Rakendusmehaanika (0)

EESTI MEREAKADEEMIA RAKENDUSMEHAANIKA ÕPPETOOL
MTA 5298 RAKENDUSMEHAANIKA
LOENGUMATERJAL
Koostanud: dotsent I. Penkov
TALLINN
2010
EESSÕNA
Selleks, et aru saada kuidas see või teine masin töötab, peab teadma millistest osadest see koosneb ning kuidas need osad mõjutavad teineteist. Selleks aga, et taolist masinat konstrueerida tuleb arvutada ka iga seesolevat detaili.
Masinaelementide arvutusmeetodid põhinevad tugevusõpetuse printsiipides, kus vaadeldakse konstruktsioonide jäikust, tugevust ja stabiilsust. Tuuakse esile arvutamise põhihüpoteesid ning detailide deformatsioonide sõltuvuse väliskoormustest ja elastsusparameetritest. Detailide pinguse analüüs lubab optimeerida konstruktsiooni massi, mõõdu ja ökonoomsuse parameetrite kaudu.
Masinate projekteerimisel omab suurt tähtsust detailide materjali õige valik. Masinaehitusel kasutatavate materjalide nomenklatuur täieneb pidevalt, rakendatakse efektiivseid meetodeid tugevusomaduste tõstmiseks. Moodustatakse uusi materjale metallpulbri baasil ning laialt kasutatakse plastmasse. Spetsiaalsed pinnakatted tõstavad detailide töö- ja kulumiskindlust ning kaitsevad korrosiooni eest.
Masinate ja nende elementide liikumistäpsus põhineb mehaaniliste süsteemide liikumisseadustel, mida vaadeldakse teoreetilises mehaanikas ja masinamehaanikas. Teoreetiline mehaanika jagatakse kolme ossa . Staatika vaatleb jõudu ning nende tasakaalutingimusi. Kinemaatikas uuritakse mehaanilist liikumist välisjõudu arvestamata ning dünaamika käsitleb liikumist põhjustava energiaallika ja liikumisega saavutatud tulemust.
Aine „Rakendusmehaanika “ haarab masinate ja mehhanismide projekteerimisprotsessi tervikuna : alates ülesanne püstitamisest ja variantide võrdlusest kuni kolmemõõtmelise modelleerimiseni ja valmiskonstruktsiooni analüüsini.
SISSEJUHATUS
Masinaks nimetatakse mehhanismi või mehhanismide kooslust, mis on ette nähtud inimese füüsilise või vaimse töö kergendamiseks ja töö tõhususe tõstmiseks. Tänapäeva masinad kujutavad endast mehhatroonikasüsteeme, kus mehaanilised, elektroonilised ja infotehnoloogilised allsüsteemid tagavad tervikliku tööprotsessi.
Masinad jagunevad töö-, jõu-, kontroll- ja juhtimismasinateks.
Töömasinad on masinad, mis muudavad detailide või materjalide kuju, mõõtmeid ja omadusi või siis teisaldavad mitmesuguseid laste. Jagunevad tehnoloogilisteks masinateks ja transpordimasinateks.
Jõumasinad muundavad üht liiki energiat teist liiki energiaks ning käivitavad töömasinaid.
Kontroll- ja juhtimismasinaid kasutatakse tootmise automatiseerimiseks ning kiiresti kulgevate ja pidevalt kontrollitavate tootmisprotsesside juhtimiseks .
Masinate koostisosadeks on mehhanismid , mis muudavad üht liiki liikumist teiseks.
Mehhanism – kehade (lülide) tehissüsteem, mis muundab ühe või mitme keha ( vedava lüli) etteantud liikumise süsteemi teiste kehade (veetavate lülide) soovitavaks liikumiseks.
Iga mehhanism või seadis koosneb detailidest, mis on ühendatud koostuks.
Detail - toode ( masinaelement ), mis valmistatud ühest materjalist koosteoperatsioone kasutamata (kruvi, võll , valatud korpus jne.).
Element - kindlat funktsiooni täitev masina elementaarosa (näit. veerelaager , aga ka enamus detaile).
Koost ehk sõlm - tootvas tehases elementidest koostatud toode (koostamisüksus).
Liiteid kasutatakse detailide omavaheliseks ühendamiseks . Masinates esinevad liited jagatakse kahte põhigruppi- liikuvad ja liikumatud liited. Liikuvad liited (juhikud) tagavad detailide suhtelise pöörlemis-, translatoorse või liitliikumise. Liikumatuid liiteid kasutatakse detailide omavahel jäigaks ühendamiseks ning masinate kinnitamiseks alustele või vundamentidele. Liikumatud liited võivad omakorda olla lahtivõetavad ja mittelahtivõetavad.

MASINA STRUKTUURIOSAD

KUJU- JA VORMI-ELEMENDID

LIITED

AJAMID

DETAILID

ÜLEKANDED

Ülekannete all mõistetakse seadmeid, mis võimaldavad mehaanilist energiat üle kanda vahemaa taha ning seejuures muuta pöördemomente, jõude, kiirusi või liikumise iseloomu.
Ajam on töömasinat või -mehhanismi käivitav seade, mis koosneb jõuallikast, ülekandeseadmest ja juhtimisaparatuurist. Eristatakse mehaanilist, elektrilist , hüdraulilist, pneumaatilist ajamit, vedruajamit, sisepõlemismootorit jt.
Mehhanismi kinemaatikaskeem koostatakse mehhanismi liikumise uurimiseks. Skeem tehakse mõõtkavas , millest peetakse rangelt kinni. Skeemil näidatakse kinemaatilised paarid tingmärkidega.
MASINA STRUKTUURIOSA TINGLIK TÄHISTUS KINEMAATIKASKEEMIS
– võll , telg , varras – kinnislüli – detaili ja võlli
mitteliikuv ühendus
KINEMAATILISED PAARID
– pöörlemispaar – translatsioonipaar
– kruvipaar – silinderpaar
LAAGRID
– radiaalne liugelaager – kahepoolne radiaal -tugi liugelaager
– ühepoolne aksiaalne – radiaalne veerelaager
liugelaager
– ühepoolne radiaal-tugi – kahepoolne aksiaalne veerelaager
veerelaager
ÜLEKANDED JA ÜHENDUSELEMENDID
– sidur – nukk
– hõõrdülekanne
– pidur – nookur
– rihmülekanne – kettülekanne
– silindriline – kooniline
hammasülekanne hammasülekanne
– tiguülekanne – kruviülekanne
SULATUD JUUSTU VILLIMISMASIN; AS TERE, TALLINN
KONSTRUEERIMINE
Masinate konstrueerimisel on väga raske pakkuda teatud „konstrueerimise eeskirju“ – lahendusi igale võimalikule probleemile. Suures osas atraktiivse ja kvaliteetse masina loomine sõltub konstruktori oskustest ja andekusest. Tänapäeva konstruktor peab omama ruumilist mõtlemist ja ettekujutust, valdama laialdasi teoreetilisi teadmisi ja olema ka disainer . Ehk viimane võib olla ka esmajärguline.
Soetades endale auto, masina või mõni muu seadme, lähtub inimene sellest, kas see meeldib visuaalselt , kas on mugav ja müravaba. Seejuures töökindlus ja kvaliteet on võetavaid kui masina loomulikud omadused. Siiski, inimene lähtub oma valikul eelkõige masina funktsionaalsest vajadusest: konkreetset masinat soetatakse konkreetsete funktsioonide täitmiseks.
Masina funktsioon on konstrueerimise alus. Konstrueerimise eesmärgiks aga on ettenähtud funktsionaalse ülesande võimalikult põhjalik lahendamine. Selle saamiseks peab konstruktor selgelt teadma masina funktsiooni ja oskama kujutada võimalikke lahendusmeetodeid.
Funktsionaalse ülesande lahendamiseks on võrdväärse tähtsusega nii masina geomeetriline kuju ( konstruktsioon ) kui ka materjalid ja valmistamise tehnoloogia . Suuresti nende kolme parameetritega on määratav projekteeritava masina omahind .
Masina funktsioonide teostamist võib esitada kolme süsteemi kaudu: mehaaniline -, mõõtmis- ja juhtimissüsteem . Masina kvaliteetseks töötamiseks on kõik kolm osa väga tähtsad. Mehaaniliselt saab teostada ettenähtud liikumisi või saavutada vajalikud olekud . Saadud tulemust saab mõõta ja registreerida. Vajadusel parandada tekkinud vigu või anda käsk järgmise protsessi teostamiseks.
Konstrueerimise üheks tähtsaks aspektiks on lahenduste järgitavus. Tänu arvutitehnikale on võimalik meeles hoida kõik varem projekteeritud masinad ja nende sõlmed . Konstruktor ei pea joonestama välja kõik detailid, liited või sõlmed vaid saab kasutada valmisolevat prototüüpi. Samuti ka ostetavaid detaile ja mooduleid on võimalik importeerida tootja või tarnija infopankadest.
Peale konstruktsioonide ja tüüplahenduste panga kasutatakse materjalide ja tehnoloogiate panku. Samuti ka informatsiooni varem katsetatud ja kasutatud mudelitest.
Projekteerimiskulgu võib esitada järgmiselt
Sellele järgneb prototüübi valmistamine ja katsetamine, jooniste ja spetsifikatsioonide korrigeerimine ning tootmisse suunamine.
Detaili konstrueerimine toimub järgmiselt:

• arvutusskeemi koostamine;
  
• detailile mõjuvate koormuste kindlakstegemine ;
  
• materjali valik;
  
• projektarvutus ;
  
• detaili joonestamine ja masina mudeli koostamine.
  

Kontrollarvutus viiakse läbi kas analüütiliselt või numbriliselt, kasutades lõplike elementide meetodit (LEM).
2. TEHNOMATERJALID . MATERJALIDE OMADUSED JA
TUGEVUSNÄITAJAD
Tehnikas kasutatavaid materjale nimetatakse tehnomaterjalideks. Neid jagatakse kahte suurte gruppi: metalsed ja mittemetalsed materjalid. Metalsete materjalide põhiesindajad: teras, malm , alumiiniumisulamid , vasesulamid , titaanisulamid jt. Mittemetalsete materjalide hulka kuluvad tehnoplastid , tehnokeraamika, plastkomposiitmaterjalid jt.
2.1. Materjalide omadused
Materjalide omadused võib jagada kolme gruppi: füüsikalised, mehaanilised ja tehnoloogilised omadused (vt. Tabel 2.1). Materjalide kasutusomadusi iseloomustavad talitlusomadused.
Tabel 2.1. Materjalide omadused.
Füüsikalised omadused
Mehaanilised omadused
Tehnoloogilised omadused
Talitlusomadused
Tihedus
Tugevus
Valatavus
Korrosioonikindlus
Sulamistemperatuur
Kõvadus
Survetöödeldavus
Kulumiskindlus
Soojuspaisumine
Sitkus
Lõiketöödeldavus
Pinnaomadused
Soojusjuhtivus
Plastsus
Termotöödeldavus
Tulekindlus
Elektrijuhtivus
Keevitatavus
Soojuspüsivus
Magnetilisus
Joodetavus
Ohutus
Keskkonnasõbralikkus

Materjalide füüsikalised omadused

Tihedus – materjali massi ja ruumala suhe. Ühikuks on mahuühiku mass, kg/m3.
Sulamistemperatuur – temperatuur (Ts), mil materjal läheb üle tardolekust vedelasse. Metallid liigitatakse kergsulavaiks (Ts  327 C), kesksulavaiks (327 C 1539 C) ja rasksulavaiks (Ts > 1539 C). Siin 327 C – plii sulamistemperatuur ja 1539 C – raua sulamistemperatuur.
Soojuspaisumine – keha mõõtmete muutumine temperatuurimuutustel. Tahkekehadel iseloomustatakse soojuspaisumist joonpaisumisteguriga  (näiteks terasel K-1).
Soojusjuhtivus iseloomustab soojuse kandumist ühest materjali osast teise.
Elektrijuhtivus on materjali võime juhtida elektrivoolu.

Talitlusomadused

Korrosiooniks nimetatakse materjali ja keskkonna (õhk, gaasid, vesi, kemikaalid) vahelist reaktsiooni, milles materjal hävib. Metallide korral eristatakse keemilist korrosiooni, mida põhjustavad keemilised reaktsioonid metallide ja agressiivsete gaaside või vedelike vahel, ja elektrokeemilist korrosiooni, mida põhjustavad elektrokeemilised reaktsioonid metalli ja elektrolüüdi kokkupuutepinnal. Korrosioonikindlamad on keraamika ja plastid .
Kulumine on protsess, mis toimub pindade hõõrdumisel, mille tagajärjel pinnalt eraldub materjali ja/või suureneb keha jääkdeformatsioon. Kulumine on kahjulik nähtus, mida püütakse vähendada kulumiskindlate materjalide või sobivate määrdeainete kasutamisega või muul viisil.

Materjalide mehaanilised omadused

Materjali vastupanu deformeerimisele ja purunemisele iseloomustavad materjalide mehaanilised omadused.
Tugevus on materjali võime purunemata taluda koormust, ebaühtlast temperatuuri vm. Materjalide tugevusnäitajaks on tugevuspiir (Rm). Metallidel veel voolavuspiir (ReH) või tinglik voolavuspiir (Rp) ja väsimuspiir (-1).
Kõvadus on materjali võime vastu panna kohalikule plastsele deformatsioonile. Tuntumad kõvadusteimid ( Brinelli , Rockwelli ja Vickersi meetod) põhinevad kõvast materjalist otsaku (identori) surumisel uuritava materjali pinda.
Plastsus on materjali võime purunemata muuta talle rakendatud väliskoormuse mõjul oma kuju ja mõõtmeid ning säilitada jäävat (plastset) deformatsiooni pärast väliskoormuse lakkamist.
Sitkus on materjali võime purunemata taluda dünaamilist koormust. Sitkusele vastupidine omadus on haprus .
Põhiliseks staatilise katsetamise mooduseks metallide puhul on tõmbeteim (malmi korral ka surveteim), vahelduv-korduvatel koormustel aga väsimusteim. Lähtudes sellest, kas katsetatavast materjalist katsekeha ( teimik ) või sellest valmistatud detail purustatakse või katsetamise käigus materjali või sellest detaili oluliselt ei kahjustata, eristatakse purustavaid ja mittepurustavaid katseid.
2.2. Materjalide eksperimentaalne katsetamine

2.2.1. Purustavad katsed

Tõmbeteim
Tõmbeteimil kasutatakse standartiseeritud varraskatsekehi (Sele 2.1). Katsekeha kinnitatakse katsemasinal (Sele 2.2) ja sujuvalt koormatakse tõmbejõuga. Mõõdetakse ja registreeritakse koormuste väärtused ja neile vastavad katsekeha deformatsioonid . Saadud tulemuste alusel ehitatakse tõmbediagramm (Sele 2.3).
Katsetamisel tõmbele määratakse tugevusnäitajatest:

tugevuspiir Rm, see on maksimaaljõule Fm vastav mehaaniline pinge
Rm,
kus Fm – maksimaaljõud,
A0 – teimiku algristlõikepindala.

voolavuspiir ReH (ülemine) ja ReL (alumine) – Sele 2.3, a:
ReH – pinge väärtus, mille saavutamisel esmakordselt täheldatakse jõu vähenemist,
ReL – pinge madalaim väärtus plastsel voolamisel.

tinglik voolavuspiir Rp – pinge, mille juures jääkpikenemine saavutab etteantud väärtuse protsentides (Sele 2.3, b), näiteks 0,2 % - tähis Rp0,2.
Tugevusnäitajate põhidimensioon on N/m2, tavaliselt kasutatakse N/mm2 (MPa).
Oluliseks näitajaks on ka proportsionaalsusepiir pr – suurim pinge, mille saavutamisel pinge ja deformatsioon on omavahel lineaarses sõltuvuses (kehtib Hooke i seadus).
Hookei seadus pikkel ( tõmbel ja survel )
kus E – materjali elastsusmoodul s.t. parameeter , mis iseloomustab materjali
elastset deformeeritavust,
 - detaili suhteline pikideformatsioon.
, kus l – detaili algpikkus, l – pikideformatsioon.
Siis ja , kus EA – detaili tõmbejäikus.
Plastsusnäitajatest määratakse katsetamisel tõmbele

katkevenivus A %
A,
kus L0 – teimiku algmõõtepikkus (Sele 2.4),
L – teimiku lõppmõõtepikkus pärast purunemist.

katkeahenemine Z %
Z,
kus A0 – teimiku algristlõikepindala,
A – teimiku minimaalne ristlõikepindala katkemiskohas.

Väsimusteim

Konstruktoripraktikas esinevad sagedamini vahelduv-korduvad (tsüklilised) koormused, mille tagajärjel tekivad märki muutvad pinged (surve-tõmbepinged), mis põhjustavad pragude teket detailide välispindadel.
Koormusetsüklit iseloomustavad järgmised parameetrid :

• väärtuselt suurim pinge max;
  
• väärtuselt vähim pinge min;
  
• keskmine pinge ;
  
• amplituudpinge ;
  
• asümmeetriategur .
  

Lähtudes koormuse suuruse ja/või suuna muutmisest eraldatakse kolm tüüpilist koormusetsüklit: üldtsükkel, ühepoolne ehk pulseeriv tsükkel ja sümmeetriline tsükkel (Sele 2.6). Neist praktikas enamohtlik on sümmeetriline tsükkel.
Tsüklilisel koormusel tekib ja areneb pragu ka pingetel, mis on allpool materjali tugevuspiiri, sageli ka voolavuspiiri.
Detaili tugevuse kahanemist kohaliku purunemisprotsessi tagajärjel vahelduvkoormuse toimel nimetatakse väsimuseks.
Väsimustugevust iseloomustab väsimuspiir R – maksimaalne pinge, mida materjal talub purunemata mingi N0 koormusetsüklite juures (baasarv N0 on terasel 107, mitterauasulamitel 108). Sümmeetrilise koormuse korral väsimuspiiri tähis on -1 (Sele 2.3).
Väsimusteimi tehakse erimasinaga (Sele 2.7), kus näiteks pöörlevat teimikut koormatakse paindekoormusega. Nii tekib pöörlev paine ja sellest muutlik-korduvad pinged (Sele 2.8; teimik kinnitatakse masinasse ühest või mõlemast otsast). Koormata võib ka tõmbe-survekoormusega või korduva väändekoormusega.
Väsimuspiiri eksperimentaalseks leidmiseks on vaja 8 ... 12 ühesugust siledat või kontsentraatoritega ( sooned , astmed , keermed jms) katsekaha. Esimest katsekeha koormatakse vahelduva pingega ligikaudu 0,8Rm (Rm – tugevuspiir) ja määratakse pingetsüklide arv kuni katsekeha purunemiseni. Järgmised koormused valitakse nii, et pinged 6 ... 8 katsekeha kasutamise juures väheneksid ligikaudu ühesuguste vahemike järel. Saadud tulemuste alusel ehitatakse väsimuskõver (Sele 2.10). Väsimuskõveraga sarnane kahjustuskõver iseloomustab maksimaalset pinget, mille mõjudes antud tsüklite arvu juures vigastust (pragu) veel ei teki.
Väsimuspurunemise murdepinnal (Sele 2.9) on iseloomulik reljeef – kaks teravalt piiritletud ala: üks on väsimusala, mille pind on plastselt deformeerunud ja sile, ning teine staatilise purunemise ala, mis harilikult on kiuline või kare.
Praktilises väsimustugevuse arvutamises on vaja teada materjali väsimuspiire mitmesuguste pingetsükli asümmeetriate korral, st. m ja a mitmesugusel suhtel . Arvukate katsete tulemusena saadud piirpingete diagrammilt on võimalik leida väsimuspiir pingetsükli suvalise asümmeetria korral. Kuna piirpingete diagrammi koostamine on väga kulukas ja töömahukas, siis kasutatakse praktikas sageli lähenddiagrammi (Sele 2.11), kus piirolukorda iseloomustab joon BCD. Konkreetset pingetsüklit iseloomustav punkt A (m; a) peab asuma halli ala sees. Kui punkt A paikneb hallist alast väljaspool, ei ole materjali väsimustugevus selle pingetsükli puhul piisav.
Praktilistes arvutustes on väsimustugevuse arvutus otstarbekas teha kontrollarvutusena. Sel juhul võetakse projekteerimisel väsimuse ohtu arvesse kaudselt , võttes lubatavad pinged mõnevõrra väiksemad. Kontrollarvutus seisneb lõplikult projekteeritud detaili varuteguri leidmises
kus S ja S – varutegurid vastavalt normaal - ja tangentsiaalpingete järgi.

2.2.2. Mittepurustavad katsed

Metalltoodete mittepurustava kontrolli meetodite ülesandeks on

• defektide avastamine toodete pinnal või nende sisemuses (poorid, praod , räbulisandid jms);
  
• materjalide keemilise koostise ja struktuuri määramine;
  
• füüsikaliste ja mehaaniliste omaduste mõõtmine ( soojus - ja elektrijuhtivus, kõvadus jt);
  
• tehnoloogiliste protsesside pidev kontroll (toote pikkus, paksus, pinnakvaliteet jt).
  

Mittepurustavad kontrollmeetodid võib jagada mitmesse rühma, millest põhilised on

• kõvaduse määramise meetodid;
  
• radiograafiameetodid;
  
• ultrahelimeetodid;
  
• magnetmeetodid;
  
• kapillaarmeetodid;
  
• elektrilised meetodid.
  

Nendele lisanduvad meetodite kombinatsioonid või võtted purustavate meetodite hulgast, näiteks reservuaaride hermeetilisuse kontrollimine suruvedeliku või – gaasiga . Mittepurustavate kontrollimeetodite hulka kuulub ka visuaalne vaatlus , makro- ja mikroanalüüs .

Kõvaduskatsed

Enam levinud mooduseks on kõvaduse mõõtmine otsaku sissesurumise teel. Otsaku küllalt suure jõuga sissesurumise tagajärjel deformeeritakse materjali pinnakihi plastselt. Peale koormuse kõrvaldamist jääb materjali pinnale jälg . Mida väiksem on kõvadus, seda sügavamale tungib otsak ja seda suurem on jälg.

Kõvaduse määramine Brinelli meetodil

Katseid viiakse läbi erimasinates (Sele 2.12). Kõvaduse määramisel Brinelli meetodiga surutakse katsetatavasse materjali karastatud teraskuul läbimõõduga (D) kuni 10 mm ja jõuga (F) kuni 29400 N (e. 3000 jõukilogrammi – kgf). Brinelli kõvadusarv määratakse kuulile toimiva jõu ja sfäärilise jälje pindala suhtena – Sele 2.13.
Brinelli kõvadust tähistatakse tähtedega HB katsetingimuste D = 10 mm, F = 3000 kgf, t = 10 ... 15 s korral, näiteks 185HB. Ühik on kgf/mm2, mida ei märgita.

Kõvaduse määramine Rockwelli meetodil

Kõvadus Rockwelli meetodil määratakse sissesurumise jälje sügavuse järgi: teraskuul läbimõõduga 1,6 mm ja jõud 980 N – skaala B; teemantkoonus või kõvasulamkoonus tipunurgaga 120 ja jõuga 580 N või 1470 N – vastavalt skaalad A ja C. Kõvadust iseloomustab kuuli või koonuse materjalisse sissetungimise sügavus – Sele 2.14.
Rockwelli kõvadust tähistatakse tähtedega HR, mille juurde lisatakse skaala indeks. Näiteks 48HRC - Rockwelli kõvadus C skaala järgi.

Kõvaduse määramine Vickersi meetodil

Vickersi meetod põhineb teemantpüramiidi sissesurumisel materjali. See meetod võimaldab määrata igasuguse kõvadusega metallide ja sulamite kõvadust ning sobib õhukese metalli kõvaduse määramiseks . Materjali sisse surutakse neljatahuline püramiid tahkudevahelise nurgaga 136, jõuga 9,8 ... 980 N. Vickersi kõvadusarv määratakse püramiidile toimiva jõu ja jälje pindala suhtena – Sele 2.15.
Tabel 2.2. Metallide kõvaduse määramise meetodid
Kõvadus
Tähistus
Otsaku kuju
Jõud, N
Mõõdetava materjali grupp
Brinell
HB
Kuul
29400
Pehme materjal ( süsinikteras , pulbermaterjal)
Rockwell A
HRA
Koonus
590
Kõva materjal ( kõvasulam )
Rockwell B
HRB
Kuul
980
Pehme materjal (süsinikteras)
Rockwell C
HRC
Koonus
1470
Kõva materjal (karastatud teras)
Vickers
HV
Püramiid
290
Pehme ja kõva materjal (alumiinium, vask, teras, kõvasulam)
2.3. Metalsed materjalid
Põhilised tehnomaterjalid valmistatakse rauasulamitest. Nende kasutusala on umbes kümme korda laiem kui teistel metallidel ja nende sulamitel. Suurem osa rauasulamitest on süsinikku sisaldavad sulamid – rauasüsinikusulamid, mis jagunevad järgmiselt:

• terased, mille süsinikusisaldus on kuni 2,14%;
  
• malmid , mille süsinikusisaldus on üle 2,14% (tavaliselt kuni 4%).
  

Peale süsiniku on terastes ja malmides alati teisi lisandeid, mis on jäänud sulameisse nende saamise käigus – need on tavalisandid, ja spetsiaalselt lisatud – need on legeerivad elemendid.

