Podstawy konstrukcji maszyn

I stopnia

obowiązkowy

semestr IV: W 28x, C 32/+; razem: 60 godz., 5 pkt ECTS

Matematyka I, II, III / Wymagania wstępne: Umiejętność przekształcania wyrażeń zawierających funkcje potęgowe, funkcje trygonometryczne, funkcję wykładniczą i logarytmy, umiejętność rozwiązywania równań algebraicznych i trygonometrycznych, znajomość pojęcia wektora, jego reprezentacji i działań na wektorach, znajomość podstaw rachunku macierzowego, znajomość pochodnej zwyczajnej i cząstkowej, umiejętność wyznaczania pochodnej funkcji, umiejętność wyznaczania całki oznaczonej, umiejętność rozwiązywania prostych równań różniczkowych zwyczajnych oraz rachunku prawdopodobieństwa i statystyki matematycznej;

Mechanika / Wymagania wstępne: Podstawowy zasób wiedzy z zakresu: analizy płaskiego i przestrzennego układu sił, wyznaczania geometrii mas układu materialnego o stałej i zmiennej masie, tarcia spoczynkowego i ruchowego, analizy stanu naprężenia i odkształcenia, hipotez wytrzymałościowych, kinematyki i dynamiki nieodkształcalnego układu materialnego o stałej masie, znajomość jednostek miar wielkości mechanicznych układu SI;

Grafika inżynierska / Wymagania wstępne: umiejętność czytania i sporządzania rysunków konstrukcyjnych zgodnie z obowiązującymi normami;

Nauka o materiałach / Wymagania wstępne: podstawowy zasób wiedzy o materiałach konstrukcyjnych - podstawowe właściwości fizykochemiczne oraz oznaczenia materiałów konstrukcyjnych;

Informatyka I / Wymagania wstępne: Podstawowy zasób wiedzy z zakresu modelowania komputerowego oraz tworzenia baz danych.

semestr czwarty / Mechatronika/ wszystkie specjalności

Prof. dr hab. inż. Józef GACEK

aktywność / obciążenie studenta w godz.

1. Udział w wykładach / 28 godz.

2. Udział w laboratoriach / 0 godz.

3. Udział w ćwiczeniach / 32 godz.

4. Udział w seminariach / 0 godz.

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 13 godz.

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 0 godz.

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 32 godz.

8. Samodzielna realizacja projektu / 0 godz.

9. Realizacja projektu / 0 godz.

10. Udział w konsultacjach / 28 godz.

11. Przygotowanie do egzaminu / 15 godz.

12. Przygotowanie do zaliczenia / 0 godz.

13. Udział w egzaminie / 2 godz.

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 150 godz. / 5 ECTS.

Zajęcia z udziałem nauczycieli: (1.+3.+10.+13.): 90 godz. / 3 ECTS

"Podstawy konstrukcji maszyn" są pierwszym przedmiotem dotyczącym konstruowania, z jakim spotykają się studenci Wydziału Mechatroniki, Uzbrojenia i Lotnictwa Wojskowej Akademii Technicznej. W ramach przedmiotu przekazywana jest wiedza, ułatwiająca opanowanie umiejętności projektowania elementów i zespołów konstrukcyjnych maszyn, w tym z zastosowaniem techniki komputerowej, a jednocześnie stanowiąca pomost pomiędzy przedmiotami podstawowymi i specjalistycznymi. Tematyka przedmiotu zawiera także zagadnienia dotyczące wytrzymałości zmęczeniowej elementów i zespołów konstrukcyjnych maszyn oraz o zagadnienia z zakresu trybologii.

Wykład / Wykłady ilustrowane prezentacjami komputerowymi Power Point w celu dostarczenia wiedzy określonej efektami W1, W2, W3.

