Maszynowznawstwo ogólne i maszyny technologiczne

8/15/2019 Maszynowznawstwo ogólne i maszyny technologiczne

1/115

1

MASZYNOZNAWSTWO OGMASZYNOZNAWSTWO OG ÓÓ LNELNEI MASZYNY TECHNOLOGICZNEI MASZYNY TECHNOLOGICZNE

Katedra Budowy Maszyn Dr in . Janusz # LIWKA p.486

Katedra Budowy Maszyn, Politechnika l# ska w Gliwicach


2/115

2

Maszynoznawstwo ogólne i maszyny technologiczne –wyk &ad 1

Warunki zaliczenia:

& wyk ' adu (3 wyk ' ady po 1,5 h) – Katedra Budowy Maszyn& wyk ' adu – Instytut Materia ' ów In ynierskich i Biomedycznych

Ø Kolokwium zaliczeniowe na ostatnim wyk ' adzieØ Kolokwium zaliczeniowe z laboratoriówØ Obecno (ci na laboratoriach


3/115

3


Literatura do wyk &adu

[1] Cressy E.: A Hundred Years of Mechanical Ingineering. London, 1937.

[2] Encyclopedia Universalis - # wiat nauki wspó ' czesnej. PWN, Warszawa, 1996.[3] Encyklopedia Techniki Tom Budowa Maszyn WNT Warszawa, 1968.

[4] Internetowe materia ' y reklamowe firmy Viessmann[5] Paderewski K.: Vadenecum obrabiarek skrawaj *cych. WNT, Warszawa, 1979.[6] Orlik Z.: Maszynoznawstwo. WSiP, 1989.

[7] Lilley S.: Ludzie, maszyny i historia. PWN, Warszawa, 1958.

[8] Stryczek S.: Nap -d hydrostatyczny. Tom 1, WNT, Warszawa, 1990.[9] Wielka Encyklopedia Internetowa

[10] Wrotny L.T.: Podstawy budowy obrabiarek. WNT, Warszawa, 1973.

[11] Historia nauki i techniki. Encyklopedia edukacyjna. Bellona Warszawa, 2002.[12] Encyklopedia PWN, Warszawa, 2004.


4/115

4


Wst - p

1. Definicje, podzia ' i podstawowe parametry maszyn

2. Rys historii rozwoju maszyn

3. Jak powstaje maszyna ?3.1. Projektowanie i konstruowanie3.2. Zasady konstrukcji3.3. Optymalizacja konstrukcji3.4. Zapis konstrukcji3.5. Typowy podzia & procesu procesu projektowo-konstrukcyjnego3.6. Technologiczno ')3.7. Typizacja, unifikacja, normalizacja

Plan wyk &adu:


5/115

5

8. Omówienie wybranych maszyn technologicznych8.1. Obrabiarki do obróbki skrawaniem

8.2. Maszyny do obróbki plastycznej metali8.3. Maszyny do przetwórstwa tworzyw sztucznych

9. Wybrane maszyny energetyczne9.1. Turbiny wodne9.2. Pompy9.3. Silniki spalinowe9.4. Si ' ownie

10. Omówienie wybranych maszyn transportowych10.1. D /wignice10.2. Przeno (niki10.3. Pojazdy samochodowe

11. Tendencje rozwojowe w budowie i eksploatacjimaszyn


4. Eksploatacja4.1. Obci * enia4.2. Rodzaje zu ycia4.3. Smarowanie4.4. Rodzaje uszkodze 0 elementów maszyn

5. Diagnostyka5.1. Metody diagnostyki5.2. Teoria trwa ' o (ci

6. Automatyzacja maszyn technologicznych6.1. Definicje podstawowe6.2. Automatyzacja produkcji

wielkoseryjnej i masowej6.3. Automatyzacja produkcji

(rednioseryjnej6.4. Sterowane numeryczne6.5. Automatyczny nadzór 6.6. Sterowanie adaptacyjne


6/115

6


„ Maszyna – urz *dzenie techniczne zawieraj *ce mechanizm [1] lub zespó ' mechanizmów we wspólnym kad ' ubie, s ' u *ce do przetwarzania energii lubwykonywania okre (lonej pracy.”

[1] M echanizm – uk ' ad powi * zanych ze sob * cz -(ci maszynowych mog *cych wykonywa 2 okre (loneruchy w wyniku pobrania energii mechanicznej. Ka dy mechanizm sk ' ada si - z cz ' onu nieruchomegotzw. ostoi, cz ' onu nap -dzaj*cego, któremu nadawany jest okre (lony ruch z zewn *trz, cz ' onunap -dzanego, który przekazuje ruch na zewn *trz i ewentualnie z '*cznika ( '*czników) przenosz *cegoruch z cz ' onu nap -dzaj*cego na nap -dzany. Przyk ' adami mechanizmów mog * by2: mechanizmkorbowy, mechanizm jarzmowy czy przek ' adnia z -bata.

„ Maszyn * nazywamy urz *dzenie (zbudowane przez cz ' owieka) dowykorzystywania zjawisk przyrodniczych w celu wykonywania pracy u ytecznejoraz zwi -kszania jej wydajno (ci przez zast * pienie pracy fizycznej, wysi ' kuumys ' owego i funkcji fizjologicznych cz ' owieka”

1.1. Definicje i podzia &maszyn

1. PODSTAWOWE DEFINICJE I PARAMETRY


7/115


8/115

8



9/115

9


Maszyny mo emy podzieli 2 na:maszyny energetyczne , s ' u *ce do przetwarzania jednego rodzaju energii w

inny (np. silniki, turbiny, pr *dnice),maszyny technologiczne , s u !$ ce do wykonywani a operacji zwi $zanych z

zmian $ kszta tu, w asno ' ci fizyko-chemicznych lub stanów obrabianychmateria ów lub przedmi otów (np. obrabiarki, maszyny hu tnicze, maszynyrolnicze),


10/115

10



11/115

11


Maszyny mo emy podzieli 2 na:maszyny energetyczne , s ' u *ce do przetwarzania jednego rodzaju energii w

inny (np. silniki, turbiny, pr *dnice),maszyny technologiczne , s ' u *ce do wykonywania operacji zwi * zanych z

zmian * kszta ' tu, w ' asno (ci fizyko-chemicznych lub stanów obrabianychmateria ' ów lub przedmiotów (np. obrabiarki, maszyny hutnicze, maszynyrolnicze),

maszyny transportowe , s u !$ce do przenoszenia ró ! nego rodzajuprzedmiotów i l udzi (np. d * wignice, samochody, lokomotywy).


12/115

12



13/115

13


Silniki , które to pobieraj * energi - z zewn-trznego /ród ' a (np. energi - chemiczn * paliw, energi - mechaniczn * wiatru itp.) i przetwarzaj * j* w energi - mechaniczn * potrzebn * do nap -du innych maszyn. W zale no (ci od tego czy silnik wykorzystujebezpo (rednio jedn * z postaci energii przyrody, czy te za po (rednictwem jakiej (

przetwornicy energii, rozró niamy silniki pierwotne (np. silniki wiatrowe, wodne) i silniki wtórne (np. silnik elektryczny),

Maszyny robocze , które pobieraj * energi - mechaniczna od silników w celu przetworzenia jej w prac - u yteczn * lub inn * posta 2 energii. W zale no (ci od celuwykonywanych czynno (ci maszyny robocze dzielimy na maszyny wytwórcze,

stosowane w ró nych ga '- ziach przemys ' u (obrabiarki, maszyny tkackie) orazmaszyny elektryczne, s ' u *ce przetwarzaniu jednej postaci energii w inn *(spr - arki, pr *dnice elektryczne).


14/115

14


W zwi* zku z tendencj * do rozszerzania poj -cia maszyny o urz *dzeniaelektroniczne niektórzy autorzy proponuj * nowy rozszerzony podzia ' maszyn na:

1) energetyczne,2) technologiczne,3) transportowe,4) kontrolne i steruj *ce,5) logiczne,

6) cybernetyczne.

Odr -bn* grup - nie zaliczan * do maszyn, cho 2 pod wieloma wzgl -dami zbli on* donich stanowi * aparaty . S * to urz *dzenia spe ' niaj *ce okre (lone zadania w wyniku

przebiegaj *cych w nich procesów fizycznych lub chemicznych (np. aparattelefoniczny). Od maszyn ró ni* si- tym, i nie przekszta ' caj * energii mechanicznej ico za tym idzie nie stawia si - im adnych wymogów co do sprawno (ci energetycznej.

Zazwyczaj dominuj *cym kryterium dzia ' ania aparatów jest dok ' adno (2dzia ' ania.


15/115

15

Na zako 0czenie tego podrozdzia ' u, korzystaj *c z informacji podanych wcze (niej,rozwa my pewien przyk ' ad. Zastanówmy si - nad pytaniem: „Czy wiertarka r -czna znap -dem elektrycznym jest maszyn * , czy te nie ?”

?


16/115

16


Obrabiark * skrawaj *c* do metali nazywamy maszyn - technologiczn * przeznaczon *do zmiany kszta ' tów, wymiarów i chropowato (ci powierzchni przedmiotówmetalowych (lub innych) poprzez zdj -cie naddatku materia ' u w postaci wióra.

