MAŠINSKI ELEMENTI - NASTAVNE PREZENTACIJE - OSNOVE KONSTRUISANJA MAŠINSKIH ELEMENATA - OPŠTI DIO

Transcript

1 - NASTAVNE PREZENTACIJE - OSNOVE KONSTRUISANJA MAŠINSKIH ELEMENATA - OPŠTI DIO Prof. dr Biljana Marković dipl. ing.

2 PRAVILA SLUŠANJA I POLAGANJA ISPITA PRISUSTVO NA NASTAVI I VJEŽBAMA GRAFIČKE I AUDITORNE VJEŽBE - 4, uslov KOLOKVIJUMI - blagovremena informacija o datumu održavanja (website ili oglasna ploča) ZADACI - pismeni dio, u ispitnom roku, prema terminima polaganja (website ili oglasna ploča) TEORIJA - pismeno i usmeno, u ispitnom roku, prema dogovoru (website ili oglasna ploča) SVAKI DIO SADRŽAJA PREDMETA MORA BITI ZADOVOLJEN U IZNOSU MIN 50%. LITERATURA: 1. - PRAKTIKUM ZA VJEŽBE - udžbenik MF IS, B. Marković, A.Košarac i grupa autora. Mašinski elementi - MF Niš, V. Miltenović, knjiga i priručnik, Mašinski elementi - dostupni udžbenici iz ME, izdavači: srodni fakulteti iz okruženja (Bg, NS, Kg, Sa, Mo).

3 МАШИНСКИ ЕЛЕМЕНТИ представљају техничко научну дисциплину. Изучавањем ове дисциплине стичу се теоријска и практична знања за прорачун, избор и примjену машинских елемената у сложеним структурама (машинама). Prof. dr Biljana Marković dipl. ing.

4 Mašinski elementi Mašinski sistemi radni, energetski, posebne namjene Mašinski dio mašinski podsklop mašinski sklop Mašinska podgrupa mašinska grupa Mašinski elementi izvršioci elementarnih funkcija mašinskih sistema Prof. dr Biljana Marković dipl. ing.

5 Prema funkciji koju vrše, opšti mašinski elementi se dijele na: Elementi za vezu (mašinski spojevi), koji obezbjeđuju vezu mašinskih elemenata u sklopu. Elementi za prenos snage, koji omogućuju transformaciju mehaničke energije. Elementi za obrtno kretanje, koji obezbeđuju uslove za ostvarivanje obrtnog kretanja. Prof. dr Biljana Marković dipl. ing. Podela mašinskih elemenata

6 -primjeri завртњи опруге вратила ременица Prof. dr Biljana Marković dipl. ing.

7 -primjeri зупчаници фрикциона преса Prof. dr Biljana Marković dipl. ing.

8 -primjeri лежај спојница Prof. dr Biljana Marković dipl. ing.

9 Konstruisanje je kreativni proces koji se odvija po uzastopnim etapama, pri čemu se polazi od ideje, a na kraju se dobija konstrukciono tehnološka dokumentacija za proizvodnju mašinskog sistema. To je proces transformacije ideje u projekat, kao osnove za proizvodnju. Cilj konstruisanja je da za tehničke probleme nalazi optimalna rešenja, odnosno da ispuni sve zahtjeve vezane za proizvodnju, eksploataciju i reciklažu, a da pri tome mašinski sistem (proizvod, konstrukcija) bude konkurentan na tržištu. Prof. dr Biljana Marković dipl. ing. Opšte o konstruisanju

10 Optimalna proizvodnja mašinskog sistema obezbјeđena je ukoliko su svi njegovi dijelovi tako oblikovani, da sa minimalnom cijenom i za minimalno vrijeme mogu biti izrađeni i ugrađeni. Za obezbjeđenje kvaliteta kod velikih serija neophodna je i odgovarajuća kontrola mjera i funkcionalnosti dijelova. Prof. dr Biljana Marković dipl. ing. KONSTRUISANjE Optimalna proizvodnja

11 Optimalno funkcionisanje mašinskog sistema obezbjeđeno je ukoliko on uspješno ispunjava predviđenu funkciju za zadate uslove eksploatacije, uz minimalni utrošak energije i minimalna opterećenja vezana za razne vrste otpora (vazduh, voda, otpori trenja, itd.) Po završenom radnom vijeku proizvod se izbacuje iz upotrebe. U tom smislu optimalna reciklaža sastoji se u minimalnim troškovima vezanim za preradu i ponovnu upotrebu sastavnih dijelova sistema. Prof. dr Biljana Marković dipl. ing. KONSTRUISANjE...

