l, l 2, l 3, l 4, ω 21 = konst. Proved te kinematické řešení zadaného čtyřkloubového mechanismu, tj. analyticky

Podobné dokumenty
Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

dx se nazývá diferenciál funkce f ( x )

příkladů do cvičení. V textu se objeví i pár detailů, které jsem nestihl (na které jsem zapomněl) a(b u) = (ab) u, u + ( u) = 0 = ( u) + u.

Seznámíte se s principem integrace metodou per partes a se základními typy integrálů, které lze touto metodou vypočítat.

Mechanismy - úvod. Aplikovaná mechanika, 8. přednáška

KLASICKÁ MECHANIKA. Předmětem mechaniky matematický popis mechanického pohybu v prostoru a v čase a jeho příčiny.

Zadání semestrální práce z předmětu Mechanika 2

Ing. Oldřich Šámal. Technická mechanika. kinematika

ANALYTICKÁ GEOMETRIE V ROVINĚ

úvod do teorie mechanismů, klasifikace mechanismů vazby, typy mechanismů,

F n = F 1 n 1 + F 2 n 2 + F 3 n 3.

7. Derivace složené funkce. Budeme uvažovat složenou funkci F = f(g), kde některá z jejich součástí

Analytická geometrie lineárních útvarů

Soustavy lineárních diferenciálních rovnic I. řádu s konstantními koeficienty

a vlastních vektorů Příklad: Stanovte taková čísla λ, pro která má homogenní soustava Av = λv nenulové (A λ i I) v = 0.

1 Analytická geometrie

Derivace goniometrických funkcí

Kinematika tuhého tělesa. Pohyb tělesa v rovině a v prostoru, posuvný a rotační pohyb

JEDNOTKY. E. Thöndel, Ing. Katedra mechaniky a materiálů, FEL ČVUT v Praze. Abstrakt

Mechanika II.A Třetí domácí úkol

Diferenciální počet 1 1. f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. 1 x 1 a x 1 0. f(x) = (cos x) cosh x + 3x. x 0 je derivace funkce f(x) v bodě x0.

f(x) = arccotg x 2 x lim f(x). Určete všechny asymptoty grafu x 2 2 =

Matematika I, část I. Rovnici (1) nazýváme vektorovou rovnicí roviny ABC. Rovina ABC prochází bodem A a říkáme, že má zaměření u, v. X=A+r.u+s.

VYBRANÉ PARTIE Z NUMERICKÉ MATEMATIKY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P01 KINEMATIKA HMOTNÉHO BODU

2 Fyzikální aplikace. Předpokládejme, že f (x 0 ) existuje. Je-li f (x 0 ) vlastní, pak rovnice tečny ke grafu funkce f v bodě [x 0, f(x 0 )] je

MODIFIKOVANÝ KLIKOVÝ MECHANISMUS

9.5. Soustavy diferenciálních rovnic

X = A + tu. Obr x = a 1 + tu 1 y = a 2 + tu 2, t R, y = kx + q, k, q R (6.1)

Parametrická rovnice přímky v rovině

19 Eukleidovský bodový prostor

6 Skalární součin. u v = (u 1 v 1 ) 2 +(u 2 v 2 ) 2 +(u 3 v 3 ) 2

14. přednáška. Přímka

Matematika 1 MA1. 1 Analytická geometrie v prostoru - základní pojmy. 4 Vzdálenosti. 12. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 32

ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ V ROVINĚ

M - Příprava na 3. čtvrtletní písemnou práci

0.1 Úvod do lineární algebry

Numerická matematika 1

3. Obecný rovinný pohyb tělesa

VIDEOSBÍRKA DERIVACE

Seznámíte se s pojmem primitivní funkce a neurčitý integrál funkce jedné proměnné.

