i, stepeni sigurnosti.pdf

MAŠINSKI ELEMENTI

- NASTAVNE PREZENTACIJE -

OSNOVE KONSTRUISANJA MAŠINSKIH ELEMENATA- STEPENI SIGURNOSTI –

Prof. dr Biljana Marković dipl. ing.

MAMAŠŠINSKI ELEMENTIINSKI ELEMENTI Prof. dr Bijana markoviProf. dr Bijana markovićć dipl. ing. dipl. ing.

OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAVrste opterećenja

Код прорачуна и избора димензија мора бити обезбеђено да машински део може да пренесе

оптерећења у експлоатационим условима без

појаве граничних стања.

То ће бити обезбеђено уколико у критичним

пресецима радни напони не прекораче дозвољене

вредности.

Дозвољени напон зависи углавном од врсте материјала, врсте напрезања, карактера промене оптерећења, али и од геометријског облика делова и осталих утицаја у

експлоатационим условима (температура, заостали

напони, слаба места у материјалу, корозија, итд.).

MAMAŠŠINSKI ELEMENTIINSKI ELEMENTI Prof. dr Biljana MarkoviProf. dr Biljana Markovićć dipl. ing. dipl. ing.


Димензионисање делова врши се према врсти граничног стања, односно када део није више у стању да врши

задату функцију. Најчешћа гранична стања (оштећења) су:недозвољено велике деформације,насилни лом,заморни лом,ширење прслина (механика лома),нестабилност (нпр. динамичка, извијање),механичка оштећења (нпр. хабање, скидање),хемијска оштећења (нпр. корозија).


OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAKritični naponi

Напони који доводе до појаве критичних стања у машинском делу називају се критичникритични напонинапони.

СтатичкоСтатичко разарањеразарање (лом) настаје при статичком

или прогресивно растућем оптерећењу и одликује се крупном и тамном структуром прелома са

траговима чупања кристала.

Динамички лом од савијања

код обртних делова Динамички лом од

увијања

Динамички лом од

савијања


OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATATipični oblici razaranja



ДинамичкоДинамичко разарањеразарање делова настаје код вишекратне

промене напона. Издржљивост материјала зависи од

расподеле напона у попречном пресеку дела.

Услед геометријског или металуршког зареза долази до неравномерне расподеле односно концентрације

напона и локалног замора материјала.

Последица тога је појава микро напрслине, која се

постепено шири све док на крају не дође до насилног

лома преосталог дела.

MAMAŠŠINSKI ELEMENTIINSKI ELEMENTI Prof. dProf. drr Biljana Markovi Biljana Markovićć dipl. ing. dipl. ing.

OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAKritični naponi statički opterećenih delova

KritiKritiččni naponi statini naponi statiččki optereki optereććenih enih dijelovadijelova

ХипотезаХипотеза оо највећемнајвећем нормалномнормалном напонунапону (HN) (HN) заза кртекрте материјалематеријале

krkr//krkr=1=1

ОвдеОвде сесе уводиуводи претпоставкапретпоставка дада ломлом настајенастаје нормалнонормално нана правацправац највећегнајвећег нормалногнормалног напонанапона. . УколикоУколико напоннапон прекорачипрекорачи меродавнумеродавну карактеристикукарактеристику чврстоћечврстоће материјаламатеријала ( (RRmm) ) настајенастаје ломлом..


OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAHipoteze o čvrstoći materijala

22 45,0 v

ХипотезаХипотеза укупногукупног радарада заза изазивањеизазивање одговарајућеодговарајуће деформациједеформације (HDR) (HDR) заза жилавежилаве материјалематеријале ((krkr//krkr=1,73).=1,73). ОвдеОвде јеје критеријумкритеријум укупнеукупне енергијеенергије утрошенеутрошене нана еластичнуеластичну деформацијудеформацију елементаелемента телатела. . УколикоУколико сесе прекорачипрекорачи дозвољенадозвољена вредноствредност, , ондаонда долазидолази додо пластичнихпластичних деформацијадеформација. . УУ поређењупоређењу саса експерименталнимексперименталним резултатимарезултатима оваова хипотезахипотеза даједајенајбољенајбоље резултатерезултате..