12 Nastajanje novih proizvoda može da se podeli u četiri faze: Planiranje Koncipiranje Nacrt Razrada. Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Proces konstruisanja proizvoda, faze

13 Планирање Избор (планирање) задатка (анализа трендова, анализа тржишта, стање истраживања, анкетирање купаца, студија патената, законска регулатива, итд.) Разјашњење постављеног задатка Израда листе захтева Провера могућности реализације Конципирање Развој принципског решења апстрактно представљање система и формирање структуре функција формирање принципских решења извршилаца парцијалних функција (оријентациони претходни прорачун и/или испитивање) комбинација принципских решења за испуњење глобалне функције (формирање концепцијских варијанти) разрада концепцијских варијанти (грубе скице или шеме) техничко економска оцена концепцијских варијанти Избор концепцијске варијанте Нацрт Развој конструкције одређивање оптерећења и услова рада, избор материјала и прорачун формирање варијантних облика делова и склопова израда склопног цртежа (нацрта) конструкције у размери техничко-економска анализа нацрта (уочавање слабих места) извођење одговарајућих корекција и побољшања избор оптималних облика Прелиминарни склопни цртеж Разрада Коначно обликовање конструкције обликовање и оптимизација делова разрада подлога за израду (цртежи, саставнице, упутства) израда и испитивање прототипа Производња Преиспитивање цене Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Proces konstruisanja proizvoda algoritam

14 Planiranje Da bi se došlo do optimalnog rešenja, vrlo je važno da na samom početku procesa razvoja i konstruisanja bude razjašnjen i precizno postavljen konstrukcioni zadatak i po mogućnosti sveobuhvatno analiziran. Kao rezultat ove faze dobija se lista zahtjeva, specifkacija, koje mašinski sistem treba da ispuni. Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Proces konstruisanja proizvoda, faza I

15 Планирање Избор (планирање) задатка (анализа трендова, анализа тржишта, стање истраживања, анкетирање купаца, студија патената, законска регулатива, итд.) Разјашњење постављеног задатка Израда листе захтева Провера могућности реализације Конципирање Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Развој принципског решења апстрактно представљање система и формирање структуре функција формирање принципских решења извршилаца парцијалних функција (оријентациони претходни прорачун и/или испитивање) комбинација принципских решења за испуњење глобалне функције (формирање концепцијских варијанти) разрада концепцијских варијанти (грубе скице или шеме) техничко економска оцена концепцијских варијанти Proces konstruisanja proizvoda, faza I Избор концепцијске

16 Planiranje Zahtjevi mogu biti veoma različiti, te ih po prioritetu treba razvrstati na zahtjeve koji obavezno moraju biti ispunjeni, zahtjeve koji moraju biti minimalno ispunjeni i na željene zahtjeve. Tek posle provjere mogućnosti realizacije, odnosno dobijanja radnog naloga (prva ključna tačka), slijedi sam proces konstruisanja. Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Proces konstruisanja proizvoda, faza I

17 Koncipiranje Druga faza je koncipiranje idejnog rješenja. Formiranjem strukture funkcija, deniveliše se opšta (globalna) funkcija na parcijalne i elementarne funkcije. Ove funkcije uglavnom se svode na transformaciju energije (sile, momenti, kretanje), prenošenje energije, itd. Za definisanje izvršilaca elementarnih funkcija polazi se od matematičkog opisa navedene transformacije. Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Proces konstruisanja proizvoda, faza II

18 Разјашњење постављеног задатка Израда листе захтева Провера могућности реализације Конципирање Развој принципског решења апстрактно представљање система и формирање структуре функција формирање принципских решења извршилаца парцијалних функција (оријентациони претходни прорачун и/или испитивање) комбинација принципских решења за испуњење глобалне функције (формирање концепцијских варијанти) разрада концепцијских варијанти (грубе скице или шеме) техничко економска оцена концепцијских варијанти Избор концепцијске варијанте Нацрт Развој конструкције одређивање оптерећења и услова рада, избор материјала и прорачун формирање варијантних облика делова и склопова израда склопног цртежа (нацрта) конструкције у размери техничко-економска анализа нацрта (уочавање слабих места) извођење одговарајућих корекција и побољшања избор оптималних облика Prof. Dr Biljana dr Biljana Marković Marković dipl. dipl. ing. ing. Proces konstruisanja proizvoda, faza II