• powinna posiada 2 silnikowy nap -d ruchu g ' ównego,• powinna posiada 2 przymusowe prowadzenie ruchów posuwowych za pomoc *

prowadnic.


17/115

17


1.2. Podstawowe parametry techniczne maszyn

M oc Praca W wykonana w jednostce czasu t jest miar * mocy maszyny.

dt dW

P =

Jednostk * mocy w uk ' adzie SI jest wat. Moc jest równa watowi, gdy praca wykonanaw czasie jednej sekundy równa jest jednemu d ulowi. W praktyce pos ' ugujemy si -

jednostkami wi -kszymi (10 wata – kilowat, lub 10 – megawat). Moc jest jednym znajistotniejszych parametrów maszyn (wiadcz *cym o mo liwo (ciacheksploatacyjnych. Moce miniaturowych maszyn nie przekraczaj * jednego wata, mocedu ych turbin gazowych mog * osi* ga 2 warto (ci tysi *ca megawatów.


18/115

18

Sprawno '+ Przeznaczeniem maszyny jest wykonywanie pracy u ytecznej, jednak e w czasie ruchu

maszyny powstaj * straty zwi * zane z pokonywaniem oporów np. si ' tarcia. Straty tenazywamy prac * tracon *. Stosunek pracy u ytecznej do pracy w ' o onej nazywamywspó ' czynnikiem sprawno (ci (sprawno (ci* ) maszyny i oznaczamy liter * 4.

%100⋅=

W

U

W W

η

Oczywi (cie sprawno (2 mo emy definiowa 2 nie tylko poprzez prac - , ale równie przezmoc w ' o on* i moc u yteczn *.



19/115

19

PERPETUUM MOBILE [ ' ac.], fiz. hipotetyczna maszyna, której dzia ' anieby' oby sprzeczne z podstawowymi prawami fizyki; perpetuum mobile I rodzaju

— maszyna, która wykonywa ' aby prac - bez pobierania energii z zewn *trz,a wi -c dzia ' anie jej by ' oby sprzeczne z zasad * zachowania energii; perpetuummobile II rodzaju — maszyna, która wykonywa ' aby prac - pobieraj *c ciep ' o

z otoczenia i w ca ' o (ci zamieniaj *c je na prac -; dzia ' anie jej przeczy ' oby II zasadzie termodynamiki; pierwsze próby budowy perpetuum mobile podejmowano w XIII w.; szczególnie wiele prac nad skonstruowaniem perpetuum mobile prowadzono w XVI i XVII w.

Projekty Perpetuum Mobile [12]



20/115

20


Zasada dzia ' ania pompy ciep ' a Pompy ciep ' a dzia ' aj* tak jak lodówki, lecz w przeciwie 0 stwiedo nich wykorzystuje si - tu nie zimn * , lecz gor *c* stron -obiegu termodynamicznego. Odpowiedni czynnik roboczy jest

spr - any i rozpr - any, przez co uzyskuje si - po *dany efektnagrzewania lub ch ' odzenia. Przyk ' adowo, dla wytworzeniaciep ' a u ytecznego odbiera si - na niskim poziomietemperaturowym ciep ' o z powietrza, wody gruntowej lub

gruntu, poprzez odparowanie czynnika roboczego (gazównieszkodliwych takich jak R 407 C) wrz *cego w niskiejtemperaturze. Tak wi -c pierwotnie ciek ' y czynnik roboczyopuszcza parownik (wymiennik ciep ' a ) w postaci gazu. Gazten zostaje spr - ony przez spr - ark - i pod ci (nieniem ulega

skropleniu w kondensatorze na wysokim poziomietemperatury, oddaj *c ciep ' o skraplania i ciep ' o spr - aniawodzie z instalacji grzewczej. Nast - pnie pozostaj *cy nadal

pod ci (nieniem czynnik roboczy ulega rozpr - eniu w zaworzerozpr - aj *cym, przechodz *c do cz -(ci niskoci (nieniowej ca ' yobieg rozpoczyna si - od pocz *tku. Efekt finalny: 3/4 energiicieplnej z otoczenia + 1/4 energii elektrycznej = 4/4 ciep ' au ytecznego.


21/115

21


Char akterystyka maszyny Charakterystyk * maszyny nazywamy potocznie wykres przedstawiaj *cy zale no (2

pomi -dzy wielko (ciami charakteryzuj *cymi prace maszyny lub urz *dzenia wró nych warunkach pracy. Szczegó ' owa nazwa charakterystyki zwi * zana jest

zazwyczaj z nazw * maszyny np. charakterystyka pompy, charakterystyka turbinyitp. Poni ej pokazano przyk ' adow * charakterystyk - sprawno (ciow* (zale no (2

sprawno (ci ogólnej, mechanicznej i obj -to (ciowej od wzrostu ci (nienia) pompyhydraulicznej.

Przyk ' adowa charakterystyka pompy hydraulicznej [8]


22/115

22

1.3. Cechy u +ytkowe maszyn


• Przydatno (2 technologiczna (przeznaczenie) Na przydatno (2 obrabiarki do okre (lonych zada 0 technologicznych wp ' yw ma szereg czynników, z których najwa niejszymi s *: ogólny uk ' ad konstrukcyjny, g ' ówne wymiary geometryczne, moc nap -dowa, oprzyrz *dowanie, wydajno (2 idok ' adno (2 obróbki oraz stopie 0 automatyzacji. Ogólne przeznaczenie obrabiarkiokre (la jej nazwa, np. tokarka – do obróbki toczeniem, frezarka – do frezowania.

Pod wzgl -dem przeznaczenia produkcyjnego okre (laj *cego zakres zastosowaniaobrabiarki w przemy (le wyró niamy [10]:obrabiarki ogólnego przeznaczenia (do szerokiego zastosowania w ró nych

ga '- ziach przemys ' u),obrabiarki specjalizowane (przeznaczone do obróbki przedmiotów o identycznychlub podobnych zabiegach obróbkowych),obrabiarki specjalne (przeznaczone do obróbki jednego rodzaju przedmiotów).


23/115

23


• Uk ' ad konstrukcyjnyCzynnikami decyduj *cymi o uk ' adzie konstrukcyjnym obrabiarki s * liczba i rodzajruchów podstawowych oraz kierunki i drogi przemieszczania zespo ' ów roboczych.W zale no (ci od przeznaczenia produkcyjnego obrabiarka mo e by2 wyposa ona w

zespo ' y robocze jednowspó ' rz -dno (ciowe, dwuwspó ' rz -dno (ciowe (p ' askie) itrójwspó ' rz -dno (ciowe (przestrzenne). Kierunki ruchów prostoliniowych oraz osieobrotu zespo ' ów roboczych ustala si - na etapie projektowania obrabiarki,

przyjmuj *c najbardziej racjonalny technologicznie wariant konstrukcyjny.

Uk ' ady konstrukcyjne z zaznaczonymi kierunkami przemieszcze 0 liniowych i k *towych: a) tokarkik ' owej, b) frezarki wspornikowej pionowej, c)wytaczarko-frezarki z ' o em poprzecznym [5]


24/115

24


• Wymiary znamionoweWymiary geometryczne obrabiarki wi * * si- z wielko (ciami przedmiotówobrabianych. Ka da tego typu maszyna produkowana jest dla okre (lonego iograniczonego zakresu wymiarów przedmiotów. Wymiary te podawane s * wdanych technicznych obrabiarki jako wielko (ci znamionowe. Wielko (ci te s * natyle istotne, i znajduj * swoje odzwierciedlenie w oznaczeniu obrabiarki.

Przyk ' adowo liczba 32 w oznaczeniu tokarki TUB-32 oznacza, i maksymalna (rednica toczenia przedmiotu nad ' o em wynosi 320 mm. Innymi wymiarami znamionowymi mog * by2 np. rozstaw k ' ów tokarki czy maksymalna (rednicawiercenia dla wiertarki.


25/115

25


• Oprzyrz *dowanieW sk ' ad oprzyrz *dowania obrabiarki wchodz * uchwyty i przyrz *dy umo liwiaj *cewykonanie typowych operacji obróbkowych (np. uchwyt tokarski trójszcz -kowy)

stanowi *ce wyposa enie normalne oraz dodatkowe urz *dzenia s ' u *cerozszerzeniu mo liwo (ci technologicznych nazywane wyposa eniem dodatkowym.

• Wydajno (2 Ze wzgl -du na ró norodne wymagania technologiczne oraz efekt obróbkiwydajno (ci obrabiarki nie da si - okre (li2 w sposób bezwzgl -dny. Do ocenywydajno (ci obrabiarki stosuje si - jeden z trzech wska /ników:

• wska /nik wydajno (ci obj -to (ciowej (obj -to (2 wiórów zeskrawanych w jednostceczasu),• wska /nik wydajno (ci powierzchniowej (pole powierzchni obrobionej w jednostceczasu),• wska /nik wydajno (ci jednostkowej (ilo (2 sztuk wykonanych w jednostce czasu).


