O slideshow foi denunciado.
Utilizamos seu perfil e dados de atividades no LinkedIn para personalizar e exibir anúncios mais relevantes. Altere suas preferências de anúncios quando desejar.

5. Zastosowanie maszyn i urządzeń

674 visualizações

Publicada em

123

Publicada em: Educação
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

5. Zastosowanie maszyn i urządzeń

  1. 1. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Wojciech Pilc Zastosowanie maszyn i urządzeń 825[01].O1.05 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy Radom 2007
  2. 2. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 1 Recenzenci: mgr inŜ. Adam Kanas mgr inŜ. Bogdan Kostecki Opracowanie redakcyjne: mgr ElŜbieta Gonciarz Konsultacja: mgr Małgorzata Sienna Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 825[01].O1.05, „Zastosowanie maszyn i urządzeń”, zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu drukarz. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
  3. 3. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 2 SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstępne 5 3. Cele kształcenia 6 4. Materiał nauczania 7 4.1. Zastosowanie maszyn i urządzeń elektrycznych oraz elektronicznych 7 4.1.1.Materiał nauczania 7 4.1.2. Pytania sprawdzające 27 4.1.3. Ćwiczenia 27 4.1.4. Sprawdzian postępów 29 4.2. Podstawy konstrukcji maszyn i urządzeń mechanicznych 30 4.2.1.Materiał nauczania 30 4.2.2. Pytania sprawdzające 51 4.2.3. Ćwiczenia 52 4.2.4. Sprawdzian postępów 53 5. Sprawdzian osiągnięć ucznia 55 6. Literatura 60
  4. 4. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 3 1. WPROWADZENIE Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy i kształtowaniu umiejętności z zakresu stosowania maszyn oraz urządzeń elektrycznych oraz mechanicznych. Wiadomości i umiejętności z tej dziedziny zostały określone w programie jednostki modułowej 825[01].O1.05 „Zastosowanie maszyn i urządzeń”. Jest to jednostka modułowa zawarta w module „Podstawy poligrafii” (schemat układu jednostek modułowych przedstawiony jest na stronie 4 tego poradnika). Tak jak kaŜda jednostka modułowa, równieŜ i ta ma ściśle określone cele kształcenia, materiał nauczania oraz wskazania metodyczne do realizacji programu. W poradniku znajdziesz: − wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŜ ukształtowane, abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika, − cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem, − materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do osiągnięcia załoŜonych celów kształcenia i opanowania umiejętności zawartych w jednostce modułowej, − zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy juŜ opanowałeś określone treści, − ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować umiejętności praktyczne, − sprawdzian postępów, − sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi opanowanie materiału całej jednostki modułowej, − literaturę uzupełniającą. Treść programu jednostki modułowej zawiera podstawowe zagadnienia związane z zastosowaniem elementów maszyn i urządzeń. Elementy i układy takie są podstawą konstrukcji maszyn drukujących, introligatorskich oraz wszelkich innych spotykanych w poligrafii. W szczególności omówiono elementy obwodów i maszyn elektrycznych, podstawowe elementy i układy elektroniczne, a takŜe elementy, materiały i technologie stosowane przy konstrukcji urządzeń mechanicznych. Dodatkowo omówiono zasady uŜytkowania, konserwacji i bhp stosowane przy obsłudze maszyn i urządzeń elektrycznych oraz mechanicznych. Jednostka modułowa 825[01].O1.05 „Zastosowanie maszyn i urządzeń” została podzielona na dwa rozdziały. Najwięcej miejsca zajmują zagadnienia dotyczące: – zastosowanie maszyn i urządzeń elektrycznych oraz elektronicznych, – podstawy konstrukcji maszyn i urządzeń mechanicznych. Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczeń, odpowiedz na pytania sprawdzające, które są zamieszczone w kaŜdym rozdziale, po materiale nauczania. Udzielone odpowiedzi pozwolą Ci sprawdzić, czy jesteś dobrze przygotowany do wykonywania zadań. Po zakończeniu realizacji programu tej jednostki modułowej nauczyciel sprawdzi Twoje wiadomości i umiejętności za pomocą testu pisemnego. Abyś miał moŜliwość dokonania ewaluacji swoich działań, rozwiąŜ przykładowy test sumujący zamieszczony na końcu poniŜszego poradnika.
  5. 5. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 4 Schemat układu jednostek modułowych 825[01].O1.01 Przestrzeganie przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpoŜarowej oraz ochrony środowiska 825[01].O1 Podstawy poligrafii 825[01].O1.02 Charakteryzowanie procesów poligraficznych i technik drukowania 825[01].O1.03 Stosowanie materiałów poligraficznych 825[01].O1.04 Posługiwanie się dokumentacją techniczna i technologiczną 825[01].O1.05 Zastosowanie maszyn i urządzeń
  6. 6. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 5 2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu nauczania jednostki modułowej, powinieneś umieć: − zidentyfikować czynniki niebezpieczne i szkodliwe występujące w pracy oraz określić sposoby ich ograniczenia i eliminacji, − ocenić zagroŜenia wynikające z niewłaściwego uŜytkowania urządzeń elektrycznych, − zastosować procedury postępowania w przypadku zaistnienia poŜaru, zgodnie z instrukcją przeciwpoŜarową, − scharakteryzować rodzaje i zasady wykonywania rysunków technicznych, − scharakteryzować rysunki szkicowe, techniczne, schematyczne i konstrukcyjne, − określić zasady tolerancji w rysunku technicznym, − rozróŜnić na rysunku technicznym podstawowe zespoły i części maszyn, − sporządzić rysunki przekrojów prostych części maszyn i urządzeń, − posłuŜyć się dokumentacją techniczno-ruchową, dokumentacją konstrukcyjną maszyn i urządzeń, − posłuŜyć się literaturą techniczną, katalogiem części zamiennych, katalogami wyrobów, − zinterpretować dane zawarte w karcie technologicznej, − zastosować zasady współpracy w zespole, − zastosować przepisy ochrony środowiska, − skorzystać z PN, literatury technicznej i innych źródeł informacji.
  7. 7. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 6 3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej, powinieneś umieć: – zidentyfikować materiały przewodzące i izolacyjne, – zmierzyć podstawowe wielkości elektryczne w obwodach prądu stałego i zmiennego, – rozróŜnić na schematach elementy obwodów elektrycznych, – porównać źródła światła pod względem poboru mocy i natęŜenia oświetlenia, – odczytać parametry odbiornika elektrycznego z tabliczki znamionowej, – rozpoznać rodzaj silnika indukcyjnego na podstawie danych z tabliczki znamionowej, – rozpoznać gniazdka i wtyczki instalacji jednofazowej i trójfazowej, – rozróŜnić poszczególne elementy instalacji elektrycznej, sprzętu instalacyjnego, zabezpieczeń przeciwporaŜeniowych, – rozróŜnić elementy elektroniczne na podstawie wyglądu i symboli graficznych, – odczytać parametry elementów elektronicznych z katalogu, – określić funkcje elementów elektronicznych w obwodach elektrycznych, – dokonać analizy schematu blokowego automatycznego sterowania i automatycznej regulacji, – scharakteryzować obciąŜenia elementów konstrukcyjnych: rozciąganie i ściskanie, ścinanie, zginanie, skręcanie oraz wytrzymałość zmęczeniową, – rozpoznać na podstawie oznaczenia rodzaj materiału konstrukcyjnego części maszyn, – rozpoznać i scharakteryzować połączenia rozłączne i nierozłączne stosowane w maszynach i urządzeniach, – wyjaśnić działanie łoŜysk, osi, wałów, sprzęgieł, hamulców i przekładni oraz określić ich zastosowanie, – rozpoznać na podstawie PN skład chemiczny, znakowanie i zastosowanie stopów Ŝelaza, – obliczyć tolerancje, wymiary graniczne luzów i tolerancje pasowania dla pasowań ruchowych, mieszanych i spoczynkowych, – rozpoznać i scharakteryzować połączenia rozłączne i nierozłączne stosowane w maszynach i urządzeniach, – określić rolę zabezpieczeń stosowanych w maszynach i urządzeniach, – określić zasady uŜytkowania oraz bieŜącej konserwacji maszyn i urządzeń, – zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony przeciwpoŜarowej.
  8. 8. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 7 4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1. Zastosowanie maszyn i urządzeń elektrycznych oraz elektronicznych 4.1.1. Materiał nauczania Materiały przewodzące i izolacyjne Materiały stosowane w elektrotechnice do budowy maszyn i urządzeń, zwane materiałami elektrotechnicznymi, mają ogromny wpływ na wydajność procesów technologicznych, poziom techniczny wytwarzanych maszyn oraz ich nowoczesność i niezawodność. Efektywność projektowania i produkcji maszyn zaleŜy od bogactwa asortymentu materiałów, uniwersalności ich stosowania oraz od łatwości ich przetwarzania. Podział materiałów elektrotechnicznych wynika z funkcji, jakie spełniają w maszynie czy urządzeniu elektrycznym. Zgodnie z tym kryterium rozróŜniamy: − materiały przewodzące (materiały obwodu elektrycznego), − materiały magnetyczne, − materiały elektroizolacyjne, − materiały konstrukcyjne. Podział materiałów ze względu na wartość konduktywności (rezystywności): − przewodniki, − półprzewodniki, − dielektryki (izolatory). Konduktywność γ jest wielkością określającą własności przewodzące danego materiału; jej odwrotność nosi nazwę rezystywności ρ. Jednostką konduktywności jest 1/ ·m (w praktyce uŜywa się jednostki: m/ ·mm2 = 106 S/m), zaś jednostką rezystywności jest ·m (w praktyce stosuje się jednostkę ·mm2 /m = 10-6 ·m). Materiały stosowane jako przewodniki mają duŜą konduktywność, a najlepsze własności przewodzące w temperaturze pokojowej wykazują metale czyste. Materiały o bardzo małej konduktywności, a więc o bardzo duŜej rezystywności naleŜą do grupy nieprzewodników, czyli izolatorów. Pośrednie miejsce między przewodnikami a dielektrykami ze względu na zdolność przewodzenia zajmują półprzewodniki. Podział materiałów ze względu na właściwości magnetyczne: − diamagnetyczne, − paramagnetyczne, − ferromagnetyczne. Własności magnetyczne środowiska określa wielkość zwana przenikalnością magnetyczną µ. Przenikalność magnetyczna jest to wielkość określającą zdolność danego materiału (ośrodka) do zmiany wektora indukcji magnetycznej pod wpływem wektora natęŜenia pola magnetycznego, przy czym: µ = µ0·µr, gdzie: µ0 – przenikalność magnetyczna próŜni, µ0 = 4π·10-7 H/m, µr – przenikalność magnetyczna względna środowiska (wielkość bezwymiarowa) – mówi nam, ile razy przenikalność danego środowiska jest większa od przenikalności magnetycznej próŜni. Przenikalność magnetyczna względna materiałów diamagnetycznych (kwarc, srebro, bizmut, miedź) jest mniejsza od jedności (µr<1), zaś przenikalność magnetyczna względna µr materiałów paramagnetycznych (platyna, aluminium) jest większa od jedności (µr>1). Henr (H) – jednostka indukcyjności oraz przewodności magnetycznej w układzie SI (jednostka pochodna układu SI).