19 Koncipiranje Transformacija se može ostvariti na osnovu mehaničkog principa, hidrauličkog principa, pneumatskog, električnog, magnetnog, termičkog, hemijskog, itd. principa. Najčešće je u primjeni mehanički princip koji se bazira na osnovnim fizičkim zakonima. Kombinacijom pojedinih principskih rješenja dobija se veći broj koncepcionih varijanti. Ocjenom ovih varijanti sa tehno-ekonomskog aspekta bira se optimalna varijanta (druga ključna tačka). Prof. Dr Biljana dr Biljana Marković Marković dipl. dipl. ing. ing. Proces konstruisanja proizvoda, faza II

20 Oblikovanje Treća faza je faza oblikovanja (nacrta) odnosno razvoja konstrukcije, u kojoj se definišu izvršioci principskih rješenja. Ona obuhvata prethodni proračun, gjde se najpre definišu polazne dimenzije, a zatim i oblik dijela. Bira se materijal, postupak izrade i utvrđuju osnovne dimenzije dijela. U ovoj fazi, pored kreativnosti, neophodno je izvršiti veći broj iteracionih koraka, čime se uvijek ide ka višem nivou, u pogledu definisanja konstrukcionog rješenja. Prof. Dr Biljana dr Biljana Marković Marković dipl. dipl. ing. ing. Proces konstruisanja proizvoda, faza III

21 (формирање концепцијских варијанти) разрада концепцијских варијанти (грубе скице или шеме) техничко економска оцена концепцијских варијанти Избор концепцијске варијанте Нацрт Развој конструкције одређивање оптерећења и услова рада, избор материјала и прорачун формирање варијантних облика делова и склопова израда склопног цртежа (нацрта) конструкције у размери техничко-економска анализа нацрта (уочавање слабих места) извођење одговарајућих корекција и побољшања избор оптималних облика Прелиминарни склопни цртеж Разрада Коначно обликовање конструкције обликовање и оптимизација делова разрада подлога за израду (цртежи, саставнице, упутства) израда и испитивање прототипа Производња Prof. Dr Biljana dr Biljana Marković Marković dipl. dipl. ing. ing. Proces konstruisanja proizvoda, faza III Преиспитивање цене

22 Nacrt Ovo je jako komplikovana faza jer zahtijeva kombinaciju proračuna i definisanje oblika, te često ponavljanje istih koraka uz odgovarajuće izmjene. Kao rezultat ove faze dobija se preliminarni sklopni crtež, što je treća ključna tačka procesa razvoja i konstruisanja mašinskog sistema. Prof. Dr Biljana dr Biljana Marković Marković dipl. dipl. ing. ing. Proces konstruisanja proizvoda, faza III

23 Razrada Četvrta faza je faza razrade, odnosno konačnog oblikovanja konstrukcije. To znači ne samo izradu sklopnog crteža na osnovu početnih nacrta, već i optimizaciju oblika dijelova, izradu sastavnice i uputstava, razradu podloga za izradu kao i samu izradu prototipa. Izlaz iz ove faze je konačno određivanje i preispitivanje cijene proizvoda, odnosno konstrukcije, što je četvrta ključna tačka procesa razvoja i konstruisanja. Iza toga se ili ide u proizvodnju ili u ponovno preispitivanje konstrukcije. Prof. Dr Biljana dr Biljana Marković Marković dipl. dipl. ing. ing. Proces konstruisanja proizvoda, faza IV

24 Нацрт формирање варијантних облика делова и склопова израда склопног цртежа (нацрта) конструкције у размери техничко-економска анализа нацрта (уочавање слабих места) извођење одговарајућих корекција и побољшања избор оптималних облика Прелиминарни склопни цртеж Разрада Коначно обликовање конструкције обликовање и оптимизација делова разрада подлога за израду (цртежи, саставнице, упутства) израда и испитивање прототипа Производња Преиспитивање цене Prof. Dr Biljana dr Biljana Marković Marković dipl. dipl. ing. ing. Proces konstruisanja proizvoda, faza IV

25 анализа тржишта претраживање информација вештачка интелигенција анализа вредности шта направити како то други раде могућа концепцијска решења анализа концепцијских решења израда конструкционе документације пројектовање технологије ПРОГРАМ оптимизација база података база знања нелинеарно програмирање геометријско обликовање кинематичка анализа симулације анализа МКЕ рачунарска графика диференц. једначине метод коначних елемената Aktivnosti u procesu konstruisanja mašinskog sistema Prof. Dr Biljana dr Biljana Marković Marković dipl. dipl. ing. ing. Primjena računara u konstruisanju

