ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ (7 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ)

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ (7 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ)"

ΣoφпїЅα Βικελίδης
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ - ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ (7 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ) Νίκος Μ. Κατσουλάκος Μηχανολόγος Μηχανικός Ε.Μ.Π., PhD, Msc

2 ΜΑΘΗΜΑ 3-1 ΚΑΡΦΙΑ ΚΑΡΦΟΣΥΝΔΕΣΕΙΣ, ΚΟΧΛΙΕΣ ΚΑΙ ΚΟΧΛΙΩΤΕΣ ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ

3 ΚΑΡΦΙΑ ΚΑΡΦΟΣΥΝΔΕΣΕΙΣ

4 Γενικά Στοιχεία Οι συνδέσεις με καρφιά λέγονται καρφοσυνδέσεις (ήλοι ηλώσεις) Πρόκειται για μη λυόμενες συνδέσεις Στις μηχανολογικές κατασκευές, τα καρφιά πρέπει να είναι κατασκευασμένα από το ίδιο υλικό, από το οποίο κατασκευάζονται και τα συνδεόμενα μέρη Τα καρφιά αποτελούνται από τον κορμό και την κεφαλή Ο κορμός έχει κυλινδρικό σχήμα και είναι αρκετά μεγάλος, ώστε να προχωρεί αρκετά περισσότερα από τα ελάσματα που πρέπει να συνδέσει Το πρόσθετο μήκος χρησιμοποιείται για να σχηματίζεται επί τόπου η δεύτερη κεφαλή στο καρφί

5 Γενικά στοιχεία ΚΑΡΦΟΣΥΝΔΕΣΕΙΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΜΕ ΤΟ ΧΕΡΙ l = s + d 4 3 l = s + d 7 4

6 Εφαρμογές Οι καρφοσυνδέσεις χρησιμοποιούνται ως ενώσεις μεταφοράς δυνάμεων στεγανές (σε λέβητες, σωληνώσεις και δοχεία με υπερπίεση) ή όχι (σε κατασκευές από χάλυβα όπως κτίρια, γεφυροποιία, γερανοκατασκευές), απλά ως στεγανές ενώσεις σε δοχεία, καπνοδόχους από λαμαρίνες (χωρίς υπερπίεση) και τέλος, ως ενώσεις για επενδύσεις με έλασμα (κατασκευή οχημάτων και αεροπλάνων)

7 Παρατηρήσεις Οι καρφοσυνδέσεις χρησιμοποιούνται όλο και λιγότερο Σε μεγάλο βαθμό έχουν αντικατασταθεί από τις συγκολλήσεις Παραμένουν, όμως, μια χρήσιμη τεχνική, διότι: Μπορούν να συνδέουν διαφορετικά υλικά Δεν επηρεάζουν τα συνδεόμενα υλικά Είναι εύκολος ο έλεγχος της ποιότητάς τους Σε μεγάλο βαθμό δε χρειάζονται ηλεκτρική ενέργεια για την εφαρμογή τους

12 Τα συχνότερα χρησιμοποιούμενα Είδη καρφιών Αναλόγως της διαμέτρου του κορμού Διάμετρος < 10 mm Διάμετρος 10 έως 43 mm Λεβητόκαρφα (λέβητες, στέγες, δοκοί γεφυρών κ.α.) Για καρφιά με διάμετρο μεγαλύτερη των 8mm πρέπει η σύνδεση να γίνεται εν θερμώ

13 Είδη καρφιών

14 Είδη καρφιών

15 Καρφότρυπα Στο σημείο που θα γίνει η καρφοσύνδεση, πρέπει να γίνει μία τρύπα είτε με ζουμπά είτε με τρυπάνι Η διάμετρος της τρύπας πρέπει να είναι μεγαλύτερη κατά 1 χιλιοστό από τη διάμετρο του καρφιού Στις κατασκευές που οι φορτίσεις είναι μεγάλες, είναι υποχρεωτική η χρήση τρυπανιού αντί χειροκίνητων εργαλείων, όπως ο ζουμπάς Συνίσταται οι τρύπες να ανοίγονται ταυτόχρονα σε όλα τα ελάσματα που πρόκειται να συνδεθούν Καλό είναι οι άκρες της τρύπας να φρεζάρονται για να γίνεται καλύτερη επαφή των κεφαλών με το έλασμα Κάθε τεμάχιο στερεώνεται με τουλάχιστον δύο καρφιά, ενώ δεν επιτρέπονται περισσότερα από έξι καρφιά στη σειρά, στη διεύθυνση της ασκούμενης δύναμης (το έλασμα αδυνατίζει από τις τρύπες)

