KONSTRUKCIJSKI ELEMENTI I - riteh.uniri.hr · PDF filediplomski rad hidraulika i pneumatika i in Ženjerska vizualizac. elementi transp. teh. 3. izborni kolegij 6. izborni kolegij

S. Zelenika KE I 1.ppt

KONSTRUKCIJSKI ELEMENTI I

Božidar Križan Saša ZelenikaSoba 1-103 Soba 1-106Tel. 651526 Tel. 651538E-mail: [email protected] E-mail: [email protected]


Božidar Križan:Rođen 1946. u Zagrebu.Diplomirao 1971. u Rijeci.Magistrirao 1981. u Zagrebu.Doktorirao 1990. u Rijeci.Živio i učio u Makedoniji i Hrvatskoj, učio i radio u HR.Od 1974. na TFR, od 2006. redoviti profesor u trajnom zvanju.

Saša Zelenika:Rođen 1966. u Rijeci.Diplomirao 1991. u Rijeci.Doktorirao 1996. u Torinu (I).Živio, učio i radio u HR, USA, I i CH.Od početka 2004. na TFR (od 01. 09. 2005. na 100%, od 2007. izv. prof.).



Osnovna literatura:B. Križan: “Osnove proračuna i oblikovanjakonstrukcijskih elemenata”, Školska knjiga, 2008.

K.-H. Decker: “Elementi strojeva” (novo izdanje 2006., staro iz 1987.).

Roloff/Matek: “Maschinenelemente”, 2003.

Strojarski (1997.) i Inženjerski priručnik (I dio –1996.).

Katalozi proizvođača

www


http://www.riteh.hr/zav_katd_sluz/zvd_kons_stroj/katedre/konstruiranje/

kolegiji/ke1/ke1_info.htm


Studijski program i ishodi učenja

Izvedbeni plan

Ocjenjivanje et al. (prema pravilnicima o studijima)

Pitanja za kolokvije

Kolegij “je vrijedan” 7 ECTSa, tj. 175-210 sati vašeg rada (od kojih je 75 na predavanjima/vježbama na faksu)


Konstrukcijski elementi I

Osnove konstruiranja. Proces konstruiranja. Vrsteopterećenja. Naprezanja i deformacije konstrukcijskih elemenata. Statičko opterećenje. Dinamičko opterećenje. Karakteristike materijala. Dopuštena naprezanja. Wöhlerovdijagram. Smithov dijagram. Koncentracija naprezanja. Elementi za spajanje. Pričvrsni vijčani spojevi. Pokretni vijčani spojevi. Zavareni, lemljeni, lijepljeni i zakovični spojevi. Zatici, svornjaci. Spojevi osovina i vratila s glavinama. Opruge. Osovine i vratila. Kritična brzina vrtnje.

Vježbe:Zavareni spremnik. Vijčani spoj. Pripremni zadaci za ispit.

Konstrukcijski elementi II

Spojke. Valjni i klizni ležajevi. Remenski i lančani prijenosi. Prijenosi sa zupčanicima.


Zavod za konstruiranje u strojarstvu:


Konstruiranje = Machine design = Maschinenkonstruktion = Progettazione e costruzione di macchine⇒ ovladavanjeovladavanje procesomprocesomrazvojarazvoja proizvodaproizvoda tjtj. . znanjimaznanjima potrebnimpotrebnim za za sustavnosustavno kreiranjekreiranje i i razvoj razvoj strojarskihstrojarskih konstrukcijakonstrukcija..

PREC. KONSTR. I TEH.PREC. KONSTR. I TEH.MIKRO SUSTAVAMIKRO SUSTAVA

1. IZBORNIKOLEGIJ

DIPLOMSKIDIPLOMSKI RADRAD

HIDRAULIKA IHIDRAULIKA IPNEUMATIKAPNEUMATIKA II

ININŽŽENJERSKAENJERSKAVIZUALIZAC.VIZUALIZAC.

ELEMENTIELEMENTITRANSP. TEH.TRANSP. TEH.

