Osnovi Maš.Konstrukcija I-Dušan J. Vitas-1979

DUSAN ]. VITAS

~N1tV'

MASINSKIH+KONS~RU\KCIJA . .

,

PHO IZDANJE

.',

BEOGRAD, 1979.

U N

v

E

R

Z

TETSKJ

UD2BENICI

PREDGOVOR PRVOM IZDANJU SadrZinu ove knjige cine neSta izmenjena i pros.rrena predavanja koja vee niz godina ddim na MaSinskom fakultetu u Beogradu. Gradivo je pocieljeno u dva dela. U drugom delu bice uglavnom obradena pitanja koja se odnose na uticaj pojave zamora materijala na oblike elemenata; osim toga, predviden je i saZer osvrr TIa zavisnost obli.k:a elemenata od metoda lzrade i na lake konstrukcije. Gde je bilo potrebno ukazivano je na jugoslovenske standarde (JUS), a izvesni podad 0 jugoslovenskim standardima nalaze se i u tekstu. Medutim, za verodostojno tumacenje i pravilnu primenu jugoslovenskih standarda merodavne Sll isk1;uCivo originalne zvaniene publikacije Jugoslovenskog zavoda za standarclizaciju. Knjiga je namenjena sluSaocima masinskih fakulteta kao literatura. Profesoru dr inz. MiIanu TrbojeviCu izraiavam veliku zahvalnost na ulozenorn trudu za pregled rukopisa i na korisnim s:ugestijama.

_.

Oktobra 1965. Beograd

PREDGOVOR DRUGOM IZDANJU Drugo se izcianje ne razlikuje znatno od prvoga: nekoliko reCi 0 uticaju buke koju stvaraju roMine, izmene i dopune u crtezima, izvesne ispravke u tekstu. Gdc god je bilo umesno, jedinica za silu kilopond zamenjena je kilon;utnom. Decembra 1969. Beograd

Dusan j.

Vilas

PREDGOVOR TRECEM IZDANJU Trece je izdanje preslikano sa drugog. Izvesne tehniCke greske u tekstu

su ispravljene. U meduvremenu je, po JUS"u, povetan broj kvaliteta za tacnost mera na devetnaest: uveden je najfinlji kvalitet oznake ,,01" (ispred kvaiitet;a ,,1" - str. 47 i 48). Za izdawCI f)l"{Igoslm- jOkfll'ic:, umdnik BIJ:ic(1 VidanOl'h:,

lehu. urcdnik

COff/aIlG Knli{:

Ti1'a£: 3.000 prime1'akll:

Stampa: Stamparija .,Bakar" "Bor

Dcian J, Vitas Marta 1973. Beograd

1. OPSTA NACELA U KONSTRUISANJU 1.1. KONSTRUKTOR I KONSTRUKCIJA

I',

Konstruktof, primajuCi se zadatka da konstruile maSinu lli da projektu;e postrojenje, prima i obavezu da izradi projekt ko;i Ceo potpuno i pouzdano odgovoriti svojoj nameni, kaji je u skladu sa savremenim stanjem nauke i tehnike-i koji mou biti ostvaren sa 8tO manje ttclkova...- lpak, projekt ne maze uvek: - bid »apsoI utnoc: optimalan jer ponekad mora biti prilagoden mesnim ill trenutnim mogucnostima za ostvarenje ill jzuzetnim uslovima u eksploataciji. Konstruktor je odgovoran za funkcionalnu ispravnost svo;e konstrukci;e i za njenu ostvarljivost. Zbog toga opita sprema konstruktora treba da pociva. na pr,vom mestu, na poznavanju teorijskih i 6snovnih primenjenih tehnickih nauka (teorijske i primenjene fizike, nauke 0 materijalu i nauke 0 stvaran;u i proizvodnji oblika itd.), zatim na temeljnom poznavanju struCnih. problema iz sire oblasti maSinstva i, -najzad, narocito na poznavanju problema iz me oblasti masinstva) kojoj se konstruktor posvetio. Konstruktorrpn rebvanju zadatka, UZima U ohzir sve z$teve koje konstrukcija mora da zadovolji - i 2ahteve koje postaVl;a pornffiac (investitor) i uslove koji poticu od namene konstrukcije pa se nameeu sami po sebi. Konstruktor prau i izradu svo;e konstrukcije u fabricl i njen fivot u eksploataciji. On na taj naan otkriva slabosti konstrukclje stieuQ. dragocena iskustva za buduca nova, 001;8 re8enja. Sa istim cl1jem On stalno-prati razvoj nauke i tehnike, a narocito razvoj konsttUkcija iz srodnih oblasti maSinstva. Objavljivanjem svojih zapazanja i iskustava pomaie i drugima u re8avanju problema u konstruisanju. Dok se konstruisanje, ranije~ u mnogome osnivalo na empiriji, danas sve viSe preovladuju objektivne, naucne metode u toj oblasti stvarala~kog rada. Konstruisan;e se najceSce svodi na usavrSavanje posrojetih konstrukcija, tj. na rekonstrukcije, radi pruagodavanja funkcije izmenjenim ill novim zahtevima kao lito su izvesna izmena ill proSirenje namene, smanjivanje tei;ine ill cene~ povecan;e kapaciteta itd. Iz dana u dan stvaraju se nOve i bolje konstrUkcije aparata i masina i nova postrojenja u skladu sa novim potrebama i shvatanjima i sa savremenim mogucnostima i dostignuClma tehrtike (materijaI, metode izrade, organizacija proizvodnje, usavrSeni oblici elemenata meSilla i dr.). Izmedu savremenih i ranijih konstrukcija ponekad su razlike vrlo velike (51. 1.1 i 1.2); te su razlike, najceSce, posledice postepenih usavrsavanja. - Rede se ukazuju prilike za konstruisanjem potpuno novih, originalnih maSina.

