Podstawy Konstrukcji Maszyn
advertisement
Podstawy Konstrukcji Maszyn Wiesław Tarełko pok. 222a “Najważniejszy w każdym działaniu jest początek” Platon, 4 wiek p.n.e. Nigdy nie rezygnuj z celu tylko dlatego, że osiągnięcie go wymaga długiego czasu. Czas i tak upłynie. H. Jackson Brown powiązanie dane ⇒ informacja ⇒ wiedza ⇒ mądrość mądrość wiedza zrozumienie zasad zrozumienie informacwzorców ja dane zrozumienie relacji zrozumieni e Zbiór danych nie jest informacją. Zbiór informacji nie jest wiedzą. Zbiór wiedzy nie jest mądrością. Zbiór mądrości nie jest prawdą. INŻYNIER = WIEDZA +UMIEJĘTNOŚCI + DOŚWIADCZENIE Rys historyczny • przedmiot Podstawy Konstrukcji Maszyn ⇒ konstrukcja i maszyna • ‘techne’ (τεχνη) ⇒‘sztuka’ • sztuka ⇒ każda produkcja umiejętna • sztuka (nie wyłączając sztuki cieśli czy tkacza) ⇒ czynność umysłowa • • ‘sztuka’ ⇒ ‘kunszt’ odrębność malarstwa, architektury ⇒ ‘sztuki piękne’ Michelangelo, The Creation of Adam, 1510 • ‘techne’ ⇒ 1. rzemiosło 2. wraz z rozwojem przemysłu do wszystkich wytworzonych urządzeń • wytworzone urządzenia ⇒ ‘mechane’(μεχανη) → ‘mechanizm’ • w języku łacińskim mechanizmy ⇒ urządzenia, → maszyny proste (śruba, klin, dźwignia, itp.) • maszyna (machina) ⇒ wszelkie urządzenia zawierające mechanizm Podstawowymi maszynami prostymi są dźwignia i równia pochyła, pozostałe maszyny są rozwinięciem lub szczególnym przypadkiem wyżej wymienionych. Podstawowe maszyny proste to: obrotowe: ¾ dźwignia, wignia ¾ kołowrót, ¾ przekładnia (zębate, cierne, pasowe, łańcuchowe, śrubowe), ¾ blok (krążek), 9 wielokrążek; ek przesuwne: ¾ równia pochyła, ¾ klin, ¾ śruba. dźwignia "Dajcie mi dostatecznie długą dźwignię i punkt podparcia, a poruszę Ziemię". Dźwignia dwustronna I klasy 2N 2N Dźwignia jednostronna II klasy 1N 2N Dźwignia jednostronna III klasy 3N 2N Dźwignię dwuramienną stanowi podparta belka. G P r R Unoszony ciężar G obciąża krótsze ramię (o długości R). Dla zrównoważenia dźwigni na drugim ramieniu o długości r wystarczy przyłożyć siłę P równą: P = G P G dla R=r ⇒ P = G R r Dźwignia jednoramienna 0 P G r R Do rozwiązania układu wykorzystamy warunek równowagi względem punktu podparcia 0 (osi obrotu): ∑M0 = 0 ⇒ P ⋅ (R + r )− G ⋅ r = 0 wówczas r = P G R+r dla R = r P= 1 G 2 wielokrążek dźwignia jednoramienna II klasy dźwignia dwuramienna G P R r 0 P G R r • umiejętności budowy maszyn ⇒przekazywane z pokolenia na pokolenie ⇒ ‘know-how’ Marcus Vitruvius Pollio - rzymski architekt i inżynier wojenny - w I w. p.n.e. Konstruktor machin wojennych. Twórca tzw. człowieka witruwiańskiego wizerunku nagiego mężczyzny wpisanego w okrąg i kwadrat, symbolizujące ruch. Witruwiusz - autor traktatu "O architekturze ksiąg dziesięć", który powstał pomiędzy rokiem 20 p.n.e. a 10 p.n.e. a został odnaleziony dopiero w 1414 r. w klasztorze na Monte Cassino. Monte Casino Bezcenne źródło wiedzy o architekturze i sztuce budowlanej starożytnych Greków i Rzymian. Witruwiusz opisuje w nim szczegółowo zarówno greckie porządki klasyczne, jak i ich rzymskie odmiany. Omówione zostały również szeroko zasady stosowane przez Rzymian przy planowaniu miast i wznoszeniu budowli. Vitruvius, De Architectura, Book X, Chapter VI, The Water Screw Biblioteka Aleksandryjska - największa biblioteka świata starożytnego założona w Aleksandrii przez Ptolemeusza I Sotera około 350-283 p.n.e. Ptolemeusz II Filadelfos przyczynił się do zgromadzenia wielu znaczących zbiorów. Nakazał przeszukania rejonu śródziemnomorskiego w poszukiwaniu cennych pism. Niektóre wykupywano, inne tylko przepisywano. Każdy, kto wjeżdżał do Aleksandrii z jakąś księgą, musiał ją zostawić w depozycie biblioteki, by można było ją skopiować. Ostatecznie księgozbiór zniszczono w 642 r. na rozkaz kalifa Omara I, który nakazał spalenie wszystkich ksiąg niewiernych. Rozwój techniki zawsze był zawiązany z poszukiwaniem nowych sposobów prowadzenia wojny. Mariano Taccola Inżynier ⇔ ‘ingeniare’ - przebłysk umysłu prowadzący do oryginalnego pomysłu. Pierwsi inżynierowie: ¾ Mariano di Iacopo (1382-1458?) zwanym