynę do których jest przeznaczona

2. Trwałość i niezawodność, to uzyskanie Ŝądanego prawdopodobieństwa dobrej i bezawaryjnej

pracy maszyny przy danych obciąŜeniach, w załoŜonym okresie nie krótszym od Ŝądanego

(związane z obliczeniami wytrzymałościowymi)

3. Optymalność , to zapewnienie jak najlepszego spełnienia przez maszynę zadania w

określonych warunkach ze względu na załoŜone kryterium.

M a s z y n o z n a w s t w o

S t r o n a | 2

P o l i t e c h n i k a P o z n a ń s k a

Przegląd maszyn i ich podział:

1. technologiczne – wykorzystuje się je do przetwarzania surowców i półwyrobów, poprzez

zmianą kształtu , objętości, własności fizycznych lub chemicznych i wytworzenia w ten

sposób gotowego wyrobu lub półwyrobu np.: walcarki (huty), młoty do kucia, prasy, maszyny

odlewnicze, górnicze, poligraficzne, włókiennicze.

2. transportowe – słuŜą do zmiany połoŜenia ciał stałych, cieczy i gazów. Maszyny

transportowe dzielimy na:

- maszyny o zasięgu nieograniczonym.

- maszyny o zasięgu ograniczonym.

Do maszyn o zasięgu nieograniczonym zaliczamy pojazdy szynowe, pojazdy samochodowe,

okręty, samoloty.

Maszyny o zasięgu ograniczonym to dźwignice, przenośniki (przemieszczające materiały

transportowe za pomocą cięgien), przenośniki bezcięgnowe, przenośniki przemieszczające

materiał transportowany za pomocą medium pośredniego (przenośniki hydrauliczne i

pneumatyczne).

energetyczne – wytwarzają z energii mechanicznej inne rodzaje energii np.: prądnice,

maszyny elektryczne, spręŜarki, silniki itp.

informatyczne –

a. maszyny kontrolno-sterujące,

b. informatyczne (matematyczne). Przetwarzają informacje które na podstawie Ŝądanego

algorytmu dokonują niezbędnych operacji matematycznych.

cybernetyczne – funkcjonują w oparciu o posiadaną sztuczną inteligencji (roboty wyposaŜone

w układy do rozpoznawania obrazów i kształtów, samodzielnej nawigacji, samokontroli).

Źródła i postacie energii:

Podstawą działania wszystkich maszyn są przemiany energii które w nich zachodzą. Energią określa

się jako najbardziej ogólną własność wszelkiego rodzaju ruchu materii. Energię zawierają np.: węgiel,

zbiornik ze spręŜonym powietrzem, napięta spręŜyna , które w odpowiednich warunkach mogą być

przemienione w pracę.

Z fizycznego punktu widzenia energię dzielimy na :

– mechaniczną

– cieplną

– promieniowanie

– elektryczną

– chemiczną

– jądrową

Spośród procesów technicznych wydzielamy następujące rodzaje:

1. transformacj ę Energii bez zmiany jej postaci,

2. przemianę Energii z jednej postaci w inną, np.: zamiana energii elektrycznej w energię mechaniczną

3. przesyłanie Energii

4. kształtowanie Materiałów np.: obróbka plastyczna, wiórowa, formowanie tworzyw

5. przetwarzanie Materiałów, procesy zmiany własności fizycznych i chemicznych materiałów

6. transport i magazynowanie Materiałów

7. zmiana postaci Informacji np.: odbierane i przekazywane informacje nie ulegają zmianie i są kodowane lub

występują jako nośnik informacji

8. przetwarzanie Informacji (zmiana charakteru informacji)

9. przesyłanie Informacji

M a s z y n o z n a w s t w o

S t r o n a | 3

P o l i t e c h n i k a P o z n a ń s k a

Parametry maszyn:

– moc

– sprawność (ŋc=ŋ 1 *ŋ 2 *ŋ 3 *...*ŋ n )

– praca

– wydajność (teoretyczna i praktyczna) [ton na godzinę]

– udźwig [w tonach]

– obroty [obrotów na minutę]

– prędkość [metrów na sekundę]

– prędkość obrotowa [radiany na sekundę]

– okres

– siła lub moment obrotowy

– ciśnienie [Paskal 1Pa=N/M 2 ]

Techniką przekształceń i przesyłania energii zajmuje się energetyka . Głównym źródłem energii jest

paliwo a głównym paliwem jest ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel kamienny i brunatny.