26/115

26


• Dok ' adno (2Wynikow* dok ' adno (2 pracy obrabiarki okre (la si - na podstawie dok ' adno (ciwymiarowo-kszta ' towej obrobionych przedmiotów (dok ' adno (2 obróbki). Nawynikow* dok ' adno (2 obróbki (ze strony obrabiarki) wp ' yw maj * nast - puj*cedok ' adno (ci:

• dok ' adno (2 geometryczna (okre (la b '- dy wymiarowo-kszta ' towe i b '- dywzajemnego po ' o enia elementów i zespo ' ów obrabiarki),• dok ' adno (2 kinematyczna (okre (la dok ' adno (2 sprz - e0 kinematycznychwyst - puj *cych w przypadku zastosowania z ' o onych ruchów kszta ' towania),• dok ' adno (2 nastawcza (okre (la dok ' adno (2 mechanizmów s ' u *cych dowykonywania ruchów pozycjonowania).


27/115

27


• Stopie 0 automatyzacjiStopie 0 automatyzacji cyklu roboczego przy obróbce okre (lonego przedmiotuokre (la si - jako iloraz czasu czynno (ci wykonywanych automatycznie do '*cznegoczasu obróbki.

• Zakres automatyzacjiCharakteryzuje stopie 0 zbli enia do automatyzacji pe ' nej. Okre (la si - go jakoiloraz liczby czynno (ci zautomatyzowanych do ca ' kowitej liczby czynno (ciwykonywanych w danej operacji technologicznej.


28/115

28


2. RYS HISTORII ROZWOJU MASZYN

„Narz -dzia proste, nagromadzenie narz -dzi, narz -dzia z ' o one, wprawianie w ruchnarz -dzi z ' o onych przez jeden motor r -czny, przez cz ' owieka, wprawianie tychnarz -dzi w ruch przez si ' y przyrody, maszyna, system maszyn posiadaj *cych jedenmotor, uk ' ad maszyn maj *cych jeden motor automatyczny – oto dzieje rozwojumaszyny”

Karol Marks „N -dza filozofii” 1949 r.

Wyraz „maszyna” pochodzi z narzecza doryckiego 1 („mechene”) , gdzieoznacza ' ( rodek pomocniczy, narz -dzie .

[1] Dorowie (gr. Dorieís) staro ytne plemiona greckie, które ok. 1200 r. p.n.e. przyw -drowa ' y na Peloponez,osiedli ' y si- tu, niszcz *c kultur - myke0 sk * , tworz *c pa 0 stwa-miasta (np. Spart - , Megar - , Argos, Korynt).

2.1. Wynalazczo ') na przestrzeni wieków


29/115

29


Wzgl -dny wzrost wynalazczo (ci [7]


30/115

30


Wytapianie miedzi z rud (ok. 4000 r.p.n.e)Odlewnictwo (ok. 3700 r.p.n.e)

Wóz ko' owy (ok. 3700 r.p.n.e) Kr * ek liniowy (ok. 700 r.p.n.e) M ' yn wodny (ok. 80 r.p.n.e)

M ' yn wiatrakowy (1105 r.n.e)Ster okr - towy (1250 r.n.e)

Tokarka (1350 r.n.e)Surówka elazna (1400 r.n.e)

Wytapianie elaza na koksie (1717 r.n.e) Maszyna parowa Watta (1781 r.n.e)

Udoskonalona tokarka Maudslaya (1794 r.n.e)Strugarka (1820 r.n.e)

Turbina wodna (1827 r.n.e)Tokarka rewolwerowa (1845 r.n.e)

Stal besemerowska (1856 r.n.e)Tokarka automatyczna (1870 r.n.e)Silnik gazowy Otto’a (1876 r.n.e)

Turbina parowa (1884 r.n.e)Stale narz -dziowe szybkotn *ce (1898 r.n.e)

Samolot (1903 r.n.e)Ta (mowa produkcja masowa (1913 r.n.e)


31/115

31

Oko ' o roku 3000 p.n.e. ( punkt A ) zacz -' y pojawia 2 si- pierwsze cywilizacje. Najbardziej donios ' ym odkryciem tego okresu w dziedzinie technik wytwarzania by ' owprowadzenie br * zu stopu miedzi z cyn *.

Po roku 3000 p.n.e. ( punkt B ) nast - puje gwa ' towny spadek wynalazczo (ci spowodowany najprawdopodobniej utrwaleniem si - kastowego charakteru spo ' ecze0 stw. Kasty rz *dz *ce maj *c do dyspozycji tani * si '- robocz * nie by ' y zainteresowane usprawnieniami, kasty ni sze nie by ' y zainteresowane ulepszeniemmetod produkcji, gdy i tak nadwy ka produkcji by ' aby im odebrana. Taki zastój

przerywany tylko nielicznymi odkryciami jak wynalezienie oko ' o roku 1800 p.n.e.ko' a ze szprychami, trwa ' a do lat 1000 p.n.e. ( punkt C ) i zosta ' przerwany przezodkrycie metod wytwarzania elaza (stali). Dost - pno (2 elaza jako materia ' ukonstrukcyjnego pozwoli ' a na wytwarzanie cz -(ci ró nych mechanizmów i maszynoraz u ycie lepszych narz -dzi do obróbki drewna i kamieni. 5 elazo zosta ' o nazwanemetalem demokratycznym, gdy oprócz niepodwa alnych zalet w porównaniu zbr * zem, elazo by ' o du o bardziej rozpowszechnione w przyrodzie, a przez to bardziejdost - pne. Ta 0 sze elazo pozwoli ' o wi-kszej liczbie ludzi otrzymywa 2 bardzo dobrenarz -dzia bez konieczno (ci k ' opotliwego transportu oraz bez wymiany handlowej.

Nowe tworzywo i jego dost - pno (2 gwa ' townie pobudzi ' o ró nego rodzajuwynalazczo (2. Z tych czasów pochodz * pierwsze wyczerpuj *ce dokumenty opisuj *ce

zagadnienia z zakresu mechaniki i techniki.



32/115

32


Transport w epoce br * zu [7]


33/115

33

Witruwiusz w swoim dziele „De Architectura” podaje opis m ' yna wodnego, wktórym ruch z ko ' a wodnego na ko ' o m ' y0 skie

przenoszony jest za pomoc * przek ' adni z -batej [1] . W staro ytnej Grecji powsta ' o wieleró nych mechanizmów m.in. d /wigniowe,krzy akowe, zapadkowe hydrauliczne i

pneumatyczne, których twórcami byli Archimedes, Ktesibios, Filon z Bizancjum i Heron z Aleksandrii. Filon opisa ' w 230 r. p.n.e.

przegub krzy owy, uchodz *cy powszechnie zawynalazek Geronima Cardana (powsta ' y w 1550r.n.e.).

[1] Powszechnie przek ' adnie z -bat * zacz - to stosowa 2 w budowie zegarów w XIV wieku w Mediolanie. Prace nad modyfikacj * zaz -bie0 zegarowych doprowadzi ' y do odkrycia zarysu ewolwentowego icykloidalnego z -bów.


34/115

34


Pierwsze zegary mechaniczne [11]


35/115

35


Mechanika Aleksandryska [11]

Rozwój post - pu trwa ' a do szczytowegookresu kultury ate 0 skiej ( punkt D ).

Zaburzenia gospodarcze i wojny spowodowane podzia ' em (wiata greckiegona pa 0 stwa-miasta spowodowa ' o

zahamowanie post - pu technicznego ( punkt E ). Najwi -kszy od trzech tysi -cy lat wzrostaktywno (ci spo ' ecze0 stw ( punkt F )

spowodowany by ' podbojami AleksandraWielkiego.


36/115

36

Aleksander Wielki rozdzieli ' w' adz - cywiln* i wojskow * w okr - gachadministracyjnych (satrapiach), natomiast administracja podatkowa pozosta ' a jednadla ca ' ego pa 0 stwa. Na podbitych przez siebie obszarach wprowadzi ' on jednolity

system monetarny (stopa ate 0 ska). Miejsce orientalnej gospodarki królewskiejopartej na tezauryzacji z ' ota zaj *' system otwarty na (wiat. Podstaw * wszelkichoperacji finansowych sta ' a si - moneta srebrna. Sprzyja ' o to powstaniu ogromnej

strefy gospodarczej. Greka sta ' a si - j- zykiem mi -dzynarodowym (koiné). Podejmowane by ' y ekspedycje w celu ekspansji gospodarczej jak np. poszukiwania przyczyn wylewów Nilu, czy wyprawa z delty Indusu do uj (cia Tygrysu i Eufratu. Powsta ' o wtedy oko ' o 70 miast, z których promieniowa ' a pó /niej kultura grecka [9].Stan ten trwa ' do upadku Imperium Rzymskiego. Od pocz *tków naszej ery do ko 0ca

pierwszego millenium nast * pi ' okres powszechnego stosowania maszyn w ca ' ej Europie. Trend ten nie znalaz ' odbicia we wzro (cie krzywej na wykresie ( punkty odG do H ), gdy mieli (my tu do czynienia bardziej ze stosowaniem dawniej odkrytych

praw i zjawisk (ko ' o wodne) ni z powstawaniem nowych maszyn i metod produkcji.



