Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Közlekedésmérnöki Kar GÉPTERVEZÉS II. SEGÉDLETEK

Átírás

1 BUDAPESTI MŐSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Közlekedésmérnöki Kar Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Közlekedésmérnöki Kar Jármőelemek és Hajtások Tanszék Jármőelemek és Hajtások Tanszék GÉPTERVEZÉS II. SEGÉDLETEK Összeállította: Devecz János Szerzık: 1. fejezet: Dr. Nyitrai János, Dr. Nyolcas Mihály. fejezet: Dr. Borbás Lajos 3. fejezet: Dr. Seres László 4. fejezet: Dr. Borbás Lajos 5. fejezet: Dr. Borbás Lajos 6. fejezet: Dr. Eleıd András Budapest 00

2 TARTALOMJEGYZÉK I. TERVEZÉS KATALÓGUSOKKAL KISFELADAT... 3 "A" típus: Pneumatikus lemezmegfogó egység tervezése... 3 "B" típus: Pneumatikus manipulátor tervezése... 5 "C" típus: Hidraulikus élhajlítógép tervezése... 7 "D" típus: Hidraulikus forgódaru tervezése... 9 "E" típus: Csıhálózat tervezése II. TÖRÉSMECHANIKAI MÉRÉS A törési módok áttekintése Optikai feszültségvizsgálat alkalmazása törésmechanikai paraméterek meghatározásában Feszültségeloszlás modellezése optikailag aktív anyagok alkalmazásával Feszültségintenzitási tényezı meghatározásának gyakorlati lépései A próbatest kialakítása Rendszám-eloszlás meghatározása A modellkísérlet eredményeinek alkalmazása a tényleges szerkezeti kivitelre Törésmechanikai feladat... 0 III. SIKLÓCSAPÁGYAK VIZSGÁLATA Bevezetés Siklócsapágy súrlódási tényezıjének meghatározása Számítási összefüggések Mérési eljárás... 5 IV. BEPATTANÓ KÖTÉSEK MÉRETEZÉSÉNEK ALAPJAI Alapfogalmak Karos kötések méretezési irányelvei Állandó keresztmetszető egyenes kar végének szerelési besüllyedése A szélsı szál megengedett nyúlása a befogási keresztmetszetben Tervezési lehajlás Tervezési lehajlás állandó karkeresztmetszet esetén Tervezési lehajlás egyenszilárdságú karkeresztmetszet esetén Szerelési erı Rögzítıerı számítása Oldható kötés esetén Nem oldható kötés esetén Az η tényezı meghatározása A kar orr-kialakításának ellenırzése Karos bepattanó karos kötés egyszerősített szilárdsági ellenırzése V. MÁGNESES BARKHAUSEN-ZAJ DETEKTÁLÁSA MECHANIKAI FESZÜLTSÉG MÉRÉSÉRE A Barhkausen-zaj fizikai alapjai Mechanikai feszültség mérése Barkhausen-zajjal Feszültségvizsgálata Barkhausen-zaj mérésével... 4 VI. CSAVARKÖTÉS FESZÜLTSÉGI ÁLLAPOTÁNAK MEGHATÁROZÁSA SZÁMÍTÁSSAL ÉS NYÚLÁSMÉRİ BÉLYEGES MÉRÉSSEL Adatok Elıfeszítı erı számítása A deformációk és a többleterı számítása A többleterı ellenırzése méréssel, kiértékelés VII. MELLÉKLET... 46

3 I. fejezet: Dr. Nyitrai J., Dr. Nyolcas M.: Tervezés katalógusokkal (KISFELADAT) I. Tervezés katalógusokkal KISFELADAT "A" típus: Pneumatikus lemezmegfogó egység tervezése Az I 1. ábrán vázolt adagoló szerkezet megmunkálatlan lemeztáblák présgépbe helyezésére, ill. a kész munkadarabok gépbıl való kiszedésére szolgál. A berendezés szerszámfelek közé benyúló A gerendája hordozza a lemezmegfogó egységet, miközben a csapágyazott B oszlopon mozog függıleges irányban, illetve az oszlop tengelye körül elfordul. Mindezen mozgásokat az 1 pneumatikus munkahenger és a pneumatikus forgatóhenger biztosítja. A rendszer 6 bar nyomású pneumatikus hálózatra csatlakozik. I 1. ábra Pneumatikus adagoló elrendezési válat 3/75

4 I. fejezet: Dr. Nyitrai J., Dr. Nyolcas M.: Tervezés katalógusokkal (KISFELADAT) FELADAT: 1. Határozza meg az A gerendát érı erıhatásokat, és végezze el a gerenda szilárdsági méretezését! Válassza meg a szükséges keresztmetszetet, ha a gerenda hidegen hajlított négyszög szelvényő idomacélból készül (MSZ 738), anyaga Fe35B. Ellenırizze a számított keresztmetszetet, ha a megengedhetı maximális lehajlás a gerenda végén: f=3 mm. A lehajlás számítása konzolos tartók esetében az I-1. ábra jelöléseivel az (I-1) alapján: 3 F l f = 3 E I. A mellékelt katalóguslapok felhasználásával válassza ki: - a gerenda emelését biztosító 1 pneumatikus munkahengert; - a gerenda forgatását biztosító pneumatikus forgatóhengert; - a hengerfelerısítést és dugattyúrúd csatlakozást, figyelembe véve a rendszer szabadságfokát. - adja meg a választott munkahenger henger D/d/H (Henger / dug.rúd / lökethossz) méretét, valamint a csatlakozásokat. 3. Tervezze meg és törzsrajz formájában rajzolja meg az 1 pneumatikus munkahenger beépítésére szolgáló csatlakozó és felfogó elemeket! A csatlakozó elemek rögzítése a gépvázhoz csavarkötéssel történjen! 4. Tervezze meg és törzsrajz formájában rajzolja meg a pneumatikus munkahengerhez csatlakozó, a berendezés B oszlopának elfordítását biztosító konstrukciót! 5. Rajzolja le (méretarányosan) a hengerek szélsı helyzeteit, és méretezze be azokat! (I-1) ADATVÁLASZTÉK: (az I-1. ábra jelöléseivel) Feladat sorszáma l [mm] h [mm] F [N] T [Nm] A A A A A A A A A A p üzemi [bar] 4/75

5 I. fejezet: Dr. Nyitrai J., Dr. Nyolcas M.: Tervezés katalógusokkal (KISFELADAT) "B" típus: Pneumatikus manipulátor tervezése Az I-. ábrán vázolt szerkezet izzólámpák egy ütemben történı átrakására szolgáló manipulátor egyszerősített rajza. Az A gerendán kerültek elhelyezésre az izzólámpák megfogását szolgáló elemek. A gerenda függıleges mozgatását a 1 jelő, míg a vizszintes mozgatását a jelő pneumatikus munkahengerek biztosítják. A két mozgás megfelelı kombinációjával az izzólámpák kiemelhetık a gépsorból és a tárolóhelyre juttathatók. A berendezés 6 bar nyomású pneumatikus hálózatra csatlakozik. I. ábra Pneumatikus manipulátor elrendezési válat 5/75

