33
KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ mechanismy Přednáška 5 Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování
KONSTRUOVÁNÍ STROJŮmechanismy
Přednáška 5
Fakulta strojního inženýrství VUT v BrněÚstav konstruování
Prostorovémechanismy
Obsah• Teorie prostorových mechanismů (analýza dráhy, rychlosti a zrychlení).
• Zavěšení kol automobilu.
• Kardanův hřídel.
• Universální klouby.
• Homokinetický kloub.
• Tažné zařízení pro osobní automobil.
• Zakončení táhel, kulové klouby.
• Kování a panty Eurooken a plastových oken.
• Manipulátory a roboty.
• Fyziologický a patologický kyčelní kloub.
• Materiály lidských kloubů.
• Osteotomie kyčelního kloubu.
• Totální a povrchová náhrada kyčelního kloubu.
• Totální náhrada kolenního kloubu.
• Totální náhrada ramenního kloubu.
• Totální náhrada loketního kloubu.
• Protéza dolní končetiny.Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Sférické klouby
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Denavit-Hartenbergovy parametry
Pro analýzu dráhy rychlosti a zrychlení jsou v každém kloubu postupně zavedeny lokálnísouřadnicové systémy s osami pohybu:
z1…zi-1, zi, zi+1…zn, z1..
Osa xi je společnou kolmicí na osy zi a zi-1sousedních souřadnicových systémů
Relativni pozice a orientace dvou následných souřadnicových systémů i a je dána 4 parametry:
ai,i+1..vzdálenost os zi a zi+1 ve směru kladné osy xi+1
αi,i+1..úhel os zi a zi+1, proti směru hodinových ručiček
θi,i+1.. úhel os xi a xi+1, proti směru hodinových ručiček
si,i+1.. vzdálenost os xi a xi+1 ve směru kladné osy zi
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Transformace polohy
Transformace polohy bodu z jednoho souřadnicového systému do předchozího:
kde transformační matice je:
a vektor polohy:
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Např z. 2 do 1:
z. 3 do 1:
z. 4 do 1:
z. i do 1:
Transformační matice z. j do i:
z. i do 1:
z. 1 do 1:
..jednotková matice 4x4
Transformace polohy
…řešením této maticové rovnice obdržíme neznámé souřadnice bodů
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Analýza rychlosti
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Analýza rychlosti
Zderivujeme již zmíněný výraz:
Derivace podle času:
podle času a dostaneme:
Rotační vazba: Posuvná vazba:
Derivace transformačních matic se dá v našem případě vyjádřit pomocí součinu:
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Označme:
Což se dá napsat jako:
Soustava rovnic obsahuje neznámérychlosti
Analýza rychlosti
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Analýza rychlosti
Analýza zrychlení
Vztahy pro určení úhlových rychlostí:
Vztahy pro určení úhlových zrychlení:
Vztahy pro určení absolutních rychlostí bodů:
Vztahy pro určení absolutních zrychlení bodů:
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Zavěšení kol automobilu (Suspension)
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
http://www.carbibles.com/
přední – McPerson
zadní – vlečná
zadní – pevná
Zavěšení kol automobilu (Suspension)
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Poměr úhlových rychlostí hnací a hnané části Kardanova hřídele není konstantní, ale měníse v závislosti na úhlu β mezi hnací a hnanou částí a v závislosti na úhlu pootočení θ hnacíčásti hřídele.
Kardanův hřídel
42 2
2
cos1 sin sin
ω βω β θ
=−
Kardanův hřídel
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Universální klouby
Přednáška 5 – Prostorové mechanismyhttp://www.beldenuniversal.com/
Homokinetický kloub (Constant-Velocity Joint)
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Zejména s rozvojem předního náhonu kol u automobilů, bylo nutné zajistit přenos konstantní úhlové rychlosti z diferenciálu na kolo. Užívají se tyto konstrukce kloubů: Bendix-Weiss, Rzeppa, Tracta a Tripot.
Bendix-Weiss
Rzeppa
Tracta
Homokinetický kloub (Constant-Velocity Joint)
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Tažné zařízení pro osobní automobil
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
http://www.brinkweb.com/
Zakončení táhel, kulové klouby
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Kování a panty Eurooken a plastových oken
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Manipulátory a roboty
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Fyziologický kyčelní kloub
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Fyziologický a patologický kyčelní kloub
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Patologický kyčelní kloub je charakterizován:
• Ploché a strmé acetabulum s nedostatečně vyvinutým okrajem
• Proximálně-laterální posuv hlavice femuru
• Hlavice je deformovaná (coxa plana, coxa magna)
• Změna kolodiafyzárního úhlu (coxa vara, coxa valga)
• Změna úhlu antetorze (coxa anteverta)
zdravý kyčelní kloub
patologický kyčelní kloub patologický kyčelní kloub patologický kyčelní kloub
Materiály lidských kloubů – kostní tkáň
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Materiály lidských kloubů – chrupavka
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Osteotomie kyčelního kloubu
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Kyčelní osteotomie
Pánevní osteotomie Femorální osteotomie Kombinace pánevnícha femorálních osteotomiíSalterova, Pembertonova, Chiariho, dvojitá osteotomie
pánve dle Sutherlanda, trojitá osteotomie pánve dle Steela, Eppright osteotomie, periacetabulárníosteotomie pánve dle Ganze.
varizační, valgizační, derotační, Imhäuser-Weber, Southwick.
Salter
Pemberton Sutherland Steel Eppright valgizační
varizační Imhäuser-Weber
Totální a povrchová náhrada kyčelního kloubu
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Totální náhrada kolenního kloubu
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Totální náhrada ramenního kloubu
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Totální náhrada loketního kloubu
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Protéza dolní končetiny
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Řízené kolenní klouby (mikroprocesor)Řízené kolenní klouby (mikroprocesor)Neřízené kolenní klouby (mechanickéa kombinované)
Neřízené kolenní klouby (mechanickéa kombinované)
Mechanickéklouby
Mechanickéklouby
Kombinovanéklouby
Kombinovanéklouby
Pneumatický akční člen
Pneumatický akční člen
Hydraulický akčníčlen
Hydraulický akčníčlen
http://www.ingcorporation.cz/
Protéza dolní končetiny
Přednáška 5 – Prostorové mechanismy
Kolenní kloub s brzdou
Kolenní kloub polycentrický
Kolenní kloub se zámkem
Kolenní kloub volný pohyb
Mechanické kolenní klouby
http://www.ingcorporation.cz/