podstawy projektowania ukŁadÓw kinematyznyhtmm.pwr.edu.pl/fcp/qgbukoqttklqhbx08slktvqjqx2o8... ·...

33
PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYCZNYCH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn i Układów Mechatronicznych Zespół Mechatroniki i Mechanizmów ul. Łukasiewicza 7/9, 50-371 Wrocław Budynek B5, p. 303 Tel.: 71 320-27-10 e-mail: slawomir [email protected] web: http:// tmm.pwr.edu.pl

Upload: others

Post on 27-May-2020

31 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYCZNYCH

Dr inż. Sławomir Wudarczyk

Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn i Układów MechatronicznychZespół Mechatroniki i Mechanizmówul. Łukasiewicza 7/9, 50-371 WrocławBudynek B5, p. 303Tel.: 71 320-27-10

e-mail: [email protected]

web: http://tmm.pwr.edu.pl

Page 2: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

• Miller S.: Teoria maszyn i mechanizmów. Analiza układów mechanicznych.Oficyna wydawnicza PWr. Wrocław 1996.

• Gronowicz A. i inni: Teoria maszyn i mechanizmów. Zestaw problemów analizy i projektowania. Oficyna Wydawnicza PWr. Wrocław 1999.

• Gronowicz A.: Podstawy analizy układów kinematycznych. Oficyna Wydawnicza PWr., Wrocław 2003.

============================================================

• Miller S.: Układy kinematyczne. Podstawy projektowania. WNT 1987 • Miller S.: Teoria mechanizmów i maszyn. Synteza układów kinematycznych.

Wrocław 1977 • Bałchanowski J., Twaróg W.: Metoda syntezy strukturalnej mechanizmów

równoległych. TMM. Wydawnictwo ATH Bielsko-Biała 2008, str. 377-384. • Bałchanowski J., Twaróg W.: Synteza strukturalna przestrzennych

mechanizmów równoległych. TMM. Wydawnictwo ATH Bielsko-Biała 2008, str. 385-392.

BIBLIOGRAFIA

Page 3: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

OPROGRAMOWANIE

Program SAM (Simulation and Analysis of Mechanisms)

SAM Version : 7.0

License : STUDENT

Level : PROFESSIONAL

Valid until : 01-10-2020

Name or Company :

Wroclaw University of Technology (Student)

Activation key :

sp01011020f616edef4eb470

Page 4: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Budowa układów kinematycznych Układ rzeczywisty

Page 5: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Budowa układów kinematycznych Elementy budowy

Page 6: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Struktura układów kinematycznych 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

Page 7: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Struktura mechanizmu płaskiego:

n- liczba członów

p1 – liczba par I klasy

p2 – liczba par II klasy

n-1 - liczba członów ruchomych

3(n-1) - liczba stopni swobody członów ruchomych

3-i - liczba stopni swobody odebranych przez jedną parę i-tej klasy

Struktura układów kinematycznych Łańcuchy kinematyczne płaskie – ruchliwość W

W= 3(n-1) – 2p1 – p2

Page 8: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

W= 6(n-1) – 5p1 – 4p2 – 3p3 – 2p4 – p5

W= 3(n-1) – 2p1 – p2

WR = W –WL +RB

WR - ruchliwość rzeczywistaW - ruchliwość teoretycznaWL- ruchliwość lokalnaRB - więzy bierne

Struktura układów kinematycznych Interpretacja ruchliwości

Page 9: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

n=8 p1=6p3=3p2= p4= p5=0

W= 6(n-1) – 5p1 – 4p2 – 3p3 – 2p4 – p5

W=3

Struktura układów kinematycznych Łańcuchy kinematyczne – ruchliwość W

Page 10: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

W=3

Układ kinematyczny jest jednobieżny jeżeli liczba członów czynnych (napędów) jest równa

ruchliwości.

Struktura układów kinematycznych Łańcuchy kinematyczne – ruchliwość W

Mechanizmem nazywamy jednobieżny łańcuch kinematyczny zaprojektowany do przekształcanie ruchu jednego lub kilku członów na ruch innych członów.