6 I. fejezet: Dr. Nyitrai J., Dr. Nyolcas M.: Tervezés katalógusokkal (KISFELADAT) FELADAT: 1. A megadott l lökethossz figyelembevételével a vízszintes vezeték alátámasztási helyeinek elızetes felvételével végezze el a vezeték szilárdsági méretezését! A vezeték keresztmetszete tetszıleges szelvényő idomacélból készülhet, anyaga Fe35B. Ellenırizze a számított keresztmetszetet, ha a megengedhetı maximális lehajlás a gerenda végén: f=3 mm. A lehajlás számítása konzolos tartók esetében az ábra jelöléseivel a (I-) alapján: f F L b = (I-) 3 E I. A mellékelt katalóguslapok felhasználásával válassza ki: - a vizszintes és függıleges mozgásokat biztosító 1, és pneumatikus munkahengereket; - a hengerfelerısítéseket és dugattyúrúd csatlakozásokat, figyelembe véve a rendszer szabadságfokát. - adja meg a választott munkahenger henger D/d/H (Henger / dug.rúd / lökethossz) méretét, valamint a csatlakozásokat. 3. Tervezze meg és törzsrajz formájában rajzolja meg a vizszintes mozgást biztosító pneumatikus munkahenger beépítésére szolgáló csatlakozó és felfogó elemeket! A csatlakozó elemek rögzítése a gépvázhoz csavarkötéssel történjen! 4. Tervezze meg és törzsrajz formájában rajzolja meg a függıleges mozgást biztosító 1 pneumatikus munkahenger beépítésére szolgáló csatlakozó és felfogó elemeket! A csatlakozó elemek rögzítése a gépvázhoz csavarkötéssel történjen! 5. Rajzolja le (méretarányosan) a hengerek szélsı helyzeteit, és méretezze be azokat! ADATVÁLASZTÉK: (az I-. ábra jelöléseivel) Feladat sorszáma l [mm] h [mm] F x [N] F y [N] m [kg] B B B B B B B B B B p üzemi [bar] 6/75

7 I. fejezet: Dr. Nyitrai J., Dr. Nyolcas M.: Tervezés katalógusokkal (KISFELADAT) "C" típus: Hidraulikus élhajlítógép tervezése Az I-3. ábrán vázolt szerkezet egy élhajlító berendezés. A hajlítani kívánt L lemezt az A gépasztalra helyezve a B nyomólap segítségével a hidraulikus munkahengerek szorítják le. Ekkor a lemez gépbıl kinyúló része a C elforgatható asztalon fekszik. A hajlítás a C asztal kívánt α szögbe történı emelésével megy végbe, melyet az 1 hidraulikus munkahenger megfelelı mozgása biztosít. I 3. ábra Hidraulikus élhajlító berendezés elrendezési válat 7/75

8 I. fejezet: Dr. Nyitrai J., Dr. Nyolcas M.: Tervezés katalógusokkal (KISFELADAT) FELADAT: 1. A megadott nyomaték figyelembevételével, a hidraulikus munkahenger bekötési helyeinek elızetes felvételével számítsa ki az 1 munkahenger által kifejtendı nyomóerıt.. A mellékelt katalóguslapok segítségével válassza ki a C asztal és a B nyomólap mozgatását biztosító 1 és hidraulikus munkahengereket, illetve a dugattyúrúd csatlakozókat. - adja meg a választott munkahenger henger D/d/H (Henger / dug.rúd / lökethossz) méretét, valamint a csatlakozásokat. 3. Ellenırizze a választott hidraulikus munkahengert megengedett terhelésre és kihajlásra a asztal vizszintes (α 0 =0º) és felsı (α max ) helyzetben! 4. Tervezze meg és törzsrajz formájában rajzolja meg a hajlítást biztosító 1 hidraulikus munkahenger beépítésére szolgáló csatlakozó és felfogó elemeket! A csatlakozó elemek rögzítése a gépvázhoz csavarkötéssel történjen! 5. Rajzolja le (méretarányosan) a hengerek és a C asztal szélsı helyzeteit, és méretezze be azokat! ADATVÁLASZTÉK: (az I-3. ábra jelöléseivel) Feladat sorszáma α max [ ] M(α max ) [Nm] [kn] h [mm] p [bar] C C C C C C C C C C F N 8/75

9 I. fejezet: Dr. Nyitrai J., Dr. Nyolcas M.: Tervezés katalógusokkal (KISFELADAT) "D" típus: Hidraulikus forgódaru tervezése Az I-4. ábrán vázolt szerkezet egy gépmőhelyben használatos könnyő kivitelő forgódaru. Az 1 oszlophoz síkbeli csuklóval kapcsolódik a berendezés 3 gémje. A gém mozgatását, ezzel az F emelt teher megfelelı helyzetbe állítását a hidraulikus munkahenger és egy, az ábrán nem látható, az 1 oszlophoz csatlakozó hidromotor végzi. I 4. ábra Hidraulikus forgódaru elrendezési válat 9/75

10 I. fejezet: Dr. Nyitrai J., Dr. Nyolcas M.: Tervezés katalógusokkal (KISFELADAT) FELADAT: 1. Határozza meg a gém veszélyes keresztmetszetében ébrédı igénybevételét a gém három (ϕ min, ϕ 0, ϕ max ) helyzetében, és válassza ki a mértékadó igénybevételnek megfelelı hidegen hajlított négyszög szelvényő idomacélt (MSz738), ha a gém anyaga Fe35B, és a folyáshatárral szembeni biztonsági tényezı n=5.. Határozza meg a terhelt gém mozgatásához szükséges munkát, és az alapján válassza ki a mellékelt katalóguslapok alapján a gém mozgatását biztosító munkahengert, valamint a hozzá tartozó dugattyúrúd csatlakozót az alábbi összefüggések alapján. Az I-4. ábra jelölései: (F hasznos terhelés, q gém önsúlya, D henger és H lökethossz). W W W (F) szüks (q) szüks heng = ϕ max ϕmin = 0.5 = F heng M( ϕ) dϕ = ϕ max ϕmin q L H = p ϕ max ϕmin F L cos ϕdϕ = F L sin cos ϕdϕ = 0.5 q L ü D π H ; 4 W heng [ α sin( α α )] [ sin α sin( α α )] max max W - adja meg a választott munkahenger henger D/d/H (Henger / dug.rúd / lökethossz) méretét, valamint a csatlakozásokat. 3. Ellenırizze a választott munkahengert megengedett terhelésre és kihajlásra a gém alsó (ϕ min =α max -α telj ), vizszintes (ϕ 0 =0º) és felsı (ϕ max =α max ) helyzetben! F h 4 F = ahol: sin( γ ϕ) tg l l h sin ϕ + y cos ϕ x h max szüks max telj telj (I-3) (I-4) h h γ = (I-5) 4. Tervezze meg és törzsrajz formájában rajzolja meg a hidraulikus munkahenger beépítésére szolgáló csatlakozó és felfogó elemeket! A csatlakozó elemek rögzítése a gépvázhoz csavarkötéssel történjen! 5. Rajzolja le (méretarányosan) a hengerek szélsı helyzeteit (ϕ min, ϕ 0, ϕ max ), és méretezze be azokat! ADATVÁLASZTÉK: (az I-4. ábra jelöléseivel) Feladat sorszáma F [N] L [mm] α telj [ ] α max [ ] p [bar] D D D D D D D D D D /75

11 I. fejezet: Dr. Nyitrai J., Dr. Nyolcas M.: Tervezés katalógusokkal (KISFELADAT) "E" típus: Csıhálózat tervezése Az I-5. ábrán egy mőhelycsarnok A-O jelő betonoszlopokon nyugvó könnyőszerkezetes épületének vázlatos felülnézeti képe látható. A csarnok falazata 30 cm vastag téglafal. A csıhálózat elhelyezésére a falon rögzítıbilincsek felhasználásával van lehetıség. A csıhálózat tartalmaz egy betáplálási helyet (az A-E, F, J, K-O helyek egyike), valamint 6 fogyasztási helyet, amelyek az ábra A-O jelő oszlopaira rögzíthetık. A vízszintes gerincvezetékek a falakon 4 m magasságban, a csarnokon belül az (G), (H), (I) jelő oszlopokhoz pedig a padló alatt vihetık. A levegıhálózatnál hegesztett kötés is megengedett, a vízhálózatnál menetes csatlakozás alkalmazandó. Hideg csıhajlítás csak ½ méretig megengedett, horganyzott csöveknél egyáltalán nem. I 5. ábra Mőhelycsarnok elrendezési válat HÁLÓZATTÍPUSOK: a) Ipari vízhálózat vízsebesség: v = m/s, víznyomás: p = 6 bar. FELADAT: b) Sőrített levegı hálózat üzemi nyomás: p = 6 bar. 1. Tervezze meg az I-5 ábra méreteivel, a specifikált betáplálási és fogyasztási helyek kialakításával a mőhelycsarnok csıhálózatának tervdokumentációját.. A megadott névleges fogyasztások figyelembevételével határozza meg az egyes szakaszokon szőkséges csıkeresztmetszeteket. Törekedjen a minimális csıkeresztmetszet megvalósítására. (A számítások során az áramlási veszteségeket ne vegye figyelembe.) 3. Készítse el a vízszintes és függıleges csıtervet (arányos szabadkézi rajz). 4. Készítse el a szükséges alkatrészek (csövek, szerelvények, stb.) tételjegyzékét A4-es lapon. 11/75

