1

MAŠINSKI SISTEMI I SASTAVNE KOMPONENTE

1. Dijelovi ili elementi : su sastavne komponente mašinskih sistema koji se ne mogu rastaviti na prostije faktore, a da se pri tome ne razore. Po svojoj konstrukciji mogu biti prostiji i složeniji(npr. vijak i zubčanik).

2. Podsklopovi : obično neobavljaju nikakvu samostalnu funkciju, ali zbog montaže ili nekih drugih razloga prethodno se sastave pa se tek onda ugrade u sklop.

3. Sklopovi : su sastavljni od više sklopova i dijelova i obično u sastavu mašinskog sistema obavljaju jednu pojedinačnu funkciju (npr. pumpa visokog pritiska na motoru treba da gorivo odvede na nivo visokog pritiska i tako da se ne rasprši na sitne kapljice kada se ubrizga u radnu komoru motora).

4. Mašinka grupa : je sastavljena od više sklopova, podsklopova i dijelova. Obavlja jednu ili manji broj pojedinačnih funkcija u sklopu mašinskog sistema(npr. uređaj za napajanje motora gorivom treba da transportuje gorivo od rezervoara do motora, zatim da ga pod visokim pritiskom raspršenom stanju ubaci u radnu komoru motora.

5. Mašinski podsistem : je sastavljen od više mašinskih grupa, sklopova, podsklopova i maš. Dijelova. Obavlja obično više pojedinačnih funkcija u sklopu mašinksih sistema(npr. pogonski agregat, na motornom vozilu treba da kroz vrlo složene procese izvrši pretvaranje hemijske energije iz goriva u mehaničku energiju koja će pokretati motorno vozilo).

6. Mašinski sistem : predstavlja materijalizitani, vrlo složeni proizvod ljudskog roda, koji samostalno vrši određenu, čovjeku korisnu funkciju.

Mašinski sistemi se mogu podjeliti na:

Izvršne : one koji vrše koristan rad(mašine alatke, građevinske mašine, motorna vozila i sl.). Energetske: one koji vrše pretvaranje jednog oblika u energije u drugi(hidroelektrane). Mašinski sistem: posebne namjene(svemirske letjelice, oružje i sl.).

Da bi mašinski sistem mogao obavljat svoju funkciju, sve njegove sastavne komponente moraju obavljati svoje pojedinačne funkcije.

Ako motorna vozila zamislimo kao jedan maš. sistem, onda njegove sastavne komponente možemo

prikazati prema slici 1.1

2

DEFINICIJA I PODJELA MAŠINSKIH ELEMENATA

Podjela mašinskih elemenata

Mašinski elementi se mogu podjeliti u 2 osnovne grupe:

1. Opća grupa – to su elementi, od općeg značaja, koji su zajednički za razne mašinske sklopove neovisno od njihove namjene npr. vijci, navrtke, opruge, ležišta, spojnice i sl.

2. Posebna grupa- to su elementi od užeg specifičnog značaja i javljaju se na manjem broju mašinskih sklopova i sistema koji imaju specifičnu namjenu(npr. kuke, čelična užad, doboši, klipovi, i sl.).

Radi lakšeg i sistematskog izučavanja mašinski elementi su podjeljeni u 4 grupe:

Mašinski elemeniti za spajanje (zakovice, čivije, vijci, klinovi i opruge) Mašinski elementi za kružno kretanje(osovine, osovinice, vratila, spojnice i ležišta) Mašinski elementi za provođenje tečnosti i gasova(cijevi i cijevni zatvarači) Mašinski elementi za preos kružnog kretanja(frikcioni točkovi, zubčanici, lančani prenos užetom)

DEFINICIJA PRORAČUNA I PROVJERAVANJA

Proračunavanje je postupak kroz koji se određuju osnovne geometrijske veličine, kinematske veličine, radne sposobnosti i cijena koštanja proizvoda. U praksi se obično provode prethodni i završni proračuni.

Prethodni proračun se vrši radi određivanja približnih dimenzija maš. elemenata, koji su osnova mašinskog sistema. Pri tome se koriste uprošćeni obrasci iz otpornosti materijala ili iskustvni podaci.

Završni proračun se izvodi detaljno i kroz njega se određuju stvarne dimenzije dijelova i vrši se izbor standardnih mašinskih elemenata.

