1. Cel stosowania sprężyn z napięciem wstępnym
Stosuje się w celu zminimalizowania wymiarów mechanizmy. Stosowane są tam, gdzie siła dostarczana przez sprężynę nie musi się zmieniać od zera, lecz od wartości F>Fo. Dla sprężyn z napięciem wstępnym nieliniowość charakterystyki występuje na początku obciążenia ponieważ siła docisku poszczególnych zwojów różni się między sobą. Chcąc uzyskać siłę F w sprężynie z napięciem wstępnym należy ją odkształcić o f, a sprężynę bez napięcia wstępnego o . Wykres charakterystyk obu sprężyn
l – długość sprężyny,
f – odkształcenie,
F – siła rozciągania
W przypadku sprężyny naciągowej wykonuje z napięciem wstępnym – tj. w ten sposób by zwoje nie miały na sobie nacisku – dzięki temu przy znikomym naciągnięciu powodującym oderwanie się od siebie zwojów sprężyny wg wymiarów nominalnych od razu wykonać napięcie Po.
2. Energia odkształcenia sprężystego
– w przypadku występowania naprężeń normalnych s
– w przypadku występowania naprężeń stycznych
V – objętość elementu, h – współczynnik zależny od obciążenia i kształtu przekroju, E – moduł Younga
W celu zmagazynowania możliwie dużej energii należy wykonać element sprężynujący z materiału, dla którego współczynnik ( naprężeń normalnych) lub (naprężenia styczne) będzie odpowiednio duży. Element ten musi być skonstruowany tak aby wspólczynnik h miał dużą wartość.
3. Niedokładność sprężysta
Niedokładność sprężyny objawia się:
– opóźnieniem sprężystym polegającym na tym, że element sprężynujący poddany obciążeniu uzyskuje pełne odkształcenie nie natychmiast po przyłożeniu obciążenia, lecz dopiero po pewnym czasie jego trwania. Jest to opóźnienie między obciążeniem a odkształceniem. Powoduje, że pomimo stałej wartości mierzonej, wskazania przyrządu z czasem nieco wzrastają. Jest to zjawisko niekorzystne przy budowie dokładnych przyrządów pomiarowych
– relaksacja – jest to opóźnienie pomiędzy odkształceniem a opóźnieniem. Jest to zjawisko zbliżone do opóźnienia sprężystego. Powoduje zmniejszenie wraz z czasem sił wywołanych przez element sprężynujący. Jest to również zjawisko niekorzystne.
– histereza sprężysta polega na tym, że przebieg odkształcenia przy wzroście i zmniejszaniu odkształcenia różni się między sobą.
4. Sprężyna naciągowa sposoby mocowania
– Przez odginanie zaczepu wykonanego z blachy
– Przez wkręcanie wkrętu mocującego sprężynę
– Przez wkręcenie sprężyny w płytkę zaczepową
5. Nachylenie charakterystyki sprężyny
Pochylenie charakterystyki świadczy o sztywności sprężyny, gdyż sztywność dla sprężyn naciskowych i naciągowych jest określona zależnością (dla sprężyny skrętnej ). Kąt pochylenia charakterystyki sztywności sprężyny. Moim zdaniem w elementach sprężystych korzystniejsze jest osiąganie mniejszego pochylenia charakterystyk, ponieważ przy tolerancjach wykonania sprężyny lub jej odkształceniach daje mniejsze wahania siły niż sprężyna sztywniejsza (o większym pochyleniu).
6. Sprężyny napędowe swobodne i w bębnie
Sprężyna swobodna Sprężyna w bębnie
Sprężyna w bębnie nie ma zaniku momentu napędowego podczas nakręcania.
Długość takiej rozwiniętej sprężyny wynosi . Zaletą tej sprężyny jest niewielki koszt. Przy tej sprężynie napęd jest przekazywany przez wałek współpracujący z jej wewnętrznym końcem. Ten wałek służy do naciągania tej sprężyny. Taka sprężyna, gdy pęknie, jej zwoje mogą uderzyć o napotkane mechanizmy i spowodować uszkodzenie, natomiast sprężyna w bębnie nie ma tej wady.