12 I. fejezet: Dr. Nyitrai J., Dr. Nyolcas M.: Tervezés katalógusokkal (KISFELADAT) ADATVÁLASZTÉK: Feladat sorszáma Betáplálási helyek* Fogyasztási helyek*, ** (lásd az ADATTÁBLÁZATban) E1 E A11 B1 C11 D11 (G)11 (I)11 E F A B C D (G) (I) E3 J A33 B33 C33 D33 (G)33 (I)33 E4 K A41 B41 C41 D41 (G)41 (I)41 E5 L E1 F1 J1 K1 (I)1 (H)1 E6 M E3 F3 J3 K3 (I)3 (H)3 E7 N E31 F31 J31 K31 (I)31 (H)31 E8 O E4 F4 J4 K4 (I)4 (H)4 E9 A L13 M13 N13 O13 (G)13 (H)13 E10 B L1 M1 N1 O1 (G)1 (H)1 E11 C L3 M3 N3 O3 (G)3 (H)3 E1 D L43 M43 N43 O43 (G)43 (H)43 E13 E A11 F1 N13 D41 (G)11 (I)1 E14 F A F3 N1 K1 (G) (I)3 E15 J A33 F31 N3 K3 (G)33 (I)31 E16 K A41 F4 N43 K31 (G)41 (I)4 E17 L E1 M13 C11 K4 (I)11 (H)13 E18 M E3 M1 C O13 (I) (H)1 E19 N E31 M3 C33 O1 (I)33 (H)3 E0 O E4 M43 C41 O3 (I)41 (H)43 * A táblázatban szereplı betáplálási és fogyasztási helyek betőjele az I-5 ábra szerint. ** Lásd az ADATTÁBLÁZATot. Pl.: A1 jelentése: A: fogyasztási hely; 1: padlószint feletti magasság 1-es variáció (0.5 m); : névleges fogyasztás -es variáció (10 m 3 /óra). ADATTÁBLÁZAT: Fogyasztási hely jele Fogyasztóhely padlószint feletti magassága [m] Névleges fogyasztás [m 3 /óra] variáció * A B C D E F (G) (H) (I) J K L M N O /75

13 II. fejezet: Dr. Borbás L.: Törésmechanikai mérés II. Törésmechanikai mérés 1. A törési módok áttekintése A lineáris törésmechanika egyik legfontosabb jellemzıje a feszültségintenzitási tényezı. Terhelési, más néven törési módtól függıen K I, K II, K III -al jelölt mennyiség a terhelés, valamint a szerkezeti elem belsejében meglévı repedéskörnyezet geometriai kialakításának függvénye [1]. A feszültségintenzitási tényezı a feszültségállapotnak a repedéscsúcsnál fellépı szingularitás helyétıl való lefutását jellemzi, tehát konkrét anyagszerkezettıl független, és így a folyamatos anyag ( kontinuum ) tulajdonságaiból vezethetı le. Ezért nyílik lehetıség arra, hogy értékét modellkisérletbıl, vagy hasonló jellegő vizsgálatból határozzuk meg []. Amikor a terhelés növekedésekor a feszültségintenzitási tényezı egy, az adott anyagra jellemzı kritikus értéket elér, az anyagban meglévı iniciált repedés stabilitását vesztve továbbhalad és a törés bekövetkezik. A repedés továbbhaladásának pillanatában a repedéscsúcs környezetében kialakult feszültségintenzitási tényezı az adott anyag törési szívóssága. A feszültségcsúcs nagysága önmagában még nem jellemzı a feszültségeloszlásra, így egy idealizált alakú repedés körül kialakuló teljes feszültségeloszlás elemzésébıl próbálunk a repedésre jellemzı számértéket kapni. A σ 0 nagyságú, homogén húzófeszültséggel terhelt végtelen kiterjedéső lemez (idealizált állapot) vizsgálatakor a a mérető repedés környezetének koordináta rendszerét az II 1. ábra mutatja [3]. II 1. ábra Húzófeszültséggel terhelt, végtelen szélességő lemez a repedéskörnyezetének koordinátarendszere 13/75

14 II. fejezet: Dr. Borbás L.: Törésmechanikai mérés Az egyes feszültségkomponensek a levezetés mellızésével az alábbiakban adhatók meg: ahol K: σ x = K Θ Θ cos 1 sin sin r π 30 K Θ Θ 30 σ y = cos 1 sin sin r π (II-1) τ xy = K Θ Θ cos sin cos rπ 30 K = σ o a π (II-) Véges kiterjedéső szerkezetek esetén a (II-) egyenlet annyiban módosul, hogy egy k tényezıvel vesszük figyelembe az idealizált környezettıl való eltérést (II-3). K I = k σ o a π (II-3) A (II-3) egyenletben szereplı k értékének meghatározására több szerzı tett kísérletet, melyet a repedés elhelyezkedése, illetıleg geometriai adatainak függvényében a II 1. táblázat mutat [1]. Vázlat Számítási képlet Szerzı [ ϕ ϕ ] 1 k = Koifer 1 ϕ k 3 = ϕ 0.88 ϕ ϕ Brown 3 k = ϕ ϕ ϕ ϕ < 0.7 értékekre π ϕ k = cos π tg π ϕ 4 ϕ Brown Tada 3 4 k = ϕ ϕ 1.7 ϕ ϕ ϕ < 0.6 értékekre Gross II 1. táblázat A feszültségintenzitási tényezı képletében szereplı k állandó értékének meghatározási lehetısége Irwin [4] szerint három törési módot különböztetünk meg (II. ábra): 14/75

15 II. fejezet: Dr. Borbás L.: Törésmechanikai mérés A törési mód jele A törés jellege Feszültségeloszlás a repedéscsúcs környezetében I. Szétnyílás σ y = K Ic x π II. Párhuzamos elcsúszás τ xy = K IIc x π III. Transzverzális elcsúszás τ yz = K IIIc x π II. ábra Irwin által meghatározott törési módok A repedés alakja és a repedés környezetében uralkodó feszültségi állapot ismeretében elméletileg minden esetben meghatározható a törési módtól függı indexet viselı K értéke. Irodalomból ma már nagyon sok anyagra kísérletileg meghatározott K c értéket kaphatunk. Így egy konkrét probléma vizsgálatakor annak eldöntése, hogy a detektált repedés az adott pillanatban stabil vagy esetleg veszélyes, az adott esetre számított és a kritikus intenzitási tényezı egybevetésébıl eldönthetı. Jel Alak Méretelıírások A K Ic tényezıt megadó összefüggés CT b=1. j s=0.5 j (0.5j...0.5j) l=1.5 j d=0.5 j f 1.3 n e=0.55 j a=0.45 j j 0.66 j n 1.5 mm K Ic ϕ = a j ( F 1/ = 9.6ϕ s j ϕ 5 / 185.5ϕ 1017ϕ 7 / 3 / ϕ 9 / ) 3PB s=0.5 j (0.5 j...1 j) l 4.5 j f 1.3 n a=0.45 j j 0.66 j n 1.5 mm K Ic ϕ = F L = 3 s j a j ( + 1.8ϕ.9ϕ 5 / 1/ 4.6ϕ 37.6ϕ 7 / 3 / ϕ 9 / ) II. táblázat Szabványos próbatestek K Ic meghatározása, MSZ 497 szerint Az MSZ 497 szabályozza hazánkban a K c meghatározására vonatkozó elıírásokat, a próbatestek alaját és a vizsgálat lefolytatásának módját [1]. A vonatkozó adatokat a II. táblázatban foglaltuk össze. 15/75

