Strojni elementi 1 (Predavanje)

Uvod v strojne elemente Kolokvij 1: - Statične materialne lastnosti - Vrste obremenitve - Dinamične materialne lastnosti - Zvarni spoji - Vijačni spoji Kolokvij 2: - Lotani spoji - Lepljeni spoji - Prirobnice in statične tesnila - Vzmeti - Ležaji - Kovičeni spoji

Izdelek pogoji okolja pogoji vzdrževanja

pogoji uporabe

cepilec za drva

podajalna hitrost (v),maksimalna sila (Fmax)

prah, vlaga

preventivno, kurativno, napovedano Vsi pogoji=projektne zahteve - Dobavitelj komponent - Razvojni dobavitelj komponent o Projektne zahteve pridejo s strani kupca - Razvija končni izdelek

izdelek komponenta 1

komponenta 2

mehanske komponente SE1

SE2

Statične materialne lastnosti:

Napetost - Poznati moramo material Standardni preskušanec

Preskus je predpisan s standardom.







ߪ ൌ  ൌ ∙

ߝൌ

∆ 

Žilav material, z izrazito mejo tečenja tan   

ߪ ൌ

೐

REH...zgornja meja tečenja

REL…spodnja meja tečenja

Žilav material brez izrazite meje tečenja → trenutni plastični lom


 

 , Krhek material → trenutni krhki lom


 



Gostota porazdelitve verjetnosti

Rm…naključna spremenljivka Želimo, da je raztros čim manjši. S tem zmanjšamo strošek (delamo bolj optimalno).

-

f(ρ): gostota porazdelitve obremenitve → z navodili za uporabo → z raziskavo trga meritve σ2: standardna deviacija m1=m2 → srednja vrednost

Večosno napetostno stanje

-

1 – vijaki osi gredi; 2 – Večosno napetostno stanje (natezne napetosti so pravokotne na strižne)

1.   

∙ ೥ೡ

   

2.      -

∙ ೚ೞ

 ∙   ∙ 

Enoosno napetostno stanje:

Hipoteza največjih normalnih napetosti     1   ! " #  "   $ 2   ;   0 →      0;    →    - Izključno za krhke materiale Hipoteza največjih strižnih napetosti (Tresca)   #  " 4    ;   0 →      0;    →   2 ∙ 

Hipoteza največjega preobraznega dela (Von Mises)   #  " 3    ;   0 →   

  0;    →   √3 - Za materiale z izrazito mejo tečenja Vzvojna trdnost materiala je manjša od natezne.   * 


Vrste obremenitev Deterministične

Deterministične obremenitve lahko zapišemo v obliki enačbe !+$   ∙ sin ,+ " -. Obremenitev je ob vsakem času natančno znana. - Statične - Periodične o Utripna

o

Izmenična

Naključne (stohastične)

Obremenitve ne poznamo v času natančno ampak le v okvirjih verjetnosti.

-

Stacionarna

o

Ergodične

-

o Neergodične = stacionarna Nestacionarna = naključna

-

Statične obremenitve: krhki ali plastični trenutni lom Vse ostale obremenitve: dinamične, utrujenostni lom

Dinamične materialne lastnosti -



Obremenitveni cikel

 → ./012.32 4/52+67+8  

-

Wöhlerjeva ali S-N krivulja

N = število obremenitvenih ciklov, do kritične poškodbe

-

Področja Wöhlerjeve krivulje

LFC – low cycle fatigue (malociklična trdnost) HCF – high cycle fatigue (velikociklična trdnost) SHCF – super high cycle fatigue (supervelika ciklična trdnost) HCF = resonančni testni stroj → krmilimo silo → slabost: samo sinusna obremenitev SHCF LFC → servo-hidravlični testni stroj → krmilimo pomik (deformacija) → poljubna oblika signala

Raztrosi Wöhlerjeve krivulje

Enačba Wöhlerjeve krivulje C  DE ∙ F " 4 G6H  DE ∙ G6HI " 4 G6H  DE ∙ G6HI " 4  I  DE ∙ G6H G6H I    I J K  I

Kriterij za porušitev Slika 1.4 Poškodbeni kriterij: - Inicialna poškodba (žilav material) → zaznamo preko spremembe modula elastičnosti

-

Utrujenostni lom (krhek material) → padec sile LCF (žilav in krhek material) HCF (utrujenostni lom)

Utrujenostne poškodbe se najprej pojavijo na površini.

Minerjevo pravilo o linearni akumulaciji poškodbe

4 4

4 ; L  ; L  0 I I

I  ∞ 4 L  N L  N I L 



Trajna dinamična trdnost Smithov diagram

Za: vzmeti, osi, gredi, vijake

Moore Kommers Jasper diagram

Za zvare.

Oblikovna trdnost





 !$ ∙  ∙  O

Oblikovna število in zarezni učinek

!"   !6G8E6P46 š+2P8G6$ ∙  → P2G3/ 0/ !" *  , Tokovnice = napetostne sile Faktor zareznega učinka Je neposredno povezan z oblikovnim številom.

O  R! $ 1 * O S  Pri velikih obremenitvah se koncentracije napetosti zmanjšajo. Faktor hrapavosti površine   1 → 0/ 56G8./46 56P.š846 0 S  S 1 → 0/ 67+/G2 T./5/P67+8   R! $

Faktor velikosti prereza

    U  
1 V    1 → 7+/4W/.W48 5.27EXš/42Y 5.212./ W  6 W6 10 11  U 1 → 0/ W S 6 W6 10 11 

Dopustna napetost

#   1 → #

  ,  , #


  # 
 

Zvarni spoji 1. 2. 3. 4.