Temat / liczba godzin:

1. Podstawy teorii konstrukcji mechanicznych / 2.

Proces konstruowania. klasyfikacja i cechy użytkowe zespołów i części maszyn. Wybrane zagadnienia z zakresu normalizacji i unifikacji w budowie maszyn oraz ochrony patentowej. Materiały konstrukcyjne i ich podstawowe właściwości mechaniczne, fizyczne i technologiczne. Podstawowe zasady wytwarzania maszyn. Elementy dokładności wykonania elementów i zespołów maszynowych.

2. Modelowanie procesu projektowania / 2.

Modelowanie w środowisku CAD. Bazy danych. Proces projektowo-konstrukcyjny w systemach CAD. Algorytmy projektowania. Zastosowanie modelowania 3D w projektowaniu bryłowym. Bazy danych inżynierskich w budowie maszyn. Generowanie dokumentacji warsztatowej 2D na podstawie modeli 3D.

3. Wytrzymałości zmęczeniowo – kształtowa elementów i zespołów konstrukcyjnych / 2.

Podstawowe wiadomości z zakresu naprężeń zmiennych i procesu zmęczenia. Czynniki wpływające na wytrzymałość zmęczeniową. Współczynniki bezpieczeństwa i naprężenia dopuszczalne. Obliczenia zmęczeniowe przy obciążeniach złożonych. Obliczenia w zakresie wytrzymałości zmęczeniowej wysokocyklowej i niskocyklowej. Podstawy wytrzymałości elementów i zespołów konstrukcyjnych na pękanie.

4. Połączenia nierozłączne stosowane w budowie maszyn / 2.

Połączenia nierozłączne. Charakterystyka, rodzaje i zastosowania połączeń nierozłącznych: spawanych, zgrzewanych, lutowanych, klejonych, nitowych, zawalcowanych, wulkanizowanych i zaginanych. Podstawowe zasady obliczania połączeń nierozłącznych.

5. Połączenia rozłączne stosowane w budowie maszyn / 2.

Charakterystyka, rodzaje i zastosowania połączeń rozłącznych: śrubowych, gwintowych, kształtowych oraz czopowo-ciernych. Podstawowe zasady obliczania połączeń rozłącznych.

6. Elementy podatne stosowane w budowie maszyn / 2.

Charakterystyka, klasyfikacja i zastosowania elementów podatnych. Podstawowe charakterystyki elementów podatnych. Charakterystyka i zastosowania sprężyn: śrubowych, walcowych, talerzowych, pierścieniowych, zginanych i skrętnych. Materiały stosowane na sprężyny. Elementy podatne metalowe i niemetalowe. Elementy sprężyste z materiałów podatnych. Gazowe elementy podatne. Podstawowe zasady obliczania elementów podatnych.

7. Osie i wały maszynowe / 2.

Charakterystyka, klasyfikacja i zastosowania osi i wałów. Obciążenia i wytrzymałość zmęczeniowa osi i wałów. Sztywność statyczna i dynamiczna wałów. Sztywność skrętna i giętna wałów. Prędkość krytyczna i przemieszczenia dynamiczne wałów. Podstawowe zasady konstruowania osi i wałów. Wały wykorbione i wały giętkie. Materiały stosowane na osie i wały maszynowe. Podstawowe zasady obliczania geometrycznego i wytrzymałościowego osi i wałów. Zasady doboru łożyskowania osi i wałów.

8. Przekładnie mechaniczne. Przekładnie zębate / 2.

Ogólna charakterystyka napędów i przekładni. Klasyfikacja, charakterystyka oraz zastosowania przekładni zębatych. Współpraca uzębienia i rodzaje zarysów zębów. Podstawowe charakterystyki geometryczne przekładni zębatej. Obciążenia i wytrzymałość uzębień. Podstawowe zasady obliczeń geometrycznych oraz wytrzymałościowych oraz konstruowania przekładni zębatych.