16 II. fejezet: Dr. Borbás L.: Törésmechanikai mérés. Optikai feszültségvizsgálat alkalmazása törésmechanikai paraméterek meghatározásában.1 Feszültségeloszlás modellezése optikailag aktív anyagok alkalmazásával Az eljárás alapja az optikai feszültségvizsgálat valamely módszerének (transzmissziós vagy reflexiós) alkalmazása. Optikailag aktív modellanyag segítségével ismert terhelési és geometriai feltételek között meghatározzuk (felvesszük) a repedéscsúcs környezetének rendszám-eloszlását. A rendszámeloszlás ismeretében alkalmasan megválasztott koordinátarendszerben felrajzolt fıfeszültségkülönbség-eloszlás (jó közelítéssel egyenes) iránytangense az adott terhelésre vonatkozó K intenzitási tényezı. Az eljárás menetét gyakorlati példán mutatjuk be.. Feszültségintenzitási tényezı meghatározásának gyakorlati lépései Az eljárást bemetszett, szimmetria-tengelyéhez képest excentrikusan terhelt, húzott próbatesten végzett méréseken keresztül mutatjuk be [3]...1 A próbatest kialakítása A vizsgálatok során alkalmazott próbatest geometriai és terhelési viszonyait a II 3. ábra mutatja. Az alkalmazott modellanyag: Araldit B, feszültségoptikai állandója: S=11.84 N/mm. II 3. ábra Feszültségoptikai vizsgálatok próbatest kialakítása és terhelési körülményei.. Rendszám-eloszlás meghatározása Az optikailag aktív modellanyagból elkészített próbatest terhelése során kialakuló rendszámeloszlását rögzítjük, majd az ebbıl készített összerajzolt ábrából minden esetben az adott repedésméretre vonatkozóan felrajzoljuk a fıfeszültségkülönbség-eloszlást a repedéscsúcstól 16/75

17 II. fejezet: Dr. Borbás L.: Törésmechanikai mérés távolodó (arra merıleges) koordinátarendszerben. Egy d= mm repedésmérethez tartozó öszerajzolt rendszám-eloszlást a II 4. ábrán mutatunk be. II 4. ábra Összerajzolt rendszám-eloszlás d= mm és F= N terhelıerıhöz tartozóan A kiértékelt fıfeszültségkülönbség-eloszlásokból nyert egyenesek az y repedéscsúcstól mért távolság 1 π y függvényében a II 5. ábrán láthatók, a repedésméretek feltüntetésével. II 5. ábra A fıfeszültség-különbség a repedéscsúcstól valótávolság függvényében, különbözı repedésméretekre 17/75

18 II. fejezet: Dr. Borbás L.: Törésmechanikai mérés Az imént bemutatott repedésintenzitási tényezı fajlagos (1000 N) terhelésre vonatkoztatott változását a repedésméret függvényében a II 6. ábra szemlélteti. II 6. ábra Feszültségintenzitási tényezı változása a repedésméret függvényében..3 A modellkísérlet eredményeinek alkalmazása a tényleges szerkezeti kivitelre II 7. ábra Modell méretei (kivitellel megegyezı) a feszültségcsúcs számításához 18/75

19 II. fejezet: Dr. Borbás L.: Törésmechanikai mérés A valóságot (tényleges kivitel) modellezı, geometriailag megegyezı kialakítású modell (II 7. ábra) repedéscsúcsának σ 0 feszültségértéke az alábbi összefüggésbıl számítható: F F k h d σ 0 = + (II-4) A I ahol A a repedéscsúcsban a modell keresztmetszete: ( h d) A = v, (II-4/a) illetve I a keresztmetszet másodrendő nyomatéka: ( h d) 3 v I =, (II-4/b) 1 valamint k a terhelıerı (F) és a pillanatnyi súlypont (S) távolsága: h + d k = (II-4/c) 4 Miután lineáris összefüggést feltételezünk a modellen mért K m és σ 0m, valamint a tényleges szerkezetei elem K k és σ 0k értékei között, igaz az alábbi összefüggés (II-5): K m K σ σ 0m k = (II-5) 0k A tényleges szerkezet repedéscsúcsára meghatározott σ 0k (tényleges terhelés) ismeretében a (II-5) összefüggés alkalmazásával K k a kivitelre egyszerően számítható. A számítási eredmények értékelésére, miszerint az alkalmazott terhelési feltételek között a vizsgált repedés stabil vagy kritikus a továbbterjedés szempontjából, ismerni kell az adott, tényleges kivitel szerkezeti anyagának fenti jellemzıit. A szóban forgó kritikus intenzitási tényezı értékei ma már irodalomból meglehetısen jól hozzáférhetıek. Példaként néhány szerkezeti anyag jellemzıit a II 3. táblázatban foglaltuk össze [5]. Szerkezeti anyag R m [MPa] K Ic [N mm -3/ ] I. Öntöttvas (szürke) II. Öntöttvas (gömbgrafit) III. Szerkezeti acél (alacsony ötvözéső) IV. Szerkezeti acél (Cr, Ni, Mn ötvözéső) V. Szerkezeti acél (Ti ötvözéső) II 3. táblázat Néhány szerkezeti anyag törésmechanikai K Ic tényezıje A II 3. táblázat értékei csupán tájékoztató jellegőek. A táblázat tanulmányozásakor elsı látásra nyilvánvaló az egyes anyagféleségek mellett találaható értékek széles intervalluma, amely nyilvánvalóan a ténylegesen jelenlévı ötvözıanyagok függvénye. Meg kell továbbá jegyezni, hogy az itt bemutatott értékek igen jelentısen hımérséklet-függıek, így egy konkrét elemzés elvégzésekor megfelelıen körültekintıen kell eljárni a kritikus intenzitási tényezık alkalmazásakor. 19/75

20 II. fejezet: Dr. Borbás L.: Törésmechanikai mérés 3. Törésmechanikai feladat Meghatározott geometriájú modell feszültségoptikai vizsgálata, és az eredmények átszámítása a konkrét kivitelre. A feladat feltételezi a modell és a kivitel azonos geometriáját, a modellre és a kivitelre ható statikus terhelıerık ismeretét. Jelen feladatban a modellre ható terhelıerı a rendszám-eloszlás ábrákon fel van tüntetve. A törésmechanikai mérés/számítás menete: (a vastagon szedett pontok elvégzése a jelen feladat tárgya) 1) Modellkészítés. ) Rendszám-eloszlások felvétele repedésméretenként (izokromata ábrák segítségével). 3) Izokromata ábrákból összerajzolt rendszám-eloszlás ábra készítése. 4) Összerajzolt rendszámeloszlásból fıfeszültség különbség számítása és ábrázolása a repedéscsúcsból kiinduló koordinátarendszerben a (II-6) alapján. Felhasználandó az optikai feszültségmérés alapegyenlete: S m σ 1 σ = (II-6) v ahol: S = [N/mm], feszültségoptikai állandó; m = az aktuális rendszám értéke (0, 0.5, 0.5, 0.75, 1, 1.5,...); v = 8 [mm], a modellanyag vastagsága. 5) A fenti koordinátarendszerben ábrázolt egyenes iránytangensének meghatározása (K m ). 6) A repedéscsúcs feszültségállapotának számítása a modellre a (II-4) összefüggés alapján. 7) A repedéscsúcs feszültségállapotának számítása a tényleges kivitelre a (II-4) összefüggés alapján. 8) A számítás eredményeinek értékelése kritikus intenzitási tényezıre vagy a repedésméretre az (II-5) egyenlet és (II-3) táblázat alapján. Irodalomjegyzék [1] Muttnyánszky, Á.: Szilárdságtan 5. átdolgozott és bıvített kiadás. Mőszaki Könyvkiadó, Budapest, p.: [] Borbás, L.: Rétegbevonatos optikai feszültségvizsgálat alkalmazási lehetısége törésmechanikai paraméterek meghatározására. BME Közlekedésmérnöki Kar Gépelemek Tanszék Közleményei. 54. szám, ISSN [3] Irwin, G.R.: Fracture Handbuch der Physik. 6. kötet, Springer Verlag, Berlin [4] Thamm F., Mansaray, A.: Extrapolation des Spannungsintensitatsfaktors auf Experimenteller Resultate. Periodica Polytechnica, Vol. 33 Nos 1-/1989. [5] Blumenaer, H., Pusch, G.: Technische Bruchmechanik. VEB Deutscher Verlag / Leipzig, /75