3. IZBORNIKOLEGIJ

6. IZBORNIKOLEGIJ

4. IZBORNIKOLEGIJ

NUM.NUM. METODEMETODEU KONSTR.U KONSTR.

5. IZBORNIKOLEGIJ

2. IZBORNIKOLEGIJ

STRUČNAPRAKSA II

Konstruiranje i mehatronika (KM)

INŽENJERSKAMATEMATIKA

METODIMETODIČČKOKOKONSTRUIRANJEKONSTRUIRANJE

2.SLOBODNI kolegij

3.SLOBODNI kolegij

1.SLOBODNI kolegij

NAUKA OTOPLINI II

NAUKA OČVRSTOĆI II

PROJEKTII

PROJEKTI

1. SLOBODNI kolegij

2. SLOBODNI kolegij

3. SLOBODNI kolegijPROJEKT

I

PROJEKTII

KONSTRUKCIJSKIKONSTRUKCIJSKIELEMENTI IIIELEMENTI III

NumeriNumeriččke metode u konstruiranju, ke metode u konstruiranju, InInžženjerska vizualizacija, Konstrukcijskienjerska vizualizacija, Konstrukcijski elementi elementi III, MetodiIII, Metodiččko konstruiranje, ko konstruiranje, Hidraulika i pneumatika I, MehaniHidraulika i pneumatika I, Mehaniččki prijenosnici snage, Konstrukcijski elementi robotaki prijenosnici snage, Konstrukcijski elementi robota

Precizne konstrukcije i tehnologija mikro sustava,Precizne konstrukcije i tehnologija mikro sustava, Elementi transportne Elementi transportne tehnike,tehnike, Konstruiranje i oblikovanje, Hidraulika i Konstruiranje i oblikovanje, Hidraulika i pneumatika II, Elektronipneumatika II, Elektroniččke komponente mehatronike komponente mehatroniččkih sustava, Sustavi kontrolekih sustava, Sustavi kontrole

1. IZBORNIKOLEGIJ

2.i 3.IZBORNIKOLEGIJ

TRANSPORTNITRANSPORTNISUSTAVISUSTAVI

KONSTRUKCIJ.KONSTRUKCIJ.EL. ROBOTAEL. ROBOTA

KONSTR.KONSTR.I OBLIKOVANJEI OBLIKOVANJE

MEHANIMEHANIČČKIKIPRIJEN. SNAGEPRIJEN. SNAGE

ELEKTRON. KOMP.MEHAT. SUST.

4.–6. IZBORNIKOLEGIJ

CAE U CAE U RAZV.RAZV.PROIZVODAPROIZVODA

HIDRAULIKA IHIDRAULIKA IPNEUMAT. IIPNEUMAT. II

MIKRO I NANOMIKRO I NANOELEKTROMEH.S.ELEKTROMEH.S.

LAB. VJELAB. VJEŽŽBE ABE AKonstrKonstr. i . i trtr. . tehteh..

MODELIRANJEMODELIRANJEMEHATRON. SU.MEHATRON. SU.

SUSTAVIKONTROLE

LAB. VJELAB. VJEŽŽBE BBE BMehatronMehatron. i robot.. i robot.

Svi ostali neupisani kolegiji izborne skupine i drugih izbornih skupina svih diplomskih studija Tehničkog fakulteta Sveučilišta u Rijeci u 2. semestru




Puno znanosti ima i u običnom vijku

Ispitivanje naprezanja u navoju vijka fotoelastičnim metodama

Vrsta vijka, dimenzije, vrstanavoja, razredi čvrstoće,materijal, ...


Antikitera: analogno računalo za proračun astronomskih položaja iz 150-100 BC; 33 x 17 x 9 mm, 33 zupčanika


Metodičko konstruiranje

Kako izraditi različite proizvode

upotrebom jednakih modula

(elemenata ili sklopova)?

Odgovor: Kao pomoću LEGO-kocki!