2.3.1 Teras

Süsinikteras sisaldab tavalisandeina mangaani , räni, fosforit , väävlit. Nende mõju võib olla märkimisväärne, kuigi süsinikteraste omadused on määratud eelkõige nende süsinikusisaldusega.
C-sisalduse suurenedes kasvab terase kõvadus, tugevus- ja voolavuspiir ning vastupanu väsimuspurunemisele; vähenevad aga plastsus- ning sitkusnäitajad. Süsinik avaldab mõju ka terase külmahapruslävele, soodustades terase haprumist madalatel temperatuuridel . C-sisalduse suurenemisega kaasneb terase tiheduse vähenemine (puhta raua korral on see 7840 kg/m3, 1,5% C-sisaldusega terase korral 7640 kg/m3), kasvab eritakistus , vähenevad soojusjuhtivus ja mõned magnetiliste omaduste näitajad.
Tabel 2.3. Tavalisandid terases
Lisand
Sisaldus %, kuni
Mõju terases
Si
0,5
Viiakse terasesse valmistusprotsessis desoksüdeerijana
Mn
1,0
Viiakse terasesse valmistusprotsessis desoksüdeerijana
P
0,05
Kahjulik lisand. Põhjustab terase külmahaprust
S
0,05
Kahjulik lisand. Põhjustab terase punahaprust
Peale süsiniku viiakse terastesse vajalike omaduste saamiseks mitmesuguseid spetsiaalseid lisandeid – legeerivaid elemente – Cr, Ni, W, V, Mo, Co jt, sealhulgas ka Mn ja Si, kui nende sisaldus ületab tavalisandina terasesse viidu (s.o Mn korral 1,65% ja Si korral üle 0,5%).
Legeeritavate elementide mõju terastes avaldub eelkõige järgmises:

• nad mõjutavad raua põlümorfsete muutuste ning eutektoidmuutuste temperatuure ja eutektoidi süsinikusisaldust terastes,
  
• tõstavad ferriidi ja sellega terase tugevust,
  
• avaldavad mõju muutustele terase termotöötlusel.
  

Teraseid liigitatakse järgmiselt

• Konstruktsiooniterased
  

• Ehitusterased
  
• Masinaehitusterased
  

• Lõike- ja mõõteriistaterased
  

• Stantsiterased (külm- ja kuumstantsiterased)
  
• Kiirlõiketerased
  

• Eriterased
  

• Roostevabad terased
  
• Kuumuskindlad terased
  
• Kulumiskindlad terased
  

Tabel 2.4. Legeerivad elemendid terastes
Element
Sisaldus %, üle
Mõju terastes
Si
0,5
Tõstab voolavuspiiri, halvendades plastsust . Trafoterastes kuni 4%
Mn
1,8
Tõstab terase tugevust ja kõvadust, suurendab läbikarastavust. Kulumiskindlates terastes  13%
Cr
0,5
Tõstab terase tugevust ja kõvadust, suurendab läbikarastatavust, tagab korrosioonikindluse (>12%Cr). Konstruktsiooniterastes 1 ... 2%, tööriistaterastes  12%
Ni
0,5
Tõstab terase sitkust, kasutatakse koos kroomiga. Konstruktsiooniterastes kuni 5%, roostevabades terastes 8 ... 10%
Mo
0,1
Alandab terase külmahaprusläve, vähendab noolutusrabedust, tõstab roometugevust
W
0,1
Tõstab terase kõvadust ja kulumiskindlust. Põhilisand kiirlõiketerastes
Co
0,1
Tugevdab terast; parandab selle magnetomadusi. Sideaine kõvasulameis
V
0,12
Tõstab terase kõvadust. Kasutatakse tera peenendajana

Ehitusterased

Ehitusterastena kasutatakse suhteliselt väikese süsiniku (kuni 0,2%) ja legeerivate elementide sisaldusega (Si ja Mn 1 ... 2%) teraseid. Harilikult kasutatakse ehitusteraseid mitmesuguste ristlõikega profiilmetallina ( nurkteras , talad, armatuur jt) ning valmistaja väljastatud olekus. Seetõttu ei kuulu ehitusterased täiendavale termotöötlusele. Hea keevitatavus on peamine tehnoloogiline omadus. Kuna paljud ehituskonstruktsioonid töötavad tihti madalatel temperatuuridel ja dünaamilistel koormustel, siis üheks tähtsamaks omaduste näitajaks on külmahaprusläve.
Tabel 2.5. Tavaehitusterased (EN10025)
Margitähis
Koostis %, max
Omadused min
C
Si
Muu
ReH, N/mm2
KU
T, C
J
S185
175
S235JR
0,2
1,4
235 ... 175
+20
27
S235J2
-20
27 ... 23
S275JR
0,2
1,4
275 ... 205
+20
27 ... 23
S275J2
27 ... 23
S355JR
0,22
1,6
355 ... 275
+20
27 ... 23
S355J2
-20
27 ... 23

Masinaehitusterased

Masinaosade valmistamiseks kasutatavad terased peavad olema töökindlad, see tähendab, et nendel peavad olema kõrged tugevusnäitajad Rm ja ReH või Rp0,2, vastuvõetav külmahapruslävi ja löögisitkus KU.
Tabel 2.6. Masinaehitusterased
Margitähis
Omadused, min
ReH, N/mm2
Rm, N/mm2
A, %
E295
295
490
20
E335
335
590
16
E360
360
670
11
a) Tsementiiditavad terased
Tsementiiditavate terastena kasutatakse madalsüsinikteraseid (0,1 ... 0,25% C), mille kõvadus peale tavakarastust on väike. Peale tsementiitimist (pinnakihi rikastamist süsinikuga, C-sisaldus viiakse  1%), karastamist ja madalnoolutamist on nende pinnakõvadus 58 ... 62HRC, südamiku kõvadus aga 30 ... 42HRC.
Tabel 2.7. Tsementiiditavad terased (EN10084)
Margitähis
Koostis %, max
Omadused, min
C
Cr jt
ReL, N/mm2
Rm, N/mm2
C10E
0,1
295
490
C15E
0,15
355
590
15Cr3
0,15
0, 7 Cr
440
690
20MnCr5
0,2
1,3 Cr 1,4 Mn
540
780
14NiCr14
0,14
0,95 Cr 2,75 Ni
685
880
b) Parendatavad terased
Parendatavad terased on kesksüsinikterased (0,3 ... 0,5%), milles on 3 ... 5% legeerivaid elemente. Nende termotöötlus seisneb karastamises (üldjuhul õlisse, mõnikord sulasoolas või õhus) ja kõrgnoolutamises temperatuuril 550 ... 600C. Peale sellist termotöötlust omandab teras struktuuri, mis talub hästi löökkoormusi. Parendatavaist terastest valmistatakse enamik masinaosi: võllid , hoovad, teljed jms.
Tabel 2.8. Parendatavad terased (EN10083)
Margitähis
Koostis %, max
Omadused, min
C
Cr jt.
Rp0,2, N/mm2
Rm, N/mm2
KU, +20C, J
C30E
0,3
300
500
40
C45E
0,45
370
630
25
28Mn6
0,28
1,6Mn
440
650
40
34Cr4
0,34
1,2Cr
460
700
40
34CrMo4
0,34
1,2Cr 0,3Mo
550
800
45
34CrNiMo6
0,34
1,7Cr 1,7Ni 0,3Mo
800
1000
45
c) Vedruterased
Keerd -, spiraal- ja lehtvedrusid ning teisi elastseid detaile iseloomustab see, et neis kasutatakse ainult terase elastsust; plastne deformatsioon on lubamatu. Seega on vedrumaterjalile peamine nõue kõrge voolavuspiir ja elastsusmoodul. Kuna vedrud töötavad vahelduv-korduvatel koormustel, siis on tähtis ka vedruteraste väsimuspiir; sitkus- ja plastsusnäitajad olulist tähtsust ei oma.
d) Kuullaagriterased
Rull- ja kuullaagrite töötingimuste iseärasus on kõrgest survest tingitud materjali lokaalne deformatsioon ja kuuli või rulli kontakt veerevõruga. Sellest tulenevalt peab kuullaagriteras olema suure kõvadusega (62HRC) ja väga ühtlase mikrosisaldusega, eelkõige kroomiga legeeritud teraseid.

Eriterased

a) Roostevabad terased
Korrosioonikindlatest terastest on enam levinud kroomi (vähemalt 12%), nikli jt legeerivaid elemente sisaldavad terased.
Roostevabade terastena on tuntumad:

• kroomterased (sisaldavad 13 ... 27% Cr, kusjuures Cr-sisalduse kasvuga suureneb ka terase korrosioonikindlus),
  
• kroomnikkelterased (legeeritud lisaks kroomile nikliga ning võivad sisaldada titaani, nioobiumi).
  

Tabel 2.9. Roostevabad terased
Margitähis
Koostis %, max
Omadused, min
C
Cr
Ni
Muu
Rp0,2, N/mm2
Rm, N/mm2
A, %
X12Cr13
0,12
14,0
250 (410)
400 (590)
20 (16)
X6Cr13
0,06
14,0
250
400
20
X3CrNiMoN27-5-2
0,03
28,0
6,5
2 Mo 2 Mn
450
600
20
X4CrNi18-10
0,04
19,0
11,6
2 Mn
195
500
45
X4CrNiN18-10
0,04
19,0
11,0
2 Mn
270
550
40
X4CrNiMo17-13-3
0,04
18,5
14,0
3 Mo 2 Mn
220
490
45
Roostevabadest terastest valmistatakse korrodeerivas keskkonnas töötavaid masinaosi, ehitusdetaile, arsti- ja köögiriistu jne.
b) Kulumiskindlad terased
Vastupanu kulumisele on otseselt seotud materjali pinnakõvadusega, millest tulenevalt kulumiskindluse tõstmiseks kasutatakse selliseid tugevdamise meetodeid nagu legeerimist, pindkarastamist, termokeemilist töötlemist ja pindamist.
Vähem tõhus on läbilegeerimine, eriti efektiivne on aga kõvade pinnete pealekandmine eri pindamismoodustega: leek-, plasma - ja detonatsioonpihustamine, pealesulatamise ja – keevitamise, sadestamise jm teel.
Legeerterastest kasutatakse kulumiskindlate terastena tsementiiditud ja suurema C-sisaldusega kroomi, mangaani, volframit jt elementidega legeeritud teraseid. Tuntumad on mangaanterased Mn- sisaldusega  12%.
c) Kuumuskindlad terased
Terase kuumuskindluse (kuumuspüsivus + kuumustugevus) tagab eelkõige kroomiga legeerimine. Kroom jt legeerivad elemendid moodustavad tihedad oksiidid nagu Cr2O3, Al2O3 või SiO2. Mida suurem on Cr-, Al- või Si- sisaldus rauas, seda kõrgem on selle kuumuspüsivus. Kuumuspüsivuse temperatuuril 900 C annab  10% Cr, 1000 C juures aga on vajalik Cr- sisaldus juba 25%.

Terase termotöötlus

Terase termotöötlus seisneb kuumutamises üle faasipiiri (de) ning järgnevas jahutamises kiirusel, mil faasimuutused kas toimuvad täielikult, osaliselt või üldse ei leia aset. Selle põhjal eristatakse kahte peamist terase termotöötluse moodust: lõõmutamine ja karastamine .
Lõõmutamine
Karastamine
Plastsus suureneb
Sisepinged vähenevad
Survetöödeldavus paraneb
Struktuur peeneneb
Lõiketöödeldavus paraneb
Kõvadus suureneb
Tugevus suureneb
Sitkus väheneb
Kulumiskindlus suureneb

Lõõmutamine

Lõõmutus on niisugune termotöötlemise viis, kus terast kuumutatakse üle faasimuutuse temperatuuri järgneva aeglase jahutamisega, tavaliselt koos ahjuga. Lõõmutamine on tavaliselt esmane termotöötlusviis, mille eesmärgiks on kas kõrvaldada kuumtöötluse eelmiste operatsioonide (valamise, sepistamise jne) defekte või valmistada struktuuri ette järgnevateks operatsioonideks (näiteks lõiketöötlemiseks või karastamiseks). Sageli on aga lõõmutamine lõplikuks termotöötlemise viisiks ja seda siis, kui lõõmutatud terase mehaanilised omadused on rahuldavad (ei vajata karastamist ja noolutamist).

Normaliseerimine

Normaliseerimine on selline termotöötluse viis, mille korral terast kuumutatakse 30 ... 50 C üle faasipiiri, seisutatakse sellel temperatuuril ja jahutatakse siis õhus. Normaliseerimise tulemusel muutub teras peeneteralisemaks, tugevus ja kõvadus on suurem kui lõõmutatud terasel. Normaliseerimist kasutatakse terase lõiketöödeldavuse parandamiseks ning sageli karastamise eeloperatsioonina.

Karastastamine

Terase tavakarastamine eeldab järgmisi etappe:

• terase kuumutamine üle faasipiiride;
  
• seisutamine sellel temperatuuril, et tagada kogu detaili ulatuses antud temperatuurile vastava homogeense struktuuri teke;
  
• jahtumine kiirusega, mis on karastava terase kriitilisest jahtumiskiirusest suurem (vees või õlis).
  

Terase karastamisega suureneb selle tugevus, kõvadus ja haprus. Karastamise tulemus sõltub jahtumise kiirusest.

Noolutus

Noolutus seisneb terase kuumutamises temperatuurini 200 C, seisutamises sellel (vähemalt tunni) ja jahutamises (tavaliselt õhus). Ühtlustuvad sisepinged, suureneb sitkus ja väheneb mõnevõrra kõvadus.

2.3.2. Malm

Malmideks nimetatakse terastega võrreldes suurema süsinikusisaldusega (üle 2,14%) rauasüsinikusulameid. Malmid liigitatakse süsiniku oleku järgi kahte gruppi:

malmid, kus kogu süsinik on seotud olekus tsementiidis (Fe3C). Need on valgemalmid;

malmid, kus kogu süsinik või suurem osa sellest on vabas olekus grafiidina. Need on grafiitmalmid (tuntumad neist on hallmalmid).
Tabel 2.10. Malmid
Malmi liik
Omadused, min
Kasutusomadused
ja margitähis
Rm, N/mm2
A, %
Liblegrafiitmalm (EN1561)
Head antifriktsioonomadused,
GJL-100
100
hea vibratsioonisummutavus ja
GJL-200
200
vastupanu väsimusele
GJL-350
350
Keragrafiitmalm (EN1563)
Suur tugevus, plastsus ja sitkus
GJS-350-22
350
22
GJS-600-3
600
3
GJS-900-2
900
2
Tempermalm (EN1562)
Vastupanu dünaamilistele
GJMB -300-6
300
6
koormustele, kulumiskindlad,
GJMB-700-2
700
2
keevitatavad
GJMW -350-4
350
4
GJMW-550-4
550
4
Valgemalm saadakse malmvalu kiire jahutamise tulemusena, nii et vaba grafiit ei jõua tekkida. Omadustelt on valgemalm suure tugevuse ja kõvadusega habras materjal ning sellest tulenevalt ka raskesti lõigatav. Kasutatakse väiksemate kulumiskindlust vajavate detailide valmistamiseks.
Hallmalmiks nimetatakse liblelise grafiidiga malmi tema murdepinna halli värvuse pärast. Liblegrafiit vähendab malmi tõmbetugevust ning eriti plastsust (katkevenivus on peaaegu null). Kuna hallmalmi struktuur kujuneb malmi kristalliseerumisel ja valandi jahtumisel vormis, siis on hallmalm kõige odavam ja seda kasutatakse tööstuses laialdaselt.
Keragrafiitmalm saadakse sulamalmi modifitseerimisel magneesiumi või tseeriumiga. Keragrafiit nõrgestab metalset põhimassi tunduvalt vähem kui pesaline või libleline ja seetõttu on keragrafiidiga malmid heade mehaaniliste omadustega.
Tempermalm sisaldab vaba grafiiti pesadena. Saadakse valgemalmi lõõmutamise tulemusena. Omab mõningast sitkust st. malm on külmalt deformeeritav. Kasutatakse valudetailidena, mille ristlõike mõõtmed ei ületa 50 mm.

2.3.3. Alumiiniumisulamid

Deformeeritavad sulamid

Deformeeritavad alumiiniumisulamid liigitatakse termotöötluse põhjal järgmiselt:

sulamid, mida termotöötlusega ei tugevdata (mittevanandatavad);

termotöötlusega tugevdatavad sulamid (vanandatavad).
Esimesse gruppi kuuluvad eelkõige Al-Mn-, Al-Mg-sulamid, teise Al-Cu-Mg-, Al-Mg-Si-sulamid.
Deformeeritavatest, mittevanandatavatest sulamitest tuntumad Al-Mn- ja Al-Mg-sulamid sisaldavad 1 ... 5% Mn või Mg, olles  15% tugevamad puhtast alumiiniumist ja veidi suurema korrosioonikindlusega.
Tabel 2.11. Alumiiniumi deformeeritavad sulamid (leht, riba, profiilid )
EN tunnusnr.
Margitähis
Al, %
Olek
Rp0,2
Rm,
A, %
HV
Kasutus
Puhas alumiinium
AW-1050
Al99.5
99,5
L
35
80
42
20
Toiduainetööstus
Kal
105
125
10
36
Pakendimaterjal
AW-1200
Al99.0
99,0
Kal.
115
125
9
38
Alumiiniumsulamid - mittevanandatavad
AW- 5052
AlMg2.5
97,2
Kal
200
250
14
75
Plekk keevis-
AW- 5083
AlMg4.5Mn
94,6
Kal
275
360
16
105
konstruktsioonid .
Alumiiniumsulamid - vanandatavad
AW-2024
AlCu4Mg1
93,4
K+LV
275
430
18
120
Lennuki-
K+KV
425
485
12
150
konstruktsioonid.
AW-6082
AlSi1MgMn
97,4
K+LV
170
260
24
75
Kõrgtugevad
K+KV
310
340
11
100
transpordivahendite
AW-7020
AlZn4 .5Mg1
93,6
K+KV
335
380
13
125
konstruktsioonid.
Rp0,2, N/mm2; Rm, N/mm2
L – lõõmutatult, Kal. – kalestatult, K+LV – karastatult ja loomulikult vanandatult, K+KV – karastatult ja kunstlikult vanandatult
Deformeeritavatest vanandatavatest sulamitest tuntuim on duralumiinium (Al-Cu-Mg- sulam ), mille termotöötlus on võimalik tänu vase lahustuvuse muutusele alumiiniumis temperatuuri alanedes. Karastamisele järgneva vanandamise tulemusel tõuseb märgatavalt duralumiiniumi kõvadus ja tugevusnäitajad, vähenevad aga plastsusnäitajad.

Valusulamid

Alumiiniumi valusulamite tüüpilised esindajad on Al-Si-sulamid – silumiinid, mis ei moodusta ega mille koostises ei ole keemilisi ühendeid. Enam kasutatakse Al-valusulameid, mis sisaldavad 10 ... 13% Si. Üldjuhul on eutektstruktuur jämeteraline, tehes sulami hapraks. Sulami struktuuri peenendamiseks sulameid modifitseeritakse – lisatakse vedelmetalli väikeses koguses naatriumi, mille tulemusena saadakse peeneteraline struktuur.
2.4. Tehnoplastid
Plastid on polümeermaterjalid , mille põhikomponent on polümeerid. Mitmekomponentse süsteemina sisaldavad need põhipolümeerile lisaks mitmeid lisandeid ja abiaineid, mille ülesanne on polümeeride tehnoloogiliste ja talitlusomaduste mitmekesistamine:

• füüsikaliste, mehaaniliste või elektriliste omaduste modifitseerimine ,
  
• termo- ja valguskindluse suurendamine,
  
• hinna alandamine ,
  
• värvuse, läbipaistvuse jt optiliste omaduste muutmine,
  
• töödeldavuse parandamine.
  

Põhilisteks lisa- ja abiaineteks on täiteained, plastifikaatorid, stabilisaatorid, määrdeained ja värvained .
Põhjusi, miks plaste kasutatakse, on mitmeid. Olulisemad neist on järgmised:

• madalam töötlemistemperatuur kui metallidel ja keraamikal, seega madalam energiakulu ,
  
• nad on kergemad (mahu ja massi suhe on polümeermaterjalide kasuks),
  
• viimistlemise minimaalne vajadus, toote odavus,
  
• hea töödeldavus,
  
• korrosioonikindlus,
  
• hea tugevuse ja tiheduse suhe (eritugevus),
  
• plastid tagavad ühtlaselt vaikse töö ja müra summutuse,
  
• nad on head elektri- ja soojusisolaatorid.
  

Temperatuurile reageerimise järgi liigitatakse plastid kahte gruppi:

Termoplastid ,

Termoreaktiivid .
Termoplastid muutuvad kuumutamisel voolavaks, jahtudes aga taastuvad esialgsed omadused. Termoreaktiivid muutuvad kuumutamisel või kõvendi toimel ruumilise struktuuriga võrestikpolümeerideks, mis ei sula ega lahustu.
Lõppomaduste ja otstarbe järgi liigitatakse termoplastid ja termoreaktiivid:

tarbeplastideks – need on polüetüleen (PE), polüpropüleen (PP), polüvinüülkloriid (PVC), polüstüreen (PS), fenoplast (FP) jt,

konstruktsiooniplastideks – need on polükarbonaat (PC), polüamiid (PA), orgklaas ( PMMA ), epoksüplast (EP) jt,

eriplastideks – fluorplast ( PTFE ) jt.
Plastist toodete talitlusomadused, mis ilmnevad ekspluatatsioonis, on:

mehaanilised:

• vastupanu mehaanilistele mõjudele (tõmbele, survele, paindele, löögile),
  
• kõvadus,
  
• hõõrdekulumiskindlus;
  

füüsikalis-keemilised:

• soojus- ja/või külmakindlus , tulekindlus,
  
• soojusjuhtivus,
  
• soojuspaisumine,
  
• keemiline vastupidavus;
  

elektrilised:

• vastupanu elektrivälja toimele,
  
• dielektriline läbitavus;
  

optilised :