  9. 9. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 8 Dla obu grup materiałów przenikalność magnetyczna nie zaleŜy od natęŜenia pola magnetycznego. NatęŜenie pola magnetycznego to wielkość wektorowa charakteryzująca pole magnetyczne, w ogólnym przypadku określana z uŜyciem prawa Ampera. Przenikalność magnetyczna względna materiałów ferromagnetycznych z kolei (Ŝelazo, kobalt, nikiel) jest wielokrotnie (setki i tysiące razy) większa od jedności (µr»1) i w odróŜnieniu od przenikalności wymienionych wcześniej grup materiałów nie jest stała, lecz zaleŜy od natęŜenia pola magnetycznego. Pomiary podstawowych wielkości elektrycznych Podczas badania, instalowania, konserwacji i napraw urządzeń elektrycznych przeprowadzane są pomiary, próby i testy. Pomiar jest to porównanie wartości badanej wielkości fizycznej z wartością przyjętą za jednostkę miary. W pomiarach elektrycznych bardzo popularne są mierniki analogowe (wskazówkowe). W przyrządach pomiarowych wskazówkowych następuje zamiana doprowadzonej do miernika energii elektrycznej na energię mechaniczną organu ruchomego. Energia elektryczna jest pobierana z badanego układu. Podstawowym elementem mierników jest przetwornik, czyli urządzenie dokonujące przekształcenia danej wielkości na inną wielkość według określonej zaleŜności i z pewną dokładnością W zaleŜności od rodzaju przetwornika elektromechanicznego moŜna wyróŜnić mierniki o ustroju: − magnetoelektrycznym, − elektromagnetycznym, − elektrodynamicznym, − ferrodynamicznym, − ilorazowym, − indukcyjnym. W miernikach wskazówkowych do ograniczenia zakresu i czasu wahań wskazówki słuŜą tłumiki magnetyczne lub powietrzne. Mierniki cyfrowe nie posiadają przetwornika elektromechanicznego. Sygnał zmienny doprowadzony do miernika jest zamieniany przez specjalny przetwornik analogowo- analogowy (a/a) na sygnał stały, a ten podawany jest na przetwornik analogowo-cyfrowy (a/c). Wynik pomiaru wielkości fizycznej jest przedstawiany w postaci cyfrowej na wyświetlaczu. Mierniki cyfrowe mogą być przeznaczone do pomiaru jednej wielkości fizycznej, np. napięcia, a takŜe do pomiaru kilku wielkości, np.: napięcia, prądu stałego i zmiennego, rezystancji, pojemności, częstotliwości, temperatury. Miernik wielofunkcyjny nazywamy multimetrem. Pomiary w obwodach prądu stałego Pomiar napięcia Jest wykonywany bezpośrednio za pomocą woltomierza włączonego równolegle do elementu obwodu, na którym mierzymy napięcie. Przy pomiarze napięcia stałego naleŜy: − wybrać woltomierz o odpowiednim ustroju lub w multimetrze wybrać V i przełącznik wyboru rodzaju prądu ustawić na DC, − przy pomiarze miernikiem jednozakresowym oszacować wielkość napięcia i uŜyć miernika o odpowiednim zakresie; przy mierniku o przełączalnych zakresach bezpiecznie jest wybrać największy zakres, − wyłączyć zasilanie obwodu, − przyłączyć przewody pomiarowe do miernika, a następnie do punktów pomiarowych obwodu,
  10. 10. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 9 − załączyć napięcie i wykonać pomiary, − wyłączyć zasilanie, odłączyć przewody pomiarowe z woltomierzem od badanego odbiornika. Woltomierz do obwodu naleŜy włączać w stanie beznapięciowym. JeŜeli konieczne jest wykonanie pomiaru napięcia bez moŜliwości odłączenia zasilania naleŜy najpierw przyłączyć przewody pomiarowe do miernika, a następnie ich końce w bezpieczny sposób dołączyć do dwóch punktów układu pomiarowego. Podczas wykonywania tych czynności musi być zapewniona obecność drugiej osoby. WaŜnym parametrem woltomierza jest jego rezystancja wewnętrzna (opór wewnetrzny). Powinna być bardzo duŜa, aby woltomierz pobierał z układu jak najmniejszy prąd. Producenci podają wartość pobieranego przez woltomierz prądu lub (najczęściej) wartość rezystancji wewnętrznej przypadającej na 1 wolt zakresu pomiarowego. Rezystancja wewnętrzna woltomierzy magnetoelektrycznych, w zaleŜności od ich zakresu wynosi od kilkuset omów do kilkudziesięciu kiloomów na 1V zakresu. Rezystancja wewnętrzna mierników elektronicznych jest znacznie większa, nawet rzędu 1000 M . Pomiar natęŜenia prądu stałego Jest wykonywany bezpośrednio za pomocą amperomierza włączonego szeregowo z odbiornikiem. Przy pomiarze prądu stałego naleŜy: − wybrać amperomierz o odpowiednim ustroju lub w multimetrze wybrać A i przełącznik wyboru rodzaju prądu ustawić na DC, − przy pomiarze miernikiem jednozakresowym oszacować wartość prądu i uŜyć miernika o odpowiednim zakresie; przy mierniku o przełączalnych zakresach bezpiecznie jest wybrać największy zakres, − wyłączyć zasilanie obwodu, − przerwać obwód w miejscu pomiaru i włączyć amperomierz, − załączyć napięcie i wykonać pomiary, − wyłączyć zasilanie, odłączyć amperomierz, jeŜeli odbiornik dalej ma pracować połączyć obwód w miejscu przerwania i ponownie załączyć zasilanie. WaŜnym parametrem amperomierza jest jego rezystancja wewnętrzna. Powinna być bardzo mała, aby spadek napięcia na amperomierzu był jak najmniejszy, a amperomierz nie ograniczał prądu płynącego przez odbiornik. Przez ustrój pomiarowy amperomierza moŜe płynąć niewielki prąd. Aby wykonać pomiar prądu o większej wartości, naleŜy rozszerzyć zakres pomiarowy amperomierza. Pomiar mocy odbiorników prądu stałego Moc odbiornika jest iloczynem napięcia na odbiorniku i natęŜenia prądu płynącego przez ten odbiornik. Pośrednio moc moŜna zmierzyć za pomocą woltomierza i amperomierza w takich samych układach jak pomiar rezystancji, a następnie wyznaczyć ją z odpowiedniej zaleŜności. Watomierz elektrodynamiczny jest przyrządem przeznaczonym do pomiaru mocy czynnej. Ma on dwie cewki: nieruchomą cewkę prądową, o małej rezystancji i ruchomą cewkę napięciową, o duŜej rezystancji. Cewkę prądową włącza się do układu poprzez zaciski prądowe, szeregowo z obciąŜeniem. Cewkę napięciową – poprzez zaciski napięciowe, równolegle z obciąŜeniem. Na tarczy podziałkowej watomierza znajduje się symbol jednostki wielkości mierzonej (mocy czynnej) – litera W. Zaciski odpowiadające początkowi cewki prądowej i napięciowej są oznaczone gwiazdką i w czasie normalnej pracy powinny być zwarte. W watomierzu moŜna, za pomocą przełączników: prądowego i napięciowego, nastawić zakres prądowy i napięciowy niezaleŜnie od siebie. Zakres watomierza równy jest iloczynowi wyŜej wspomnianych zakresów. Watomierz moŜe być włączony w sposób przedstawiony na rysunku 1.
  11. 11. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 10 Rys. 1. Pomiar mocy watomierza w obwód prądu stałego: a) pomiar mocy odbiornika i cewki prądowej, b) pomiar mocy odbiornika i cewki napięciowej [opracowanie własne] Aby wyeliminować błąd metody, gdy wymagana jest duŜa dokładność pomiaru, naleŜy uwzględnić poprawkę na moc traconą w watomierzu. Pomiary w obwodach prądu zmiennego Pomiar napięcia Jest wykonywany bezpośrednio za pomocą woltomierza włączonego równolegle do źródła (bądź elementu obwodu, na którym mierzymy napięcie). Do pomiaru napięcia zmiennego naleŜy wybrać woltomierz o odpowiednim ustroju lub w multimetrze wybrać V i przełącznik wyboru rodzaju prądu ustawić na AC. Sposób wykonania pomiaru jest taki sam, jak opisany dla napięcia stałego. Skutki pomyłkowego włączenia amperomierza zamiast woltomierza są takie same jak przy napięciu stałym. Pomyłkowe zastosowanie woltomierza magnetoelektrycznego do pomiaru napięcia zmiennego spowoduje, Ŝe wskazanie miernika będzie równe zeru, poniewaŜ miernik magnetoelektryczny pokazuje wartość średnią przebiegu. Pomiar natęŜenia prądu Jest wykonywany bezpośrednio za pomocą amperomierza włączonego szeregowo z odbiornikiem. Do pomiaru prądu zmiennego słuŜą amperomierze elektromagnetyczne, mierniki cyfrowe. Przy pomiarze prądu zmiennego naleŜy wybrać amperomierz o odpowiednim ustroju lub w multimetrze wybrać A i przełącznik wyboru rodzaju prądu ustawić na AC. Sposób wykonania pomiaru jest taki sam, jak opisany dla prądu stałego. Skutki pomyłkowego włączenia woltomierza zamiast amperomierza są takie same jak przy napięciu stałym. Pomyłkowe zastosowanie amperomierza magnetoelektrycznego do pomiaru prądu zmiennego spowoduje, Ŝe jego wskazówka nie wychyli się, poniewaŜ miernik magnetoelektryczny pokazuje wartość średnią prądu, która w przypadku przebiegu zmiennego wynosi zero. Pomiaru częstotliwości napięcia zmiennego MoŜna dokonać pośrednio na podstawie pomiaru czasu oscyloskopem oraz bezpośrednio częstościomierzem. Są to na ogół mierniki wibracyjne. Z uwagi na budowę i zasadę działania rozróŜnia się częstościomierze: − wibracyjne – do pomiaru małych częstotliwości, w wąskim zakresie, − magnetoelektryczne z przetwornikiem – częstotliwości do kilkuset herców, − cyfrowe – do pomiaru małych i wielkich częstotliwości (do MHz); powszechnie stosowane obecnie multimetry cyfrowe umoŜliwiają szybki pomiar częstotliwości. Pomiar rezystancji Rezystancję moŜna mierzyć: − bezpośrednio miernikami wyskalowanymi w omach, − pośrednio, za pomocą woltomierza i amperomierza, za pomocą woltomierza i watomierza lub amperomierza i watomierza. Do bezpośredniego pomiaru rezystancji słuŜą omomierze. W omomierzach analogowych zastosowany jest ustrój magnetoelektryczny. Ze względu na sposób połączenia ustroju pomiarowego z mierzoną rezystancją omomierze dzieli się na szeregowe i równoległe. Omomierze posiadają własne źródło zasilania (najczęściej baterie galwaniczne).
  12. 12. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 11 Omomierz szeregowy jest w istocie woltomierzem magnetoelektrycznym, do którego rezystancja mierzona jest dołączana szeregowo. Miernik wyskalowany jest w omach. Układ połączeń omomierza szeregowego przedstawiony jest na rysunku 2. Podziałka miernika jest nierównomierna, z zerem po prawej stronie tarczy. S Rx RkE Rys. 2. Omomierz szeregowy [źródło własne] Rx – rezystor badany, Rk – rezystor korekcyjny, S – przycisk, – omomierz, E – źródło napięcia Omomierz równoległy jest w istocie amperomierzem magnetoelektrycznym, do którego rezystancja mierzona jest dołączana równolegle. Miernik wyskalowany jest w omach. W omomierzu równoległym przed pomiarem naleŜy za pomocą rezystora korekcyjnego przy rozwartych zaciskach wejściowych, doprowadzić do ustawienia wskazówki na symbol ∞. Pomiar mocy i współczynnika mocy odbiorników prądu zmiennego Bezpośrednio moc kaŜdego odbiornika w obwodzie prądu zmiennego moŜna zmierzyć za pomocą watomierza. Do pomiaru mocy w obwodach prądu zmiennego stosowane są najczęściej watomierze o ustroju ferrodynamicznym. Kryteria doboru właściwego układu są takie same jak przy pomiarach w obwodzie prądu stałego. Praktycznie przy pomiarach odbiorników o mocy większej niŜ 100 W wpływ poboru mocy przez watomierz jest pomijalnie mały i moŜna go pominąć. Źródła światła – moc i natęŜenie oświetlenia Promieniowanie świetlne w zakresie widzialnym to fale elektromagnetyczne o długości w przedziale 380÷780 nm przy czym najkrótszym falom z tego zakresu odpowiada barwa fioletowa, a najdłuŜszym barwa czerwona. Słońce jako naturalne źródło światła wysyła promieniowanie zawierające wszystkie długości fal z zakresu widzialnego, a takŜe promieniowanie niewidzialne (podczerwone i ultrafioletowe). W technice oświetleniowej wykorzystuje się sztuczne elektryczne źródła światła. Parametry charakteryzujące elektryczne źródła światła interesujące uŜytkownika to: − strumień świetlny Φ – jest to ta część promieniowania optycznego emitowanego przez źródło światła, która widzi oko ludzkie w jednostce czasu (jednostką jest lumen [lm]), − naświetlenie (ekspozycja) – jest wielkością równa iloczynowi średniego natęŜenia oświetlenia i czasu naświetlania (jednostka jest luksosekunda [lx·s]); naświetlenie jest wielkością stosowaną w poligrafii przy ustawieniach kopioramy, − skuteczność świetlna – określa, ile lumenów uzyskuje się z 1 wata mocy [lm/W], − trwałość – czas pracy źródła do jego zuŜycia [h],
  13. 13. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 12 − luminancja źródła – światłość w danym kierunku przypadająca na jednostkę pozornej powierzchni źródła (jednostką jest kandela na metr kwadratowy [cd/m2 ]). Podstawowym kryterium podziału elektrycznych źródeł światła są zjawiska fizyczne zachodzące podczas przemiany energii elektrycznej na energię świetlną. − Lampy Ŝarowe (Ŝarówki) – wykorzystują świecenie nagrzanego drutu wolframowego. Skuteczność świetlna Ŝarówek głównego szeregu wynosi od 9 lm/W (dla Ŝarówek 15 W) do 20 lm/W (dla Ŝarówek 1000 W). Trwałość około 1000 h. − Lampy fluorescencyjne (świetlówki) – wykorzystują zjawisko świecenia pewnych substancji chemicznych pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Skuteczność świetlna świetlówek wynosi 50÷75 lm/W, a trwałość 3000÷6000 h. W Polsce produkuje się świetlówki o mocach 4÷65 W i długości 150÷1500 mm. Świetlówki kompaktowe, zuŜywają 5 razy mniej energii niŜ Ŝarówki o tej samej skuteczności i mają 10-ciokrotnie większą trwałość. Są stosowane do oświetlania pomieszczeń nieprzemysłowych oraz pomieszczeń przemysłowych o wysokości do 4 m. Do zapłonu świetlówki niezbędny jest zapłonnik i statecznik (dławik). Zadaniem dławika jest chwilowe podwyŜszenie napięcia w celu ułatwienia zapłonu świetlówki oraz ograniczenie prądu płynącego przez świetlówkę podczas jej świecenia. Świetlówka zasilana napięciem zmiennym zapala się i gaśnie 100 razy w ciągu sekundy co moŜe wywoływać wraŜenie, Ŝe części wirujące maszyn są nieruchome, obracają się znacznie wolniej lub wirują w kierunku przeciwnym. Jest to zjawisko stroboskopowe. W celu jego zmniejszenia stosuje się dwie lub więcej świetlówek w odpowiednich układach zasilanych napięciem przesuniętym w fazie tak, aby w chwili gaśnięcia jednej, druga świeciła moŜliwie najmocniej. − Lampy wyładowcze (rtęciowe sodowe, neonowe, ksenonowe) – wykorzystują świecenie gazu pod wpływem wyładowań elektrycznych (przepływu prądu przez gaz). Lampy rtęciowe osiągają skuteczność świetlną 34÷48 lm/W i trwałość około 4000 h. Po załączeniu napięcia wyładowanie w jarzniku lampy rtęciowej rozpoczyna się początkowo między jedną elektrodą główną a elektrodą pomocniczą co powoduje podwyŜszenie temperatury i ciśnienia par rtęci w jarzniku zmniejszając opór przestrzeni między elektrodami głównymi. Dopiero po kilkudziesięciu sekundach rozpoczyna się wyładowanie pomiędzy elektrodami głównymi. Lampy rtęciowe wysokopręŜne pełną skuteczność świetlną uzyskują po czasie 1÷4 minut. Dławik w układzie zasilania lampy rtęciowej pełni rolę stabilizatora prądu. Odmianą tego typu lam są równieŜ lampy sodowe. Osiągają one skuteczność świetlną ponad 100 lm/W, trwałość ok. 24000 h. Moce lamp sodowych produkowanych w Polsce wynoszą 150÷400 W. Lampy rtęciowe stosowane są do oświetlenia pomieszczeń przemysłowych o wysokości powyŜej 8 m, pomieszczeń nieprzemysłowych takich jak hale sportowe, dworce kolejowe itp. oraz do oświetlenia zewnętrznego. Lampy sodowe stosowane są do oświetlenia zewnętrznego. − Lampy o świetle mieszanym (rtęciowo-Ŝarowe, łukowe) – wykorzystują dwa zjawiska fizyczne: świecenie gazu pod wpływem wyładowań i ciał stałych pod wpływem temperatury. Skuteczność świetlna lamp rtęciowo-Ŝarowych wynosi 18÷25 lm/W a trwałość ok. 3000 h. Moce produkowanych w Polsce lamp rtęciowo-Ŝarowych 160, 250 i 450 W. Lampy rtęciowo-Ŝarowe stosuje się do oświetlenia pomieszczeń przemysłowych o wysokości powyŜej 8 m, pomieszczeń nieprzemysłowych takich jak hale sportowe, dworce kolejowe itp. oraz do oświetlenia zewnętrznego. Oznaczenia znamionowe odbiorników energii elektrycznej Tabliczka metalowa lub z tworzywa umieszczona na odbiornikach elektrycznych informująca o podstawowych parametrach uŜytkowania. Najczęściej zawiera: − Typ i model urządzenia.