Konstruiranje i oblikovanje


Mehanički prijenosnici snage

Jednostupanjski pužni prijenosnik Jednostupanjski planetarni prijenosnik

5 – brzinski automatski automobilski planetarni mjenjač brzina


Elementi transportne tehnike

Transportne trake

Kružni ovjesni transporter


Hidraulika i pneumatika


Precizne konstrukcije i tehnologija mikro sustava

U proizvodnom i konstrukcijskom strojarstvu su evidentnetendencije ka “smaller, faster, cheaper”, tj. ka:

automatizacijiproizvodnji s visokim preciznostima.

⇒ Razvoj precizne mehanike (odnos tolerancije-dimenzije= 10-4 ÷ 10-5) te mikromehanike i nanotehnologija(komponente čije dimenzije su reda veličine mikrometra– µm ili nanometra – nm → ultra-precizna mehanika).

Investicije u mikro i nano:Svijet: 1997. < 500 M USD; 2004. > 4.109 USDUSA: 2001. → 464 M USD; 2007. → 1.300 M USDTržište (procjene Nexus - ESPRIT Network of Excellence on Multifanctional Microsystems): 2000. → 30.109 €; 2004. →33,5.10

9 €; 2009. → 57.109 €; (33% Europa; godišnji rast u idućih 5 god.: 16% na god.); 2015 → 1,5.1012 USD


Strukovne udruge: EUSPEN, ASME, ASPE, JSPEZnanstveni programi: EU FP 6&7 (7. program: 3,5 G eura, tj. 500 M eura godišnje)EU (D, NL, CH, UK, ...), National Nanotechnology Initiative – USAZnanstveni časopisi: Nanotechn., J. Exp. Nanosci., Prec. Eng., J. Micromech. & Microengin.; 2014.: u svijetu 4 nano-konferencije na tjedanZavodi i programi na sveučilištima: MIT - USA, ETHZ, EPFL – CH, Oxford – UK, ANU – Australija, više “joint degree studies” ali već i visoke škole

ISI Web of Science References - keywords

"Precision", "Nano*" & "Micro*"

1586 1935 190716225 22697 30057

5807875388 78755

300443

413192

524233

894 1019 1405

43098

123867

14275

0

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

76-80 81-85 86-90 91-95 96-00 01-05

Year

No

. o

f p

ub

lic

ati

on

sPrecision

Micro*

Nano*


100 µµµµm

MIKRO TURBINA

‘Desktop’ tvornica(63 x 49 x 38 cm,

34 kg)


[www.eurekalert.org/pub_releases/2003-11/cuns-np111803.php]

Cornell NANOGITARE

Žice: Si elastične “grede” debljine 150 nm koje se “sviraju” laserskom svjetlošću i čuju

pomoću interferencije

10 µm Fender Stratocaster

40 µm Gibson Flying V


Laboratorijske vježbe

Hrapavost. Fotoelastičnost. Industrijska akustika. Hidraulika. Elektronika. Stroboskopija. Tenzometrija. Izabrane vježbe iztermodinamike.

Industrijska robotika. Mjerenje pomaka visokih preciznosti. Karakterizacija mikro i nano elektro-mehaničkih sustava. Hidraulika. Elektronika. Kontrolni sustavi. Vibracije (modalna analiza). Buka.


OSNOVE KONSTRUIRANJAEngineering is a human activity aimed at creating newartifacts, algorithms, processes and systems that serve humans.Design is a thought process comprising the creation of an entity.Konstruiranje je misaoni proces tijekom kojega se oblikujeideja o tehničkom proizvodu za koji se zatim izrađuje tehničkadokumentacija kako bi se moglo pristupiti proizvodnji i korištenju gotovog proizvoda.“Why do you like to design machines?”“It is the pitting of one’s brain against bits of iron,metals and crystals and making them do what youwant them to do. When you are successful, that isall the reward you want.”

Albert A. Michelson (USA, 1852-1931)(fizičar, 1. američki Nobelovac (1907.); mjerenje brzine svjetlosti, interferometar)


Engineering is not a science. Science studies particular events to find general laws. Engineering design makes use of these laws to solve particular problems. In this it is more closely related to art or craft; as in art, its problems are under-defined, there are many solutions, good, bad, or indifferent. The art is, by a synthesis of ends and means, to arrive at a good solution. This is a creative activity, This is a creative activity, involving imagination, intuition and deliberate involving imagination, intuition and deliberate choice.choice.