Jeklene konstrukcije Žerjavi (DIN 15018) Splošno strojništvo Tlačne posode, cevovodi, rezervoarje

-

Oblike zvarnih spojev glede na lego varjencev

Oblike zvarnih spojev glede na pripravo pločevin I zvar: enostranski/dvostranski, soležni

V zvar: enostranski, soležni

Y zvar: enostranski, soležni

U zvar: enostranski, soležni

X zvar: dvostranski, soležni

K zvar: dvostranski, T ali križni

Pri enostranskih zvarnih spojih je šibka točka koren (zaradi zareznega učinka). Lahko se izdleti ali izbrusi koren in povari.

Zvarne spoje lahko preračunavamo kot soležne ali pa kot kotne. Kot soležne jih preračunavamo, če imamo popolno prevaritev prereza, kot kotne pa če imamo delno prevaritev prereza.

Obstajajo še specialni zvarni spoji.

Zvar imenujemo tisti del zvara, ki med varjenjem prehaja v tekoče stanje.

Nastanek in odpravljanje zaostalih napetosti pri varjenju

Napetosti v soležnem in kotnem zvarnem spoju σ – normalne napetosti delujejo pravokotno na ravnino zvara τ – strižna napetost deluje v ravnini zvara Pravokotna napetost – deluje pravokotno na dolžino zvara b Vzporedna napetost (||) – deluje paralelno z dolžino zvara b površina zvara (Azv=axb)

Vrednotenje zvarnih spojev -

Osnovnega materiala na statično nosilnost

  
 ∙ 

Lahko pride do: utrujenostnega ali trenutnega loma.

Osnovni material: 1.    2.    

3.    3 ∙     
 ∙  ೅



   ∙  ;    ೅  ೅ ∙ 

 ∙    ೅  ೅    ೅ ∙  Material ST37   140
    92
    160
 -

Zvara na statično nosilnost

Zvar: -

  

೘ೌೣ

|| 

∙ 


 ∙∙2 ೋೇೋ೅

Strižne napetosti prevzamejo samo tisti zvari, pri katerih deluje prečna sila v smeri dolžine zvara.

-

Primerjalna napetost:

-



     2 ∙ ||   160


   

|| 

 140
 ∙   130
 


 ∙  ೅    113
  ೅ ∙ 2

-

Osnovnega materiala na dinamično nosilnost

-

Določitev obsega obremenitvenega kolektiva (N1, N2, N3, N4)

- Oblika obremenitvenega kolektiva (S0, S1, S2, S3) Pove nam kakšen je delež majhnih in velikih obremenitvenih ciklov.

-

Določitev obremenitvenega primera N1 S0 B1 S1 B2 S2 B3 S3 B4

N2 B2 B3 B4 B5

N3 B3 B4 B5 B6

N4 B4 B5 B6 B6

Določitev zareznega učinka (W0 – osnovni material (brez zvara), (W1, W2 – kovičeni spoji)), (K0 – K zvar specialne kvalitete, K1, K2, K3, K4 – kotni zvar normalne kvalitete; zvar prisoten) V zvar normalne kvalitete

Koren ni izdleten in povarjen, zvar ni preverjen z neporušnimi metodami. Zvar specialne kvalitete

Koren izdletiti, povariti in brusiti, zvar je 100% rentgensko pregledan.

Določitev izmenične dopustne napetosti 

  !

B1 B2 B3 B4 B5 B6

W0 180MPa

W1

W2

K0

K1

84MPa

    " 

Določitev primerjalne napetosti   #  $ #  $  1,1    ← ┴  ← ||

K3

K4

27MPa

Določitev dopustne napetosti z upoštevanjem R     " 



K2



Slabe in dobre izvedbe zvarnih spojev Predloga: zvarni spoji; strani: 8, 9, 10 Vprašanja (za kolokvij): - Skicirajte zvarne spoje glede na lego pločevin (predloge) - Skicirajte zvarne spoje glede na pripravo pločevin - Napetosti v soležnem in kotnem zvarnem spoju (slika s predloge) - Težko: razložite zaostale napetosti v zvarnem spoju in njihovo odpravljanje - Razložite vrednotenje osnovnega materiala in zvara na statično nosilnost - Razložite vrednotenje osnovnega materiala in zvara na dinamično nosilnost - 4 dobre in slabe izvedbe zvarnega spoja - Poimenujte in skicirajte karakteristične dele zvarnega spoja - Razložite materialne lastnosti lezenja (skice + enačbe)

Tlačne posode Tlačne posode so namenjene za shranjevanje medijev pri tlaku okolice ali nadtlaku. Temperatura je običajno višja ali enaka temperaturi okolice.

' ( ' ) ( )

Materialne lastnosti lezenja Toplotna meja plastičnosti * , |,

- !, |) je tista napetost pri temperaturi T in kratkotrajni obremenitvi, ki zapusti 0,2% plastične deformacije. Časovna meja plastičnosti Je tista napetost pri temperaturi T, ki po 10" urah zapusti 1% trajne deformacije. Diagram lezenja

.  . . . Elastično + plastično + visokoplastično Časovna natezna trdnost Je napetost pri temperaturi T, ki po 10" urah obremenitve povzroči lom zaradi lezenja.   /012.  -
410" 4) 1   ∙ min 9- !, |), - !, |10" |), -
|10" |): 5

Vrednotenje plašča tlačne posode

  ' ∙ ∆ ∙