T

6

1. OP$TA NACELA U KONSTRUISANJU

l.Z. tJTICAJI NA RESAVAN,fE KONSTRUKCLTE

Bez obzira na to da Ii je u pitanju potpuno nOva konstrukcija Hi ozbiljnija rekonstrukcija nllirlO je da se pre usvajanja konacnog fden;a i pre organizQvanja tehnoloskog procesa serijske proizvodnje obavi svestrano laboratorijsko ispiti-

7

virna koje buduea konstrukci;a treba da ispuni. Pri utvrdivanju osnovne koncepcije uvek: je korisno problem feSavati u nekoliko varijanata. Kada odredena koncepcija postane zrela, na osnovu analiziranja, treba je uporediti sa vee izvedenim

Sl. 1.2 -

Pisaca

ma~ina

iz 1866. i 1950. g. (Triumph-Werke, Ntirnberg, A. G. ) [10]

konstrukcijama slicne nament pa tek tada usvojiti konacnu koncepciju. _Idejna skiea je rezultat toga rada. - U drugoj fazi, na osnovu idejne skice, izruduje se generaIni projekt, pa najzad, razraduje generalni projekt rasClanjavanjem konstrukcije na grupe, podgrupe i detalje [1, 2, 3, 4, 22J.

U toku konstruisanja Heba stalno voditi racuna 0 Citavom nizu opstih i posebnih uslova koji mora;u biti zadovoljeni. U opste uslove koje svaka konstrukcija mora da zadovolji ulaze, na primer, ekonomicnost u proizvodnji i u eksploataciji, podobnost elemenata za izradu, za obradu i za sklapanje, podobnost rnasine za rukovanje i ze odriavanje, izbor odgovarajuceg materijala, primena srandarda itd. - Kratak osvrt na neke uslove dat je u sledecem odeljku.

1.2. UTI CAlI NA RESAVANJE KONSTRUKCIJE 1.2.1. NAl\1ENA

SI. 1.1 - Parna lokomotiva iz 1867. g. (Krauss) i savremena dizelhidrauliena lokomotiva slovenskih zcieznica (Krauss-Maffei)

Jugo~

vanje prototipa bila U originalnoj velicini bila na modelu umanjenom po zakonu slienosti tela (V. od. 2.4.). Na sliean nacin mogu bid ispitivani i elem~nti mMina, sklopovi elemenata, zasebni uredaji i aparati, pa i cela POstfojenja. Ispitivanja treba obavljati sa ho viSe uslova bliskih eksploatacionim uslovima.

Prvi korak u konstruisanju je srvaranje osnovne koncepcije nove konsrrukcije iii rekonstrukcije na osnovu samostalnog razmiSl;anja 0 nameni i 0 svim u510-

Namena konstrukcije je osnovni i polazni uslov za resavanje zada"':ka koji je postavljen konstruktoru. Namenom je vee odreden, pored opstih, i niz poseb~ nih uslova koji moraju biti zadovoljeni. Posebni uslovi) prema prilikama, mogu biti vrlo raznovrsni pa i razliciro uticati na resavanje konstrukcije. Resenje zadatka zavisice, na primer, i od togo. da Ii ce masina raditi u Cistom i zaSticenom prostoru iii u polju gde ce biti izlozena prasini i1i kisi, da Ii ce personal koji treba da rukuje masinom biti vise ill manje skolovan, da Ii je teziSte zadatka u sto manjoi teiinr iE zapremint iii u niskoj ceni iii u izdriljivosti, da Ii je rnasina odredena da radi sa prekidima iii besprekidno, da Ii je predvidena pojedinacna iii serijska odn. masovna proizvodnja, da li 11131':1na treba da radi Sto rise zbog okoline, kakav materiial stojl na raspolaganju 1 S obzirom na osobine i S obzirom na cenu i S obzirum na rok isporuke iId.