Page 11: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Struktura układów kinematycznych Ruchliwość lokalna WL

WR=2

WL=0

W=2

WR=W-WL

WL=1

k=4 p1=3 p2=1W = 3(n-1) - 2p1 - p2

W=2

WL

Page 12: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Struktura układów kinematycznych Ruchliwość lokalna WL

Page 13: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Struktura układów kinematycznych Więzy bierne

Page 14: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Struktura układów kinematycznych Więzy bierne

n=2 p1=2p2=p3=p4=p5=0W= - 4

W= 6(n-1) – 5p1 – 4p2 – 3p3 – 2p4 – p5

n=2 p1=1p2=p3=p4=p5=0W= 1

Page 15: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Struktura układów kinematycznych Więzy bierne

WR = W – WL +RB

1 = 1 – 0 + 0

Założenia:n=2 WR= 1WL=0RB=0W=1

? ?

1= 6(n-1) – 5p1 – 4p2 – 3p3 – 2p4 – p5

p1= ?p2= ?p3= ?p4= ?p5= ?

W= 6(n-1) – 5p1 – 4p2 – 3p3 – 2p4 – p5

5p1 + 4p2 + 3p3 + 2p4 + p5 = 5

Page 16: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Struktura układów kinematycznych Więzy bierne

? ?5p1 + 4p2 + 3p3 + 2p4 + p5 = 5

p1 p2 p3 p4 p5

1. 1 0 0 0 0

2. 0 1 0 0 1

3. 0 0 1 1 0

…… … … …. …

III IV

Page 17: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Sposoby zapisu struktury

Page 18: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Sposoby zapisu struktury

Zapis postaci par kinematycznych:

Page 19: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Sposoby zapisu struktury

Schematy mechanizmu jarzmowo-krzywkowego: a) kinematyczny, b) strukturalny

Page 20: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Przykłady wzorów chemicznych – metylocykloheksan: 1 – prosty wzór sumaryczny, 2 –rozwinięty wzór sumaryczny, 3 – szkieletowy, płaski wzór strukturalny, 4 – szkieletowy, przestrzenny wzór strukturalny, 5 – pełny wzór strukturalny

Sposoby zapisu struktury

Page 21: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

FORMY ZAPISU UKŁADÓW KINEMATYCZNYCH

5

4

3

2

1

01001

10101

01010

00101

11010

54321

M

K1

K2

Kz

Page 22: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Synteza strukturalnamechanizmów

Page 23: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Etapy syntezy mechanizmów:

Założenia: Rozwiązania (dobór struktury):

Skąd rozwiązania:- pomysły, naśladownictwo,- intuicja ...Czy metody:

synteza strukturalna

Page 24: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Cele Syntezy Strukturalnej

1. Generowanie rozwiązań strukturalnych mechanizmów

2. Budowanie katalogów wszystkich teoretycznie możliwych rozwiązań

3. Szukanie rozwiązań optymalnych strukturalnie

Page 25: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Metody Syntezy Strukturalnej

- metody elementarne,

- metody transformacji struktury (np. metoda inwersji),

- metody ogólne (np. metoda łańcucha pośredniczącego).

Page 26: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Metody elementarne

Page 27: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Zestawienie wszystkich sposobów mocowania

siłownika

Page 28: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Obudowa górnicza – dobór elementów podporowych

Page 29: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Zestawienie wszystkich sposobów mocowania

siłownika

Page 30: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Metody transformacji struktury

Metoda inwersjiMetoda ta umożliwia wykorzystanie jakiegokolwiek znanego

już rozwiązania do tworzenia zbioru innych rozwiązań o tej samej liczbie członów i par.

Page 31: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Przykład zastosowania metody do syntezy ładowarki

Page 32: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Przykład zastosowania metody do syntezy ładowarki

Page 33: PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYHtmm.pwr.edu.pl/fcp/qGBUKOQtTKlQhbx08SlkTVQJQX2o8... · PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADÓW KINEMATYZNYH Dr inż. Sławomir Wudarczyk Katedra

Rozwiązania mechanizmów uzyskane metodą inwersji