MEHANIČKI ELEMENTI ZA TRANSFORMACIJU KRETANJA

Transcript

1 MEHANIČKI ELEMENTI ZA TRANSFORMACIJU KRETANJA U mehatronici se koriste sledeći mehanički elementi za : - polužni mehanizmi, - mehanizmi sa kotrljanjem, - bregasti mehanizmi, - mehanizmi sa prekidnim kretanjem, -zupčasti prenosnici, - frikcioni prenosnici, - kaišni prenosnici, -lančani prenosnici, - zavojni mehanizmi. 1

2 Funkcija mehanizama Osnovna funkcija mehanizma je prenos sile i kretanja ili vođenje tačke po zadatoj putanji, odnosno tela kroz zadate položaje. 2

3 Podela mehanizama Prema funkciji mehanizma: mehanizmi za prenos (imaju zadatak da silu ili kretanje prenesu od pogona do izvršnog dela mašine ili nekog drugog mehanizma po utvrđenoj prenosnoj funkciji), mehanizmi za vođenje (imaju zadatak da provedu tačku, odnosno telo, kroz zadate položaje) 3

4 Podela mehanizama S obzirom na pravce osa obrtanja: prostorni (ose obrtanja se mimoilaze, članovi mehanizma se seku u prostoru), ravni (ose obrtanja su paralelne, relativno kretanje članova mehanizma se vrši u paralelnim ravnima), sferni (sve ose okretanja se seku u jednoj tački, kretanje članova mehanizma se vrši u koncentričnim kalotama). 4

5 Podela mehanizama Prema vrsti kinematičkih parova koje sadrži: polužni mehanizmi (sastavljeni od rotacionih i prizmatičnih parova), kotrljajni (zupčasti) mehanizmi, bregasti mehanizmi. 5

6 Podela mehanizama 6

7 Struktura mehanizama Elementi mehanizama su članovi, zglobovi i organi. Član mehanizma fizički je vezan zglobovima za druge članove mehanizma. Članovi mehanizma mogu se u zglobnoj vezi dodirivati u tački, po liniji ili po površini. Od oblika zgloba zavisi vrsta mogućeg relativnog kretanja između članova (rotacija, translacija, ili rotacija i translacija). 7

8 Struktura mehanizama Broj mogućih relativnih kretanja u zglobu definiše se brojem stepeni kretanja (f). Razlika broja stepeni kretanja slobodnog tela (b) i broja stepeni slobode kretanja u zglobu (f) predstavlja broj ograničenja (u). u = b f Broj stepeni slobode kretanja slobodnog tela u prostoru je b = 6 (tri moguće translacije i tri rotacije), a pri kretanju u ravni je b = 3 (dve moguće translacije i jedna rotacija). 8

9 Struktura mehanizama 9

10 Struktura mehanizama Dva člana međusobno povezana zglobom čine kinematski par. Ravni mehanizmi mogu imati 4 tipa kinematskih parova: rotacioni par, prizmatični par, kotrljajni par, bregasti par. 10

11 Struktura mehanizama 11

12 Polužni mehanizmi Više članova međusobno povezanih zglobovima čine kinematski lanac. Kinematski lanac sastavljen od rotacionih i prizmatičnih parova naziva se polužni mehanizam. Osnovni polužni mehanizam je polužni četvorougao. 12

13 Polužni mehanizmi Od osnovnih tipova polužnog četvorougla dobija se veći broj modifikovanih polužnih mehanizama. 13

14 Mehanizmi sa kotrljanjem Svako kretanje može da se predstavi kotrljanjem bez klizanja pokretne po nepokretnoj ruleti, pa je moguća realizacija različitih prenosnih funkcija međusobnim kotrljanjem relativnih ruleta. Na toj osnovi se zasniva funkcionisanje frikcionih i zupčastih mehanizama sa kotrljanjem, koji se međusobno razlikuju jedino po karakteru veze: frikcioni mehanizmi sa kotrljanjem (sadrže više kinematičke parove sa dinamičkim vezama), zupčasti mehanizmi sa kotrljanjem (sadrže više kinematske parove sa geometrijskim ili kinematskim vezama). 14

