Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování. KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ mechanismy. Přednáška 7

Transkript

1 Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ mechanismy Přednáška 7

2 Obsah Mechanismy s přerušovaným pohybem Řízení mechanismů s přerušovaným pohybem Promítací přístroj maltézský mechanismus Kinematika maltézského mechanismu Regulační, brzdící a tlumící mechanismy Klasifikace regulátorů Brzdící mechanismy Tlumící mechanismy

3 Mechanismy s přerušovaným pohybem Přednáška 7 Mechanismy s přerušovaným pohybem

4 Řízení mechanismů s přerušovaným pohybem Převodové mechanismy Dochází pouze ke kvantitativní korekci pohybu klasické převody Mechanismus transformuje typ pohybu (posuvný, otáčivý, vratný) Mechanismy s přerušovaným pohybem Způsob řízení mechanismů s přerušovaným pohybem Hnacím motorem absolutní délka kroku je závislá na rychlosti motoru Fyzikálním oscilátorem délka pracovního taktu je konstantní hodinový stroj Nezávisle pomocí procesoru perspektivní Přednáška 7 Mechanismy s přerušovaným pohybem

5 Synchronizace kroku stroje hnacím motorem U většiny složitějších pracovních strojů vyžaduje technologický proces, aby byl pracovní takt synchronizován s otáčkami stroje. Stroj potom dokáže plnit funkci v širokém rozmezí pracovních otáček. Vačkový mechanismus spalovací motor Drapákový mechanismus filmová kamera Maltézský mechasnismus obráběcí centrum Přednáška 7 Mechanismy s přerušovaným pohybem

6 Kyvadlový hodinový stroj Galileo Galilei astronom, matematik a filozof popsal konstantní periodu kmitu kyvadla. Protože sám hodinář nebyl, použil kyvadlo jako časoměrný prvek až nizozemský fyzik a matematik Christian Huygnes (asi roku 1657). Přednáška 7 Mechanismy s přerušovaným pohybem

7 Řízení počítačem pomocí krokového motoru Potřebu pohonu, který umí přesně nastavit svoji polohu a tuto polohu i přes působící síly udržet, splňují krokové motory (stepper motor). Proud procházející cívkou statoru vytvoří magnetické pole, které přitáhne opačný pól magnetu rotoru. Vhodným zapojováním cívek dosáhneme vytvoření rotujícího magnetického pole, které otáčí rotorem. Krokový motor s 200 kroky na otáčku (1.8 stupně na krok) Přednáška 7 Mechanismy s přerušovaným pohybem

8 Promítací přístroj maltézský mechanismus Jednou z klíčových součástí kamery a promítacího stroje je mechanismus krokového pohybu. Umožňuje převést pravidelné otáčení na pozastavení každého okénka před objektivem a po jeho expozici posun k dalšímu okénku. Přednáška 7 Mechanismy s přerušovaným pohybem

9 Kinematika maltézského mechanismu Hnací hřídel, klikový hřídel, klika Hnaný hřídel, drážkový kotouč, kříž Čep otočný, pevný Blokovací mechanismus 2α = 2π z π ( z 2) β = π α = 2 2z Z trojúhelníku O 1 O 2 A: r1 O O 1 2 = sinα = cos β = λ Z trojúhelníku O 1 O 2 A φ : r1 O O 1 2 = sin sinψ [ π ( ϕ + ψ )] Úpravou [sin(a+b)=sin(a)cos(b)+cos(a)sin(b)]: λ sinϕ ψ = arctan 1 λ cosφ Dynamika MM - MathCad Přednáška 7 Mechanismy s přerušovaným pohybem

10 Regulační, brzdící a tlumící mechanismy

11 Klasifikace regulátorů Z hlediska přívodu energie se dělí regulátory na: přímé odebírají veškerou energii potřebnou ke své činnosti z regulované soustavy nepřímé vyžadují ke své funkci přívod vnější energie Rozdělení podle charakteru media, které je nositelem regulačního signálu: mechanické hydraulické pneumatické elektrické, elektronické Podle toho, v jakém tvaru je signál regulátorem přenášen: spojité, analogové diskrétní, číslicové (řízené počítačem) Z hlediska přenosových, dynamických vlastností dělíme regulátory na: proporcionální (P) regulace pokojové teploty u( t ) = r 0.e( t ) integrační (I) napouštění splachovací nádoby zmíněné dva typy s derivační složkou (D) gradient u( t ) = r 1. e( t )dt u( t ) = r 1 de( t )/dt