Ove Arup


Temelji za uspješno konstruiranje

- znanja iz temeljnih znanosti: matematike, fizike

(mehanike, nauke o toplini, elektrotehnike), kemije i dr.

- znanja o svojstvima i obradimaterijala,

- znanja o elementima strojeva, mehanizmima i prijenosnicima,

- znanja iz metodičkog konstruiranja- znanja i iskustva u području na koje se konstrukcijaodnosi,

- intuicija, stvaralačka sposobnost i

- odlučnost, upornost, optimizam i volja za suradnjom(KORISTITI TUĐA ISKUSTVA!!!).


Arhimedov (287 – 212 BC) vijak


Leonardo Da Vinci(1452 – 1519)


Boeing List of “Desired Attributes of an Engineer”- A good understanding of engineering science fundamentals (mathematics (including statistics), physical and life sciences, IT (far more than “computer literacy”)).

- A good understanding of design and manufacturing processes (i.e. understands engineering).

- A multi-disciplinary, systems perspective.- A basic understanding of the context in which engineering is practiced (economics (including business practice), history, the environment, customer and societal needs).

- Good communication skills (written, oral, graphic, listening).- High ethical standards.- An ability to think both critically and creatively – independently and cooperatively.

- Flexibility: the ability and self-confidence to adapt to rapid or major change.- Curiosity and a desire to learn for life.- A profound understanding of the importance of teamwork.Note: This is a list of basic, durable attributes into which can be mapped specific skills reflecting the diversity of the overall engineering environment in which we in professional practice operate. In specifying desired attributes (i.e., desired outcomes of the educational process), we avoid specifying how a given university goes about meeting industry needs. Curriculum development is viewed as a university task to be done in cooperation with their "customers," and in recognition of their own local resources and constraints. Industry, as an important customer, must be an active partner in this process.


“In educating engineers, we probably have the largest challenge of any educational component because we expect them to be technically technically competent, good managers, good economists, good competent, good managers, good economists, good businesspeople, good communicators, good citizens businesspeople, good communicators, good citizens and international leaders.and international leaders. Other than that the job is easy.”

Winfred M. PhilipsDean of engineering

University of Florida in Gainesville


Hrvatsko izdanje (Profil, 2008.): “Odvažnost nade –Razmišljanja o obnavljanju američkog sna”:str. 24: “Volio bih kada bi u ovoj zemlji bilo manje odvjetnika, a više inženjera.”str. 143: U kini svake godine diplomira 8 x više inženjera nego u SADu fludvostručiti savezno financiranje istraživanja u sljedećih 5 god. obučavajući još 100.000 inženjera (za to treba 42 milijuna USD).


Br. internet uređaja: 1984.: 1.0001992.: 1.000.0002006.: 600.000.000

Internet se veličinom udvostruči svakih 5,32 godine.47.000.000 laptopa/god.2,7 milijardi upita mjesečno na Google.Optička vlakna mogu prenositi istodobno 150.000.000 telefonskih poziva (10e12 bit/s) što se udvostručuje svakih 6 mjeseci.2013.: super-računalo jače od ljudskog mozga.2023.: koštati će 1.000 USD.2049.: bit će jače od svih ljudskih mozgova.


Količina tehničkih informacija se udvostručuje svake 2 godine (1/2 onoga što student nauči na prvoj godini je zastarjelo na 3. godini) ... 2010. će to biti svaka 72 sata, a generira se 1,5e18 (exa) bytova informacija na godinu.Današnji učenik može očekivati 10-14 zaposlenja ... do svoje 38. godine (US dept. of labour).10 najtraženijih poslova 2010. nisu postojali 2004.