Ovim proračunom se obavlja:

- Određivanje dimenzija dijela na osnovu dopuštenih napona materijala- Određivanje oblika dijelova, s obzirom na njihovu funkciju- Određivanje pojedinih mjera na osnovu empirijskih obrazaca (iskustvenih)- Određivanje zapremina i masa- Određivanje dimenzija dijelova, s obzirom na određena ograničenja- Određivanje oblika s obzirom na potrebne deformacije

Provjeravanje je postupak kroz koji se utvrđuje da li neki element, definisan proračunom, može zadovoljiti na mjestu koe mu je namjenjeno u mašinskom sistemu, da li odabrani maš. elementi zadovoljava kritični presjeci već praračunatih maš. elemenata ,da li su kontaktni naponi na dodirnim površinama manji od kritičnih i sl.

3

POJAM PROJEKTOVANJA I KONSTRUISANJA

Projektovanje ima za cilj izradu idejnog projekta mašinskih istema kao cjelini i obuhvata određivanje glavnih funkcija, određivanje glavnih komponeniti i njihovih pojedinačnih funkcija, međusobni odnos komponenti i sl.

Konstruisanje ima za cilj određivanje oblika, dimenzija i materijala pojedinih elemenata na osnovu uslova idejnih projekata.

FAKTORI KOJI UTIČU NA KONSTRUKCIJU

Faktori koji utiču na konstrukcju su sljedeći:

Namjena – osnovni i polazni uslov za rješavanje zadataka koji je postavljen pred konstrukotora je namjena proizvoda. Samom namjenom je već određen pored općih, i niz posebnih uslova koji moraju biti zadovoljeni.

Funkcija- pri konstruisanju nekog proizvoda konstruktor mora poznavati njegovu opću funkciju kao i pojedinačne funkcije pojedinih komponenti. Iz tih funkcija proizlaze razni zahtjevi za sastavne komponente.

Bezbjednost u radu - zbog mogućih neželjenih posljedica, izradi svakog proizvoda u mašinskoj industriji treba posvetiti dužnu pažnju. Iz same namjene proizvoda konstruktor mora analizirati moguće štetne posljedice, koje bi proizvod mogao napravit, pa primjetiti takva rješenja da mogućnost njihove pojave svede na minimum.

Navode se konkretni slučajevi primjene mjera za bezbjednost u radu:

- Mehanički prenosnici se smječtaju u odgovarajuća kućišta- Remenovi, užad i lanci moraju biti zaštićeni mrežama ili na drugi način- Kod instalacije sa fluidom pod pritiskom, moraju se ugrađivati regulatori pritiska - U hemijskoj i prehrambenoj industriji moraju se provoditi mjere higijensko-tehničke zaštite- Oči radnika moraju biti zaštićeni od velike temperature, jake svjetlosti, strugotine, prašine i sl.

Materijal – izbor materijala, od koga će se izraditi mašinski elemen, predstavlja vrlo važan tehničko-ekonomski zadatak za konstruktora. Izbor materijala za elemente određenog mašinskog sistema konstruktor vrši na osnovu njegovih osobina, a to su :

- Fizičke: Specifična težina, provodljivost toplote, provodljivost elektriciteta, koeficijent toplotnog širenja i dr.

- Mehaničke: čvrstoća, granica razvlačenja, dinamička izdržljivost, tvrdoća, modul elastičnosti i dr.- Tehnološke: livkost,kovnost,zavarljivost, obradljivost i dr.- Hemijske: otpornost na uticaje kiseline, vlage, i drugih agresivnih medija i dr.

4

Izrada i obrada

Izrada predstavlja proces davanja oblika nekom mašinskom dijelu. Ovaj proces se dijeli na primarni i sekundarni.Primarni procesi izrade maš. dijelova polaze od sirovog materijala, i obuhvataju proces dobijanja poluproizvoda(polufabrikata).Polufabrikati mogu biti:

- Standardni po svom obliku i dimenzijama kao takvi se nabavljaju na tržištu (čelične šipke, čelične trake, čelične cijevi, razni limovi i sl.)

- Specijalni polufabrikati koje konstruktor definiše prema svojoj ideji

Primarni procesi izrade mašinskih dijelova su sljedeći:1. Livenje2. Kovanje3. Izvlačenje4. Zavarivanje5. Presovanje

Sekundarni procesi izrade se nazivaju obradom i predstavljaju postupke pretvaranja polufabrikata u gotove mašinske djelove.Sekundarni procesi izrade su sljedeći:

1. Struganje – za obradu cilindričnih, koničnih, zavnojnih i ravnih čeonih površina2. Rendisanje – za obradu ravnih površiba većih mašinskih dijelova3. Glodanje - za obradu manjih ravnih površiba, žljebova i raznih profilisanih površina4. Bušenje – za obradu otvora i rupa5. Provlačenje – za obradu ravnih i profilisanih površina u serijskoj proizvodnju6. Bršenje – za završnu i vrlo preciznu obradu raznih oblika.

