Gépelemek I. vizsgasorokon előforduló kérdések

Átírás

1 Gépelemek I. vizsgasorokon előforduló kérdések Ismertesse az anyag- és gyártáshelyes alkatrész tervezés elveit az öntés példáján keresztül! Gyártáshelyesnek az a működési követelményeket kielégítő alkatrész tekinthető, amely az adott vállalati körülmények között és adott gyártási mennyiség esetén a legkisebb gyártási költséggel állítható elő. Mintagyártás: egyszerű geometriai formák, egyszerű gyártás, osztatlan modell, lehetőleg mag nélkül, de ha ez nem megoldható, akkor jól támasztható magokkal Formázás/modell kiemelése: 1:20-1:50 formázási ferdeség, alámetszések elkerülése, átmenetek jó lekerekítése Anyag öntése: ne legyen ugrásszerű falvastagságváltozás, a falvastagság a felöntés felé nő ( ellenőrző körök módszere ) Dermedés, lehűlés: irányított, lunker képződésének kerülése, ne legyen ugrásszerű falvastagságváltozás, szimmetrikus részek Alakkal záró kötések szilárdságtani ellenőrzésének lépései! Az alakkal záró kötések fő igénybevétele a felületi nyomás, viszont nem elég csak erre méretezni, legalább három ellenőrzésre szükség van: felületi nyomás, veszélyes keresztmetszet nyírása, alkatrészek saját szilárdsága. A nyomó igénybevételt egyszerűen kiszámíthatjuk a felületre merőleges nyomóerő (N) és az érintkező felület nagyságának (A) segítségével: p = N. A kötés megfelel, ha p pmeg ( megengedhető kötési nyomás ). A A veszélyes keresztmetszetben ébredő nyírófeszültség ( τ = F A τ ) szempontjából megfelelő a kötés, ha τ τmeg. Az alkatrész saját szilárdságát mindig a tényleges alak- és igénybevétel alapján kell ellenőrizni. A terhelést az erőbevezetés helyétől el kell szállítani a terhelésátadó nyomó-felülethez. Haigh-diagram jellemző összefüggések! Különböző középfeszültség mellett felvett Wöhler-gorbék 10 %-os törési valószínűséghez tartózó kifáradási határát egy olyan közös diagramban ábrázolva, amelynek a vízszintes tengelyén a középfeszültség (σm), a függőleges tengelyén pedig az amplitúdó feszültség (σa) van felmérve, a Haigh diagramot kapjuk eredményül.

2 Biztonsági tényező értelmezése Haigh diagramm esetén: ha σm = áll. akkor n = NA NM ha σm/σa = áll. akkor n = OB OM biztonsági terület értelmezése alkatrészre Haigh-diagram esetén: Mi a rugók kihasználtsági foka? Az egységnyi térfogatban tárolt energiát hasonlítja össze azzal az energiával, amelyet akkor kapnánk, ha a rugóban mindenhol ugyanaz a feszültségállapot lenne. W = η 1 ς 2 V 2 E csavart rugó esetén pedig W = η 1 τ2 V 2 G η: anyag kihasználtsági tényező σ: a rugó anyagára megengedhető húzófeszültség V: rugó anyagának térfogata τ: a rugó anyagára megengedhető csúsztatófeszültség E: a rugó anyagának húzó rugalmassági modulusa G: a rugó anyagának csúsztató rugalmassági modulusa Húzott ( nyomott ) rúd esetén η = 1, egyszerű hajlított laprugó esetén η = 1/9, egyenszilárdságú hajlított laprugó esetén pedig η = 1/3. Vékony falú csőben ébredő feszültségek!