37/115

37

Po roku 1000 naszej ery nast - puje sta ' y du y wzrost wynalazczo (ci trwaj *cy dodnia dzisiejszego. Na komentarz zas ' uguje spadek aktywno (ci wynalazczej w latach1300 do 1700 ( punkt J ). Lilley t ' umaczy ten spadek tym, i nowe maszyny iurz *dzenia powsta ' e w wiekach (rednich, mog ' y by2 w pe ' ni zastosowane w

przemy (le o nowej strukturze a wi -c w przemy (le kapitalistycznym. Ustrój feudalnyuniemo liwia ' rozwój kapitalizmu i tym samym hamowa ' wprowadzanie nowychmaszyn i urz *dze0. Brak mo liwo (ci pe ' nego stosowania nowych istniej *cych metodtechnicznych powstrzymywa ' powstawanie nowych wynalazków.



38/115

38

Najwi -kszym geniuszem technicznym owych czasów by ' z pewno (ci* Leonardo daVinci [1 ] . Pozostawi ' on po sobie oko ' o 5000 stron notatek po (wieconych ró norodnym

zagadnieniom z dziedziny nauki i techniki. Trudno wymieni 2 wszystkie wynalazkiw' oskiego geniusza, do najistotniejszych z pewno (ci* nale *maszyny w ' ókiennicze,wiatrak wie yczkowy, ' o yska kulkowe. Leonardo da Vinci opiera ' swe konstrukcje naobliczeniach, do których dane czerpa ' z licznych do (wiadcze 0. Pisa ' w ten sposób:„Zanim zrobisz z danego wypadku regu '- , wypróbuj j * przez do (wiadczenie dwa lub potrzy razy i przekonaj si - , czy do (wiadczenie daje zawsze ten sam wynik”. Maj *c dar

genialnej intuicji Leonardo równocze (nie d * y' do zwi -kszenia zasobu uogólnionychwiadomo (ci zmniejszaj *cych niepewno (2 osi* gni -cia po *danego skutku. On to by '

pierwszym, który bada ' wp' yw poszczególnych zespo ' ów cech maszyn na ca ' o (2. Bada ' ró ne zjawiska, na przyk ' ad zjawisko tarcia, czy wytrzyma ' o (2 materia ' ówkonstrukcyjnych.

[1] Leonardo da Vinci (1452-1519), w ' oski malarz, rze /biarz, architekt, konstruktor, teoretyk sztuki, filozof,wszechstronny i najdoskonalszy przedstawiciel renesansu. Uwa any za jednego z najwi -kszych geniuszy w historiicywilizacji, który w sposób harmonijny '*czy' indywidualno (2 wielkiego artysty z olbrzymi * wiedz * uczonego.Wp' yn*' na ca ' e pokolenia twórców w ró nych dziedzinach sztuki i techniki.



39/115

39


2.2. Rozwój maszyn technologicznych

Pierwsz * historycznie udokumentowan * obrabiark * by' a tokarka , która by ' a prawdopodobnie u ywana w Mykenach 1200 lat p.n.e .

Tokarek z pewno (ci* u ywali oko ' o 700 roku p.n.e . Etruskowie, a do Egiptudotar ' y one oko ' o 200 roku p.n.e .

W (redniowieczu wprowadzono obrabiarki nap -dzane si '* wody: tokarki, pi ' y,

wiertarki, m ' oty i inne. Dzi -ki zaprz - gni -ciu ko' a wodnego do nap -dzaniamaszyny, obrabiarki mog ' y by2 u ywane do coraz powa niejszych zada 0 , aobs ' uguj *cy je rzemie (lnik nie by ' rozpraszany podczas pracy konieczno (ci*wprawiania urz *dzenia w ruch.


40/115

40

Leonardo da Vinci pozostawi ' po sobie mi -dzy innymi szkice drewnianej tokarki znap -dem r -cznym pochodz *cej z oko ' o 1485 roku pokazanej na rysunku lewym, oraz

pierwszej tokarki do gwintów nap -dzanej peda ' em no nym, w której gwint uzyskiwanyby' od wzornika (szablonu) widocznego z prawej strony na rysunku.

Tokarka Leonarda da Vinci (1485 r.) [5] Pierwsza tokarka do gwintów



41/115

41


Tokarka do nacinania gwintów Bessona (1568) [7]

Obrabiarki nie uleg ' y powa niejszym przemianom a do pocz *tków rewolucji przemys ' owej ko 0ca 18 wieku .


42/115

42


Pierwsza prymitywna maszyna parowa zosta ' a opatentowana w roku 1698 przez Savery’ego . W 1690 roku Papin buduje pierwsz * maszyn - parow *

zaopatrzona w t ' ok i cylinder. Kolejna konstrukcja Newcomena ( 1712 ) '*czy' aw sobie pomys ' y Savery’ego i Papina. W roku 1769 w pó ' nocnej Anglii pracowa ' o ju oko ' o sto maszyn Newcomena. W tym samym czasie Smeaton podj *' udan * prób - modernizacji maszyny parowej. W wyniku bada 0 okre (li' Smeaton najbardziej odpowiednie wymiary cylindra, wielko (ci skoku,

pr -dko (ci przesuwu t ' oka itp.


43/115

43


Zasada pracy oraz maszyna parowa Newcomena [11]


44/115

44


W 1763 roku w jednej z kopal 0 powierzono napraw - uszkodzonej maszyny parowej

Newcomena m ' odemu mechanikowi o nazwisku Watt . Przeanalizowa ' on dok ' adniekonstrukcj - maszyny zauwa aj*c wszystkie jej braki. Pierwszy model maszyny parowej swojego pomys ' u James Watt zbudowa ' w roku 1765 , lecz maszyn -nadaj *c* si- do u ytku opatentowa ' dopiero w roku 1769. Pierwsza maszyna Watta

zainstalowana zosta ' a w roku 1776 w hucie elaza Johna Wilkinsona s ' u *c do poruszania miechów t ' ocz *cych powietrze do wielkich pieców. Sam John Wilkinsonopracowa ' specjaln * wiertark - (wg innych /róde ' wytaczark - ) do wykonywania

cylindrów w maszynie Watta.


45/115

45



46/115

46


Najistotniejszym problemem in ynierów buduj *cych maszyny w pocz *tkach wieku18. by ' o uzyskanie odpowiedniej dok ' adno (ci. Przyk ' adowo w maszynach parowych

Newcomena wymiar 28” ( 711,2 mm ) by ' wykonywany z b '- dem &” ( 12,7 mm ). Dok ' adno (2 taka by ' a niewystarczaj *ca dla budowy maszyny parowej projektuWatta. Smeaton, in ynier odpowiedzialny za wykonanie maszyny Watta mia '

powiedzie 2 tak: ”nie istniej * ani takie narz -dzia, ani taki rzemie (lnik, który móg ' bywykona 2 tak skomplikowana maszyn - z wystarczaj *c* dok ' adno (ci*”.

Maszyna parowa wymusi ' a rozwój obrabiarek tak gwa ' townie, e ju w roku 1830dok ' adno (2wymiarów uzyskiwanych w warsztatach wzros ' a do 1/16”( oko ' o1,6 mm ).


47/115

47


„Rakieta” Stephenson’a [11]


48/115

48


Znacz *co rol - w przekszta ' ceniu prymitywnychobrabiarek (szczególnie tokarek) w precyzyjnemaszyny odegra ' Henry Maudslaya . Tokarka wgkonstrukcji Maudslaya by ' a pierwsz * ca ' kowiciemetalow * obrabiark * z nowoczesnym suportemkrzy owym i precyzyjn * (rub * poci * gow*[1] .

Zastosowanie metalowej konstrukcji poprzez polepszenie sztywno (ci spowodowa ' o znacz *cywzrost dok ' adno (ci pracy takiej obrabiarki.

Jednym z pracowników Maudslaya by ' JosephWhitworth. Od 1833 roku Whitworth na w ' asnar -k - podj *' prace nad udoskonaleniem gwintów.

Efektem tych prac by ' o mi-dzy innymi powstaniew 1841 roku typoszeregu normalnych gwintówcalowych (do dzi ( zwanych czasami gwintamiWhitworth’a), który uznano za pierwszy przejaw

normalizacji w dziedzinie budowy maszyn.

[1] Dotychczas tokarki zaopatrzone by &y w wa &ek poci # gowy konstrukcji Fox’a (1810 r.)a toczenie gwintów odbywa &o si . od wzornika.


49/115

49

Masowa produkcja muszkietów

wymusi ' a powstanie nowego typu szybkobie nej, precyzyjnej obrabiarki – frezarki. Pierwsz * frezark - skonstruowa ' w roku 1818 Whitney . Podczas produkcji muszkietówwykonywa ' a ona elementy dotychczasobrabiane r -cznie przez wysokowykwalifikowanych robotników.

Pomi -dzy rokiem 1835 a rokiem 1875 powstawa ' y kolejno tokarkarewolwerowa, frezarka uniwersalna(rys.), szlifierka do wa ' ków

zbudowana przez Nortona,wielowrzecionowy automat tokarski.