8

1. Or$TA NACELA U KONSTRU!SAN,TU

Kada se> na primer) projektuje brzovozna motoma lokomotiva - a time je vee definisana njena osnovna namena -- treba imati u vidu i niz posebnih uslova kaje takva lokomotiva treba da zadovolji: spoljasnje mere u granicama gabarita Z3 odredeni kolosek, propisanu brzinu na horizontali ili na usponu odn. i u krivini za zeljenu teZinu kompozicije, osobine odredene vrste tecnog goriva za motor, veliCinu rezervoara za gorivo S obzirom oa ieljeni radius kretanja lokomotive bez popunjavanja rezervoara gorivom i dr. Lokomotivski dizelmotor i po obliku i po zapremini i po tezini mora biti prilagoden gabaritu lokomotive i dopustenom osovinskom pritisku, dok za stabilni dizelmotor u elektricnoj centrali ne postoji takvo ogranicenje. Iz istih razloga, abUk lokomotivskog kotla za parnu lokomotivu znatno Sf': razliku;e od oblika stabilnog parnog kotla za toplanu. Konstrukcije jednake narnene. i kada su lzgradene u istom vremenu i kada se prakticno mogu smatrati podjednako uspelim, razlikuju se medusobno; razlike su c-esto znatne. Taka se mogu videti razlicite lokomotive iIi razliciti automobili jednake namene, snage i brzine, razliciti strugovi ;ednakog kapaciteta predvideni za istu vrstu obrade. 1ma vise uzroka od kojih potice ta razliCitost: oprema i podobnost masinskog parka f&brike koja je izgradila maSinu, mogucnost nabavke materijala, kolicina izgradenih primeraka, raspoloziva finansijska sredstva, posebne zelie potrosaea proizYoda-, inventivnost pa cak i navike i sUbjektivna naklonost konstruktora itd. Razlike Sil u rdenjima utoliko jace ukoliko je postavljeno vise posebnih zahteva: na primer, kada;e rec 0 vozilu, da voznja bude ito udobnija, da sediSta mogu bili pretvorena U postelje, da potrosnja goriva bude ito manja, da vozilo bude sto manje iii sto lakSt; da moze razviti vrlo veliku brzinu itd. T na razlicitim maSinama jednake narnene ima neeeg zajednickog. To fill, na prvom mestu) standardni clementi, npr. zavrtnji, zatirn uredaji i instrumenti koje proizvode specijalizovane fabrike, npr. mazalice, manometri, termometri, brzinomeri itd. Zajednicke mogu biti~ delimicno iii pOtpuDO, izvesne karakteristike i standardne mere; precnici automobilskih tockovs, razmak. izmedu lokomotivskih tackova, prikljucci za e1ektricni vod iIi za vodovod. Metode Z3 proveravanje karakteristika masina su jednoobrazne, standardne, testo utvrdene medunarodnim propisima. Konstrukcija mas-ine mora biti prilagodena tak.vim propisima da bi bila priznata. Savremcne rnasinske konstrukcije i postrojenja sve se vise odlikuju automatic-nosell i opstom jakom napregnutoscu, npr. visokom produktivnosCu, visokim temperaturama, Jakim naprezanjima materijala, velikim brzinama iii brojevima Qbrta u jedinici vremena. Zbog toga je, radi ispravnog funkcionisanja i kontrole rada masine iIi postrojenja, potreban niz pomocnih uredaja, kontrolnih instrumenata i raznovrsnih automata (mehanickih, optickih, akustickih, termickih, hidraulickih, pneumatickih, elektrickih, elektronskih i kombinovanih). Sigurnost masine ill postrojenja zayisi i od sigurnosti pojedinih elemenata i od sigurnosti sistema kao celine zajedno sa instrumentima, uredajima i automatima. Elementi ma.sine mogu~ prema prilikama, postati neupotrebljivi zbog prelorna bilo statickog bilo dinamitkog porekla, zbog nedopustenih e1asticnih iii pIastienih deforrnacija pod uticajem mehanickih ili termickih naprezan;a. zbog pohabanosti ili korodiranosti ili spoljnjih ostecenja ili neispravnosti materijala, zbog starenja ~ tj. zbog promena osobina u toku racia. Svaki element masine, i najmanji, ima odredenu ulogu i treba da bude pai:ljivo prollcen i usvojen, ali posledice neispravnosti sVakog pojedinog elementa nisu jednake. 2ato treba sa vise paZnje

1.2.. UTICA.rl NA RESAVAN.TE lCONSTRUKCIJ"E

9

prouciti i konstruisati element ciji bi eventualni prelom iii kakav drugi defekt izazvao katastrofu iIi dnzi prekid u rsdn maSine ill postrojenja. Sklopovi m~ine, posebni agregati, posebni uredaji, instrumenti' i automati mogu, nezavisno od svojih e1emenat8, biti ill postati neupotrebljivi i zbog drugih uzroka koji potitu bilo od ncuspele koncepcije resenja, bilo-od lose izrade, netaenog sklapanja ili nebriZljivog rukovanja i oddavanja. Neispravnosti u funkciorusanju, rna koga porekia one bile, mogu naneti iii nanositi znatnu stetu u radu maSina i postrojenja, i ukociti ceo proces rada ili proizvodnje, pa zbog toga proueavanje uzroka neispravnosti i moguCnosti njihovog otklanjanja zasluzu;e posebnu pain;u. To je i povod sto se danas sve vise neguje i razvija teorija 0 pouzdanosti rada masine i postrojenja [12,22]. Vporedo sa pitanjem pouzdanosti u radu i uzroka ko;i dovode maSine do neupotrebljivosti ide i pitan;e staren;a odo. veka elemenata, aparata, mMina i posrrojenja, koie je svakako bitno za acenu ekonomicnosti. Na vek masine i njenih delova utice znatan broj faktora [5, 22J. - Bilo hi idealno kada hi vek cele masine bio jednak veku svakog njenog elementa, ali je takva teZnja neostvarljiva posto svi clementi masine ne mogu biti uvek onako vremenski iskoriSCavani kako je konstruktor predvidao, npr. zupcanici automobilskog menjaea, niti ce svi e1ementh u eksploataciji, jednako~trpeti od neoeekivanih preopterecenja iIi udara; ~nikako ne bi bilo racionalno da element,i' koji se lako j srazmerno jeftino mogu zamenjivati u toku eksploatacije mssine\ budu predimenzionisani sarno zato da bi postigli vek drugih elemenata posto hi takvo re§enje dovelo do nepotrebnog povecanja cene, teZine ili zapremine masme. 1.2.2. NAPONSKO STANJE, OBUK, TEtINA