15 Mehanizmi sa kotrljanjem Frikcioni Zupčasti 15

16 Mehanizmi sa kotrljanjem U zavisnosti od izbora postolja (nepokretnog člana) razlikujemo tri osnovne vrste mehanizama sa kotrljanjem: zupčasti mehanizmi (sa nepokretnim osama, član 3 nepokretan), planetni prenosnici (član 2 nepokretan), diferencijalni prenosnici (pol 32 nepokretan). 16

17 Bregasti mehanizmi Bregasti mehanizmi spadaju u grupu tročlanih mehanizama i sastoje se od bregastog para (pogonski i vođeni član) i postolja. Zbog jednostavnosti izrade i mogućnosti realizacije složenih prenosnih funkcija često se primenjuju za mehanizaciju i automatizaciju procesa proizvodnje. Bregastim parom se realizuju prenosne funkcije klizanjem krive k 1 po krivoj k 2, pri čemu se vrši transformacija: translacije u translaciju, rotacije u translaciju, translacije u rotaciju, rotacije u rotaciju. 17

18 Bregasti mehanizmi a) translacija translacija b) rotacija translacija translacija rotacija c) rotacija rotacija 18

19 Bregasti mehanizmi Krive k 1 i k 2 mogu biti različitih specifičnih oblika. Karakteristični su sledeći slučajevi: a) ρ 2 = 0 b) ρ 2 = r = const 19

20 Bregasti mehanizmi Krive k 1 i k 2 mogu biti različitih specifičnih oblika. Karakteristični su sledeći slučajevi: c) ρ 2 d) ρ 1 20

21 Bregasti mehanizmi Veze između članova 1 i 2 mogu biti ostvarene oblikom (geometrijske ili kinematske veze) ili veze ostvarene dejstvom sile (dinamičke veze). Geometrijska (kinematska) veza ostvarena pomoću točkića i žljeba. 21

22 Bregasti mehanizmi Dinamička veza ostvaruje se dejstvom sile opruge, težine ili pritiska pneumatskog ili hidro-cilindra. 22

23 Mehanizmi sa prekidnim kretanjem Mehanizmi sa prekidnim kretanjem koračni mehanizmi pretvaraju kontinuirano progresivno kretanje u kretanje sa periodom mirovanja. Najrasprostranjeniji ravanski mehanizmi sa prekidnim kretanjem su: mehanizam sa malteškim krstom, mehanizam sa zvezdastim točkom, mehanizam sa skakavicom. 23

24 Mehanizmi sa prekidnim kretanjem Prenosna funkcija mehanizma sa prekidnim kretanjem sastoji se iz 2 dela: period kretanja φ K u kome se gonjeni član kreće po prenosnoj funkciji ψ(φ), period mirovanja φ M u kome gonjeni član miruje (ψ = const), a pogonski član nastavlja kretanje. 24

25 Mehanizmi sa prekidnim kretanjem Najrasprostranjeniji ravanski mehanizmi sa prekidnim kretanjem su: mehanizam sa malteškim krstom 25

26 Mehanizmi sa prekidnim kretanjem Najrasprostranjeniji ravanski mehanizmi sa prekidnim kretanjem su: mehanizam sa zvezdastim točkom 26

27 Mehanizmi sa prekidnim kretanjem Najrasprostranjeniji ravanski mehanizmi sa prekidnim kretanjem su: mehanizam sa skakavicom 27

28 Zupčasti prenosnici Zupčastim prenosnicima se može ostvariti konstantan prenosni odnos. i = ω ω 1 2 = z z 2 1 = const 28

29 Zupčasti prenosnici Zupčastim mehanizmima se takođe može ostvariti i promenljivi prenosni odnos. i = ω ω 1 2 const 29

30 Zupčasti prenosnici Zupčasti mehanizmi služe za prenos obrtnog momenta sa jednog na drugo vratilo, koja međusobno mogu da zauzimaju sledeće položaje: - paralelna su (cilindrični zupčanici - slika a), - seku se (konični zupčanici - slika b), - mimoilaze se (pužni prenosnici - slika c). а) б) ц) 30

31 Zupčasti prenosnici Osnovni finomehanički problem kod zupčastih mehanizama ogleda se u pojavi zazora među zupcima zupčanika. 31

32 Zupčasti prenosnici Metode za otklanjanje bočnog zazora su: -tačnija izrada, -sečenje zupčanika (slika a), - primena dodatnog zupčanika sa oprugom (slika b). а) b) 32

