Układy mechaniczne:
1) Elementy składowe nie przemieszczają się względem siebie (konstrukcje nośne budowli, mosty,
wsporniki, korpusy ...)
2) Elementy składowe przemieszczają się względem siebie (zawieszenia pojazdów, koparki, ładowarki, pojazdy, manipulatory, obrabiarki ...)
Układy mechaniczne w których elementy składowe przemieszczają się względem siebie nazywamy układami kinematycznymi. Kurs ma nauczyć:
- budowy i działania układów kinematycznych,
- metod analizy kinematycznej i dynamicznej układów kinematycznych,
- budowy i własności wybranych grup układów,
Wiedza istotna dla:
- projektowania, konstruowania i eksploatowania
Podstawy analizy strukturalnej układów kinematycznych
Kurs ma nauczyć:
Struktura układów kinematycznych
Przykłady
Człony
Człon to element układu kinematycznego, który wchodzi w połączenia ruchowe z innymi członami.
Podział funkcjonalny członów:
• człony czynne (napędowe) – 2
• człony bierne (napędzane) – 1
• człony pośredniczące – 3
• człon nieruchomy (podstawa ) - 0
Człony – podział ze względu na stan skupienia
Człony – podział ze względu na węzłowość
Człony – schematyzacja
Pary kinematyczne
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.
Stopnie swobody swobodnego członu (6 stopni swobody)
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
Pary kinematyczne przestrzenne
Pary kinematyczne płaskie
Stopnie swobody swobodnego płaskiego członu (3 stopnie swobody)
Klasy par płaskich:
I – jeden stopień swobody
II – dwa stopnie swobody
Łańcuchy kinematyczne
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)
Łańcuchy kinematyczne – ruchliwość W
Struktura mechanizmu:
n- liczba członów
p1 – liczba par I klasy
p2 – liczba par II klasy
p3 – liczba par III klasy
p4 – liczba par IV klasy
p5 – liczba par V klasy
n-1 - liczba członów ruchomych
6(n-1) - liczba stopni swobody członów ruchomych
6-i - liczba stopni swobody odebranych przez jedną parę i-tej klasy
W= 6(n-1) – 5p1 – 4p2 – 3p3 – 2p4 – p5
Łańcuchy kinematyczne płaskie – ruchliwość W
Struktura mechanizmu płaskiego:
3(n-1) - liczba stopni swobody członów ruchomych
3-i - liczba stopni swobody odebranych przez jedną parę i-tej klasy
W= 3(n-1) – 2p1 – p2
Przykład:
W=3
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.
Interpretacja ruchliwości
WR = W –WL +RB
WR - ruchliwość rzeczywista
W - ruchliwość teoretyczna
WL- ruchliwość lokalna
RB - więzy bierne
k=4 p1=3 p2=1
W= 3(n-1) - 2p1 - p2
W=2
WR=2
WR=W –WL
WR=1
WL=0 WL=1
Analiza kinematyczna – wyznaczanie prędkości i przyśpieszeń w mechanizmach
Mechanizmy dźwigniowe –definicja
Mechanizmy dźwigniowe zbudowane są z członów tworzących ze sobą pary niższe.
Pary niższe I, II, III klasy:
• postępowe,
• obrotowe,
• cylindryczne,
• kuliste,
• płaszczyznowe.
Maszyny robocze - koparki, ładowarki, dźwigi,
Dźwignice
Zalety mechanizmów dźwigniowych:
• styk powierzchniowy w parach,
• przeznaczone do przenoszenia ruchu przy dużych
obciążeniach,
• zwykle łatwe i tanie w wykonaniu i eksploatacji,
• trwałe,
• niezawodne,
• mają zwykle dużą sprawność mechaniczną.
Wady:
• nie zapewniają możliwości realizacji dowolnej trajektorii.
Mechanizmy dźwigniowe płaskie - Struktura
Schematy strukturalne najprostszych płaskich mechanizmów dźwigniowych o ruchliwości
W=1 i liczbie członów n<7.
W= 3(n-1)-2p1-p2
A) n = 4; p1 = 4; p2 = 0
B) n = 6; p1 = 7; p2 = 0
Odmiany mechanizmów dźwigniowych otrzymanych ze struktury
Mechanizm korbowo-wahaczowy
Mechanizm dwukorbowy
Mechanizm dwuwahaczowy
Czworobok przegubowy – położenia zwrotne, nierówności Grashofa
Nierówności (postulaty) Grashofa:
Analiza kinematyczna Mechanizmów
Kinematyka - dział mechaniki zajmujący się opisem ruchu ciał bez wnikania w przyczyny wywołujące zmiany ruchu.
Kinematyka zajmuje się badaniem związków pomiędzy parametrami kinematycznymi (położenie, prędkość, przyśpieszenie) członów czynnych a parametrami kinematycznymi pozostałych członów mechanizmu.
Podstawowe parametry kinematyczne:
Metody analizy kinematycznej:
- analityczne,
- wektorowe,
- numeryczne.
Analiza kinematyczna - wyznaczanie położeń członów, trajektorie punktów
Trajektoria, tor punktu – miejsca geometryczne jego kolejnych położeń w przyjętym układzie odniesienia.
Metoda wektorowych równań konturowych:
Metody określania środków obrotu w Mechanizmach
Wykorzystanie środków obrotu w analizie kinematycznej mechanizmów
• określanie kierunków ruchu,
• określanie kierunków prędkości,
• określanie prędkości liniowych i kątowych.
Określanie kierunków prędkości:
Kierunek prędkości vK = ?
Rozwiązanie:
- wyznaczyć środki obrotu,
- w szczególności S02
robertwierbi