Oblik i velicinu elementa treba tako birati da naprezanja materijala u svakoj tacki, po mogucnosti, budu sto vise ujednacena i da ne prekorace dOpusttplll velicmu. Nacel0 podjednake napregnutosti materijala na svakom mestu (u = const., ?: = const.) dovodi do racionalnog iskoriscavanja materijaia, ali se nikada ne moze potpuno ostvariti posto na izbor oblika i velie-ine utice ne sarno naponsko stanje vee i drugi uslovi: funkci;a, oblik.i dimenzije poluproizvoda, nacin izrade~ mogucnost sklapan;a, materi;al i dr.' Osovina, izlozena savijanju, trebalo bi da ima oblik kubnog paraboloida da bi ivicoi naponi bili jednaki na svakom mestu izmedu oslonaca; to hi hila ,idealna~ osovina s obzirom na iskoriscenje materijala. Stvarna osovina mora imati drukCiji oblik; ukoliko su konture stvarne osovine bliZe konturama idealne osovine, utoIiko je reknje povoijnije s obzirom na naponsko stanje (s1. 1.3). Primena nacela podiednake napregnutosti materijala moze, u nekim slueajevima, dovesti do znatnog ~man;ivanja tmne elemenata. Radi primera prikazana Sll na s1. 1.4. tetid oblika poprecnog preseka grede izlozene savijanju za horizontalou osu; za jednak moment savijanja> za jednak materijal i za jednako dopu&teoo naprezanje je priblizan odnos tezina G 1 : G2 : G3 : Gil. = 1 ; 2: 3 : 4. Najteza je greda punog kruznog poprecnog presek:a. To je posledica neuskladenosti masa preseka i napona pti savijanju. Prirodna je teinja kons~ruktora ka smanjivanju teiine elemenam i cele 1;;:onstrukcije; tome cilju sluzi i sam statitki proracun konstrukd;e. Medutim. ponekad se postavlja ostar zahtev da konstrukcija bude sto lakSa, narocito za avione pa i

!.Z. UTICAJr NA RESAVAN:JE KONSTRUKCIJ"E

L OPSTA NACELA U KONSTRUISANJU

10

za druga vozila; tada se primenjuju posebne metode u konstruisanju i u fabrlkaciji (v. od. »Lake konstrukcije«). Za clemente masina, izlozene jakim promenljivim naprezanjima i zamaranju materijala, vrio je znaeajno prouCavanje i odredivanje naponskog stanja, naI

1

I I t

Idealna osovitta kon-

stantnog ivienog napona (njene

konture oznacene isprekidanim liniiama)

~ /"

,

.--,

-.1

-f-'Li-

S1. 1.3 -

I

.~

i

(

4

2

,. ",/.

d

Sl. 1.4 - Odnas teUna prikazanih greda. razliCitih velicina i oblika preseka 12nOS1 G 1 : G t : Gt : 0, :1;l 1 : 2 : 3 : 4 - .pri savijanju, pod jednakim ostaHm uslovima ~

,..-

roCito za e1emente izlo:iene jakoj koncentraciji napona. Prelomi od zamorenosti materijala nisu retka pojava, a posto cesto nije moguce raeunom odrediti napone, mora se pribeei laboratorijskom ispitivanju napona takvih elemenata, npr. fotoelastienim putem, da bi oblik mogno bid praviina konstruisan. Zbog toga je znatan deo izlagan;a U ovoj kn;izi posvecen pitanju konstruisanja ob1ika u vezi sa naponima. 1.2.3. STANDARDI

I Standardi su obavezni za konstruktora. Samo izuzetni razlozi mogu opravdati odstupanje od standarda. Ukoliko se vise primenjuju standardni obilci, utoliko je konstrukcija jeftinija, a vreme za konstrUisanje i izradu krace. Za sve ono &to nije predvideno standardima rugoslovenskog zavoda za standardizaciju, a znacajno je za fabriku, korisno je propisivati unutrasn;e fabricke standarde; to se narocito odnosi na tipizaciju i unifikaciju specifienih fabrickih proizvoda. Osnovni pojmovi 0 standardima i tolerancijama izneseni su U odel}cima 2. 3. ove knjige. 1.2.4. MA TERlJAL