3 Tömítések csoportosítása! 1. Tömítőelemek relatív mozgása szerint nyugvó (statikus)-, elmozdulást megengedő (pl. védőharmonika)-, mozgó: haladó vagy forgó tömítések. 2. Kivitel szerint érintkező-, érintkezés nélküli tömítések. 3. Alkalmazási terület szerint csőkötések-, hidraulikus/pneumatikus munkahengerek-, tengelyek-, egyéb, osztott elemek tömítései. Wöhler görbe! a = kisciklusú szakasz: gépészetben nincs, statikus terhelésekre méretezünk b = élettartam szakasz c = kifáradási határ: elsősorban acélokra jellemző, jellemzője, hogy az alatta levő feszültségszinten az alkatrészek gyakorlatilag korlátlan élettartamúak. Klein diagram! A Klein-diagramon a meghúzási nyomaték látható az előfeszítő erő függvényében a súrlódási tényező két lehetséges szélső értéke esetén. A kívánt meghúzási nyomaték csak bizonyos hibahatárral valósítható meg, így meghatározható a csavar szárában ébredő minimális és maximális előfeszítő erő.

4 Rugók csillapítása! A rugók felterhelésekor a bevitt energiát nem kapjuk vissza teljes egészében a rugó anyagában jelentkező un. belső csillapítás-, vagy a rugó felületén keletkező súrlódási tényező az un. szerkezeti csillapításvagy mindkettő miatt. A csillapítás mérőszáma: Ψ = W s W 1 Szerkezeti csillapítás ( Coulomb féle súrlódás ): a csillapítás ezen típusa pl. a gyűrűs rugóknál fordul elő. Belső csillapítás ( Viszkózus csillapítás ): ez a csillapítási típus gumi és műanyag rugókra jellemző. Minél nagyobb az alakváltozási sebessége, annál nagyobb lesz a rugó ellenállása. Ismertesse a tervezői gyakorlatban szokásos terhelés-modelleket! A mérnök általában egy adott élettartamra tervezi a berendezéseit, ezért számára a terhelés, mint időfüggvény a legfontosabb.

5

6 Ismertesse a tervezői munka szakaszait és a konstruktőr 3as feladatát! A tervezői munka folyamatára különböző tervezés-módszertani elméletek léteznek, de mindegyikben felismerhetőek közös mozzanatok: probléma felismerése beillesztés a tanultak rendszerébe az eddigi eredmények számbavétele megoldási elv kidolgozása konkrét adatok meghatározása kivitelezés - ellenőrzés Első: A méretezés alapjául szolgáló terhelések meghatározása, terhelésmodell felállítása. Terhelés alatt azokat a külső hatásokat/kényszereket értjük, amelyek hatással vannak a szerkezet működésére, élettartamára, használhatóságára. A terhelés-modell megalkotásához a terhelésanalízis elmélete és gyakorlata nyújt segítséget. Második: Igénybevételek és határállapotok feltárása. Előre fel kell ismerni a meghibásodási, tönkremeneteli lehetőségeket ( módszer: pl. FMEA ). Tönkremenetelt okozhat pl. súrlódás, hőmérséklet, mozgás, közegek, sugárzások hatásai, villamos, optikai tulajdonságok változása, biológiai károsodás, stb. Mindezek elvezethetnek a legveszélyesebb tönkremeneteli módhoz, a töréshez, amely összefüggésben van az elem feszültségi és alakváltozási állapotával Harmadik: Méretezés. A szerkezeti elem szükséges kialakítását és méretét oly módon állapítjuk meg, hogy a már meghatározott terhelésből kiindulva kiszámítjuk az igénybevételi állapotot és ezt összevetve az előírt határállapottal, megállapítjuk, hogy a szerkezeti elem biztonsága/megbízhatósága. Az alkatrészek biztonságát a klasszikus értelmezés szerint a határállapotra jellemző érték és az igénybevételi állapotot jellemző érték hányadosa adja meg. Amennyiben ez nagyobb 1-nél, feltesszük, hogy az alkatrész megfelel az elvárásoknak. A gyakorlat alapján ügyelni kell az alkatrészben létrejövő halmozódó károsodásokra is, amelyek befolyásolják a szerkezeti elem teherbírását. Különböző elméletek alapján megszületett az üzemi szilárdság fogalma, továbbá szerepet kap a biztonság tönkremeneteli valószínűséggel való kifejezése. Forrasztott kötés előnyei, hátrányai! Előnyök: különböző fémek nagy vastagságkülönbséggel is összeköthetőek alacsony forrasztási hőmérséklet, így nem keletkeznek hő okozta feszültségcsúcsok, elhúzódások, repedések jó tömítettséget biztosít jó a villamos vezetőképessége rövid szerelési idő forraszanyag rugalmassága kisebb mint az alapanyagé rugalmas kötés alakul ki Hátrányok: aránylag kis terhelhetőség felület előkészítése nagy gondosságot igényel drága forraszanyag ( réz, ón, ezüst )