9. Przekładnie mechaniczne. Przekładnie cierne i cięgnowe / 2.

Klasyfikacja, charakterystyka i zastosowania przekładni ciernych i cięgnowych (pasowych i łańcuchowych). Podstawowe charakterystyki geometryczne przekładni ciernych i cięgnowych. Podstawowe zasady obliczania i konstruowania przekładni ciernych i cięgnowych.

10. Sprzęgła mechaniczne / 2.

Charakterystyka, klasyfikacja i zastosowania sprzęgieł mechanicznych. Rodzaje oraz zasada działania sprzęgieł: nierozłącznych, sterowanych, samoczynnych oraz hydrokinetycznych. Zasady wyznaczania momentu nominalnego oraz momentu obliczeniowego sprzęgła. Zasady doboru sprzęgieł. Obciążenia oraz podstawowe zasady obliczania sprzęgieł mechanicznych.

10. Hamulce mechaniczne / 2.

Charakterystyka, klasyfikacja i zastosowania hamulców mechanicznych. Rodzaje oraz zasada działania hamulców: promieniowych osiowych i specjalnych. Hamulce: klockowe, tarczowe, szczękowe, taśmowe i hydrokinetyczne. Moment hamowania i sposób jego wyznaczania. Podstawowe zasady obliczeń hamulców: geometrycznych, wytrzymałościowych, cieplnych i na zużycie.

12. Połączenia rurowe i zawory / 2.

Ogólna charakterystyka, klasyfikacja i zastosowania przewodów rurowych. Połączenia nierozłączne i rozłączne przewodów rurowych oraz sposoby ich wykonania. Ogólna charakterystyka budowa i zastosowanie zaworów. Podstawowe zasady obliczania i konstruowania połączeń rurowych i elementów zaworów.

13. Podstawy napędu hydrostatycznego / 2.

Podstawowe wiadomości o napędach. Pojęcie napędu hydrostatycznego. Zasada działania oraz zalety i wady napędu hydrostatycznego. Charakterystyka, zasada działania, rodzaje oraz zastosowania: pomp wyporowych, silników wyporowych, siłowników, akumulatorów hydraulicznych, cieczy roboczych, filtrów oraz elementów magazynujących czynnik roboczy. Podstawowe zasady obliczeń wybranych elementów napędu hydrostatycznego.

14. Elementy trybologii / 2.

Problem trybologiczny i jego elementy. Charakterystyki powierzchni elementów konstrukcyjnych. Tarcie i jego znaczenie w budowie maszyn. Tarcie suche, tarcie toczne i tarcie powierzchni smarowanych. Czynniki wpływające na opory tarcia. Zużycie maszyn. Zużycie: adhezyjne, ścierne, korozyjne, zmęczeniowe, erozyjne. Podstawowe sposoby badania i zapobiegania zużyciu powierzchni zespołów maszynowych.

15. Czynniki ergonomiczne w budowie maszyn / 2.

Podstawowe kryteria oceny konstrukcji. Bezpieczeństwo jako parametr projektowy. Bezpieczeństwo człowieka w systemach C-T-O. Modelowanie zagrożeń i niezawodności. Normy bezpieczeństwa w konstrukcji maszyn.

Ćwiczenia / Wykonywanie obliczeń geometrycznych i wytrzymałościowych elementów i zespołów konstrukcyjnych.

Tematy ćwiczeń / liczba godzin:

1. Przykłady obliczeń z zakresu dokładności elementów konstrukcyjnych / 2.

Tolerancje i pasowania w budowie maszyn. Zasady doboru tolerancji i pasowań. Odchyłki wykonawcze i tolerancje kształtu i położenia. Chropowatość i falistość powierzchni. Przykłady obliczeń z zakresu dokładności wykonania elementów konstrukcyjnych maszyn.