• läbipaistvus,
  
• valguse neeldumine / peegeldumine ;
  

tervisekaitse ja ohutusega seotud omadused.
Tabel 2.12. Põhiliste termoplastide omadused
Plast
Omadused
Tihedus, kg/m3
Rm, N/mm2
A, %
Polüetüleen (PE)
kõrgtihe (HDPE)
960
22 ... 38
20 ... 1300
madaltihe ( LDPE )
920
1 ... 16
90 ... 650
Polüpropüleen (PP)
905
27 ... 40
30 ... 200
Polüvinüülkloriid (PVC)
plastifitseerimata (UPVC)
1470
24 ... 62
2 ... 40
plastifitseeritud ( PPVC )
1375
7 ... 56
200 ... 450
Fluorplast (PTFE)
2175
17 ... 30
75 ... 450
Polüstüreen (PS)
1070
35 ... 84
1 ... 4,5
Orgklaas (PMMA)
1100
50 ... 75
5 ... 8
Polükarbonaat (PA)
1200
60 ... 70
50 ... 120
Polüamiid (PA)
1100
40 ... 90
40 ... 350
Tabel 2.13. Põhiliste termoreaktiivide omadused
Plast
Omadused
Tihedus, kg/m3
Rm, N/mm2
A, %
AU, J/m2
Epoksüplast (EP)
1850
60
4
8 ... 10
Klaasplast (EP+klaaskiud)
1900 ... 2200
200 ... 2100
Fenoplast (PF)
1275
35 ... 55
5,2 ... 7
1 ... 1,5
Aminoplast (UF, MF)
1550
40 ... 90
0,5
3. STAATIKA
Staatikaks nimetatakse mehaanika osa, milles antakse üldine õpetus jõududest ja uuritakse jõudude mõju all olevate materiaalsete kehade tasakaalu tingimusi.
Tasakaalu all mõistetakse keha paigalseisu teiste materiaalsete kehade suhtes.
Kõik looduses leiduvad jäigad kehad muudavad väliste mõjutuste tõttu teatud määral oma kuju (deformeeruvad). Nende deformatsioonide suurus sõltub kehade materjalist, geomeetrilisest kujust ja mõõtmeist ning mõjuvaist jõududest. Mitmesuguste inseneriehituste ja –konstruktsioonide tugevuse tagamiseks valitakse nende osade materjal ja mõõtmed selliselt , et nende deformatsioonid mõjuvate koormuste juures oleksid küllalt väikesed. Selletõttu on tasakaalutingimuste uurimisel täiesti lubatav jätta jäikade kehade deformatsioonid arvestamata ja vaadelda neid kui mittedeformeeruvaid ehk absoluutselt jäiku kehi.
Absoluutselt jäiga keha all mõistetakse keha, mis säilitab oma geomeetrilise kuju muutumatuna, vaatamata teiste kehade mõjule.
Masspunktiks nimetatakse geomeetrilist punkti, millel on mass.
Materiaalsed kehad mõjutavad teine teist. Mehaanikalise vastakmõju mõõtu nimetatakse jõuks. Jõud on vektoriaalne suurus, teda iseloomustab arvväärtus ( moodul ), rakenduspunkt ja suund.
Jõu moodul määratakse ühikuks võetud jõuga võrdlemise teel. Mehaanikas on jõu ühikuks võetud njuuton (1 N).
Tähistades telgede x, y, z ühikvektorid kui saab jõudu määrata kui
või tasapinnal kui , kus , , on jõu projektsioonid vastavatele telgedele.
Jõu tüübid:
- Aktiivsed jõud ja sidemereaktsioonid
- Punktjõud ja lauskoormus
- Välis- ja sisejõud
Aktiivseks jõuks nimetatakse jõudu, mis püüab panna vaadeldavat keha liikuma.
Sidemereaktsiooniks (toereaktsiooniks) nimetatakse jõudu, millega side takistab keha liikumist.
Koondatud jõuks (punktjõuks) nimetatakse jõudu, mis on rakendatud keha mingis punktis. Koondatud jõu mõiste on tinglik, kuna praktiliselt ei saa jõudu rakendada ühes punktis.
Jaotatud jõududeks (lauskoormusteks) nimetatakse jõude, mis mõjuvad keha antud pinnaosa või ruumala kõikidele punktidele.
Välisjõududeks nimetatakse jõude, millega antud keha osadele mõjuvad teised materiaalsed kehad.
Sisejõududeks nimetatakse jõude, millega antud keha osad mõjuvad üksteisele.
Kehale rakendatud mitme jõu kogum on jõusüsteem.
3.1. Staatika aksioomid
Staatika uurib jõu süsteemide tasakaalu tingimused, jõu liitmist ja lahutamist. Kõik see põhineb mitmel aksioomil.
Aksioom 1 (inertsiseadus)
Iga isoleeritud masspunkt on tasakaalus seni, kuni rakendatud jõud teda sellest olekust välja ei vii.
Aksioom 2 (kahe jõu tasakaalu tingimus)
Kaks absoluutselt jäigale kehale rakendatud jõudu on tasakaalus
siis, kui nad on moodulilt võrdsed, mõjutavad piki sama sirget ja
on suunalt vastupidised.
Aksioom 3 (tasakaalus olevate jõudude lisamise ja ärajätmise printsiip)
Jõusüsteemi mõju absoluutselt jäigale kehale ei muutu, kui lisada
või jätta ära tasakaalus oleva jõusüsteem.
Aksioom 4 ( rööpküliku reegel)
Keha mingisse punkti rakendatud kahe jõu resultant on
rakendatud sellessesamasse punkti ning on väärtuselt ja
suunalt võrdne neile kahele vektorile kui rööpküliku
külgedele ehitatud rööpküliku diagonaaliga .
Aksioom 5 (mõju ja vastumõju seadus)
Kaks masspunkti mõjutavad teineteist jõududega, mille
moodulid on võrdsed ning mis asuvad neid punkte
ühendaval sirgel ja on vastassuunalised.
3.2. Sidemed ja sidemereaktsioonid
Sidemeteks nimetatakse kehi, mis kitsendavad vaadeldava keha liikumist.
Jõud, millega side takistab kehi liikumist nimetatakse sidemereaktsiooniks või toereaktsiooniks. Üldjuhul toereaktsiooni suurus ja suund on tundmatu enne ülesanne lahendamist ning neid avastatakse lahendusega.
Sidemete tüübid:
Pind, joon, punkt – sidemereaktsioon alati risti kontaktpindalaga või punktist lastud puutujale
Niit , kett, varras – sidemereaktsioon on suunatud piki sidet
Silindriline šarniir ( liigend ):
liikuv liigendtugi liikumatu liigendtugi kinnine tugi
3.3. Tasapinnaline jõusüsteem
Tasapinnaliseks jõusüsteemiks nimetatakse jõusüsteemi, mille jõud asetsevad ühes tasapinnas. Ühes punktis lõikuvate mõjusirgetega jõudude süsteemi nimetatakse koonduvaks jõusüsteemiks. Kui kehale mõjub mitu jõudu siis võib alati leida nende jõudude resultandi. Resultandi leidmine seisneb kehale rakendatavale üksikjõudude summeerimises. See ülesanne võib olla lahendatud graafiliselt või analüütiliselt. Sageli need kaks meetodid täiendavad teine teist, s.t. kasutatakse grafoanalüütilist lahendust .
Kahe jõu liitmisel graafilise meetodiga kasutatakse jõudude parallelogrammi või jõukolmnurka. Mitme jõu liitmisel aga jõuhulknurka.
Analüütilise jõuliitmise meetodi aluseks on jõuvektori projektsioon teljele.
; ;
Jõusüsteemi resultandi leidmiseks tuleb liita
iga jõu projektsioonid
, ,
Resultantjõu suurust saab avaldisest

3.3.1. Koonduv tasapinnaline jõusüsteem
Ühes punktis lõikuvate jõudude süsteemi nimetatakse koonduvaks jõusüsteemiks
Koonduva jõusüsteemi tasakaalustamiseks peab viimase jõuvektori lõpp jõudma esimese jõuvektori alguspunkti, s.t. resultantjõu suurus peab võrduma nulliga. Resultandi võrdumine nulliga on vajalik ja piisav koonduva jõusüsteemi tasakaalutingimus.
Analüütiline lahendus
, ,
3.3.2. Suvaline tasapinnaline jõusüsteem
Suvaliseks jõusüsteemiks nimetatakse süsteemi, mille jõudude mõjusirged lõikuvad tasandis mistahes erinevates punktides. Kuna jõud ei lõiku ühes punktis siis nad püüavad mitte ainult panna keha liikuma, vaid ka pöörata seda. Pöörlemisefekti määratakse jõumomendiga.
Jõu F momendiks tsentri O suhtes nimetatakse jõu mooduli
ja selle tsentri suhtes võetud õla korrutist.
Õlg on minimaalne kaugus, mille mõõdetakse perpendikulaaril tsentrist jõu mõjusiirdeni. Momendi mõõtühikuks on Nm.
Kui jõud F pöörab õlga ümber tsentri O vastu kellaosuti
suunda (vastupäeva), loeme jõumomendi positiivseks ning
päripäeva pöörlemisel negatiivseks
Antud tsentri suhtes moment võrdub nulliga siis, kui jõu
suurus on null või jõu mõjusiire läbib vaadeldavat tsentrit.
Varignon´i teoreem
Jõusüsteemi resultandi moment suvalise tsentri suhtes võrdub kõikide jõudude sama tsentri suhtes võetud momentide algebralise summaga
Suvalise tasapinnalise jõusüsteemi tasakaalu tingimused
1. Tasapinnalise jõusüsteemi tasakaaluks on vajalik ja piisav, et kõikide jõudude projektsioonide algebralised summad kahel koordinaatteljel ja kõikide jõudude momentide algebraline summa suvalise punkti suhtes võrduksid nulliga.
; ; .
2. Tasapinnalise jõusüsteemi tasakaaluks on vajalik ja piisav, et kõikide jõudude momentide algebralised summad võrduksid nulliga kolme suvalise punkti suhtes, mis ei asetse ühel sirgel
; ; .
3. Tasapinnalise jõusüsteemi tasakaaluks on vajalik ja piisav, et võrduksid nulliga kõikide jõudude momentide algebralised summad kahe suvalise punkti suhtes ja kõikide jõudude projektsioonide algebralised summad teljele, mis ei ole risti kahte valitud punkti läbiva sirgega
; ; .
Tasapinnalise jõusüsteemi tasakaalustamise ülesanne on staatikaga määratav ainult siis, kui tundmatute reaktsioonide arv on võrdne reaktsioone sisaldavate tasakaaluvõrrandite arvuga, ehk mitte üle kolme.
3.3.3. Kahe paralleeljõu liitmine
Kahe samasuunalise paralleeljõu süsteemi resultant on nende
jõududega paralleelne ning selle moodul võrdub liidetavate
jõudude moodulite summaga. Resultandi mõjusirge jaotab liidetavate
jõudude rakenduspunktide vahelise kauguse seesmiselt osadeks , mis
on pöördvõrdelised nende jõudude moodulitega
, ,
Kahel erineva mooduliga vastassuunalisel paralleeljõul on
resultant, mis on nende jõududega paralleelne, kusjuures
selle moodul võrdub liidetavate jõudude moodulite vahega.
Resultandi mõjusirge jaotab liidetavate jõudude rakenduspunktide
vahelise kauguse väliselt osadeks, mis on pöördvõrdelised nende
jõudude moodulitega
, ,
3.3.4. Rööplüke . Peavektor ja peamoment
Staatika kolmandast aksioomist on teada, et jõu rakenduspunkti nihutamine piki jõu mõjusirget ei muuda keha tasakaaluolekut. Jõu rakenduspunkti üleviimine mitte mõjusirdel paiknevasse punkti viib keha tasakaalust välja. Keha tasakaalustamiseks tuleb lisada momenti .
Rööplüke on jõu kandmine suvalisse punkti (taandamiskeskmesse), kusjuures jõud jääb paralleelseks esialgse asendiga ja suund ei muutu. Jõu mõju absoluutselt jäigale kehale ei muutu, kui seejuures lisada talle jõupaar, mille moment võrdub ülekantava jõu momendiga tema uue rakenduspunkti suhtes.
Mitmest jõust ja jõupaarist koosneva jõusüsteemi taandamisel mingisse punkti O saadakse peavektor
ja peamoment .
3.4. Keha tasakaal, kui esineb hõõre
3.4.1. Liugehõõre
Liugehõõrdeks nimetatakse kehade suhtelise liikumise takistust, mis mõjub puutuja sihis kehade puutekohtades
Hõõrdejõuks nimetatakse kahe keha suhtelist liikumist takistavat jõudu
Keha tasakaalus hõõrdejõud muutub nullist maksimaalse väärtuseni ning alati võrdub jõuga F
Hõõrdejõud saavutab oma maksimaalse suuruse kehade suhtelise liikumise algushetkel ning on alati suunatud liikumisele vastassuunas
Liugehõõrdumise põhiseadused

Hõõrdejõud ei sõltu kehade kontaktpinna suurusest

Maksimaalne hõõrdejõud on proportsionaalne välisjõu normaalkomponendiga

Hõõrdejõud sõltub kehade materjalist, hõõrdumispindadest ning määrde olemasolust ja selle tüübist
Teisest seadusest järeldub, et hõõrdejõud on võrdeline
normaalreaktsiooni N ja hõõrdeteguri f korrutisega
Normaalreaktsioon N ja hõõrdejõud Fh annavad resultandi
Resultantjõud R moodustab tugipinna normaaljoonega nurga ,
mida nimetatakse hõõrdenurgaks

Hõõrdekoonuseks nimetatakse kareda pinna geomeetrilist kohta
jõu igasuguste mõjusuundade korral
Hõõrdekoonuse omadust iseloomustab see, et keha tasakaalus
aktiivsete jõudude resultant on koonuse seespool
 kui
siis
Hõõrdeteguri f väärtus oleneb mitmetest asjaoludest nagu

liugepindade materjal

liugepindade karedus

määrdeaine olemasolu ja tüüp

muud tegurid (libisemise kiirus, erisurve kokkupuutepinnal, temperatuur, keskkond jne.).
K
eha tasakaal kaldpinnal
S
iis
Hõõrdejõud


K
eha tasakaalus

Kuna

3.4.2. Veerehõõre
Veerehõõrdeks nimetatakse liikumishõõret, mille puhul kokkupuutuvate kehade kiirused kontaktpunktides on samasuunalised ja moodulilt võrdsed
Keha tasakaalus hõõrdejõud muutub nullist maksimaalse väärtuseni

Siis liikumisjõud
Veeremise hõõrdeteguriks nimetatakse maksimaalset kaugust k. Selle mõõtühik on pikkuse ühik.
Veeremise hõõrdetegur sõltub kehade materjalist ja praktiliselt ei sõltu liikumiskiirusest



Siis saame , , .
- veeremoment,
- hõõrdemoment.
3.4.3. Liikumise erijuhtumid
1) , - ainult veeremine
2) , - ainult libisemine
3) ,
- veeremine libisemisega
4) ,
- tasakaal
3.4.5. Kindlus kummutamisele
Kummutamise hetkel mõjuvaid jõud G, F, NA ja Fh.
Tasakaaluvõrrandid


Seega kummutamine on välditud kui
või
4. DETAILI SISEJÕUD JA PINGED
Praktikast on teada, et konstruktsioonielemendid deformeeruvad koormuste toimel, s.t. muudavad oma kuju ja mõõtmeid. Ülekoormamisel aga detailid purunevad.
Konstruktori üheks ülesandeks on projekteerida detaile ja konstruktsioone, mis oleksid tugevad ja jäigad. Detaili tugevuseks nimetatakse selle võimet purunemata taluda koormusi , jäikuseks aga võime vastu panna deformatsioonidele.
Tugevusarvutused lubavad määrata detaili kuju ja mõõtmeid, garanteerides konstruktsiooni tugevust ning tagades minimaalsed materjalide kulud. Jäikusarvutused garanteerivad lubatavate deformatsioonide mitteületamist.
Detaile liigitatakse mitmeti. Vastavalt detaili iseloomulike mõõtmete vahekorrale on liigitus järgmine:

Massiiv – detail, mille kõik kolm mõõdet on samas suurusjärgus;

Plaat ( koorik ) – detail, mille üks mõõde on oluliselt väiksem kahest ülejäänust;

Varras – detail, mille kaks mõõdet on väiksed võrreldes kolmandaga .
Massiiv Koorik Varras
Varem oli mainitud , et vaadeldavale detailile mõne teise detaili mõju väljendub välisjõuna. Selle mõju järgi tekivad vaadeldava detaili materjaliosakeste (aatomite) vahel sisejõud. Detaili sisejõudude leidmiseks kasutatakse lõikemeetodit: tasakaalus kehast mõtteliselt eraldatud osa on samuti tasakaalus ning sisejõu väärtuse saab leida selle osa tasakaalutingimustest.
Üldjuhul saab koostada kuus tasakaaluvõrrandit.
Sisejõudude määramiseks tuleb võrrutada nulliga
detaili osale rakendatud jõudude projektsioonide ja
momentide summad:
Sisejõud: FN – normaaljõud , FQ – põikjõud ,
M – paindemoment , T – väändemoment .
Normaaljõud varda ristlõikes on võrdne ühel pool seda lõiget mõjuvate pikijõudude (piki varda telge mõjuvate jõudude) algebralise summaga. Ristlõikest eemale mõjuv jõud loetakse positiivseks ja ristlõike poole mõjuvat jõudu negatiivseks.
Põikjõud varda ristlõikes võrdub ühel pool seda lõiget telje ristsihis rakendatud välisjõudude algebralise summaga. Positiivseks loetakse põikjõudu, mis püüab pöörata vaadeldavat vardaosa päripäeva.
Paindemoment varda ristlõikes võrdub kõigi ühel pool ristlõiget mõjuvate koormuste poolt varda telgtasandis tekitatavate momentide algebralise summaga. Moment on positiivne, kui vaadeldavale osale mõjuv koormus deformeerib varrast nii, et kumerus on all.
Väändemoment varda ristlõikes võrdub kõigi ühel pool ristlõiget mõjuvate pöördemomentide algebralise summaga. Positiivseks loetakse päripäeva suunatud väändemomenti lõike poolt vaadates.
Pingeks nimetatakse lõikepinna vaadeldavas punktis pinnaühikule taandatud sisejõudu
Mõõtühikud :
N/m2  Pa
või N/mm2  MPa.
Pingevektor esitatakse enamasti kahe komponendina:

• lõikepinnaga risti mõjuv normaalpinge  iseloomustab aineosakesi üksteisest eemale rebivate või neid üksteisele lähendavate jõudude intensiivsust;
  
• lõikepinna sihis mõjuv tangentsiaal- ehk nihkepinge  näitab aineosakesi piki lõikepinda teisaldavate jõudude intensiivsust.
  

Kui konstruktsioonielemendi mingist punktist kujutletavalt
välja lõigata elementaarristtahukas, siis tahuka külgedel mõjuvad
üldiselt normaal- ja nihkepinged.
Pingete kogumit kõigil elementaarpindadel, mis läbivad
konstruktsioonielemendi antud punkti, nimetatakse pinguseks
(pingeolukorraks) antud punktis.
Kui elementaarristtahuka tahkudel esinevad ainult normaalpinged,
siis neid nimetatakse peapingeteks, pindu aga, millel nad mõjuvad, nimetatakse peapindadeks. Peapingeid tähistatakse 1, 2 ja 3. Seejuures suurim peapinge (arvestades märki) on 1, vähim peapinge on 3.
Mitmesuguseid pingusi liigitatakse tavaliselt olenevalt mõjuvate peapingete arvust.
Kui nullist erinevad kõik kolm peapinget, siis pingust nimetatakse ruumpinguseks.
Kui nulliga võrdub üks peapingetest, siis räägitakse tasandpingusest.
Kui nulliga võrdub kaks peapingetest, siis on tegemist joonpingusega.
Sisejõudude ja –pingete ilmekaks illustreerimiseks kasutatakse epüüre – graafilisi kujutisi, mille abil on lihtne määrata sisejõu või –pinge suurust detaili suvalises lõikes.
5. DETAILI TUGEVUS TÕMBEL JA SURVEL
Tõmbeks või surveks nimetatakse sellist deformatsioonide liiki, mille juures varda sees tekivad ainult pikijõud.
Vaatleme ülemises osas jäigalt kinnitatud vertikaalset varrast mille piki telge on rakendatud välisjõud 2F ja 3F, kus F = 40 kN. Sisejõudude leidmiseks kasutame lõikemeetodit.
Lõikame varrast mõtteliselt ristlõikega I – I ja vaatleme lõikest allapoole jääva osa tasakaalu. Kõrvaldatud ülemise osa mõju alumisele asendame pikkejõuga N1, mille suuname lõikepinnast eemale. Koostame tasakaaluvõrrandi. Projekteerides kõik alumisele osale mõjuvad jõud varda teljele ja võrrutades projektsioonide summa nulliga, saame
  kN
Kuna sisejõud N1 on positiivse märgiga, siis see näitab, et algul valitud sisejõu suund on õige ja tegemist on tõmbejõuga.
Analoogselt leiame sisejõu lõikes II – II.

kN
Miinusmärk näitab, et pikkejõud N2 on tegelikult vastassuunaline, s.t. pikkejõud pole antud juhul tõmbejõud, nagu oletasime, vaid survejõud.
Saadud tulemuste alusel koostame pikkejõu epüür . See on graafik , mille abstsisstelje võtame paralleelseks varda teljega , ordinaattelje aga eelmisega risti. Ordinaatteljel kujutame valitud mõõtkavas pikkejõu väärtused ristlõigetes (arvestades märki).
Uurides varda deformatsioone vaatleme selle mõtteliselt koosnevana mitmetest kiududest, kusjuures üksikud kiud on varda teljega paralleelsed. Tõmbe või survedeformatsioonil kõrval olevaid kiud ei suru üksteise peale.
Kanname prismalise varda pinnale võrgu joontest, mis on varda teljega paralleelsed ja risti. Kui rakendada vardale tõmmet põhjustav jõud, siis näeme, et võrgujooned ka peale varda deformeerumist on üksteisega risti, joonte vahekaugused on aga muutunud. Kõik horisontaaljooned on siirdunud allapoole, kuid jäänud horisontaalseteks ja sirgeteks.
Selle katse tulemusest võib järeldada, et tõmbel kehtib põikpindade tasandilisuse hüpotees ehk Bernoulli hüpotees. Samuti võib öelda, et tõmbel või suvel varda kõik kiud deformeeruvad sama võrra. See aga annab aluse lugeda, et varda põikpindadel esinevad ainult normaalpinged ja nihkepinged võrduvad nulliga. Normaalpinged on ühtlaselt jaotatud varda ristlõikes.
Pikkejõud N on normaalpingete resultant . Kuna , siis saame, kust omakorda leiame, et
Valemist selgub , et tõmbel ja survel pinge sõltub ainult sisejõust ja ristlõige pindalast. Ristlõige kuju tähtsust ei oma.
Pinged ja deformatsioonid tõmbel või survel on omavahel seotud Hookei seadusega
kus E – materjali elastsusmoodul,
 - detaili suhteline pikideformatsioon.
kus l – detaili algpikkus, l – pikideformatsioon.
Siis
ja .
Pingete ja deformatsioonide ilmekaks illustreerimiseks kasutatakse samuti epüüre.
Garanteerides masinate ja konstruktsioonide tugevust, maksimaalsed detailide sisepinged ei tohi ületada piirpingeid. Piirpingeteks on tugevuspiir Rm, voolavuspiir ReH või tinglik voolavuspiir Rp0,2.
Piirpinge ja tegelike pinge vahelist suhet nimetatakse varuteguriks. Sitke materjali jaoks
Ebapiisav varutegur ei taga konstruktsiooni töökindlust, liigselt suur varutegur toob aga materjalide suurt kulu ja konstruktsiooni massi tõusu. Lõiget, mille jaoks varutegur on kõige väiksem, nimetatakse ohtlikuks lõikeks .
Minimaalselt vajalikku varutegurit nimetatakse nõutavaks varuteguriks ning tähistatakse [S]. Nõutava varuteguri väärtus sõltub materjali omadustest ja kvaliteedist, koormuste iseloomust ja nende määramise täpsusest, konstruktsioonide vastutusrikkusest j.t. Sitketele materjalidele valitakse [S] = 1,2 ... 2,5, habrastele aga [S] = 2 ... 5.
Konstruktsioonile lubatud pinge saadakse piirpinge ja nõutava varuteguri kaudu
Konstruktsiooni tugevustingimus seisneb selles, et maksimaalsed selle elementide sees tekkivaid pinged ei ületaksid lubatud pinget, ehk
või tegelik varutegur ei tohi olla nõutavast varutegurist väiksem, ehk
Tugevustingimuse arvutusvalem tõmbel või survel on järgmine
Konstruktsioonide tugevusarvutustel leidub kolm ülesannete liiki:

projektarvutus – leitakse ohtliku ristlõike minimaalne suurus

kontrollarvutus – määratakse tööpinget ning võrreldakse seda lubatava pingega

lubatava koormuse määramine
Näide
Varem vaadeldud näitel koostasime varda sisejõuepüür. Valides materjaliks teras S235J2G3 leiame täisümarvarda minimaalse läbimõõdu ning koostame pingete ja deformatsioonide epüürid .
Kuna materjaliks on teras S235J2G3, siis voolavuspiir ReH = 235 MPa ja elastsusmoodul E = 2,1.105 MPa. Pikkused l1 = 0,5 m ja l2 = 0,3 m.
Minimaalset ristlõikepindalad saab tugevustingimusest
, kus
MPa.
Siis
Kuna varda ristlõikepindala on konstantne , siis maksimaalne pinge tekkib maksimaalse sisejõu mõjul. Ringi ristlõikepindala , kus d – ringi läbimõõt. Seega
ja varda minimaalne läbimõõt
m.
Valime d = 25 mm ja kontrollime maksimaalne pinge.
MPa.
Saime, et , kuid nende erinevus on ca 3,8 %. Kuna on lubatud ülekoormus kuni 5 %, siis jätame varda läbimõõduks 25 mm. Vastasel juhul oleks pidanud läbimõõdu suurendada.

Pinged

lõige I – I:
MPa;
lõige II – II:
MPa.
Saadud tulemuste alusel ehitame pingete epüüri. Miinusmärk tähendab survepinget.
Pikideformatsioonid
kuna konstruktsioon on lõikes C jäigalt kinnitatud ja sellest lõikest mõõdetakse varda pikkust, siis
lõige B: m = – 0,12 mm,
kus
m2.
lõige A: m = 0,27 mm.
Kanname saadud tulemused pikideformatsioonide epüürile.
6. LÕIGE JA MULJUMINE
Kui varda põikpindadel tekib ainult põikjõud ja teised sisejõud võrduvad nulliga, siis vastavat varda deformeerumist nimetatakse nihkeks. Sel juhul mõjuvad põikpinnal ainult nihkepinged . Tüüpiliseks näiteks võib tuua kaht detaili ühendavaid tihvte.
Kuna tihvt puruneb läbilõikamise tõttu detailide vahel, siis nihkearvutust nimetatakse ka lõikearvutuseks.
Lõikepinge laotus lõikepindadel on tavaliselt mitteühtlane, kuid ühtlustub materjali purunemisele vastava piirseisundi eel. Detaili lõikearvutuses eeldatakse seetõttu ühtlast lõikepinge laotust ning pinge leitakse valemiga
kus Q – põikjõud;
A – tihvti ristlõikepindala.
Kui liites on mitu ühesugust tihvti, siis staatilisel koormamisel purunevad nad üheaegselt. Seega saab lugeda, et põikjõud igas tihvtis
kus n – tihvtide arv.
Sõltuvalt konstruktsioonist tihvti võib lõigata üht või mitu lõikepinda mööda. Seetõttu tugevustingimuses tuleb silmas pidada ka lõikepindade arvu.
Seega tugevustingimus lõikel
kus m – lõikepindade arv.
Sitketel materjalidel lubatud lõikepinge .
Peale lõike arvutatakse lühikesed vardad (tihvte) ka kontaktsurvele. Kuna kontaktsurve ohustab detaili muljumisega, siis arvutust nimetatakse ka muljumisarvutuseks.
Tegelik muljumispind .
Tinglik muljumispind .
Muljumisarvutusel jagatakse vardale mõjuv põikjõud tingliku muljumispinnaga ehk tegeliku muljumispinda projektsiooniga varda normaaltasandile.
Muljumispinge laotus muljumispinnal on mitteühtlane, kuid arvutustel eeldatakse, et tingliku muljumispinnal on pinge laotus ühtlane.
Tugevustingimus muljumisel
kus n – tihvtide arv.
Sitketel materjalidel lubatud muljumispinge .
Mitmete muljumispindadega liidetes tuleb kontrollida selle elemendi tugevust, millele on kõige suurem kontaktsurve.
7. PINNAMOMENDID
Mõningate deformatsioonide juures detaili tugevus sõltub mitte ainult ristõige pindalast, vaid ka ristlõige kujust. Pikikoormuste puhul jagunevad pinged üle varda ristlõike ühtlaselt ning pinge saab määrata ristlõike pindala kaudu. Väände - ja paindedeformatsioonide puhul aga see jaotus ei ole enam ühtlane. Seepärast nende pingete leidmiseks tuleb kasutada teisi ristlõiketunnussuurusi, mida nimetatakse pinnamomentideks.
Põikpinna (kujundi) staatiliseks momendiks Sx telje x suhtes nimetatakse geomeetrilist karakteristikut, mis on määratud integraaliga
. Analoogiliselt .
Staatilise momendi dimensiooniks on pikkuseühik kuubis, tavaliselt cm3. Staatiline moment võib olla nii positiivne, negatiivne kui ka erijuhul võrduda nulliga.
Staatilist momenti võib kirjeldada ka järgmiselt
ja ,
kus A – kogu kujundi pindala;
xC ja yC – kujundi raskuskeskme kaugus telgedest y ja x vastavalt.
Viimasest tulenevad raskuskeskme koordinaatide arvutusvalemid
ja .
Neist valemitest järeldub, et kui x- või y-telg läbivad kujundi raskuskeset, siis staatiline moment nende suhtes on null. Selliseid telgi nimetatakse kujundi kesktelgedeks.
Kui kujundil on sümmeetriatelg, siis see läbib alati kujundi raskuskeset. Järelikult staatiline moment sümmeetriatelje suhtes võrdub alati nulliga.
Kui kujundid saab jaotada lihtsateks osakujunditeks (ruudud, kolmnurgad jne.), mille raskuskeskme asukohad on teada, siis kogu kujundi staatiline moment arvutatakse lihtkujundite staatiliste momentide summana.
Põikpinna telginertsimomendiks x-telje suhtes nimetatakse põikpinna geomeetrilist karakteristikut, mis on määratud integraaliga
. Analoogiliselt .
Põikpinna polaarinertsimomendiks nimetatakse geomeetrilist karakteristikut, mis on määratud integraaliga
Telg- ja polaarinertsimoment on alati positiivsed. Dimensiooniks on pikkuseühik neljandas astmes, tavaliselt cm4.
Lihtkujundite inertsimomendid
Ristkülik : ; .
Ring: ; .
Rõngas: ; .
Kolmnurk : ; ; ; .

Paralleeltelgede suhtes arvutatud inertsimomentide vaheline sõltuvus

Arvutame kujundi inertsimomendi mingi telje x1 suhtes. Olgu teada inertsimoment Ix kesktelje x suhtes. Telginertsimomendi Ix1 saab integraalist
Kuna , siis
Esimene integraal annab kujundi inertsimomendi Ix kesktelje x suhtes. Teine integraal, mis kujutab staatilist momenti kesktelje x suhtes, võrdub nulliga. Kolmas integraal annab kujundi pindala. Seega
8. VÄÄNE
Vääne on selline deformatsioonide liik, mille juures varda mistahes ristlõikes tekib ainult väändemoment.
Väändedeformatsioonid tekivad kui sirgvardale teljega risti asuvates tasandites rakendada jõupaare. Nende jõupaaride momente nimetatakse pöördemomentideks ja tähistatakse M. Võllile rakendatakse pöördemomendid reeglina rihmarataste , hammasrataste, sidurite jmt. kinnituskohtades. Varrastel ja raamielementidel võib pöördemomente tekitada ka mittetsentraalselt rakendatud põikkoormus.
Varda ristlõigetes tekkivaid momente nimetatakse väändemomentideks ja tähistatakse T.
Vaatleme konsoolselt kinnitatud ümarvarrast raadiusega R ja pikkusega l. Kanname varda välispinnale joone a-c paralleelselt varda teljega. Mingil kaugusel l1 kinnituskohast märgime punkti b. Koormame varda vaba otsa pöördemomendiga M ning vaatleme varda deformatsioone:

Ringjoonte vahekaugused ei muutu. Ei muutu ka varda pikkus ja läbimõõt. Seega mõjuvad väändel põikpindadel ja pikipindadel ainult nihkepinged – väändepinged.

Punkt c säilitab oma asukoha, ehk varda kinnituskoht ei deformeeru. Punkt b nihkub punkti b1 ja punkt a – punkti a1, kusjuures kaare a-a1 pikkus on kaare b-b1 pikkusest suurem. Seega väändedeformatsioon sõltub vardaosa pikkusest.

Otspõikpinnal kaare a-a1 pikkus on kaare n-n1 pikkusest suurem; punkt O ei pöörle. Seega mida kaugemalt on materjali kiht pöörlemistsentrist, seda rohkem see deformeerub ning seda suurem sisepinge tekib selle sees. Varda teljel asuv kiht ei deformeeru ning selle pinge on null.
Väändedeformatsioone kirjeldatakse väändenurgaga  (rad), pinget – nihkepingega  (MPa) ja sisejõudu – väändemomendiga T (Nm).
Sisejõud
Pöörde- ja väändemomente kujutatakse tasapinnal joonega, mis ühendab kaht ringi. Ühte neist märgitakse punktiga, mis tähistab vaatleja poole suunatud jõuvektorit, teise ristiga, mis tähistab vaatlejast eemale suunatud jõuvektorit. Väändemomentide leidmiseks kasutatakse lõikemeetodit.
Vaatleme võlli, millele on kinnitatud kolm rihmratast ning nende kaudu koormatakse võll pöördemomentidega M1 = 80 Nm ja M2 = 240 Nm.
Momendi M3 väärtuse saame momentide tasakaaluvõrrandist.
Nm
Lõikame võlli kujutletavalt ristlõikega I – I ja vaatleme lõikest paremale jääva osa tasakaalu. Kõrvaldatud vasaku osa mõju asendame väändemomendiga T1, mille suuname pöördemomendi M2 vastassuunas. Koostame tasakaaluvõrrand .
Nm.
Kuna väändemomendi märk valitakse kokkuleppeliselt, siis
positiivseks loeme päripäeva suunatud väändemomenti (lõike
poolt vaadates).
Analoogiliselt lõikes II – II :
Nm.
Miinusmärk tähendab, et väändemoment on
algul valitud suunaga vastassuunaline, s.t. antud juhul negatiivne.
Saadud tulemuste alusel koostame väändemomentide epüüri.
Pinge
Kuna varda põikpinnal kiudude deformatsioon sõltub kaugusest pöörlemistsentrist ja tsentri enda deformatsioon on null, siis väändepinge hakkab muutuma mööda varda põikpinda ebaühtlaselt.
Pinget arvutatakse valemiga
kus  – vaadeldava kiu kaugus pöörlemistsentrist.
Kui , siis ka väändepinge võrdub nulliga. Maksimaalne pinge tekib aga maksimaalse  puhul, ehk varda välispinnal, kus .
Suurust
nimetatakse ristlõike polaarvastupanumomendiks ja tähistatakse W0.
Seega maksimaalset pinget arvutatakse valemiga .
Lihtkujundite polaarvastupanumomendid
Ring: . Rõngas: , kus .
Tugevustingimus väändel .
Lubatud väändepinge .

Deformatsioon

Väändedeformatsiooni kirjeldab väändenurk . Kuna kaare a-a1 pikkus on kaare b-b1 pikkusest suurem ja , siis on näha, et varda väänatud osa pikkuse kasvuga suureneb ka väändedeformatsioon.
Väändedeformatsiooni saab Hooke’i seadusest nihkel
kus G – nihkeelastsusmoodul;
 – nihkenurk;
0 – suhteline väändenurk, .
Kuna , siis saame .
Seega väändedeformatsioon
Näide
Varem vaadeldud näitel sai koostatud võlli väändemomentide epüür. Valime materjaliks teras C45E ja leiame võlli minimaalne läbimõõdu. Samuti koostame pingete ja deformatsioonide epüürid.
M1 = 80 Nm; M2 = 240 Nm; M3 = 320 Nm.
l1 = 0,1 m; l2 = 0,2 m; l3 = 0,4 m; l4 = 0,1 m.
Kuna materjaliks on teras C45E, siis tinglik voolavuspiir Rp0,2 = 370 MPa ja nihkeelastsusmoodul G = 8,1.104 MPa.
Tugevustingimus . Kuna , siis
Lubatud tõmbepinge
MPa.
Seega lubatud väändepinge
MPa.
Valime
MPa.
Kuna maksimaalne väändemoment T = 240 Nm, siis võlli minimaalne läbimõõt
m = 21 mm.
Suurendame läbimõõtu paarisarvuni ning valime d = 22 mm.
Siis polaarvastupanumoment
m3.

Pinged

lõige I – I:
MPa;
lõige II – II:
MPa.
Saadud tulemuste alusel koostame väändepingete epüüri.
Deformatsioonid
Polaarinertsimoment
m4.
Siis ristlõike jäikus
Nm2.
Väändenurk:
lõige A: ;
lõige B: ;
lõige C: rad;
lõige D: rad;
lõige E: rad.
9. PAINE
Vaatleme liigenditel paiknevat tala , mille välispinnale on kantud horisontaalsed ja vertikaalsed jooned. Peale põikjõuga koormamist horisontaalsed jooned ja varda telg kõverduvad, vertikaalsed jooned aga pöörduvad . Maksimaalse läbipainde kohas vertikaalne joon ei pöörle ning jääb vertikaalseks. Ülemiste kiudude pikkus lüheneb, alumiste – suureneb. Varda teljel asuv kiht säilitab oma pikkuse, ehk ei deformeeru.
Taolist deformatsiooniliiki nimetatakse paindeks. Tala ristlõigetes esineb kaks sisejõudu – paindemoment M ja põikjõud Q. Nende leidmiseks kasutatakse lõikemeetodit.
F1 = 1,2 kN; F2 = 1,8 kN; F3 = 2,6 kN; l1 = 0,1 m; l2 = 0,2 m; l3 = 0,4 m; l4 = 0,1 m.
Koostades tasakaaluvõrrandid, saame RA = 0,35 kN; RE = 0,75 kN.
Kujutletavalt lõikame varrast punktis D ja eemaldame lõikest vasakule jääva osa. Jõudu RE tasakaalustamiseks lõikes D tekib allasuunatud põikjõud QD. Momendi
tasakaalustamiseks aga paindemoment MD.
Tasakaalutingimusest saame
N;
Nm.
Positiivseks loeme põikjõudu, mis nihutab vaadeldavat elementi päripäeva. Momenti loeme positiivseks, kui selle mõjul deformeerub vaadeldav element kumerusega allapoole.
Analoogiliselt leiame sisejõu teistes varda lõigetes.
lõige C:
N;
Nm.
Miinusmärk näitab, et põikjõud ja paindemoment on algul valitud suunaga vastassuunalised.
lõige B:
N;
Nm.
lõige A:
N
Ehitame põikjõu- ja paindemomentide epüürid.

Pinge

Vaatleme ümarvarrast, mis on tasandis y-z koormatud paindemomendiga. Kuna varda põikpinnal sõltub kiudude deformatsioon kaugusest keskteljest x ning sellel teljel asuva kihi deformatsioon on null, siis paindepinge muutub mööda varda põikpinda ebaühtlaselt.
Pinget arvutatakse valemiga
kus y – vaadeldava kiu kaugus keskteljest.
Kui , siis ka paindepinge võrdub nulliga. Maksimaalne pinge tekib aga maksimaalse y-i puhul ehk punktides A ja A’.
Suurust
nimetatakse ristlõike telgvastupanumomendiks ja tähistatakse Wx.
Seega maksimaalset pinget arvutatakse valemiga .
Lihtkujundite telgvastupanumomendid
Ring: . Rõngas: , kus .
Ristkülik: .
Tugevustingimus paindel .

Näide

Varem vaadeldud näitel sai koostatud varda paindemomentide epüür. Materjaliks valime terase C45E (tinglik voolavuspiir Rp0,2 = 370 MPa) ja leiame varda minimaalse läbimõõdu.
Tugevustingimus . Kuna , siis
Lubatud normaalpinge
MPa.
Kuna maksimaalne paindemoment M = 345 Nm, siis varda minimaalne läbimõõt
m = 24 mm.
Valime d = 25 mm ja kontrollime maksimaalset paindepinget
MPa
MPa.
Tegelik varutegur
10. TUGEVUSTEOORIAD
Seni vaatlesime tugevusarvutusi juhtudel, kui materjalis on kas joonpingus või lihtne tasandpingus. Tugevustingimuse koostamine ei tekitanud neil juhtudel raskusi. Materjali tugevuse tagamiseks oli vajalik, et suurim normaal- või nihkepinge ei ületaks vastavat lubatud pinget.
Kasutades keerukamaid deformatsioone (näiteks väänet koos paindega), kohtame ka keerukamaid pingusi. Sel juhul tuleb tegelikule pingusele leida vastav joonpingus ehk ekvivalentpinge. Selleks on esitatud mitu teooriat.
Suurima normaalpinge ehk esimene tugevusteooria
Piirseisund tekib siis, kui moodulilt suurim normaalpinge antud punktis saavutab teatud piirväärtuse:
Tugevustingimus .
Teooria annab rahuldavaid tulemusi habraste materjalide tõmbe korral.

Suurima deformatsiooni ehk teine tugevusteooria

Piirseisund tekib siis, kui moodulilt suurim suhteline joondeformatsioon antud punktis saavutab teatud piirväärtuse
kus  – Poisson’i tegur
Tugevustingimus .
Teooria annab rahuldavaid tulemusi habraste materjalide surve korral.
Suurima nihkepinge ehk kolmas tugevusteooria
Piirseisund tekib siis, kui suurim nihkepinge antud punktis saavutab teatud piirväärtuse
Tugevustingimus .
Teooria annab häid tulemusi tasandpinguses sitkete materjalide puhul, mille käitumine tõmbel ja survel on ühesugune ja piirseisundiks on voolamine .

Energeetiline ehk neljas tugevusteooria

Piirseisund tekib siis, kui deformatsioonienergia tihedus antud punktis saavutab teatud piirväärtuse
Tugevustingimus .
Teooria annab häid tulemusi materjalide puhul, mille piirseisundiks on plastsuse teke.
11. PAINDE JA VÄÄNDE KOOSMÕJU
Vaatleme võlli, millele on kinnitatud kolm rihmratast ning nende kaudu koormatakse võlli painde- ja pöördemomentidega. Kusjuures võlli materjali, pikkuse ja rataste vahekaugused valime samad, mis varem vaadeldud näidetel ehk teisiti viime painde ja väände peatükkides vaadeldud ülesanded kokku.
M1 = 80 Nm; M2 = 240 Nm; M3 = 320 Nm; F1 = 1,2 kN; F2 = 1,8 kN; F3 = 2,6 kN.
l1 = 0,1 m; l2 = 0,2 m; l3 = 0,4 m; l4 = 0,1 m.
Võlli materjal – teras C45E, seega tinglik voolavuspiir Rp0,2 = 370 MPa.
Sisejõudude epüüridelt näeme, et suurema ratta all tekivad maksimaalne väändemoment T = 240 Nm, maksimaalne põikjõud Q = 1550 N ja ka maksimaalne paindemoment M = 345 Nm. Võib järeldada, et see on võllile ohtlik lõige ja selles lõikes tuleb leida võlli minimaalne läbimõõt.
Kuna tegemist on väände ja põikpainde koosmõjuga, siis ristlõikes tekib kolme tüüpi pingeid: väände v, painde  ja lõike l. Nende jaotus võlli põikpinnal on järgmine: maksimaalne paindepinge tekib punktides A ja A’, maksimaalne lõikepinge aga keskteljel x, kusjuures paindepinge võrdub sel teljel nulliga.
Seega ümara detaili arvutusel võib lõikepingeid mitte arvestada. Võlli läbimõõdu leiame painde– ja väändepingete kaudu.
Kolmandast tugevusteooriast saame .
Kuna
ja
siis võime leida ekvivalentpinge kui
Siis tugevustingimus
ja võlli läbimõõt .
Vaadeldud näitel lubatud normaalpinge
MPa.
Siis võlli läbimõõt
m = 26 mm.
12. TOLERANTSID JA ISTUD . PINNAKAREDUS .
KUJU JA ASENDITOLERANTSID
12.1. Standardimine
Standardimine on ühtsete reeglite koostamine majanduselu, ametivõimude ja tarbijate elu kergendamiseks, mis on suunatud ühiskonna optimaalse kasu suurendamisele, põhinedes teaduse, tehnoloogia ja praktika saavutustel. Standardite abil suurendatakse toodete kokkusobivust, kasutusohutust, kaitstakse loodust, soodustatakse kodumaist ja rahvusvahelist kaubandust.
Standard on kirjalik väljaanne, mis on avatud ja kõigile kättesaadav. Selle võtab vastu standardimisega tegelev valitsusasutus või organisatsioon või muu tunnustatud organ.
Standardid koostatakse koostöös ametivõimu, tööstuse, kaubanduse ja tarbijate esindajatega ning erapooletute spetsialistidena kaasatakse koostamisse sageli ka ülikoolide ja teadusasutuste esindajaid, püüdes standardite koostamisel saavutada konsensus .
Standardid on olemuslikult soovitused ja nende kasutamine on vabatahtlik (seni, kuni mõne õigusaktiga ei muudeta need kohustuslikuks ).
Eesti Standardiamet EVS asutati 1991. a. Standardimisalaste küsimustega tegeleb standardiosakond, kes peale standardite koostamise ja väljaandmise avaldab standardiinfot, nõustab ettevõtteid ja koordineerib osalemist rahvusvahelises koostöös.
Eesti standardeid tähistatakse EVS. Valdav enamik neist on otse üle võetud kas ISO (rahvusvahelised standardid) või EN (eurostandardid) standarditest. Kui Eesti standardiks on ülevõetud rahvusvaheline standard, on selle tähistus EVS-ISO. Piirkondlike standarditest võib tuua järgmisi: Saksamaa – DIN, Soome – SFS, Rootsi – SIS, Suurbritannia – BSI, Taani – DS, Läti – LVS, Leedu – LST, Poola – PKN.

12.2. Vahetatavus

Vahetatavuseks nimetatakse toote koostisosa omadust, mis võimaldab seda kasutada sobitamata. Vahetatavus kergendab masinate valmistamist , kasutamist ja remonti, võimaldab kulunud või purunenud detaili või koostu asendada varudetaili või –koostuga, ilma et toote kasutusomadused halveneksid.
Vahetatavust saavutatakse vajaliku täpsusega detailide valmistamise ja nende koostamisega , kusjuures määratakse kõigi vajalike geomeetriliste, mehaaniliste, füüsikaliste ja teiste parameetrite täpsus, olenevalt detailide ja koostute otstarbest ning toote optimaalsest kvaliteedist. Vahetatavus tuleb tagada kogu tehnoloogilise protsessi käigus: alates lähtematerjalist, toorikutest, pooltoodetest ja lõpetades valmisdetailide, sõlmede ja agregaatidega.
Vahetatavus võib olla täielik või osaline. On olukordi , kus detailide kuju ja mõõtmete täpsusele esitatakse nii kõrged nõuded, et täieliku vastastikuse vahetatavuse tagamiseks tuleb suurendada järsult valmistamiskulusid. Sel juhul sorteeritakse detailid eelnevalt gruppidesse ja sõlmed koostatakse vastastikku sobivate gruppide detailidest (kellakivid, veerelaagrite veerekehad jm). Sellist vastastikust vahetatavust nimetatakse osaliseks .
Eristatakse veel välist ja sisemist vahetatavust. Väline vahetatavus on sellise toodete vahetatavus, mis paigaldatakse teise, keerukamasse tootesse kasutustunnusarvude järgi ja mis on vahetatavad liitepindade kuju ning mõõtmete järgi. Sisemine vahetatavus on koostu kuuluva detaili vahetatavus.
12.3. Tolerantsid
Mõõde on geomeetrilise parameetri (pikkus, laius, kõrgus, vahekaugus , sügavus) arvväärtus sobivates ühikutes. Joonmõõtmeid liigitatakse peale avade ja võllide veel ka ülejäänud elementide mõõtmeteks (Sele 12.1 mõõde H, B, L).
Nimimõõde on detaili suurust näitav mõõde, mis kantakse joonisele ja mille suhtes arvestatakse hälbeid (kõrvalekaldeid). Nimimõõde saadakse konstrueerimise käigus ning see ümardatakse teatud reeglite kohaselt. Nimimõõtmeid tähistatakse arvutustes D, d, A või ka indeksiga – Dnom, dnom. Siin ja edaspidi tähistavad suurtähed avasid või avadega seotut ja väiketähed võllisid või võllidega seotut.
Tegelik mõõde – toote valmistamisel saadud ja otseselt mõõdetud mõõde. Absoluutselt täpselt ei saa midagi valmistada – alati jäävad hälbed ja mõõtemääramatus, mis olenevad materjalist, temperatuurist, valmistamise tehnoloogiast , lõikeriista kulumisest jms. Ka detailipartii töötlemisel samas pingis samadel tingimustel esinevad mõõtmetes ikkagi erinevused. Täpsus on parameetri tegelike väärtuste lähenemise aste selle teoreetiliselt täpsele väärtusele. tegelik mõõde ei ole üldjuhul võrdne nimimõõtmega. Igal tootel on oma, teistest erinev, tegelik mõõde.
Selleks, et hinnata, kas toode vastab joonisele, tuleb nimimõõtmele lisada piirid, mis määraksid nimimõõtme ja tegeliku mõõtme lubatava erinevuse. tegeliku mõõtme lubatud suurimat ja vähimat väärtust, mille juures toode vastab veel joonisele, määratakse piirmõõtmetega. Tegeliku mõõtme suurimat lubatavat väärtust nimetatakse suurimaks piirmõõtmeks Dmax, dmax. Tegeliku mõõtme vähimat lubatavat väärtust nimetatakse vähimaks piirmõõtmeks Dmin, dmin. Mõlemad piirmõõtmed võivad olla nimimõõtmest nii suuremad kui ka väiksem.
Piirhälbed näitavad piirmõõtme ja nimimõõtme algebralist vahet. Suurimale piirmõõtmele vastavat piirhälvet nimetatakse ülemiseks hälbeks ja vähimale vastavat – alumiseks hälbeks. Hälve on alati märgiga suurus. Positiivne hälve näitab, kui palju võib detaili tegelik mõõde olla nimimõõtmest suurem ja negatiivne hälve vastupidi – kui palju võib tegelik mõõde olla nimimõõtmest väiksem.
Piirhälbed kirjutatakse vahetult nimimõõtme järel. Siin on kaks süsteemi:

• hälbed kirjutatakse nimimõõtmest poole väiksema kirjas ja nimimõõtme suhtes indeksitena (näiteks , , , ), kusjuures 0-hälvet ei kirjutata , kuid jäetakse selle koht vabaks;
  
• või hälbed kirjutatakse nimimõõtmega sama suur kirjaga ja nii, et alumine piirhälve jääb nimimõõduga samale reale ja ülemine piirhälve nihkub ühe rea
  

+0,1 +0,03 0
võrra ülespoole (näiteks 40–0,2; 40 0 ; 40–0,025 400,1).
Hälve 0 tuleb siin alati kirjutada
Näited:
– Ülemine piirhälve on +0,025 ja alumine on 0. Suurim piirmõõde on 50,025 mm ja vähim 50,000 mm. Kõlblike detailide tegelikud mõõtmed peavad asuma piirmõõtmete vahel.
– Tegelik mõõde võib olla 50-st 0,012 suurem või väikse. Detailid mõõtmetega üle 50,012 mm ja alla 49,988 mm ei kõlba.
– Tegelik mõõde 50 mm ei kõlba. Detailid peavad olema veidi suuremad (piirides 50,016 mm kuni 50,034 mm).
– Tegelik mõõde 50 mm ei kõlba. Detailid peavad olema sellest väiksemad (piirides 49,980 mm kuni 49,966 mm).
– Tegelik mõõde peab olema kas täpselt 50 mm või sellest pisut väiksem (piirides 50,000 mm kuni 49,984 mm).
Tolerants on mõõtme lubatav muutumise ulatus ehk piirmõõtmete või piirhälvete vahe. Tolerants on alati positiivne suurus (märgita).
Tähistused ja seosed
ES – ava ülemine hälve, EI – ava alumine hälve,
es – võlli ülemine hälve, ei – võlli alumine hälve,
Dmax – ava suurim piirmõõde, Dmin – ava vähim piirmõõde,
dmax – võlli suurim piirmõõde, dmin – võlli vähim piirmõõde,
Dnom – ava nimimõõde, dnom – võlli nimimõõde,
T – tolerants, TD – ava tolerants, Td – võlli tolerants.
, ,
, ,
, ,
, .
12.4. Istud
Masinaosade kooslust nimetatakse liiteks. Liide võib koosneda mitmest detailist, mis puutuvad üksteisega kokku kaaspindade ehk liitepindade kaudu.
Istuks nimetatakse liite detailide liikuvuse astet, st kui hästi või kui halvasti nad üksteise suhtes liiguvad. Istud liigitatakse:

• liikuvad, ehk garanteeritud lõtkuga,
  
• liikumatud, ehk garanteeritud pinguga,
  
• siirdeistud.
  

Liikuva istu puhul on võll enne koostamist alati avast väiksem, pinguga istu puhul aga suurem (Sele 12.2). Siirdeistu puhul on liidetavate detailide piirhälbed nii valitud, et osa liiteid tuleb lõtkuga ja osa pinguga – see sõltub liidetavate detailide tegelikest (juhuslikest) mõõtmetest.
Skemaatilisel kujutamisel nii ava, kui võlli tolerantsid näidatakse ühepoolsetena. Nimimõõde võetakse avale ja võllile ühesugune ning see ühtib kas ava vähima piirmõõtmega – siis on avasüsteem, või võlli suurima piirmõõtmega – siis on ist võllisüsteemis.
Avasüsteem on istude kogum, kus sama nimimõõtme ja täpsusega liite moodustamisel jäävad ava piirmõõtmed muutumatuks. Erinevad istud saadakse võlli piirmõõtmete muutmisega (Sele 12.3). Tehes võlli väiksema kui ava saame lõtkuga istu, tehes võlli suurema kui ava, saame pinguga istu. Tehes võlli nii, et osa võlle saavad olla avast suuremad ja osa väiksemad, saame siirdeistu. Siin sõltub lõtku või pingu tekkimine ja nende suurus liidetavate detailide tegelikest mõõtmetest. Avasüsteemi kõigil istudel on ava ülemine hälve alati “+” märgiga ja alumine hälve 0. sellist ava nimetatakse põhiavaks.
Võllisüsteem on istude kogum, kus sama nimimõõtme ja täpsusega liite moodustamisel jäävad võlli piirmõõtmed muutumatuks. Erinevad istud saadakse ava piirmõõtmete muutmisega. Tehes avad plussi, saame lõtkuga istu, tehes avad miinusesse , saame pinguga istu ja tehes avad nii, et osa neist võivad olla võllist suuremad ja osa väiksemad, saame siirdeistu. Võllisüsteemi kõigil istudel on võlli ülemine hälve 0 ja alumine “–” märgiga. sellist võlli nimetatakse põhivõlliks.
ISO tolerantsisüsteemis on 20 tolerantsjärku, mida tähistatakse IT (International Tolerance ) koos järgneva numbriga IT01, IT0, IT1, IT2, ..., IT18, ning seda tolerantsi suurenemise (täpsuse kahanemise) järjekorras. Tolerantsjärke kasutatakse:

• IT01 ... IT7 – mõõteriistade ja kaliibrite valmistamiseks,
  
• IT5 ... IT12 – täpsete koostamismõõtmetele, ehk istudele,
  
• IT12 ... IT18 – talitlusvabade mõõtmete tolereerimiseks.
  

Detaili igat töötlemismeetodit iseloomustab optimaalne töötlemistäpsus. Rämedal hööveldamisel, freesimisel, poolpuhtal treimisel, puurimisel on see IT12 ... IT14, puhtal freesimisel IT11, puhastreimisel IT7 ... IT9, peentreimisel IT8, peenhõõritsemisel IT7, peenlihvimisel IT5 ... IT7, poleerimisel IT5.
Suuri detaile on palju raskem täpselt töödelda kui väikesi. Mõõtme suurenedes suurenevad töötlemisraskused kuupparabooli
seaduspärasuse kohaselt. Ökonoomse saavutatava täpsuse sõltuvust mõõtmest iseloomustab tolerantsiühik i (m). Mõõtmetele kuni 500 mm on see:
kus D – nimimõõde, mm
Tolerantsi suurust leitakse võrrandiga
kus a – täpsusetegur, mis on iga IT jaoks muutumatu suurus.
Iga tolerantsijärk määrab igale osavahemikule kindla tolerantsi suuruse. Tolerantsitsoonide orienteerimiseks on antud nii avadele kui võllidele 28 põhihälvet. Põhihälve määrab tolerantsitsooni alguse, s.o. hälbe, mis asub nulljoonele lähemal. Põhihälbeid tähistatakse ladina tähestiku tähtedega – avade põhihälbed suurtähtedega (Sele 12.4) ja võllide omad väiketähtedega (Sele 12.5).
Põhihälvete arvväärtused on antud tabelites . Arvväärtused suurenevad nimimõõtme suurenedes.
Tolerantsitsooni lõpp, ehk teine hälve antakse tolerantsijärku kaudu. Iga tolerantsijärk määrab kindla suurusega tolerantsi. Kui see tolerants liita põhihälbele, siis saadakse teine hälve. Näiteks 60 mm IT6 tolerantsijärk on 0,019 mm, IT7 tolerantsijärk on 0,030 mm ja IT8 tolerantsijärk on 0,046 mm. ISO tabelist põhihälve g on -0,010 mm. Siis alumised hälbed on
IT6  mm;
IT7  mm;
IT8  mm.
Tolerantsitsooni tähistatakse tähe ja numbri ühendina (täht näitab põhihälvet, number aga tolerantsijärku. Vaadeldud näites esinesid tolerantsitsoonid g6, g7, g8). Näiteks mõned tolerantsitsoonid: H9, h12, m7, K8, f5, G6.
Istu moodustamiseks avasüsteemis tuleb kõigi istude puhul võtta ava põhihälbega H. Võllid põhihälvetega a ... h annavad selle avaga lõtku, võllid põhihälvetega j ... n annavad siirdeistu ja võllid põhihälvetega p ... zc pinguga istu.
Istu moodustamiseks võllisüsteemis tuleb kõigi istude puhul võtta võlli põhihälbega h. Avad põhihälvetega A ... H annavad selle võlliga lõtku, avad põhihälvetega J ... N annavad siirdeistu ja avad põhihälvetega P ... ZC pinguga istu.
Näiteks mõned istud.
Avasüsteemis: , , , , .
Võllisüsteemis: , , , , .
Tolerantsitsoonid märgitakse joonisele kas numbritega, tähtedega või kombineeritult. Viimasel juhul kirjutatakse numbrilised hälbed tähelise tähise järel sulgudesse. Numbrilist märkimist kasutatakse üksiktootmisel, tähelist märkimist aga sari- või hulgitootmisel. Kombineeritud tähistust kasutatakse siis kui toodetavate detailide arv ei ole teada (tootmise ettevalmistus) või kui on harvaesinev tolerantsitsoon .
Istude arvutamine võib seisneda kahes tegevuses:

• istu analüüs, mis seisneb teadaoleva istu tingtähise järgi liite iseloomu kirjeldavate piirlõtkude või –pingude määramises,
  
• istu sünteesis, mis seisneb etteantud lõtku või pingu piirväärtuste järgi istu valiku.
  

12.4.1. Istu analüüs
Istu analüüsis selgitab tingtähisega määratud liite tegelikku iseloomu. Olgu ist . Tuleb leida suurim ja vähim lõtk ja tõenäolised piirlõtkud.
Tolerantsitabelist leiame, et mõõtmevahemikus 30 ... 50 mm on standardtolerantsid: IT9 = 62 m ja IT8 = 39 m. Ist on avasüsteemis ja ava põhihälve on 0. Võlli põhihälve tolerantside tabeli järgi vahemikule 40 ... 50 mm on es = –25 m.
Arvutame:
ava tolerants ,
ava ülemine hälve ,
ava alumine hälve ,
võlli tolerants ,
võlli ülemine hälve ,
võlli alumine hälve ,
maksimaalne lõtk m,
minimaalne lõtk m,
istu tolerants m.
Kui käsitleda tegelikke mõõtmeid juhuslike suurustena, siis normaaljagunemise seaduse alusel võime lugeda tõenäose tolerantsivälja võrdseks hajumisväljaga 6. Kui võtame kõlblike detailide saamise tõenäosust 0,9973, siis tõenäoline lõtku tolerants:
m.
Etteantud tõenäosusega suurim ja vähim lõtk arvutatakse seostega:
ja .
Tegur Cp sõltub tõrketa töö tõenäosusest
P
0,999
0,99
0,98
0,97
0,95
0,9
Cp
0,5
0,39
0,34
0,31
0,27
0,21
Keskmine lõtk m.
Tõenäosed lõtkud:
m,
m.
Pinguga istu korral: , .
Siirdeistu korral: , .
12.4.2. Istu süntees
Etteantud lõtkude või pingude järgi tuleb leida sobiv ist.
Istu tolerants: .
Kui võtta , siis
ja .
Tõenäosusteooria järgi . Siis .
Seega tuleb ava või võlli standardtolerantsi otsida 0,5 ... 0,7 istu tolerantsi piires. Tolerantside tabelist leitakse nimimõõtme ja T järgi lähimad standardtolerantsid ning otsustatakse, millise tolerantsijärgu juurde jääda. Vahemikus IT5 ... IT9 võetakse võll sageli avast ühe tolerantsijärgu võrra täpsem. Eelnevalt on valitud kas ava- või võllisüsteem, millest põhidetaili tolerantsitsoon määratud. Siis leitakse põhihälvete tabelist kaasdetaili põhihälve, mis rahuldaks etteantud piirlõtke või pingusid. Kuna ei teki täielikku kokkulangevust, siis tuleb ümardada tehnoloogilis-majanduslikke nõudeid arvestades. Üldreeglina valitakse lähim täpsem tolerantsitsoon.
Näide.
Antud nimimõõde 60 mm ning m ja m, avasüsteem.
m.
m.
Lähimad standardtolerantsid nimimõõtmele 60 mm on
IT7 = 30, IT8 = 46, IT9 = 74.
Tõenäosusteooria järgi m.
Ilmselt sobib IT8, ja m.
Avasüsteemis ava põhihälve
ja . Et saada m, peaks võlli
ja et m peab .
Lähim standardist on ,
kus , , ,
m,
m.
Maksimaalne lõtk on liiga suur. Vähendame võlli tolerantsitsooni ning valime .
Siis , , ,
m,
m.
12.5. Detailide pinnakaredus
Materjalide töötlemisel tekivad detailide pinnale korrapärased töötlemisjäljed – pinnakonarused, mis annavad töödeldud pinnale pinnakareduse. Koostöötavate pindade karedusest sõltub nende hõõrdumine ja kulumine. Pinnakaredus mõjutab ka detailide tugevust. Siledama pinnaga detailid peavad kauem vastu. Pinnakaredusest sõltub pinguga istude mõjukus . Siledama pinnaga detailid annavad liites suurema pingu, sest karedate pindadega detailide kokkupressimisel lõigatakse osa pinnakonarusi maha. Karedama pinnaga detailid korrodeeruvad kiiremini. Masinadetailide sissetöötamisel toimub pinnakonaruste intensiivne muljumine ja mahalõikamine, mille tulemusena detailide tegelikud mõõtmed muutuvad. Mida karedam on pind, seda suuremad on need muutused. Tuleb aga teada, et mida siledamat pinda soovitakse, seda kallimaks läheb töötlemine. Igat töötlusviisi iseloomustab teatav otstarbekas pinnakaredus, mille märgitav ületamine suurendab järsult töötlemiskulutusi.
Lähtepikkus l on reaalprofiili keskjoone lõigu kindlaksmääratud pikkus, mille ulatuses pinnakaredust iseloomustavaid konaraid mõõdetakse.
Pinnakaredust iseloomustatakse järgmiste tunnussuurustega.
Profiili hälvete aritmeetiline keskmine Ra on profiili punktide y1, y2, ..., yn keskjoonest mõõdetud kauguste keskväärtus lähte ulatuses
, ehk ligikaudu ,
kus l on lähtepikkus, n – mõõdetud punktide arv.
Konarate keskmine kõrgus kümne punkti järgi Rz on lähtepikkusel l asuva viie kõrgeima harja ja viie sügavaima põhja kõrguste-sügavuste aritmeetiline keskmine
Eelistada tuleb tunnussuurust Ra. On kehtestatud eelisarvväärtuste pinnakaredusjärgud, millele vastavad Ra suurused m-tes on järgmised:
100; 50; 25; 12,5; 6,3; 3,2; 1,6; 0,8; 0,4; 0,2; 0,1; 0,05; 0,025; 0,012.
Igat töötlusviisi iseloomustab teatav otstarbekas pinnakaredus. Mõned näited on toodud Tabelis 12.1.
Tabel 12.1. Pinnakaredus ja täpsus sõltuvalt töötlemisviisist.
Töötlemisviis
Ra, m
IT
hööveldamine
3,2 ... 25
12 ... 14
freesimine
3,2 ... 50
11 ... 14
treimine
0,4 ... 12,5
7 ... 14
puurimine
6,3 ... 25
12 ... 14
hõõritsemine
0,4 ... 12,5
7 ... 10
lihvimine
0,2 ... 1,6
5 ... 8
poleerimine
0,05 ... 1,6
5, 6
hoonimine
0,05 ... 0,4
6 ... 8
Pinnakareduse põhimärgiks joonisel on “linnuke” tipunurgaga 60, mille vasaku haru kõrgus on umbes 1,4 ja parema haru kõrgus 3 tähekõrgust. Pinnakaredusmärgil võivad olla eri kujund tingimata mehaanilise töötlemise (Sele 12.10 b) või töötlemata jätmise (Sele 12.10 c) nõudega. Põhilise karedusparameetri Ra väärtus kirjutatakse märgi madalama haru kohale. Võib esineda ka laudi, mille peale kirjutatakse tehnilisi lisanõudeid töötlemise kohta (Sele 12.10 d). Valdav pinnakaredus antakse joonise paremas ülanurgas (Sele 12.10 e). Sulgudes olev märk on sama suur kui kujutiste juurde kantav pinnakaredusmärk, sulgude ees olev märk aga 1,5 korda suurem ja joonelt jämedam.
12.6. Pindade kuju- ja asenditolerantsid
Detailide töötlemisel ei hälbi normist mitte ainult joonmõõtmed, vaid ka geomeetriline kuju ning telgede, pindade ja konstruktiivsete elementide vastastikune asend. Geomeetriatolerantsid määravad piirid, mille sisse peavad makrogeomeetria hälbed mahtuma. Standardiga normitakse detaili neli aspekti: kuju, orientatsioon, asend ja viskumine . Joonistele saab geomeetriatolerantsid märkida eritähisega või tekstiga joonise tehnilistes tingimustes.
Tabel 12.2. Geomeetriatolerantside tähised.
Rühm
Tolerantsiliik
Tähis
Sirgsus
Kujutolerantsid
Tasapinnalisus
Ümarus
Silindrilisus
Rööpsus
Suunatolerantsid
Ristisus
Kalle
Koht
Asenditolerantsid
Samatelgsus
Sümmeetria
Viskumistolerantsid
Radiaalviskumine
Täisviskumine
Ümarushälve – suurim kaugus  tegeliku profiili ja selle puuteringjoone vahel (Sele 12.11 a). Ümartolerants on ümarushälbe suurim lubatud väärtus
Silindrilisushälve – suurim kaugus  tegeliku pinna ja puutesilindri vahel (Sele 12.11 b). Silindrilisustolerants on silindrilisushälbe suurim lubatud väärtus. Silindrilisushälve sisaldab ümarhälvet.
Samatelgsushälve baaspinna suhtes – suurim kaugus  vaadeldava pinna ja baaspinna telgede vahel (Sele 12.11 c). Samatelgsustolerants diametraalväljenduses on kahekordne samatelgsushälbe suurim lubatud väärtus.
Rööpsushälve – puutetasandite suurima ja vähima kauguse vahe
normimispiirkonnas (Sele 12.11 d). Rööpsustolerants on rööpsushälbe suurim lubatud väärtus.
Ristseisushälve – tasandi ja telje vahelise nurga joonmõõtmena väljendatud hälve täisnurgast normimispiirkonnas (Sele 12.11 e). Ristseisutolerants on ristseisuhälbe suurim lubatud väärtus.
Radiaalviskumine – pinna tegeliku profiili ja baastelje vahelise suurima ja vähima kauguse vahe
(Sele 12.11 f). Radiaalviskumise tolerants on radiaalviskumise suurim lubatud väärtus.
Kohahälve – suurim telje tegeliku ja nimiasendi vahekaugus normimispiirkonnas (Sele 12.11 g). Kohatolerants diametraalväljenduses on kahekordne kohahälbe suurim lubatud väärtus.
Sümmeetriahälve baaselemendi suhtes – suurim kaugus vaadeldava elemendi sümmeetriatasandi ja baaselemendi telje vahel normimispiirkonnas (Sele 12.11 h). Sümmeetriatolerants diametraalväljenduses on kahekordne sümmeetriahälbe suurim lubatud väärtus.
Baastelgi ja baaspindu märgitakse detailijoonistel musta võrdkülgse kolmnurgaga, mis ühendatakse ruudukujulise raamiga , kuhu kirjutatakse baasi tähis (Sele 12.12)
Kuju- ja asenditolerantsid märgitakse joonisele peene joonega tõmmatud ristkülikuraami. Kirja kõrgus selles vastab joonise mõõtarvude kõrgusele (Sele 12.13).
13. LIITED
Koostades masinaid ja konstruktsioone tuleb nende detaile omavahel ühendada.
Detailidevahelisi liikumatuid ühendusi nimetatakse liiteiks. Jagunevad lahtivõetavaiks ja mittelahtivõetavaiks e. kinnisliiteiks.
13.1. NEETLIITED
Neetidega tavaliselt ühendatakse lehtmaterjalid. Neet koosneb varvast, algpeast ja lõpp- peast . Valmistatakse plastsest materjalist (süsinikvaene teras, vase- ja alumiiniumsulamid). Vältides elektrokeemilist korrosiooni on soovitav , et needi materjal oleks lehe materjaliga sarnane. Lõpp-pea moodustamine võib toimuda pressides või tagudes, nn. tõmbeneetide (liite vastaspoolele juurdepääs takistatud) korral.
Neete valmistatakse automaatpinkides, neediavad stantsitakse (lehed kuni 25 mm) või puuritakse. Vastutusrikastes liidetes ainult puuritakse. Terasneete läbimõõduga kuni 12 mm needitakse külmalt, suurema läbimõõdu puhul – kuumalt (1000 – 1100 C). Pikka neeti kuumutatakse ainult selles otsas, mis lõpp-peaks maha taotakse.
Eelised:
- liite stabiilsus,
- kvaliteedi kontrollitavus,
- kinnitavate detailide mitterikkumine lahtivõtmisel.
Puudused
- metalli liigne kulutamine,
- lisadetailide vajadus ( suurendatud maksumus),
- vähemugavad konstruktiivsed lahendused.
Kasutusala

• liidetes, kus ei lubata kuumutamist termotöödeldatud detailide noolutuse või viimistletud detailide kõmmeldumise ohu tõttu,
  

- raskesti keevitatavate metallide kinnitamiseks,
- tugevatel vibratsioonkoormustel.

Neetide põhitüübid

a – ümarpeaneedid, b – peitpeaneedid, c – lamepeaneedid, d – poolpeitpeaneedid
Toruneete (e) kasutatakse õhukeste lehtede ja mittemetalsete elementide kinnitamiseks.
Õmbluste konstruktsioon
a – katteõmblused, b – ühe lapiga põkkõmblused, c – kahe lapiga põkkõmblused.

Neetliidete arvutus

Põhikoormuseks on detailide nihutav pikijõud. Algul võtab väliskoormust vastu kinnitatavate detailide vahel olev hõõrdejõud. Sellele järgneb neetide koormamine : paine, pindsurve ja nihe.
Külmalt paigaldatud liidetes arvutatakse neet lõikele. Hõõrdejõu mõju arvestatakse lubatavate pingete valikul. Sümmeetriliselt rakendatud koormuse puhul loetakse koormuse jagunemist neetide vahel ühtlaseks.
Needid arvutatakse lõikele ja kontaktsurvele (muljumisele). Lubatavad pinged:

,
Suuremad väärtused valitakse puuritud avade puhul.
Projektarvutusel tavaliselt valitakse neeti läbimõõt d ja arvutatakse vajalik neetide arv.
Tugevustingimus lõikel
kus n – neetide arv,
m – lõikepindade arv.
Kuna needi ristlõikepindala , siis vajalik neetide arv
lõike
T F
F
ugevustingimus muljumisel
k muljumine
us tinglik muljumispind .
Kahe lõikepinnaga liites võrrelda
ja ning muljumisarvutus viia läbi väiksemat väärtust kasutades.
Peale neetide kontrolli tuleb kontrollida lehtede tugevust nii tõmmele kui ka lõikele.
Leht 2
i – neetide arv ühes reas.
Leht 1
Paindemomendiga koormatud liide
Liite tugevust kontrollitakse enamkoormatud needi kaudu.
Momentide tasakaaluvõrrand
kus n – neediridade arv.
Kuna , , ..., .
Siis
Koormus enamkoormatud needile
Kontrollitakse needi tugevust lõikel ja muljumisel
Vahelduvkoormustel viiakse läbi arvutus samade meetoditega, vähendades lubatavaid pinged
kus  – dünaamikat arvestatav tegur.
13.2. KEEVISLIITED
Keevisliide – detailide kogum, mis on keevisõmblusega ühendatud. Liide saadakse liitekoha kuumutamisega sulaks või plastseks ja selle liitekoha järgneva tardumise tulemusena.
Keevitusviisid:
Kaarkeevitus – metalli sulamiseks vajalik soojus saadakse elektrikaarelt. Masstootmisel või pikkade õmbluste korral kasutatakse automaatkeevitust. Lühikeste või järsult suunda muutvate õmbluste korral aga käsikeevitust.
Elekter -räbukeevitus – põhi- ja lisametalli sulatav soojus tekib elektrivoolu läbiminekul kahe keevitatava detaili vahel olevast vedelast räbust. Meetod võimaldab ühe läbimiga keevitada paksuseinalisi detaile (kuni 2 m.).
Kontaktkeevitus – kontaktpind kuumutatakse elektrivooluga ja surutakse detailid kokku. Kasutatakse enamasti masstootmisel ja stantsitud elementide korral.
Hõõrdkeevitus – kasutatakse detailide suhtelisel liikumisel tekkivat soojust. Enamasti pöörlemisdetailide keevitamisel.
Eritüübid:

• Difusioonkeevitus – heterogeensete materjalide keevitamiseks.
  
• Laser - ja elektronkiir- keevitus – lubab saavutada õhukesi läbisulamistsoone ja väikseid deformatsioone. On võimalik keevitada termotöödeldud detaile.
  
• Ultrahelikeevitus – aparaadiehituses õhukeste detailide keevitamiseks.
  
• Pealesulatamine.
  

Keevisliidete eelised:

• neetimisest metallisäästlikum;
  
• keevitusprotsess on suure tootlikusega;
  
• sulatuskeevitusega saadud liited on hea tihedusega.
  

Puuduseks:

• kvaliteedi ebastabiilsus käsikeevitamisel;
  
• metalli kohaliku ülessulamise ja jahtumise tulemusena võib muutuda metalli struktuur halvemaks;
  
• ebaühtlasest paisumisest -kokkutõmbumisest tekivad sisepinged;
  
• pingete kontsentratsioon.
  

Lähtuvalt liidetavate elementide vastastikusest asendist jagunevad keevisliited (Sele 13.2.1) nelja alaliiki.
Sele. 13.2.1. Keevisliidete liigid:
a) – põkkliide, b) – katteliide, c) – nurkliide, d) – vastakliide .
13.2.1. Keevisliidete kujundamine

Keevisliidete tugevusarvutus
Katsed ja praktika näitavad, et põkkõmblused purunevad normaalpingest  ning nurkõmblused tangentsiaalpingest .
Tõmbejõuga koormatud põkkõmblus.
Tugevustingimus .
Siis keevisõmbluse pikkus .
Paindemomendiga koormatud põkkõmblus.
Tugevustingimus .
Keevisõmbluse pikkus .
Tõmbejõuga ja paindemomendiga koormatud põkkõmblus.
Tugevustingimus
Keevisõmbluse pikkuse on võimalik leida valemiga , suurendada seda ning kontrollida tõmbe ja painde koosmõju.
Nurkõmbluste liigid.
a) normaalõmblus, b) kumerõmblus, c) nõgusõmblus, d) eriõmblus, .
Lõikele töötavat liidet kontrollitakse järgmiselt:
kus k – keevisõmbluse kaatet;
l – õmbluse kogupikkus;
 – läbisulamist iseloomustav tegur.  = 0,7 – käsikeevitus, mitme läbimiga
automaat ja poolautomaatkeevitus;  = 0,8 – kahe või kolme läbimiga
poolautomaatkeevitus;  = 0,9 – kahe või kolme läbimiga automaatkeevitus ;
 = 1,1 – ühe läbimiga automaatkeevitus.
Külgõmblustel pinge kontsentreerub
õmbluse pikkust mööda. Selle arvesse
võtmiseks suurendatakse arvutuslik
koormust 1,3 korda.
Keevisliidetele lubatavad pinged
Keevitusviis
Põkkõmblustes
Lõikel
tõmbel
survel
Räbustialune automaatkeevitus, poolautomaat -keevitus, keevitus kaitsegaaside keskkonnas, põkk-
kontaktkeevitus sulatusega, keevitus kõrg-kvaliteetsete elektroodidega
[]
[]
0,65[]
Käsikeevitus normaalkvaliteediga elektroodidega
0,8[]
0,9[]
0,6[]
Punkt- ja joonkontaktkeevitus
0,6[]
13.3. GARANTEERITUD PINGUGA LIITED (PRESSLIITED)
Liide saavutatakse haarava ja haaratava detaili tegelike mõõtmete erinevuse abil. Võlli (haaratava detaili) tegelik mõõde on ava (haarava detaili) tegelikust mõõdust suurem ning liite koostamisel tekib kontaktsurve.
Liiteid kasutatakse pöördemomendi ja/või telgjõu ülekandmiseks .
Eelised:

• hea tsentreerimine ja töökindlus;
  
• konstruktsiooni lihtsus;
  
• pingekontsentraatorite puudumine.
  