7 Térképező elemek és feladataik! Folyadékok, gázok, aprós szemes-, poros anyagok: vezetése, elosztása ( csövek, csőkötések, csőtámaszok, csőfelfüggesztések, csőkiegyenlítők ) tárolása ( tartályok, nyomástartó edények ) elzárása, nyitása szabályozása ellenőrzése biztosítása tömítése ( különféle tömítések ) Csavarkötések külső és belső lazítása! Külső lazítás: az üzemelés közben fellépő terhelőerő a közrefogott elemek külső részén, a csavarfej alatt hat. Az erő hatására a csavar további megnyúlást szenved, a közrefogott elemek szorítóereje csökken. A csavarerő növekménye az Fü erő hatására: F 1 = s 1 F s 1 +s ü 2 Közrefogott elemek erőcsökkenése: F 2 = s 2 F s 1 +s ü 2 A csavarkötés kritikus ereje, vagyis ahol a kötés teljesen ellazul: F2=Fv F krit = s 1+s 2 F s v 2 Előfeszítéskor a csavarkötésbe a csavar meghúzásával energiát vezetünk be, amelynek egy részét a kötés rugalmas belső energia formájában tárolja. A tárolt energia nagysága az előfeszítési háromszög alatti terület. Belső lazítás: a lazítóerő az összeszorított elemek között lép fel. Az erő bevezetési helyen megjelenő rés esetén a közrefogott elemekben és a csavarban tovább nő az előfeszítéskor beállított erő. Amennyiben az erő bevezetési helyen nem keletkezik hézag a terhelés hatására, mind a csavarban, mind a közrefogott elemekben az erő változatlan. Belső lazítás esetén az F1 erőnövekmény 0 lesz, mert az Fü kisebb, mint az Fv előfeszítő erő. Amíg a lazítóerő az Fv-t el nem éri, a kötésben nincs elmozdulás.

8 Írja le a pattanókötés definícióját! Rajzoljon oldható és oldhatatlan pattanó kötést! Mik a tervezési irányelvek? Olyan alakkal záró kötés, ahol az összeszerelendő alkatrészeket túlfedéses szakaszon összetolva a szerelés során az egyik vagy a másik vagy mindkettő rugalmas alakváltozást szenved, majd terheletlen állapotba ugrik vissza. Beszélhetünk oldható és oldhatatlan pattanókötésről, illetve a kialakítás szerint rugózó karról/horogról, torziós pattanókötésről, hengeres pattanókötésről illetve az előzőek kombinációiról. A pattanókötések tervezésekor ki kell választani a megkívánt szerelési és rögzítő erő számára megfelelő nagyságú túlfedést, a szerkezeti megoldást ( oldható/oldhatatlan ) és a kötés anyagát. Irányelvek: az oldhatatlan kötés nagyobb erőt tud átadni, mint az oldható. Nagy szerelési erőhöz nagy rögzítő erő is tartozik, a minél nagyobb túlfedés érdekében a polimer rugalmas alakváltozási képességét a legnagyobb mértékben ki kell használni. Gyakran szerelt kötéseknél a szerkezet kúszásának elkerülésére csak kisebb alakváltozást szabad megengedni. Mindig pontosan kell szerelni, mert a félig szerelt kötés idővel tönkremegy. Előfeszítő erő és meghúzási nyomaték kapcsolata csavarkötéseknél! A ( teljes ) meghúzási nyomatékot a kerületi erőből és az anya homlokfelületén fellépő súrlódásból származó nyomatékok összegeként kapjuk meg. A képletben szereplő jelölések: Fv=előfeszítő erő, da = anya felfekvő felületének középátmérője, µa = anya felfekvő felületén a súrlódás, ρ =látszólagos súrlódási félkúpszög, α=menetemelkedési szög, d2= menet középátmérője M = F v d 2 2 tan ±ρ + d a 2 μ a