2. Przykłady obliczeń z zakresu wytrzymałości zmęczeniowej elementów i zespołów konstrukcyjnych / 2.

Przykłady obliczeń elementów konstrukcyjnych poddanych obciążeniom zmiennym wysoko i nisko cyklowym. Obliczenia zmęczeniowe przy obciążeniach złożonych. Obliczenia w zakresie ograniczonej wytrzymałości zmęczeniowej, naprężenia zastępcze, naprężenia dopuszczalne oraz współczynniki bezpieczeństwa.

3. Przykłady obliczeń z zakresu projektowania współbieżnego i koncepcyjnego w systemach CAD / 2.

Przykłady obliczeń z zakresu projektowania zespołowego z wykorzystaniem systemów CAD. Wykonywanie wizualizacji oraz symulacji działania wyrobów w systemach CAD.

4. Przykłady obliczeń z zakresu połączeń nierozłącznych / 2.

Przykłady obliczeń geometrycznych oraz wytrzymałościowych połączeń nierozłącznych: spawanych, zgrzewanych, lutowanych i klejonych, wciskowych, nitowych, wtłaczanych oraz skurczowych, dla zadanych obciążeń. Podstawowe zasady projektowania połączeń nierozłącznych.

5. Przykłady obliczeń z zakresu połączeń rozłącznych / 2.

Przykłady obliczeń geometrycznych oraz wytrzymałościowych połączeń rozłącznych: gwintowych, śrubowych, wpustowych, wielowypustowych, klinowych, kołkowych oraz sworzniowych. Podstawowe zasady projektowania śrub, połączeń gwintowych oraz mechanizmów śrubowych.

6. Ćwiczenie projektowe z zakresu tematyki przedmiotu / 6.

Wykonanie projektu zadanego elementu lub zespołu maszynowego pod kierunkiem nauczyciela.

7. Przykłady obliczeń elementów podatnych / 2.

Przykłady obliczeń geometrycznych i wytrzymałościowych elementów podatnych. Obliczanie geometryczne i wytrzymałościowe, dla zadanych obciążeń: sprężyn śrubowych, płaskich, prętowych oraz prętowych.

8. Przykłady obliczeń wałów i osi / 4.

Prawdopodobieństwo uszkodzeń na przykładzie łożysk tocznych. Podstawowe zasady projektowania oraz obliczania wytrzymałości osi i wałów. Przykłady wyznaczania wytrzymałości zmęczeniowej oraz sztywności osi i wałów.

9. Przykłady obliczeń elementów przekładni zębatej / 2.

Przykłady obliczeń geometrycznych i wytrzymałościowych elementów przekładni zębatej. Obliczanie wymiarów kół zębatych walcowych o zębach prostych, skośnych i daszkowych. Obliczanie wymiarów kół zębatych stożkowych o zębach prostych i skośnych. Obliczanie wytrzymałości uzębień kół zębatych walcowych i stożkowych. Wyznaczanie podstawowych właściwości użytkowych przekładni prostych i złożonych t.j.: przełożenia, momentu obrotowego, mocy i sprawności.

10. Przykłady obliczeń elementów przekładni ciernej i cięgnowej / 2.

Wyznaczanie parametrów geometrycznych i wytrzymałościowych, dla zadanych obciążeń, elementów przekładni ciernych i cięgnowych. Podstawowe zasady projektowania elementów przekładni ciernych i cięgnowych.

11. Przykłady obliczeń sprzęgieł mechanicznych / 2.

Przykłady obliczeń geometrycznych i wytrzymałościowych, dla zadanych obciążeń, elementów sprzęgieł mechanicznych. Podstawowe zasady obliczeń sprzęgieł mechanicznych cieplnych i na zużycie. Podstawowe zasady konstruowania i doboru sprzęgieł.

12. Przykłady obliczeń hamulców mechanicznych / 2.

Przykłady obliczeń geometrycznych i wytrzymałościowych, dla zadanych obciążeń, elementów hamulców mechanicznych. Podstawowe zasady obliczeń hamulców mechanicznych cieplnych i na zużycie. Podstawowe zasady konstruowania hamulców mechanicznych.