Puudused:

• istualuste pindade mõõtmete suurendatud
  

täpsuse vajadus;

• töökindluse kontrollimise raskus liite
  

koostamisel;

• kontaktpindade vigastumine liidete
  

lahtivõtmisel.
Liite moodustamise viis:

• telgjõu rakendamisega nihutatakse üks detail teise suhtes vajaliku suuruse võrra (pressimise kiirus  5 m/s);
  
• võlli kuumutamine või rummu jahutamine temperatuurini, mil üks detail vabalt läheb teise sisse (on  2,5 korda tugevam).
  

13.3.1. Pressliidete tugevusarvutus
Pressliite koostamisel tekib kontaktpindadel radiaalsurve p, mille intensiivsust loetakse ühtlaseks. Kui konstruktsioonile mõjub telgjõud F ja pöördemoment M, siis kontaktpindadel tekib hõõrdejõud Fh mis väldib liitedetailide omavahelist nihet.
Liite projekteerimisel otsitakse minimaalset vajalikku pindsurvet:
1) Telgjõuga koormatud liide (Sele 13.3.1. a).
Vajalik hõõrdejõud , kus K – haardetegur . Kuna hõõrdejõud avaldub kontaktpindala , normaalsurve p ja hõõrdeteguri f kaudu, siis minimaalne vajaliku hõõrdejõu tagatav surve on
2) Pöördemomendiga koormatud liide (Sele 13.3.1. b).
Vajalik takistusmoment . Kuna , siis
3) Telgjõuga- ja pöördemomendiga koormatud liide (Sele 13.3.1. c).
Kuna sel juhul liitel mõjub nii telgjõud F, kui ka ringjõud
(pöördemomendi suunas, ehk telgjõu suunaga risti), siis tuleb leida välisjõu resultandi . Vajalik hõõrdejõud . Siis minimaalne surve
Neid valemeid saab ilma pingekontsentratsiooni tegurita kasutada liidetes, mil . Haardetegur K = 1,5 ... 3. Hõõrdetegur f = 0,08 – presskoostamisel ja f = 0,14 – termokoostamisel.
Arvutusliku pindsurve kaudu määratakse liite arvutuslik ping Narv. Selleks kasutatakse Lamei võrrandit paksuseinaliste silindrite arvutamiseks (silindrit loetakse paksuseinaliseks, kui selle keskmine läbimõõt ületab seinapaksust mitte rohkem, kui viis korda)
kus ,
d – koostamispindade nimiläbimõõt , dV – rummu välisläbimõõt, dS – võlli siseläbimõõt (kui võlli ristlõikeks on täisring, siis dS = 0).
E – elastsusmoodul,  - Poissoni tegur. Indeks 1 tähistab võlli, 2 – rummu.
Arvestades liitepindade mikrokonaruste muljumist liite koostamisel, suurendatakse arvutuslikku pingu u võrra, kus . Ra1 ja Ra2 on liitepindade pinnakaredus.
Kui võll ja rumm on valmistatud erinevatest materjalidest, tuleb silmas pidada ka võimalikku erinevat deformatsiooni temperatuuri muutmisel
kus  – materjali joonpaisumistegur, t – liite keskmine töötemperatuur.
Siis minimaalne vajalik ping liites
Maksimaalne ping Nmax leitakse liitedetailide tugevusega piiratud maksimaalse pindsurve pmax kaudu.

13.4. KEERMESLIITED

Keermeks nimetatakse detaili pinnale mööda kruvijoont valmistatud kindla kujuga soont. Keermesliidete tunnus on keermestatud elementide olemasolu. Nendeks elementideks võivad olla kas standardsed kinnitusdetailid või ühendatavate detailide keermestatud osad.
Eelised:

• korduvalt lahtivõetav ja koostatav;
  
• suurte ja hästi kontrollitavate telgjõudude saamise võimalus;
  
• liide võib edukalt olla suvalises asendis;
  
• tänu masstootmisele standardsed kinnituselemendid ( kruvid , poldid , mutrid ) on kvaliteetsed ja sutheliselt odavad.
  

Puudused:

• pingekontsentraatorite olemasolu;
  
• koormuse ebaühtlane jagamine keerdude vahel;
  
• keerme halb tsentreerimine.
  

Keermete klassifikatsioon .
1. Keermestatud pinna järgi:
- sisekeere (mutrid);
- väliskeere (kruvid).
2. Keermestatud pinna kuju järgi:
- silinderkeere;
- koonuskeere.
3. Kasutataud mõõtühikute järgi:
- meeterkeere (tähis M);
- tollkeere (tähis UNF või UNC).
4. Keermeniidi suuna järgi:
- parempoolne;
- vasakpoolne (tähisele lisatakse tähed LH).
5. Keerme sammu järgi:
- jämekeere (tähises samm ei kajastu);
- peenkeere (tähises näidetakse peale x, näiteks M16x1,5).
Silinderkeeret iseloomustavaid parameetrid:

välisläbimõõt (kruvil d, mutril D);

siseläbimõõt (kruvil d1, mutril D1);

keskläbimõõt (kruvil d2, mutril D2);

keerme samm P – piki keerme telge
mõõdetud kõrvutiolevate keerdude
rööpsete külgede vahekaugus;

keerme profiilinurk  (meeterkeerel 60,
tollkeerel 55);

keerme tõusunurk  - nurk keerme keskläbimõõdul moodustava kruvijoone ja keerme teljega risti oleva tasandi vahel; .
Koonuskeermed valmistatakse koonilisusega 1 : 16. Ühendada saab nii koonilised välis- ja sisekeermed kui ka koonilised väliskeermed silindrilise sisekeermetega.
Keermed valmistatakse teatud täpsusega. Tolerantsjärgud:
Kruvidele
- keskläbimõõdul d2 – 4; 5; 6; 7; 8;
- välisläbimõõdul d – 4; 6; 8.
Mutritele
- keskläbimõõdul D2 – 4; 5; 6; 7; 8;
- siseläbimõõdul D1 – 5; 6; 7.
Piirhälbed:
- kruvidele h; g; f; e; d;
- mutritele H; G; F; E.
Kolm täpsusklassi
täpne keskmine jäme
kruvid 4h 6h; 6g; 6e; 6d 8h; 8g;
mutrid 4H5H 5H6H; 6H; 6G 7H; 7G.
Kahekordsel tähistusel esimene arv annab keskläbimõõdu ning teine siseläbimõõdu (mutritel) ja välisläbimõõdu (kruvidel) täpsuse.

Keermesliidete elemendid.
Keermesliited jagunevad polt-, kruvi- ja tikkpoltliiteiks
a) – poltliide, b) – kruviliide, d) – tikkpoltliide.
K
eermesliite elemendid on peapoldid, kruvid, tikkpoldid, mutrid, seibid ja keerme lukustuselemendid.
Poldid
Metallkruvid
Seadekruvid
Mutrid
Kuigi kinnituskeermed on tavaliselt eelpingestatud ja isepidurdavad (keerme tõusunurk on hõõrdenurgast väiksem), vibratsioonide ja vahelduva koormuse toimel väheneb liites eelpingutusjõud. Selle vältimiseks tuleb kasutada lukustusvahendeid.
Muttrid ja kruvid keeratakse kinni ja lahti võtmetega. Neli- või kuuskantpeaga mutrid ja kruvid keeratakse tavaliste võtmetega (a ja b). Ümara hammasmutri jaoks on võtti c. Varianti d kasutatakse mutritel, mille otspinnal on vastavad avad. Sisekuuskandiga mutreid ja kruve keeratakse võtmega e.
Keermesliidete elemente valmistatakse enamasti terasest , vajadusel kasutatakse ka pinnakatteid ( tsinki , kroomi, kaadmiumi, niklit , vaske, hõbedat jm.). Kruvide tugevusklassid on näitatud tabelis. Tugevusklassi näidatakse kruvi tähisel.
Poltide, kruvide ja tikkpoltide valmistamiseks kasutatavate teraste tugevusnäitajad, MPa
Tähis (tugevusklass)
3.6
4.6
4.8
5.6
5.8
6.6
6.8
6.9
8.8
10.9
12.9
Tugevuspiir, Rm
340
400
400
500
500
600
600
600
800
1000
1200
Voolavuspiir, Rp0,2
204
240
320
300
400
360
480
540
640
900
1080
Märkus : Tähise esimene number korrutatult 100-ga annab materjali min. tõmbetugevuse, teine korrutatult 10-ga näitab Rp0,2/Rm protsentides.
13.4.2. Keermesliidete tugevusarvutus.
Püsikoormustel töötavate liidete arvutus
Tavaline polt asub väikese lõtkuga puuritud avas. Spetsiaalpolt asub väikese pinguga hõõritsetud avas. Selle arvutus on analoogiline neetliide arvutusega.
Enamik lõtkuga keermesliiteid on eelpingestatud ning seetõttu arvutus viiakse staatilisele koormusele.
Põhilised purunemisviisid:
- poldivarva tõmme ;
- keermeniitide lõige, muljumine, kulumine;
- poldipea lõige.
Standardsed keermedetailid on projekteeritud pidades silmas ülalt toodud kriteeriumide võrdtugevust. Seepärast viiakse arvutus läbi ainult poldivarva tõmbetugevusele. Teiste elementide tugevust võib vaadata kontrollarvutusena.
Mittestandardsetes liidetes on vajalik kontrollida nii poldivarva kui ka keermeniidi ja poldipea tugevust.
Tõmbega koormatud poldi arvutus
Keerme valmistamisel materjal tugevneb 10 % võrra. Poldi tegelik ristlõikepidala on läbimõõduga d1 ringi pindalast suurem. Nendest faktidest lähtudes valitakse arvutuslik läbimõõt . Kuna , siis liite tugevusarvutusel võib lähtuda läbimõõdust d1.
Ilma eelpingeta polti arvutatakse ainult tõmbele
Eelpingestatud poldis tekib nii tõmme kui ka vääne.
Siis on arvutusvalem
kus T – väändemoment.
Lihtsustades seda arvutust, võib väände mõju arvestada,
suurendates tõmbejõud 30 % võrra. Siis viiakse arvutus
läbi järgmiselt

Põikjõuga koormatud liite arvutus

Välisjõudu tasakaalustab kinnitatavate detailide vahel tekiv hõõrdejõud Fh.
Põikjõu tasakaaluvõrrand .
Hõõrdejõudu tagav normaalkoormus tekib mutri eelpingest
kus f – hõõrdetegur;
i – liitepindade arv.
Seega vajalik eelpingutusjõud .
Polti koormav arvutuslik jõud ,
kus 1,3 – väändepinget arvestatav tegur;
K  1,2 – läbilibisemist vältiv varutegur.
Poldi tugevustingimus
ning poldi siseläbimõõt .

13.5. LIISTLIITED

Liistliide koosneb võllist, liistust ja ratta või muu detaili rummust . Liistu kasutatakse pöördemomendi ülekandmiseks võllilt rummule või vastupidi, samuti ka garanteerides rummu mittepöörlemist võlli suhtes. Liistude põhitüübid on standarditud. Sooned lõigatakse võllidesse kas ketas - või sõrmfreesidega, rummu aga tõukepinkidel või kammlõikuriga.
Eelised:

• liite lihtsus ja töökindlus,
  
• kerge koostamine ja demonteerimine,
  
• madal maksumus.
  

Puudused:

• liistusooned nõrgestavad võlli ja rummu
  

ristlõikeid,

• soontes kontsentreerub pinge.
  

13.5.1. Liistliidete liigid.
Kõik liistliited jagatakse eelpingestamata ja eelpingestatud liideteks. Eelpingestatud liidete koostamisel tekivad detailides lisapinged. Seda tüüpi liiteid saadakse piki- ning tangentsiaalkiilude kasutamisel .
Eelpingestamata liited saadakse prisma- ja segmentliistudega. Nende liidete koostamisel ei teki detailides lisapinget. Prismaliistudega liidetes on liistu tööpindadeks kitsamad (kõrgusega h) külgpinnad.
13.5.2. Liistliidete tugevusarvutus
Liistud valitakse standardtabelitest, lähtudes võlli läbimõõdust ja kontrollitakse liistu tugevust.
Tabel 13.5.1. Prismaliist ja liistupesa mõõtmed
võlli läbimõõt
liistu ristlõike
nimimõõde, mm
süvise sügavus,
mm
d, mm
laius b, mm
kõrgus h, mm
võlli, t1
rummu, t2
12 d  17
5
5
3
2,3
17 d  22
6
6
3,5
2,8
22 d  30
8
7
4
3,3
30 d  38
10
8
5
3,3
38 d  44
12
8
5
3,3
44 d  50
14
9
5,5
3,8
50 d  58
16
10
6
4,3
58 d  65
18
11
7
4,4
65 d  75
20
12
7,5
4,9
75 d  85
22
14
9
5,4
85 d  95
25
14
9
5,4
95 d  110
28
16
10
6,4
110 d  130
32
18
11
7,4
Märkus. Liistu pikkus valitakse kasutades alljärgnevat arvrida: 6; 8; 10; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200; 250; 280; 315; 335; 400; 450.
Prismaliistudega liidete põhiarvutuseks on arvutus muljumisele. Standardliistude arvutust lõikele tavaliselt ei tehta , kuna liistu kõrgus h ja laius b on valitud nii, et liite koormamist piiratakse liistu muljumisega, mitte nihkega.
kus Ft – ringkoormus,
AC – muljumispindala.
ja ,
kus T – ülekantav pöördemoment,
d – võlli läbimõõt,
lt – liistu tööpikkus, (ümarotstega liistudel ).
Siis
Projektarvutusel leitakse liistu arvutuslik pikkus ja valitakse standardne liistupikkus (Tabel 13.3.1.). Rummu pikkus on tavaliselt 8 ... 10 mm liistupikkusest suurem.
Segmentliistu arvutatakse samuti muljumisele .
Kuna segmentliist on prismaliistust kitsam, siis seda kontrollitakse ka lõikele
kus b – liistu laius.
13.5.3. Liistude materjalid ja lubatavad pinged
Standardliistud valmistatakse puhtalt tõmmatud keskmise süsinikusisaldusega sorditerasest, eriliistud aga legeeritud terasest.
Liistliidete lubatavad pinged:

• terasrumm MPa,
  
• malmrumm MPa.
  

Suuremaid väärtusi valitakse pideva koormuse puhul, väiksemaid aga vahelduva- või löökkoormustel.
Juhul, kui tegelik pinge liistliites ületab lubatavaid suurusi kasutatakse 180 paigaldatud kahte või 120 paigaldatud kolme liistu.
13.5.4. Soovitused liistliidete konstrueerimisel
1. Mitme liistu kasutamisel võllil paigaldatakse need ühel joonel
2. Valmistamisprotsessi kergendamiseks on soovitav kasutada võlli erinevatel astmetel ühesuguse ristlõikega liiste. Liistude tugevus sel juhul on piisav, kuna jõud Ft1 ja Ft2 on
ja .
Kuna aga , siis .
3. Kahe segmentliistu vajadusel paigaldatakse nad ühes soones piki võlli. Mitmete liistude paigaldamine ühes ristlõikes nõrgestab oluliselt võlli tugevust, seepärast soovitatakse kasutada hammasliidet.
13.6. HAMMASLIITED
K
onstruktiivselt on hammasliide sarnane mitme liistuga liistliitega ning moodustub hammastest võllil ja neile vastavatest soontest rummus. Tööpinnad on hambaküljed. Hammasliiteid kasutatakse pöördemomendi ülekandmiseks, paljudes konstruktsioonides ka detailide liigutamiseks piki võlli.
Liistliidetega võrreldes on hammasliitel järgmised
eelised:

• ühendatavaid detaile saab paremini
  

tsentreerida,

• detailide telgliikumisel täpsem suunamine,
  
• suurem töökindlus dünaamilisel
  

koormamisel,

• suurem väsimustugevus (väiksem
  

pingekontsentratsioon).
Puuduseks on keeruline valmistamistehnoloogia ja kõrge hind.
13.6.1. Hammasliidete tüübid
Hammasliide võib olla liikuv või liikumatu (detailid on kinnitatud võllil).
Hammaste kuju järgi

• rööpkülgne,
  
• evolventne,
  
• kolmnurkne.
  

Enamlevinud on rööpkülgsed hammasliited. Neid kasutatakse nii liikumatutes kui ka liikuvates liidetes. Tsentreeritakse hammasliidet kas välisläbimõõdu D, siseläbimõõdu d või hambakülgede järgi. Tsentreerimine D või d järgi tagab võlli ja rummu suurt täpsuse. Tsentreerimine hambakülgede järgi võimaldab koormuse ühtlast jagunemist hammaste vahel.
Hambumisnurgaga 30 evolvent-hammasliited on tehnoloogilisemad ja tugevamad. Neid kasutatakse suurte pöördemomentide ülekandmiseks. Tsentreeritakse välisläbimõõdu või külgpindade järgi.
Kolmnurkseid hammasliiteid kasutatakse tavaliselt liikumatutes ühendustes. Tsentreeritakse ainult külgpindade järgi.
13.4.2. Hammasliidete tugevusarvutus
Töökindluse kriteeriumideks on tööpindade vastupanu muljumisele ja kulumisele. Muljumispinget leitakse valemiga
kus T – ülekantav pöördemoment;
z – hammaste arv;
l – liite pikkus
dk – liite keskläbimõõt, ;
h – hammaste kontaktis olev kõrgus, ;
f – hamba faas.
Tegur  arvestab koormuse ebaühtlast jagunemist liite pikkusel . Võetakse evolventhammaste ja sisediameetri kaudu tsentreeritud rööpkülgsete hammaste korral 0,75, külgpindade kaudu tsentreeritavail rööpkülgseil hambail kuni 0,9. Kolmnurk-profiiliga hambail   0,5.
Lubatav muljumispinge
seatakse sõltuvusse nii rummu materjalist, koormuse iseloomust kui ka sellest, kas liide on liikumatu või liikuv. Liikuvatel liidetel MPa, liikumatutel MPa (väiksemad väärtused löökkoormustel).
Kui arvutuslik pinge
ületab
rohkem kui 5 % võrra tuleb suurendada rummu pikkust või valida suurema mõõtudega hammasliide. Projektarvutusel valitakse hammasliide ning arvutatakse selle pikkus l. Kui suurendatakse liite läbimõõtu või valitakse teist tüüpi liide.
13.6.3. Soovitused hammasliidete konstrueerimisel

Liikuvates liidetes rummu tööpikkus . Lühikeste rummude liikumisel piki võlli tekib kinnikiilumise oht.

Kergendades liite koostamist, nähakse ette paigaldamisfaasid nii võllil kui ka rummul.

Vähendades hammaste kulumist, tuleb vähendada liites lõtke ja suurendada tööpindade kõvadust.
14. VÕLLID JA TELJED
Võlle ja telgi kasutatakse põõrlevate detailide kandmiseks. Lisaks sellele edastavad võllid pöördemomenti.
Enamik võlle ja telgi on sirged . Masinates kasutatakse ka murtud geomeetrilise teljega väntvõlle. Teljed on kas liikumatud või koos neile kinnituvate detailidega pöörlevad .
Võlli või telje osa, mis toetub laagrile, nimetatakse tapiks. Olenevalt toele ülekantava koormuse suunast jagunevad tapid radiaal- ja aksiaaltappideks. Radiaaltapid on enamasti silindrilised, harvem koonilised. Võlli keskosas asuvat tappi nimetatakse vahetapiks ehk kaelaks.
Võlle ja telgi valmistatkse enamikel juhtudel keskmise süsinikusisaldusega termotöödeldud konstruktsioon- või legeerterastest. Materjalide termotöötluseks on parendamine või pindkarastus. Liugelaagrites kiiresti päärlevad võllid vajavad tappide suurt kõvadust. Neid valmistatakse tsementiiditavatest terastest 15Cr3, 20MnCr5, 14NiCr14 jt.
14.1. Võllide ja telgede tugevusarvutus
Võllidel ja pöörlevatel telgedel tekivad vahelduvpinged ning detaili töövõime on enamasti piiratud materjali väsimusega. Võllide liigne läbipaine aga kutsub esile tõrked laagrite ja hammasrattaste töös. Seega, võlle ja telgi kontrollitakse väsimusele ja jäikusele. Kui võlli koormav päärdemoment on pulsseeruv, tehakse ka kontroll väändevõnkumistele ehk vaadeldakse võlli kriitilised (resonants-) sagedused .
Võlli kontrollimiseks oan vaja teada selle konstruktsioon, tugede tüüpi ja asukohta , koormuste rakenduspinkte. Laagreid saab aga valida ainult peale võlli läbimõõdu leidmist. Seetõttu viiakse läbi võlli arvutust kahes etappis: projekt- ja kontrollarvutus.
Projektarvutus.
Arvutust viiakse läbi väändele:
Kuna võllile mõjub nii väändemoment kui ka paindemoment, arvutusvalem aga painet ei arvesta, siis vähendatakse lubatavat pinget ning valitakse
MPa. Suuremaid väärtusi valitakse aeglastele võllidele.
Teades, et polaarvastupanumoment , leiame võlli minimaalse läbimõõdu
Saadud arvu suurendatakse standardarvuni. Võlli väljundosa pikkus valitakse reast vastavalt peale kinnitatavale detailile. Väiksemaid väärtusi kasutatakse üherealiste rihma- või ketirattaste puhul.
Võlli teiste lõikude läbimõõdud ja pikkused valitakse konstruktiivselt, jälgides tappide läbimõõtude sobivust laagrite sisevõrude mõõtudega ning võllile kinnitatavate detailide konstruktiivseid eripärasusi.
Peale võlli geomeetria moodustamist kontrollitatakse ekvivalentpinget. Kuna üldjuhul mõjub võllile väändemoment ja kahes tasandis paindemomendid, siis ekvivalentpingete leidmiseks kasutatakse energeetilist ehk neljandat tugevusteooriat:
Siin ja .
Kasutades ekvivalentmomenti võime leida pinge järgmiselt
kus ja . Siin d1 on võlli läbimõõt vaadeldavas lõiges.
Kontrollarvutus (väsimuskontroll).
Leitakse üldvarutegur väsimusele ,
kus - varutegur paindele ja - varutegur väändele.
Lubatud varutegur . Väiksemaid värtusi kasutatakse juhul, kui koormus on täpselt prognoositav. Kui võllile ei tehta jäikuskontrolli, siis .
Varutegurid väändele ja paindele avaldatakse:
ja ,
kus -1 ja -1 on materjali väsimuspiir vahelduv-sümmeetrilisel tsüklil, m ja m - tsükli keskmised pinged, a ja a - arvutuslik pingeamplituud, K ja K - efektiivne pingekontsentratsiooni tegur, KF – pinnatöötlustegur ja   0,1 empiiriline tegur, mis iseloomustab materjali tundlikkust tsükli assümmeetria suhtes. Mastaabitegurid Kd ja Kd on legeeritud teraste korral võrdsed, süsinikterastel Kd > Kd .
Võllide ja telgede väsimustugevust tõstvad meetmed.
Võlli väsimustugevust saab tõsta konstruktsiooniliste või tehnoloogiliste meetoditega.
Konstruktsioonilised meetodid on suunatud pingete kontsentratsiooni vähendamisele. Pingekontsentratoriks on võllil tavaliselt liistupesa või ülemineku aste võlli ühest läbimõõdust teise. Suurendates ülemineku raadiust saab vähendada pingete kontsentratsiooni. Selel 14.4. on näitatud siirdmike liigid.
Siirdmikud astmete vahel tuleb teha võimalikult suure raadiusega, mis aga ei tohi olla suurem võllile istatud detaili ava serva ümarusraariusest või faasist.
Tehnoloogilised võtted on suunatud jääksurvepingete kasutamisele võlli pindkihis, tänu millele summaarne tõmme ja seega prao tekke oht väheneb. Jääkpingete tekitamiseks võib kasutada termotöötlust (tsementiitimine, pindkarastus, nitriitimine, tsüaanimine) või mehaanilist kalestamist (pinna ülerullimine, haavlijoas töötlemine).
15. LAAGRID
Laagrid on pöörlevate võllide ja telgede toed, mis juhivad nende liikumist ja võtavad vastu neile mõjuvaid koormusi. Olenevalt hõõrdumise liigist tapi ja laagri suhtelisel liikumisel jaotatakse laagrid veere - ja liugelaagriteks. Veerelaagreid kasutatakse tunduvalt sagedamini. Nende eelisteks on:

• suur konstruktsioonide valik ja masstootmine;
  
• rahvusvaheline standardiseeritus;
  
• suur radiaalne kandevõime väikese laiuse juures;
  
• suur kasutegur, väike hõõrdemoment;
  
• väike määrdekulu.
  

Puudused:

• madal töökindlus tõukelisel koormusel;
  
• suured gabariitmõõtmed.
  

Liugelaagrid on kasutatavad, näiteks:

• eriti kiirete võllide puhul (veerelaagreid ei saa kasutada suurte inertsjõudude tõttu);
  
• poolitatavuse nõude korral (väntvõllidel);
  
• kui laager töötab vees, korrodeerivas keskkonnas või kõrgel temperatuuril.
  

15.1. Veerelaagrid.
Veerelaagrite klassifikatsioon:

Veerekehade kuju järgi:

• kuullaagrid,
  
• rull-laagrid.
  

b) Vastuvõetava koormuse järgi:

• radiaallaagrid,
  
• radiial- tugilaagrid ,
  
• tugilaagrid.
  

c) Veereteede ridade arvu järgi:

• uherealised,
  
• kaherealised,
  
• neljarealised.
  

d) Seaduvuse järgi:

• seaduvad,
  
• mitteseaduvad.
  