Procesy techniczne powodują, Ŝe przedmiot transformacji zmienia:

– własności zewnętrzne (wygląd, kształt)

– własności wewnętrzne (strukturę)

– połoŜenie (współrzędne)

– potencjał (energię)

W procesach technicznych moŜna wyróŜnić strumień główny któremu towarzyszy zazwyczaj

równoległy strumień informacji.

Sprawność to iloraz energii uzyskanej do energii włoŜonej lub pracy uzyskanej do pracy włoŜonej.

Ogólne problemy budowy maszyn:

1. Potrzeba – zaspokojenie określonej potrzeby urządzeniem lub maszyną w określonych

warunkach

2. Projektowanie – całokształt postępowania przy realizowaniu zamierzeń inwestycyjnych,

naleŜy uwzględnić:

a. strumień zadań konstrukcyjnych

b. analiza moŜliwych do zastosowania środków technicznych

c. analiza ekonomiczna przedsięwzięcia

3. Konstrukcja i obliczenia

a. opracowanie załoŜeń związanych z opisem i zasadą działania maszyny, określenie

parametrów liczbowych oraz informacji o warunkach pracy maszyny

b. projekt wstępny, jest to pierwszy etap dobierania cech konstrukcyjnych

c. obliczenia wytrzymałościowe, realizowane są w oparciu o znajomość obciąŜeń i sił

działających na maszynę.

d. dobór kształtów i wymiarów elementów konstrukcyjnych –

W wyniku tych działań powstaje dokumentacja konstrukcyjna (techniczna)

4. Budowa i badania prototypu

5. Produkcja, decyzja o niej jest wynikiem badań prototypu (produkcja jednostkowa, seryjna,

wielkoseryjna, masowa – dotyczy elementów maszyn stosowanych w róŜnych maszynach

(znormalizowane)

6. Eksploatacja, to zespół czynności obejmujących planowanie, uŜytkowanie, obsługiwanie,

przechowywanie i inne przedsięwzięcia mające na celu racjonalne uŜytkowanie maszyny.

Nieprzestrzeganie racjonalnego uŜytkowania maszyny określonych przez producenta zwiększa

koszty eksploatacji.

7. Naprawa, to końcowy zabieg w czasie eksploatacji maszyny wynikający z faktu zuŜywania się

jej poszczególnych części. RozróŜniamy naprawy bieŜące i główne. BieŜące wykonuję się w

trakcie eksploatacji maszyn i urządzeń. Naprawy główne po określonym okresie uŜytkowania,

polegające na wymianie czy regeneracji elementów maszyn.

8. Wycofanie z eksploatacji (kasowanie)

M a s z y n o z n a w s t w o

S t r o n a | 4

P o l i t e c h n i k a P o z n a ń s k a

ObciąŜenia wywołują w maszynie powstawanie napręŜeń, przemieszczeń i odkształceń .

PODSTAWOWE ZASADY KONSTRUKCJI MASZYN

Konstrukcja , to zespół cech obmyślonych ze wzglądu na określoną funkcję maszyny lub urządzenia.

Proces tworzenia konstrukcji nazywamy konstruowaniem .

Zbiór informacji o strukturze maszyny, będący opisem ich budowy nazywamy zespołem cech

konstrukcyjnych .

Cechy konstrukcyjne mogą być:

– materiałowe (informacje o materiałach i rodzajach obróbki) ,

– geometryczne (wymiary geometryczne elementów, odchyłki wymiarowe zapewniające poprawność działania),

– dynamiczne (polegają na obliczaniu obciąŜeń działających na maszynę oraz wyznaczenie wytrzymałości)

Konstruowanie zawiera pewne cechy wspólne dla róŜnych rodzajów maszyn, a wynikają one z:

1. Zastosowania podstawowych części i zespołów w róŜnych maszynach i urządzeniach. Do

podstawowych części i zespołów maszyn naleŜą: śruby, wały, łoŜyska, sprzęgła, przekładnie.

2. Występowanie podobnych problemów podczas konstrukcji podobnych maszyn:

– łączenie części

– łączenie wałów

– łoŜyskowanie

– przenoszenie ruchu

– hamowanie itp.