  14. 14. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 13 − Rok produkcji i serię. − Moc znamionową [Pn] określoną w [W] (w watach) lub w [kW] (kilowatach). − Napięcie znamionowe [Un] podane w [V] (woltach). − Prąd znamionowy [In]. − Częstotliwość prądu do której dostosowany jest odbiornik określoną w [ Hz] (hercach). − Symbole znaków bezpieczeństwa i certyfikatów. Przykładowy wygląd tabliczki znamionowej wentylatora: SANICO XS40C2 40 cm Wentylator 230 V~ 50 Hz 60 W Serial No 342S345 234 Made in P.R.C. Rys. 3. Tabliczka znamionowa [opracowanie własne] Oznacza: − SANICO XS40C2 – nazwa i symbol wyrobu – wentylator – średnica śmigła wentylatora 40 cm, − 230 V ~ napięcie znamionowe instalacji, do której moŜe być podłączony wentylator, − ~ oznacza prąd zmienny, − 50 Hz – częstotliwość prądu elektrycznego w instalacji, do której moŜe być podłączony, − 60 W – moc elektryczna znamionowa wentylatora, − zgodność z normami europejskimi, − podwójna izolacja – nie wymaga podłączenia do gniazda ze stykiem ochronnym, − numer seryjny, − kraj produkcji. Podstawowe zabezpieczenia odbiorników energii elektrycznej PrzeciąŜenie – jak sama nazwa wskazuje – jest stanem pracy instalacji, w której pracuje ona pod obciąŜeniem większym niŜ to, do którego została zaprojektowana. Prąd zwarciowy płynący w obwodzie zwarciowym jest na ogół (poza przypadkiem zwarć jednofazowych w sieciach izolowanych i kompensowanych) wielokrotnie większy od prądu roboczego. Prądy przeciąŜeniowe i zwarciowe powodują nadmierne nagrzewanie urządzeń efektem czego jest przyśpieszone ich zuŜywanie i niszczenie urządzeń, a w najbardziej niekorzystnych przypadkach równieŜ poŜar. Podstawowe zabezpieczenie urządzeń i przewodów przed nadmiernym nagrzaniem powodowanym prądami przeciąŜeniowymi i zwarciowymi realizuje się przez zastosowanie bezpieczników, wyłączników instalacyjnych nadmiarowo-prądowych wkrętowych lub dźwigienkowych. Ponadto stosujemy wyłączniki róŜnicowoprądowe, które
  15. 15. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 14 potrafią wykryć, Ŝe energia elektryczna płynie poza obwodem – na przykład przez ludzkie ciało, gdy dojdzie do poraŜenia i automatycznie odłączają napięcie. Najprostszym zabezpieczeniem przeciąŜeniowo-zwarciowym są bezpieczniki topikowe. Są one najpowszechniejszym zabezpieczeniem w instalacjach elektrycznych wykonanych na podstawie dawniejszych przepisów. Pełnią funkcję dodatkowego środka ochrony przed poraŜeniem prądem przez dostatecznie szybkie wyłączenie uszkodzonego urządzenia. Wartość natęŜenia prądu znamionowego, wkładki bezpiecznika wybita jest na metalowej stopce bezpiecznika (dodatkowo określa ją kolor oczka na metalowej stopce): − zielony – 6 A, − czerwony – 10 A, − szary – 16 A, − niebieski – 20 A, − Ŝółty – 25 A. Podobną rolę co bezpieczniki topikowe spełniają instalacyjne wyłączniki nadprądowe (nadmiarowo-prądowe), które są zabezpieczeniami wielokrotnego uŜytku. Zadziałanie tego wyłącznika i wyłączenie napięcia w chronionym obwodzie powodowane jest przez wyzwalacz bimetalowy i elektromagnetyczny po przekroczeniu znamionowego natęŜenia prądu. Wyłączniki nadprądowe charakteryzują się większą czułością (szybkością zadziałania) niŜ bezpieczniki topikowe. Wyłączniki nadprądowe nowej generacji produkowane są w trzech wersjach: typu B są przeznaczone do zabezpieczania przewodów i odbiorników instalacji oświetlenia, gniazd wtyczkowych i sterowania; typu C słuŜą do zabezpieczenia obwodów z odbiornikami o duŜych prądach rozruchowych (silniki i transformatory); typu D – do zabezpieczania obwodów z silnikami o duŜych mocach. Nowoczesnym i skutecznym zabezpieczeniem przed poraŜeniem prądem elektrycznym (przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim) w instalacjach są wyłączniki róŜnicowoprądowe. Ich działanie polega na ciągłym porównywaniu natęŜenia prądu wpływającego i wypływającego z instalacji. Zarejestrowanie róŜnicy (np. na skutek upływu prądu do ziemi przez uszkodzoną lub zawilgoconą instalację lub przez ciało człowieka) powoduje natychmiastowe przerwanie obwodu w tak krótkim czasie, Ŝe nie spowoduje to śmiertelnego zagroŜenia poraŜeniem prądem. Zgodnie z przepisami obwody gniazd wtyczkowych naleŜy zabezpieczać wyłącznikami róŜnicowoprądowym o znamionowym prądzie wyzwalającym nie większym niŜ 30 mA. Inne obwody odbiorcze zaleca się zabezpieczać wysokoczułymi wyłącznikami o odpowiednio dobranym znamionowym prądzie zadziałania nie większym niŜ 30 mA, np. dla obwodów gniazd wtyczkowych w łazienkach – 10 mA. Podczas pracy urządzeń elektrycznych mogą pojawiać się przepięcia spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi, zakłóceniami w pracy transformatora lub generowane do sieci przez inne urządzenia o duŜej indukcyjności podczas procesów łączeniowych. Ochronę przed przepięciami stanowią ograniczniki przepięć. Typową ochronę przed przepięciami atmosferycznymi stanowią odgromniki lub iskierniki ochronne. Główną ochronę urządzeń przed przepięciami stanowią warystory. Warystory są elementami półprzewodnikowymi o nieliniowej charakterystyce prądowo-napięciowej, których rezystancja silnie zaleŜy od doprowadzonego do nich napięcia. Gdy napięcie przekroczy wartość, charakterystyczną dla danego typu warystora, jego rezystancja szybko maleje, z początkowych setek kiloomów do zaledwie kilkunastu. Dzięki temu, płynie przez niego duŜy prąd powodujący przepalenie (wyłączenie się) bezpiecznika a zarazem wyłączenie urządzenia, gdy warystor pracuje jako zabezpieczenie przeciwprzepięciowe, a więc połączony jest równolegle ze źródłem napięcia. W trakcie pracy jako odgromnik (połączenie szeregowe pomiędzy piorunochronem a uziemieniem) jego mała rezystancja, wywołana ogromnym napięciem pioruna, pozwala na swobodny przepływ prądu do ziemi.
  16. 16. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 15 Osprzęt elektryczny Przewody elektryczne są to elementy obwodu elektrycznego (części składowe instalacji), słuŜące do przewodzenia prądu elektrycznego wzdłuŜ określonej drogi. Mimo duŜej róŜnorodności przewodów elektrycznych moŜna stwierdzić, Ŝe kaŜdy z nich wyposaŜony jest zawsze w dobry przewodnik prądu elektrycznego, który nazywany jest Ŝyłą. śyły przewodów wykonuje się w postaci pojedynczych drutów albo przewodów wielodrutowych (linek). Materiałem do ich budowy jest zwykle miedź, aluminium lub niekiedy stal. Najlepszym przewodnikiem prądu jest miedź – ma ona duŜą konduktywność γ (około 57 m/Ωmm2 ) i jest wytrzymała pod względem mechanicznym. Aluminium jest nieco tańszym, ale za to gorszym przewodnikiem prądu – ma mniejszą konduktywność (około 35 m/Ωmm2 ), mniejszą wytrzymałość mechaniczną, a pod wpływem sił ściskających zmienia swój kształt. Izolacja Ŝyły ma za zadanie oddzielać Ŝyły przewodu od siebie, tak aby nie mogły się ze sobą stykać. Ma równieŜ osłaniać Ŝyłę przed wpływem wilgoci i działaniem środków chemicznych, a człowieka powinna chronić przed poraŜeniem prądem elektrycznym. Wykonywana jest głównie z tworzyw sztucznych (polwinitu albo polietylenu sieciowanego) lub teŜ z róŜnych gatunków gumy. Izolację stanowić moŜe równieŜ lakier (np. dla przewodów nawojowych) albo papier nasycony olejem mineralnym (w przypadku kabli). Wymaga się, aby właściwości dielektryczne izolacji były zachowane w róŜnych warunkach środowiska i w czasie wieloletniego uŜytkowania. Rys. 4. Fragment przewodu elektrycznego [opracowanie własne] 1 – Ŝyła jednodrutowa, 2 – izolacja Poszczególne rodzaje przewodów elektrycznych róŜnią się między sobą nie tylko materiałem, z którego wykonano Ŝyłę lub izolację, ale równieŜ budową całego przewodu (mogą mieć róŜne warstwy ochronne, takie jak powłoka, pancerz czy odzieŜ) oraz jego przeznaczeniem. Ze względu na budowę przewody elektryczne mogą być: − jednoŜyłowe, − wieloŜyłowe, − o róŜnym materiale izolacyjnym, − bez izolacji (gołe), − ekranowane lub zbrojone, − do układania na stałe (nie zmieniają połoŜenia po ich ułoŜeniu i nie muszą być giętkie), − do odbiorników ruchomych i przenośnych (muszą być giętkie i mają Ŝyły wielodrutowe), − parowe (np. dwuparowe) lub czwórkowe. Rys. 5. Przewód trójŜyłowy okrągły (YDY) [opracowanie własne]
  17. 17. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 16 Rys. 6. Przewód trójŜyłowy płaski (YDYp) [opracowanie własne] Rys. 7. Przewód trójŜyłowy wtynkowy (YDYt) [opracowanie własne] Ze względu na zastosowanie przewody elektryczne dzielą się na: − elektroenergetyczne instalacyjne na napięcie do 1 kV (jedno-, dwu-, trzy-, cztero-, pięcioŜyłowe), − elektroenergetyczne instalacyjne na napięcie powyŜej 1 kV, − elektroenergetyczne napowietrzne gołe i izolowane (np. do wykonywania przyłączy napowietrznych), − szynowe, czyli tzw. szynoprzewody (sztywne przewody o znacznych przekrojach, stosowane głównie w instalacjach przemysłowych), − kable elektroenergetyczne (przeznaczone do układania w ziemi, kanałach, tunelach oraz na róŜnych konstrukcjach wewnątrz i na zewnątrz pomieszczeń), − sterownicze (stosowane w układach sterowania), − sygnalizacyjno-pomiarowe, − telekomunikacyjne, − komputerowe, − nawojowe, − specjalne (np. samochodowe, lotnicze, górnicze), − specjalne do nowoczesnych „inteligentnych instalacji”. Rodzaje instalacji − Instalacje elektryczne moŜna podzielić na dwie zasadnicze grupy: − instalacje w budownictwie ogólnym, − instalacje przemysłowe. Ze względu na rodzaj odbiorników instalacje dzieli się na: − oświetleniowe (zasilające źródła światła a takŜe silniki sprzętu domowego), − siłowe (zasilające silniki trójfazowe i grzejniki). Istotne elementy instalacji elektrycznych to: − przewody, − osprzęt instalacyjny, − rozdzielnice, − urządzenia automatyki (np. SZR – samoczynne załączenie rezerwy).
  18. 18. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 17 W instalacjach mieszkaniowych rozróŜnia się dodatkowo elementy: − przyłącze, − złącze, − wewnętrzna linia zasilająca (WLZ), − instalacja odbiorcza. Osprzęt instalacyjny Osprzętem instalacyjnym są urządzenia stanowiące wyposaŜenie instalacji. Do osprzętu zalicza się: − rury instalacyjne, − elementy konstrukcyjne instalacji prefabrykowanych, − łączniki instalacyjne, − gniazda, − odgałęźniki (puszki instalacyjne), − bezpieczniki, − oprawy oświetleniowe. Odgałęźniki (puszki instalacyjne) stosowane są do łączenia przewodów instalacyjnych oraz do tworzenia odgałęzień, wykonywane są z melaminy, bakelitu lub polwinitu. W puszce instalacyjnej umieszcza się porcelanowy lub plastikowy pierścień z zaciskami, do którego przykręca się Ŝyły przewodów. Przewody te wprowadzane są do puszki po wyłamaniu okrągłych otworów w bocznej ściance. Złączki stosuje się do przyłączenia przewodów do tablic, opraw i aparatów elektrycznych. Rodzaje złączek: − złączki przewodowe gwintowe, − złączki gwintowo-zaciskowe, − listwy zaciskowe, − zaciski tablicowe, − zaciski instalacyjne. Układy sterowania to układy, które umoŜliwiają bezpieczne załączanie, a takŜe sterowanie pracą maszyn i urządzeń, np. silników. W schematach połączeń układów sterowania pracą maszyn i urządzeń elektrycznych moŜna wydzielić: − obwody główne (siłowe), − obwody pomocnicze (sterowania i sygnalizacji). W obwodach pomocniczych wykorzystuje się właściwości aparatów elektrycznych, które pobierając stosunkowo niewielką moc w stosunku do urządzenia pozwalają efektywnie i bezpiecznie eksploatować to urządzenie. W obwodzie głównym umieszczone są aparaty zabezpieczające przed skutkami: − przeciąŜenia, − zwarcia. W schematach układów sterowania moŜna wyróŜnić elementy pełniące funkcję blokad elektrycznych, co uniemoŜliwia samoczynne załączenie się urządzenia po zaniku napięcia lub wykonywanie przez urządzenie jednocześnie dwóch funkcji, wzajemnie się wykluczających (np. silnik nie moŜe jednocześnie wykonywać obrotów w dwóch kierunkach) Blokada elektryczna uniemoŜliwia taką próbę przypadkowego załączenia i wystąpienie zwarcia. Ponadto w układach umieszcza się elementy pełniące funkcje sygnalizacyjne. Nie mają one wpływu na działanie układu, ale informują o jego poprawnym działaniu lub zwracają uwagę obsługi na niewłaściwe działanie urządzenia, dając sygnał świetlny lub akustyczny. Łączniki występujące w układach sterowania maszyn i urządzeń ze względu na zadania spełniane w układzie, moŜna podzielić na:
  19. 19. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 18 − izolacyjne − manewrowe, − zabezpieczeniowe, − łączniki o zadaniach złoŜonych. Z uwagi na zdolność łączeniową łączniki dzieli się na: − odłączniki, − wyłączniki, − rozłączniki, − przełączniki, − łączniki pomocnicze, − bezpieczniki. Odłączniki (odcinacze), pełniące funkcję łączników izolacyjnych – w stanie otwartym zapewniają bezpieczną przerwę izolacyjną; są to aparaty słuŜące do zamykania i otwierania obwodu elektrycznego w stanie bezprądowym. Wyłączniki mają za zadanie wyłączyć prąd roboczy i zwarciowy. Mogą równieŜ zabezpieczać obwód przed przeciąŜeniem i zanikiem napięcia. Wówczas są wyposaŜone w wyzwalacze (przekaźniki) cieplne (bimetalowy) lub elektromagnesowe. Rozłączniki są przeznaczone do długotrwałego przewodzenia i wyłączania określonych prądów roboczych i prądów zakłóceniowych (umownie są to prądy nie przekraczające 10-krotnej wartości prądu znamionowego ciągłego). Styczniki są łącznikami elektromagnetycznymi, naleŜą do grupy rozłączników. SłuŜą do przewodzenia prądów roboczych nie większych niŜ prąd znamionowy. Przełączniki (zestawy łączeniowe) zawierają róŜne łączniki, na przykład styczniki, bezpieczniki, łączniki pomocnicze. Ich zastosowanie umoŜliwia realizację sterowania pracą silnika Łączniki pomocnicze (przyciski) – są wykonywane z mechaniczną zapadką – ich zestyki pozostają w połoŜeniu wymuszonym po ustaniu siły powodującej załączenie oraz bez zapadki – po zwolnieniu nacisku powracają do połoŜenia pierwotnego. Ze względu na zadania spełniane w układzie, łączniki moŜna podzielić na: − izolacyjne, − manewrowe, − zabezpieczeniowe. Na schematach stosuje się oznaczenia literowe urządzeń. W układach sterowania będą występowały m.in. niŜej wymienione oznaczenia: − F: urządzenia zabezpieczające nadprądowe, − H: urządzenia sygnalizacyjne (np. lampki sygnalizacyjne), − K: przekaźniki, styczniki (główne i pomocnicze), − M: silniki elektryczne (jedno- i trójfazowe oraz prądu stałego), − Q: łączniki silnoprądowe (w głównych obwodach prądowych), − S: łączniki sterownicze (przyciski, łączniki wybierakowe), − T: transformatory (sieciowe, separacyjne i sterownicze), − W: tory przesyłowe (np. przewody), − X: zaciski (listwy zaciskowe, wtyki, gniazda). Cyfra przy oznaczeniu literowym oznacza kolejny numer aparatu danego rodzaju w układzie, na przykład zapis S3 oznacza, Ŝe jest to trzeci przycisk sterowniczy w tym układzie. Symbole graficzne stosowane w schematach dla wszystkich rodzajów łączników określa norma
  20. 20. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 19 Połączenia układów sterowania mogą być przedstawione w postaci schematów: − strukturalnych, które przedstawiają poglądowo układ lecz nie pokazują wszystkich połączeń między elementami, − schematów funkcjonalnych (ideowych) uproszczonych lub rozwiniętych; schemat funkcjonalny uproszczony daje informację o liczbie elementów i ich usytuowaniu, ale nie wynika z niego w sposób bezpośredni działanie układu; schemat ideowy rozwinięty umoŜliwia analizę działania układu, określenie rodzaju i liczby elementów układu, ale nie informuje o ich rozmieszczeniu w skrzynce sterowniczej lub na płycie montaŜowej, schematów montaŜowych, na których są zaznaczone wszystkie wewnętrzne połączenia z podaniem informacji w postaci adresów na końcach przewodów i oznaczeń wszystkich zacisków. Dobór zabezpieczeń silników Zabezpieczenia stosuje się dla ochrony silników od skutków: − zwarć w uzwojeniach i doprowadzeniach, − przeciąŜeń, powodujących niedopuszczalne nagrzewanie się uzwojeń silnika, − znacznego obniŜenia lub zaniku napięcia i jego powrotu. Zabezpieczeniem silnika przed skutkami zwarcia są bezpieczniki topikowe i wyłączniki instalacyjne. Zabezpieczenia zwarciowe umieszcza się w kaŜdej fazie układu trójfazowego. Wkładki topikowe bezpieczników naleŜy dobrać tak, aby nie topiły się podczas rozruchu, kiedy prąd (przy bezpośrednim rozruchu) moŜe być nawet 8-krotnie większy od prądu znamionowego silnika. Zabezpieczenie silnika przed przeciąŜeniem moŜna realizować za pomocą wyłącznika silnikowego. Zabezpieczenie nadmiarowe kaŜdej fazy silnika w wyłączniku silnikowym trójbiegunowym pełni wyzwalacz termiczny (bimetalowy). Przy przepływie prądu większego od nastawionego na wyzwalaczu odginają się elementy bimetalowe, co powoduje zadziałanie zamka i przerwę we wszystkich torach prądowych. ZagroŜenia występujące podczas pracy i eksploatacji maszyn i urządzeń elektrycznych Podczas eksploatacji urządzeń elektrycznych mogą wystąpić róŜnorodne zagroŜenia w zaleŜności od rodzaju, budowy i zainstalowania urządzenia. Do zagroŜeń, na jakie moŜe być naraŜona osoba eksploatująca urządzenie, zalicza się: − poraŜenie prądem elektrycznym – maszyny i urządzenia podczas pracy są pod napięciem, − poparzenie – wysoka temperatura pracy urządzeń grzejnych i źródeł światła, łuk elektryczny, który moŜe wystąpić na zestykach łączników, eksplozja bezpieczników, przegrzanie i zapalenie się izolacji z materiałów łatwopalnych, − uszkodzenie mechaniczne ciała w wyniku zetknięcia się z częściami wirującymi (wentylatory, silniki napędowe), − nadmierne szumy – uszkodzenie słuchu na skutek nadmiernego hałasu, − szkodliwe substancje lotne – zatrucia substancjami lotnymi wydzielającymi się na skutek przegrzania izolacji. KaŜde urządzenie elektryczne powinno być zaprojektowane i zainstalowane zgodnie z przepisami budowy urządzeń elektrycznych. Powinno teŜ być prawidłowo eksploatowane a osoba eksploatująca urządzanie powinna mieć świadomość wystąpienia zagroŜeń. Podstawowe elementy elektroniczne Oporniki Oporniki moŜemy podzielić w zaleŜności od: − cech funkcjonalnych na m.in.: rezystory i potencjometry,
  21. 21. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 20 − charakterystyki prądowo-napięciowej, na: liniowe i nieliniowe, − stosowanego materiału oporowego, na: drutowe, warstwowe i objętościowe. Oporniki liniowe w normalnych warunkach pracy charakteryzują się proporcjonalną zaleŜnością napięcia od prądu, tzn. spełniają prawo Ohma. Symbol graficzny stałego opornika liniowego pokazano na rys. 8. Rys. 8. Symbol graficzny rezystora [opracowanie własne] Oporniki drutowe (symbol: RDL) są wykonane z drutu stopowego nawiniętego na ceramiczny wałek. W opornikach warstwowych (symbol: MŁT, AF, ML, RMG, AT, OWZ), materiał rezystywny jest umieszczany na podłoŜu w postaci węgla lub metalu. Oporniki węglowe OWZ stosuje się w układach w. cz. (do 1 GHz) o niewielkiej mocy (do 1 W). Do budowy oporników objętościowych, w których prąd płynie całą objętością opornika, stosuje się organiczne lub nieorganiczne materiały oporowe. Są one głównie stosowane w sprzęcie profesjonalnym, gdzie wytrzymują duŜe obciąŜenia prądowe i mocy. Oporniki zmienne – potencjometry W układach elektronicznych, oprócz oporników stałych, stosuje się oporniki zmienne zwane potencjometrami, w których wartość rezystancji zaleŜy od połoŜenia pokrętła (ruchomego ślizgacza). W zaleŜności od zastosowania, potencjometry dzieli się na: − regulacyjne, słuŜące do regulacji parametrów urządzenia w czasie jego pracy, − dostrojcze (zwane montaŜowymi lub nastawczymi), słuŜące do ustalania warunków pracy układu w czasie jego uruchamiania, strojenia lub naprawy. Rys. 9. Symbole graficzne potencjometrów: a) regulacyjnych, b) dostrojczych [16, s. 245] Ze względu na sposób regulowania potencjometry dzieli się na: − obrotowe: regulowane osią obrotową lub wkrętakiem, − suwakowe: regulowane przesuwem suwaka w linii prostej. Kondensatory Kondensatory moŜna podzielić, w zaleŜności od ich przeznaczenia na: − stałe (o stałej pojemności), − zmienne (o zmiennej pojemności), − biegunowe zwane polarnymi (przeznaczone do pracy przy jednym określonym kierunku doprowadzonego napięcia stałego). Ze względu na rodzaj zastosowanego dielektryka kondensatory dzielimy, na: − powietrzne (brak dielektryka), − mikowe, − ceramiczne,
  22. 22. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 21 − z tworzyw sztucznych, − elektrolityczne. Cewki indukcyjne Cewka indukcyjna, będąca dwójnikiem elektrycznym w postaci zwojnicy, składa się z uzwojenia, korpusu oraz rdzenia (magnetowodu). MoŜliwe symbole graficzne cewek przedstawiono na rys. 10. Rys. 10. Symbole graficzne cewek indukcyjnych [źródło www.cyfronika.com.pl Cewki są stosowane jako elementy sprzęgające oraz jako dławiki w układach wielkiej lub małej częstotliwości. Dławiki Dławik jest to cewka nieprzestrajana z rdzeniem ferromagnetycznym o nieliniowej charakterystyce magnesowania rdzenia. Jest to element, którego zadaniem jest eliminowanie lub tłumienie składowej zmiennej sygnału w obwodzie. Zwykle współpracuje on z kondensatorami. W zaleŜności od częstotliwości pracy, wyróŜniamy dławiki małej i wielkiej częstotliwości. Dławiki wykonuje się z cieńszego drutu niŜ cewki indukcyjne (ich średnica wynosi od 0,05 do 0,1 mm), gdyŜ ich rezystancja odgrywa drugorzędną rolę. Diody półprzewodnikowa Działanie diody jest bardzo proste – przewodzi ona prąd tylko w jednym kierunku. Jeśli potencjał anody jest większy od potencjału katody dioda przewodzi prąd. W przeciwnym przypadku nie. Działa jak jednokierunkowy zawór – przepuszcza tylko w jedną stronę. Teoretycznie, kiedy dioda przewodzi (czyli potencjał anody jest większy od potencjału katody), stanowi ona zwarcie, ale w praktyce występuje na niej spadek napięcia – ok. ~1 V. RównieŜ w kierunku zaporowym (odwrotnie spolaryzowana dioda – wyŜszy potencjał katody) teoretycznie prąd nie powinien płynąć, jednak pojawia się znikomo mały prąd wsteczny. Napięcie na diodzie w tym stanie jest równe napięciu zasilania. Przy duŜych napięciach rzędu 100, 200 V i większych – napięcie na diodzie podczas przewodzenia jest pomijalne. Analogicznie pomija się równieŜ stosunkowo niewielki prąd wsteczny. Rys. 11. Symbole graficzny diody półprzewodnikowej [opracowanie własne] Tranzystor Trójelektrodowy półprzewodnikowy to element elektroniczny posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Według oficjalnej dokumentacji z Laboratorium Bella nazwa urządzenia wywodzi się od słów transkonduktancja (transconductance) i warystor (varistor), jako Ŝe „element logicznie naleŜy do rodziny warystorów i posiada
  23. 23. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 22 transkonduktancję typową dla elementu z współczynnikiem wzmocnienia co czyni taką nazwę opisową”. WyróŜnia się dwie główne grupy tranzystorów, róŜniące się zasadniczo zasadą działania. Tranzystory bipolarne, w których prąd wyjściowy jest funkcją prądu wejściowego (sterowanie prądowe). Tranzystor bipolarny – tranzystor, który zbudowany jest z trzech warstw półprzewodników o róŜnym rodzaju przewodnictwa, tworzących dwa złącza PN; sposób polaryzacji złącz determinuje stan prac tranzystora. Tranzystor posiada trzy końcówki przyłączone do warstw półprzewodnika, nazywane: − emiter (ozn. E), − baza (ozn. B), − kolektor (ozn. C). Ze względu na kolejność warstw półprzewodnika rozróŜnia się dwa typy tranzystorów: PNP oraz NPN; w tranzystorach NPN nośnikiem prądu są elektrony, w tranzystorach PNP dziury. Dziura elektronowa w pasmowej teorii przewodnictwa jest to brak elektronu w pełnym paśmie walencyjnym. Pojęcie to występuje w opisie przewodnictwa izolatorów i półprzewodników. Nazwa pochodzi stąd, Ŝe gdy w paśmie walencyjnym brakuje pojedynczego elektronu, to występująca dziura zachowuje się niczym dodatni nośnik ładunku elektrycznego. Rys. 12. Symbole graficzny tranzystora bipolarnego [źródło http://pl.wikipedia.org] Tranzystory unipolarne (tranzystory polowe), w których prąd wyjściowy jest funkcją napięcia (sterowanie napięciowe). Tranzystor ze względu na swoje właściwości wzmacniające znajduje bardzo szerokie zastosowanie. Jest oczywiście wykorzystywany do budowy wzmacniaczy róŜnego rodzaju: róŜnicowych, operacyjnych, mocy (akustycznych), selektywnych, pasmowych. Jest kluczowym elementem w konstrukcji wielu układów elektronicznych, takich jak: źródła prądowe, lustra prądowe, stabilizatory, przesuwniki napięcia, klucze elektroniczne, przerzutniki czy generatory. PoniewaŜ tranzystor moŜe pełnić funkcję klucza elektronicznego, z tranzystorów buduje się takŜe bramki logiczne realizujące podstawowe funkcje boolowskie, co stało się motorem do bardzo dynamicznego rozwoju techniki cyfrowej w ostatnich kilkudziesięciu latach. Tranzystory są takŜe podstawowym budulcem wszelkiego rodzaju pamięci półprzewodnikowych (RAM, ROM itp.). Dzięki rozwojowi technologii oraz ze względów ekonomicznych większość wymienionych wyŜej układów tranzystorowych realizuje się w postaci układów scalonych. Co więcej, niektórych układów, jak np. mikroprocesorów liczących sobie miliony tranzystorów, nie sposób byłoby wykonać bez technologii scalania. Układy prostownicze Prostowniki to układy elektroniczne przekształcające prąd zmienny, najczęściej sinusoidalnie zmienny na prąd stały. W prostownikach wykorzystuje się zdolność do
  24. 24. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 23 jednokierunkowego przewodzenia prądu przez elementy najczęściej półprzewodnikowe. WyróŜnia się prostowniki: − niesterowalne (do budowy tych prostowników stosowane są diody wykorzystujące zdolność jednokierunkowego przepływu prądu przez złącze P-N), − sterowane (do budowy stosowane są tyrystory). Parametry opisujące prostowniki: − wartość średnia napięcia wyprostowanego Uśr, − wartość skuteczna napięcia wyprostowanego Usk, − współczynnik tętnień: kt, − sprawność prostownika: ηp. Sprawność prostowania w prostownikach jednofazowych jest niska, poniewaŜ prąd płynie przez połowę okresu. Lepsze parametry moŜna uzyskać stosując: prostowniki dwupołówkowe i wielofazowe; wyposaŜając prostowniki w filtry. Prostowniki dwupołówkowe z dwoma diodami – przez cały okres niezaleŜnie do tego, która z diod znajduje się w stanie przewodzenia, prąd płynie przez rezystor w tym samym kierunku. Zalety: mniejszy współczynnik tętnień, dwukrotnie wyŜsza sprawność prostowania. Wady: konieczność stosowania specjalnego transformatora występowanie na diodzie nieprzewodzącej podwójnej wartości napięcia wejściowego. Wad tych moŜna uniknąć, stosując prostownik dwupołówkowy z czterema diodami. Układy m-fazowe – pracują symetrycznie. KaŜda z diod przewodzi impuls prądu stanowiący wierzchołek sinusoidy o czasie trwania równym 1/m części okresu. Układ trójfazowy jednopołówkowy charakteryzuje się niskim współczynnikiem tętnień oraz wysoką sprawnością prostowania. MoŜe być zasilany z typowego transformatora połączonego w gwiazdę z przewodem zerowym. Układ trójfazowy trójprzewodowy – moŜna uŜyć prostownika złoŜonego z 6 diod. Zmniejszenie współczynnika tętnień jest moŜliwe przez przyłączenie do wyjścia prostownika układu filtracyjnego. Najprostszym filtrem jest kondensator o pojemności C, dołączony równolegle do obciąŜenia o rezystancji R. W czasie gdy napięcie zasilania przewyŜsza napięcie kondensatora następuje ładowanie kondensatora. Gdy napięcie zasilania zmniejsza się, kondensator zaczyna się rozładowywać. Prostowniki z pojemnościową filtracją napięcia charakteryzuje silna zmienność prądu przy zmianie obciąŜenia. Filtry pojemnościowe moŜna stosować jedynie dla prostowników małej mocy. W prostownikach większej mocy stosuje się filtry LC. Podstawowe właściwości i parametry wzmacniaczy Podstawową funkcją wzmacniacza jest wzmocnienie sygnału, przy zachowaniu niezmienionego jego kształtu. Wzmocnienie to odbywa się kosztem energii doprowadzonej z pomocniczego źródła napięcia stałego. W związku z tym, w kaŜdym wzmacniaczu wyróŜnia się dwa zasadnicze obwody: obwód sygnału i zasilania. Obwód zasilania stwarza właściwe warunki dla wzmocnienia sygnału, natomiast obwód sygnału jest związany z przenoszeniem sygnału przez wzmacniacz. Dla wzmacnianego sygnału wzmacniacz jest czwórnikiem do którego zacisków wejściowych dołączono źródło sygnału, a do wyjściowych odbiornik sygnału.
  25. 25. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 24 Rys. 13. Schemat zastępczy wzmacniacza [17, s. 157] Układy scalone Układ scalony (ang. integrated circuit, chip, potocznie kość) – zminiaturyzowany układ elektroniczny zawierający w swym wnętrzu od kilku do setek milionów podstawowych elementów elektronicznych, takich jak: tranzystory, diody, rezystory, kondensatory. Zwykle zamknięty w hermetycznej obudowie – szklanej, metalowej, ceramicznej lub wykonanej z tworzywa sztucznego. Ze względu na sposób wykonania układy scalone dzieli się na główne grupy: − monolityczne, w których wszystkie elementy, zarówno elementy czynne, jak i bierne, wykonane są w monokrystalicznej strukturze półprzewodnika, − hybrydowe – na płytki wykonane z izolatora nanoszone są warstwy przewodnika oraz materiału rezystywnego, które następnie są wytrawiane, tworząc układ połączeń elektrycznych oraz rezystory. Do tak utworzonych połączeń dołącza się indywidualne, miniaturowe elementy elektroniczne (w tym układy monolityczne). Ze względu na grubość warstw rozróŜnia się układy: − cienkowarstwowe (warstwy ok. 2 mikrometrów), − grubowarstwowe (warstwy od 5 do 50 mikrometrów). Większość stosowanych obecnie układów scalonych jest wykonana w technologii monolitycznej. Ze względu na stopień scalenia występuje podział na układy: − małej skali integracji (SSI – small scale of integration), − średniej skali integracji (MSI – medium scale of integration), − duŜej skali integracji (LSI – large scale of integration), − wielkiej skali integracji (VLSI – very large scale of integration), − ultrawielkiej skali integracji (ULSI – ultra large scale of integration). PoniewaŜ w układach monolitycznych praktycznie wszystkie elementy wykonuje się jako tranzystory, odpowiednio tylko przyłączając ich końcówki, dlatego teŜ często mówi się o gęstości upakowania tranzystorów na mm². W dominującej obecnie technologii wytwarzania monolitycznych układów scalonych (technologia CMOS) często uŜywanym wskaźnikiem technicznego zaawansowania procesu oraz gęstości upakowania elementów układów scalonych jest minimalna długość kanału tranzystora wyraŜona w mikrometrach lub nanometrach – długość kanału jest nazywana rozmiarem charakterystycznym i im jest on mniejszy, tym upakowanie tranzystorów oraz ich szybkość działania są większe. Sterowanie automatyczne Zadaniem urządzeń automatycznego sterowania jest wykonywanie pewnych czynności bez udziału obsługi. Jest to w niektórych przypadkach konieczne lub niezbędne, np. wtedy, kiedy człowiek nie nadąŜałby z wykonaniem tych czynności ręcznie. W innych przypadkach zastosowanie automatyki nie jest konieczne, ale jej wprowadzenie jest celowe, gdyŜ