26 1 2 Crtež urađen u 2D (1) i geometrijski model dela u 3D (2) Prof. Dr Biljana dr Biljana Marković Marković dipl. dipl. ing. ing. Primjena računara u konstruisanju

27 Karakteristični primeri (1) tipskog i (2) varijantnog crteža izrađenog posredstvom računara Prof. Dr Biljana dr Biljana Marković Marković dipl. dipl. ing. ing. Primjena računara u konstruisanju

28 Naponi u zupcu zupčanika proračunati metodom konačnih elemenata (MKE) Prof. Dr Biljana dr Biljana Marković Marković dipl. dipl. ing. ing. Primjena računara u konstruisanju

29 Ekspertski sistemi- veštačka inteligencija objašnjenje i opravdanje rešenja sličnost u postupcima odlučivanja nekompeletne i nesigurne ulazne informacije - pomoć kategorizacija uticajnih faktora u rešavanju problema komunikacija sa korisnikom sposobnost učenja Prof. Dr Biljana dr Biljana Marković Marković dipl. dipl. ing. ing. Primjena računara u konstruisanju

30 Обликовати значи установити облик, што је повезано са свим фазама процеса конструисања и развоја. Под обликом материјалног производа подразумијева се свеукупност његових геометријских и описних обиљежја. Облик елемента може се дефинисати преко величина везаних за његов геометријски облик, величину (макро-геометрија) и површину (микро-геометрија). Производ као систем може, према томе, да се опише преко облика свих његових елемената и њиховог међусобног положаја. Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Oblikovanje

31 Основне смјернице за обликовање: 1. Једнозначност, 2. Једноставност, 3. Сигурност Једнозначност подразумијева да се поуздано може предвидјети дјеловање и понашање структуре система. Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Oblikovanje

32 Једноставност означава економично конструкционо решење, реализовано са мањим бројем дијелова и са једноставном системском структуром. При томе се поставља и питање да ли су све тачке из листе захтјева заиста неопходне, јер свака додатна функција поскупљује цијену производа. Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Oblikovanje

33 Сигурност означава да је потребно обезбједити: носивост (сигурност дијелова), поузданост (сигурност функционисања), безбједност (сигурност рада) и заштиту околине (сигурност околине). Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Oblikovanje

34 Opšti konstrukcioni zahtevi Funkcionalnost Sigurnost Ekonomičnost Energetska efikasnost Transport Izbor materijala Postupak izrade Obrada Oblikovanje prof. dr Biljana Marković dipl. ing. Ekspoloatacija Održavanje Zaštita okoline Montaža Konstrukcioni zahtevi

35 Proces pripreme, donošenja, usvajanja i praktične primјene ovih propisa naziva se standardizacija, a sami propisi nazivaju se standardi. Standardizacija u mašinstvu omogućuje masovnu i ekonomičnu primјenu velikog broja istih dijelova. Dijelovi se proizvode na različitim mjestima, a sklapaju opet na nekom trećem mjestu. Standardizacija olakšava posao konstruktoru, jer često svodi njegov posao na odabiranje najpogodnijeg dijela. Standardizacija koristi i potrošaču jer olakšava nabavku dijelova tačno određenih dimenzija, oblika i kvaliteta. Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Standardizacija

36 U cilju da standardi imaju širu međunarodnu osnovu osnovana je godine međunarodna organizacija ISA (International Federation of the National Standardising Associations). Oktobra promenjen je naziv ove organizacije u ISO (International Standardising Organisation) i pod tim nazivom ova organizacija i dalje radi. Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Standardizacija

37 Pored međunarodne organizacije za standardizaciju, postoji i evropski komitet za standardizaciju - CEN (Comité Européen de Normalisation) kao institucija za standardizaciju evropske ekonomske zajednice (EG). Pri donošenju odluka u CEN težina glasa svakog člana zavisi od stepena razvijenosti privrede zemlje. Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Standardizacija

38 Prof. Dr Biljana dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Standardizacija

39 Standardni brojevi predstavljaju izbor brojeva koji se koriste za mjerne veličine u mašinstvu. Primjenom standardnih brojeva se pri tipizaciji mašina i uređaja ograničava broj mogućih izvođenja u pogledu veličine, snage, obrtnog momenta, brojeva obrtaja, protoka, itd. Na taj način ograničava se i broj mogućih alata za proizvodnju sastavnih dijelova, što dovodi do racionalnije proizvodnje. Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Standardni brojevi