Oblik i težina Oblik mašinskog dijela treba da bude takav da naponi u pojedinim presjecima ujednačenim i manji od dozvoljenih. Na oblik takođe utiče i mogućnost što jeftinije izrade. Težina je važan faktor, kome konstruktor treba posvetiti pažnju, kako zbog utroška materijala tako i zbog lakšeg rukovanja i manje potrošnje energije u radu.

5

Trenje Mehanički otpor koji spriječava ili ometa relativno kretanje tijela u međusobnom dodiru. Ova pojava je posljedica neravnina koje postoje na dodirnim površinama dva elementa koje za ljudsko oko izgledaju ravne.

Habanje

Je nepoželjna pojava trošenja površina koje su izložene kontaktnim naprezanjima. Posljedice habanja su štetne i ispoljavaju se kao:

- Gubitak materijala- Gubitak energije na savladavanje povećanog trenja - Povećanje zagrijavanja djelova- Povećanje buke- Povećanje troškova održavanja- Skraćenje vijeka trajanja

Korozija Korozija je negativna pojava koja se javlja uslijed uticaja spoljašnje sredine na mašinske dijelove, pri čemu se na površinama javlja oksid (hrđa). Ova pojava znatno smanjuje dinamičku čvrstoću dijelova. Sredine u kojim dolazi do korozije nazivaju se agresivne sredine.

Montaža, rukovanje i održavanje Montaža predstavlja postupak ugradnje mašinskog dijela na njegovo mjesto u mašinskom sistemu. Rukovanje podrazumjeva sve radnje oko korišćenja u toku eksploatacije. Konstruktor svojim rješenjima nira obezbjediti uslove za pravilno korištenje.Održavanje predstavlja niz operacija koima se provjerava i održava radna sposobnost proizvoda u eksploataciji. Rukovalac sa proizvodom mora voditi računa o podmazivaju, čišćenju, promjeni ulja, pritezanju olabavljenih dijelova, hlađenju itd.

6

Transport Veličina, težina i oblik proizvoda mora biti u skladu sa mogućnostima transportovanja od proizvođača do potrošača.

Vibracije i bukaVibracija i potresi su stalne pojave kojima su izloženi rukovaoci sa pojedinim uređajima. U jačem obliku izazivaju umor i oštećenja, mišića, zglobova krvnih sudova i sluha.Buka je nepovoljna prateća pojava koja se javlja pri radu pojedinih mašinskih sistema. Ona nepovoljno utiče na psihu čovjeka, slabi koncentraciju i izaziva stanje razdražljivosti i sl.Zaštitne mjere su propisi koji definišu vrijednost nepoželjnih pojava na čovjeka.

Ekonomski i estetski zahtjeviU uslovima tržišne privrede svaki proizvod ima jaku konkurenciju. Konkurentnost proizvoda je određena, uglavnom, sa 3 faktora i ta kvalitetom, cijenom i rokom isporuke.Estetski zahtjevi za neki neki proizvod nemaju primarni značaj ali dolaze do izražaja kod dva proizvoda istih karakteristika. U cilju dobijanja proizvoda sa boljim estetskim izgledom, u zapadnim zemljama se razvila posebna naučna grana nauka o industrijskom dizajnu

OSNOVI PRORAČUNA MAŠINSKOG ELEMENTA

Svi mašinski elementi, u svom radnom vijeku, su izloženi djejstvu raznih fizičkih veličina, toplote, hemijskih jedinjenja, magnetnih i električnih veličina, taloženju mehaničkih i hemijskih čestica i sl. Sva navedena djejstva iz okoline na mašinski dio nazivaju se opterećenja.

Elastične deformacije nestaju poslije prestanka djejstva vanjskih opterećenja tako da maš. dio dobija prvobitni oblik i dimenzije.

Plastične deformacije su trajne i one ostaju i poslije prestanjka djejstva opterećenja.

Napon je veličina koja karakteriše intenzitet unutrašnjih sila u nekoj tački.