16 Διάταξη καρφοσυνδέσεων Καρφοσυνδέσεις με επικάλυψη Καρφοσυνδέσεις με αρμοκαλύπτρες (πρόσθετο έλασμα που καλύπτει τον αρμό σύνδεσης των ελασμάτων) Απλής σειράς καρφιών Διπλής σειράς καρφιών Η απόσταση μεταξύ δύο γειτονικών καρφιών της ίδιας σειράς ονομάζεται βήμα ηλώσεως και συμβολίζεται με t Συμβολίζεται με e η απόσταση μεταξύ δύο παράλληλων σειρών καρφιών Συμβολίζεται με e1 η απόσταση μεταξύ της ακραίας σειράς καρφιών από την άκρη του ελάσματος Συνήθως η απόσταση e1 λαμβάνεται ίση με 1,5d

17 Διάταξη καρφοσυνδέσεων

18 Διάταξη καρφοσυνδέσεων 1. Διάμετρος καρφιού (d) 2. Βήμα καρφώματος (t) 3. Αριθμός σειρών καρφιών

19 ΚΟΧΛΙΕΣ ΚΑΙ ΚΟΧΛΙΩΤΕΣ ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ

Γενικά Στοιχεία Οι κοχλίες (βίδες ή μπουλόνια) είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο στοιχείο στις κατασκευές Είναι απαραίτητοι για τη συναρμολόγηση μηχανών αλλά και για την πραγματοποίηση σταθερών ή

20 Γενικά Στοιχεία Οι κοχλίες (βίδες ή μπουλόνια) είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο στοιχείο στις κατασκευές Είναι απαραίτητοι για τη συναρμολόγηση μηχανών αλλά και για την πραγματοποίηση σταθερών ή προσωρινών συνδέσεων σε δομικές κατασκευές Οι κοχλίες αποτελούνται από τον κορμό και την κεφαλή Στον κυλινδρικό κορμό διακρίνεται το αυλακωτό τμήμα (σπείρωμα) και το τμήμα χωρίς αυλάκωση, τον αυχένα Συχνά συνοδεύονται από περικόχλιο (παξιμάδι), το οποίο είναι απαραίτητο για τη στερέωσή τους

21 Είδη κοχλιών Διάκριση αναλόγως της χρήσης τους Συνδέσεως/ Στερεώσεως Χρήση για τις συνδέσεις διαφόρων τμημάτων των τεχνικών έργων ή μηχανών Οι αυλακώσεις τους έχουν τριγωνική μορφή Κινήσεως Χρήση για μετατροπή: Μιας περιστροφικής κίνησης σε ευθύγραμμη (π.χ. πρέσσα, μέγγενη) Μιας ευθύγραμμης κίνησης σε περιστροφική (π.χ. χειροκίνητο τρυπάνι) Μιας περιστροφικής κίνησης σε άλλη περιστροφική (π.χ. ατέρμων οδοντωτός)

24 Χαρακτηριστικές διαστάσεις κοχλία: Στοιχεία κοχλία d: εξωτερική, ονομαστική διάμετρος κοχλία (η μεγαλύτερη διάμετρός του), αυτή καθορίζει τα δεδομένα του κοχλία d 1 : εσωτερική διάμετρος κοχλία (του πυρήνα) d 2 : διάμετρος πλευρών ή μέση διάμετρος, βρίσκεται ανάμεσα στην εξωτερική και εσωτερική διάμετρο και από την ακρίβειά της εξαρτάται η αντοχή του περικοχλίου P: το βήμα του σπειρώματος l 1 : το μήκος του κορμού που φέρει το σπείρωμα l: το μήκος του κορμού του κοχλία s: απόσταση μεταξύ δύο απέναντι πλευρων του εξαγώνου της κεφαλής e: απόσταση μεταξύ δύο απέναντι κορυφών του εξαγώνου της κεφαλής k: το ύψος της κεφαλής του κοχλία