13. Przykłady obliczeń przewodów rurowych i elementów zaworów / 2.

Przykłady obliczeń geometrycznych i wytrzymałościowych przewodów rurowych cienkościennych i grubościennych, złącz rurowych rozłącznych i nierozłącznych oraz elementów zaworów. Przewody rurowe sztywne i giętkie. Obliczanie geometryczne i wytrzymałościowe oraz dobór elementów uszczelniających stosowanych w połączeniach rurowych i zaworach.,

Podstawowa:

1. Dietrich M. (red.) - "Podstawy konstrukcji maszyn t. I, t. II i t. III". WNT, Najnowsze dostępne wydanie.

2. Dziurski A., Kania L., Kasprzycki A. Mazanek E. - "Przykłady obliczeń z podstaw konstrukcji maszyn t. I i t. II". WNT, Warszawa 2005.

3. Knosala R., Gwiazda A., Baier A., Gendarz P. -"Podstawy konstrukcji maszyn. Przykłady obliczeń". WNT, Warszawa 2000.

4. Osiński Z. (red.) - "Podstawy konstrukcji maszyn". WNT, Warszawa 2010.

5. Skoć A., Spałek J., Markusik S. - "Podstawy konstrukcji maszyn t. I, t. II i t. III". WNT, Warszawa 1995.

Uzupełniająca:

1. Bajkowski J. – „Podstawy zapisu konstrukcji". Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005.

2. Boś P., Sitarz S. - "Podstawy konstrukcji maszyn. Wstęp do projektowania". WKŁ, Warszawa 2011.

3. Krawiec P. - "Projektowanie napędów i elementów maszyn z CAD". Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2007.

4. Kurmaz L. W., Kurmaz O. L. - "Podstawy konstruowania węzłów i części maszyn. Podręcznik konstruowania". Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2011.

5. Morecki A., Knapczyk J., Kędzior K. - "Teoria mechanizmów i manipulatorów". WNT, Warszawa 2002.

6. Praca zbiorowa - "Poradnik mechanika". Najnowsze dostępne wydanie.

7. Rutkowski A. "Części maszyn". WSiP, Warszawa. Najnowsze dostępne wydanie.

8. Skoć A. - "Przykłady obliczeń. Zadania do rozwiązania z podstaw konstrukcji maszyn t. I. Cz. 2". Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2007.

9. Skoć A. - "Przykłady obliczeń z zadaniami do rozwiązania z podstaw konstrukcji maszyn t. II. Cz. 1". Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2009.

10. Stryczek S. – „Podstawy napędu hydrostatycznego. Tom I. Elementy. Tom II. Układy”. PWN. Warszawa 1995.

Symbol i nr efektu modułu / efekt kształcenia / odniesienie do efektu kierunkowego

W1: absolwent ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie podstawową wiedzę z zakresu: mechaniki, projektowania, w tym niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych występujących w konstrukcji maszyn / K_W14.

W2: absolwent ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę w zakresie mechaniki ogólnej, w tym wiedzę z zakresu: klasyfikacji, budowy, zastosowania oraz projektowania połączeń rozłącznych i nierozłącznych oraz elementów podatnych stosowanych w budowie maszyn / K_W14.

W3: absolwent ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie podstawową wiedzę obejmującą kluczowe zagadnienia konstrukcyjne i eksploatacyjne z zakresu: klasyfikacji, budowy, zastosowania i projektowania wybranych elementów oraz zespołów napędowych maszyn, zużycia elementów i zespołów konstrukcyjnych maszyn oraz sposobów zapobiegania ich zużyciu / K_W15.

U1: absolwent potrafi: pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł, potrafi integrować uzyskane informacje niezbędne dla zaprojektowania prostego urządzenia mechanicznego z uwzględnieniem unifikacji i obowiązujących norm oraz opracować dokumentację dotyczącą realizacji zadania inżynierskiego oraz zaprojektować proste urządzenie mechaniczne z uwzględnieniem unifikacji i obowiązujących norm / K_U01.