Rovnice rovnováhy: ++ =0 x : =0 y : =0 =0,83

Dynamika vázaných soustav těles

4. Statika základní pojmy a základy rovnováhy sil

Derivace goniometrických. Jakub Michálek,

Řešíme tedy soustavu dvou rovnic o dvou neznámých. 2a + b = 3, 6a + b = 27,

Příklad 1. Řešení 1a Máme vyšetřit lichost či sudost funkce ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 3

Cvičné texty ke státní maturitě z matematiky

2D transformací. červen Odvození transformačního klíče vybraných 2D transformací Metody vyrovnání... 2

4.1 Řešení základních typů diferenciálních rovnic 1.řádu

VEKTORY. Obrázek 1: Jediný vektor. Souřadnice vektoru jsou jeho průměty do souřadných os x a y u dvojrozměrného vektoru, AB = B A

Matematika (CŽV Kadaň) aneb Úvod do lineární algebry Matice a soustavy rovnic

6. ANALYTICKÁ GEOMETRIE

1 Rozdělení mechaniky a její náplň

Hledané složky vektoru tvoří odvěsny pravoúhlého trojúhelníku:

y ds, z T = 1 z ds, kde S = S

y = 1 x (y2 y), dy dx = 1 x (y2 y) dy y 2 = dx dy y 2 y y(y 4) = A y + B 5 = A(y 1) + By, tj. A = 1, B = 1. dy y 1

úloh pro ODR jednokrokové metody

Eukleidovský prostor a KSS Eukleidovský prostor je bodový prostor, ve kterém je definována vzdálenost dvou bodů (metrika)

úvod do teorie mechanismů, klasifikace mechanismů vazby, typy mechanismů,

9.3. Úplná lineární rovnice s konstantními koeficienty

7 Analytické vyjádření shodnosti

DERIVACE. ln 7. Urči, kdy funkce roste a klesá a dále kdy je konkávní a

Extrémy funkce dvou proměnných

9.2. Zkrácená lineární rovnice s konstantními koeficienty

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Skalární součin. študenti MFF 15. augusta 2008

Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Czech Technical University in Prague

SOUSTAVY LINEÁRNÍCH ALGEBRAICKÝCH ROVNIC

Lineární algebra : Změna báze

VIDEOSBÍRKA DERIVACE

4.3. GONIOMETRICKÉ ROVNICE A NEROVNICE

Lineární algebra : Metrická geometrie

Úvod do lineární algebry

MATICE. a 11 a 12 a 1n a 21 a 22 a 2n A = = [a ij]

Afinita je stručný název pro afinní transformaci prostoru, tj.vzájemně jednoznačné afinní zobrazení bodového prostoru A n na sebe.

0.1 Úvod do lineární algebry

K OZA SE PASE NA POLOVINĚ ZAHRADY Zadání úlohy

M - Příprava na 4. čtvrtletku - třídy 1P, 1VK.

Euklidovský prostor. Parametrické rovnice roviny. Obecná rovnice roviny. . p.1/25

FYZIKA I. Rovnoměrný, rovnoměrně zrychlený a nerovnoměrně zrychlený rotační pohyb

9. cvičení z Matematické analýzy 2

= + = + = 105,3 137, ,3 137,8 cos37 46' m 84,5m Spojovací chodba bude dlouhá 84,5 m. 2 (úhel, který spolu svírají síly obou holčiček).

Michael Valášek Vedoucí práce: doc. Ing. Václav Bauma, CSc.

M - Příprava na 1. čtvrtletku pro třídu 4ODK

Filip Hroch. Astronomické pozorování. Filip Hroch. Výpočet polohy planety. Drahové elementy. Soustava souřadnic. Pohyb po elipse

Příklad 1. Řešení 1a. Řešení 1b ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1B ČÁST 5

Obsah. Aplikovaná matematika I. Gottfried Wilhelm Leibniz. Základní vlastnosti a vzorce

4.3.1 Goniometrické rovnice I

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

1. Přímka a její části

VZÁJEMNÁ POLOHA DVOU PŘÍMEK

Těleso racionálních funkcí

y = 2x2 + 10xy + 5. (a) = 7. y Úloha 2.: Určete rovnici tečné roviny a normály ke grafu funkce f = f(x, y) v bodě (a, f(a)). f(x, y) = x, a = (1, 1).

Analytická geometrie ( lekce)

Mgr. Tomáš Kotler. I. Cvičný test 2 II. Autorské řešení 7 III. Klíč 15 IV. Záznamový list 17

ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ V ROVINĚ

DERIVACE FUNKCE, L HOSPITALOVO PRAVIDLO

Čebyševovy aproximace

4. OBYČEJNÉ DIFERENCIÁLNÍ ROVNICE

Matematická analýza III.