Mi pripremamo (ili bi barem trebali) učenike i studente za poslove koji još ne postoje i za korištenje tehnologija koje još nisu izmišljene (“besmrtnost”, eutanazija, e-papir, automatizirani automobili, GMO, genetska manipulacija, ...) da bi rješavali probleme (i etičke, pravičnosti, društvene odgovornosti, ...) za koje još ne znamo da postoje ⇒ već smo u eri ljudskog kapitala!


“Briga za čovjeka i njegovu sudbinu mora uvijek biti u prvom planu svih nastojanja stručnjaka ... kako bi stvaralakako bi stvaralašštva natva naššeg uma eg uma bila blagoslov, a ne nesrebila blagoslov, a ne nesrećća za a za ččovjeovječčanstvoanstvo. Imajte to uvijek na umu kad radite na svojim dijagramima i jednadžbama.”

Albert EinsteinCaltech, 1931


Zahtjevi pri konstruiranju

Tehnički zahtjevi:- Funkcionalna ispravnost: u određenom vijeku trajanja.- Tehnološka ispravnost: oblik konstrukcije treba biti prilagođen postupku proizvodnje da bi izrada i obrada bile što jednostavnije i jeftinije.

Zahtjevi ekonomičnosti:što manji troškovi konstruiranja, izrade/obrade, montaže i kontrole, transporta i skladištenja, eksploatacije (energija, materijal) i održavanja.

Zahtjevi tržišta:oblik, boja, veličina, izgled, …


Proizvodnja (follow-up)

4. Konstrukcijska razrada

3. Projektiranje

2. Koncipiranje

1. Razjašnjavanje zadatkaIzrada liste zahtjeva

Konstrukcijski zadatakProces konstruiranja:


Proizvodnja (follow-up)

4. Konstrukcijska razrada

3. Projektiranje

2. Koncipiranje

1. Razjašnjavanje zadatkaIzrada liste zahtjeva

Konstrukcijski zadatak Tko, što, (do)kad, gdje, zašto, kakoInterdisciplinarnost⇒ različitaterminologija koju treba “prevesti”.

Zahtjevi koje proizvod moraispuniti, a koje je poželjno daispuni; mogućnosti za izradu.

Više varijanti rješenja koja se vrednujuuodnosunazahtjeveprikonstruiranju (state-of-the-art).

Konkretizacija načelnog(ih) rješenja i utvrđivanje konačnogrješenja; ITERATIVNO→ teh. dokumentacija.Određivanje oblika, izmjera, svojstva površina, materijala, načina izrade, … proizvoda⇒tehnička dokumentacija.

Učenje iz vlastitih grešaka!!!

Design reviews

Design reviews



Ideas or plan to mitigate each risk, including use of off-the-shelf known solutions

High, Medium, Low (explain why) risk of development assessment for each DP

Anything that can help develop the idea including personal contacts, articles, patents, web sites….

Economic (financial or maximizing score etc), time & motion, power, stress…

EACH DP’s FEASABILITY MUST BE PROVEN.

Analysis can be used to create DPs!

Ideally independent means to accomplish each FR. AN FR CAN HAVE SEVERAL POTENTIAL DPs. The “best one” ultimately must be selected

A list of independent functions that the design is to accomplish. Series (1,2,3…) and Parallel (4a, 4b..) FRs(Events) can be listed to create the Function

Structure

Counter-

measures

Words,

Drawings,

Analysis…

Risk

Words,

Drawings,

Analysis…

References

Historical

documents,

www…

Analysis

Experiments,

Words, FEA,

Equations,

Spreadsheets…

Design

Parameters

(Idea)

Words &

Drawings

Functional

Requirements

(Events)

Words

A. Slocum, MIT


Kontrola ostalihkriterija (zahtjeva)

Kontrola čvrstoće u kritičnim presjecima

A, B, C, D i E

Geometrijsko oblikovanjeuz izbor tehnologije izrade

Grubi proračunosnovnih dimenzija

Izbor materijala

Konstrukcijska razrada

Zadatak: konstruirati vratilouz određene zahtjeve

Ostali kriteriji zadovoljeni

Materijalzadovoljava

ne

ne

ne

da

da

A B C D E

d

Kriterij čvrstoće zadovoljen

da

Primjer iterativnogprojektiranja:


H. Maudslay (Engl., 1771-1831 – 1. tokarski stroj za rezanje navoja, te mjerni mikrometar):

1. Get a clear notion of what you desire to accomplish, then you will probably get it.

2. Keep a sharp look-out upon your materials: get rid of every pound of material you can do without. Put yourself to the question, “what business has it there?” Avoid complexities and make everything as simple as possible.