Taccola autor dzieł De ingeneis i De machina ¾ Francesco di Georgio (1439-1501) Mariano di Iacopo (13821458?) zwany Taccola Mariano di Iacopo zwany Taccola Buonaccorso Ghiberti, Zibaldone, fol. 103v Francesco di Giorgio – wariant wciągarki Brunelleschi’ego Francesco di Georgio (1439-1501) Filippo Brunelleschi 1419-1436 • Leonardo da Vinci ⇒ najprostsza maszyna zbudowana jest, z co najmniej kilku elementów składowych – proste części maszynowe, np. wały, sprężyny, koła, – zespoły maszynowe, np. łożyska, dźwignie, – czynniki ułatwiające ich pracę, np. smary. Najbardziej znane kodeksy odnoszące się do budowy maszyn to : ¾ Codex Arundel znajdujący się w British Library w Londynie, ¾ Codex Atlanticus znajdujący się w Biblioteca Ambrosiana w Mediolanie, ¾ Codex Trivulzianus znajdujący się w Biblioteca Trivulziana w Castello Sforzesco w Mediolanie, ¾ Codex Forster znajdujący się w Victoria and Albert Museum w Londonie, ¾ Codex Leicester zakupiony w 1995 roku przez Billa Gates’a ¾ Codex Madrid I i Codex Madrid II znajdujące się w Bibliotece Narodowej w Madrycie. Leonardo wyodrębniał poszczególne ‘organy’ z maszyn i przedstawiał je graficznie w oderwaniu od innych części, z którymi wyróżniony element był funkcjonalnie powiązany. Leonardo zastosował zupełnie nowatorskie, jak na owe czasy, sposoby odwzorowania maszyn za pomocą tzw. rysunku ‘eksplodującego’. Leonardo da Vinci był prekursorem wielu przedmiotów, które są wykładane na uczelniach technicznych takich jak np. mechanika płynów. Pobieżny przegląd jego dokonań w zakresie projektowania oraz analizy i syntezy maszyn pozwala stwierdzić, że Leonardo da Vinci był również jednym z głównych i chyba najważniejszym prekursorem przedmiotu Podstawy Konstrukcji Maszyn. Maszyn Wprowadzenie do Podstaw Konstrukcji Maszyn Przedmiot Podstawy Konstrukcji Maszyn (PKM) → wstęp do opanowania umiejętności projektowania i eksploatacji różnego rodzaju elementów i zespołów składowych maszyn takich jak, np.: ¾połączenia, ¾łożyska, ¾wały, ¾sprzęgła, ¾przekładnie. Układ napędowy statku Sprzęgło Silnik śruby Przekładnia Łożysko Uszczelnienie Przedmiot PKM ⇒ pomost między przedmiotami podstawowymi oraz kierunkowymi takimi jak: ¾matematyka i fizyka, ¾rysunek techniczny, ¾mechanika, ¾wytrzymałość materiałów, ¾materiałoznawstwo, a przedmiotami zawodowymi, np.: ¾technologią napraw, ¾maszynami i urządzeniami okrętowymi. W PKM przedstawia się dla wymienionych elementów i zespołów składowych maszyn: ¾ opis i ich klasyfikację ¾ zasady projektowania, w tym obliczania ¾ wytyczne dotyczące zastosowania odpowiednich materiałów do ich budowy ¾ wytyczne zastosowania w danej maszynie, instalacji, itp. ¾ wytyczne prawidłowej eksploatacji Cykl życia maszyny (przemysłowy proces realizacji obiektu technicznego) Każdy obiekt techniczny ⇒ materialny środek zaspakajania potrzeb ludzkich. Obiekt techniczny ⇒ dowolny element, część, urządzenie, maszyna i jej wyposażenie, podsystem lub system, które mogą być rozpatrywane oddzielnie. Potrzeby ⇒ formułowane są najczęściej w formie wymagań czyli właściwości jakimi powinien odznaczać się obiekt techniczny. piękny szybki bezpieczny Ogół działań zmierzających do realizacji zbioru właściwości obiektu technicznego ⇒ proces realizacji obiektu technicznego. Cykl życia maszyny ⇒ okres od chwili wygenerowania potrzeby jej istnienia do momentu jej likwidacji. Cykl życia maszyny i jego etapy oraz właściwości obiektu technicznego Przygotowanie produkcji Generowanie i identyfikacja potrzeb Produkcja Dystrybucja Eksploatacja Likwidacja technologiczność wytwarzania podatność transportowa niezawodność recykling podatność montażowa przechowalność naprawialność podatność na kasację inne inne inne inne właściwości obiektu technicznego AIRBUS-Francja AIRBUS-Niemcy AIRBUS-Zjednoczone Królestwo AIRBUS-Hispania Recykling zawsze był obecny! Sformułowanie wymagań oraz ich prawidłowa realizacja w obiekcie technicznym wymaga zawsze wysiłku twórczego i kreatywnych zdolności człowieka. Efekt ⇒ pomysły, koncepcje, projekty, itp. Generowanie