Transkript:

Kinematické řešení čtyřkloubového mechanismu Dáno: Cíl: l, l, l 3, l, ω 1 konst Proved te kinematické řešení zadaného čtyřkloubového mechanismu, tj analyticky určete úhlovou rychlost ω 1 a úhlové zrychlení α 1 na tělese Řešení: Kliku těleso volíme jako člen hnací Na něm jsou zadány všechny kinematické veličiny, tj ω 1 konst α 1 0, ϕ ω 1 t Ostatní členy těhlici 3 a vahadlo jsou hnané Nejprve řešíme úlohu polohy Pro nalezení zdvihové funkce ϕ f ϕ použijeme jak trigonometrickou, tak vektorovou metodu a Trigonometrická metoda Kinematickému schématu čtyřkloubového mechanismu přiřadíme podle obrázku dva obecné trojúhelníky A0C a ACB Řešením obecného A0C dostáváme pro úhel ϕ 1 tg ϕ 1 l sin ϕ l sin ϕ ϕ 1 arctg 1 l l cos ϕ l l cos ϕ Nyní aplikujeme kosínovou větu na ACB l 3 AC + l AC l cos ϕ cos ϕ AC + l l 3 AC l Velikost strany AC v A0C určíme pomocí kosínové věty použité na A0C, tedy AC l + l ll cos ϕ Dosazením do vztahu pro úhel ϕ platí l + l + l l3 ll cos ϕ ϕ arccos 3 l l + l ll cos ϕ 1

Hledaná zdvihová funkce ϕ f ϕ je potom dána vztahem l sin ϕ l + l + l l3 ll cos ϕ ϕ ϕ 1 ϕ + ϕ ϕ arctg + arccos l l cos ϕ l l + l ll cos ϕ Úhlovou rychlost ω 1 hnaného tělesa ω 1 dϕ kde p ϕ dϕ 1 + dϕ tělesa platí získáme jako dϕ1 ϕ + dϕ ϕ ω 1 p ϕ ω 1, 5 je převod 1 převodová funkce Pro úhlové zrychlení α 1 hnaného α 1 dω 1 p ϕ ω1, 6 kde p ϕ je derivace převodu převodová funkce Derivace si už proved te sami b Vektorová metoda Kinematickému schématu čtyřkloubového mechanismu přiřadíme podle obrázku l d m + 1 + 1 1 uzavřený vektorový mnohoúhelník čtyřúhelník 0ABC Zapíšeme jeho vektorovou rovnici 0A + AB + BC + C0 0 a tu rozepíšeme do dvou skalárních rovnic ve směrech souřadnicových os x a y, tedy x : l cos ϕ + l 3 cos ϕ 3 + l cos ϕ l 0, 7 y : l sin ϕ + l 3 sin ϕ 3 l sin ϕ 0 8 Vidíme, že jsme aplikací vektorové metody velice snadno a rychle sestavili soustavu dvou transcendentních rovnic Bohužel se nám z nich ale nepodaří explicitně vyjádřit hledanou zdvihovou funkci ϕ f ϕ Musíme tedy v tomto případě řešit úlohu polohy numericky pomocí metody postupného zpřesňování v kinematice iterační metoda Výklad numerické metody postupného zpřesňování v kinematice V každém časovém okamžiku t je natočení kliky známo, nebot ϕ ω 1 t Pro tuto polohu odhadneme letmou konstrukcí čtyřúhelníka 0ABC, viz obrázek, počáteční startovací hodnoty úhlů ϕ 0 3 a ϕ 0, které opravíme ϕ 1 3 ϕ 0 3 + ϕ 3, ϕ 1 ϕ 0 + ϕ 9 Zde ϕ 1 3, ϕ 1 jsou hledané zpřesněné hodnoty úhlů, ϕ 0 3, ϕ 0 jsou počáteční odhadnuté hodnoty a ϕ 3, ϕ jsou jejich hledané opravy Necht i 3,, potom sin ϕ 1 i sin ϕ 0 i + ϕ i sin ϕ 0 i cos ϕ i + sin ϕ i cos ϕ 0 i, 10 cos ϕ 1 i cos ϕ 0 i + ϕ i cos ϕ 0 i cos ϕ i sin ϕ i sin ϕ 0 i 11 Protože předpokládáme, že opravy ϕ i jsou velmi malé hodnoty, můžeme provést linearizaci, tj cos ϕ i 1, sin ϕ i ϕ i Dosazením do vztahů 10 a 11 dostáváme sin ϕ 1 i sin ϕ 0 i + ϕ i cos ϕ 0 i, 1 cos ϕ 1 i cos ϕ 0 i ϕ i sin ϕ 0 i 13