Pierwsza frezarka uniwersalna [7]



50/115

50



51/115

51


Kolejnymi milowymi krokami na drodze rozwoju obrabiarek by ' o wynalezienie wroku 1898 przez Taylora i White’a stali narz -dziowej szybkotn *cej umo liwiaj *cej

skrawanie z szybko (ciami cztery do pi -2 razy wi -kszymi ni dotychczas, w roku1893 rozpocz -cie produkcji pierwszego syntetycznego materia ' u (ciernego – syntetycznego karborundu (sztucznego w - glika krzemu SiC) oraz w roku 1900otrzymanie kolejnego syntetycznego materia ' u (ciernego – elektrokorund u(trójtlenku aluminium Al2O3).

Na prze ' omie wieków 19 i 20 powstaj * pierwsze obrabiarki do kó ' z -batychwalcowych ( 1896 Fellows i 1897 Pfauter ) i sto kowych ( 1905 Bilgram i Gleason ).


52/115

52


Zasadniczy wp ' yw na rozwój przemys ' u przed pierwsz * wojn* (wiatow * wywar ' Taylor ,który wraz z Hilberrtem, Barthem, Canttem w latach od 1880 do 1911 opracowa '

zasady naukowego kierowania prac * , norm technicznych, metod oblicze 0 w planowaniu i normalizowaniu, sposobu kontroli. Nast - pcy i realizatorzy zasadTaylora doszli do nowoczesnej organizacji produkcji przemys ' owej. Odpowiednie

zasady Taylora mo na wyrazi 2 w nast - puj *cych punktach:

1. Zast * pienie opartych na tradycji i rutynie sposobów pracy przez nowe sposobyopracowane na podstawie do (wiadcze 0 i specjalnych studiów ruchów potrzebnychdla wykonania okre (lonej pracy.

2. Doboru robotników najlepiej przystosowanych do danej pracy i tematycznenauczanie ich nowych zasad pracy.

3. Oddzielenie przygotowania pracy do jej wykonania, w celu zwolnienia robotnikówod wykazania jakiejkolwiek inicjatywy, przerzucaj *c t - czynno (2 wy'*cznie nakierownictwo. Wprowadzanie podzia ' u pracy zarówno w (ród wykonawców, jaki ikierownictwo, a w organizacji samego procesu produkcji – daleko id *cego

podzia ' u na operacje, zabiegi, chwyty itp.4. Wprowadzenie systemu p ' acy opartego na podziale zysków otrzymanych znadwy ek produkcji.


53/115

53


Pierwsza wojna (wiatowa (1914-1918) spowodowa ' a, poprzez olbrzymie zapotrzebowanie na precyzyjne elementy broni, gwa ' towny i nie maj *cych wdotychczasowej historii precedensu rozwój obrabiarek. Angielski historyk Cressy takopisuje to zjawisko:

”Setki zak ' adów przemys ' owych, w których stal szybkotn *ca znana by ' a tylko z nazwy zacz -' o stosowa 2 j* regularnie. Wiele obrabiarek automatycznych, szczególnie frezarek i szlifierek, zosta ' o wprowadzonych do produkcji w ma ' ych zacofanych warsztatachmechanicznych, w których zacz -to je wkrótce uwa a2 za niezb -dne i istotne wyposa enie

parku narz -dziowego. Stosowanie specjalnych uchwytów do przedmiotów onieregularnych kszta ' tach oraz precyzyjnych sprawdzianów przy produkcji cz -(ciwymiennych rozpowszechni ' o si- w niebywa ' ym zakresie pod naciskiem potrzebwojennych”[ 1].


54/115

54


Okres po pierwszej wojnie (wiatowej nale a ' do gwa ' townie rozwijaj *cej si -automatyzacji produkcji masowej. Pierwsze próby z masow * produkcj * broni mia ' y

miejsce we Francji ju w latach od 1717 do 1785, nast - pnie w USA w roku 1800.W 1809 roku Eli Terry rozpocz *' masow * produkcj - drewnianych zegarków. Zastosowanie metod produkcji masowej spowodowa ' o, e cena zegarka spad ' a z 25do 5 dolarów. Oko ' o roku 1902 rozpocz -to masow * produkcj - samochodów (firmyOlds i Ford) z wykorzystaniem ta (mowego [1] (potokowego) systemu produkcji. Wroku 1934 firma Greenlee wykona ' a pierwsz * lini - z ' o on* z obrabiarek

zespo ' owych wyposa onych w przeno (nik r -czny, a w 193 5 pierwsz * automatyczn *lini - obrabiarkow * o trzech stanowiskach roboczych. Do 1939 roku zbudowano(g ' ównie w USA) liczne automatyczne linie obrabiarek zespo ' owych, g ' ównie dla

przemys ' u samochodowego.

[1] Produkcja ta ' mowa (potokowa, przep &ywowa, ci # g&a); jedna z form techniczno-organizacyjnych procesu produkcyjnego, oparta na zasadzie ci # g&ego przep &ywu cz .' ci sk &adowych wyrobu gotowegomi. dzy stanowiskami roboczymi, ustawionymi w linie produkcyjn # .


55/115

55



56/115

56


O dynamice rozwoju automatyzacji (wiadczy 2 mo e to, i wyposa enie doautomatycznej kontroli maszyn i procesów technologicznych w roku 1923 w USA

stanowi ' o 8 % ogólnej sprzeda y maszyn, a w roku 1939 ju 35 % .Sztandarowym przyk ' adem automatyzacji w owych czasach by ' a wytwórnia ram

samochodowych firmy A.O. Smith & Co (Milwaukee, USA), w której co osiem sekund z ta (my zje d a ' a gotowa rama ( 10 000 ram dziennie ) powsta ' a bezbezpo (redniego udzia ' u cz ' owieka. Za ' oga tego zak ' adu sk ' ada ' a si - ze 120 ludzi, wwi-kszo (ci kontrolerów i obs ' ugi technicznej. Wytwórnia ta produkowa ' a ramy donadwozi samochodowych dla ca ' ego przemys ' u motoryzacyjnego USA (75 % produkcji) z wyj *tkiem samochodów Forda, który posiada ' w' asn * wytwórnie.


57/115

57


Okres powojenny w dziedzinie maszyn technologicznych to dalszy rozwójautomatyzacji. Za [10] mo emy wymieni 2 najwa niejsze osi * gni -cia i

udoskonalenia w dziedzinie budowy obrabiarek z tego okresu:

• uproszczenie obs ' ugi i automatyzacja,• rozwój obrabiarek kopiowych,• wprowadzenie automatycznej wymiany narz -dzia i przedmiotu obrabianego,• automatyzacja pomiarów po '*czona z kompensacj * zu ycia narz -dzia,• udoskonalenie metod obróbki wyka 0czaj *cej (tzw. superfinish),• wprowadzenie sterowa 0 programowych.


58/115

58


W drugiej po ' owie 20 wieku pojawi ' a si - idea systemów produkcyjnych zintegrowanych [1] . W pocz *tkach lat 80. badania w zakresie takich systemów zak ' ada ' y ca ' o (ciowe przetwarzania danych i zarz *dzanie nimi z jednegokomputera o bardzo du ej mocy obliczeniowej [2]. Starania naukowców iin ynierów posz ' y w kierunku wyeliminowania cz ' owieka jako elementu

zak ' ócaj *cego proces produkcyjny. Pocz *wszy od lat 90. rozwój SPI przejawia si- bardziej w doskonaleniu organizacji ni ulepszaniu technologii.

[1] System produkcyjny zintegrowany (SPI) = produkcja komputerowo zintegrowana (ang.computer integrated manufacturing (CIM).


59/115

59


3. JAK POWSTAJE MASZYNA ?

6. utylizacja.

1. rozpoznanie uzasadnionej potrzeby,

2. projektowanie ,

3. konstruowanie ,

4. wykonanie,

5. eksploatacja,


60/115

60


W powszechnym tego s ' owa znaczeniu poprzez projektowanie rozumiemywyznaczanie zakresu i sposobów dzia ' ania nowego (rodka technicznego (tworzenienowego rozwi * zania technicznego) [10]. Jednak e w zale no (ci od sformu ' owania

potrzeby projektowania mo emy mówi 2 o dwóch innych jego znaczeniach:

- poprzez projektowanie rozumiemy wybieranie, w (ród wielu mo liwych rozwi * za0 , sposobu celowego zastosowania ju istniej *cego (rodka technicznego,

lub

- wyznaczanie zmienionego sposobu dzia ' ania istniej *cego (rodka technicznegonazywane potocznie modernizacj *.

3.1. Projektowanie


61/115

61

3.2. Konstruowanie


Konstrukcja - budowa (struktura) urz *dzenia technicznego, okre (lona przez zespó ' cechodpowiadaj *cych przeznaczeniu urz *dzenia.

Konstrukcja jest to uk ' ad struktur i stanów sztucznego uk ' adu materialnego, tj.konkretu uzyskanego dzi -ki celowym przekszta ' ceniom materii.

Konstrukcja jest to zespó ' cech (w ' asno (ci) wytworu wyznaczonych przezkonstruktora.


62/115

62


Aby zapis by ' skuteczny ze wzgl -du na cel, jakim jest przekazywanie informacji,musi odpowiada 2 pewnym warunkom, które mo na uj *2 w postaci podstawowych zasad sporz *dzenia zapisu konstrukcji; s * to:

• zasad jednoznaczno (ci,• zasada nie sprzeczno (ci,• zasada zupe ' no (ci.