21 II. fejezet: Dr. Borbás L.: Törésmechanikai mérés ADATVÁLASZTÉK Szerkezeti anyag (I...V), Terhelés (1..3), valamint Repedésméret (a...h) Szerkezeti anyag Terhelés [kn] Repedésméret [mm] 1 3 a b c d e f g h I. Öntöttvas (szürke) II. Öntöttvas (gömbgrafit) 18 4 III. Szerkezeti acél (alacsony ötvözéső) IV. Szerkezeti acél (Cr, Ni, Mn ötvözéső) V. Szerkezeti acél (Ti ötvözéső) Ssz. Anyag Terhlés Repedés Ssz. Anyag Terhlés Repedés Ssz. Anyag Terhlés Repedés 1 I 1 a 16 I 3 d 31 I 3 a II 1 b 17 II 3 e 3 II 3 b 3 III 1 c 18 III 3 f 33 III 3 c 4 IV 1 d 19 IV 1 a 34 IV 3 d 5 V 1 e 0 V 1 b 35 V 3 e 6 I 1 f 1 I 1 c 36 I 3 f 7 II a II 1 d 37 II 1 a 8 III b 3 III 1 e 38 III 1 b 9 IV c 4 IV 1 f 39 IV 1 c 10 V d 5 V a 40 V 1 d 11 I e 6 I b 41 I 1 e 1 II f 7 II c 4 II 1 f 13 III 3 a 8 III d 43 III a 14 IV 3 b 9 IV e 44 IV b 15 V 3 c 30 V f 45 V c Összerajzolt rendszám-eloszlás (izokromata) ábrák (a-h) a b 1/75

22 II. fejezet: Dr. Borbás L.: Törésmechanikai mérés c d e f g h /75

23 III. fejezet: Dr. Seres L. : Siklócsapágyak vizsgálata III. Siklócsapágyak vizsgálata 1. Bevezetés Az olajkenéső siklócsapágyak súrlódási veszteségeinek meghatározására elsıként Stribeck végzett kísérleteket. A kísérletek során megállapította, hogy nyugalmi helyzetben (induláskor) a súrlódási tényezı lényegében a fémes súrlódásnak felel meg. Indítás után rohamosan csökken, majd egy minimum után ismét emelkedik. A persely fajlagos terhelését változtatva a minimum mindig azonos értékőre adódott, a súrlódási görbék többi része azonban változott (III 1. ábra). A helyesen kialakított siklócsapágy a tiszta folyadéksúrlódás állapotában üzemel. III 1. ábra Stribeck-diagram 3/75

24 III. fejezet: Dr. Seres L. : Siklócsapágyak vizsgálata. Siklócsapágy súrlódási tényezıjének meghatározása.1 Számítási összefüggések Adott: Meghatározandó: csapágy geometria, terhelés, fordulatszám és a kenıanyag. súrlódási tényezı A vegyes és tiszta folyadéksúrlódás határához tartozó minimális résméret: h = R + R f [mm] (III-1) 0 min 1max max + A maximális érdességmagasság: R max = 4.5 R [mm] (III-) Lehajlás végcsap és beálló persely esetén: a 4 p k d b f = 0.6 [mm] (III-3) E d Az átlagos felületi terhelés: p k F = [MPa] (III-4) b d ahol: d - csapátmérı [mm]; b - csapágypersely szélesség [mm]. A folyadéksúrlódás kezdetéhez tartozó legnagyobb relatív excentricitás: ahol: d D h 0 min ε max = 1 (III-5) D d - csapátmérı [mm]; - csapágyfurat átmérı [mm]. (Vizsgálataink során olyan csapágyterhelések és fordulatszámok fordulnak elı, amikor a tiszta folyadéksúrlódás biztosított.) A relatív játék számítható az alábbiak szerint: D d Ψ = (III-6) d Ezzel számítható a csapágyjellemzı szám: ahol: η ω φ = p k Ψ η ω - a kenıolaj dinamikai viszkozitása a t csapágyhımérsékleten [Pa s]; - szögsebesség [1/s] (ω= π n). (III-7) 4/75

25 III. fejezet: Dr. Seres L. : Siklócsapágyak vizsgálata A méréseink során a ν [mm /s] kinematikai viszkozitást határozzuk meg diagramból a t [ C] csapágyhımérséklet függvényében. A számításhoz szükséges dinamikai viszkozitás az alábbiak szerint határozható meg: η = 10 6 ν ρ [Pa s] (III-8) ahol: ρ - a kenıolaj sőrősége (ρ=900 [kg/m 3 ]). A csapágyjellemzı szám (φ) ismeretében a tényleges relatív excentricitás diagramból megállapítható, és az ε < ε max szükséges feltétel ellenırizhetı. Ezek alapján a súrlódási tényezı értéke (egy adott terhelés és fordulatszám) meghatározható: µ = C ψ (III-9) ahol: C - súrlódási szám (b/d és ε függvénye), diagramból leolvasható.. Mérési eljárás A feladat egy, a tiszta folyadéksúrlódás állapotában üzemelı siklócsapágy súrlódási tényezıinek meghatározása számítással és méréssel, továbbá az eredmények összehasonlító kiértékelése. A méréshez szükséges csapágyvizsgáló berendezés elrendezése a III-. ábrán látható. Az egyes egységek az alábbiak: 1 - siklócsapágy - siklócsapágyház 3 - mélyhornyú golyóscsapágy 4 - golyóscsapágyház III. ábra Csapágyvizsgáló berendezés elrendezése 5/75

26 III. fejezet: Dr. Seres L. : Siklócsapágyak vizsgálata A csapágyvizsgáló berendezésbe beépített csap és siklócsapágy geometriai adatai: Csapátmérı: d=49.80 mm Csap felületi érdessége: Ra 1 =0.3 µm Csapágypersely furat: D= mm Csapágypersely felületi érdessége: Ra =0.63 µm Csapágypersely szélessége: b=38 mm Komplett csapágyház tömege: m cs =6 kg A csapágyház m cs tömege a terhelést a csapágyháznak átadó φ10 mm rúdban relatív nyúlást okoz. Ennek nagysága: m g cs 6 ε = = x 10 (III-10) A E ahol: x - a digitális kijelzıszám [µstrain] (fajlagos nyúlás: l/l); A - az φ10 mm-es rúd keresztmetszete: A=78.54 [mm ]; E - rugalmassági modulus, értéke acélok esetén: E= [MPa]; A fenti (III-10) egyenletbıl x értéke kifejezhetı: m cs g = [ µ strain] (III-11) 6 5 A E x = 6 A csapágyterhelés beállítása csavaros mechanizmussal történik, amelynek nagysága a mőszeren kijelzett x érték alapján az alábbiak szerint számítható: F 6 = ε E A = x [N] (III-1) A siklócsapágy tényleges terhelése a vizsgálógép fejtömegének (m cs ) figyelembevételével: F = F m cs g = F = F 55 [N] (III-13) A mérések során egy terhelési értéknek megfelelı x fajlagos nyúlásértéket állítunk be. Az adott terheléssel négy különbözı fordulatszámon meghatározzuk a súrlódási tényezı értékeket. A vizsgálat során mérni/számítani kell: F m siklócsapágy súrlódó erıt [N]. F m a mőszeren leolvasott %-értéknek megfelelı terhelés. (a beállított mérımőszeren 100% 10N). n fordulatszámot [1/min], mérése stroboszkóppal történik. t csapágyhımérsékletet [ºC]. A csapágyhımérséklet meghatározásakor a termisztor ellenállás-változását mérjük [kω]-ban és egy hitelesítı diagram segítségével kapjuk meg a tényleges t hımérséklet értéket. 6/75