22 3 v

ХипотезаХипотеза највећегнајвећег тангентногтангентног напонанапона (HS) (HS) заза жилавежилаве материјалематеријале саса јаснојасно израженомизраженом границомграницом течењатечења, ,

krkr//krkr==22

КодКод овеове хипотезехипотезе додо ломалома ((смицањасмицања) ) долазидолази уследуслед највећегнајвећег тангентногтангентног напонанапона..



22 4 v

Ako se ekvivalentni napon svodi na normaln napon, onda se uvodi odnos kritičnih napona α0 kao:

•• Te se prema hipotezama HDR i HN dobijaTe se prema hipotezama HDR i HN dobija

20

2 45,0 ffv

doz

doz

kr

kr

..0

202 3 tfv HDR HDR

HV HV



D N const=m .

N

N

D

NDlog N

log N

D

ND

N

n

DinamiDinamiččka izdrka izdržžljivost ljivost –– Velerova kriva Velerova kriva



Smitov dijagram – područje dozvoljenih napona



ПараметриПараметри трајнетрајне динамичкединамичке издржљивостииздржљивости

•• приближнеприближне вредностивредности –– књигакњига, , табелатабела 13.3. , 13.3. , заза затезањезатезање, , смицањесмицање, , савијањесавијање ии

•• увијањеувијање•• ЗаЗа реалнереалне материјалематеријале ии практичнупрактичну применупримену користитикористити СмитовеСмитове дијаграмедијаграме ПП13-1313-13



F

F

k

k

Re

..

OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAEfakat zeraza, koncentracija napona

+ 1

Koncentracija naponaKoncentracija napona

MAMAŠŠINSKI ELEMENTIINSKI ELEMENTI DrDr Biljana Markovi Biljana Markovićć dipl. ing. dipl. ing.MAMAŠŠINSKI ELEMENTIINSKI ELEMENTI

Prof. dProf. drr Biljana Markovi Biljana Markovićć dipl. ing. dipl. ing.

Efekat zareza na tehniEfekat zareza na tehniččkim komponentamakim komponentama

M t

F

F

F

F

zarezi

presovanje

FF

spojevi


MAMAŠŠINSKI ELEMENTIINSKI ELEMENTI DrDr Biljana Markovi Biljana Markovićć dipl. ing. dipl. ing.MAMAŠŠINSKI ELEMENTIINSKI ELEMENTI

Prof. dProf. drr Biljana Markovi Biljana Markovićć dipl. ing. dipl. ing.

Tok silnica na zarezanoj epruvetiTok silnica na zarezanoj epruvetiusljed zatezanjausljed zatezanja

F F

F F

a b

a) Vanjski zarez

b) Unutrašnji zarez



uključak

Površine• hrapavost• ogrebotine• inicijalne pukotine

Unutrašnja oštećenja• šupljine• pukotine • naslage• uključci



F

F

A0

Ak

nk

Mogući efekti sa stanovišta sigurnosti:a) Povećanje nominalnih naponab) Smanjenje sekundarnih naponac) Prekomjerni naponi na korjenu zareza d) Višeosno stanje napona

Napomena a) uticaj redukcije preseka

nominalni napon u odnosu na najmanju površinu



F

znk

S

Akbnk

F

nk

max

F

c) koncentracija napona na korjenu zareza

b) Razvoj sekundarnog napona

Napon na savijanje usljed zareza sa jedne strane



c) Multiosno stanje napona u području zareza

F

F

A0

Ak

nk x

y

z



Definicija faktora koncentracije napona Definicija faktora koncentracije napona za zatezanjeza zatezanje, , savijanjesavijanje i uvijanjei uvijanje

tnk

t max

bnk

b max

tor nk

tor max

Mt

Mt

Mb

Mb

F

F



Poprečni presek korena zareza

maxn

Uvijanje Tt

Kružni poprečni presek sa zarezom



OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATARadni naponi


max

debljina s << d

b

8

8

n

o

o

k

d/b0 0,5 1

2,0

2,5

3,0

s b F ; d)-(b s

F on

nkmax (For d/b 0: KIRSCH´s solution; ZVDI 1902)

Grafik konc. napona



a2 BF n

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

7,0

6,0

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

/t 0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,10

0,15

0,20

0,250,30

0,400,450,500,751,00

2,002,503,00

Ploča sa 2 U-zarezapod naponom na zatezanje

H

B

2a F

t

2a/H

0,35

1,50

4,00

F

Grafik faktora konc. napona

(For d/b 0: KIRSCH´s solution; ZVDI 1902)OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAEfakat zeraza, koncentracija napona