3. Stosowanie podstawowych zasad konstruowania.

Dwie podstawowe zasady konstruowania:

a. konstrukcja powinna spełniać podstawowe warunki konstrukcyjne w stopniu nie

gorszym od załoŜonego

b. konstrukcja powinna być optymalna w danych warunkach ze względu na podstawowe

kryteria optymalizacji,

Oprócz zasad podstawowych w procesie konstruowania, występują zasady szczegółowe które

nazywamy warunkami konstrukcyjnymi, są to: funkcjonalność, niezawodność, trwałość, sprawność,

lekkość, ergonomiczność, estetyka, bezpieczeństwo itp.

- funkcjonalność , to poprawne spełnienie funkcji przez maszynę do których jest przeznaczona

- trwałość i niezawodność , to uzyskanie Ŝądanego prawdopodobieństwa dobrej i bezawaryjnej

pracy maszyny przy danych obciąŜeniach, w załoŜonym okresie nie krótszym od Ŝądanego

(Spełnienie tego warunku jest związane z obliczeniami wytrzymałościowymi, zuŜyciem,

statecznością)

- sprawność – konstrukcja powinna zapewnić uzyskanie zamierzonej sprawności

- lekkość – wiąŜe się z wyborem materiału oraz rozwiązaniem konstrukcyjnym, konstrukcja jest

lŜejsza gdy stosujemy droŜsze materiały

- względy ergonomiczne – dostosowanie maszyny do obsługującego człowieka, dotyczy to

wygody obsługi, przestrzegania ograniczeń odnośnie hałasu i wibracji oraz ograniczeń

wynikających z przepisów BHP.

- estetyka , ma duŜy wpływ na psychikę człowieka a tym samym na wydajność pracy

- bezpieczeństwo – w przypadku niektórych maszyn i urządzeń jak maszyny transportowe,

zbiorniki ciśnieniowe, maszyny z duŜymi obciąŜeniami naleŜy oceniać współczynnikami

bezpieczeństwa.

M a s z y n o z n a w s t w o

S t r o n a | 5

P o l i t e c h n i k a P o z n a ń s k a

Zapis konstrukcji – abstrakcyjny obraz maszyny powstający w myśli konstruktora jest zapisywany

według ogólnie obowiązujących zasad i umoŜliwia jego wyprodukowanie. Najbardziej

rozpowszechniony zapis konstrukcji to rysunek konstrukcyjny. Rysunki zawierają informacje o

kształcie i wymiarze przedstawionego elementu maszyny, materiale i jego własnościach, oraz

wskazówki montaŜowe oraz wykonawcze.

METODY OPTYMALIZACJI KONSTRUKCJI

Konstrukcję zapisuje się za pomocą zespołu zmiennych które dzielimy na parametry narzucone w

danym zagadnieniu optymalizacyjnym i zmienne decyzyjne które ustalamy podczas procesu

optymalizacji. Przeprowadzenie optymalizacji wymaga precyzyjnego sformułowania problemu

optymalizacji, to znaczy zbudowania modelu matematycznego danej konstrukcji. Model

matematyczny powinien dobrze przedstawiać rzeczywistą strukturę oraz fizyczną naturę zjawisk

zachodzących w określonym węźle maszyny.

Metodyka tworzenia modelu matematycznego konstrukcji

Aby zbudować model matematyczny naleŜy:

1. Określić wielkości występujące w rozwiązywaniu problemu, czyli zmienne decyzyjne i

parametry

2. Określić obszar dopuszczalny w którym poszukuje się rozwiązania

3. Utworzyć funkcję celu albo odpowiedni algorytm który pozwoli ustalić czy rozwiązanie jest

najlepsze.

Konstruktor moŜe wprowadzić optymalizację konstrukcji ze względu na kryteria:

1. optymalny stan obciąŜenia (obciąŜenia dzielimy na stałe i przypadkowe)

2. dobór materiału

3. optymalna stateczność; stateczność to taki stan równowagi układu który umoŜliwia jego skuteczne działanie

ze względu na przyjęte kryterium niezawodności

4. optymalne stosunki wielkości związanych

Metody optymalizacji konstrukcji:

1. Metoda wariantów konstrukcyjnych:

opracowujemy kilka wariantów i dokonujemy wyboru najlepszej w oparciu o przyjęte kryterium

2. Metody analityczne:

polegają na utworzeniu modelu matematycznego konstrukcji i analitycznym obliczeniu optymalnej wartości

przyjętej za kryterium

Wszystkie istniejące metody optymalizacji sprowadzają się do poszukiwania optimum funkcji celu w

danym obszarze dopuszczalnym fi.

u opt

x opt

u – funkcja celu

x – zmienna decyzyjna

Maszynoznawstwo - notatki (Politechnika Poznańska).pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: