Wprowadzenie do inżynierii mechanicznej

Krzysztof Marzec

WPROWADZENIE DO INŻYNIERII MECHANICZNEJ

słowa kluczowe: inżynieria mechaniczna
wprowadzenie do techniki

Podręcznik dla studentów Wydziału Budowy Maszyn i Lotnictwa
kierunków: mechanika i budowa maszyn; mechatronika;
inżynieria produkcji; lotnictwo i kosmonautyka; inżynieria środków transportu
do wykładów z przedmiotu „wprowadzenie do techniki”.

© Copyright by Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
Rzeszów 2022

ISBN 978-83-7934-556-4

liczba stron – 169

oprawa miękka

spis treści

Wykaz oznaczeń                      7

Wstęp              11

1.         Wprowadzenie             13

1.1.      Podstawowe pojęcia                 13

1.1.1. Nauka                13

1.1.2. Wiedza              14

1.1.3. Technika            16

1.1.4. Technologia                   18

1.1.5. Inżynieria                       19

1.2.      Jednostki miar układu SI                      23

1.3.      Pomiar             25

1.3.1. Narzędzia pomiarowe                 25

1.3.2. Przyrządy suwmiarkowe             29

1.3.3. Przyrządy mikrometryczne                     30

1.3.4. Przyrządy do pomiaru kątów                  30

1.3.5. Czujniki pomiarowe (pomiar bicia, średnicówki zegarowe)                      31

1.3.6. Maszyny pomiarowe                  31

1.3.7. Przyrządy do pomiaru chropowatości i falistości powierzchni                  31

1.4.      Istota mechanizmu                   32

2.         Wybrane zagadnienia mechaniki ogólnej                      37

2.1.      Mechanika ogólna                   37

2.2.      Mechanika ciała sztywnego                  38

2.2.1. Podstawowe definicje                 38

2.2.2. Siły oddziałujące na ciała materialne                   39

2.2.3. Założenia mechaniki ciała sztywnego                  40

2.2.4. Statyka               42

2.2.4. Kinematyka                    50

2.2.5. Dynamika                      58

2.3.      Mechanika ciała odkształcalnego                     62

2.3.1. Podstawowe założenia                62

2.3.1. Odkształcenia materiału              63

2.3.2. Wektor naprężenia                     67

2.3.3. Rozciąganie i ściskanie               69

2.3.4. Próba osiowego rozciągania (prawo Hooke’a)                 71

2.4.      Mechanika cieczy i gazów                   75

2.4.1. Podstawowe założenia                75

2.4.2. Podstawowe właściwości płynów            77

2.4.3. Przepływ laminarny i turbulentny (doświadczenie Reynoldsa)                 81

2.4.4. Warstwa przyścienna                  83

3.         Wybrane zagadnienia projektowo-konstrukcyjne                      85

3.1.      Definicja oraz etapy procesu projektowo-konstrukcyjnego                    85

3.2.      Normalizacja               89

3.3.      Dokumentacja konstrukcyjna               91

3.3.1. Wprowadzenie               91

3.3.2. Metody rzutowania                     92

3.3.3. Arkusze rysunkowe                    96

3.3.4. Linie rysunkowe             96

3.3.5. Podziałki rysunkowe                  96

3.3.6. Rodzaje dokumentacji konstrukcyjnej                 97

3.3.7. Weryfikacja dokumentacji konstrukcyjnej                       101

3.4.      Weryfikacja niezgodności produkcyjnych                     101

3.5.      Specyfikacja tolerancji geometrycznych wyrobu                       105

3.5.1. Wiadomości wprowadzające                   105

3.5.2. Tolerowanie wymiarów              108

3.5.3. Pasowania                      111

3.5.4. Bazy konstrukcyjne                    112

3.5.5. Tolerancje kształtu                     113

3.5.6. Tolerancje kierunku                    117

3.5.7. Tolerancje położenia                  118

3.5.8. Tolerancje bicia              120

3.6.      Mikrostruktura powierzchni (chropowatość)                 122

3.7.      Systemy CAD, CAE                124

3.8.      Materiały konstrukcyjne                      130

3.8.1. Właściwości materiałów konstrukcyjnych            130

3.8.2. Metale i ich stopy                       130

3.8.3. Ceramika            132

3.8.4. Tworzywa sztuczne (polimery syntetyczne)                     133

3.8.5. Kompozyty                    134

4.         Wybrane zagadnienia technik wytwarzania wyrobów                135

4.1.      Wprowadzenie             135

4.2.      Odlewnictwo               136

4.3.      Obróbka plastyczna                 139

4.3.1. Wprowadzenie               139

4.3.2. Kucie                 139

4.3.3. Walcowanie                   140

4.3.4. Tłoczenie                       142

4.4.      Obróbka skrawaniem               144

4.4.1. Wprowadzenie               144

4.4.2. Frezowanie                    146

4.4.3. Toczenie            149

4.4.4. Obróbka otworów                      150

4.4.5. Struganie, dłutowanie                 151

4.4.6. Przeciąganie                   152

4.4.7. Szlifowanie                    152

4.4.8. Obróbka CNC                153

4.4.9. Komputerowe metody wspomagania obróbki CAM                     153

4.5.      Obróbka erozyjna                    155

4.5.1. Obróbka elektroerozyjna             155

4.5.2.Obróbka elektrochemiczna                      156

4.5.3. Obróbka strugą cieczy                157

4.5.4. Obróbka strumieniem cząstek                 158

4.6.      Techniki przyrostowe               158

Literatura                     161

Spis norm                    164

Spis rysunków             165

Spis tabel                     169

Wstęp

Inżynieria mechaniczna jest nauką o wykorzystaniu właściwości materii do projektowania, wytwarzania oraz eksploatacji wyrobów materialnych. Nauki zaliczane do inżynierii mechanicznej, badając zjawiska w świecie wyrobów powstałych w wyniku działalności człowieka, korzystają z wiedzy leżącej u podstaw nauk ścisłych i przyrodniczych (matematyki, fizyki, chemii itp.). Inży-nieria

mechaniczna obejmuje cały zakres zagadnień konstrukcyjnych, technologicz-nych, jakościowych oraz produkcyjnych związanych z wytwarzaniem wyrobów materialnych przez przemysł mechaniczny. Inżynieria mechaniczna jest zatem niezwykle obszerną nauką, wymagającą specjalistycznej wiedzy w każdym z jej obszarów. Przedstawiona dalej problematyka to jedynie ogólny zarys nauk o inżynierii mechanicznej, która stanowi syntezę podstawowych zagadnień o wykorzystaniu właściwości materii do tworzenia wyrobów materialnych.

W rozdziale pierwszym zostały przedstawione wybrane definicje z zakresu inżynierii mechanicznej z uwzględnieniem obowiązujących jednostek miar oraz sposobów prowadzenia pomiarów przy wykorzystaniu podstawowych narzędzi pomiarowych.

Zagadnienia zaprezentowane w rozdziale drugim nakreślają ogólny pogląd na inżynierię mechaniczną, stanowiąc wstęp do analizy zagadnień z dziedziny mechaniki. Przedstawiono wybrane aksjomaty oraz prawa mechaniki ciała sta-łego, jak i mechaniki cieczy i gazów.

W rozdziale trzecim zostały omówione poszczególne etapy procesu pro-jektowo-konstrukcyjnego z uwzględnieniem normalizacji, sposobów tworzenia dokumentacji konstrukcyjnej, metod jej weryfikacji oraz specyfikacji tolerancji geometrycznej wyrobu. Przedstawiono komputerowe techniki wspomagania procesu projektowego CAD oraz CAE. Zaprezentowano również metody wery-fikacji niezgodności produkcyjnych.

W rozdziale ostatnim zostały przedstawione wybrane zagadnienia technik wytwarzania wyrobów metodami bezubytkowymi, ubytkowymi oraz przyro-stowymi. Zwrócono uwagę na wspomaganie procesów produkcyjnych kompu-terowymi technikami wytwarzania CAM oraz zalety wykorzystania obrabiarek sterowanych numerycznie (CNC) w procesach obróbczych.

Podręcznik jest przeznaczony dla studentów wydziałów mechanicznych rozpoczynających studia na uczelniach technicznych.