Vztahy 1 a 13 dále dosadíme pro i 3, do rovnic 7 a 8 l cos ϕ + l 3 cos ϕ 0 3 ϕ 3 l 3 sin ϕ 0 3 + l cos ϕ 0 ϕ l sin ϕ 0 l, 1 l sin ϕ + l 3 sin ϕ 0 3 + ϕ 3 l 3 cos ϕ 0 3 l sin ϕ 0 ϕ l cos ϕ 0 0 15 Nyní se již jedná o soustavu dvou lineárních rovnic pro dvě neznámé opravy ϕ 3 a ϕ Obecně lze numerické řešení úlohy polohy formulovat jako iterační proces, kde hledané řešení v k + 1-ní iteraci je definováno jako ϕ k+1 i ϕ k i + ϕ k i, pro k 0, 1,, i 3, 16 Hledaná oprava ϕ k i v k-té iteraci splňuje soustavu zapsanou v maticovém tvaru [ ] [ ] [ l3 sin ϕ k 3 l sin ϕ k k ϕ 3 l cos ϕ l 3 cos ϕ k 3 l cos ϕ k + l l 3 cos ϕ k 3 l cos ϕ k A k ϕ k } {{ } x k l sin ϕ l 3 sin ϕ k 3 + l sin ϕ k b k ] 17 Řešením soustavy algebraických rovnic A k x k b k dostaneme hledané opravy ϕ k i Iterační proces zastavíme, pokud ϕ k+1 max 3 ϕ k 3, ϕ k+1 ϕ k < ε, 18 kde ε > 0 je zvolená přesnost výsledku Tím máme vyřešenou úlohu polohy, tj v libovolném časovém okamžiku t známe ϕ ω 1 t a dále výchylky hnaných členů ϕ 3 a ϕ odpovídající poloze ϕ tělesa Rovnice 7 a 8 zderivujeme podle úhlu ϕ l sin ϕ l 3 sin ϕ 3 dϕ 3 l sin ϕ dϕ 0, 19 l cos ϕ + l 3 cos ϕ 3 dϕ 3 l cos ϕ dϕ 0 0 Pro konkrétní úhel ϕ a při znalosti úhlů ϕ 3 a ϕ z výše vyřešené úlohy polohy se jedná o soustavu dvou lineárních rovnic pro dva neznámé převody p 3 ϕ dϕ 3 a p ϕ dϕ, kterou zapíšeme v maticovém tvaru [ ] dϕ 3 [ ] l3 sin ϕ 3 l sin ϕ dϕ l sin ϕ 1 l 3 cos ϕ 3 l cos ϕ dϕ l cos ϕ dϕ }{{ } A y b 1 Řešením této soustavy rovnic Ay b 1 dostaneme hledané převody p 3 ϕ dϕ 3 a p ϕ dϕ 3

Další derivací rovnic 19 a 0 podle úhlu ϕ dostaneme dϕ3 l cos ϕ l 3 cos ϕ 3 l 3 sin ϕ 3 d ϕ 3 dϕ3 l sin ϕ l 3 sin ϕ 3 + l 3 cos ϕ 3 d ϕ 3 dϕ l cos ϕ l sin ϕ d ϕ dϕ + l sin ϕ l cos ϕ d ϕ 0, 0 Pro konkrétní úhel ϕ a při znalosti úhlů ϕ 3, ϕ a převodů dϕ 3 a dϕ z výše uvedeného postupu je to soustava dvou lineárních rovnic pro dvě neznámé derivace převodů p 3ϕ d ϕ 3 a p ϕ d ϕ Tuto soustavu zapíšeme maticově [ l3 sin ϕ 3 l sin ϕ ] } l 3 cos ϕ 3 l cos ϕ {{ } A d ϕ 3 d ϕ z dϕ 3 dϕ dϕ dϕ l cos ϕ + l 3 cos ϕ 3 + l cos ϕ dϕ l sin ϕ + l 3 sin ϕ 3 3 l sin ϕ b Řešením této soustavy rovnic Ay b dostaneme neznámé derivace převodů p 3ϕ d ϕ 3 a p ϕ d ϕ Nyní již máme vše potřebné pro to, abychom mohli v libovolném časovém okamžiku t určit úhlovou rychlost ω 1 a úhlové zrychlení α 1 členu Platí ω 1 dϕ dϕ ω 1, α 1 dω 1 d ϕ ω 1