25 Εφαρμόζεται στις περισσότερες κοχλιοσυνδέσεις Το περικόχλιο έχει τις δικές του διαστάσεις: D: εξωτερική διάμετρος περικοχλίου D1: εσωτερική διάμετρος περικοχλίου D2: διάμετρος πλευρών m: ύψος περικοχλίου s: απόσταση μεταξύ δύο απέναντι πλευρών του εξαγώνου e: απόσταση μεταξύ δύο απέναντι κορυφών του εξαγώνου Στοιχεία περικοχλίου

26 Ελικοειδής γραμμή Αποτελεί τη βάση κατασκευής των σπειρωμάτων Εάν «τυλίξουμε» έναν κύλινδρο διαμέτρου d, με ένα ορθογώνιο τρίγωνο, του οποίου η μία κάθετη πλευρά είναι ίση με την περιφέρεια του κυλίνδρου (π*d), θα σχηματιστεί πάνω στην επιφάνεια του κυλίνδρου μία γραμμή που ονομάζεται ελικοειδής Αναλόγως της κατεύθυνσης του «τυλίγματος», η ελικοειδής γραμμή λέγεται αριστερόστροφη ή δεξιόστροφη

28 Ελικοειδής γραμμή - Ανάλυση Το μήκος P ονομάζεται βήμα της ελικοειδούς γραμμής Ισχύει ότι: tan α = P π d Αν με αρχή το αντιδιαμετρικό σημείο του Ο, σχηματισθεί νέα ελικοειδής γραμμή, αυτή θα βαίνει παράλληλα προς την πρώτη και θα έχει το ίδιο βήμα P. Αυτή η χάραξη λέγεται χάραξη διπλού βήματος. Η απόσταση P/2 που χωρίζει τις δύο ελικοειδείς ονομάζεται απόστημα

30 Όλα τα στοιχεία του σπειρώματος εξαρτώνται μόνο από το βήμα και όχι από τη διάμετρο του κορμού Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά έχουν προτυποποιηθεί, ώστε να υπάρχει εναλλαξιμότητα στους κοχλίες και μείωση κόστους Υπάρχουν σχετικοί πίνακες που περιέχουν όλα τα μεγέθη

31 Κατασκευή σπειρωμάτων Κατασκευάζονται με κοπή ή με εξέλαση Ο πιο συνηθισμένος τρόπος κατασκευής είναι με χρήση τόρνου Το κομμάτι περιστρέφεται με τον άξονα του τόρνου και το κοπτικό εργαλείο μετατίθεται με τον οδηγό κοχλία Κοπή σπειρωμάτων μπορεί να γίνει και χειροκίνητα με τη φιλιέρα και τον κολαούζο (σπειροτόμος)

32 Σπειρώματα σωλήνων Συχνά, τμήματα σωληνώσεων συνδέονται μεταξύ τους μέσω σπειρωμάτων Αποτελούν ξεχωριστή περίπτωση, με μεγάλα πεδία εφαρμογής τη βιομηχανία και τις κατασκευές Τα σπειρώματα σωληνώσεων είναι ιδιαίτερα λεπτά και με μικρό βήμα: Προκειμένου να επιτυγχάνεται στεγανότητα Για να μην προκαλείται πρόβλημα στο, συνήθως, λεπτό τοίχωμα των σωλήνων Η σύνδεση γίνεται με ένα ειδικό είδος περικοχλίου, τη μούφα Τα σπειρώματα αυτά χαρακτηρίζονται από την ονομαστική τους διάσταση που δίνεται με το γράμμα R (συχνά εκφράζεται σε ίντσες) Αναλόγως της ονομαστικής διαμέτρου ρυθμίζεται και το κατάλληλο βήμα που θα έχει το σπείρωμα συνδέσεως

34 Κοχλιοσυνδέσεις και ασφάλιση Για το βίδωμα και ξεβίδωμα των κοχλιών χρησιμοποιούνται τα κλειδιά (χειροκίνητα ή ηλεκτρικά) Υπάρχουν διάφοροι τρόποι εφαρμογής της κοχλιοσύνδεσης Πέρασμα του κοχλία από κοινή τρύπα των ελασμάτων και σύσφιξη με παξιμάδι (περαστός κοχλίας) Βιδώνουμε τον κοχλία στο δεύτερο έλασμα, σε τυφλή τρύπα, περνά ελεύθερα από το πρώτο έλασμα και συσφίγγεται με το παξιμάδια (φυτευτός κοχλίας) Βιδώνουμε κοχλία κεφαλής σε τυφλή οπή Η ασφάλιση μιας κοχλιοσύνδεσης, κατ αρχήν, επιτυγχάνεται όταν τα σπειρώματα περικοχλίου και κοχλία σφίγγονται σταθερά Σε συνδέσεις υψηλότερων απαιτήσεων, πρέπει να υπάρχει εξασφάλιση ότι το περικόχλιο δε θα χαλαρώσει