Vrlo je obilan izbor vrsta materijala za elemente ma1;inskih konstrukcija pogotovo danas kada su) pored metala, nasle siroku primenu i nemetalne materije, prirodne i veStacke. Za izbor materijala merodavne su njegove osobine: mehanicke: cvrstoca (jacina), granica razvlacenja, dinamicka izdriljivost, tvrdoca, modul elasticnosti i dr.,

II

fizicke: specifiena tdina, provodljivost toplete, provodljivost elektdcitetu,

koeficijent siren;a na toploti i dr., hemi;ske: otpornost protiv uticaja vlage. kiseJina, soli i s1. i tehnoloske: livk0St, kovkost, zavarivost. lemljivost, obradivost itd. Do saznanja 0 osobinama materijaia dolazi se ispitivanjem po propisanim ili uobieajenim jednoobraznim metodama. Jugoslovenskim standardima propisan ie znatan broj metoda ispitivanja materijala (za metale JUS _. grana C, glavna grupa C. A; za drvo - grana D, glavna grupa D. A; za gumu - grana G, gtavna grupa G. S). 0 metodarna ispitivanja ima dasta podataka u struC!loj literaturi [14, 16, \7, 18, 20]. Uslovi pri ispitivanju materijala nisu jednaki uslovima u eksploataciji mssina. Stoga je potrebno da konstruktor poznaje i metode ispitlvanja materijala i uslove u kojima se vrSi ispitivanje da bi magaa priblizno oceniti koliko ce se i kako menjati ponasanje mater-jjala u stvarnosti, u eksploataciji. Mehanicke osobine materijala utvrduju se, najcesce, ispitlvanjem epruveta propisanog oblika i veliCine i obradenih na odreden naCin liZ propisane uslove. Medutim, stvarni elerrJ.ent masine moze imati veti iIi manji precnik od epruvete iii sasvim drukCiji oblik, moze biti Za vreme rada izlozen hemijskim uticajirna iii toplati iii hladnoti, moze biti izraden i obraden drukcije od epruvete itd., a sve to utice na ponasanje materijala u eksploataciji. Na primer, tanka sipka od livenog gvozda irna relativno vecu cvrstocu na kidanje od debele $ipke, dinamicka izdrzijivost celicne sipke izlozene savijanju iIi torziji srazmerno je manja kada joj je precnik veti, korodiran celik pokazuje znatno manju dinamicku izddljivost ad zdravog celika, izdriljiYost celika pocin;e osetno da popu1ita na temperaturama Iznad 350~ C, fjno obradeni delovi su dinamiCki izdriljiviji- od grubo obradenih itd. Zbog toga, u zavisnosri od uslova u radu, ispitivanja moraju biti svestrana, a ponekae: je fiuino d~ se dement ispita u svojoj prirodnoj velicini pod uslovima bliskim uslovima u eksploataciji - ukoliko je to moguce. Takvo je ispitivanje skopcano sa znatnim tr05kovima. ,---' Prilikom biranja materijala treba uoCiti osobine koje materijal mora da ima za element odredene namene. Na izbor materijala, pored namene, utiCu i oblik elementa i podesan nacin za izradu toga oblika, vrsta naprezanja, velicina i bro) komada, odnos osobina materijala dvaju elemenata koji su u sklopu, mogutnost i rok nabavke, ceua i drugi posebni zahtevi. Na primer, kada je u pitanju habanje, ne dolazi u obzir aluminijum vee materi;al po prirodi atporan protiv -habanja iJi materijal koji se legiranjem iIi tennickorn obradom maze utiniti otpornim protiv habanja: sivi liv, bronz8, neke vrste celika. Obicno liveno gvoide ~ slvi liv - ne valja upotrebiti za elemente izlozene jakom zatezanju jer je slvi liv nedorastao za takvo naprezanje. Za elemente komplifovanog oblika bira se materijal koji se maze dobro liti. Za de10ve koji se krecu naizmenicno pravolinijski velikom brzinom uzima se materijal relativno 1ak u odnosu na Cvrstocu npr. celik velike cvrstoceili legure aluminijuma (v. ad. 10.3.3), radi smanjivanja pokretnih masa i inercijalnih sila. Za opruge treba birati mater!j~. ko;i ima visoku granicu razvlacenja. Zategnuti elementi su nailakSi i najjeftimp kada su od ceHka velike cvrstoce. Za elemente izlozene jakom dodirnom p:itisku pot~eban je materijal velike tvrdoce. ~ Nizom drugih primera l~oglo bi se ukazatl na osobenosti pojedinih vrsta materijala i na njihovu, podobnost za elemente masina u zavisnosti od namene; to je uCinjeno u pojedinim odcljcima ove knjige. U strucnoj literaturi ima niz korisnih Dreporuka za izbor masinskog ~ materijala [2, 13~ 14, IS) 17, 18, 19, 2l].