3.3. Podstawowe zasady zapisu konstrukcji

Rodzaje zapisu konstrukcji:

• graficzny, czyli rysunkowy,• s' owny,• fotograficzno – rysunkowy,• alfanumeryczny (komputerowy).


63/115

63



64/115

64


3.4. Kryteria w procesie projektowo-konstrukcyjnym

Racja celowo (ci technicznej (po co ?)

Racja ekonomiczna (za co ?)

Racja mo liwo (ci wytwórczych (jak ?)


65/115

65



66/115

66



67/115

67



68/115

68



69/115

69


&


70/115

70


3.5. Zasady konstrukcji

— optymalnego stanu obci * enia,

— optymalnego tworzywa,

— optymalnej stateczno (ci (sztywno (ci),

— optymalnej sprawno (ci,

— optymalnych stosunków wielko (ci zwi* zanych

&


71/115

71


Zasady szczegó ' owe:

— polepszenie równomierno (ci rozk ' adu obci * e0 i napr - e0 , — zwi-kszenie liczby dróg przenoszenia obci * e0;

— zapewnienie korzystnego (ze wzgl -du na minimalizacj - odkszta ' ce0 inapr - e0 ) przebiegu tzw. obwodu si ' w uk ' adzie no (nym i poszczególnych zespo ' achobrabiarki;

— zapewnienie samoczynnego reagowania mechanizmów i elementówkonstrukcji na zmieniaj *ce si - warunki obci * enia (zasada samoadaptacji);

— wyrównowa enie si ' statycznych i dynamicznych w elementach i zespo ' achnap -dowych;

— zmniejszanie lub ' agodzenie obci * e0 uderzeniowych

ól h l k &d


72/115

72


M ól i h l i k &d 3


73/115

73


M t ól i t h l i k &d 3


74/115

74


M t gól i t h l gi k &d 3


75/115

75


Zasada optymalnego tworzywa

Maszynoznawstwo ogólne i maszyny technologiczne wyk &ad 3


76/115

76


Zasada optymalnej stateczno ' ci

Uk ' ad materialny jest stateczny, je eli pod dzia ' aniem obci * e0 odkszta ' cenia jego elementów nie przekraczaj * warto (ci dopuszczalnych, a po ust * pieniu obci * e0wszystkie elementy przyjmuj * z powrotem pierwotn * posta 2 i po ' o enie .

Miar * stateczno (ci mog * by2 dopuszczalne napr - enia (warunek wytrzyma ' o (ci)lub odkszta ' cenia (warunek sztywno (ci). Wymienione dwa warunki na ogó ' nie s *

jednoznaczne. W ka dym jednak przypadku projektowania odpowiedzialnychelementów konstrukcji powinno si - d * y2 do tego, eby przy wyst * pieniudopuszczalnych napr - e0 odkszta ' cenia nie przekracza ' y warto (ci warunkuj *cych

prawid ' owe dzia ' anie maszyny. W konstrukcji obrabiarek decyduj *ce znaczenie makryterium sztywno (ci, poniewa dostatecznie du a sztywno (2 jest podstawowymwarunkiem zapewnienia wymaganej dok ' adno (ci obróbki.

Istot * , zasady optymalnej stateczno (ci jest dobór przez konstruktora takich

postaci i wymiarów elementów oraz takich uk ' adów tych elementów, aby jak najlepiejwykorzysta 2 , w ' asno (ci tworzywa (wytrzyma ' o (ciowe, spr - yste, t ' umi*ce) w celu zapewnienia skutecznego dzia ' ania maszyny.



77/115

77


Zasada optymalnej sprawno ' ci

Ze wzgl -du na racje ekonomiczne nale y zawsze d * y2 do minimalizacji energii zu ywanej przez maszyn - do wykonywania pracy u ytecznej.

D* enie do uzyskania mo liwie najwi -kszej sprawno (ci uzasadniaj * równie wzgl -dytechniczne. Bezpo (rednim skutkiem strat energii mechanicznej jest wydzie 7lanieciep ' a, które przenika do elementów obrabiarki i powoduje odkszta ' cenia w uk ' adzie

N-PO, co w konsekwencji prowadzi do pogorszenia dok ' adno (ci obróbki. Nale yrównie podkre (li2 ujemny wp ' yw ma ' ej sprawno (ci na w ' a (ciwo (ci dynamiczneobrabiarki (drgania samowzbudne) i na zu ywanie si - elementów tr *cych.

Zmniejszenie strat energetycznych zale y nie tylko od rozwi * za0 konstrukcyjnych, alerównie — a nawet bardziej — od jako (ci wykonania i monta u.

Je (li konstruktor decyduje si - na zastosowanie mechanizmów o ma ' ej sprawno (ci (np. przek ' adni (limakowej, (rubowej samohamownej, d ' awików w uk ' adziehydraulicznym), to przewa nie w przypadkach uzasadnionych racjami technicznymi.Stosowanie mechanizmów o ma ' ej sprawno (ci daje si - uzasadni 2 , gdy doprowadzanamoc jest niewielka (np. w nap -dach posuwów), lub gdy mi -dzy okresami

zapotrzebowania mocy wyst - puj * znaczne przerwy (np. w mechanizmach ruchów przestawczych).



78/115

78


Zasada optymalnych stosunków wielko ' ci zwi $zanych Zwi* zanymi nazywamy takie wielko (ci okre (laj *ce cechy konstrukcji, których

dobór nie mo e by2 dokonany niezale nie od siebie. Wielko (ciami zwi * zanymi mog *by2: wymiary geometryczne (np. stosunek d/l (rednicy do d ' ugo (ci czopa w ' o ysku (lizgowym), w ' asno (ci stereomechaniczne tworzywa (wytrzyma ' o (2 i spr - ysto (2 ),dynamiczne parametry konstrukcji (rozk ' ad mas, stosunki sztywno (ci elementówtworz *cych uk ' ad), parametry kinematyczne (np. stosunki prze ' o e0 elementarnych w

przek ' adniach wielostopniowych, wska /niki techniczno-ekonomiczne i in.). Poniewa jest ma ' o prawdopodobne, eby dowolnie dobrane stosunki by ' y

najodpowiedniejsze, poszukiwanie takich najodpowiedniejszych ze wzgl -du naobra 7ne kryteria, czyli optymalnych stosunków, jest nieodzownym warunkiem

poprawnego konstruowania. Podczas ustalania optymalnych stosunków wielko (ci zwi* zanych konstruktor

wykorzystuje w ' asne i cudze do (wiadczenia, analizuje konstrukcje podobne sprawdzone w eksploatacji, korzysta ze wskazówek podawanych w podr -cznikach i poradnikach albo poszukuje optymalnych warto (ci metodami teoretycznymi.

Optymalna pod wzgl -dem stosunków wymiarowych konstrukcja sprawia ogólnewra enie uporz *dkowania, rytmu elementów powtarzalnych, harmonii, proporcji i swoistego pi -kna. Nie wida 2 w niej przypadkowo (ci, ale wnikliwe przemy (lenienajdrobniejszych szczegó ' ów.



79/115

79


3.6. Optymalizacja konstrukcji

Metody optymalizacji:

- Heurystyczne

- Analityczne



80/115

80


Model fizyczny

Model matematyczny

Warunki ograniczaj *ce

Funkcja kryterialna (funkcja celu)

Rozwi* zanie optymalne

Zdefiniowanie problemu

Etapy analitycznej optymalizacji konstrukcji



81/115

81




82/115

82




83/115

83

Maszynoznawstwo ogólne i maszyny technologiczne wyk ad 3



84/115

84

y g y y g y

0,5 < i


85/115

85

y g y y g y

3.7. Etapowy podzia ' procesu projektowo-konstrukcyjnego



86/115

86

y g y y g y



87/115

87

3.7.1. Za ' o enia konstrukcyjne Zgodnie z praktyk * stosowan * w polskim przemy (le za ' o enia konstrukcyjne powinny

obejmowa 2:

— analiz - zapotrzebowania przez przemys ' krajowy oraz ocen - mo liwo (cieksportowych;

— uzasadnienie za ' o onych parametrów technicznych oraz porównanie ich z parametrami podobnych wyrobów przoduj *cych firm zagranicznych, z uwzgl -dnieniem

tendencji rozwojowych;

— ustalenie typoszeregu oraz odmian technologicznych i kolejno (ci ich realizacji w produkcji;

— analiz - mo liwo (ci produkcyjnych, uzgodnion * z wytwórc * , uwzgl -dniaj *c*równie ewentualne jego potrzeby inwestycyjne;

— przewidywane badania modelowe konieczne do sprawdzenia koncepcjiwa niejszych nowych zespo ' ów i w - z ' ów konstrukcyjnych, przy czym jako zasad - : nale y

przyj *2 , e proces roboczy obrabiarki jest dobrze znany lub zosta ' zbadany przed przyst * pieniem do opracowania za ' o e0 przynajmniej w skali laboratoryjnej;

y g y y g y



88/115

88

— wst - pne rozeznanie patentowe w zakresie rozwi * za0 uk ' adu roboczego obrabiarki i g ' ównych zespo ' ów, zw ' aszcza w porównaniu z patentami zagranicznymi;

— opis koncepcji rozwi * zania konstrukcji, uzupe ' niony niezb -dnymi schematami(schemat kinematyczny, hydrauliczny, ideowy elektryczny i blokowy uk ' adu

sterowania), uproszczonymi rysunkami wa niejszych w - z ' ów konstrukcyjnych irysunkiem widoku obrabiarki (lub kolorowym rysunkiem z uwidocznieniem elementówobs ' ugi i sterowania);

— analiz - ekonomicznej efektywno (ci uruchomienia produkcji nowego wyrobu,obejmuj *c* równie wst - pn* kalkulacj - kosztu w ' asnego produkcji w skali

przemys ' owej i przewidywan * cen- zbytu;

— harmonogram realizacji etapów prac konstrukcyjnych i przygotowawczych, zmierzaj *cych do uruchomienia produkcji.