Po odkształceniu jo zwoje sprężyny swobodnej nie stykają się. Niewielkie zmiany momentu występują: dla sprężyny swobodnej , dla sprężyny w bębnie . Sprężyny napędowe swobodne mają zwykle koniec zewnętrzny zamocowany przegubowo do części nieruchomej mechanizmu, a sprężyny w bębnie mają koniec zewnętrzny zamocowany w bębnie, co umożliwia jego sztywniejsze umocowanie, co z kolej powoduje mniejsze straty energii na skutek tarcia wzajemnego zwojów, niż w sprężynach swobodnych. Ponadto sprężyny w bębnie można napinać końcem wewnętrznym, a energię odbierać końcem zewnętrznym, co zapobiega przed zanikiem momentu napędowego podczas napinania.
7. Wyboczenie sprężyny naciskowej
Wyboczenie sprężyny naciskowej zależy od smukłości, obciążenia i jej podparcia.
D – średnica sprężyny; d – średnica drutu; – siła krytyczna przed wyboczeniem; – współczynnik; – wskaźnik sprężyny; – długość początkowa sprężyny;
Sprężyna naciskowa nie wyboczy się, gdy kąt skręcenia j będzie mniejszy od (– liczba zwojów).
Zwoje biją na siebie, nie są szlifowane. Projektowanie z cienkiego drutu i o dużej średnicy sprężyn zapewnia osiowe działanie siły
Aby zwiększyć powierzchnie, którą sprężyna odbiera siłę stosuję się różne ukształtowanie zakończeń sprężyn naciskowych: zakończenia wynikłe z przecięcia zwoju; końce zwojowe zeszlifowane na części obwodu; końce dogięte tak by uzyskać prostopadłość do osi sprężyny; końce dogięte i zeszlifowane tak aby ostatni zwój tworzył płaszczyznę prostopadłą do osi.
8. Współczynnik Wahla (poprawkowy)
dla sprężyn śrubowych naciągowych i naciskowych ; współczynnik Wahla dla sprężyn śrubowych skrętnych . Wpływ czynników sił F1 i F2 oraz momentu Mg – uwzględnia się poprzez wprowadzenie współczynnika poprawkowego k. Współczynnik ten zależy od wymiarów sprężyny, średnicy średniej zwojów sprężyny D oraz średnicy drutu d. Materiał jest źle dobrany dla małych D, ponieważ k wtedy szybko wzrasta. Występuje to wtedy, gdy s<5.
9. Elementy sprężyste ciśnieniowe
– Rurka Bourdona (wykonana z brązu)
Różnica ciśnień między ciśnieniem zewnętrznym a wewnętrznym rurki powoduje ugięcie końca rurki będące miarą różnicy ciśnień. ZASTOSOWANIE: pomiary ciśnień nie mniejszych niż 0,096Mpa. Górny zakres zależy od kształtu rurki.
– Membrany i puszki membranowe.
– Mieszki sprężyste
Stosowane do pomiaru różnicy ciśnień wewnętrznego i zewnętrznego i odwrotnie. Zamiany siły przyłożonej do denka na ciśnienie. Ogólne zastosowanie w przyrządach mierniczych, układach przekaźnikowych oraz urządzeniach automatycznych itd.(jako elementy o małej sztywności).
10. Zasada działania termobimetalu
1. Rodzaje tarcia w łożyskach. Przykład, sposoby oszacowania.
- tarcie ślizgowe (koszyczek ślizga się o kulki, bieżnie pomocnicze trą o wałki);
- tarcie toczne (kulki trą tocznie po bieżni);
- tarcie wiertne;
- tarcie w smarze (im gęstszy tym większe);
Oszacowanie momentu tarcia:
- za pomocą wzorów empirycznych zawartych w katalogach;
- metodą dobiegu;