12 Přímé analogové regulátory V současné době je analogová regulace nahrazována regulací digitální, která je: levnější, přesnější, spolehlivější, adaptibilněnjší, umožňuje náročnější formy regulace. Lihový termostat chlazení hydraulický Roztěžníkový regulátor otáček mechanický - J. Watt Rauscher, J.: Vozidlové motory, Brno Dýchací automatika pneumatický - J.Y.Cousteau

13 Brzdící mechanismy Rozdělení brzdících mechanismů z pohledu práce s energií Rekuperační dochází k transformaci energie do nadřazeného systému Akumulační setrvačník, pružina, kondenzátor Ztrátová přeměna maření Významné kategorie z hlediska užitného Provozní brzdy k regulaci pracovních a dopravních strojů brzdy, retardéry Brzdy k měření momentových charakteristik hnacích strojů dynamometry Brždění nežádoucích oscilačních pohybů tzv. tlumiče

14 Aerodynamická brzda Suchoj SU-27 Mercedes-Benz SLR McLaren Panavia Tornado Gr.1

15 Hydraulická brzda Voda slouží v brzdě současně jako pracovní i chladící médium. Rotor víří vodu v komorách a tím přeměňuje práci zkoušeného stroje v tepelnou energii. Regulace brzdného momentu se provádí změnou naplnění vířivých komor. Reakční moment statoru měří běžná váha. Vlk, F.: Zkoušení vozidel, Brno

16 Elektrodynamická vířivá brzda Na statoru je budicí cívka, kterou protéká stejnosměrný proud. Rotor ve tvaru ozubeného kola se otáčí v magnetickém poli statoru a vlivem střídání zubu a mezery rotoru se mění magnetický tok a obvodem protékají vířivé proudy. Jejich působením se vytvoří brzdný moment, přičemž velikost tohoto momentu je řiditelná změnou proudu v budicí cívce.

17 Tlumící mechanismy Rozdělení tlumících mechanismů dle fyzikálního principu Mechanické třecí, hltiče (mass dampers) Hydraulické atmosférické, přetlakové Aerodynamické vzduchové Elektrodynamické lineární motory Významné kategorie z hlediska užitného Tlumení rotačního nebo translačního oscilačního pohybu Řízené (aktivní) či neřízené tlumení

18 Aktivní magnetoreologický tlumič Magnetoreologické tlumiče jsou složeny z hydraulického válce obsahujícího feromagnetické nanočástice v olejové suspenzi. Za přítomnosti silného magnetického pole se tyto částečky začnou polarizovat a řetězit. Tím se začne zvyšovat zdánlivá viskozita média. Šika, Z.: Aktivní a poloaktivní snižování mechanického kmitání strojů, Praha

19 Air Damping System U systému Air Damping se o pružení i tlumení stará výhradně vzduch systém plynových pružin a tlumičů je oproti konvenčním pružicím jednotkám s ocelovými šroubovými pružinami a olejovým tlumením téměř o 2 kg lehčí.

20 BOSE Suspension System Lineární elektromotory jsou obsluhovány velmi rychlým zpracováním signálů v řídící jednotce. Významnou novinkou je rekuperace energie v lineárních elektromotorech. Energie generovaná při propružení kola se ukládá do vysokovýkonných kondenzátorů Ultra-Caps a později je využita k vyvolání vhodného tlumícího účinku. Demonstrace Lexus BOSE

21 Hmotový tlumič (Mass Damper) K tlumení vibrací je použita hmota, která je zavěšena tak, aby se ve chvíli, kdy se začne pohybovat struktura, jejíž pohyby má tlumit, začala pohybovat v opačném směru. Je tedy potřeba "vyladit" hmotnost závaží a tuhost pružiny tak, aby mohla účinně bránit nežádoucím vibracím struktury - v tomto případě způsobeným pružením pneumatik. Citroen 2CV