KONSTRUOVÁNÍ STROJŮmechanismy

Přednáška 7

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brn ěÚstav konstruování

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

Mechanismy s přerušovaným pohybem

Přednáška 7 – Mechanismy s přerušovaným pohybem

http://filmpub.atlas.cz

Řízení mechanismů s přerušovaným pohybem

Přednáška 7 – Mechanismy 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

Synchronizace kroku stroje hnacím motoremU 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 mechanismusspalovací motor

Maltézský mechasnismusobráběcí centrum

Drapákový mechanismusfilmová kamera

Přednáška 7 – Mechanismy s přerušovaným pohybem

http://www.tajmac-zps.cz

http://www.carbibles.com

http://filmpub.atlas.cz

Kyvadlový hodinový strojGalileo 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

http://www.veznihodiny.cz

Řízení počítačem pomocí krokového motoruPotřebu 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)

http://robotika.cz/articles/steppers/cs

Přednáška 7 – Mechanismy s přerušovaným pohybem

Promítací přístroj – maltézský mechanismusJednou 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

http://filmpub.atlas.cz

http://cs.wikipedia.org

Kinematika maltézského mechanismu

Přednáška 7 – Mechanismy s přerušovaným pohybem

• Hnací hřídel, klikový hřídel, klika• Hnaný hřídel, drážkový kotouč, kříž• Čep – otočný, pevný• Blokovací mechanismus

Z trojúhelníku O1O2Aφ:

z22 πα =

φλϕλψ

cossin

arctan−

=1

Z trojúhelníku O1O2A:

Úpravou [sin(a+b)=sin(a)cos(b)+cos(a)sin(b)]:

z2

2z2

)( −=−= παπβ

[ ])(sinsin

ψϕπψ

+−=

21

1

OO

r

λβα === cossin21

1

OO

r

Dynamika MM Dynamika MM -- MathCadMathCad

Regulační, brzdící a tlumící mechanismy

Přednáška 7 – Regulační, brzdící a tlumící mechanismy

http://www.astro.cz

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 ) = r0 .e( t )

• integrační (I) –napouštění splachovací nádoby u( t ) = r−1.∫e( t )dt

• zmíněné dva typy s derivační složkou (D) –gradient u( t ) = r1 de( t )/dt

Přednáška 7 – Regulační, brzdící a tlumící mechanismy

Přímé analogové regulátory

Roztěžníkový regulátor otáčekmechanický -J. Watt

Přednáška 7 – Regulační, brzdící a tlumící mechanismy

Dýchací automatikapneumatický -J.Y.Cousteau

V současné době je analogová regulace nahrazována regulací digitální, která je:

levnější, přesnější, spolehlivější, adaptibilněnjší, umožňuje náročnější formy regulace.

Lihový termostat chlazeníhydraulický

http://www.stranypotapecske.cz/vystroj

http://cs.wikipedia.orgRauscher, J.: Vozidlové motory, Brno 2005

Brzdící mechanismy

Přednáška 7 – Regulační, brzdící a tlumící 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

Aerodynamická brzda

Přednáška 7 – Regulační, brzdící a tlumící mechanismy

http://www.veznihodiny.cz

Mercedes-Benz SLR McLarenSuchoj SU-27

http://www.military.czPanavia Tornado Gr.1

Hydraulická brzda

Přednáška 7 – Regulační, brzdící a tlumící mechanismy

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.

http://www.miac.org.uk/heenan.htm

Vlk, F.: Zkoušení vozidel, Brno 1985

Elektrodynamická vířivá brzda

Přednáška 7 – Regulační, brzdící a tlumící mechanismy

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.

http://www.schenck-ind.com

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

Přednáška 7 – Regulační, brzdící a tlumící mechanismy

Aktivní magnetoreologický tlumič

Přednáška 7 – Regulační, brzdící a tlumící mechanismy

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.

http://www.carbibles.com

Šika, Z.: Aktivní apoloaktivní snižovánímechanického kmitánístrojů, Praha 2004

Air Damping System

Přednáška 7 – Regulační, brzdící a tlumící mechanismy

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.

BOSE Suspension System

Přednáška 7 – Regulační, brzdící a tlumící mechanismy

DemonstraceDemonstrace LexusLexus BOSEBOSE

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.

http://www.carbibles.com

Přednáška 7 – Regulační, brzdící a tlumící mechanismy

Citroen 2CV

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.

Hmotový tlumi č (Mass Damper)

http://www.formule-1.cz