36 Τρόποι ασφάλισης Με δεύτερο περικόχλιο (αντιπερικόχλιο ή κόντρα παξιμάδι), με τη σύσφιξη του οποίου, συμπιέζονται τα δύο περικόχλια Με έλασμα ασφαλείας, το οποίο μετά τη σύσφιγξη στρβλώνεται, ώστε να εμποδίζει τη λύση του περικοχλίου Με ελατηριωτούς δακτυλίους (ροδέλες Γκρόβερ), των οποίων τα άκρα στερεώνονται τόσο στο περικόχλιο όσο και στο έλασμα και εμποδίζουν τη χαλάρωση της σύνδεσης Με ασφαλιστική περόνη (κοπίλια), η οποία συνδυάζεται με παξιμάδι ιδιαίτερης μορφής με εγκοπές στο πάνω μέρος

37 Αντοχή των κοχλιών Στην περίπτωση εφελκυστικής καταπόνησης από δύναμη F, η οποία καταπονεί τη διατομή f1 του πυρήνα του κοχλία (διάμετρος d1), αναπτύσσεται τάση: σ = F f 1 = 4F π d 1 2 σ ε Επίσης, καταπονούνται και τα σπειρώματα σε πίεση επιφανείας και σε απόσχιση (κάμψη διάτμηση): p = Αναγκαίο ύψος περικοχλίου: F z π d 2 H 2 p επ m = d σ ε P d 1 p d 2 H 2 Σε περίπτωση δυναμικής φόρτισης, με την τάση να μεταβάλλεται από σ ελ σε σ μεγ, η μέση εναλλασσόμενη τάση είναι: σ α = σ μεγ σ ελ z σ α,επ

39 Αντοχή των κοχλιών Για τους κοχλίες συσφίξεως, ένας εμπειρικός προσδιορισμός του ύψους περικοχλίου έχει ως εξής: m = 0,8 d Για να αποφευχθεί θραύση από δυναμική φόρτιση, θα πρέπει: σ α,επ 0,7 σ Α

40 Καταπόνηση σε εφελκυσμό, θλίψη και στρέψη Οι κοχλίες που παραμένουν σε φόρτιση (π.χ. ο κοχλίας μιας πρέσσας) υφίστανται αυτό το είδος καταπόνησης. Η σ ε λαμβάνεται μειωμένη (3/4 αυτής υπεισέρχονται στους υπολογισμούς) Η επιτρεπόμενη φόρτιση λαμβάνεται ίση με: F = 0,589 d 1 2 σ ε Η πίεση μεταξύ επιφάνειας σπειρωμάτων βίδας και παξιμαδιού υπολογίζεται από τον τύπο: p = F π 4 d2 d 2 1 z

41 Καταπόνηση σε διάτμηση Οι κοχλίες που προορίζεται να παραλαμβάνουν πλευρικές δυνάμεις (διατμημτικές) πρέπει να είναι σε αριθμό τόσοι και με τόση ένταση σφιγμένοι, ώστε να μην παρατηρείται τριβή μεταξύ των συνδεομένων επιφανειών Η σ ε λαμβάνεται μειωμένη (4/5 αυτής υπεισέρχονται στους υπολογισμούς) Η επιτρεπόμενη φόρτιση λαμβάνεται ίση με: F = 0,628 d 1 2 σ ε

Σχετικά έγγραφα

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΝ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΠΕΙΡΩΜΑΤΑ - ΚΟΧΛΙΕΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΝ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΠΕΙΡΩΜΑΤΑ - ΚΟΧΛΙΕΣ Διαμόρφωση Σπειρώματος Το σπείρωμα δημιουργείται από την κίνηση ενός παράγοντος σχήματος (τρίγωνο, ορθογώνιο κλπ) πάνω σε έλικα που