7

Kritično stanje je stanje izazvano opterećenjem u kojem se maš. dio deformiše toliko da ne može obavljat funkciju.

Podjela opterećenja, s obzirom na karakter raspodjele

Prema karakteru raspodjele, opterećenja mašinskih dijelova mogu biti: zapreminska, površinska, linijska i tačkasta.

Zapreminska opterećenja napadaju sve tačke mašinskog dijela i u njemu izazivaju zapreminsko naprezanje. Uslijed ovih naprezanja mašinski elementi su izloženi zatetanju, savijanju, pritiskivanju, smicanju, uvijanju, izvijanju.

Zatezanje je aksijalno naprezanje koje nastaje u mašinskom dijelu koji je izložen djejstvu aksialnih zateznih sila.

z =FA [Pa]

Gdje je:

- F[N] – aksijalna sila presjeka- A[m2] – površina poprečnog dijela

Zatezanje uslijed aksijalnijh sila.

8

Pritiskivanje je naprezanje mašinskog dijela koje nastaje uslijed djejstva pritiskivajućih aksijalnih sila.

p¿FA [Pa]

Gdje je:

- F[N] – aksijalna sila presjeka- A[m2] – površina poprečnog dijela

Pritiskivanje uslijed aksijalnih sila

Savijanje je naprezanje izazvano slama ili spregovima koji djeluju u ravnima koroz uzdužnu osu maš. djela. Ovo naprezanje karakteristično je za grede. xx

s max = M❑x

W❑x [Pa]

Gdje je - Mx[Nm]- moment savijanja ose x

9

-Wx[m3]- otporni moment poprečnog presjeka u odnosu na osu x

Prikaz opterećenja i naprezanja na savijanje za gredu

Smicanje je naprezanje kome su izloženi mašinski djelovi malih dužina, a relativno velikog presjeka.

τs = FA [Pa]

gdje je : - F[N] – poprečna sila

-A[m2]- ukupna površina svih presjeka po kojim može doći do smicanja

10

Uvijanje je naprezanje prouzrokovano spregovima koji djeluju u ravnima upravnim na osu mašinskog djela.

τmax=Mu

W o[Pa]

Mu [Nm]- moment uvijanja

Wo [m3] – polarni otporni moment poprečnog presjeka

Složeno naprezanje se javlja u slučaju kada je dio izložen istovremenom djejstvu dvaju ili više osnovnih naprezanja. Čvrstoća materijala izložena ovakvom naprezanju se određuje u labaratorijskim uslovima ispitivanim u posebnim epruvetama.

❑z

❑zkr = ❑s

❑skr

z – normalni napon uslijed zatezanja, pri kome dolazi do razaranja dijela u slučaju složenog naprezanja

za odgovarajuću vrijednost s.

s – normalni napon uslijed savijanja, pri kome dolazi do razaranja dijela u slučaju složenog naprezanja za

dogovarajuću vrijednost z.

zkr – kritični normalni napon, pri kome dolazi do razaranja ako je dio izložen samo zatezanju.

skr – kritični normalni napon, pri kome dolazi do razaranja ako je dio izložen samo savijanju.

11

Idealni napon pri složenom naprezanju se u raznoj literaturi još naziva i složeni, redukovani ili uporedni napon.

( ❑❑kr )❑

2

+ ( ττ kr )❑2

- normalni napon uslijed koga dolazi do razaranja dijela, pri složenom naprezanju i kombinaciji sa tangencijalnim naponom τ .

τ – tangencijalni napon uslijed koga dolazi do razaranja dijela, pri složenom naprezanju i kombinaciji sa normalnim naponom .

kr – kritični normalni napon, pri kome dolazi do razaranja djela, ukoliko je izložen samo normalnom naprezanju.

τ kr – kritični tangencijalni napon, pri kome dolazi do razaranja djela, ukoliko je izložen samo tangencijalnom naprezanju

Površinsko opterećenje napada sve tačke određene površine. Ono je karakteristično za posude pod pritiskom i za površine dijelova koji se uzajamno pritišću. U tom slučaju se koristi izraz kontaktna opterećenja.

Linijsko opterećenje napada sve tačke određene linije na mašinskom dijelu. Ovakvo opterećenje više je teoretsko nego što se može sretsti u praksi.

Tačkasto ili koncentrisano opterećenje djeluje u jednoj tački ili na malom dijelu površine i ono je također teoretski slučaj.