K.5.5.4.6.1 101_1011 E 000112 31

Faktor koncentracije naponaFaktor koncentracije napona

= 3



K.5.5.4.6.1 101_1010 E 000112 32

Faktor koncentracije naponaFaktor koncentracije napona

2



K.5.5.4.6.1 101_1009 E 000112 33

Faktor koncentracije naponaFaktor koncentracije napona KtKt



K.5.5.4.6.1 101_1008 E 000112 34

Faktor koncentracije napona Kt



K.5.5.4.6.1 101_1005 E 000112 35

Grafik koncentracije napona

= 0°



Rotaciono simetrični štap izložen savijanju sa zarezom po obodu

0 90 120 140 160 180

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

9

8

7

6

5

4

3

2

1

t/(a+t)0,00

0,10

0,20

0,300,400,500,600,700,800,90

t/

M M

ta



Rotaciono simetrični štap izložen zatezanju sa zarezom po oboduOmega in degrees0

90 120 140 160 180

8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

8

7

6

5

4

3

2

1

t/(a+t)

0,00

0,10

0,20

0,30

0,400,500,600,700,800,90

t/

F F

ta

Grafik konc. napona



K.5.5.4.6.1 101_1007 E 000112 38

Faktor koncentracije naponaFaktor koncentracije napona Kb



K.5.5.4.6.1 101_1006 E 000112 39

Faktor koncentracije napona Kz




OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAStepen sigurnosti i dozvoljeni napon

Da bi maDa bi maššinski deo ispravno i sigurno vrinski deo ispravno i sigurno vrššio svoju io svoju funkciju, u toku rada ne sme da dofunkciju, u toku rada ne sme da dođđe do pojave e do pojave kritikritiččnog stanja. To je ispunjeno ukoliko je radni nog stanja. To je ispunjeno ukoliko je radni napon manji od kritinapon manji od kritiččnog. nog.

Zbog toga se uvodi stepen sigurnosti kao odnos Zbog toga se uvodi stepen sigurnosti kao odnos kritikritiččnog nog [] i radnog napona i radnog napona

S Smin=1,25

Stepen sigurnosti i dozvoljeni naponStepen sigurnosti i dozvoljeni napon


Kod statiKod statiččki optereki optereććenih maenih maššinskih delova inskih delova kritikritiččni napon ni napon (zavisno od vrste materijala) (zavisno od vrste materijala) je je jednak granici tejednak granici teččenja enja RRee, pa se stati, pa se statiččki ki stepen sigurnosti odrestepen sigurnosti određđuje prema: uje prema:

e

TRS

- - merodavnimerodavni radni naponradni napon

ST = 1,2 - 1,8



КодКод статичкистатички оптерећенихоптерећених машинскихмашинских деловаделова критикритичнични напоннапон жилавихжилавих материјаламатеријала јеје једнакједнак границиграници течтечењаења

((номиналнаноминална вредноствредност) ) RReeNN, , аа кртихкртих материјаламатеријала статичстатичкојкој чврстоћичврстоћи ((номиналнаноминална вредноствредност)) RRmmNN

Стварне вредности су: RRmm == ККt t ·· RRmmNN ККt t –– tehnolo tehnološški faktor ki faktor –– uticaj veli uticaj veliččine preseka na statiine preseka na statiččku ku ččvrstovrstoćću dela, u dela, odn. granicu teodn. granicu teččenja enja ПП13-1813-18

8,1....2,1minmax

FNe

F SR

S

течење

0,3....5,1minmax

BNm

B SR

Sлом

maxmax - максимални статички радни напон



Nosivost Nosivost mamaššinskog dela je najveinskog dela je najvećće e optereoptereććenje koje maenje koje maššinski deo moinski deo možže prenositi e prenositi u radnom veku, pod odreu radnom veku, pod određđenim uslovima sa enim uslovima sa sigurnosigurnošćšću da neu da nećće nastupiti kritie nastupiti kritiččno stanje.no stanje.

To je optereTo je optereććenje koje odgovara dozvoljenom enje koje odgovara dozvoljenom naponunaponu.