89/115

89

3.7.2. Projekt wst - pny

Wed ' ug przyj -tych obecnie zwyczajów projekt wst - pny ma posta 2 rysunków zestawieniowych, wykonanych najcz -(ciej o ' ówkiem na kalce technicznej. Narysunkach tych, które maj * by2 podstaw * do sporz *dzenia rysunków wykonawczychcz -(ci, konstruktor podaje niezb -dne wymiary elementów, wymiary monta owe,

pasowania, nominalne wymiary cz -(ci znormalizowanych oraz sporz *dza wst - pnywykaz cz -(ci (najcz -(ciej w rozbiciu na cz -(ci konstruowane i znormalizowane).

Projekt wst - pny obejmuje równie u (ci (lon* analiz - ekonomiczn * wyrobu orazwykonany w skali l: l albo l: 10 model lub makiet - obrabiarki, sprawdzone podwzgl -dem ergonomicznym.



90/115

90

Rysunek z ' o eniowy podzespo ' u wa ' ka nap -dowego pompy smarowej stanowi *cy podstaw - do sporz *dzenia rysunków wykonawczych cz -(ci; rysunek obejmuje dwa zunifikowane rozwi * zania ró ni*ce si - szeroko (ci* L korpusu skrzynki przek ' adniowej



91/115

91

3.7.3. Projekt wykonawczy Projekt wykonawczy obejmuje ca '* dokumentacj - konstrukcyjn * wyrobu, w sk ' ad którejwchodz *:

rysunki wykonawcze konstruowanych cz -(ci,

rysunki zestawieniowe poszczególnych zespo ' ów,

rysunek ogólny maszyny (widoki zewn -trzne),

rysunki zestawieniowe uzupe ' niaj *ce (uk ' adu smarowania, ch ' odzenia, po '*cze0 zespo ' ów hydraulicznych i in.),

schematy funkcjonalne (kinematyczny, hydrauliczny, pneumatyczny, elektryczny, uk ' adu sterowania) i monta owe (elektryczny i ewentualnie hydrauliczny),

wykazy zespo ' ów i cz -(ci konstruowanych, znormalizowanych



92/115

92

3.7.4. Wykonanie prototypu

Prototypem nazywamy pierwszy egzemplarz nowego zaprojektowanego wyrobu lubegzemplarz kontrolny wyrobu wykonany do oceny wprowadzonych zmiankonstrukcyjnych.

Prototyp wykonuje si - na podstawie dokumentacji konstrukcyjnej zawartej w projekciewykonawczym.

W zale no (ci od zakresu przewidywanych prób i bada 0 oraz czasu ich trwania prototypmo e by2: wykonany w jednym egzemplarzu lub w kilku egzemplarzach (seria prototypowa). Przed przekazaniem do prób i bada 0 prototyp powinien by 2 odebrany zgodnie z WOT" przez kontrol - techniczn * producenta w obecno (ci odpowiedzialnegokonstruktora wiod *cego.



93/115

93

3.7.4. Badania prototypu

Próby i badania prototypu maj * na celu przede wszystkim do (wiadczalne sprawdzenie poprawno (ci konstrukcji, wykonania i dzia ' ania wyrobu. Próby iba 7dania prototypu pozwalaj * na wykrycie pope ' nionych b '- dów konstrukcyjnych,które mog * by2 poprawione przed przekazaniem dokumentacji do wykonania

se7ryjnego wyrobu. Dlatego badania prototypu mo na traktowa 2 jako przed ' u enie procesu konstruowania.

W trakcie badania prototypu ustala si - charakterystyki techniczne ieksploatacyjne wyrobu, a tak e porównuje badany wyrób z podobnymi wyrobamiwdrarzanymi w kraju i zagranic *. W przypadku serii prototypowej cz -(2wykonanych egzemplarzy poddaje si - próbom eksploatacji w zak ' adach

produkcyjnych.



94/115

94

3.7.5. Dokumentacja techniczna dla serii próbnej

Dokumentacja techniczna dla serii próbnej (informacyjnej) stanowi pierwszy etap prac zmierzaj *cych do uruchomienia seryjnej produkcji wyrobu.

Dokumentacja techniczna dla serii próbnej obejmuje:

— zweryfikowan * dokumentacj - konstrukcyjn * , uwzgl -dniaj *c* wszystkie zmiany, poprawki i uzupe ' nienia wynikaj *ce z prób i bada 0 prototypu;

— dokumentacj - technologiczn * , stanowi *c* zbiór dokumentów okre (la 7 j*cych sposób wykonania wyrobu i potrzebne do tego celu (rodki (maszyny, urz *dze7nia, oprzyrz *dowanie);



95/115

95

3.7.5. Dokumentacja techniczna dla serii próbnej

Dokumentacja techniczna dla serii próbnej (informacyjnej) stanowi pierwszy etap prac zmierzaj *cych do uruchomienia seryjnej produkcji wyrobu.

Dokumentacja techniczna dla serii próbnej obejmuje:

— zweryfikowan * dokumentacj - konstrukcyjn * , uwzgl -dniaj *c* wszystkie zmiany, poprawki i uzupe ' nienia wynikaj *ce z prób i bada 0 prototypu;

— dokumentacj - technologiczn * , stanowi *c* zbiór dokumentów okre (la 7 j*cych sposób wykonania wyrobu i potrzebne do tego celu (rodki (maszyny, urz *dze7nia, oprzyrz *dowanie);



96/115

96

3.8. Ocena konstrukcji



97/115

97



98/115

98



99/115

99



100/115

100

3.9. Konstruowanie metodyczne

sporz *dzanie rysunków — 37,0%konstruowanie koncepcyjne — 17,5% zbieranie informacji i studia — 14,5%wprowadzanie zmian — 11 %kontrola i weryfikacja — 7,5%

sporz *dzanie wykazów cz -(ci — 4,7%obliczenia — 5,2%dobór cz -(ci katalogowychi normalnych — 2,6%



101/115

101



102/115

102

3.8. Technologiczno (2konstrukcji

Technologiczno (2 , inaczej technologiczna poprawno (2 , oznacza cechykonstrukcji sprzyjaj *ce jej zrealizowaniu w postaci wytworu w konkretnychwarunkach produkcji, przy jak najmniejszej pracoch ' onno (ci i kosztach w ' asnych.Ogólne zasady technologiczno (ci konstrukcji s * podane w podr -cznikach technologiibudowy maszyn [47].

Generaln * zasad * poprawnego technologicznie konstruowania jest udzielenie

odpowiedzi na pytania, które konstruktor stawia sam sobie, zanim podejmie decyzj -o ostatecznym kszta ' cie konstruowanej cz -(ci: jak to zrobi 2 za pomoc *dysponowanych (rodków produkcji, jak zrobi 2 w najkrótszym czasie i najtaniej?

Opracowanie konstrukcji technologicznie poprawnej wymaga od konstruktoraodpowiedniego zasobu wiedzy teoretycznej i praktycznej w zakresie procesówwytwarzania (obróbka mechaniczna, monta , eksploatacja maszyn). Konstruktor

powinien ustawicznie (ledzi2 post - p w dziedzinie technologii. Mo e on i powinien *da 2 od producenta wprowadzenia nowych metod wytwarzania, je eli w wyniku zastosowania tych metod uzyskuje si - polepszenie cech techniczno-u ytkowychobrabiarki.



103/115

103



104/115

104

Do najwa niejszych bezwzgl -dnych wska /ników technologiczno (ci konstrukcjinale *:

— pracoch ' onno (2 wykonania , wyra ona w normowanych godzinach pracy, wrozbiciu na pracoch ' onno (2 obróbki skrawaniem, obróbki bezwiórowej(odlewanie, obróbka plastyczna), obróbki cieplnej, robót spawalniczych, monta ui operacji wyko 0czeniowych (czyszczenie, malowanie);

— materia ' och ' onno (2 , wyra aj*ca masy i koszty materia ' ów zu ytych nawykonanie obrabiarki, w rozbiciu na materia ' y eliwne (odlewy), stale zwyk ' ej

jako (ci, stale stopowe, stopy metali nie elaznych, tworzywa sztuczne, czyste metalei in.