Algoritmus výpočtu Numerická metoda postupného zpřesňování v kinematice je podle výše uvedeného algoritmu implementována ve výpočtovém prostředí MATLAB pro kinematické řešení čtyřkloubového mechanismu viz přiložený programu ctyrkloubakm 5

Kinematické řešení mechanismu vačky s vahadlem Dáno: Cíl: h, r, e, ω 1 konst Proved te kinematické řešení zadaného mechanismu vačky s vahadlem, tj analyticky určete úhlovou rychlost ω 31 a úhlové zrychlení α 31 na tělese 3 Řešení: Excentricky uloženou kruhovou vačku těleso volíme jako člen hnací Na něm jsou zadány všechny kinematické veličiny, tj ω 1 konst α 1 0, ϕ ω 1 t Vahadlo 3 je hnaným členem Podobně jako u předchozího příkladu řešíme nejprve úlohu polohy Pro nalezení zdvihové funkce ϕ 3 f 3 ϕ použijeme jak trigonometrickou, tak vektorovou metodu a Trigonometrická metoda Kinematickému schématu mechanismu vačky s vahadlem přiřadíme podle obrázku dva trojúhelníky S0B a SAB Řešením obecného S0B dostáváme pro úhel ϕ 31 tg ϕ 31 e sin ϕ e sin ϕ ϕ 31 arctg 3 h e cos ϕ h e cos ϕ V případě pravoúhlého SAB platí r SB sin ϕ 3 Velikost strany SB v SAB určíme pomocí kosínové věty použité na S0B, tedy SB e + h eh cos ϕ Dosazením do vztahu dostaneme pro úhel ϕ 3 r ϕ 3 arcsin 5 e + h eh cos ϕ 6

Pro hledanou zdvihovou funkci ϕ 3 f 3 ϕ potom platí e sin ϕ r ϕ 3 ϕ 31 ϕ + ϕ 3 ϕ arctg + arcsin 6 h e cos ϕ e + h eh cos ϕ Úhlovou rychlost ω 31 hnaného tělesa 3 ω 31 dϕ 3 kde p 3 ϕ dϕ 31 + dϕ 3 tělesa 3 platí získáme jako dϕ31 ϕ + dϕ 3ϕ ω 1 p 3 ϕ ω 1, 7 je převod 1 převodová funkce Pro úhlové zrychlení α 31 hnaného α 31 dω 31 p 3ϕ ω1, 8 kde p 3ϕ je derivace převodu převodová funkce Derivace si proved te sami b Vektorová metoda Kinematickému schématu mechanismu vačky s vahadlem přiřadíme podle obrázku l d m + 1 3 3 + 1 1 uzavřený vektorový mnohoúhelník čtyřúhelník 0SAB Zapíšeme jeho vektorovou rovnici 0S+SA+AB+B0 0 a tu rozepíšeme do dvou skalárních rovnic ve směrech souřadnicových os x a y, tedy x : e cos ϕ + r sin ϕ 3 + AB cos ϕ 3 h 0, 9 y : e sin ϕ + r cos ϕ 3 AB sin ϕ 3 0 30 Podobně jako u dříve řešeného čtyřkloubového mechanismu i zde vidíme, že jsme aplikací vektorové metody velice snadno a rychle sestavili soustavu dvou transcendentních rovnic pro neznámé ϕ 3 a AB Bohužel ani v tomto případě nelze hledanou zdvihovou funkci ϕ 3 f 3 ϕ vyjádřit explicitně Musíme tedy úlohu polohy opět řešit numericky pomocí metody postupného zpřesňování v kinematice, jejíž princip byl podrobně popsán u kinematického řešení čtyřkloubového mechanismu 7