Sdoz



DinamiDinamiččki stepen sigurnostiki stepen sigurnosti



a

AMA

g

DMD S;S

DinamiDinamiččki stepen sigurnostiki stepen sigurnosti

k

DDM

k

DDM ;

321321

SD = 1,25 - 2,0


Uticajni parametri na dinamiUticajni parametri na dinamiččku izdrku izdržžljivostljivost• β = efektivni faktor koncentracije napona, obrasci u knjizi

13.20., 13.21., 13.22., 13.23.• Kvalitet površine delova (uticaja hrapavosti površine) - ξ2 Sada faktor Ko – П13-17• ξ1 - Veličina delova, tehnološki faktor- Kt (П13-18a,b),

geometrijski faktor veličine - Kg (П13-18в, savijanje i uvijanje, 1- za zatezanje/pritisak), geometrijski faktor oblika Kα (П13-18г).

• ξ3 - faktor uticaja stanja površinskog sloja (ojačanja površinskog sloja), - Kv – П13-19.

• Faktor konstrukcije KDσ i KDτ, knjiga, obrasci 13.24 i 13.25




SSloložženo naprezanjeno naprezanje e –– prvo se izra prvo se izraččunavaju parcijalni unavaju parcijalni stepeni, pa ukupan stepen sigurnosti stepeni, pa ukupan stepen sigurnosti

IIstorodnstorodnaa naprezanja naprezanja:: zt

zt

fz

fz

SSSSS;

SSSS

S

Kod raznorodnih naprezanjaKod raznorodnih naprezanja ukupni stepen sigurnosti ukupni stepen sigurnosti za za žžilaveilave (HDR) (HDR) i krtei krte (HN) (HN) materijalematerijale iznosiiznosi

22

SS

SSS

22 42

SSS

SSS

HDRHDR HNHN



Ukupni stepen sigurnosti se moUkupni stepen sigurnosti se možže izrae izraččunati i preko unati i preko hipoteze o ekvivalentnimhipoteze o ekvivalentnim naponima naponima

EkvivalentniEkvivalentni napon sveden na zatezanje napon sveden na zatezanje::

fkr

zkrfzv

;

v

zkrS

Ukupni stepen sigurnosti iznosiUkupni stepen sigurnosti iznosi



Kod tangentnih i normalnih napona, Kod tangentnih i normalnih napona, ekvivalentniekvivalentni napon sveden na normalni naponnapon sveden na normalni napon::

202 3 tfv

2

02 45,0 tffv

HDRHDR

HNHN

v

krS


Uvod

Kapacitet opterećenja (otpornost) R

Određivanje na bazi testova

OdreOdređđivanje kapaciteta optereivanje kapaciteta optereććenja Renja R

Zahtjevani prototipovi, često nedostupni Ispitivanja komponeneti, zahtjevani novi testovi

u slučaju modifikacije! Visoki troškovi! Veliki utrošak vremena! Visoka sigurnost!



Određivanje karakteristika materijala i konverzija u geometriju I stanje napona:

u praksi je veoma čest proces! teorijski izvodljivo nesigurnost tokom modeliranja (pojednostavljenja) niži troškovi (ali savremene metode mogu biti skupe!) moguće bez prototipova čuvanje vremena

Problem:

Uticaj kapaciteta opterećenja R je često poznat, ali transfer funkcija između karakterisitika materijala eksperimentalno određenih proizvoljnih komponeneti je još uvijek predmet istraživanja!



Materijal• vrsta• stanje

Vrsta opterećenja• zatezanje/pritisak• savijanje• uvijanje• kombinacija

Priroda opterećenja• konstantno• kontinuirano • promjenjivo• udarno

Stanje napona• višeosni naponi• gradijent napona• zaostali naponi

Sredina• temperatura• sredstvo• zračenja • ili drugi uticaji

Uticaj zavisan od komponente• površina• veličina• tehnološki uticaj

Kapacitet opterećenja R?

Uticaj kapaciteta optereUticaj kapaciteta optereććenja komponentienja komponenti



Stepen sigurnosti S

- Višestrukim ograničenjem se pokazuje da u praksi često nije moguće točno odrediti kapacitet opterećenja-R! - Zato se primjenjuje faktor sigurnosti, prilagođen pojedinačnim slučajevima!

- Veličina ovog faktor je dakle izraz je nesigurnosti u dimenzionisanju!

Stepen sigurnosti SStepen sigurnosti S



54

Apsolutna sigirnost nije moguća!!

Ne postoje generalno validovana pravila za određivanaje stepena sigurnosti!

Ovdje je samo par preporuka!!!