27 III. fejezet: Dr. Seres L. : Siklócsapágyak vizsgálata A siklócsapágy teljes súrlódási veszteségnyomatéka: ahol: M 1 M s = M 1 + M - a mért F m [N] súrlódóerı és az l [mm] súrlódóerı karjának szorzata; M 1 = F m l [Nmm], ahol l = 190 [mm]. (III-14) M - az F [N] csapágyterhelés okozta golyóscsapágy veszteségnyomaték: 0.55 F M = F d m [Nmm] C 0 C 0 = [N], a golyóscsapágy statikus határterhelése, d m = 165 [mm], a golyóscsapágy közepes gördülési átmérıje. A súrlódási tényezı értékét az alábbi összefüggésbıl nyerjük: M s µ = (III-15) d F A mérés alapján számított súrlódási tényezık: µ 1 µ µ 3 µ 4 A (III-15) egyenlet alapján meghatározott négy súrlódási tényezıt (állandó terhelés és különbözı fordulatszámok) diagramban ábrázoljuk, majd a kapott eredményeket értékeljük. 7/75

28 IV. fejezet: Dr. Borbás L.: Bepattanó kötések méretézésénak alapjai IV. Bepattanó kötések méretezésének alapjai 1. Alapfogalmak Bepattanó kötésnek hívjuk azokat az alakzáró kötéseket, melyek esetében az a kapcsolt alkatrészek túlfedéssel rendelkezı szakaszon történı elmozdulást követıen kerülnek rögzített pozicióba. Összeszerelést követıen a csatlakozó alkatrészek a kötés oldásáig (amennyiben oldható!) tehermentesek. Az így rögzített kapcsolat tekintettel a szerelési, viszonylag nagy mérető túlfedésre az üzemi terhelések elviselésére megfelelıen magas kötıerıvel rendelkeznek. A kötésfajtákat a kapcsolatot biztosító rugalmas elem kialakítása alapján (Mőanyagipari Tervezési Segédlet BO.6/MIKI ) csoportosíthatjuk (IV 1.a...h ábra): a) Karos b) Vonal menti c) Győrős folytonos d) Győrős felhasított e) Gömbcsuklós f) Csapos felhasított g) Horgony h) Torziós rugós IV 1. ábra Bepattanó kötések egyszerősített osztályozása 8/75

29 IV. fejezet: Dr. Borbás L.: Bepattanó kötések méretézésénak alapjai Minden kötésfajta oldható és nem oldható konstrukciós kialakítású lehet. Az oldhatóság feltételét sematikusan a karos kötések esetére a IV. ábra szemlélteti. Kötés típús Szerelési erıhatások Rögzítı erı Oldhatatlan Q SZ f F Q SZ α=α1 Q R Q R b f Oldható Q SZ f F Q SZ α=α1 Q R F Q R α=α IV. ábra Oldhatatlan és oldható kötés orr-kialakítása a szerelési és oldási erıhatásokkal A IV. ábra Q R jelzéső erıkomponense a kötés rögzítıereje, melyet a kötés oldódás, vagy roncsolás nélkül elvisel. A kötések tervezése az alábbiakat foglalja magában: * szerkezeti megoldás kiválasztása; * oldhatósági feltétel meghatározása; * anyag (párosítás) kiválasztása; * a megkívánt rögzítı erıhöz tartozó túlfedés, valamint teherviselı keresztmetszet számítása; * szerelési és rögzítési erıre történı ellenırzés. Néhány általános tervezési irányelv: * a nem oldható kötés rögzítı ereje általában nagyobb az oldhatónál; * kisebb szerelési erıszükséglet kisebb rögzítı erıt eredményez; * a túlfedés, illetıleg a deformáció számításánál a mőanyag rugalmas alakváltozását a legnagyobb mértékben ki kell használni; * a kötés szerelés közbeni képlékeny alakváltozását kerülni kell; * a bepattanó kar feles állásban hagyása a kar elernyedését eredményezi.. Karos kötések méretezési irányelvei 1 A húrmodulus meghatározása a tervezési megengedett nyúlás függvényében anyagtípustól függıen a IV 3. ábrából lehetséges. (Az alap- és megengedett nyúlásokat lásd a IV., valamint a IV 3. táblázatokban.) 1 A bemutatott eljárás az elemi szilárdságtan alapösszefüggéseit alkalmazza a szélsı szálak maximális igénybevételeinek meghatározására, eltekintve minden egyéb (pl. feszültségkoncentráció) hatás vizsgálatától. 9/75

30 IV. fejezet: Dr. Borbás L.: Bepattanó kötések méretézésénak alapjai PVC, POM Polipropilén (PP) Polietilén (PE) Cellulóz-származékok (CAB) Polikarbonát (PC) Poliamid (PA-6) IV 3. ábra Néhány leggyakrabban alkalmazott mőanyag típus húrmodulusa a szereléskor megengedett nyúlás függvényében 30/75

31 IV. fejezet: Dr. Borbás L.: Bepattanó kötések méretézésénak alapjai.1 Állandó keresztmetszető egyenes kar végének szerelési besüllyedése A IV 4. ábrán látható állandó keresztmetszető egyenes kar végének szerelési besüllyedése az alábbi összefüggés szerint határozható meg: ahol: I E s S e 3 F l f = 3 I E s a kersztmetszet másodrendő nyomatéka; a húrmodulus; súlypont; a húzott szélsı szál távolsága a súlyponti száltól. a) bepattanás közben b) bepattanva (IV-1) IV 4. ábra Karos kötés szerelési besüllyedése. karkeresztmetszet. A szélsı szál megengedett nyúlása a befogási keresztmetszetben ahol: F l e F l ε = = I E K s E s K a kersztmetszeti tényezı, melyet néhány fıbb típúsra a IV 1. táblázat tartalmazza; (IV-) Az egyes kötéstípusok alapnyúlásait, valamint a tervezéskor megengedett (szerelési) nyúlásértékeket a IV. táblázat, valamint a IV 3. táblázat tartalmazza. 31/75

32 IV. fejezet: Dr. Borbás L.: Bepattanó kötések méretézésénak alapjai Kerszetmetszeti alak* Terület Keresztmetszeti A húzott szélsı szál Kappa tényezı távolsága tényezı (A) (K) (e) (κ) b v v b v 6 3 v ( a + b) v a + 4 a b + b v a + b a + b a + b 3 a + b a + b v ( a + b) v a + 4 a b + b a + b v a + b 3 a + b a + b a + b D π 8 * A + jel a húzott szélsı szálat jelzi. 3 D 3 π D = 0.1 D 3 π IV 1. táblázat Néhány karos bepattanó kötés keresztmetszeti jellemzıi π 4 = Anyagtípus Homogén anyag ε alap [%] Üvegtartalom 0 % 30 % PS 1.5 SB 3 ABS 3 1. PVC kemény/lágy 3/1 HD-PE 8 LD-PE PP izotakt., ataktikus 10 6 POM kopolimer 8 1 POM homopolimer 5 PC PPO 4 1 PBTP CAB.5 PA 6 légszáraz/száraz 6/5 /1.5 PTFE 5 A kötés típusa IV. táblázat A tervezési alapnyúlás (ε alap ) értékei különbözı mőanyagtípusokra (balra), valamint a húrmodulus értelmezése a nyúlás függvényében (jobbra) A tervezéskor megengedhetı nyúlása, (ε meg ) Gyakran oldott Nem oldható, v. ritkán oldott Karos, csavart 0.6 ε alap ε alap Győrős 0.3 ε alap 0.5 ε alap IV 3. táblázat Tervezési megengedett nyúlásértékek (ε meg ) az alapnyúlás (ε alap ) alapján számítva 3/75