33 Frikcioni prenosnici Prenos obrtnog momenta se obavlja pod dejstvom trenja između dodirnih površina. Iz načina dejstva ovih mehanizama proizilaze i osnovni problemi koji se ovde javljaju: - potreba za ostvarivanjem normalne sile između dodirnih površina, -proklizavanje, - visok specifični pritisak na mestu dodira. 33

34 Frikcioni prenosnici Osnovna podela ovih mehanizama je prema ostvarenom prenosnom odnosu: - sa konstantnim prenosnim odnosom i = ω ω 1 = 2 const - sa promenljivim prenosnim odnosom - varijatori: i = ω ω 1 2 = r r 2 1 const 34

35 Frikcioni prenosnici Varijatori brzina Postoji nekoliko vrsta varijatora brzina: - varijatori sa cilindričnim frikcionim telima a - sa jednim cilindričnim diskom, b - sa dva cilindrična diska а) b) 1,3 - cilindrični diskovi, 2 - pomerljivi frikcioni kotur, 4 - opruga za ostvarivanje pritisne sile 35

36 Frikcioni prenosnici Varijatori brzina Postoji nekoliko vrsta varijatora brzina: - varijatori sa koničnim frikcionim telima 1 - frikcioni konus, 2 - pomerljivi frikcioni kotur i = r 1min + r 2 ( l a) tgα 36

37 Frikcioni prenosnici Varijatori brzina Postoji nekoliko vrsta varijatora brzina: - varijatori sa frikcionim kaiševima 37

38 Frikcioni prenosnici Varijatori brzina Postoji nekoliko vrsta varijatora brzina: - varijatori sa kugličnim frikcionim telima 1 - frikciona kugla, 2 - pomerljivi frikcioni kotur, 3 - opruga za ostvarivanje pritisne sile 38

39 Frikcioni prenosnici Varijatori brzina Postoji nekoliko vrsta varijatora brzina: - varijatori sa globoidnim frikcionim telima 1 - globoidni frikcioni točak, 2 - pomerljivi frikcioni kotur 39

40 Kaišni prenosnici Ovi se prenosnici koriste u slučajevima ako je veliko rastojanje između osa vratila sa kojih treba preneti obrtni moment (slika a) ili je prostorni raspored elemenata komplikovan (slika b). а) b) 1 - pogonski kaišnik, 2 - gonjeni kaišnik, 3 - usmeravajući kotur, 5 - zatezni kotur 40

41 Kaišni prenosnici Pošto se obrtni moment sa jednog na drugo vratilo prenosi zahvaljujući sili trenja između kaiša i remenice, to se ovim elementima mora posvetiti posebna pažnja. Ovi elementi za primenu u preciznoj mehanici, treba da ispune zahteve u pogledu nosivosti, veka trajanja, buke, oscilacija, ugaonih brzina vratila i sl. Uglavnom se primenjuju sledeći oblici kaiševa koji ostvaruju promeljiv prenosni odnos: - pljosnati kaiš, - kaiš okruglog poprečnog preseka, - trapezni kaiš, - testerasti kaiš. 41

42 Kaišni prenosnici Zupčasti kaišni prenosnici Za razliku od prethodno pomenutih, pomoću zupčastih kaiševa se može ostvariti konstantan prenosni odnos. Dok se kod svih ostalih vrsta kaiševa moć nošenja povećava sa povećanjem aktivne površine i moment prenosi zahvanjujući sili trenja, kod zupčastih kaiševa se moment prenosi oblikom samog kaiša i remenice. 42

43 Kaišni prenosnici Zupčasti kaišni prenosnici Ovakvim kaišnim prenosnikom postiže se konstantan prenosni odnos između pogonskog i gonjenog vratila, jer nema proklizavanja između kaiša i remenice. Sam kaiš sastoji se iz vučnog dela koji čine po celoj širini kaiša raspoređena armatura od čelične žice (2), obložena sintetičkim kaučukom ili poliuretanom (1). Sa unutrašnje strane zupci su zaštićeni tkaninom od poliamida, a po obliku mogu biti trapezni ili približno polukružni. 43

44 Kaišni prenosnici Zupčasti kaišni prenosnici Zategnutost ovih kaiševa igra značajnu ulogu nezavisno od toga što se prenosni odnos prenosi ozubljenjem. p - površinski pritisak između remena i remenice, v - brzina remena 44