Laager koosneb sise- ja välisvõrust, nende
vahel asuvaist veerekehadest ja viimaste
vahel distantsi määravast separaatorist.
Kuullaagrite konstruktsioonid.
a) Üherealine radiaalkuullaager on mõeldud radiaaljõu kandmiseks. Võtab vastu ka mõlemas suunas telgkoormust, mille lubatav väärtus tuleb selgitada arvutusega dünaamilise kandevõime järgi. Ei ole nõudlik määrimistingimuste ja paigaldustäpsuse suhtes. Enamkasutatav laagrite tüüp.
b) Kaherealine sfääriline kuullaager võtab vastu radiaalkoormust. Lubab sise- ja välisvõrude omavahelist viltuseisu (kuni 1,5...4). On lubatud ka väike telgkoormus (sel juhul töötab ainult üks kuulirida).
c) Radiaaltugikuullaager võtab vastu radiaal- ja ühesuunalist telgkoormust. Saab kasutada ka ainult telgkoormuste kandmiseks. Kandevõime on suurem, kui samamõõtmelisel üherealisel radiaalkuullaagril.
d), e) Tugikuullaager võtab vastu mõlemas suunas telgkoormust. Rahuldavalt töötab aeglastel võllidel (kiirus kuni 5 m/s). Paremini töötab vertikaalsete võllide toena.
Rull-laagrite konstruktsioonid.
a) Üherealine lühikeste silinderrullidega rull-laager võtab vastu suuri radiaalkoormusi (1,3 ... 2 korda suuremaid kui samamõõtmeline kuullaager). Llubab võrude väikest aksiaalnihet ning sellega saab kompenseerida võllide joonpaisumist temperatuuri muutmisel.
b) Kaherealine sfääriline rull-laager on suurima radiaalse kandevõimega. Lubatav võrude viltuseis on 0,5 ... 2,5. Telgkoormused lubatud ei ole. Rullid on sümmeetrilise või ebasümmeetrilise tünderkujuga.
c) Keerdrullidega rull-laager on teistest laagritest elastsem, talub paremini löökkoormust ja saastumist. Kasutatakse aeglaste võllide toena.
d) Üherealine koonusrull-laager võtab vastu suurt radiaalkoormust ja ühesuunalist telgkoormust kiirustel kuni 15 m/s. Kergesti koostetav ja demonteeritav, lubab hõlbsasti teljesihilist reguleerimist. Masinaehituses on laialdaselt kasutatav.
e) Tugikuullaager võtab vastu mõlemas suunas telgkoormust. Rahuldavalt töötab aeglastel võllidel (kiirus kuni 5 m/s). Paremini töötab vertikaalsete võllide toena.
15.2. Veerelaagrite valik ja arvutus
Laagritüüpi valikul tuleb lähtuda järgmistest parameetritest:

• koormuse suund ja iseloom,
  
• tapi läbimõõt,
  
• laagrivõru pöörlemissagedus ,
  
• töökeskkond (temperatuur, keemiline agressiivsus).
  

Enamus laagreid arvutatakse dünaamilisele kandevõimele. Leitakse laagri tööressurss kas miljonites pöördetes L10 või töötundides Lh10.
ja
kus C - laagri dünaamiline kandevõime,
n - laagri pöörlemissagedus,
P - laagrit koormav ekvivalentkoormus,
p – empiiriline astendaja (3 - kuullaagritel ja 10/3 rull-laagritel).
Ekvivalentkoormus
kus Fr – radiaalkoormus,
Fa – telgkoormus,
X – radiaalkoormustegur,
Y – telgkoormustegur.
X ja Y väärtused võetakse laagrikataloogidest.
Laagri arvutuslik tööressurss valitakse lähtudes masina iseloomust. Näiteks konveierites
töötundi, elektrimootorites
töötundi, kraanades
töötundi, kompressorites ja pumbades
töötundi.
Staatilisele kandevõimele arvutatakse laagre, mille pöörlemissagedus on kuni 1 min-1.
15.3 Laagrisõlmede kujundamine.
Üldjuhul paigaldatakse võll kahele toele. Moodustades laagrisõlme tuleb välistada lisakoormuste teke. Selleks on vaja:

• telgkoormuse vastuvõtuks fikseerida vaid üks laager, teine aga jätta “ujuvaks“; erandiks on laagrid, mis võtavad vastu ainult ühesuunalist telgkoormust;
  
• laagrite samateljelisuse tagamiseks tuleb masinakeres asuvad laagripesad töödelda ühe läbimiga; selle võimaluse puudumisel kasutada seaduvaid laagreid.
  

l1
l2
c)
b)
a)
Sele 15.5. Laagrite fikseerimine ja reguleerimine.
a) fikseerimine laagrikaanega, reguleerimine seibidega; b) fikseerimine seadekruviga, reguleerimine seibidega; c)mõlemad laagrid fikseeritud, lõtku reguleerimine ümarmutriga.
15.4 Määrimine ja tihendamine.
Määrde ülesanne laagris on vähendada hõõrdekadusid ja detailide kulumist, kaitsta pindu korrosiooni eest, vähendada vibratsiooni ja müra. Määretena kasutatakse õlisid, plastseid ja tahkeid määrdeid.
Viskoossus on õlide üks tähtsamaid näitajaid. Mida vedelam, st. väiksema viskoossusega on õli, seda väiksem on õlikihi kandevõime aga vöiksem on ka takistus sisehõõrdumisest.
Dünaamiline viskoossus iseloomustab õli kihtidevahelist liikumistakistust, st. sisehõõrdumist. Kinemaatilise viskoossuse määrab aeg, mis kulub etteantud õlikoguse väljavoolamiseks anumast kapillaartoru kaudu.
Viskoossus oleneb õli temperatuurist ning temperatuuri tõustes viskoossus väheneb, st. õli muutub vedelamaks.
Lisaks viskoossusele iseloomustavad õlisid veel sellised näitajad nagu leekpunkt, hangumistemperatuur, oksüdatsioonikindlus, happearv, lisandisisaldus.
Kontakttihendid valmistatakse enamasti vildist või õlikindlast kummist. Laagrite määrimisel plastse määrde või viskoosse õliga kasutatakse lihtsatel juhtudel viltrõngaid. Raskematel töötingimustel on peamiselt kasutusel mansett- tihendid , mis on ette nähtud plastse määrde või mineraalõliga määritavate sõlmede tihendamiseks .
Kontaktivabad tihendid võivad töötada suurel kiirusel. Puhtas õhus kasutatakse piilutihendeid. Labürinttihendites, kus kitsad piilud vahelduvad laiematega, tagab tihenduse pilu keerukas kuju.
16. MEHHANISMID
Mehhanism on kehade (lülide) tehissüsteem, mille ülesanne on etteantud liikumisega keha (sisendlüli) liikumise teisendamine süsteemi teatava teise keha (väljundlüli) soovitud liikumiseks.
Nii sisend - kui ka väljundlüli liikumine võib olla kas ühtlane või katkendlik translatoorne, pöörlev või liitliikumine. Liikumise seaduspärasus on tavaliselt ette antud kas funktsioonina ajast, pöördenurgast või mõnest muust parameetrist.
Mehhanismide klassifikatsioon:
a) ülekannefunktsiooni kuju järgi:
- pideva ülekandefunktsiooniga,
- muutuva ülekandefunktsiooniga:
- mittereguleeritava (siinuse, tangensi ) ülekandefunktsiooniga,
- reguleeritava ülekandefunktsiooniga:
- astmelise reguleerimisega ( käigukastid ),
- sujuva reguleerimisega (variaatorid).
b) liikumise teisendamise kuju järgi:
- pöörlev liikumine pöörlevaks liikumiseks:
- reduktorid ,
- multiplikaatorid ,
- sidurid .
- pöörlev liikumine translatoorseks liikumiseks,
- translatoorne liikumine pöörlevaks liikumiseks,
- translatoorne liikumine translatoorseks liikumiseks.
Mehhanismide põhitüübid:
- varbmehhanismid,
- nukkmehhanismid ,
- hammasmehhanismid (hammas- ja tiguülekanded, planetaar - ja
diferentsiaalmehhanismid, laineülekanded),
- hõõrdmehhanismid,
- kiilmehhanismid,
- kruvimehhanismid,
- painduva lüliga mehhanismid ( rihm - kett- ja trossülekanded).
Mehhanismid koosnevad omavahel liikuvalt ühendatud lülidest.
Lülideks on absoluutselt jäigad kehad, mis on omavahel seotud kinemaatilisteks paarideks, mis võimaldavad lülide omavahelist suhtelist liikumist. Kinemaatilisi paare klassifitseeritakse elementidevahelise (lülidevahelise) kokkupuutepinna järgi madalpaarideks kui lülide vahel on kokkupuutepind ja kõrgpaarideks, kui lülide vahel on kas joon- või punkpuude.
16.1. Väntmehhanismid
Väntmehhanism koosneb vändast (1), kepsust (2), liugurist (3) ja kinnislülist ehk juhikust x. Neljast kinemaatilisest paarist üks (D) on translatsioonipaar ning ülejäänud on rotatsioonipaarid.
Aksiaalset väntmehhanismi iseloomustab suhe . Mida väiksem on see suhe, seda väiksem on külgsurve liigendeis C ja D, seda suurem on kasutegur aga seda suuremad on ka gabariidid. Soovitav oleks . Erinevatele seadmetele on optimaalne
erinev, näiteks:

• sisepõlemismootori väntmehhanismile
  
• saeraamidele
  
• ekstsentrikmehhanismidele .
  

V 1
edavaks võib olla nii vänt kui ka liugur . Kui vedavaks on ühtlase kiirusega pöörlev vänt, siis liuguri keskmine kiirus nii sinna kui tagasikäigul on samasuur ning käigu pikkus .
B
l
2
C
D
r
C
C
e
S
3
Sele 16.3. Desaksiaalne väntmehhanism.
Desaksiaalne väntmehhanism on iseloomustatud parameetritega
ja desaksiaalsusega .
Liuguri keskmised kiirused sinna- ja tagasiliikumisel on erinevad ning seega ka sinna- ja tagasiliikumiseks kuluv aeg on erinev.
16.2. Nukkmehhanismid
Lihtsamad, tasapinnalised, kolmelülilised nukkmehhanismid koosnevad kinnislülist, kahest liikuvast (vedav lüli – nukk ja veetav lüli – tõukur või nookur), ühest kõrgemast paarist liikuvate lülide vahel ja kahest madalamast paarist liikuvate lülide ja kinnislüli vahel.
Nukkmehhanismid on väga levinud oma järgmiste heade omaduste tõttu:

• veetavale lülile võib anda praktiliselt kõigi võimalike seaduste kohast liikumist,
  
• mehhanism on kompaktne (vähe lülisid),
  
• mehhanismi tööd on lihtne sünkroniseerida.
  

Nukkmehhanismi puudusteks on:

• nuki täpse profiili valmistamine võib osutuda väga keeruliseks,
  
• kõrgpaari kulumine suure erisurve ja libisemiskiiruse tõttu,
  
• mõnede liikumisseaduste puhul võivad tekkida löögid, mis nõrgestavad mehhanismi.
  

Nukiks nimetatakse lüli, mille kõrgpaari elementi moodustav pind ( profiil ) on muutuva kõverusega. Vedav lüli, nukk, on kas ketasnukk või liugurnukk. Translatoorselt liikuva tõukuri või kiikuva nookuri vastu nukki toetuv ots võib olla kas teravik , rull, tasapind või kõverpind .
Teraviktõukurid ja –nookurid on täpsemad, kuid kiiremini kuluvad ja seetõttu kasutatakse neid ainult väikeste jõudude korral (aparaatides).
Aksiaalse mehhanismi tõukuri kiirusvektori kandesirge y – y ja nuki telg lõikuvad. Desaksiaalses mehhanismis lahutab neid sirgeid kaugus e.
17. HAMMASÜLEKANDED
Hammasülekanne on hambumisega teostatav ülekanne, kus omavahelisesse kontakti on pandud kaks hammasratast. Enamasti edastatakse selle ülekandega pöörlemisliikumisi.
Eelised:

• kompaktsus ,
  
• töökindlus,
  
• hõlpsasti hooldatav,
  
• ülekandearv on konstantne.
  

Puudused:

• valmistamise keerukus,
  
• nõuab suurt täpsust,
  
• ülekandearvu ei saa muuta sujuvalt.
  

Hammasülekannete ja –rataste liigitus:
1. Telgede vastastikuse asendi järgi:
- silinderhammasrattad – rööpsete telgede korral,
- koonushammasrattad – lõikuvate telgede korral,
- kruvijoonelised hammasrattad – kiivsete telgede korral
- hüpoidhammasrattad – nihutatud telgedega kooniline ülekanne.
2. Hammaste paigutuse järgi:
- välishambumisega ülekanne,
- sisehambumisega ülekanne.
3. Hammaste kulgemise järgi:
- sirghambad,
- kaldhambad,
- kaarjashambad.
17.1. Sirghammastega silinderrataste geomeetria.
Hammaste tööprofiilide geomeetriline kuju peab tagama püsiva ülekandearvu hambapaari hambumises oleku ajal. Profiile , mis sellele tingimusele vastavad, on mitmeid, kuid enamlevinuim on evolventprofiil, millel on teiste profiilidega võrreldes rida eeliseid :

• lihtne valmistamine,
  
• ülekanne ei ole väga tundlik koostevigade suhtes,
  
• lihtne on muuta ülekande omadusi nihutatud evolventprofiili kasutades.
  

Hammasrataste põhiparameetrid:

• algringjooned ja – teineteisel libisemata veerevate rataste läbimõõdud,
  
• alusringjooned ja – ringjooned, milledelt moodustuvad hammaste evolventprofiilid,
  
• jaotusringjooned ja – ringjooned, milledel on hammasratta ja hambaid lõikava instrumendi sammud võrdsed,
  
• hambumissamm p – mööda jaotusringjoont mõõdetud kahe kõrvutioleva hamba samanimelise profiilipunkti vaheline kaugus,
  

• moodul . Mooduli suurused on standardiseeritud : 0,5 ... 1,5; 1,75; 2; 2,5; 2,75; 3; 3,5; 4; 5; 6; 8; 10 ... 45, mõõtühik – millimeeter. Mooduli suurus määrab hammaste suuruse,
  
• hamba kõrgus ,
  
• hamba pea kõrgus ,
  
• hamba jala kõrgus ,
  
• jaotusringjoone pikkus , kus z on hammasratta hammaste arv. Siit saab , või ,
  
• hammasülekande telgede vahe nihutuseta hammasülekannetes kui ,
  
• ülekandearv .
  

17.2. Hammasrataste materjalid ja konstruktsioon.
Hammasrattaid valmistatakse terasest, malmist või plastikuist.
Enamik jõuülekannete rattaid valmistatakse tavalisest süsinikterasest, madallegeeritud termotöödeldud terasest või kõrglegeeritud terasest. Termotöötluseks kasutatakse tsementiitimist, pindkarastamist, gaasnitreerimist ja nitrotsementiitimist.
Väga aeglastes ja aeglastes lahtistes ülekannetes kasutatakse hammasrataste materjaliks malm.
Mittemetalseid hammasrattaid kasutatakse kodumasinais ja peenmehaanikaseadmeis.
Hammasratta konstruktsiooni määrab eelkõige selle läbimõõt. Kui võlli ja ratta läbimõõdud on lähedased valmistatakse enamasti rattas ühes tükis võlliga – kujuneb võllhammasratas. Väikesed terasrattad (mm) kujundatakse
( - on võlli läbimõõt) korral siledate või rummuga ketastena. Keskmise suurusega (mm) terashammasrattad on kujundatud pöia ja rummuga, mida ühendab ketas. Suured hammasrattad (mm) omavad kodaraid, milliste ristlõige on jäikuse huvides kas risti, T või H kujuline.
17.3. Hammasrataste tõrked.
Hamba murdumine . Murre võib tekkida hetkelisest ülekoormusest või olla väsimuslik. Murde kutsuvad esile hambas tekkivad paindepinged. Pragu saab alguse hamba tõmmatud poolel. Sirghammastega rattail areneb pragu rööbiti hambaga ja hammas murdub kogu pikkuses ; kald- ja noolhammastel on murdepind kontaktjoone kaldasendi tõttu hamba telje suhtes kaldu.
Hammaste tööpindade murenemine . Tüüpiline vigastumine kinniste hästimääritud hammasülekannete korral. Väljendub rõugearme meenutavate väikeste aukude tekkes hammaste tööpinnal, mis hiljem kasvades moodustavad tühikuid. Murenemine saab alguse hamba keskosas veidi allpool poolusjoont. Tööpindade murenemine on esile kutsutud pulseerivast kontaktpingest hambais. Väsimuspraod saavad alguse kas pinnal või teatavas sügavuses pindkihi sees.
Hammaste abrasiivkulumine. Esineb lahtiste, aga ka tolmuses keskkonnas töötavate (näit. põllutöö-, mäe- ja teedeehitusmasinate) kinniste ülekannete hambail. Libisemiskiiruse ja hammastevahelise surve muutumine hambaprofiili töötava osa eri punktides kutsub esile hamba ebaühtlase abrasiivkulumine – hambad muutuvad eriliselt kiiljaks. Et algne evolventprofiil moondub, tekivad kontaktid ka väljaspool hambumissirget. Tagajärjeks on dünaamilise koormuse suurenemine (löökide tugevnemine), mis lõpptulemusena võib põhjustada hammaste murdumist. Sellisele ohule viitab ülekandes tugevnev müra.
Hammaste tööpindade sööbimine. Seisneb kokkupuutuvate hambapindade molekulaarses haardumises (nn. külmkeevituses) ning sellele järgnevas materjaliosakeste nõrgemast pinnast väljarebimises. Sööbimisele eelneb hammastevahelise õlikihi katkemine, mida enamasti põhjustab ülemäärane surve kontaktjoonel.
17.4. Jõud hammasülekandes.
Hammaste kontaktpinnal jaotatud koormust asendatakse
punktjõuga, mis rakendatakse hambumispunkti ja
mis on suunatud mööda hambumissirget.
Koormust Fn jagatakse komponentideks:
kus Ft – ringkoormus, ;
Fr – radiaaljõud, .
17.5. Hammaste tööpindade kontroll kontaktväsimusele.
kus Ka – tegur, mis sõltub rataste materjalist ja hammaste kujust,
terasratastega sirghammasülekandel ; kald- ja
noolhammasülekandel ;
K – koormusetegur, , K – koormuse jaotumise tegur,
K – koormuse kontsentratsiooni tegur, Kv – dünaamikategur;
T2 – veetava ratta väändemoment, Nm;
u – ülekandearv;
ba – hambalaiuse tegur, , ;
– lubatud kontaktpinge, MPa.
Saadud arvutusliku telgede vahe alusel valitakse standardne arv. Leitakse ülekande geomeetrilised parameetrid ja kontrollitakse kontaktpinge
kus ZH – tegur, mis arvestab kaashambapindade kuju,
ZM – tegur, mis arvestab hammasrataste materjalide mehaanilisi omadusi,(MPa)1/2
Z – tegur, mis arvestab kontaktjoone kogupikkust,
Ht – arvutuslik eriringjõud, N/mm.
Lubatavad pinged [H] sõltuvad vigastusliigist. Orienteeruvalt on need suurused terasrattaile järgmised:
- normaliseeritud ja parendatud süsinikterastel ~ 470 MPa,
- süsinikterasest pindkarastusega rattail ~ 880 MPa,
- legeerterasest nitriiditud rattail ~ 1050 MPa,
- legeerterasest tsementiiditud ja nitrotsementiiditud rattail ~ 1150 MPa.
17.6. Hammasrataste kontroll paindeväsimusele.
18. TIGUÜLEKANDED
Kasutatakse liikumise ülekandmiseks kiivaste telgede korral. Koosnevad vedavast 1…4 käigulisest teost ja veetavast tigurattast. Headeks omadusteks on sujuv , löökideta hambumine, väikesed gabariidid suure ülekandearvu juures ning ühekäiguliste tigude isepidurduvus. Puudused: madal kasutegur, mis pideval töörežiimil toob kaasa kuumenemisohu ning piiratud ülekantav võimsus.
18.1. Tiguülekannete geomeetria.
Teo algpinna kuju järgi eristatakse silinder - ja globoidtigu-lekandeid. Viimased on suurema töövõime ja kasuteguriga, kuid keerukamad valmistada. Neid kasutatakse vähem.
Teo tööprofiil on selle keerme kruvipind. Keerme külgpinna kuju järgi on teod kas joonpindsed (helikoidsed) või mittejoonpindsed (koonus- või toroidlähtelised). Eristatakse järgmisi joonpindseid tigusid:

• Archimedese tigu . Lõigatakse sirgjoonelise lõiketeraga, mis asetatakse teo läbimõõdu-, e. dametraaltasandisse.
  
• Konvoluutteol on keerme teoreetiline profiil otslõikes pikendatud või lühendatud evolvent.
  
• Evolventteol on keerme külg evolventkruvipind, mis otslõikes annab teoreetiliselt ringjoone evolvendi.
  

Jõuülekannete teod on enamasti võlliga ühes tükis, valmistatuna termotöödeldud konstruktsiooniterasest. Enamike tigude tööpind on töödeldud kõvaks (tsementiiditud ja pindkarastatud).
tigu
tiguratas
b2
Sele 18.5 Silindertigupaari geomeetriaparameetrid.
Tiguülekande geomeetria arvutust alustatakse tigukäikude z1 valikuga. Selle suurus sõltub ülekandearvust u:
; ; . Valitakse samuti ka läbimõõdutegur q. Soovituslik , minimaalne , kus z2 on tiguratta hammaste arv. Sellele järgneb telgede vahe a ja mooduli m arvutus ning teo ja tiguratta mõõtmete määramine.
18.2. Jõud tiguülekandes.
Jõudude leidmisel eeldatakse, et teo keermeniidi ja ratta hamba vaheline kontaktjõud Fn on rakendatud hambumispooluses P ja mõjub keerme tööprofiili normaali suunas. Sel juhul on normaaljõu komponendid teol järgmised: ringjõud Ft1, telgjõud Fa1, radiaaljõud Fr1.
Teo ringjõud Ft1 võrdub tiguratta telgjõuga Fa2: , kus T1 on teo pöördemoment. Tiguratta ringjõud Ft2 on arvuliselt võrdne teo telgjõuga Fa1: , kus T2 on tiguratta pöördemoment. Teo radiaaljõud Fr1 ja tiguratta radiaaljõud Fr2 on võrdsed: , kus  on keerme profiilinurk teo telgtasandis.