9 Ragasztás előnye, hátrányai! Előnyei: Nem károsítja a kötés környezetében lévő anyagot, nincs átmeneti zóna. Kicsi a tömeg- és helyigénye. Különböző vastagságú elemek esetén is alkalmazható. Tömítettséget, korrózió állóságot biztosít. Rezgés csillapító hatású. Nem kell a kötési felülethez hozzáférni. Nem kell a lemezeket előfúrni (nincs feszültséggyűjtőhatás) Kombinálni lehet más kötésekkel, azok hatásosságát növelni. Hátrányai: Hosszú elkészítési idő, esetenként 24 órát is lehet. A felület előkészítése nagy gondosságot igényel. Esetenként ragasztó prések, fűtőelemek szükségesek. Érzékeny a nagy hőmérsékletre. Jóval kisebb szilárdságú, mint a hegesztett kötés. Öregedésre hajlamos. Érzékeny az ultraviola sugárzásra, a levegő oxidációjára. Egészségre ártalmas, gyártáskor, felhasználáskor és a termék megsemmisítésekor környezetszennyező anyagok keletkezhetnek. 15. Ismertesse a csavarkötések típusait, a meghúzási nyomaték meghatározását és a Klein diagramot! A csavarok felhasználás szerint lehetnek: kötőcsavarok ( gépalkatrészek oldható kötésére ), mozgatócsavarok ( forgómozgás haladómozgássá alakítására ), tömítőcsavarok ( betöltő és leeresztő nyílások lezárására ), állítócsavarok ( szerkezetek beállítására, vezérlések beszabályozására ) A ( teljes ) meghúzási nyomatékot a kerületi erőből és az anya homlokfelületén fellépő súrlódásból származó nyomatékok összegeként kapjuk meg. A képletben szereplő jelölések: Fv=előfeszítő erő, da = anya felfekvő felületének középátmérője, µa = anya felfekvő felületén a súrlódás, ρ =látszólagos súrlódási félkúpszög, α=menetemelkedési szög, d2= menet középátmérője M = F v d 2 2 tan ±ρ + d a 2 μ a Mit nevezünk gumirugóknál formatényezőnek? Az alakváltozásban gátolt és a nem gátolt, vagyis szabad felületek arányára értelmezzük a formatényezőt, amely: k a = A t A szabad ahol At: a deformációban gátolt felület és Aszabad: a nem gátolt felület

10 Egyirányú és ellenirányú kötés összehasonlítása! Az egyirányú kötés ( 1. kép ) kb. 2x akkora terhelést tud átvinni, mint az ellenirányú ( 2. kép ), ha a lemezek rugalmassága megegyezik. Az egyirányúnál mindkét lemez húzott, ellenirányúnál a felső lemez nyomott, az alsó húzott. Porózus tömítés! Nem tömör (porózus) anyagok esetén a tömítettség magyarázható: az adszorpcióval és a kapilláris hatással. Adszorpció: gázok vagy folyadékok megkötődése szilárd test felületén. Egy elemi pórusnál a nyomáskülönbséggel a folyadék tapadásából származó nyíróerő tart egyensúlyt. b h p + p b h p = 2 b l τ p = 2 l h τ Kapilláris hatás: igen vékony csőben a vele közlekedő folyadék felszínéhez képest felemelkedik vagy lesüllyed. 2 F T b cos α = p h b p = 2 F T cos α h Ft: kapilláris erő Ftcosα: anyagtól függő állandó Ha elég kicsi a h, akkor lehetséges a zárás!

