Układem kinematycznym nazywamy dowolny zespół elementów składowych (członów) połączonych ze sobą w sposób umożliwiający ruch względny stworzony przez naturę lub człowieka do wypełniania celowych funkcji.
Para kinematyczna to ruchowe połączenie dwóch członów, połączenie dające łączonym członom możliwość wykonywania ruchów względnych.
Podziały par kinematycznych:
- według rodzaju styku tworzących członów
- według stopni swobody ruchu względnego
Pary kinematyczne dzielimy na:
•niższe,
•wyższe,
•mieszane.
Pary kinematyczne dzielimy na klasy według liczby stopni swobody jednego członu względem drugiego członu pary.
Pary:
I klasy – jeden stopień swobody
II klasy – dwa stopnie swobody
III klasy – trzy stopnie swobody
IV klasy – cztery stopnie swobody
V klasy – pięć stopni swobody
Łańcuchem kinematycznym nazywamy szereg członów połączonych ze sobą parami kinematycznymi.
Łańcuchy dzielimy na:
- otwarte (a)
- zamknięte (b, c, d, e)
- płaskie (a, b, c, d)
- przestrzenne (e)
- ruchliwe (a, b, d, e)
- nieruchliwe – sztywne (c)
Układ kinematyczny jest jednobieżny jeżeli liczba członów czynnych (napędów) jest równa ruchliwości.
Mechanizmem nazywamy jednobieżny łańcuch kinematyczny zaprojektowany do przekształcanie ruchu jednego lub kilku członów na ruch innych członów.
Ruchliwość mechanizmu „W” – nazywamy liczbę więzów, które należałoby narzucić na człony, aby łańcuch kinematyczny mechanizmu był nieruchomy względem podstawy.
Ruchliwość lokalna – lokalne stopnie swobody członu (niekiedy grupy członów) nie zmieniające położenia pozostałej (głównej) części mechanizmu. Ich wprowadzenie bywa korzystne z punktu widzenia prostoty konstrukcji i równomierność zużywania się powierzchni par kinematycznych.
Trajektoria, tor punktu – miejsca geometryczne jego kolejnych położeń w przyjętym układzie odniesienia.
Siła:
1. wielkość wektorowa charakteryzująca miarę oddziaływania ciał,
2. przyczyna zmiany prędkości, odkształcenia.
Siły w mechanizmach:
-ciągłe – skupione
-zewnętrzne – wewnętrzne,
-czynne – bierne,
-grawitacji,
-bezwładności,
-równoważące.
Trzy siły w układzie płaskim są w równowadze,
jeżeli ich kierunki działania przecinają się w jednym punkcie.
Przekładnie zębate – cel
* Przeniesienie ruchu z jednego wału na drugi
* Zmiana momentu
* Zmiana prędkości obrotowej
Przekładnie obiegowe – duże przełożenie przy zwartej budowie, zdolność do przenoszenia dużych mocy, ciekawe trajektorie pkt., możliwość rozdziału napędu na kilka odbiorników (p.różnicowa), możliwość sumowania kilku napędów (sumująca), wysokie koszty wykonania
Mechanizm dźwigowy – zbudowany jest z członów tworzących ze sobą pary niższe (przenoszą duże obciążenia) lub czworobok przegubowy składający się z podst., 2 ramion oraz łącznika.
Własności przekładni zębatych o osiach stałych
* Małe przełożenia na jednym zezębieniu
* Duże gabaryty i duża masa
* Duże przełożenia uzyskuje się dzięki wielu zazębieniom
* Stosunkowo tanie w wykonaniu i eksploatacji
Własności przekładni obiegowych
* Duże przełożenia przy zwartej budowie
* Możliwość sumowania kilku napędów (W>1) – p. sumujące
* Zdolność przenoszenia dużych sił (mocy)
* Możliwość rozdziału napędu na kilka odbiorników (W>1) – p. różnicowe
* Ciekawe trajektorie punktów kół obiegowych
* Wysokie wymagania dokładnościowe - koszty
Grupa statycznie wyznaczalne – jest to fragment mechanizmu
zbudowany z k członów połączonych parami kinematycznymi
(p1, p2 – liczba I i II klasy), który można rozwiązać metodami
statyki, który jest statycznie wyznaczalny,
3K-2p1-p2=0(warunek statycznej wyznaczalności grupy)
Manipulator –mechaniczny układ przeznaczony do
realizacji niektórych funkcji ręki ludzkiej.
Manewrowość – liczba m stopni swobody członów manipulatora przy unieruchomionym uchwycie.