  26. 26. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 25 przyczynia się do zwiększenia wydajności pracy, podniesienia sprawności oraz niezawodności maszyn i urządzeń. Układy automatyki elektrycznej stosowane w urządzeniach technicznych moŜna podzielić na dwa rodzaje: − układy automatycznego sterowania, − układy regulacji automatycznej. RóŜnicę między automatycznym sterowaniem a automatyczną regulacją wyjaśniają schematy blokowe. W układzie sterowania automatycznego elektryczny układ sterujący steruje pracą danego urządzenia, zwanego obiektem sterowania. Po uruchomieniu urządzenie pracuje samoczynnie, przy czym wszelkie zmiany parametrów pracy (np. prędkości, kierunku wirowania itp.) przeprowadzane są automatycznie w zaleŜności od określonych czynników (np. czasu, przebytej drogi itp.). . Rys. 14. Schematy blokowe układów: a) automatycznego sterowania b) automatycznej regulacji [17, s. 157] W układzie automatycznej regulacji pokazanym na rysunku 1b pracą obiektu regulacji kieruje układ regulujący (regulator), przy czym wielkość regulowana y jest mierzona w punkcie B zwanym węzłem zaczepowym i doprowadzana do punktu A, zwanego węzłem sumacyjnym, znajdującym się na wejściu układu regulacji. Przepływ informacji dotyczącej wartości mierzonej regulowanej wielkości y od punktu B do punktu A tworzy tzw. pętlę sprzęŜenia zwrotnego. W węźle sumacyjnym wartość mierzona y jest porównywana z wartością zadaną x regulowanej wielkości. Automatyczny układ regulacji działa zawsze w tym kierunku, aby wartość mierzona y równała się wartości zadanej x. Układy automatycznej regulacji charakteryzują się tym, Ŝe mają jedną lub kilka pętli sprzęŜenia zwrotnego tworzących obwody zamknięte. Z tego względu nazywamy je układami zamkniętymi. Układy automatycznego sterowania nie mają zamkniętych sprzęŜeń zwrotnych i noszą nazwę układów otwartych. Sterowanie automatyczne wiąŜe się nierozłącznie z blokadą i sygnalizacją. Blokada uniemoŜliwia wykonanie błędnych czynności sterowania. Sygnalizacja informuje obsługę o przebiegu pracy urządzenia. Blokada i sygnalizacja usprawniają obsługę i zwiększają bezpieczeństwo pracy. Elektryczne układy sterowania automatycznego moŜna podzielić na dwie grupy: − układy sterowania stycznikowo-przekaźnikowe, − układy sterowania sekwencyjnego (kolejnościowego). Układy sterowania stycznikowo-przekaźnikowe są zbudowane, jak wskazuje nazwa, z dwóch podstawowych elementów: styczników i przekaźników. Styczniki są elementami wykonawczymi, które włączają w odpowiedniej chwili obwody robocze. Przekaźniki sterują pracą styczników, powodując wzbudzenie cewek styczników w zaleŜności od określonych
  27. 27. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 26 czynników – czasu, przebytej drogi, prędkości obrotowej itp. W zaleŜności od tych czynników rozróŜnia się sterowanie w funkcji: czasu, drogi, prędkości itp. Wszystkie elementy układu tworzą obwody elektryczne. NajwaŜniejsze znaczenie mają: − obwód główny – obwód łączący silnik z siecią zasilającą, nazywany równieŜ obwodem prądu głównego, − obwód sterujący, zawierający cewki i styki przekaźników, styczników, przyciski, wyłączniki krańcowe ewentualnie inną aparaturę sterowniczą. Schematy układów sterowania automatycznego są nieraz bardzo rozbudowane. Szczególnie złoŜony obraz przedstawia schemat rzeczywisty połączeń poszczególnych zacisków i elementów aparatury sterującej, zwany schematem montaŜowym. W celu moŜliwie jasnego przedstawienia obwodów sterujących rysuje się schematy ideowe. Na schematach elektrycznych obwód główny rysuje się linią grubą, zaś obwód sterujący linią cienką. Poszczególne elementy układu sterującego przedstawia się na tych schematach za pomocą symboli graficznych. Symbole te rozmieszczone są na schemacie tak, aby połączenia były jak najkrótsze, bez zbędnych krzyŜowań i załamań przewodów. Mikroprocesory Mikroprocesor to układ cyfrowy wykonany jako pojedynczy układ scalony o wielkim stopniu integracji zdolny do wykonywania operacji cyfrowych według dostarczonych mu instrukcji. Mikroprocesor (w skrócie µP) jest programowalnym cyfrowym elektronicznym układem, który łączy w sobie funkcje centralnej jednostki obliczeniowej (CPU) w pojedynczym półprzewodnikowym układzie scalonym. Pierwszy mikroprocesor powstał w wyniku zredukowania rozmiaru słowa do 4 bitów, tak aby tranzystory tworzące jego obwody logiczne zmieściły się w jednym układzie. Jeden lub więcej mikroprocesorów zazwyczaj słuŜą jako CPU w systemach komputerowych, komputerach wbudowanych lub urządzeniach przenośnych. Mikroprocesor umoŜliwił rozwój mikrokomputerów w połowie lat 70. XX w. dwudziestego wieku. Przed tym okresem, elektroniczne CPU zazwyczaj były wykonywane z zajmujących wiele miejsca indywidualnych urządzeń przełączających (a późniejszym okresie zintegrowanych obwodów o małej skali integracji) będących zastępstwem kilku zaledwie tranzystorów. Poprzez zintegrowanie procesora w jeden lub kilka obwodów scalonych o bardzo małej skali (zawierających odpowiednik tysięcy lub milionów rozległych tranzystorów), stosunek moŜliwości do ceny procesora znacząco wzrósł. Od czasu rozwoju układów scalonych w połowie lat 70., mikroprocesor stał się najbardziej rozpowszechnioną formą CPU, prawie całkowicie zastępując wszystkie inne. Ewolucje mikroprocesora dobrze opisuje prawo Moore’a, mówiące o wzroście wydajności na przestrzeni lat. Mówi ono, Ŝe złoŜoność układów scalonych (liczba tranzystorów), przy zachowaniu minimalnego kosztu składników, będzie się podwajać co 18 miesięcy. To powiedzenie wciąŜ jest prawdziwe od czasu wczesnych lat 70. XX w. Od skromnych na początku kalkulatorów, zaczęły one zwiększać swą moc co doprowadziło do ich dominacji nad kaŜdą inną formą komputera. KaŜdy system, od duŜych systemów komputerowych do najmniejszych komputerów podręcznych uŜywa mikroprocesora jako swego rdzenia. W prawie kaŜdym mikroprocesorze moŜemy wyróŜnić następujące bloki − ALU jednostka arytmetyczno-logiczna, − CU układ sterowania (Control Unit), − Rejestry, − PC licznik rozkazów (Program Counter), − IR rejestr instrukcji (Instruction Register), − SP wskaźnik stosu (Stack Pointer), − szyna danych i szyny adresowa.
  28. 28. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 27 Sterownik mikroprocesorowy to sterownik, którego architektura oparta jest na mikrokontrolerze pełniącym kluczową funkcję w jego działaniu. Taki mikrokontroler np. MCS-51 jest odpowiedzialny za operacje numeryczne i logiczne związane ze sterowaniem. Przykładami sterowników mikroprocesorowych są np. Sterownik PLC, Regulator PID, Sterownik CNC, Sterownik PAC, Sterownik PAD. 4.1.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany wykonania do ćwiczeń. 1. W jaki sposób moŜna podzielić materiały ze względu własności przewodzące? 2. Jakie wartości prądu elektrycznego stałego podlegają pomiarom? 3. Jakie wartości prądu elektrycznego zmiennego podlegają pomiarom? 4. Jakie parametry charakteryzują elektryczne źródła światła? 5. Czym charakteryzują się poszczególne rodzaje źródeł światła? 6. Jakie informacje znajdują się na tabliczkach znamionowych odbiorników energii elektrycznej? 7. Jakie zabezpieczenia stosuje się w odbiornikach energii elektrycznej? 8. Jakie rodzaje instalacji i osprzętu stosuje się w elektrotechnice? 9. Czym charakteryzują się poszczególne rodzaje elementów elektronicznych? 10. Jakiego typu zagroŜenia występują podczas pracy i eksploatacji urządzeń elektrycznych? 11. Jakiego rodzaju układy prostownicze i wzmacniacze znajdują zastosowanie w przemyśle? 12. Na czym polega sterowanie automatyczne? 13. Czym charakteryzują się układy scalone i mikroprocesory? 4.1.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Dokonaj analizy własności przewodzących trzech materiałów: aluminium, germanu i szkła. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) odszukać (korzystając z róŜnych źródeł informacji) dane dotyczące wymienionych materiałów, 2) wybrać te informacje, które dotyczą własności przewodzących materiałów (wartości konduktywności, rezystywności), 3) porównać uzyskane wartości, 4) właściwie sklasyfikować wymienione materiały, 5) zapisać wnioski i uzasadnić swój wybór. WyposaŜenie stanowiska pracy: − stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu, − Polskie Normy, − zestawienia tabelaryczne właściwości materiałów, − katalogi, − zeszyt do ćwiczeń. Ćwiczenie 2 Na podstawie oznaczeń na eksponatach określ napięcie znamionowe, moc oraz natęŜenie prądu obciąŜenia dla pięciu wybranych źródeł światła: Ŝarówki z głównego szeregu, Ŝarówki samochodowej, świetlówki, świetlówki kompaktowej, lampy rtęciowej.
  29. 29. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 28 Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wybrać po jednym źródle światła z wymienionych rodzajów, 2) odczytać i zapisać na kartce napięcie i moc, 3) zapisać zaleŜność między mocą, napięciem oraz natęŜeniem prądu, 4) podstawić odczytane wartości i wykonać obliczenia dla kaŜdego źródła, 5) wpisać jednostkę i udzielić odpowiedzi. WyposaŜenie stanowiska pracy: − gablota z elektrycznymi źródłami światła, − kalkulator, − arkusze papieru A4, − przybory do pisania, − zeszyt do ćwiczeń. Ćwiczenie 3 Rozpoznaj przewody instalacyjne zgromadzone na Twoim stanowisku pracy na podstawie ich wyglądu. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dokonać oględzin wszystkich odcinków przewodów i omówić ich budowę, 2) rozpoznać przewody na podstawie ich wyglądu zewnętrznego, 3) podać oznaczenie literowo-cyfrowe kaŜdego rozpoznanego przewodu, 4) podać przeznaczenie kaŜdego rozpoznanego przewodu. WyposaŜenie stanowiska pracy: − skrzynka zawierająca odcinki róŜnych przewodów instalacyjnych (co najmniej 10 odcinków), − długopis, − zeszyt ćwiczeń. Ćwiczenie 4 Dokonaj rozdziału aparatów przedstawionych przez nauczyciela ze względu na funkcje, jakie pełnią w układach. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dokonać oględzin otrzymanych aparatów, 2) na podstawie budowy i oznaczeń na tabliczce znamionowej określić rodzaj łącznika i przypisać mu nazwę oraz narysować symbol, 3) po dokonaniu rozdziału odnaleźć w katalogu te aparaty i uzupełnić informacje zawarte na tabliczce znamionowej, 4) ustalić, jaka norma dotyczy tych aparatów, zapisać nr normy, 5) określić funkcję aparatu w układach.
  30. 30. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 29 WyposaŜenie stanowiska pracy: − wyłączniki, rozłączniki, styczniki, przekaźniki, przyciski, − katalogi, − normy, − zeszyt ćwiczeń. Ćwiczenie 5 Rozpoznaj rodzaj połączenia elektrycznego na podstawie wyglądu zewnętrznego. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 2) obejrzeć film przedstawiający wykonywanie połączeń elektrycznych, 3) zapoznać się z planszami oraz rysunkami przedstawiającymi połączenia elektryczne rozłączne i nierozłączne, 4) rozpoznać połączenie elektryczne na podstawie wyglądu zewnętrznego. WyposaŜenie stanowiska pracy: − połączenia elektryczne róŜnych elementów, − plansze oraz rysunki przedstawiające połączenia elektryczne rozłączne i nierozłączne, − filmy dydaktyczne z zakresu wykonywania połączeń elektrycznych, − zeszyt do ćwiczeń. 4.1.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) dokonać podziału materiałów ze względu na funkcje, jakie pełnią w maszynie elektrycznej? 2) zdefiniować konduktywność oraz rezystywność i podać ich jednostki? 3) podzielić materiały ze względu na wartość konduktywności? 4) podzielić materiały ze względu na ich własności magnetyczne? 5) dobrać mierniki do pomiarów w obwodach prądu stałego? 6) dobrać mierniki do pomiarów w obwodach prądu zmiennego? 7) odczytać wartości zamieszczone na tabliczce znamionowej urządzenia elektrycznego? 8) dobrać zabezpieczenie do określonej maszyny elektrycznej? 9) rozpoznać i scharakteryzować podstawowe elementy elektroniczne? 10) rozpoznać schematy prostych prostowników i wzmacniaczy? 11) określić rolę sterowania automatycznego? 12) omówić zakres zastosowania układów scalonych oraz mikroprocesorów?