33 IV. fejezet: Dr. Borbás L.: Bepattanó kötések méretézésénak alapjai.3 Tervezési lehajlás Az f tervezési lehajlás a (IV-1), (IV-) összefüggések és az ε meg megengedett nyúlás (IV-3. táblázat) alapján az alábbiak szerint határozható meg, a kötés oldásának gyakoriságától függıen:.3.1 Tervezési lehajlás állandó karkeresztmetszet esetén f l = ε 3 e meg l = κ v ε meg (IV-3) ahol: κ=v/3 e állandó keresztmet esetén..3. Tervezési lehajlás egyenszilárdságú karkeresztmetszet esetén A tervezéshez szükséges κ tényezıt a kar kialakításának függvényében a IV 5. ábra, míg az egyes kartípusok geometriai jellemzıit a IV 4. táblázat tartalmazza. IV 5. ábra Egyenszilárdságú karos kötés κ tényezıje a IV 4. táblázatban szereplı kar-alakokra. 33/75

34 IV. fejezet: Dr. Borbás L.: Bepattanó kötések méretézésénak alapjai Alak Befogási magasság, (v) Befogási szélesség, (b) Áll. keresztm. karhossz, (l 0 ) v = v 0 l l 0 b = b 0 l l 0 = 8 v = v 0 b = b0 l = 0 l v = v 0 b0 b = l 0 0 = v = v 0 b = 3 b 0 l l 0 = 3 v = v 0 b b 0 = l 0 0 = IV 4. táblázat Egyenszilárdságú bepattanó karok jellemzıi 34/75

35 IV. fejezet: Dr. Borbás L.: Bepattanó kötések méretézésénak alapjai.4 Szerelési erı A szerelési erıhöz szükséges súrlódási tényezık a IV 5. táblázatban találhatók a különbözı anyagpárosításokhoz: Kar anyaga Súrlódási tényezı*, (µ) Azonos mőanyagon Más mőanyagon Acélon POM (kopolimer és homopolimer) PA-6 (Poliamid) PMMA PTFE PVC (Polivinilklorid) PS (Polisztirol) SAN ABS PC (Polikarbonát) PBTP PP (Polipropilén) LD-PE (Polietilén-kissőrőségő) HD-PE (Polietilén- nagysőrőségő) * A táblázati adatok közül a számításokat a nagyobb értékekkel végezze el! IV 5. táblázat Alkalmazható mőanyag kötéspárok súrlódási tényezıi A szerelési erı számítása az IV. ábra jelöléseivel az alábbiak szerint történik: Q sz µ + tgα1 = η1 F = 1 µ tgα 1 F = η 1 K E l ahol: α 1 a tartóvég ajánlott szögértéke ( 30 ); µ súrlódási tényezı a IV 5. táblázatból; η 1 vonatkozó értéke a IV 6. ábrából, vagy a IV-6 egyenlet alapján határozható meg..5 Rögzítıerı számítása A rögzítıerı számítása gyakran oldható és oldhatatlan kötés esetén az IV. ábra jelöléseivel az alábbiak szerint történik:.5.1 Oldható kötés esetén Q R = η µ + tgα F = 1 µ tgα F = η s K E l ε s ε meg meg (IV-4) (IV-5/1) ahol: α a tartóvég ajánlott szögértéke ( 45 ); µ súrlódási tényezı a IV 5. táblázatból; η vonatkozó értéke a IV 6. ábrából, vagy a IV-6 egyenlet alapján határozható meg. 35/75

36 IV. fejezet: Dr. Borbás L.: Bepattanó kötések méretézésénak alapjai.5. Nem oldható kötés esetén ahol: σ F Q R σ F = f 1 + e + 3 K 1 A az alkalmazott anyag folyáshatára az üzemeltetési hımérsékleten, esetünkben: σ F = σ 1 (lásd IV. táblázat jobb oldala). (IV-5/).6 Az η tényezı meghatározása IV 6. ábra Karos kötés orr-letörésének alakulása az η tényezı függvényében, különbözı súrlódási tényezık esetén Az η tényezık aktuális értékei meghatározhatók az alábbi összefüggés alapján is: Q µ + tgα η = = (IV-6) F 1 µ tgα 36/75

37 IV. fejezet: Dr. Borbás L.: Bepattanó kötések méretézésénak alapjai.7 A kar orr-kialakításának ellenırzése A kötés orr-részének kialakítását az adott geometriai méretek, a kartípus, valamint a számítási adatok alapján határozzuk meg (IV 7. ábra). Az orr h méretének nagysága kb. 1-3 mm. IV 7. ábra A kar geometriájának meghatározása ahol: Ezután a biztosítandó rögzítıerı (Q R ) ismeretében ellenırizzük a kar orr-részének nyírt keresztmetszetének c méretét (IV 8. ábra). τ B Q R = τ b c (IV-7) B - az alkalmazott anyagra megengedett nyírószilárdsága, esetünkben: τ B = 0.6 σ B (σ B -t lásd IV. táblázat jobb oldala). IV 8. ábra A karos kötés orr-részének nyírt keresztmetszete 37/75

38 IV. fejezet: Dr. Borbás L.: Bepattanó kötések méretézésénak alapjai 3. Karos bepattanó karos kötés egyszerősített szilárdsági ellenırzése FELADAT: ADATOK: S. Alapanyag sz. (kar anyaga) Határozza meg a befogási keresztmetszetben a karos bepattanó kötésre: 1. Állandó keresztmetszető kar (b 0, v 0 ), gyakran oldott kötés esetén * a szerelési erıszükségletet; * a kötés rögzítıerejét;. Állandó keresztmetszető kar (b 0, v 0 ), oldhatatlan kötés esetén * a szerelési erıszükségletet; * a kötés rögzítıerejét; 3. Egyenszilárdságú kar (b, v), gyakran oldott kötés esetén (lásd IV 4. táblázat) * a szerelési erıszükségletet; * a kötés rögzítıerejét; 4. Tervezze meg az egyenszilárdságú kar geometriáját * ellenırizze a kar orr-kialakítás nyírt keresztmetszetét (lásd IV 8. ábra). * készítse el az egyenszilárdságú kar 10:1 léptékő mőhelyrajzát;. Anyagpár Orrszög (ellendarab) α 1, [ ] Hátszög α, [ ] S. Alapanyag sz. (kar anyaga) Anyagpár (ellendarab) Orrszög α 1, [ ] Hátszög α, [ ] 1 POM(kop.) acél PP(atakt.) acél POM(hom.) POM(kop.) HD-PE POM(kop.) PP(+0%ü.) POM(hom.) LD-PE POM(hom.) PP(+30%ü.) PP(+0%ü.) PC(+30%ü.) PP(+0%ü.) PP(izot.) PP(+30%ü.) PC PP(+30%ü.) PP(atakt.) PP(izot.) POM(kop.) PP(izot.) HD-PE PP(atakt.) POM(hom.) PP(atakt.) LD-PE HD-PE PP(+0%ü.) HD-PE PC(+30%ü.) LD-PE PP(+30%ü.) LD-PE PC PC PP(izot.) PC POM(kop.) PA6(szár.) PP(atakt.) PA6(szár.) POM(hom.) PA6(légsz.) HD-PE PA6(légsz.) PP(+0%ü.) acél LD-PE acél PP(+30%ü.) POM(kop.) PC(+30%ü.) POM(kop.) PP(izot.) POM(hom.) PC POM(hom.) PP(atakt.) PP(+0%ü.) POM(kop.) PP(+0%ü.) HD-PE PP(+30%ü.) POM(hom.) PP(+30%ü.) LD-PE PP(izot.) PP(+0%ü.) PP(izot.) PC(+30%ü.) PP(atakt.) PP(+30%ü.) PP(atakt.) PC HD-PE PP(izot.) HD-PE POM(kop.) LD-PE PP(atakt.) LD-PE POM(hom.) PC HD-PE PC PP(+0%ü.) PA6(szár) LD-PE PA6(szár.) PP(+30%ü.) PA6(légsz.) PC(+30%ü.) PA6(légsz.) PP(izot.) acél PC acél Az állandó keresztmetszető tartó alap-geometriája: l=1 mm, v 0 = 1.5 mm, b 0 = mm. Az egyenszilárdságú tartók kartípus-függı geometriáját (l 0, v, b) a IV 4. táblázat tartalmazza. Kartípus Kartípus 38/75