MANIPULATOR KOPIUJĄCY-małe siły (napędza
operator), - małe odległości (długi łańcuch kinemat- błędy)
ZASTOSOWANIE: PRACA W SRODOWISKU NIEBEZPIECZNYM:
;UCIĄŻLIWE I POWTARZALNE OPERACJE TECHNOLOGICZNE, MEDYCYNA, OCHRONA ZDROWIA
Strefa robocza-tak nazywa się miejsce manipulacji chwytaka.
Jest to zbiór możliwych połozen punktu mocowania
Przemieszczanego manipulatorem przedmiotu.
Kąt i współczynnik serwisu- przedmiot o kształcie kulistym
Umieszczonym w pkt P strefy roboczej może być podjety
Przez chwytak manipulatora na ogół przy ustytuowaniu
osi tego chwytaka.Własciwosc ta nazywa się serwisem i jest
opisywana ilosciowo tzw współczynnikiem serwisu
Mechanizmem krzywkowym nazywamy mechanizm
w którym występuje para wyższa(p.k)
Mechanizmy krzywkowe mają zastosowanie przede
wszystkim w układach rozrządczych i regulacyjnych
maszyn automatycznych i półautomatycznych:
-w układach sterowania zaworami w silniku
spalinowym, pompie, sprężarce,
- w mechanicznych układach sterowania programatorami
-w układach sterowania obrabiarkami,
ZALETY: Możliwość zamiany dowolnego ruchu krzywki na
dowolny ruch popychacza. Możliwość realizacji dowolnego
prawa ruchu. prosta zwarta budowa
WADY: występowanie pary kinematycznej wyższej.
występowanie dużych nacisków powierzchniowych.
wyrabianie bieżni krzywki. wrażliwość na
niedokładności wykonania. koszty wykonania
SIŁA to przyczyna zmiany prędkości, odkształcenia
Siły w mechanizmach: ciągłe (skupione)-zewnętrzne(wew.)
- czynne(bierne)- użyteczne(nieużyteczne)- grawitacji,
-bezwładności,- równoważące.
SIŁY OBCIAŻAJĄCE CZŁONY MECHANIZMU:
1.S. bezwładności(Pbi, Mbi)2. S. grawitacji (Fgi) 3.S. zewn.
RÓWNOWAGA W MECHANIZMACH
Aby zrównoważyć taki układ sił należy do układu przyłożyć
wielkość równoważącą - moment MC (lub siłę FC)
-Jeżeli w obciążeniu członów uwzględnimy siły
bezwładności to taki układ możemy
rozwiązywać metodami statyki – metoda taka
nosi nazwę kinetostatyki.
Równanie macierzowe można zapisać w formie
skróconej: Fx = BFz
Fz - wektor sił znanych (siły masowe i obciążenie zewnętrzne M3),
B - macierz współczynników znanych przy znanej konfiguracji układu,
Fx - wektor sił niewiadomych (siły oddziaływania w parach, moment M1).
Rozw: x z F = B-1F
Manipulatory równoległe:
Ogólne własności manipulatorów równoległych:
- duża sztywność układu,
- duża dokładność realizowanych ruchów,
- duża nośność,- mała masa członów ruchomych,
- platforma może poruszać się ze znacznymi
prędkościami i przyspieszeniami,
- stosunkowo mała strefa robocza
Zastosowanie:
- wyspecjalizowane obrabiarki,- manipulatory montażowe,
- manipulatory pakujące,- manipulatory pomiarowe,
- układy pozycjonujące,- symulatory ruchu
Synteza geometryczna jest procesem
polegającym na określaniu wymiarów
podstawowych mechanizmu spełniających
założone kryteria i ograniczenia projektowe.
///CELE SYNTEZY STRUKTURALNEJ
1.Generowanie rozwiązań strukturalnych
mechanizmów
2. Budowanie katalogów wszystkich
teoretycznie możliwych rozwiązań
3. Szukanie rozwiązań optymalnych
strukturalnie//metody:
Metoda inwersji-Metoda ta umożliwia wykorzystanie
jakiegokolwiek znanego już rozwiązania do tworzenia
zbioru innych rozwiązań o tej samej liczbie członów i par.
metody ogolne- W mechanizmie można wyróżnić
cztery elementy składowe:podstawę o,człon czynny c,
cz.bierny b i łańcuch członów pośredniczących U
SIŁA to przyczyna zmiany predkości, odkształcenia
Siły w mechanizmach:ciągłe (skupione)-zewnętrzne(wew.)
Fx - wektor sił niewiadomych (siły oddziaływania w parach, moment M1)....
robertwierbi