1. OPSTA NACELA U KONSTRUISANJU

1.2. UTICA.T! NA aESAV ANJE KONSTRUKCIJE

Ukoliko je v.ise raznovrsnih zahteva koje materijal treba da zadovolji, utoliko je izbor tdi. Ponekad je korisno promeniti obUk elementa iIi koncepciju sklopa elemenata da bi neki zahtev bio zadovoljen. Na ovakav korak moze konstruktora prisiliti nemogucnost nabavke ili cena odredene vrste materijala. U takvom slucaju se ))optimalni« materijal zamenjuje nekim drugim materijalom srodnih 080bina mada manje pogodnim. Jugoslovenski standardi sadrze detaljne propise i podatke 0 klasifikaciji, OZnacavanju, osobinama i primeni masinskog materijala i po]ufabrikata, i to za metale (grana C), za drvo (grana D) i za gumu i plasticne mase (grana G),

svi ZUpcamCl irhaju jednak broi zubaca. Ako se pretpostavi da je torziOnl moment M L) koji potice od otpora vratila III, periodicno promenljiv, kako to pokazuje dijagram (51. 1.7 - desno), trooite se najbIie isti zupci na sva cetiri zupcanika - i to oni zupci koji se periodiOlo nalaze u sprezi u trenutku kada je torzioni moment najveCi dok ce vek ostalih zubaca biti znatno duZi. Ako se zeli postici ravnomerno trooenj"e zubaca zupcanilca 2 i 3, treba im pOveCati bra; zubaca, npr. za po jedan zubac; tada ce svaki zubac zupcanika 2 i 3 na smenu ulaziti u najnepovoljniju spregu poste Zt (odn. zJ obITa pa Ce se ravnomerno trositi svi zupci zupcanika 2 i 3. To se ne moze postiCi sa zupcima zupeanika 1 i 4, ali zato mogu hiti od materijala veee tvrdoce"

12

13

om

1.2.5. HABANJE. KOROZI]A

Habanje je nezeljeno odvajanje cesrica materijala pod utlcaJem mehanickog delovanja si12 nenja ili pod uticajem otpora kotrljanja, udara kakvog mlaza, ka· vitacije. Proces habanja je vremenski proces koji najeesce tece prema dijagramu na 51. 1.5, na kome je data zavisnost pohabanosti od predenog puta; u pocetku je proces habanja intenzivniji (linija 0-1) cia bi se docni;e ustalio kao .proces progresivnog habanja. Posledice habanja su sterne i ispoljavaju se u ~ gubitku materijala - cestO ogromnom, u gubitku energije na savladivanje sila trenja, U pojacanom zagrevanju elemenata i prouzrokovanim deformacijama i naponima. u neprijatnoj larmi o t[h]-(skripanju), u smanjenju tacnosti rada maSina (naraCita znacajno za masine alatke), u skrativanju veSL 1.5 - Zavisnost deblji~ ka masine, U onesposobljavanju rnasina i njenih. ne pohabanog sleja h od elemenata i u povee:mju troskova odd:avanja zbog vremcna t (pocetni period 0-1) potrebe za ceSCom zamenom delova uz neizbe.zne prekide u radu. Spoljasnji znaci habanja su: brazde, plasticne deformacije, o;edenost, na-boranost, oksidacija od neoja, rupicavost, izbocine, oljustenost; po njima se moze zakljuCiti kakav je uzrok habanja. Pohabanost se izrazava kao duiina, zapremina iii teuna odvojenog materijata po jedinici vremena i1i po jedinici predenog puta (mm/m, mm/h. mrn3 /km, mm3/h, mg/m, mg/km, mg/h), prerna prilikama. 1ma vise mogucnosti za ublaZavanje uzroka koji dovode do habanja; te su mogucnosti konstrukcione, tehnoloske iIi konstrukciono-tehnoloske prirode. L Ukoliko je dodirni pritisak dvaju tcia manji, utoliko je habanje slabije; na sL 1.6 prikazana je nacelna zavisnost brzine iIi intenziteta habanja od dodirnog pritiska. Kada je dodirni pritisak promen ljiv u toku rada, moze se ublaiiti proces habanja p/kNlcm1pravilnom vremenskom raspode1om dodirnog pritiska medu eIememima, Na s1. 1.7 prikazan je zup-

11/

~L~

cani prenosnik prcnosnog odnosa i =

~~-

= 1;

SJ. 1.6 - Zavisnost inlenziteta . haban;a !::'h/At od dodirnog pritiska p

III

3

2 II I

t{minJS1. 1.7

2. Vrsta kretanja lltite na proces habanja. Povoljnije je kotrijnnje od klizanja. Povoljnije su manje brzine klizanja, 3. Habanje ..zavisi ad mehanickog stanja dodirnih povrsina; povoljnije su glatke i tvrde povrSine.