39 V. fejezet: Dr. Borbás L.: Mágneses Barkhausen-zaj detektálása mechanikai feszültség mérésére V. Mágneses Barkhausen-zaj detektálása mechanikai feszültség mérésére 1. A Barhkausen-zaj fizikai alapjai A következıkben a Barkhausen-effektus fizikai alapjainak egyszerősített bemutatásával bizonyítjuk a jelenség mechanikai feszültségek meghatározásában való alkalmazhatóságát. A feldolgozás, valamint a jelenség bemutatása [1] szerzık e tárgyban végzett munkáin alapszik. Ferromágneses anyagok telitettségig mágnesezett, különbözı irányitottságú doménszerkezetbıl állnak, mely szerkezet eredı mágnesezettsége az anyagból kifelé nulla (V 1. ábra). A doménfalakkal (átmeneti mágneses rétegek, mintegy 0.1 µm vastagságban) elválasztott egyes domének mágnesezettségi iránya egymáshoz viszonyítva 90º és 180º-os lehet. V 1. ábra Polikristályos anyag egyszerősített doménszerkezete Ha az anyagmintákat változó értékő külsı mágneses térbe helyezzük, az egyezı irányitottságúak növekedésnek indulnak, az ellentétes irányitottságúak egy meghatározott külsı erıtérnél (doménenként más és más) befordulnak a külsı erıtér irányába elektromos feszültségváltozást indukálva egy külsı vizsgálótekercsben. Az így észlelhetı, idıben és amplitúdóban változó elektromos jel felfedezıjérıl a Barkhausen-zaj. Az így észlelt nagyfrekvenciás zaj döntı mértékben a fém felületérıl, max mm mélységbıl ered. A ferromágneses anyagok mágnesezésekor méretváltozás is fellép, melyet magnetostrikció néven ismer a szakirodalom. Az anyagra ható mechanikai feszültségek a mágnesezés hatására fellépı méretváltozás miatt megváltoznak, az így észlelt zaj kapcsolatba hozható a mechanikai feszültség változásával. A jelenség fordítva is igaz: mechanikai feszültség változásakor is keletkezik Barkhausen-zaj a doménszerkezetek átrendezıdésébıl. A mechanikus mozgásra kényszerített doménok az ún. akusztikus (mechanikai zajok) Barkhausen-zajt (ABN) keltik (90º-os doménfal mozgás), míg a mágnesezéskor keltett zaj a mágneses Barkhausen-zaj (MBN), amely egyébiránt a 180º-os doménfal mozgásból ered (V. ábra). Posgay G., Varga F., Haraszti L.: A hallhatóvá tett feszültség: a mágneses Barkhausen-zaj vizsgálata az oktatásban. 39/75

40 V. fejezet: Dr. Borbás L.: Mágneses Barkhausen-zaj detektálása mechanikai feszültség mérésére V. ábra 180º és 90º-os doménfal mozgásból eredı mágnezettség és méretváltozás. Mechanikai feszültség mérése Barkhausen-zajjal Azon ferromágneses anyagok mechanikai feszültsége vizsgálható Barkhausen-zajjal, melyek magnetostrikciója nullától különbözik. A vizsgálat elvégzéséhez rendelkeznünk kell az alábbi ismeretekkel: * feszültség-zaj egyértelmő függvénykapcsolata; * a kérdéses függvénykapcsolat vizsgálati anyagtól való függése; * a mérési körülményeket befolyásoló tényezık. A mechanikai feszültség és zaj közötti kapcsolatot a kalibrációs görbe teremti meg, melyet a vizsgált anyaggal megegyezı összetételő próbatestek vizsgálatával állapítunk meg, meghatározott gerjesztési és mérési körülmények között. Egy jellegzetes kalibrációs görbét mutat a V 3. ábra, a maradó feszültség nélküli (a) és maradó feszültséggel terhelt (b) próbatest esetére. Az ábrán jól szétválasztható a lineáris-, valamint a telítésbe menı görbeszakaszok. V 3. ábra MNB a mechanikai feszültség függvényében a rugalmassági határon belül (a), valamint az azt meghaladó igénybevétel (b) esetén A feszültségi állapot irányitottságának meghatározására lehetıség mutatkozik a mérıfej egy adott vizsgálati pontban történı különbözı szöghelyzetbe forgatásával és a zaj detektálásával (V 4. ábra). 40/75

41 V. fejezet: Dr. Borbás L.: Mágneses Barkhausen-zaj detektálása mechanikai feszültség mérésére V 4. ábra Homogén, izotróp anyag (a), valamint irányított feszültségállapotú anyag (b) zajgörbéje a fıirány meghatározására Úgyszintén egyszerően meghatározható a mágneses anyagok koercitív ereje (Hc), a gerjesztés (EXC) függvényében felvett zaj-intenzitások rögzítésével. A görbe legmeredekebb érintési pontjához tartozó érték az adott anyag koercitív ereje (V 5. ábra). V 5. ábra MNB változása a gerjesztés (EXC) függvényében a koercitív erı meghatározásához 41/75

42 V. fejezet: Dr. Borbás L.: Mágneses Barkhausen-zaj detektálása mechanikai feszültség mérésére 3. Feszültségvizsgálata Barkhausen-zaj mérésével Feladat az adott geometriájú, koncentált erıvel terhelt tartó számított (elemi szilárdságtan) és mért (MBN) feszültségállapotának egybevetése kalibrációs görbe felvételéhez. A hajlítópadba fogott tartó a befogási körülményekkel sematikus ábrázolásban a V 6. ábrán látható. V 6. ábra Hajlítópadba fogott kalibráló tartó ADATOK 1 3 Szélesség: b [mm] Vastagság: v [mm] Befogás távolsága a koncentrált erıtıl: l [mm] Mérıfej távolsága a koncentrált erıtıl: x [mm] A tartó lehajlása: f [mm] A lehajlásból számított terhelı erı: A terhelı nyomaték a vizsgálófej keresztmetszeteiben: A vizsgált keresztmetszet számított feszültsége: F 3 f I E l = 3 [N] M = F x [Nmm] M σ = K [MPa] A mért mágneses Barkhausen-zaj: MBN [-] A fentiekben vázolt számítási lépéseket három különbözı lehajlásra elvégezve határozza meg a MBN és a számított feszültség függvénykapcsolatát. 4/75

43 VI. fejezet: Dr. Eleıd A.: Csavarkötés feszültségi állapotának meghatározása számítással és nyúlásmérı bélyeges méréssel VI. Csavarkötés feszültségi állapotának meghatározása számítással és nyúlásmérı bélyeges méréssel 1. Adatok Adatok: Csavartípús: M0 d = mm d 1 = mm P =.5 mm S = 3 mm r a = d 1 µ = 0.15 F ü = N T = 168 Nm (meghúzási nyomaték) E = MPa 1.1 Elıfeszítı erı számítása A meghúzási nyomaték: d T = F ( e tg α + ρ ) + ra µ a ahol: µ ρ = arctg =... [º] cos30 P α = arctg =... [º] d π r a =d 1 és µ a =µ Innen kifejezve az elıfeszítı erıt: F e = d tg T ( α + ρ ) + r a µ a =... [N] 43/75

44 VI. fejezet: Dr. Eleıd A.: Csavarkötés feszültségi állapotának meghatározása számítással és nyúlásmérı bélyeges méréssel 1. A deformációk és a többleterı számítása 1) A csavar megnyúlása: (l cs = 60 mm, d = mm) Fe l cs λ = A E cs 4 Fe l cs = d π E =... [mm].1) A lemezek összenyomódása: (l l1 = 10 mm, D l1 = 1 mm) ahol: π l l1 A l1 = S + D 4 10 δ l1 Fe l l1 = =... [mm] A E l1 l1 =.... [mm ].) A győrő összenyomódása: (l l = 40 mm, D l = 5 mm, d l = 30 mm) ahol: A l = δ l Fe l l = =... [mm] A E l ( D d ) 3) A teljes összenyomódás: l 4 l π =... [mm ] δ = δ l1 + δ l =... [mm] 4) A deformációk aránya: λ γ = =... δ 5) A csavarra jutó többleterı: F t,szám = F ü 1 =... [N] 1+ γ 44/75