11 Rugókarakterisztikák! Rugókarakterisztika: a rugók fizikai jellemzői közötti összefüggéseket szemlélteti. Létezik: lineáris, progresszív, degresszív Rugómerevség, rugóállandó! Rugóállandó: csak lineáris karakterisztikájú rugóknál használjuk. Definíció szerűen: c = 1 s illetve csavart rugó esetén c T = 1 s t Rugómerevség: s = df df ~ F f Csúsztató rugalmassági modulus és alaktényező összefüggése! Látszólagos csúsztató rugalmassági modulus ( G* ): Nyírt gumirugóknál az alakváltozás számításakor, ha az alaktényező 1 alatt van, akkor a G* látszólagos csúsztató rugalmassági modulus függ az alaktényezőtől is, egyébként a valóságos G anyagállandóval kell számolni. A látszólagos rugalmassági modulust a mellékelt diagramból lehet kiolvasni, az alaktényező függvényében, a gumi Shore keménységének megfelelően.

12 Csavar és anya vektorábrája! A csavar és a közrefogott elemek a terhelés hatására rugalmasan deformálódnak. A csavar megnyúlik, a közrefogott elemek összenyomódnak. Mivel a deformáció a rugalmas tartományban marad, a csavarkötést összekapcsolt rugókkal modellezhető. A csavar megnyúlását és a közrefogott elemek összenyomódását egy diagramon ábrázolva megkapjuk az előfeszítési háromszöget. Meghúzás Lazítás Önzáró F k = F v tan +ρ F k = F v tan ρ > ρ Fk=kerületi erő Fv=előfeszítő erő α=menetemelkedési szög ρ =látszólagos súrlódási félkúpszög Minőségkör! felfogása szerint a vevő elvárásait, igényeit kell kielégíteni, a termékekkel a vevő elégedettségének minél magasabb szintjét kell elérni. A minőségi kör szemlélteti, hogy a tervező munkája során feladatait a vevői követelmények szabják meg, miközben a nyilvánvaló igények kielégítése mellett felmutatjuk és kielégítjük a rejtett igényeket is. A tervezés során figyelembe kell venni a termék teljes életútját tervezéstől, gyártástól egészen az újrahasznosításig úgy, hogy közben gazdaságosan teljesítsük a vevő igényeit. ρ

13 Smith diagram! Különböző középfeszültség mellett felvett Wöhler-gorbék 10 %-os törési valószínűséghez tartózó kifáradási határát egy olyan közös diagramban ábrázolva, amelynek a vízszintes tengelyén a középfeszültség (σm), a függőleges tengelyén pedig a középfeszültség és az amplitúdó feszültség (σa) összege van felmérve, a Smith diagramot kapjuk eredményül. ( bal oldal Smith, jobb oldal közelítő Smith, VDI ajánlása szerint ) Mi a tengely, mi a forgórész? Tengelyek csoportosítása! Azokat a gépelemeket, amelyek forgó alkatrészeket hordoznak vagy csapágyakon támaszkodva forognak, tengelyeknek nevezzük. A tengelyeket a rászerelt tárcsákkal, dobokkal, görgőkkel együtt forgórészeknek nevezzük. Tengelyek csoportosítása: Szerkezeti kialakítás szerint a tengelyeknek két fő típusa van: Hordozó tengelyek álló hordozó tengely (a tengelyre szerelt alkatrészek forognak, pl. gépjárművek) forgó hordozó tengely (a tengely együtt forog a rászerelt alkatrésszel) Közlő tengelyek: a közlő tengelyek feladata a forgó szerkezeti elemek hordozása mellett forgatónyomaték továbbítása is. A forgatónyomatékot fogaskerékkel, csigával, lánckerékkel, szíjtárcsával, kötéltárcsával stb. lehet a tengellyel közölni, vagy onnan elvezetni.