- metodą wybiegu (doświadczalnie). Porównanie dwóch łożysk
2. Rola smarowania i uszczelniania łożysk tocznych. Przykład uszczelnień.
Rola smarowania i uszczelniania: (uszczelnienie) ochrona przed korozją i zmniejszenie oporów ruchu, odprowadzenie ciepła; (smar) ochrana przed zanieczyszczeniem, ograniczenie stykania się metali, zmniejszenie zużycia, odprowadzenie ciepła. Łożyska toczne wymagają niewielkiej ilości smaru, gdyż jego nadmiar zwiększa opory tarcia. W łożyskach pracujących do 70°C – smar stały, powyżej olej mineralny. W zależności od rodzaju smaru i szybkości konieczne jest odpowiednie uszczelnienie łożyska. Uszczelnienie zapobiega też przed przenikaniem obcych ciał np.: pyłu, wilgoci. Uszczelnienia mogą być niezwiązane z łożyskiem (między pokrywą i wałkiem) lub występować bezpośrednio w łożysku. Pierwsze z nich to pierścienie filcowe, kołnierzowe i labiryntowe.
Wśród łożysk rozróżnia się z osłonami blaszanymi (Z – jednostronne, ZZ – dwustronne) i uszczelnieniami gumowymi (RS – jednostronne, 2RS – dwustronne).
3. Łożyska nakrywkowe (wzdłużne)[łożysko ślizgowe].
Siły poprzeczne przyjmuje panewka poprzeczna, a siły wzdłużne panewka wzdłużna ukształtowana jako płytka, o którą opiera się stożkowe lub kuliste zakończenie czopa. Moment tarcia łożyska: . Gdy łożysko jest obciążone tylko własnym ciężarem Q to przy położeniu:
- poziomym
- pionowym .
Moment tarcia w położeniu pionowym wałka jest znacznie mniejszy niż w położeniu poziomym. Luz między czołami obu panewek (0,02¸0,03mm) ułatwia utrzymanie oleju w miejscu pracy czopa z panewkami. Przejście czopa ze średnicy d do średnicy wałka jest ukształtowane jako łuk o promieniu R, dzięki temu unika się spiętrzenia naprężeń. Siłę poprzeczną przejmuje panewka mineralna poprzeczna wtłoczona na płytkę mechanizmu. Siłę wzdłużną przejmuje panewka mineralna ukształtowana jako płytka i wtłoczona na płytkę nakrywkową. Moment tarcia w położeniu pionowym wałka jest znacznie mniejszy niż moment w położeniu poziomym. W rzeczywistości stosunek będzie mniejszy, gdyż moment jest większy od obliczonego. Aby osiągnąć stały moment tarcia bez względu na położenie należy wykonać na końcu czopa zakończenie wklęsłe. , ponieważ m’<1,24, Momenty tarcia w obu przypadkach będą prawie równe chodź większe niż poprzednio.
4. Łożyska kulowe
W tych łożyskach powierzchnia nośna panewki może być kulista, stożkowa lub walcowa. Przy powierzchni kulistej łożyska mogą przenosić większe obciążenia niż inne łożyska, najczęściej stosowane jest powierzchnia stożkowa ze względu na łatwość wykonania, ponadto można kasować luz w skutek dociśnięcia.
5. Łożyska nożowe i pryzmatyczne.
Nożowe:
k= 0,4¸0,5. Należy do ułożyskowań tocznych. Łożysko nożowe jest łożyskiem otwartym a więc może wykonywać tylko niewielkie ruchy wahliwe.
Pryzmatyczne:
Łożysko otwarte, ułożyskowanie ślizgowe z panewkami pryzmatycznymi. Siła działa w nich stale w jednym kierunku na pryzmatyczną panewkę. Ułożyskowanie osi jest bardzo dokładne. Stosowane w mechanizmach dźwigniowych z krótkimi ramionami.
6. Łożyskowanie na zasadzie stałej oprawy i stałego wałka
Przykład ruchomego wałka Przykład ruchomej oprawy
Ruch oprawy jest gorszy, ponieważ przy styku kulki z oprawą promienie krzywizny kulki i wałka różnią się bardziej niż w pierwszym przypadku.