45 Lančani prenosnici Primena lančanih prenosnika slična je primeni kaišnih prenosnika, ali uglavnom tamo gde je potrebno prenositi veći obrtni moment sa jedno na drugo vratilo i gde su rastojanja između vratila ekstremno velika. 1 - pogonski lančanik, 2 - gonjeni lančanik 45

46 Lančani prenosnici Oblik lančanih segmenata može biti različit, od najjednostavnijeg prstenastog lanca do zglobnih lanaca. Lančani prenosnici ostvaruju konstantan prenosni odnos. Nedostatak ovih prenosnika je pojava buke pri većim brojevima obrtaja. 46

47 Zavojni mehanizmi Zavojni mehanizam omogućava između obrtanja, translacije i zavojnog kretanja. Mehanizam se u opštem slučaju izvodi kao tročlani. a, b, c - članovi kinematskog lanca 47

48 Zavojni mehanizmi U zavisnosti od toga koji je član postolje, pogonski ili gonjeni član, dobijaju se različite vrste transformacije kretanja: 48

49 Zavojni mehanizmi Pored osnovnog zavojnog mehanizma, veoma često se koriste kombinacije ostalih vrsta mehanizama sa zavojnim mehanizmom. Na slici su prikazani složeni mehanizmi koji se sastoje od jednog polužnog i jednog zavojnog mehanizma. a, b, c, d, e - članovi kinematskog lanca 49

50 Zavojni mehanizmi Osnovni problem kod transformacije kretanja zavojnim mehanizmom predstavlja pojava trenja između navrtke i zavojnog vretena, što izaziva znatne energetske gubitke i dovodi do relativno niskog stepena korisnog dejstva. η - stepen korisnog dejstva, α - ugao zavojnice, μ - koeficijent trenja 50

51 Zavojni mehanizmi Kod transformacije translacije u rotaciju ili zavojno kretanje: η = ( α ρ) tan tan α Kod transformacije rotacije ili zavojnog kretanja u translaciju: η' = tan tan α ( α + ρ) μ = tanρ η - stepen korisnog dejstva, α - ugao zavojnice, μ - koeficijent trenja ρ ugao trenja 51

52 Zavojni mehanizmi U cilju smanjenja trenja između navrtke i zavojnog vretena umeću se kotrljajni elementi. Osnovno obeležje ovakve konstrukcije je zamena postojećeg otpora trenja znatno manjim otporom kotrljanja. 52

53 Zavojni mehanizmi Najbolji rezultati se postižu primenom recirkulacionih navrtki. Primena ovih mehanizama je naročito velika kod servosistema i sistema za numeričko upravljanje i pozicioniranje. 53

54 Zavojni mehanizmi Za besprekornu funkciju ovog mehanizma potrebno je ostvariti: - bezudarni prelaz kuglica sa zavojnog vretena u navrtku, - što blaže zakrivljenje putanje kuglica, - kontinualni prelaz kuglica kroz navrtku, -tačnu izradu kanala, - laku izradu elemenata, - visoki kvalitet dodirnih površina. 54

55 Zavojni mehanizmi Drugi veliki problem kod zavojnih mehanizama ogleda se u pojavi zazora između navrtke i zavojnog vretena, što kod npr. sistema za pozicioniranje dovodi do pojave greške. Zazor nastaje usled habanja dodirnih površina, a može se smanjiti i otkloniti sledećim merama: - sparivanjem materijala navrtke i zavojnog vretena sa ciljem da se ostvari što manji koeficijent trenja (npr. bronza - čelik), - povećavanjem tačnosti izrade elemenata, - ostvarivanjem čvrste, odnosno elastično podesive veze između navrtke i zavojnog vretena 55

56 Zavojni mehanizmi Ostvarivanje čvrsto podesive veze između navrtke i zavojnog vretena podesive navrtke aksijalno postavljene jedna naspram druge podesive navrtke radijalno postavljene jedna naspram druge 56

57 Zavojni mehanizmi Ostvarivanje elastično podesive veze između navrtke i zavojnog vretena navrtke sa elastičnom vezom aksijalno postavljene jedna naspram druge navrtke sa elastičnom vezom radijalno postavljene jedna naspram druge 57