40 Za standardne brojeve usvojene su zaokružene vrijednosti članova geometrijskih redova: Množenjem ovih vrijednosti sa 0,01; 0,1; 1; 10; 100; 1000;... dobijaju se željene aplikativne vrijednosti; Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Standardni brojevi

41 Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Standardni brojevi

42 Opterećenje mašinskih elemenata Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. OSNOVE PRORAČUNA NOSIVOSTI Opterećenje mašinskih elemenata

43 Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Koeficijent asimetrije ciklusa

44 Naprezanje - stanje koje nastaje u mašinskom delu pod dejstvom opterećenja, а karakteriše se pojavom napona i deformacija Napon je mjera intenziteta unutrašnjih sila u nekoj tački presjeka mašinskog dijela, kojima se materijal suprotstavlja deformisanju. 1. Normalni napon σ 2. Tangentni napon τ Unutrašnje sile nastaju između molekula, kao reakcija na napadno opterećenje i obezbjeđuju čvrstoću presjeka dijela. Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Radni naponi

45 Deformacije su promjene oblika i dimenzija mašinskog dijela, koje nastaju pri naprezanju. Zavise od vrste naprezanja i mogu da se izraze kao promjena presjeka, ugib, nagib i kao složena deformacija. Razlikuju se elastične i plastične deformacije. Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Radni naponi

46 Krutost se, u užem smislu, definiše kao opterećenje svedeno na jedinicu deformacije. Deformacioni rad predstavlja rad spoljašnjeg opterećenja potreban da bi se izvršila odgovarajuća deformacija. Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Radni naponi

47 Osnovne vrste naprezanja su: aksijalna naprezanja (zatezanje - pritisak) savijanje uvijanje smicanje Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Radni naponi

48 Prof. Dr dr Biljana Marković dipl. dipl. ing. ing. Radni naponi

49 Dodirna površinska naprezanja Radni napon predstavlja površinski pritisak na dodiru mašinskih dijelova. Razlikuju se dva osnovna slučaja dodira mašinskih dijelova: Dijelovi se u neopterećenom stanju dodiruju po konačnim površinama; Dijelovi se u neopterećenom stanju dodiruju duž linije ili u tački a) F b) F v) F Prof. Dr dr Biljana Biljana Marković Marković dipl. dipl. ing. ing. Kontaktna naprezanja

50 a) F b) F v) F p sr F A Dr Prof. Biljana dr Biljana Marković Marković dipl. ing. dipl. ing. Kontaktna naprezanja

51 Površinski pritisak rukavca vratila F F d l p p sr d F l Prof. dr Biljana Marković dipl. ing. Kontaktna naprezanja

52 Dodirna naprezanja istraživao je Herc (Hertz). Proračun važi uz sledeće pretpostavke: materijali delova su homogeni i izotropni; opterećenje u zoni dodira izaziva samo elastične deformacije, koje slijede Hukov zakon; sila opterećenja dijelova djeluje u pravcu zajedničke normale; dodirna površina posle deformisanja je konačna, ali ipak mala u poređenju sa površinama dijelova koji se dodiruju. Prof. dr Biljana Marković dipl. ing. Kontaktna naprezanja

53 a) Površinski pritisak na dodiru dvije sfere F 1 O 1 1 p sr p max 2 O2 2 2r 0 2r 0 r 3 F n E b) n - Puasonov 2e F (Poisson) koeficijent; E 2E1 E E E 1 O O ekvivalentni modul elastičnosti; l - ekvivalentni radijus krivine; n = 0,3 r0 1, F E Prof. dr Biljana Marković dipl. ing. Kontaktna naprezanja

54 F 1 2 p sr p max F E 2r 0 p 3 sr 0, A r 2r 0 0 F F 2 1 F 2e p max 3 2 p sr 0, 388 F E l Prof. dr Biljana Marković dipl. ing. Kontaktna naprezanja

55 Površinski pritisak na dodiru dva cilindra 0 b) F 2e 1 1 O 1 2 O 2 2 l 2e p sr 3, 04 F A F E l E 2E1 E E E F F E 4 F E 0, 33 pmax psr 0, 418 2e l l l 1 2 Prof. dr Biljana Marković dipl. ing. Kontaktna naprezanja

56 Prof. dr Biljana Marković dipl. ing. Proračun nosivosti