12

Promjenljivost naprezanja u zavisnosti od vremena

Statičko ili mirno naprezanje je naprezanje stalnog pravca i smjera čiji intenzitet se mijenja samo u početnom periodu rada, od nule do neke konačne vrijednosti, poslije čega ostaje približno konstantan.

Dinamičko ili promjenljivo naprezanje je naprezanje čiji se pravac, smjer i intenzitet mijenjaju u toku vremena.

Stohastičko naprezanje se mijenja slučajno i nezakonito.

13

Napadno opterećenje

Napadno opterećenje, na neki presjek mašinskog dijela, predstavlja opterećenje koje posmatrani presjek prenosi zahvaljujući čvrstoći materijala. Napadno opterećenje predstavlja zbir svih spoljašnih opterećenja kja djeluju sa sjedne strane presjeka, redukovan na težište presjeka.

MEHANIČKE KARAKTERISTIKE MATERIJALA

Osobine materijala koje definišu njegovu radnu sposobnost, a koje se mogu odrediti poznatim metodama, nazivaju se mehaničke karakteristike. Najbitinije mehaničke karakteristike materijala koje se koriste u mašinstvu su : čvrstoća, krutost, tvrdoća, otpornost na vibracije, otpornost na zagrijavanje i sl.

Čvrstoća

Čvrstoća maš. dijela je njegova sposobnost da se suprostavi razaranju pod djejstvom opterećenja.Zavisno od toga da li postoji opasnost od razaranja cijelog dijela ili samo njegovih površina razlikuje se zapreminska i površinka čvrstoća, a zavisno od karaktera opterećenja postoji statička i dinamička čvrstoća.

Statička čvrstoća je sposobnost da se maš. dio suprostavi razaranju u slučaju kada je dio opterećen statičkim opterećenjem.

= ll0

Modul elastičnosti karakteriše ponašanje materijala u oblasti elastičnosti do vrijednosti EG .

Granični napon elastičnosti EG je najveći napon koji može vladati u materijalu a da se pri tome ne nastupe plastične deformacije.

Granica tečenja ili granica razvlačenja T je uočljiva kod čelika pa se može precizno odrediti.

Za konvencijalni napon razvlačenja najčešće se uzima napon koji odgovara jediničnom izduženju = 0,2 i obilježava se 0,2 .

14

Hukov dijagram

Dinamička čvrstoća predstavlja najveći nazivni napon, pri dinamičkom cikličnom opterećenju, koji epruveta ispitivanog materijala može izdržati bez loma i pri neograničenom broju ciklusa.

Razaranje uslijed zamora ili zamor materijala je pojava postepenog razaranja dijela uslijed dugotrajnog djejstva dinamičkih opterećenja.

Krutost

Krutost materijala je sposobnost suprostavanja elastičnom deformisanju pod djejstvom radnog opterećenja.

15

Tvrdoća

Tvrdoća je karakteristika kojom se materijal nekog dijela suprostavlja prodiranja dugog u njega. Tvrdoća mašinskih dijelova se može mijenjati raznim postupcima tehničke obrade.

KONCENTRACIJA NAPONA

Odnos (količnik) maksimalne vrijednosti stvarnog napona max i vrijednost nominalnog napona zn se naziva faktor koncentracije napona (k).

k ❑max

❑zn

Izvori koncentracije napona su : zarezi, žljebovi, prelazi sa jednog prečnika na drugi i sl.

Različiti mašinski materijali su različito osjetljivi na koncentraciju napona. Ako je isti izvor koncentracije na dva različita elementa od različitih materijala, stvarni napon se neće moći računati na isti način preko faktora k. Zbog toga se uvodi pojam efektivni faktor koncentracije napona (k).

k = (k – 1) k + 1

k – faktor osjetljivosti materijala na koncentraciju napona

16

Pored izvora koncentracije napona, na dinamičku čvrstoću mašinskog dijela utiču još stanje površine i veličina presjeka. Zbog toga će dinamička čvrstoća mašinskog dijela DD i τDD biti manja od dinamičke čvrstoće D i τD .

DD = ❑D❑1❑2❑3

❑k [Pa];

τDD = τ D❑1❑2❑3

❑k[Pa];

- D i τD – dinamička čvrstoća materijala.- ❑1- faktor stanja površine.- ❑2 – faktor veličine presjeka.

- ❑3 – faktor ostalih uticaja (frekvencij, temperatura, pravac vlakana i dr.

Obično se uzima da je ❑3= 1

17