4. Medusob:qi odnos osobina materi;ala igra znacajnu ulogu u procesu habanja, Tako se ·npr. pokazala za puzne prenosnike kao odlicna sprega: vratilo od celika za cementaciju, a puini zupcanik od aluminijumske bronze [13]. Za zupce spregnutih zupeanika je povoljnije kada nisu ad materijala jednake tvrdoCe. 5. Smanjivanjem koeficijenta trenja kliznih povrsina moze se habanje osetno ublaziti. Zato treba izbegavati oblast trenja SUVll iIi poluokvaSenih povrsina, i uvek nastojati da se u kliznim leiiStima ostvari hidrodinamicko plivanje rukavea jer je tada trenje neznatno, a leZiste odvojeno od rukavca slojem maziva. Konstruktor mora da predvidi ne sarno pravilnu izradu i obradu kliznih povrsina i pravilno mesto za dovod maziva do kliznih povrSina, vee i cirkulaciju i preeiScavanja maziV3 kao i zaStitne mere protiv prodiranja stranih tela u leZiste. 6. Zagrejanost e1emenata moze takode izazvati pojaeano habanje i zbog deformacija i zbog slabljenja materijala. Zagrevanje elemenata u radu moze se ublaziti hladen;em, smanjivanjem otpora tren;a i dr. Habanje je predmet stalnog proucavanja zbog stete koju staino oanosi industriji i privredi [5, 11, 13, 17, 18]. Korozija je nezeljeno odvajanje cestica materijala pod uticajem hemijskog razaranja materije bUo da je u pitanju cisto bemijsko delovan;e: oksidacija i na-

grizanje materijala zbog dodi,. s. vlagom, kiselinama, alkali/ama, bilo elektrohemijsko de1ovanje: rastvaranJe metala de10vanjem elektricne struje u elektrolitu. Korozija je takode vrlo stetna pojava kao i habanje.

14

1. OPSTA N ACELA U KONSTRUISANJU

Korozija se ispoljava u vidu rde, Ijuspica, sitnlh rupica nepravilno raspore'"' denih, a smanjuje evrstocu, i, narocito, dinamicku izdrzljivost. Ona je narocito stetna za aparate hemiiske industrije, za brodove i za maSine izloiene atmosfer'" skim uticajima pa je zbog toga prouCavan;e mera za borbu protiv korozije stalno na dnevnom redu [13, 17, 18]. Glavne Sll moguenosti za ublaZavanje korozije: 1. izbor pogodne sprege materijala kada ;e u pitanju korozija elektrohemijskog porekla 1l3, 17], 2. zaStita ill izolacija elementa izlozenog uticaju korozije, 3. prevlatenje materijala zaStitnim siojem, metalnim iIi nemetalnim: lakiranje, emajliranje, fosfatiranj~ zama~civanje) bruniranje, niklovanje, hromovanje itd. [13, 17], 4. primena materijala otpornog protiv korozije - bilo da je ta osobina urodena materijalu (Hveno gvoide, mesing) bilo da se ta osobina stvara dodavanjem narocitih sastojaka (npr. hroma, nikla), tj. iegiranjem [17, 18], 5. izbegavanje mrrvih uglova u oblicima elemenata i hrapavih povrsina na ug rozenim mestima jer ta'kva mesta mogu bid legia za talozenje uzrocnika korozije. - .. Bez obzira ns to da li je u pitanju korozija iIi habanje treba svakako predvideti i moguenost zamene istrosenog elementa rezervnim delom i pri resavanju konstrukcije stvoriti uslove za laku zamenu. Postoji jos jedna mera za ublafavanje pomenutih pojava; to je navarivaoje materijaia oa istrosena mesta, npr. na istrosene ce1justi drobilica, iii nalivanje tankog sloja materijala na istroSeno mesto 8tO se primenjuje za posteljice kliznih leiista. 1.2.6. IZRADA I OBRADA

Osnovni postupci za izradu oblika su: UvenjeJ deformisanje u toplom iIi hladnom stanju (kovanje, presovanje itd.), mehaniCka obrada skidanjem srrugotina (srruganje, busenje, glodanje, brusenje itd.) i zavarivanje (i lemljenje i lepljenje). Koji Ce se postupak primeni~ zavisi od oblika, materijala i broja komada i od opremljenosti fabrike. Za pojedinacnu proizvodnju uglavnom dolaze U obzir zavarivanje, kovanje i mehanicka obrada, a za serijsku odn. masovnu proizvodnju Hvenje, presovanje, prosecanje, valjanje. izvlacenje, mehanicka obrada na automatima, z8varivanje pomocu automata itd. Elementi jednake namene mogu se razlikovati po obliku u zavisnosti od toga da Ii je predvidena pojedinacna iii masovna proizvodn;a njihova. Pri konacnom usvajanju oblika elementa S obzirom na fabrikaciju treba imati u vidu ove preporuke: da ohlik bude sto jednostavniji, da pri njegovoj izradi bude h'tO manje otpadaka, da bude pogodan za sldapanje - bez naknadnog podeSavanja, da ne zahteva specijalne maSine alatke, da ne zahteva poseban pribor za izradu iii matrice ill kalupe, da se kontrola mera moze obaviti pomoc:u uobieajenog pribora za merenje, da tolerancije budu S10 krupnije, da se za izradu jednog elementa upotrebi sto manje raznih mMina i tehnoloskih procesa i da se sro viSe osIanja na zvaniene standarde (v. od. 8. l)Oblici i izradatl). Ove se preporuke neSto mcnjaju kada je u pitanju masovna fabrikacija posto rada troskovi za nabavku iii izradu specijalnih masina, uredaja, kontrolnog pri~ bora itd. mogu biti neznatni jer se dele na velik broi primeraka.