U2: absolwent potrafi: wykonać niezbędne obliczenia obliczenia geometryczne i wytrzymałościowe wybranych elementów i zespołów mechanicznych oraz potrafi sformułować problem trybologiczny, zinterpretować mechanizm zużycia konstrukcji mechanicznych oraz sposoby zapobiegania zużyciu powierzchni ciernych stosowanych w budowie maszyn oraz wybranych elementów mechanicznych układów napędowych maszyn / K_U22.

K1: absolwent ma świadomość ważności zachowania w sposób profesjonalny, przestrzegania zasad etyki zawodowej, podczas opracowywania wyników swoich prac oraz wykonywania zadań projektowych / K_K02.

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu.

Ćwiczenia zaliczane są na podstawie: zaliczenia z oceną.

Przedmiot zaliczany jest na podstawie średniej z ocen za wszystkie efekty kształcenia, przy czym:

a) egzamin jest przeprowadzany w formie egzaminu pisemnego (testy) lub egzaminu ustnego,

b) warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest zaliczenie ćwiczeń na ocenę,

c) zaliczenie ćwiczeń na ocenę odbywa się na podstawie oceny średniej za wszystkie efekty kształcenia,

d) warunek konieczny do zaliczenia przedmiotu: pozytywne oceny z ćwiczeń, kolokwium oraz egzaminu.

Efekty W1, W2 i W3 sprawdzane są na dwóch kolokwiach, egzaminie pisemnym w postaci testu sprawdzającego (lub egzaminie ustnym) oraz podczas rozwiązywania zadań w ramach ćwiczeń audytoryjnych oraz prac domowych.

Efekty U1, U2 i U3 sprawdzane są na ćwiczeniach rachunkowych, podczas zaliczania zadania domowego i zadań dodatkowych oraz na egzaminie.

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowiedzi na min. 95% pytań pisemnego testu sprawdzającego, oraz który posiadł wiedzę i umiejętności przewidziane efektami kształcenia, a ponadto wykazuje zainteresowanie przedmiotem, w sposób twórczy podchodzi do powierzonych zadań i wykazuje się samodzielnością w zdobywaniu wiedzy. Wykazuje się wytrwałością i samodzielnością w pokonywaniu trudności oraz systematycznością pracy.

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowiedzi na min. 90% pytań pisemnego testu sprawdzającego, oraz który posiadł wiedzę i umiejętności przewidziane efektami kształcenia, a ponadto wykazuje zainteresowanie przedmiotem, w sposób twórczy podchodzi do powierzonych zadań i wykazuje się samodzielnością w zdobywaniu wiedzy. Wykazuje się wytrwałością i samodzielnością w pokonywaniu trudności oraz systematycznością pracy.

Ocenę dobrą otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowiedzi na min. 80% pytań pisemnego testu sprawdzającego, oraz który posiadł wiedzę i umiejętności przewidziane programem nauczania w stopniu dobrym. Potrafi rozwiązywać zadania i problemy o średnim stopniu trudności.

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowiedzi na min. 70% pytań pisemnego testu sprawdzającego, oraz który posiadł wiedzę i umiejętności przewidziane programem nauczania w stopniu dobrym. Potrafi rozwiązywać zadania i problemy o średnim stopniu trudności.

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowiedzi na min. 55% pytań pisemnego testu sprawdzającego, oraz który posiadł wiedzę i umiejętności przewidziane programem nauczania w stopniu dostatecznym. Samodzielnie rozwiązuje zadania i problemy o niskim stopniu trudności. W jego wiedzy i umiejętnościach zauważalne są luki, które potrafi jednak uzupełnić pod kierunkiem nauczyciela.

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który nie spełnia przedstawionych powyżej wymogów.