ich odbywa się na etapie generowania i identyfikacji potrzeb oraz etapie przygotowania produkcji, kiedy to obiekt jest utworem czyli niematerialną wizją przyszłego obiektu. Realizacja wygenerowanych projektów odbywa się na pozostałych etapach cyklu życia obiektu technicznego, kiedy przybiera on postać wytworu. Filippo Brunelleschi otrzymał zadanie ukończenia budowy Katedry Florenckej, czyli dodania kopuły. Przed przystąpieniem do działania Brunelleschi sporządził rysunek kopuły. W działaniu tym rozdzielił on czynność projektowania od czynności wykonania budowli. Jakość ⇒ zbiór właściwości określających stopień w jakim wytwór zaspakaja (spełnia wymagania) określonego użytkownika. Wytwór ⇒ dowolna maszyna. Definicja maszyny (Unia Europejska) Maszyna jest to całość powiązanych ze sobą elementów: 9 z których przynajmniej jeden jest ruchomy, 9 wraz z odpowiednimi urządzeniami roboczymi, układami sterowania, zasilania, itp., 9 które są połączone w celu określonego zastosowania, w szczególności do przetwarzania, obrabiania, przemieszczania lub pakowania materiałów. W języku potocznym pojęcie maszyny odnosi się do wielu różnorakich urządzeń i podkłada się pod nie różne znaczenia. W sensie klasycznej definicji Franza Reuleaux (1829-1905) maszyna to ‘mechanizm lub zespół mechanizmów we wspólnym kadłubie, służący do wytwarzania energii lub wykonywania określonej pracy mechanicznej’. Ponieważ w maszynie zachodzi proces energetyczny (działania energetyczne) to zgodnie z tą definicją większość maszyn wytwarzanych mniej więcej do połowy dwudziestego wieku należała do trzech klas: ¾ silniki i maszyny robocze, ¾ maszyny technologiczne, ¾ maszyny transportowe. silniki ⇒ urządzenia służące do zamiany pewnego rodzaju energii na pracę mechaniczną maszyny robocze ⇒ urządzenia za pomocą, których dokonuje się zmiany stanu, kształtu, lub położenia materiału albo przedmiotu Pojawienie się nowej grupy maszyn, a mianowicie maszyn zdolnych do realizacji dwóch pozostałych działań, tzn. sensualnego i inteligentnego (działania informacyjne) spowodowało konieczność opracowania nowej definicji. W roku 1963 Artobolevski zaproponował następujące określenie maszyny: ‘maszyna jest to sztuczne urządzenie przeznaczone do częściowego lub całkowitego zastępowania funkcji energetycznych, fizjologicznych i intelektualnych człowieka’. Tak określoną maszynę nazywa się maszyną cybernetyczną. W ujęciu cybernetycznym, maszyna jest to urządzanie przeznaczone do przekształcenia energii, masy i informacji w inne postacie energii, masy, informacji nakłady ENERGIA MASA INFORMACJA MASZYNA ENERGIA MASA efekty INFORMACJA Przykładami maszyn jako przetworników mogą być: sprężarka przetwarzająca energię elektryczną na energię potencjalną masy powietrza, turbina wodna przetwarzająca energię kinetyczną masy wody na energię mechaniczną, licznik gazu przetwarzająca energię potencjalną masy gazu na informację, komputer przetwarzający informację w inną postać informacji. Przykładami maszyn jako przetworników mogą być: sprężarka przetwarzająca energię elektryczną na energię potencjalną masy powietrza, turbina wodna przetwarzająca energię kinetyczną masy wody na energię mechaniczną, licznik gazu przetwarzająca energię potencjalną masy gazu na informację, komputer przetwarzający informację w inną postać informacji. Przykładami maszyn jako przetworników mogą być: sprężarka przetwarzająca energię elektryczną na energię potencjalną masy powietrza, turbina wodna przetwarzająca energię kinetyczną masy wody na energię mechaniczną, licznik gazu przetwarzająca energię potencjalną masy gazu na informację, komputer przetwarzający informację w inną postać informacji. Przykładami maszyn jako przetworników mogą być: sprężarka przetwarzająca energię elektryczną na energię potencjalną masy powietrza, turbina wodna przetwarzająca energię kinetyczną masy wody na energię mechaniczną, licznik gazu przetwarzająca energię potencjalną masy gazu na informację, komputer przetwarzający informację w inną postać informacji.