1.2. UTICAJ! NA RESAVANJE KONS'l'nUKCIJE

15

--

Pre konacnog usvajanja oblika elementa neophodno je potrebno sa se konsrruktor posavetuje sa strucnjacima u fabrikaciji da bi oblik bio u skladu i sa mogucnostima radionice. 1.2.7. SKLAPM(JE

Oblik elementa mora ispuniti i uslov da se sklapanje moze obaviti lako i brzo, Ta je preporuka utoliko znaeajnija ukoliko je rec 0 sklapanju vece serije masina. Izvesne preporuke u vezi sa izradom oblika S obzirom na sklapanje nalaze se ti odeIjcima l)Toierancije meral( i »Oblici i izrada{c 1.2.8. RUKOVANJE. ODR7.AVANJE

Rukovanje ffiaSinama treba da bude jednostavno i tako smisljeno da se DO moguenosti izbegnu eventualne greske koje bi mogle imati i teSke posledice. Rukovan;e treba da se obavlja sa sto manie pokrera i sa sto manje zamaranj9. i za ruke i za noge i za vid i za sIuh. Poluge i ruCice treba da budu na domaku ruku i nogu, a raznovrsni pokazivad stanja masine blizu oka: manometri, rerrnometd, brzinomeri itd. NaroCito je vazno da polozaj rukovaoca bude udoban [2, 22]. RuCice i poluge treba da budu pogodne i po obliku i po polozal!!) naCinu kretanja, a zavrseci njihovi l~ptasrog oblika. Rucna~ sila t:eba d~bude urnerena: F R < 10 -:- 12 kp sa hodom hR < 800 mm, a nozna s11a F N "< 40 - 50 kp sa hodom h 10sa mera otvora je najveea mera Dmax.

Is

= D,

- d, .

Zazor moze biti pozitivan i negativan, t;. uOpSte je f ~ O. Zazor je negativan kada je preenik stabla veCi od preenika otvora; za raj sluca}, umesto algebarskog pojma »negativni zazQn:, uveden je po;am tudor« ill »preklop(I. Zadorom se naziva razlika mera stabla i otvora, pa. sIieno zazoru, postoje ovi nazivi zadora (s!. 3.9): najveCi zador emal( = drnax - Dmjm najmanji zador Cmin =

stvarni zador

Cs

dmin - D max,

= dJ

-

D, .

Stvarni zazor zavisi od stvamih mera pa moze imati svaku velicmu izrnedu ekstrema fmax i fmin; on je, dakle, promenljiv U odredenim granicama. Razlika ekstrema predstavlja, prema tome, t 0, Cmin> 0 i c! > O. Po standardima se ovakva vrsta naleganja elemenata sklopa zove I)Cvrsto naleganje«, Tolerancija zadora jednaka je zbiru tolerancija stabla i otvora Tn = 'max - Cmin = T t.. PoSto se nepokretljivi sklopovi mogu osrvariti iskljuCivo uz elasticno iii plasticno deformisanje sklopnih e1emenata, npr. pomoc:u prese, oni se cesta nazivaju i presovanim sklopovima. Po izvclefiom sldapanju zador iSCezava kao geometrijska mera, ali se njegov uticaj ispoljava u napregnutosti sklopl;enih elemenata i u sposobnosti tih elemenata cia prenose silu zahvaljujuCi otporu protiv klizanja, proizvedenom na dodimim povrSinama. Svlizneseni pojmovi 0 taenosti mera odnose se, po pravilu, na okrugie (cilindricne) sklopove, ali se, isto tako, mogu primeniti i na e1emente i sklopove drukCijeg oblika; tada se u ulozi stabla nalazi svaki »unutraSnji elementrs: - sa spoIjasnjom merom, a u ulozi otvora svaki spoljaSo;i element - sa unutraSnjom merom (s1. 3.10). Vee je reCeno da se za propisivanje odstupanja i tolerancija primenjuje odreden sistem standardnih toierancija. Struktura standardnih tolerancija, primenjenih u vecini zemalja i kod nas, izgradena je prema preporukama ISO.- Nesisternske tolerancije nemaju odredemi strukturu, ali se, ipak, u primeni tm toierancija treba pridrlavati izvesnih pravila 0 obeleZavan;u odstuparija (v. od.3.7), S1. 3.10 - UnutraSnja mera »Tolerisane« mere izradenih delova prover aVl

f,

",5§ c

'a '"

Cg

t--...,

_N~

~N_

N

jer je c =

O-' ......

I

-IOQlr-------------__~:!!J

Polozaji toierancijsk,ih nabla u primeru 3.1

{::!'CNO ~-

000 ro N~

...

3.15

53

_~ro ~N_

/' I-

M

S1.

STANDARDNIH TOLERANCIJ"A

000

[ WO'r---------________~

51 -5:t~~_mH+fi1it__------___j

SIS~

•

~

~C

~

il.

....; 11