  31. 31. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 30 4.2. Podstawy konstrukcji maszyn i urządzeń mechanicznych 4.2.1. Materiał nauczania Materiałami konstrukcyjnymi nazywamy materiały inŜynierskie, które są powszechnie wykorzystywane do budowy maszyn i urządzeń. Do materiałów konstrukcyjnych zaliczamy metale i ich stopy, polimery, ceramikę i kompozyty. Metale są to materiały, które w stanie stałym charakteryzują się następującymi właściwościami: – dobre przewodnictwo ciepła i elektryczności, – połysk, – plastyczność. Właściwości te wynikają z wiązania metalicznego występującego pomiędzy atomami tworzącymi metal i budowy krystalicznej. Dzielimy je na dwie grupy: Ŝelazne i nieŜelazne (kolorowe). Polimery są nazywane takŜe tworzywami wielkocząsteczkowymi. Dzielą się na naturalne i sztuczne. Naturalne nazywane biopolimerami otrzymuje się poprzez obróbkę i częściową modyfikacje surowców naturalnych. Sztuczne powstają w wyniku łączenia najczęściej wiązaniami kowalencyjnymi wielu identycznych niewielkich ugrupowań atomów, zwanych monomerami. Ceramika są to nieorganiczne związki metali z tlenem, azotem, węglem, borem i innymi pierwiastkami. Atomy są połączone wiązaniem jonowym i kowalencyjnym. Po zaformowaniu materiały ceramiczne wygrzewane są w wysokich temperaturach. Kompozyty są połączeniem dwóch lub więcej odrębnych nierozpuszczających się w sobie faz, z których kaŜda odpowiada innemu podstawowemu materiałowi inŜynierskiemu zapewniającymi lepszy zespół własności i cech strukturalnych, od właściwych dla kaŜdego z materiałów składowych oddzielnie. Materiały kompozytowe znajdują zastosowanie m.in. w sprzęci kosmicznym, samolotach, samochodach, łodziach, jachtach. Zaprojektowana, a następnie wykonana konstrukcja powinna odpowiadać wymaganiom eksploatacyjnym, ekonomicznym oraz technologicznym. Wymagania eksploatacyjne obejmują przystosowanie konstrukcji do niezawodnej realizacji określonych zadań, wytrzymałość mechaniczną i odporność na zuŜycie, odporność na korozyjne działanie środowiska, zabezpieczenie przed przeciąŜeniem itd. Wymagania ekonomiczne sprowadzają się do rentowności osiąganej dzięki niskim kosztom wytwarzania przy wysokiej wydajności urządzenia oraz małemu zuŜyciu materiału. Wymagania technologiczne obejmują warunki dotyczące prostoty procesów technologicznych, łatwy montaŜ i demontaŜ oraz moŜliwość dokonywania napraw urządzenia prostymi sposobami. We wszystkich trzech grupach wymagań moŜemy zauwaŜyć warunki, które bezpośrednio odnoszą się do materiału, z którego ma powstać urządzenie. Konstruktor odpowiedzialny za prawidłowe opracowanie projektu powinien dokonać pełnej analizy materiałów, biorąc pod uwagę ich własności mechaniczne, technologiczne, plastyczne, cieplne, elektryczne, magnetyczne oraz chemiczne. Własności mechaniczne są to cechy związane z wytrzymałością materiału na działanie róŜnego rodzaju sił zewnętrznych, są kryterialnymi wielkościami w doborze materiałów. Poznanie własności materiałów nie jest wystarczające do oceny ich przydatności do określonego celu. Niezbędne jest tu jeszcze poznanie wpływu róŜnych czynników, np. temperatury, czasu, sposobu i wielkości obciąŜenia, kształtu i wymiarów przedmiotu, na zmiany tych własności. Metody badań własności mechanicznych moŜemy podzielić na dwie grupy: – własności technologiczne, decydujące o przydatności materiałów do określonej obróbki,
  32. 32. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 31 – własności wytrzymałościowe, do wyznaczania, których niezbędna jest znajomość siły lub momentu sił, jako jednej z wielkości mierzonych podczas badania. Własności technologiczne Cechy materiału charakteryzujące jego zachowanie się w czasie procesów produkcyjnych. W celu zbadania własności technologicznych określonego materiału naleŜy przeprowadzić tylko te próby, których wyniki będą informować o moŜliwości realizacji przewidywanej obróbki, np. materiały stosowane na odlewy poddaje się próbie lejności, obrabiane zaś przez skrawanie – próbie skrawalności, obrabiane plastycznie – badaniom własności plastycznych itd. WyróŜnia się: − własności odlewnicze, − skrawalność, − ścieralność, − własności plastyczne, − właściwości elektryczne, − właściwości cieplne, − właściwości magnetyczne, − właściwości chemiczne. Własności wytrzymałościowe: − twardość, − udarność, − wytrzymałość na rozciąganie, − wytrzymałość na skręcanie, − wytrzymałość na ścinanie, − wytrzymałość na ściskanie, − wytrzymałość na pełzanie, − wytrzymałość zmęczeniowa. Wytrzymałość zmęczeniowa JeŜeli na materiał działają siły zmieniające swą wartość okresowo w czasie, to mogą w nim powstać pęknięcia, chociaŜ napręŜenia określone w stosunku do początkowego przekroju próbki nie osiągnęły nigdy wartości, które przy stałym obciąŜeniu mogłyby spowodować zniszczenie materiału. Wytrzymałość zmęczeniowa lub granica zmęczenia, lub wytrzymałość trwała na zmęczenie to najwyŜszy poziom cyklicznego napręŜenia, który nie powoduje zniszczenia próbek poddanych badaniu do umownej, granicznej liczby cykli. Na wykresie zmęczeniowym granica zmęczenia uwidacznia się w postaci części poziomej. Jedynie materiały Ŝelazne oraz czysty węgiel wykazują efekt granicy zmęczenia. Jednak w przypadku tych materiałów efekt ten moŜe zostać zniwelowany przez działanie środowiska korozyjnego lub zmiennej amplitudy. Inne materiały nie wykazują efektu wytrzymałości trwałej. W polskich normach granicę zmęczenia oznacza się literą Z. ZaleŜnie od rodzaju obciąŜenia dla którego wyznaczono wartość dodaje się odpowiednie indeksy: r – rozciąganie; c – ściskanie; g – zginanie; s – skręcanie. ZaleŜnie od rodzaju cyklu dla którego wyznaczono wartość dodaje się odpowiednie indeksy: o – cykl wahadłowy; j – cykl odzerowy, jednostronny. Tolerancje, pasowania i chropowatość powierzchni Tolerancja wymiaru Wymiary pokazywane na rysunku technicznym są wymiarami nominalnymi, poŜądanymi przez konstruktora. Ze względu na nieuniknione niedokładności wykonawcze wymiary
  33. 33. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 32 rzeczywiste odbiegają od nominalnych. Konstruktor projektując element, musi sobie zdawać sprawę, jaką klasę dokładności będą reprezentować maszyny wykonujące dany element. W wielu przypadkach dla krytycznych wymiarów wymusza się tolerancję wykonania, dodając wielkość odchyłki do wymiaru nominalnego. Istnieją jednak przypadki, kiedy odchylenie od wymiaru nominalnego jest poŜądane. Ma to miejsce przy wykonaniu otworów oraz elementów cylindrycznych, w celu osiągnięcia odpowiedniego pasowania. W przypadku otworów mamy do czynienia z tolerancją wymiaru otworu, w przypadku elementów walcowych tolerancją wymiaru wałka. Tolerancję T określa się jako T = B – A gdzie: A – wymiar graniczny dolny; B – wymiar graniczny górny Rys. 15. Wymiarowanie tolerancji [opracowanie własne] Pasowanie Jest to skojarzenie pary elementów o tym samym wymiarze nominalnym, inaczej mówiąc połączenie dwóch elementów, z których jeden obejmuje drugi. Dotyczy zwykle wałka i otworu, a takŜe stoŜka i otworu stoŜkowego. W budowie maszyn wymagane pasowanie realizuje się poprzez odpowiedni dobór tolerancji wałków i otworów. Pasowanie oznacza się podając tolerancję otworu i wałka za znakiem „łamane” pomiędzy nimi, np. H7/e8. W budowie maszyn uŜywa się następujących rodzajów pasowań: − pasowanie luźne – zawsze istnieje w nim luz pomiędzy wałkiem a otworem. Wałek moŜe poruszać się wzdłuŜnie lub obracać w otworze. Stosowane w połączeniach ruchowych, − pasowania mieszane – istnieje w nim niewielki luz lub lekki wcisk. Stosowane do połączeń nie przenoszących obciąŜeń, − pasowanie ciasne – w tym pasowaniu wałek jest wciśnięty w otwór. Połączenie takie moŜe przenosić obciąŜenia (zobacz połączenia wciskowe). Chropowatość powierzchni Cecha powierzchni ciała stałego, oznacza rozpoznawalne optyczne lub wyczuwalne mechanicznie nierówności powierzchni, niewynikające z jej kształtu, lecz przynajmniej o jeden rząd wielkości drobniejsze. Chropowatość w przeciwieństwie do innej podobnej cechy – falistości powierzchni, jest pojęciem odnoszącym się do nierówności o relatywnie małych odległościach wierzchołków. Wielkość chropowatości powierzchni zaleŜy od rodzaju materiału i przede wszystkim od rodzaju jego obróbki. W budowie maszyn stosuje się dwa parametry (stosuje się więcej parametrów – te dwa moŜna uznać za podstawowe) określające: − średnie arytmetyczne odchylenie profilu od linii średniej, − wysokość chropowatości według dziesięciu punktów profilu.
  34. 34. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 33 Chropowatość mierzona jest specjalnymi urządzeniami pomiarowymi zwanymi profilometrami. Większość z produkowanych obecnie urządzeń jest w stanie zmierzyć obydwa parametry. Rys. 16. Znaki chropowatości [opracowanie własne] Na rysunkach technicznych chropowatość pokazuje się, stosując znak chropowatości wraz z poŜądaną wartością Ra lub Rz. Znak chropowatości umieszcza się w prawym, górnym rogu rysunku (odnosi się wtedy do wszystkich powierzchni elementu) lub/i wskazując specyficzną powierzchnię do której się odnosi. Symbol z wartością 1,25 oznacza chropowatość uzyskaną w dowolnej obróbce, symbol z wartością 2,25 – tylko obróbce skrawaniem, natomiast symbol z wartością 3,25 – dowolnej obróbce poza obróbką skrawaniem. Na symbolu z przykładowa wartością 4,25 umieszczono dodatkowe informacje dotyczące obróbki, a symbol z wartością 4,25 i okręgiem dotyczy wszystkich powierzchni całego obwodu. Klasyfikacja połączeń Połączenia w budowie maszyn wiąŜą elementy składowe tak, Ŝe mogą one wspólnie się poruszać oraz przenosić obciąŜenia. Ze względu na trwałość połączenia rozróŜnia się połączenia: − nierozłączne – w połączeniu takim elementy są złączone na stałe; próba ich rozłączenia zawsze wiąŜe się ze zniszczeniem elementu łączącego oraz często samych elementów łączonych, − rozłączne, w których rozłączenie jest moŜliwe i nie wiąŜe się z niebezpieczeństwem zniszczenia elementów łączonych. Do połączeń nierozłącznych zalicza się połączenia: − spawane, − zgrzewane, − klejone, − nitowe, − lutowane, − zaprasowywane. Do połączeń rozłącznych naleŜą połączenia: − wciskowe, − kształtowe (wpustowe, wielowypustowe, kołkowe, sworzniowe i klinowe), − gwintowe, − spręŜyste, − rurowe. Ze względu na przeznaczenie rozróŜnia się połączenia: – mechaniczne, – elektryczne.