14 Rugók funkciói! Rugóknak azokat a szerkezeti elemeket tekintjük, amelyek jellemzője, hogy terhelés hatására alakjukat károsodás nélkül nagymértékben változtatják. Funkciójuk: Ütközések és lengések felvétele: ahhoz, hogy a lökéseket fel tudjuk venni anélkül, hogy túl nagy erők ébredjenek, az erő támadáspontjának jelentős nagyságú elmozdulást kell biztosítani. Tipikus példák: járművek futóműiben alkalmazott rugók, a stabil munkagépek alapozásában használt rugók, az érzékeny műszerek talpában lévő finom rugók, stb. Energia tárolás: az energia bevitele és visszanyerése közötti idő nincs korlátozva, vagyis elvileg bármikor visszanyerhető az energia ( rugó jósága ). Példák: garázskapu, mechanikus óra rugója, felhúzós játékok, stb. Adott erő, adott nyomaték beállítása: a beállított erőnél nagyobb nem valósítható meg az adott berendezéssel. Példák: biztonsági szelep rugója, fékrugók, nyomatékkulcs rugója Erő- és nyomaték mérése, szabályozása: rugós mérlegek, tengelykapcsoló rugók Erő- és nyomaték átvitel: rögzítő elemek, rugós kapcsok Dinamikus rendszerek elhangolása: rugós lengéscsillapítók Dinamikus rendszerek rezonanciára hangolása: rázószita, fárasztógépek Milyen igénybevételekre méretezzük a reteszkötést? Adja meg a betűk jelentését! A reteszkötés méretezésekor figyelembe kell venni, hogy fellép egy T nagyságú csavarónyomaték, amelyből a terhelésátadás helyére F nagyságú kerületi erő hat. Meg kell állapítani a nyomófelületet, a felületi nyomást, a veszélyes keresztmetszetet és az abban ébredő nyírófeszültséget, illetve a tengelyben ébredő maximális csúszófeszültséget. Nyomófelület: A P = l b h t f Felületi nyomás: p = F A P Veszélyes keresztmetszet: A τ b l Nyírófeszültség: τ = F A τ Tengelyben ébredő max. csúsztatófeszültség: τ cs = T K p K p = d3 π 16 Jelölések: l: retesz hossza b: retesz széle h: retesz magassága t: retesz tengelybe nyúló magassága f: retesz letörésének nagysága Kp: tengely poláris keresztmetszeti tényezője v: agyvastagság

15 Fémrugók csoportosítása! Mi a különbség a sajtolt és a zsugorkötés között? Melyiknél érhető el a legnagyobb előfeszítési nyomás és miért? A sajtolás során a nagyobb csapot a furatba nagy erő segítségével helyezik be, aminek következtében az alkatrészek csatlakozó hengerfelületein felületi nyomás ébred, ennek hatására a furat átmérője megnő, a csap átmérője pedig lecsökken egy közös érintkezési átmérőre. Zsugorkötés kialakításakor az agy felmelegítésével vagy a tengely lehűtésével illesztik össze a két darabot, ezzel elkerülve a felületek sérülését. Ennek következtében a legnagyobb előfeszítési nyomást a zsugorkötés segítségével lehet elérni, mivel a sajtolás során a felületek elkenődésekor létrejövő, maradandó alakváltozás megváltoztatja a felületi érdességet, ami csökkenti az átvihető terhelést.

16 Tömszelencés tömítés: Kúpos gyűrűs tengelyvég felől befeszítve ( a kettő közül bármelyik jó, elsőnél tengelyen, másodiknál agyon van támasztva ) Anyaggal, alakkal, erővel záró csavarbiztosítás