7. Łożysko stożkowe
Krawędziowa powierzchnia nośna, wykonane ze stali hartowanej o małej chropowatości. Łożysko wykonane jest najczęściej na wkręcie w postaci stożkowego nawiercenia i walcowego otworu, gdzie l>d/2. Moment tarcia od siły poprzecznej wynosi , przy czym najmniejszy jest dla 2b=60° oraz 2a=90¸120°
8. Łożysko kiełkowe
Sposób ułożyskowania podobny do łożyska nożowego. Czop stożkowy z kulistym zakończeniem o promieniu r współpracuje z czaszą kulistą o promieniu R lub w kształcie stożka. W obu wypadkach musi być spełniony warunek R>r. w tym celu zapewnia się wałkowi tylko jeden stopień swobody, przez ułożyskowanie na obu końcach w dwóch przeciwległych panewkach umiejscowionych najlepiej we wkrętach co pozwala na kasowanie luzu wzdłużnego. Przy osiowym obciążeniu wałka występuje wyłącznie tarcie wiertne (szczególna odmiana tarcia ślizgowego). Jeśli siła F działa wzdłuż osi to obszar styku ma kształt koła o promieni , maksymalny nacisk moment oporów ruchu .
1. Sprawność – jest to stosunek wielkości użytecznej wydanej przez układ do wielkości tego samego rodzaju dostarczonej do tego układu. Straty tarcia ujmowane są w pojęciu sprawności zazębienia zespołu konstrukcyjnego, w którym sprawność jest bardzo istotna.
Przekładnia ślimakowa h – sprawność, g – wznios linii śrubowej, r’ – pozorny kąt tarcia. Ta przekładnia jest samohamowna gdy: h<0,5.
Przekładnia śrubowa – kąty pochylenia zębów, m’ – pozorny kąt tarcia. Ta przekładnia jest samohamowna gdy: h<0, czyli w przekładniach im sprawność jest większa tym samohamowność jest mniejsza.
2. Przekładnia cięgnowo – cierna.
So – przed obciążeniem momentem; S1, S2 – po obciążeni momentem; Su – naciąg użyteczny;
Zadania: służą do przenoszenia ruchu za pomocą cięgien. Dokładniejszą przekładnię jest przekładnia z cięgnem utwierdzonym (brak poślizgu, stałość przełożenia).
3. Samohamowność
Jest to własność mechanizmu polegająca na tym, że po usunięciu siły napędzającej powodującej ruch obciążonego elementu, siły tarcia powodują zatrzymanie elementu. Występuje ona gdy kąt działania siły jest mniejszy niż kąt tarcia. Samohamowność jest często wykorzystywana w przekładniach ślimakowych, prowadnicach oraz mechanizmach ustawczych. W przekładni ślimakowej dzięki występowaniu samohamowności nie można wywołać ruchu ślimaka przekładając moment na ślimacznicą. Samohamowność zmniejsza sprawność mechanizmu, jeżeli ona nie występuje, wtedy mamy większą sprawność i przekładnia ślimakowa pracuje jako przyspieszająca.
4. Przekładnia cierna
W przekładni tej ruch przekazywany jest z członu czynnego na bierny w sposób bezpośredni lub pośredni za pomocą stożka lub kuli. W przekładni na koło bierne przekazywany jest moment , gdzie m – wspólczynnik tarcia na styku kół. Moment możemy zwiększyć przez zwiększenie siły docisku, tak by nie przekroczyć maksymalnej oraz przez zwiększanie wartości m, które zależy od przyjętych materiałów, oraz przez zwiększanie , ale pociąga to za sobą wzrost momentu bezwładności. Korzystny jest efekt, gdy klinowane są wieńce kół. Uzyskujemy dwie powierzchnie trące. Przekładnie talerzowe umożliwiają zmianę prędkości kątowej w szerokim zakresie, oraz realizują przełożenie w dwóch przeciwnych kierunkach przez zmianę położenia koła napędzającego.
5. Obliczenia do przekładni ślimakowej
– średnica podziałowa, – średnica podstaw, – średnica wierzchołków ślimaka, – średnica podziałowa ślimacznicy, – średnica wierzchołków ślimacznicy, – średnica podstaw ślimacznicy, ilość zębów z – ślimaka, Z – ślimacznicy, g - kąt wzniosy linii zębów,. Przekładnia jest samohamowna, gdy h’£0, g£r’. gdzie r’ – pozorny kąt tarcia, m - współczynnik tarcia miedzyzębnego.
6. Kąt przyporu, wskaźnik zazębienia.
Kąt p...
aliens12