Tiguhambumise arvutus kulumisele.
Kontrollitakse sööbe- ja väsimuskulumisele. Levinuim on kontroll Hertzi järgi arvutatud kontaktpingete kaudu. Eeldades, et terasel E1 = 2,15 . 105 MPa, pronksil ja malmil E2 = 105 MPa, saab kontrollvalemi avaldada kujul
Koormusteguri K väärtuseks projektarvutusel võetakse 1,3, kontrollarvutusel tuleb arvesse võtta paari sissetöötuvust, tiguvõlli jäikust ning koormuse muutumisastet.
Lubatavad pinged [H] on leitavad teatmekirjandusest libisemiskiirust ja tigupaari materjale arvestades.
Telgede vahe projektarvutusel saab leida lihtsustatud valemiga

Tiguratta hammaste paindekontroll.
Hammaste paindetugevust kontrollitakse samade meetoditega, millega ka hammasrattaid. Arvutusvalemi saab esitada kujul
kus YFt – hamba kuju arvestav tegur.
Lubatud paindepinge [F] määratakse, lähtudes ülekande koormusreziimist, materjali tõmbetugevusest ja voolavuspiirist. Täpsemates arvutustes ka hammaste lõikamise moodusterst.
Tiguülekanded kontrollitakse veel jäikusele ja kuumenemisele.
19. REDUKTORID
Reduktorid – eraldi keresse suletud mehhanismid, mis nurkkiirust vähendavad ning pöördemomenti suurendavad.
Hammas- või tiguülekande sulgemine eraldi keresse annab suure koostetäpsuse, hea määrimise ning kaitse tolmu ja muude võõrkehade eest. Koos sellega paraneb ülekande kasutegur ja suureneb seadme töökindlus.
Reduktoreist levinuimad on hammasreduktorid. Neid toodetakse mitmesuguste skeemide järgi laias ülekandearvude ja võimsuste vahemikus. Võivad olla ühe- või mitmeastmelised. Üheastmeliste, silinderratastega reduktorite suurimaks ülekandearvuks loetakse 9. kaheastmeliste silinderreduktorite umax = 63. Kui ülekandearv u > 60, kasutatakse kolmeastmelisi reduktoreid.
Juhul kui sisend- ja väljundvõlli geomeetrilised teljed peavad ristuma, kasutatakse koonus- või tigureduktorid. Üheastmeliste tigureduktorite ülekandearv u = 8 ... 63. Suuremate ülekandearvude korral kasutatakse enamasti segaskeemi, kus esimeses astmes on tigupaar, teises hammaspaar.
Kasutatakse samuti planetaar- ja lainereduktoreid. Nende eripära on kompaktsus. Võrdse võimsuse ja ülekandearvu juures on nad hammasreduktoreist 2 ... 3 korda kergemad.
Eraldi rühma moodustavad mootorreduktorid, kus elektrimootor ja reduktor on paigutatud ühisesse keresse.
Reduktori valikul tuleb lähtuda ülekantvast võimsusest P (kW), ülekandearvust u, kasutegurist  ning sisend- ja väljundvõllide asendist. Lisaks sellele tuleb silmas pidada välismõõtmeid, massi, töökindlust, hinda ja kasutuskulusid. Igal konkreetsel juhul on paljude võimaluste korral soovitav variante võrrelda.
Suurte kiiruste ja pideva töö juures kasutatakse hammasreduktoreid. Et kõige vajalikumad ülekandearvud on vahemikus 8 ... 40, kasutatakse kõige rohkem kaheasmelisi silinderreduktoreid. Ülekandearvudel u raskemad ja kallimad.
Kui ülekandearv u > 40, kasutatakse kolmeastmelisi hammasreduktoreid ja planetaarreduktoreid. Viimased on eriti levinud peenmehaanikaseadmeis. Jõuülekandeis on eelistatud hammasreduktoreid, vaatamata nende suurtele mõõtmetele ja massile.
Tigureduktoreid rakendatakse seal, kus on vaja vältida müra ja seade töötab vaheaegadega ning saab vahepeal jahtuda.
Reduktorite määrimine.
Hambumiskohti määritakse reduktoreis kas suurema hammasratta õlisse sukeldumisega või surve all, juhtides õli läbi düüsi hambumispiirkonda. Esimest moodust saab kasutada rataste ringkiiruseni 12 ... 15 m/s, sest suurel kiirusel paiskub õli hambail tsentrifugaaljõu toimel enne hambumiskohta jõudmist minema. Tigureduktoreis kasutatakse survemäärimist teo ringkiirusel kuni 10 m/s.
Määrdena kasutatakse mitmesuguseid tööstusõlisid. Õli viskoosus valitakse tavaliselt, seda suurem, mida suurem on ülekande ringjõud ja väiksem rataste kiirus. Õli hulk reduktoris peab olema võrdeline reduktori võimsusega.
Sukeldusmäärimisel on tähtis ka rataste sukeldumissügavus, mis barbotaazikadude seisukohalt ei tohiks kiiretel ratastel ületada 0,7 hamba kõrgust. Tegelikult aga, võttes arvesse õlitaseme kõikumist töö ajal, võetakse sukeldumissügavuseks 3 ... 4 moodulit. Aeglasi rattaid võib sukeldada kuni 1/3 raadiuse sügavusele.
20. KRUVIÜLEKANDED
Kruviülekannete kasutusalaks on näiteks tõstemasinad (kruvitungrauad, kraananoolte seadistusmehhanismid), mõõteriistad (täppisnihutus-, häälestus- ja reguleerimismehhanismid), tööpingid (ettenihke- ja seadistusmehhanismid), kruvipressid jm.
Ülekande põhielemendid on kruvi ja mutter . Kruvisi jaotatakse veel jõukruvideks (näiteks tungraudadel ja pressidel) ja käigukruvideks (tööpinkidel, mõõteriistadel). Kruvidel kasutatakse enamasti trapets -, tugi- või ümarkeeret.
Trapetskeermel on profiilinurk 30, töökürgus 0,5P (P – keerme samm). Trapetskeere on standarditud läbimõõduvahemikus d = 10 ... 320 mm, kusjuures samm P = 1,5 ... 48 mm. Keerme tingtähisesse kuuluvad tähed Tr, nimiläbimõõt ja keerme keskläbimõõdule määratud tolerantsivälja tähis.
Tugikeeret, mille profiil on ebasümmeetriline trapets tööpolle kaldenurgaga 3 ja profiilinurgaga 30, kasutatakse suure ühesuunalise jõu edastamiseks, näiteks kruvipressides, tungraudades jm.
Ümarkeeret, mille profiil koosneb ringikaartest ja neid ühendavatest lühikestest sirglõikudest, kasutatakse suure dünaamilise koormuse korral või abrasiivses keskkonnas töötavates ülekannetes.
Keermed võivad olla ühe- ja mitmekäigulised, paremad ja vasakud. Jõukruvidel eelistatakse ühekäigulisi keermeid (võimaldavad isepidurduvust), käigukruvidel seevastu mitmekäigulisi (suurem kasutegur).
Kruvid valmistatakse enamsti terasest, mutrid pronksist või plastikust . Üldjuhul on mutriks keermestatud auguga puks või kere . Selleks et vältida valmistamisest ja kulumisest tingitud lõtke, tehakse mutrid, mille siirded peavad olema täpsed, koostatavaina või poolitatuina.
Juhul kui keerme hõõrdetakistus peab olema eriti väike, kasutatakse kuul- või rullkeermepaare. Neil on liugehõõrdumine asendatud veerehõõrdumisega. Kuulkruvidel kuulid (samasugused nagu kuullaagreiski) ringlevad mööda kinnist rada: läbinud keermepaari, suunduvad nad mutris oleva kanali kaudu tagasi alguspunkti. Kuulidega kruviülekande kasutegur võib tõusta 90 %-ni; lõtku saab praktiliselt vältida. Seetõttu kasutatakse neid programmjuhtimisega tööpinkide ettenihkemehhanismides, lennukitelikute tõstemehhanismides, autode roolireduktoreis jm.
20.1. Kruviülekande tugevusarvutus.
Kruviülekannetes kontrollitakse kruvi tõmbe- või survetugevust ning keermeniidi lõike- ja muljumistugevust. Surutud pikkade kruvede korral tuleb teha ka stabiilsuskontrolli.
Projektarvutusel leitakse keerme siseläbimõõt tugevustingimusest tõmbele või survele:
kus F – kruvile mõjuv jõud;
A – kruvi arvutuslik ristlõikepindala, ;
k – väänet arvestatav tegur.
Siis keerme minimaalne siseläbimõõt
Mutri kõrgust ehk keermekeerdude arvu saab lõiketugevusest.
Tugevustingimus
kus H – mutri kõrgus;
k – keerme täitetegur (trapetskeermel k  0,65; tugikeermel k  0,4);
km – koormuse jagunemise ebaühtlust arvestatav tegur, km = 0,55 ... 0,75.
M d1
d
pi
uljumistugevust kontrollitakse valemiga
p1
p2
F
k Sele 20.6. Arvutusskeem
muljumisele.
us z – keermekeerdude arv.
20.2. Kruviülekande kasutegur ja pidurduvustingimus.
Kruvi liikumapanemiseks vajalik
pöördemoment
kus  – keerme tõusunurk,
’ – redutseeritud hõõrdenurk.
kus f – hõõrdetegur.
Keermepaari kasutegur määratakse seosega
kus d – mutri pöördenurk.
Siis kasutegur
Mutri lahtikeeramismoment .
Keermepaari isepidurduvus on tagatud kui lahtikeeramismoment . Siis peab tagama , kust saab
Isepidurduvate kruviülekannete kasutegur . Tavaliselt .
21. KETTÜLEKANDED
Kettülekanne koosneb enamasti vedavast ja veetavast ketirattast ja neid ühendavast ajamketist. Võimaldab anda edasi pöörlemissiikumist suure võllide vahekauguse korral.
vedav ketiharu
d2
1
d1
2
veetav ketiharu
vedav ketiratas
veetav ketiratas
Sele 21.1. Kettülekanne.
Kettülekanded on rihmülekandeist kompaktsemad, nende võllid ja laagrid on vähem koormatud, kett ei saa läbi libiseda, ühe ketiga saab käitada mitut võlli. Puudused on keti väljavenimine liigendite kulumise tagajärjel, täpse kooste nõue, keti ebaühtlane kiirus, ülekande keerukam ja kulukam hooldamine.
Jõuülekandeis on kasutusel põhiliselt rull- ja hammasketid. Rullketid võivad olla ühe-, kahe- või kolmerealised.
t
a)
b)
c)
Sele 21.2. Ajamikettid.
a) üherealine rullkett, b) kaherealine rullkett, c) hammaskett.
Rullkettide geomeetrilised parameetrid on rahvusvaheliselt standarditud. Tähtsaim joonparameeter – keti samm t – on põhiliselt tollmõõdustikus. Jõuülekannetes kasutatavate rullkettide sammud on vahemikus 1/2” kuni 4,5”.
Hammaskette laialdaselt standarditud ei ole, st. erinevate firmade poolt toodetavatel kettidel on geomeetrilisi erinevusi.
Kettide hambumist ketirattaga kujutab sele 21.3. Rullketi rullid seaduvad hambavahedesse, kusjuures rulli läbimõõt D vastab hamba jalaosa raadiusele. Hambaprofiil kujuneb omavahel sujuvalt ühendatud ringjoone kaartest. Hammaskettide hambuminsel hammasplaat surutakse üle ühe hamba oma välisservi pidi V-kujulisse süvendisse, keskel asuv juhtplaat aga asetub hambas olevasse soonde.
Ketirattad oma kujult on lähedased hammasrattaile. Materjaliks väikeketirattail (hammaste arv z  30) on karastatav või tsementiiditav teras (48…56 HRC), suurtel ratastel (z > 30 ja  > 250 mm) võib selleks olla pindkarastatav terasvalu, aeglastes ülekannetes ka malm. Kasutatakse ka plastikust valmistatud ketirattaid.
21.1. Kettülekande kujundamine ja määrimine.
Ketirattaid paigaldatakse nii, et kett liiguks vertikaaltasandis. Rattaste asetus seejuures võib olla suvaline kuid soodsamad on need skeemid , kus kett on horisontaalne või kallega kuni 45. Ketirattaste vertikaalne paigutus nõuab pingutusjõu täpset reguleerimist. Selleks kasutatakse pingutusrulle, -linte või muid elemente.
Et kett enneaegu tõrkuma ei hakkaks , on vajalik täpne koostamine ja piisav määrimine. Ketirataste paigaldamisel tuleb eriti hoolitseda, et kõik rattad oleksid ühes tasandis.
Määrimisel peab määre sattuma nii keti liigenditesse kui ka ketirataste hammastele. Määritakse perioodiliselt või pidevalt, sukeldades kett õlivanni või pritsides määre õlipumba abil.
21.2. Kettülekande arvutus.
Valitakse kettülekande ülekandearv ja väiksema ketiratta haamaste arv z1min. Viimane sõltub ketiratta pöörlemissagedusest: suurte pöörlemissageduste korral , keskmistel , väiksematel . On soovitav valida hammaste arv paaritu arvuna.
Selle järgi arvutatakse suurema ratta hammaste arv , kus u – ülekande arv ning valitakse standardne ratas.
Valitakse keti samm t või arvutatakse valemiga
kus p – keskmine erisurve, Pa;
T – ülekantav pöördemoment, Nm;
K – koormuse tegur, ; kd – dünaamikategur, ka – telgede vahe
mõju arvestatav tegur, kn – keti kaldenurka arvestav tegur, kr – keti
pingutusreguleerimist arvestatav tegur, km – määrimist arvestav tegur.
Peale standardse sammu valikut leitakse ketis tekkiv ringjõud
kus d1 – väiksema ratta jäotusringjoone läbimõõt.
Kontrollitakse rullis tekkivat survet
,
kus d – telje läbimõõt;
b – rulli laius.
Minimaalne telgedevahe
mm, kus D1 ja D2 – ketirattaste peaderingjoonte läbimõõdud. Soovituslik telgedevahe , maksimaalne telgedevahe .

21.3. Jõud ketis.

Läbipaindest
kus kf – ülekande asendit arvestav tegur;
q – keti jooksva meetri mass.
Tsentrifugaaljõust
kus v – keti kiirus, .
Koormus vedavas ketiharus
Koormus võllile
22. RIHMÜLEKANDED
Rihmülekanne koosneb vedavast ja veetavast (veetavatest) rihmarattast, neid ühendavast rihmast, rihma pingutamise ja ohutuse seadmeist. Liikumine kantakse üle rihma ja ratastevahelise hõõrdejõu toimel. Et tekiks hõõrdejõud, peab rihm ratastel olema pingutatud.
Rihmülekandeid kasutatakse suurtel kaugustel paiknevate võllide ühendamiseks.
Eelised:

• müratu töö;
  
• dünaamilise koormuse sumbuvus ;
  
• lihtne ja vähest ülesseadetäpsust vajav konstruktsioon;
  
• puudub määrimisvajadus;
  
• võime läbilibisemisega kaitsta end ülekoormuse eest;
  
• võimalus käitada mitmeid, seejuures mitteparalleelseid võlle.
  

Puudused:

• suured gabariidid;
  
• suur võllide ja laagrite koormus;
  
• pidev libisemine rattail;
  
• tundlikkus töökeskkonna suhtes (temperatuur, niiskus, õli jms.);
  
• staatilise elektri tekke võimalikkus ja sellega seonduvad ohud.
  

22.1. Rihmade ja rihmarataste konstruktsioon.
Rihma ristlõike järgi jagunevad rihmad järgmiselt:

• lamerihmad;
  
• kiilrihmad;
  
• mitmikkiilrihmad;
  
• ümarrihmad;
  
• hammasrihmad.
  

Lamerihmad on valdavalt jätkatavad ning valmistatud kas nahast (hea haardavus, elastne), puuvillast kootuna (odavam, elastne, ei ole ilmastikukindel), puuvillkangast kummeerituna (on ilmastikukindel, hea haarduvusega, kuid mõnevõrra jäigem ja ei talu õli), villane kootud (eriti elastne ning talub hapete ning leeliste auru), sünteetilisest materjalist eriomadustega rihmad.
Kiilrihmadega ülekanne on samade mõõtmete puhul suurema kandevõimega. Nende eelpingutus võib olla väiksem ning väiksem on seega ka koormus laagritele ja võllidele. Ülekandes on 1 – 6 rihma. Valmistatakse samasuguse ristlõike kujuga, kuid erinevate ristlõikemõõtmetega kiilrihmu.
Mitmikkiilrihm tagab kogu rihma ühtlase koormatuse ning on selletõttu kiilrihmülekandest kompaktsem või siis suurema kandevõimega.
Ümarrihma kasutatakse väikeste võimsuste ülekandmiseks, enamasti seadmetes ja aparaatides.
Hammasrihm on rihmülekandeks loetav teatava tinglikkusega, sest ülekanne ei toimu mitte hõõrdejõududega vaid hambumisega. Niisugune rihm ei vaja suurt eelpinget, töötab libisemata ja müratult.
Rihmarattad, sõltumata rihma tüübist, koosnevad üldjuhul rihma (rihmu) kandvast pöiast, võllile kinnituvast rummust ja rummu ning pöida ühendavaist elementidest (kodarad või vahekilp). Materjalina kasutatakse hallmalmi, modifitseeritud malmi, terast või kergsulameid.
22.2. Rihmade pingutusmoodused.
Kõik rihmad vajavad tööks eelpinget, mis rihma venimisel väheneb. Selle vältimiseks kasutatakse kas perioodilist või pidevat järelpingutust.
Pingutusrull asetatakse vähemkoormatud (veetavale) rihmaharule. Reaktiivmomendiga pingestuse eeliseks on see, et rihmu asjata ei koormata tühikäigul ja seisul, millega suureneb rihma tööressurss.
22.3. Rihmülekande geomeetria.
Ülekande projekteerimisel määratakse harude vaheline nurk , haardenurk , rihma pikkus L ning lõputu rihma puhul ka telgede vahe a.
Harude vaheline nurk .
Haardenurk .
Minimaalne haardenurk lamerihmadele 150, kiilrihmadele 120.
Rihma pikkus . (22.1)
Kasutades lõputuid rihmu tuleb peale rihma pikkuse valikut täpsustada ka telgede vahe
. (22.2)
22.4. Jõud ja pinged rihmas
Paigalseisul ja tühikäigul on rihmaharudes jõud võrdsed. Koormates ülekannet saame ringkoormuse rihmratastel
kus T1 – vedava ratta pöördemoment;
d1 – vedava ratta läbimõõt;
P1 – ülekantav võimsus.
Ringjõud on avaldatav ka harude pingutusjõu kaudu
. (22.3)
Kuna harude pingutusjõu summa ei muutu, siis
, (22.4)
kus F0 – rihma eelpingutusjõud.
Lahendades võrrandite (22.3) ja (22.4) süsteemi saame
; .
Rihma eelpingutusjõud F0 peab lubama kanda üle kasulik jõudu rihmaratta ja –haru vahel tekkiva hõõrdejõu abil. Eelpingutusjõu suurenemisega kasvab ülekande kandevõime kuid tööiga langeb.
Eelpinge rihmas ,
kus A – rihma ristlõikepindala.
Lamerihmadel
MPa, kiilrihmadel
MPa.
Pinge ringkoormusest .
Pinged rihmaharudes ,
Pinge tsentrifugaaljõust ,
kus  – rihmamaterjali tihedus, v – rihma kiirus.
Paindepinge tekkib rihmas ratta ümber paindumisel. Kuna selle suurus sõltub kõverusraadiusest, siis maksimaalne paindepinge tekib väiksema ratta juures.
kus E – rihma materjali elastsusmoodul,  – rihma paksus.
Maksimaalne summaarne pinge leiab aset kohas, kus rihma vedav haru jookseb väiksemale rattale
Neid pingeid kasutatakse rihma tööressurssi arvutades.
22.5. Hammasrihmad.
Rihmad on kas valatud (pikkusega kuni 800 mm) või koostatud (metalltrossidega polüuretaan). Hambaid valmistatakse kas trapets- või poolümarkujuga (sele 22.3). Poolümar profiil tagab paremat pingejagunemist rihmas, sama mõõtmete puhul kannab üle 40% suuremat jõudu, hambumine on sujuvam.
Geomeetria põhiparameetriks on moodul , kus p – rihma samm.
Arvutamise põhikriteeriumiks on rihma väsimustugevus. Selles lähtudes leitakse moodul
kus P1 – võimsus vedaval rihmarattal;
C – töörežiimi tegur (1,3 ... 2,4);
k – rihma profiili arvestav tegur (trapetsikujulisel rihmal k = 35, poolringsel k=25).
Arvutusliku mooduli kaudu valitakse standardne suurus.
Väiksema rihmaratta hammaste arv on 10 ... 26 sõltuvalt ratta pöörlemissagedusest.
Suurema ratta hammaste arv
kus – ülekandearv.
Rihma arvutuslik pikkus leitakse valemi (22.1) kaudu. Selle järgi valitakse standardne pikkus.
Rihma hammaste arv .
Telgede vahe täpsustatakse valemiga (22.2).
Rihma laiust saab leida valemist
kus Farv – rihmaga ülekantav arvutuslik koormus, ;
v – rihma kiirus;
z0 – väiksema rattaga hambumises olevate hammaste arv, ;
1 – haardenurk;
h – hamba kõrgus;
 – ringkoormuse ebaühtlast jagunemist arvestatav tegur, ;
– rihmahammastele lubatud surve.
23. HÕÕRDÜLEKANDED. VARIAATORID
Hõõrdülekannete töös kasutatakse hõõrdejõudu, mis tekitatakse kahe sileda hõõrdratta (vedava ja veetava) omavahelise kokkusurumisega. Hõõrdülekanded on kas püsiva või muudetava ülekandesuhtega. Muutuva ülekandesuhtega hõõrdülekandeid nimetatakse variaatoriteks.
Hõõrdülekannete eelised:

• lihtne konstruktsioon;
  
• müratu ja sujuv töö;
  
• võimalus astmeta reguleerida ülekandearv.
  

Puudused:

• suur koormus laagritele ja võllidele;
  
• lisaseadmete vajadus rataste kokkusurumiseks;
  
• suur elastne libisemine ja madal kasutegur.
  

Püsiva ülekandearvuga hõõrdvariaatorite skeeme on toodud selel 23.1. Võrreldes skeemiga a vajab b kiildumisefekti tõttu väiksemat rattaid kontakti suruvat jõudu, samal ajal tekib tööpindu kulutav geomeetriline libisemine, sest kontaktpunktid omavad erinevat raadiust. Kiivaste telgede korral kasutatakse koonilisi rattaid (skeem c).
Seosest (23.1) selgub, et kokkusurumisjõud on 1/f korda hõõrdejõust suurem. Sõltuvalt materjalist ja määrde olemasolust on hõõrdeteguri suurus 0,04 ... 0,4. Seega kokkusurumisjõud ületab hõõrdejõudu 2,5 ... 25 korda. Arvestades sidestusvarutegurit, see jõud veelgi kasvab. Sellest on tingitud suur koormus laagritele ja võllidele.
Hõõrdülekandeid kasutatakse laias diapasoonis võimsuste ülekandmiseks. Suurte võimsuste korral ehitatakse hõõrdülekandeid mitmete kontaktpindade arvuga.
Kokkusurumisjõud võib olla püsiv või muutuv. Variaatorites tavaliselt kasutatakse automaatselt kontrollitavat kokkusurumisjõudu. See toob kaasa rataste libisemise pöördemomendi muutumisega niikaua , kuni kokkusurumisjõud saavutab vajaliku suuruse. Libisemine põhjustab rataste kuumenemist ja välispindade kulumist.
23.1. Hõõrdülekannete arvutus
Materjalide korral, mis alluvad Hooke’i seadusele (teras, malm jt.), kasutatakse kontaktpingete arvutamiseks Hetzi valemit
kus E – hõõrdrataste materjalide taandatud elastsusmoodul ;
 – rataste taandatud kõverusraadius ;
b – kontaktjoone pikkus (ratta laius).
Lubatav kontaktpinge [H] sõltub lisaks pinnakõvadusele veel ka kasutatava õli tüübist ja terasrattail on 650…1200 MPa.
Juhul, kui tugevustingimus ei ole rahuldatud tuleb kasutada tugevamaid materjale või suurendada ülekande geomeetrilisi mõõtmeid.
Mittemetalsed materjalid Hooke’i seadusele ei allu ning Hertzi kontaktpingete teooria ei kehti. Kasutatakse lihtsustatud kontrolli lubatavale joonkoormusele:
Lubatav joonkoormus puidule on piires 2,5...5 N/mm, kummil 10…30 N/mm, nahal 15…20 N/mm, fiibril 30…40 N/mm ja tekstoliidil 40…80 N/mm.
23.2. Püsiva ja muutuva ülekandearvuga ülekanded
Enamtuntutest püsiva ülekandearvuga hõõrdülekannetest on ülekanne ratas – rööbas (raudteetranspordis) ja ratas – teepind (autotranspordis). Masinaehituses kasutatakse erinevaid püsiva ülekandearvuga ülekannete skeeme (sele 23.1). On kasutusel ka planetaarmehhanismide skeemide alusel ehitatavaid hõõrdülekandeid.
Tühikäigul võib hõõrdrataste joonkiirusi lugeda võrdseiks, koormuse all aga elastse libisemise tõttu jääb veetava ratta joonkiirus vedava ratta joonkiirusest maha. Siis ülekandearv
kus  – libisemistegur, .
M
rmax
uutuva ülekandearvuga hõõrdülekanded (variaatorid) on kas lihtsad (Sele 23.3 a ja b) või vaheelementidega (Sele 23.3 c ja d). Tööelementide kuju järgi eristatakse kettas- (Sele 23.3 a), koonus- (Sele 23.3 b), kuul- ja toroidvariaatoreid (Sele 23.3 d). Võimsuse voogude järgi on variaatorid ühe- (Sele 23.3 a, b ja c) ja mitmevoogulised (Sele 23.3 d – kahevooguline).
r
T1 ja n1
const
rmin
1
2
a)
1
2
T2 ja n2
var
b)
d)
c)
parem
vasak
Sele 23.3. Variaatorite skeeme.
Variaatori kinemaatika põhikarakteristikuks on reguleerimisdiapasoon D, mis näitab veetava võlli suurima ja vähima nurkkiiruse (pöörlemissageduse) suhet. Laupvariaatoril (Sele 23.3 a) see on
kus n2max ja n2min – veetava võlli suurim ja vähim pöörlemissagedus.
Lihtsamate variaatorite (Sele 23.3 a ja b) reguleerimisdiapasoon on kuni 4. selle suurenemisega langeb variaatori kasutegur ja suureneb tööpindade kulumine.
Kõige tuntumaid jõuülekandeis kasutatavaid variaatoreid on nihutatavate koonusratastega variaator (Sele 23.3 c). Kiirust reguleeritakse kettide 1, 2 ja vaheelemendi 4 raadiuskontakti muutmisega. Kettide vahekaugust muudetakse varrastega 3 ja kruvipaariga 5. Reguleerimisdiapasooni saab valemiga
R
liikuvaid plaadid
latt
eguleerimisdiapasoon on 6 ... 12, kasutegur 0,8 ... 0,9.
a)
b)
c)
Sele 23.4. Vaheelemendid.
Kettide 1 ja 2 ühendamiseks kasutatakse spetsiaalseid laiu variaatoririhmu (Sele 23.4 a), harilikke kiilrihmu või nn. klotsrihmu (Sele 23.4 b), kus lamerihma külge on kinnitatud poltidega puitklotsid. Kettvariaatorites kasutatakse spetsiaalseid kette (Sele 23.4 c).
Nihutatavate koonusratastega variaatoreid kasutatakse masina-ja aparaadiehituse erinevates valdkondades. Sele 23.5 a näitab Audi mootoris kasutatavat kettvariaatorit. Selel 23.5 b on näidatud Honda mootoris kasutatav rihmvariaator.
Nende variaatorite töötamise põhiskeem on näidatud selel 23.6. Vedava ratta konstruktsioon on selline, et tsentrifugaaljõu toimel surutakse ratta pooled kokku ja lükatakse rihm võlli tsentrist kaugemale. Samal ajal veetava ratta pooled lükatakse laiali ja rihm liigub ratta tsentri. Vedava rihmratta käivitab väntvõll. Mida suurem on mootori pöörlemissagedus, seda rohkem surutakse kokku vedava ratta pooled ja lükatakse laiali veetava ratta pooled. Sellega sujuvalt muudetakse veetava võlli pöörlemissagedust.
126