Konstruování strojů - strojní součásti (strojLAB) (FSI-5KL)

Cílem předmětu je poskytnout studentům základy pevnostního a konstrukčního návrhu strojních součástí pro samostatný návrh a posouzení základních strojních uzlů. Důraz je kladen na vztah mezi zatížením, materiálem, tvarem a spolehlivostí, na návrh proti porušení a na aplikaci norem a výpočtových postupů.

Po úspěšném absolvování předmětu bude student schopen:

• vysvětlit mechanismy a příčiny porušování základních strojních součástí při statickém i únavovém zatížení, včetně vlivu materiálu, povrchu, tření a mazání,
• navrhnouta zkontrolovat základní strojní součásti – spoje, mechanické pružiny, uložení a těsnění,
• zvolit vhodný typ součásti, materiál a způsob uložení s ohledem na funkci, životnost, bezpečnost, vyrobitelnost a údržbu,
• integrovat navržené součásti do jednoduchých strojních uzlů a sestav a ověřit jejich funkci pomocí výpočtu.

Student musí před zápisem předmětu:

• mít složenou zkoušku z předmětu Pružnost a pevnost I (4PP, 4PP-A),
• ovládat základy mechaniky a pružnosti a pevnosti (rovnováha soustav, vnitřní účinky v prutech, napětí, deformace, základní napěťové stavy, základy únavy materiálu),
• znát základní strojírenské materiály a jejich mechanické vlastnosti,
• ovládat technické kreslení podle ČSN/ISO,
• zvládat běžné inženýrské výpočty (jednotky, přepočty, čtení tabulek, diagramů a norem).

Vazby k jiným předmětům:
povinná prerekvizita: Pružnost a pevnost I [4PP]

Klíčový předmět strojního inženýrství zaměřený na návrh a posouzení základních strojních součástí a spojů z hlediska funkce, pevnosti a životnosti. Studenti se naučí metodiku konstrukčního a pevnostního návrhu os a hřídelí, uložení, spojů a pružin s využitím norem a doporučení z inženýrské praxe. Předmět systematicky propojuje znalosti z mechaniky, pružnosti a pevnosti a materiálového inženýrství do ucelené metodiky návrhu strojních uzlů na bakalářské úrovni. Oproti předmětu 5KS Konstruování strojů – strojní součásti se předmět 5KL Konstruování strojů - strojní součásti (strojLAB) liší charakterem cvičení. Cvičení jsou realizována ve strojLABu a jsou zaměřena na řešení praktických problémů na reálných strojních uzlech s využitím zkušebních přípravků. Studenti v nich kombinují výpočty, experimenty a jednoduché výrobní/technologické úkony, čímž systematicky propojují teorii s praxí.

Předmět je zakončen vykonáním zkoušky po předchozím udělení zápočtu.

Zápočet potvrzuje, že se student aktivně účastnil práce během semestru a byl schopen správně a samostatně řešit zadané úlohy. Podmínkou udělení zápočtu je získání alespoň 50 bodů z maximálního počtu 100 bodů, které může student získat ve dvou testech konaných během semestru ve cvičeních. Body získané v průběhu semestru se nepřenášejí ke zkoušce.

Zkouškou se ověřuje komplexní zvládnutí látky vymezené v kartě předmětu a schopnost získané poznatky samostatně a tvůrčím způsobem aplikovat. Zkouška má písemnou a ústní část. Písemná část zkoušky je povinná pro všechny studenty, probíhá prezenčně a trvá 90 minut. Písemná část je hodnocena v rozmezí 0 až 100 bodů; pro úspěšné složení zkoušky musí student získat alespoň 50 bodů.

Ústní část zkoušky je dobrovolná. Mohou ji absolvovat pouze studenti, kteří v písemné části dosáhli 80–89 bodů a chtějí zlepšit hodnocení z klasifikačního stupně B na A. Výsledek ústní části může vést ke změně klasifikačního stupně z B na A, nebo ke zachování stupně B. Studenti, kteří v písemné části dosáhnou 90–100 bodů, jsou hodnoceni klasifikačním stupněm A bez absolvování ústní části. Celkové hodnocení předmětu je vyjádřeno klasifikačním stupněm ECTS podle Studijního a zkušebního řádu VUT.

1. Úvod do konstruování. Mezní stavy, návrhový součinitel, součinitel bezpečnosti.


2. Porušování způsobené statickým zatěžováním. Únavové porušování způsobené proměnným zatěžováním.


3. Osy a hřídele. Spoje hřídelem s nábojem.


4. Povrchy strojních součástí. Kontakt těles. Tření, mazání a opotřebení.


5. Valivá ložiska. Vztah mezi zatížením, trvanlivostí a spolehlivostí. Kombinované a proměnlivé zatížení.


6. Modifikovaná rovnice trvanlivosti. Kuželíková ložiska. Mazání ložisek a konstrukce uložení.


7. Rozdělení spojů. Pohybové šrouby. Spojovací šrouby.


8. Předepjaté šroubové spoje. Nýtové spoje.


9. Svarové, pájené a lepené spoje.


10. Šroubovité tlačné, tažné a zkrutné pružiny. Talířové a listové pružiny.


11. Teorie hydrodynamického mazání. Radiální kluzná ložiska s hydrodynamickým mazáním.


12. Radiální kluzná ložiska s tlakovým oběhovým mazáním. Radiální kluzná ložiska s mezným mazáním.


13. Rekapitulace a příprava ke zkoušce.

1. Polohovací stolek se čtyřmi šroubovými zvedáky – systém jako celek.


2. Polohovací stolek – kinematická a statická analýza uzlu.


3. Šneková hřídel zvedáku – pevnostní a deformační analýza.


4. Šneková hřídel zvedáku – únavové namáhání a životnost.


5. Šneková hřídel – spojení hřídele s nábojem a uložení. Zápočtový test.


6. Šneková hřídel – valivá ložiska v reálném uložení.


7. Vřeteno šroubového zvedáku – pohybový šroub.


8. Předepjaté šroubové spoje.


9. Šroubové a svarové spoje.


10. Šroubové pružiny – výroba pružiny ve strojLABu.


11. Šroubové pružiny – testování pružiny ve strojLABu. Zápočtový test.


12. Kluzná ložiska – hydrodynamické mazání.


13. Kluzná ložiska – mezné mazání.

BUDYNAS, Richard G. a J. Keith NISBETT. Shigleyho konstruování strojních součástí. 2. vyd. Odborní editoři Martin HARTL a Miloš VLK. Brno: VUTIUM, 2023. 1296 s. ISBN 978-80-214-5471-2.

BUDYNAS, Richard G. a J. Keith NISBETT. Shigley’s mechanical engineering design. 2024 release. [S.l.]: McGraw-Hill Education, 2024. 1120 s. ISBN 9781266929892.

NORTON, Robert L. Machine design: an integrated approach. 6th ed. [S.l.]: Pearson, 2020. 1089 s. ISBN 9780135184233.