3. Remember the get-ability of parts.

- Adaptacija postojećih rješenja.- Sustavna analiza procesa.- Koristiti prirodu kao model (biljke, ptice, ribe, …).- Ravnoteža između proračuna i eksperimenata.- Brainstorming (timski rad).


Izbor materijala

Tehnički zahtjevi:- Funkcionalna ispravnost: svojstva materijala (Rm, Re(Rp0.2), Rd, E, G, tvrdoća, ρ, α, cp, λ, …) morajuodgovarati radnim uvjetima (naprezanja, temperature, režim rada, …).

- Tehnološka ispravnost: omogućiti što bolju i lakšu izradui obradu (pogodnost materijala za lijevanje, prešanje, zavarivanje, strojnu obradu, toplinsku obradu, …) → ovisii o broju izradaka:


Zahtjevi ekonomičnosti:što manji troškovi ovisni o materijalu (troškovi sirovine –standardizirani profili, izrade, obrade, transporta, …) ⇒kompromisno rješenje

Svojstva materijala: knjiga, strojarski priručnik (Kraut), Dubbel Handbook of ME (Springer, 1994), …


Obrada materijala

Površina konstrukcijskog elementa je hrapava, tj. karakterizirana nizom neravnina (posljedica obradematerijala) koje mogu izazvati:- smanjenje dinamičke čvrstoće,- trenje i habanje tarno (tribološki) opterećenih površina,- smanjenje stezanja između osovina i glavina → manjanosivost- ubrzavanje korozije, …Fina obrada pak poskupljuje proizvodnju⇒ potrebno je pronaći optimum funkcionalnosti i ekonomičnosti: povrpovrššinaina moramora bitibiti šštoto hrapavijahrapavija kakokako bi bi

obradaobrada bilabila jeftinajeftina, , aliali obaveznoobavezno moramora ispunitiispuniti zahtjevezahtjeve

funkcionalnostifunkcionalnosti..




Izbor tolerancija

Razne proizvodne tehnologije⇒ proizvodi raznih točnosti i raznih hrapavosti površina. Ponekad promjena konstrukcijemože tu dovesti do znatnog smanjenja troškova.

Temeljno pravilo: Grubo koliko je moguće, fino koliko je potrebno!

0%

100%

200%

300%

0 10 20 30 40

Tolerancija [µµµµm]

Realtivna cijena

Pr.: smanjenjetolerancije sa 20 na 10 µm (Φ25H7 na Φ25H6) ⇒ povećanje troškovaobrade za čak 80%.


PITANJA?


Što smo naučili

- Što ćemo učiti u KE1 i što se od vas očekuje.- Što je konstruiranje i konstrukcijsko strojarstvo.- Čemu to služi.- Temelji za uspjesno konstruiranje: znanja izprirodnih znanosti, o obradi materijala, o elementima strojeva te o primjeni, ali i intuicija, stvaralaštvo, odlučnost, upornost, optimizam i timskirad.

- Zahtjevi pri konstruiranju: tehnički, ekonomski i tržišni.

- Proces konstruiranja (iterativan) i njegova svojstva.- Važnost izbora materijala (tehnički i ekonomskiparametri), njegove obrade te izbora tolerancija(grubo koliko je moguće, fino koliko je potrebno).

Documents

KONSTRUKCIJSKI ELEMENTI I - riteh.uniri.hr · PDF filediplomski rad hidraulika i pneumatika i in Ženjerska vizualizac. elementi transp. teh. 3. izborni kolegij 6. izborni kolegij