Wzgl -dne wska /niki technologiczno (ci konstrukcji otrzymuje si - w wyniku podzielenia wska /ników bezwzgl -dnych przez odpowiedni * wielko (2odniesienia,



105/115

105



106/115

106

3.9. Typizacja, unifikacja i normalizacja

Typizacja konstrukcji polega na racjonalnym zmniejszeniu ró norodno (ci cz -(ci, podzespo ' ów i w - z ' ów konstrukcyjnych, a najszerzej wyrobów gotowych (finalnych),do liczby wystarczaj *cej w danych warunkach i w danym okresie czasu.

Najlepiej jest, je (li typizacja obejmuje konstrukcje, które w wyniku praktycznego sprawdzenia okaza ' y si- najbardziej celowe i sprawne.

Unifikacja polega na konstruowaniu technicznie i ekonomicznie uzasad 7nionych,optymalnie zró nicowanych zespo ' ów i cz -(ci w celu szerokiego i ró norodnego ichwykorzystania do budowy wyrobów z ' o onych ró nych typów lub odmian,ró ni*cych si - przeznaczeniem produkcyjnym, zakresem zastosowa 0 lubwielko (ci*.

W dziedzinie obrabiarek unifikacja rozwin -' a si - tak dalece, e sta ' a si - jedn * znajbardziej efektywnych wspó ' czesnych metod konstruowania.



107/115

107



108/115

108

Normalizacja polega na sprowadzeniu ró norodno (ci w powtarzalnych postaciach do stanu optymalnego zró nicowania,

okre (lonego i ustalonego jednoznacznie w drukowanych dokumentach techniczno-prawnych zwanych normami .



109/115

109

Cele Normalizacji Dzia ' alno (2normalizacyjna generalnie s ' u y celom wynikaj *cym z samej definicjinormalizacji, czyli uzyskaniu optymalnego w danych okoliczno (ciach stopniauporz *dkowania w okre (lonym zakresie. Nie mniej mo na wyró ni2 cele szczegó ' owe,które ukierunkowuj * krajow * dzia ' alno (2normalizacyjn *:1. Racjonalizacja produkcji i us ' ug poprzez stosowanie uznanych regu ' technicznychlub rozwi * za0 organizacyjnych.2. Usuwanie barier technicznych w handlu i zapobieganie ich powstawaniu.3. Zapewnienie ochrony ycia, zdrowia, (rodowiska i interesu konsumentów oraz

bezpiecze 0 stwa pracy.4. Poprawa funkcjonalno (ci, kompatybilno (ci i zamienno (ci wyrobów, procesów ius ' ug oraz regulowania ich ró norodno (ci.5. Zapewnienie jako (ci i niezawodno (ci wyrobów, procesów i us ' ug.6. Dzia ' ania na rzecz uwzgl -dnienia interesów krajowych w normalizacji europejskieji mi-dzynarodowej.7. U ' atwianie porozumiewania si - przez okre (lanie terminów, definicji, oznacze 0 i

symboli do powszechnego stosowania.



110/115

110

Korzy (ci ze stosowania norm

1. Normy sprzyjaj * komunikowaniu si - i likwidowaniu barier w handlu. Istnienie ró nych norm krajowych niew *tpliwie utrudnia swobodny przep ' yw dóbr ius ' ug.

2. Normy przyczyniaj * si- do zwi-kszenia bezpiecze 0 stwa pracy i u ytkowania. Za zdrowie spo ' eczne, bezpiecze 0 stwo i ochron - ( rodowiska odpowiedzialno (2

ponosz * organy w ' adzy. Upowszechniana jest wi -c polityka, aby w europejskim ikrajowym ustawodawstwie powo ' ywa2 si- na normy europejskie, jako wzorzec

zgodno (ci w obszarze regulowanym.

3. Normy s * uznawane za gwarancj - odpowiedniej jako (ci.W dyrektywach dotycz *cych zamówie 0 publicznych wymaga si - , aby w ofertach

powo ' ywano normy europejskie, o ile w danym obszarze takie istniej *. Jest toistotne, poniewa zamówienia publiczne stanowi * oko ' o 10% wszystkich

przedsi -wzi-2 w Europejskim Obszarze Gospodarczym (European Economic Area - EEA).



111/115

111

4. Normy przyczyniaj * si- obni enia kosztów ochrony zdrowia lub (rodowiska.W wielu dziedzinach tzw. normy zharmonizowane z dyrektywami nowego podej (cia

pozwalaj * producentowi zadeklarowa 2 zgodno (2 wyrobów z wymaganiami

przepisów technicznych bez konieczno (ci powo ' ywania strony trzeciej do wydania stosownego certyfikatu.

5. Normy u ' atwiaj * eksport. Dzi-ki normom europejskim dla producentów z obszaru UE otwiera si - rynek ponad360 milionów konsumentów, na którym koszty amortyzacji bada 0 rozwojowych iwprowadzania wyrobów na rynek s * znacznie mniejsze ni przy jednostkowym rynkukrajowym.

6. Normy sprzyjaj * swobodnemu przep ' ywowi towarów i wp ' ywaj* korzystnie na poziom ich cen. Dzi-ki normom europejskim wzrasta konkurencyjno (2 i wolno (2 wyboru konsumentaw stosunku do dóbr i us ' ug oferowanych na rynku.

7. Normy pozwalaj * na upowszechnianie post - pu technicznego. Dzi-ki zaufaniu do norm europejskich, definiuj *cych nowe materia ' y i technologie,mo liwy jest rozwój nowego przemys ' u w technologicznie zaawansowanychdziedzinach. Tym samym z jednej strony stwarzane s * nowe mo liwo (ci zatrudnienia,a z drugiej - produkowane nowoczesne wyroby.



112/115

112

8. Normy sprzyjaj * utrwalaniu osi * gni -2 techniki.Szeroko zakrojona normalizacja europejska kreuj *c za pomoc * wymaga 0

zasadniczych jedynie podstawowe obszary wymaga 0 pod k *tem bezpiecze 0 stwa,bez konieczno (ci uzgadniania szczegó ' ów technicznych, pozwala na powstawanienowych us ' ug, jak na przyk ' ad w zakresie techniki informatycznej IT (InformationTechnology) czy w us ' ugach telekomunikacyjnych.

9. Normy u ' atwiaj * eksport globalny. Promuj *c normy europejskie na szczeblu mi -dzynarodowym z jednej strony i przyjmuj *c normalizacyjne osi * gni -cia mi -dzynarodowe z drugiej strony, zach -ca

si- i popiera rozwój normalizacji globalnej oraz powszechne otwarcie rynków dla producentów. Wszystkie europejskie wysi ' ki i dzia ' ania przyjmuj * jako priorytetrozwój normalizacji na szczeblu mi -dzynarodowym wsz -dzie tam, gdzie jest tomo liwe.

10. Normy u ' atwiaj * porozumiewanie si - i daj * gwarancj - porównywalnego standardu wyrobów i us ' ug.



113/115

113

W normalizacji kr ajowej stosuj e si - nast - puj $ce zasady:

1) jawno (ci i powszechnej dost - pno (ci,

2) uwzgl -dniania interesu publicznego,

3) dobrowolno (ci uczestnictwa w procesie opracowywania i stosowania norm,

4) zapewnienia mo liwo (ci uczestnictwa wszystkich zainteresowanych w procesieopracowywania norm,

5) konsensu jako podstawy procesu uzgadniania tre (ci norm,

6) niezale no (ci od administracji publicznej oraz jakiejkolwiek grupy interesów,

7) jednolito (ci i spójno (ci postanowie 0 norm,

8) wykorzystywania sprawdzonych osi * gni -2 nauki i techniki,

9) zgodno (ci z zasadami normalizacji europejskiej i mi -dzynarodowej.



114/115

114

Odpowiedzialno '+ karna

1. Kto oznacza wyroby znakiem zgodno (ci z Polsk * Norm * bez uzyskaniacertyfikatu zgodno (ci upowa niaj *cego do takiego oznaczenia podlega karze

grzywny.

2. Tej samej karze podlega, kto oznacza znakiem zgodno (ci z Polsk * Norm *wyroby nie spe ' niaj *ce odpowiednich wymaga 0 Polskiej Normy lub deklaruje

zgodno (2 z Polsk * Norm * wyrobów nie spe ' niaj *cych tych wymaga 0.

3. Post - powanie w sprawach nast - puje w trybie przepisów Kodeksu post - powania w sprawach o wykroczenia.



115/115

Prace nad stworzeniem wspólnego, spójnego systemu europejskiego

D* *c do harmonizacji dzia ' a0 legislacyjnych, pa 0 stwa cz ' onkowskie UE podj -' y kroki w kierunku stworzenia wspólnego systemu normalizacyjnego,regulacyjnego i certyfikacyjnego. W 1983 roku przyj -' y Dyrektyw - 83/189/EWGustanawiaj *c* procedur - udzielania informacji w zakresie norm i przepisówtechnicznych. Dyrektywa zobowi * zuje pa 0 stwo Unii do notyfikowania projektównorm i regulacji technicznych w Komisji Europejskiej w celu:

· spe ' nienia zasady przejrzysto (ci trybu przyjmowanych norm i regu ' technicznych

· niedopuszczenia do utworzenia nowych przeszkód technicznych

· promocji normalizacji

Documents

Maszynowznawstwo ogólne i maszyny technologiczne