  35. 35. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 34 Do połączeń mechanicznych zalicza się połączenia: – spawane, – zgrzewane, − lutowane, − nitowe, − klejone, − z wciskiem, − zaprasowywane, − gwintowe, − wpustowe, − wielowypustowe, − kołkowe, − sworzniowe, − klinowe. Do połączeń elektrycznych naleŜą połączenia: – spawane, – zgrzewane, – lutowane, – owijane, – zaciskane. Połączenia spawane Spawanie polega na trwałym łączeniu metali za pomocą ciepła doprowadzonego do miejsca, w którym ma powstać złącze spawane. Między częściami spawanego przedmiotu powstaje łącząca je spoina. Składa się ona ze stopionego metalu spawanego przedmiotu, zwanego metalem rodzimym oraz niekiedy ze stopionego spoiwa. Stopiony w obszarze spoiny metal na skutek stygnięcia krzepnie i łączy trwale obie części materiału rodzimego. Rys. 17. Złącze spawane [23, s. 240] ZaleŜnie od wzajemnego ustawienia spawanych części rozróŜnia się spoiny: czołowe, pachwinowe, otworowe i grzbietowe. Najczęściej spotykanymi metodami spawania są: spawanie elektryczne i gazowe. Przy spawaniu elektrycznym źródłem ciepła jest łuk elektryczny. Najczęściej stosuje się spawanie otuloną elektrodą topliwą. Łuk powstaje wtedy między elektrodą a elementem spawanym. Materiał dodatkowy powstaje ze stopienia elektrody. Spawanie moŜe być prowadzone ręcznie, półautomatycznie lub automatycznie. Przy spawaniu gazowym źródłem ciepła jest reakcja spalania gazu palnego (najczęściej acetylenu) z tlenem. Jako materiał dodatkowy przy spawaniu blach o grubości większej niŜ 2 mm stosuje się spoiwo w postaci drutu. Spawanie gazowe stosuje się przede wszystkim do
  36. 36. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 35 łączenia cienkich blach stalowych, łączenia elementów ze stopów lekkich, z Ŝeliwa i przy naprawach. Rys. 18. Spawanie acetylenowo-tlenowe [23, s. 245] Spawanie acetylenowo-tlenowe polega na nagrzewaniu i topieniu brzegów łączonych metali 1 płomieniem 2 palącym się u wylotu palnika 3. Zwykle topi się jednocześnie spoiwo w postaci drutu 4, doprowadzonego do miejsca spawania. Tlen i acetylen są doprowadzane do palnika węŜami gumowymi 5. Do podstawowego wyposaŜenia stanowiska spawania gazowego naleŜą: wytwornice, bezpieczniki, butle, reduktory i palniki. O wyniku spawania w duŜym stopniu decyduje prawidłowo uregulowany płomień palnika. Przy nadmiarze acetylenu powstaje płomień nawęglający, natomiast przy nadmiarze tlenu – płomień utleniający. Spawanie powinno odbywać się takim płomieniem, który w środkowej strefie składa się z mieszaniny tlenku węgla i pary wodnej (bez swobodnego węgla i tlenu). Połączenia zgrzewane Połączenia zgrzewane to połączenia materiałów przez ich docisk z jednoczesnym podgrzaniem łączonego miejsca do stanu plastycznego. Złącze otrzymywane przez zgrzewanie charakteryzuje się duŜą wytrzymałością mechaniczną, duŜą odpornością na szkodliwe oddziaływanie środowiska, małą rezystancją przejścia. Dodatkowa zaletą połączenia zgrzewanego to małe wymiary, wynikające m.in. z faktu, Ŝe do jego wykonania zbędne są jakiekolwiek dodatkowe materiały lub elementy wiąŜące. Wymienione zalety sprawiają, Ŝe zgrzewanie znajduje zastosowanie takŜe w przypadkach, gdy wymagana jest duŜa gęstość montaŜu. Pewnym mankamentem zgrzewania jest konieczność doprowadzenia energii cieplnej do elementów łączonych (moŜe to spowodować ich przegrzanie) oraz trudności w zautomatyzowaniu. Do podstawowych rodzajów zgrzewania zalicza się zgrzewanie: − czołowe – stosuje się do łączenia prętów, odkuwek i innych elementów, w których zgrzeina obejmuje całe pole powierzchni styku, − punktowe – stosuje się do łączenia cienkich blach, blach z róŜnymi kształtownikami itp, − liniowe – umoŜliwia wykonanie połączeń szczelnych z cienkiej blachy: rur z szwem, pojemników, a takŜe połączeń kształtowych, stosowanych w róŜnych dziedzinach przemysłu, − garbowe (odmiana zgrzewania punktowego) – garby mają najczęściej kształt czaszy kulistej i słuŜą m.in. do usztywnienia części wykonanych z cienkich blach. Połączenia klejone Połączenia klejone – to takie połączenia, w których wykorzystuje się adhezyjne właściwości substancji klejowych. Klej wnika w drobne pory (nierówności) na powierzchni materiału, po czym twardnieje. Czasem przy klejeniu tworzyw sztucznych dodatkowo następuje częściowe rozpuszczenie powierzchni klejonych. Połączenie tego typu w budowie
  37. 37. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 36 maszyn stosowane jest często, zwłaszcza jeśli trzeba połączyć róŜne materiały (metal, tworzywa sztuczne, szkło, gumę itp). − Zaletą klejenia metali jest moŜliwość wykorzystania pełnej wytrzymałości elementów łączonych, zwłaszcza przy łączeniu stopów lekkich. Wynika to stąd, Ŝe przenoszenie obciąŜenia za pomocą warstwy kleju nie powoduje spiętrzenia napręŜeń ani nie powoduje osłabienia materiału części łączonych, jak w przypadku spawania czy nitowania. Drugą waŜną zaletą tej metody to odporność na korozję. Klej jest równieŜ dobrym izolatorem, co wykorzystuje się w przemyśle elektronicznym. − Wadą tej metody jest konieczność stosowania znacznych nacisków i działanie temperatury oraz to, Ŝe wytrzymałość połączeń klejonych spada ze wzrostem temperatury. Kolejną wadą jest konieczność starannego przygotowania i oczyszczenia mechanicznego, a często i chemicznego powierzchni łączonych. Rys. 19. Połączenia klejone: a) zakładkowe, b) zakładkowe zukosowane, c) zukosowane wpuszczone, d) zakładkowe jednostronne, e) zakładkowe dwustronne, f) zakładkowe dwustronne zukosowane, g) kątowe czołowe, h) kątowe wpuszczone, i) kątowe ze stopką jednostronną, j) kątowe ze stopką dwustronną [14, s. 133]. Połączenia nitowe Połączenia nitowe stosowane są do łączenia blach lub elementów konstrukcji stalowych – dźwigarów, wsporników, wiązarów itp., za pomocą łączników, zwanych nitami. Połączenie nitowe naleŜy do grupy połączeń nierozłącznych. Na rys. 20 przedstawiono przykłady łączenia blach za pomocą nitów. Nit przechodzi z luzem przez otwory w obu częściach łączonych, a następnie jego wystająca walcowa część jest odkształcana tak, Ŝe tworzy tzw. zakuwkę. Aby moŜliwe było uformowanie zakuwki, długość nitu l musi być odpowiednio większa od łącznej grubości łączonych blach. Rys. 20. Połączenie blach za pomocą nitów: a) przed odkształceniem nitu, b) po uformowaniu zakuwki [14, s. 35]
  38. 38. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 37 RozróŜnia się następujące połączenia nitowe (zaleŜnie od spełnionych wymagań): − mocne – spełniające jedynie warunki wytrzymałościowe, stosowane w konstrukcjach budowlanych, dźwigniowych, − szczelne – spełniają warunek szczelności obok warunków wytrzymałościowych, stosowane we wszelkiego rodzaju zbiornikach słuŜących do przechowywania, transportu, przeładunku lub przeróbki cieczy, gazów i ciał sypkich, − mocno-szczelne – gwarantują wysoką szczelność i duŜą wytrzymałość, stosowane w zbiornikach znajdujących się pod duŜym ciśnieniem wewnętrznym, np. w walczakach kotłów parowych. Połączenia nitowe naleŜy tak konstruować, aby nity były poddane działaniu napręŜeń ścinających. Ze względów konstrukcyjnych połączenia nitowe dzieli się na zakładkowe i nakładkowe. Nitowanie moŜe odbywać się na zimno lub na gorąco (temperatura podgrzania nitu 700°C – nitowanie maszynowe lub 1000–1100ºC – nitowanie ręczne). Do wykonania połączenia nitowego ręcznego słuŜą przyrządy nitownicze, takie jak: młotki, wsporniki i nitowarki ręczne. Do nitowania maszynowego słuŜą maszyny, zwane niciarkami. Rys. 21. Nitowanie ręczne: 1 – łączone blachy, 2 – łeb nitu, 3 – trzon nitu, 4 – zakuwka, 5 – przypór, 6 – nagłówniak, 7 – kleszcze (obejma) [9, s. 1060] Połączenia przez zalewanie, zaprasowanie, wtopienie W częściach wykonanych jako odlewy ciśnieniowe ze stopów cynku, aluminium oraz w wypraskach z tworzyw sztucznych moŜna zalewać bądź zaprasowywać inne elementy, całkowicie wykończone, wykonane np. z materiałów twardych lub o większej wytrzymałości. W ten sposób zalewa się wkładki z gwintem (gwint jest trudno odlać, a ponadto wytrzymałość gwintu wykonanego w tworzywie sztucznym jest niewielka), wałki, kołki, wkładki z blachy oraz tulejki łoŜyskowe mosięŜne lub brązowe. Przykłady ilustrujące wymienione rozwiązania przedstawiono na rys. 22. Rys. 22. Przykłady zalewania i zaprasowywania końcówek lutowniczych [14, s. 38]
  39. 39. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 38 Połączenia lutowane Lutowanie jest to spajanie metali przez doprowadzenie spoiwa, zwanego lutem w stanie ciekłym do szczeliny między powierzchniami łączonymi. Podczas lutowania łączone powierzchnie nagrzewają się do temperatury topnienia lutu, która jest niŜsza od temperatury topnienia metali elementów łączonych. W zaleŜności od temperatury topnienia lutowia, rozróŜnia się lutowanie: − miękkie – przy uŜyciu lutów o temperaturze topnienia do 450°C; głównym składnikiem lutu jest cyna i ołów, − twarde – przy uŜyciu lutów o temperaturze powyŜej 450°C; głównym składnikiem lutu jest miedź i cynk. W połączeniach elektrycznych zwykle stosuje się lutowanie miękkie. Połączenia wykonane lutem miękkim są szczelne, ale mają małą wytrzymałość. Lutowanie twarde zapewnia połączeniu większą wytrzymałość, ma ono jednak pewne niekorzystne cechy – podobnie jak spawanie ulega utlenianiu. Inne podziały procesów lutowania: Ze względu na miejsce lutowania: − powlekanie powierzchni lutem, − lutowanie połączeń elektrycznych, − lutowanie szczelin, − spajanie. Ze względu na sposób usuwania tlenków: − lutowanie z topnikiem, − lutowanie w osłonie gazowej. Ze względu na technologię lutowania: − lutowanie na fali, − lutowanie na stacji lutowniczej. Ze względu na sposób wykonywania lutowania − lutowanie ręczne, − lutowanie maszynowe. Ze względu na rodzaj połączenia rozróŜnia się połączenia: − zakładkowe, − nakładkowe, − przykładkowe. Rys. 23. Połączenia lutowane: a) zakładkowe, b) zakładkowe zukosowane, c) nakładkowe, d) przykładkowe [23, s. 131]
  40. 40. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 39 Wszystkie luty miękkie są wytwarzane na bazie cyny i ołowiu, często z małym dodatkiem miedzi, srebra, kadmu albo cynku. PowyŜej temperatury ok. 183°C luty miękkie zaczynają się topić. W elektrotechnice stosuje się często luty rurkowe (tinole) zawierające wewnątrz topnik, np. S-Sn63Pb37 (63% cyny, reszta ołowiu i innych dodatków). Połączenie wciskowe. Ze względu na budowę połączenia wciskowe dzielą się na połączenia: − bezpośrednie, w których uczestniczą tylko elementy łączone, − pośrednie, w których uczestniczą dodatkowe elementy takie jak tuleje, pierścienie itp. Ze względu na sposób łączenia połączenia wciskowe dzielą się na połączenia: – skurczowe, – wtłaczane. Połączenie wciskowe powstaje w wyniku wtłoczenia czopa w piastę, mającą mniejszą średnicę niŜ czop. Do wtłaczania duŜych części stosuje się prasy hydrauliczne, śrubowe i zębatkowe oraz specjalne przyrządy. Małe części moŜna wtłaczać przez wbijanie za pomocą młotka, którym uderza się w podkładkę umieszczoną na wtłaczanym przedmiocie. Przy tym sposobie wtłaczania moŜliwe jest odkształcenie się wtłaczanej części wskutek jej ukośnego ustawienia przy wbijaniu. W celu uniknięcia tego odkształcenia stosuje się trzpienie do wtłaczania, które wbija się do otworu wraz z częścią wtłaczaną. Połączenia kształtowe (wpustowe, wielowypustowe, kołkowe, sworzniowe i klinowe) W połączeniach kształtowych łączenie części współpracujących oraz ustalanie ich wzajemnego połoŜenia uzyskuje się przez odpowiednie ukształtowanie ich powierzchni (w połączeniach bezpośrednich) lub zastosowanie dodatkowych łączników (w połączeniach pośrednich). W połączeniach bezpośrednich na powierzchniach styku są wykonane występy i wgłębienia, które po połączeniu elementów spełniają funkcję łącznika. Na rysunkach 24–27 pokazano róŜne rodzaje połączeń kształtowych. Podstawowym zadaniem połączeń kształtowych jest przenoszenie obciąŜeń (siły wzdłuŜnej, poprzecznej lub momentu skręcającego) działających na łącznik. Części łączone mogą być nieruchome względem siebie (połączenie spoczynkowe) lub przesuwne wzdłuŜ osi (połączenie ruchome). Rys. 24. Połączenie wpustowe [14, s. 372] Rys. 25. Połączenie kołkowe poprzeczne [14, s. 384] Rys. 26. Połączenie klinowe poprzeczne: 1 – klin, 2 – drąg, 3 – tuleja [14, s. 370] Rys. 27. Połączenie sworzniowe [14, s. 145]
  41. 41. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 40 Połączenia gwintowe Połączenie gwintowe otrzymuje się, wkręcając element z gwintem zewnętrznym wykonanym na wałku (wkręt, śruba) w element z gwintem wewnętrznym wykonanym w otworze (nakrętka). Rys. 28. Geometria gwintu: a) zewnętrznego, b) wewnętrznego [14, s. 41] Gwint uzyskuje się przez wykonanie na walcowej (rzadziej stoŜkowej) powierzchni elementu jednego (gwint jednokrotny), czasem wielu śrubowych rowków o określonym kształcie zarysu (gwint wielokrotny). W sposób poglądowy powstawanie linii śrubowej moŜna objaśnić nawijając na walec o średnicy d trójkąt prostokątny o podstawie πd i wysokości Ph (skok linii śrubowej). Przeciwprostokątna tego trójkąta tworzy z podstawą kąt γ (kąt wzniosu linii śrubowej). Gwint zewnętrzny moŜna wykonać za pomocą noŜa tokarskiego, przez nacinanie narzynką, frezem, tarczą szlifierską lub przez walcowanie. Gwint wewnętrzny zwykle wykonuje się za pomocą noŜa tokarskiego lub gwintownika. W zaleŜności od kształtu zarysu gwintu rozróŜnia się gwinty: trójkątne, prostokątne, trapezowe i okrągłe. Najczęściej są stosowane znormalizowane gwinty metryczne o zarysie trójkątnym (o ściętych dnach i występach) o kącie zarysu α = 60°. Znormalizowane gwinty metryczne są samohamowne. Oznacza to, Ŝe w połączeniu gwintowym śruba nie moŜe się obrócić na skutek przyłoŜenia do niej siły osiowej. Do obrotu śruby niezbędne jest przyłoŜenie momentu obrotowego. Gwintowe elementy złączne: śruby, wkręty, nakrętki oraz podkładki są znormalizowane. Normy określają kształty i wymiary tych elementów oraz materiały, z jakich są wykonane (stal i mosiądz). Śrubę obraca się kluczem (ma ona w tym celu odpowiednio ukształtowany łeb). Przykłady najczęściej stosowanych znormalizowanych elementów gwintowych przedstawiono na rysunku 29. Rys. 29. Przykłady znormalizowanych elementów złącznych: a) śruba z łbem sześciokątnym, b) wkręt z łbem walcowym, c) wkręt z łbem stoŜkowym, d) wkręt dociskowy, e) nakrętka sześciokątna, f) podkładka okrągła, g) podkładka spręŜysta [14, s. 42]

×