Preporuke za određivanje stepena sigurnosti:- Ne postoji opšte važeće pravilo za određivanje zahtjevanog stepena sigurnosti S. Ako je S stepen nije definisan u propisima, tada se odluka zahtjeva u svakom pojedinačnom slučaju.ČČek lista za odreek lista za određđivanje stepena S:ivanje stepena S: 1) Koje su posljedice otkaza ove komponente? 2) Koja je sigurnost opterećenja (sila) ? 3) Koji je tačan metod za proračun ? 4) Šta je poznato od konstanti vezanih za materijal ?- rasipanje rezultata ? - garancija minimalne vrijednosti? - sertifikat za metarijal? - zaostali napon? - da li su dostupni kratkoročni ili dugoročni testovi? - promjena oblika ponašanja (prekid izduženja)?5) materijal- ili poluproizvod napr. x- zraci, ultrazvučni testovi




Stepen sigurnosti SStepen sigurnosti S 6) kontrola proizvodnje ? napr. Provjera zavarenih spojeva (X-zraci)

termička obrada (zapisivanje temperature?) mašinska obrada? stanje površine

7) kontrola montaže (sklopova) ? 8) provjera pritiska (mjerne trake) ? 9) rizik od korozije, anti-korozivno prekrivanje?10) moguće operativne greške ? 11) neki vid opterećenja tokom operacije, drugačiji od onog koji je ukuljučen u proračun? 12) sigurnosni uređaji za ograničavanje opterećenja i temperature? 13) termalni naponi (širenje) tokom opreacije?




nSSSSS ......21min

Pojedinačna nesigurnost se može razmatrati određivanjem odgovarajućih stepena sigurnosti. To čini proces dimenzionosanja više transparentnim.

Pristup za odrePristup za određđivanje razliivanje različčitih uticaja na Sitih uticaja na S

Na primjer:S1 - nesigurnost vezana za prepostavljeno opterećenjeS2 - raspršivanje vrijednosti konstanti materijalaS3 - zahtjev za sigurnost tokom korištenja opreme

(napr. sigurnost ljudi)... - ....




Izraziti izduženje u % !

Statiči napon T < TG R za kratke periode ispitivanja

2,150/A2S 5min,F

Prema VDI-uputstvu 2226

Uputstvo za odreUputstvo za određđivanje Sivanje S

- Ne koristiti šematski pristup! - Koristiti niže vrijednosti za Smin

- Lom Rm : SF = 2 ... 4

- Deformacija Re , RD : SY = 1,2 ... 2 (1,1)



R testovi kratki-period ispitivanja extrapolacija ( napr. za 105 h )

za Rp1/105 : Sf min 1 1

1% - 100 000 h – granica permanentnog izduženja

R za realne (duži- period) testove

StatiStatičči napon i napon T > T T > TG G puzanjepuzanje

- lom Rm/105 : SB = 1,5 ... 2- deformacija Rp1/105 : SF = 1,2 ... 1,5



Zamorni otkaz RA (m )SD = 2 ... 3

NaizmjeniNaizmjeniččni naponini naponi



Oblikovanje s obzirom na materijalOblikovanje s obzirom na materijalIzbor materijala zavisi od:• Naprezanje• Funkcija• Izrada• ReciklažaČelici: nisko i visoko legirani čelici (sadržaj C < ili > 5%)Opšti konstrukcioni čeliciČelici za poboljšanjeČelici za cementacijuLiveno gvožđe (sivi liv, nodularni liv) Čelični liv (karakteristike čelike i livenog gvožđa)Temper liv (beli i crni temper)Sinterovani materijali (ne mogu topljenjem, delovi za ležaje i filtere)



Oblikovanje u kalupuma

•Livenje•Sinterovanje

Skidanjestrugotina

•Probijanje•Prosecanje•Struganje•Glodanje•Bušenje•Brušenje•Honovanje•Erodiranje

Spajanje

•Zavarivanje•Lemljenje•Lepljenje

Deformacija

•Kovanje•Valjanje•Savijanje•Izvlačenje•Istiskivanje

Posebna obrada

•Otvrdnjavanje•Magnetiziranje

POSTUPCI IZRADE prema DIN 8580

OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAPostupci izrade

Oblikovanje sa aspekta izrade (tehnologiOblikovanje sa aspekta izrade (tehnologiččnost)nost)


i, stepeni sigurnosti.pdf

Documents