teoria mehanizmÓw i manipulatorÓw

TEORIA MECHANIZMÓW I MANIPULATORÓW

Dr inż. Artur Handke

Katedra Inżynierii Biomedycznej, Mechatroniki i Teorii MechanizmówWydział Mechanicznyul. Łukasiewicza 7/9, 50-371 WrocławBudynek B5 pokój 303 (F)Tel.: 0-71- 320-2710

• PONIEDZIAŁEK 700-900

• ŚRODA 1115-1315, • CZWARTEK 915-1215

• SOBOTA : 630-730

e-mail: [email protected]: http://tmm.pwr.wroc.pl


mailto:[email protected]

http://tmm.pwr.wroc.pl/

Podręczniki:

• 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.

Strona www:

http://tmm.pwr.wroc.pl


http://tmm.pwr.wroc.pl/

TEORIA MECHANIZMÓW I MANIPULATORÓWW

ykła

d 1

Wyk

ład

2

Wyk

ład

3

Wyk

ład

4

Wyk

ład

5

Wyk

ład

6

Wyk

ład

7

Wyk

ład

10

Wyk

ład

9

Wyk

ład

8

Program SAM (Simulation and Analysis of Mechanisms) ver. 6.1 lub ver. 7.0

ARTAS.NL


Układy mechaniczne:

Elementy składowe nie przemieszczają się względem siebie (konstrukcje nośne budowli, mosty, maszty, wsporniki, korpusy ...)


Układy kinematyczne:

Elementy składowe przemieszczają się względemsiebie (pojazdy, samoloty, roboty, koparki, ładowarki,zawieszenia, silniki, obrabiarki, mechanizmy ...)


Kurs ma nauczyć:

- budowy i działania, projektowania 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

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.

Analiza strukturalna zajmuje się badaniem struktury (budowy) i analizą własności ruchowych układów kinematycznych.

Łańcuch kinematyczny: Złożenie członów i par kinematycznych

Mechanizm: Łańcuch kinematyczny z przynajmniej jednym członem

nieruchomym bądź przytwierdzonym do układu odniesienia, stworzony aby

umożliwić kontrolowany ruch na wyjściu układu w odpowiedzi na podany ruch

wejściowy.

Maszyna: Kombinacja członów ułożona w sposób umożliwiający

przeciwstawienie się siłom natury w celu wykonania określonej pracy poprzez

zdefiniowany ruch.

Manipulator: Urządzenie do chwytania i kontroli ruchu przedmiotów.

Podstawy analizy strukturalnej układów kinematycznych

PRZEKŁADNIA WALCOWA

CZWOROBOK PRZEGUBOWY PŁASKI

zewnętrze zazębienie wewnętrzne zazębienie

dźwignia –

człon posiadający

tylko pary obrotowe

Przykłady prostych mechanizmów

PRZEKŁADNIA ŚLIMAKOWA

CZWOROBOK PRZEGUBOWY PRZESTRZENNY

ŚLIMACZNICA ŚLIMAK

Przykłady prostych mechanizmów

Budowa układów kinematycznych Układ rzeczywisty

Budowa układów kinematycznych Schemat kinematyczny

Człon

Połączenie ruchowe

Napęd

Człony

Człon to element układu kinematycznego, który wchodzi w połączenia ruchowe z innymi członami.

Podział funkcjonalny członów:

• człon nieruchomy (podstawa ) - 0• człony czynne (napędowe) – 2• człony bierne (napędzane) – 1• człony pośredniczące – 3

Człony – podział ze względu na stan skupienia

Człony – podział ze względu na węzłowość

Człony – schematyzacja

Korbowód

Koło

zębate

Proste człony

Wahacz

Proste człony

22

ŁącznikKrzywka

Proste człony

Każdy układ mechaniczny może zostać sklasyfikowany

względem stopni swobody, które posiada.

Liczba stopni swobody układu jest równa liczbie niezależnych

parametrów, niezbędnych do jednoznacznego określenia jego

pozycji w czasie.

Stopień swobody jest określany względem

wyznaczonego układu odniesienia.

STOPNIE SWOBODY

Pary kinematyczne

Para kinematyczna

Para kinematyczna to ruchowe połączenie dwóch członów, połączenie dające łączonym członom możliwość wykonywania ruchów względnych.

Pary kinematyczne

Podziały par kinematycznych:

- według rodzaju styku tworzących członów- według stopni swobody ruchu względnego

Pary kinematyczne dzielimy na:

• niższe,

• wyższe,

• mieszane.

Pary kinematyczne – podział według rodzaju styku tworzących członów

Pary kinematyczne – podział według stopni swobody ruchu względnego

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 swobodyII klasy – dwa stopnie swobodyIII klasy – trzy stopnie swobodyIV klasy – cztery stopnie swobodyV klasy – pięć stopni swobody

Para I klasy - obrotowa Para I klasy - postępowa

Para II klasy - cylindryczna Para III klasy - sferyczna

Pary kinematyczne – podział na klasy

Pary kinematyczne – podział na klasy

Para III klasy - płaszczyznowa

Para IV klasy Para V klasy

Pary kinematyczne płaskie

Stopnie swobody swobodnego

płaskiego członu (3 stopnie swobody)

Klasy par płaskich:

I – jeden stopień swobodyII – dwa stopnie swobody

Pary kinematyczne płaskie – podział na klasy

R

Para I - obrotowa R

T

Para I - postępowa T

Para II - krzywkowa

TR

TR

TR

Para II - zębata

Para II - jarzmowa

c)

Łańcuchem kinematycznym nazywamy szereg członów połączonych ze sobą parami kinematycznymi.

Łańcuchy kinematyczne

b)

d)

e)

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)

a)

RUCHLIWOŚĆ

Ruch

wejściowy

(napęd)

Ruch wyjściowy

MECHANIZM – CZWOROBOK PRZEGUBOWY

0 – podstawa

1- dźwignia

2- łącznik

3- wahacz

RUCHLIWOŚĆ

W to liczba stopni swobody wszystkich członów względem podstawy

Ruchliwość mechanizmu: W

W>0 - łańcuchy ruchliweW=0 - łańcuchy nieruchliwe

(sztywne)W<0 - łańcuchy nieruchliwe

(przesztywnione)

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

Łańcuchy kinematyczne – ruchliwość W

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

W UKŁADZIE PRZESTRZENNYM (3D)

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

Łańcuchy kinematyczne płaskie – ruchliwość W

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

W UKŁADZIE PŁASKIM (2D)

n=8

p1=6

p3=3

p2= p4= p5=0

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

W= 6(8-1) -5x6 – 3x3 = 3


2

1

5

3

I

4

I

II

I

III

I

IIIIII

6

7

8

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.


21

5

34

I13

II23I12

I15

I54

I34

n = 5 p1 = 5 p2 =1

W= 3(n-1) – 2p1 – p2

W= 3(5-1) – 2x5 - 1 = 1

WR = W – WL + RB

WR - ruchliwość rzeczywista

W - ruchliwość teoretyczna

WL - ruchliwość lokalna

RB - więzy bierne

Interpretacja ruchliwości

n=4 p1=3 p2=1

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

W=2

Ruchliwość lokalna WL

1

2

2

2

1

p

p

k

21 1213 ppnWT

1TW 1RW?


2

1

3

3

2

1

TW

p

p

kLW

1RW


2TW1TW

PORÓWNANIE


2

1

3

3

2

1

TW

p

p

k

LW

RUCHLIWOŚĆ LOKALNA CZŁONU 3 –

ROLKA 3 MOŻE SIĘ OBRACAĆ WOKÓŁ WŁASNEJ OSI

1LW 1RW


n=4 p1=4 p2=0

WT = 3(n-1) - 2p1 - p2

WT = 1 WL = 0 WR = 1


Specyficzna geometria:

BC = linia prosta

Mechanizm może być złożony w 4 konfiguracjach!

n=4 p1=4 p2=0

WT = 3(n-1) - 2p1 - p2

WT = 1 WL = 1 WR = 0


teoria mehanizmÓw i manipulatorÓw

Documents