ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ & ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ. Ενότητα 1 η Εισαγωγή στους Μηχανισµούς

Transcript

1 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ & ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ Ενότητα 1 η Εισαγωγή στους Μηχανισµούς

2 Βασικά στοιχεία για το µάθηµα - Η εκπαιδευτική και εξεταστέα ύλη του µαθήµατος θα παρουσιάζεται στις διαλέξεις και θα αναρτάται στην ιστοσελίδα του µαθήµατος - Κατά τη διάρκεια του µαθήµατος θα δίδονται ασκήσεις προς επίλυση - Λεπτοµερείς οδηγίες για την τελική εξέταση θα δοθούν στο τέλος του εξαµήνου

3 Μηχανισµός Μηχανισµοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασµό Μηχανών Ακαδηµαϊκό Έτος Σύνολο απολύτως στερεών σωµάτων, µεταξύ τους συνδεδεµένων, τα οποία: Κινούνται µεταξύ τους µε συγκεκριµένο τρόπο Λειτουργία Μηχανισµού Μετάδοση συγκεκριµένης σχετικής κίνησης

4 Μοχλός: Απλούστερος & αρχαιότερος µηχανισµός Σκοπός: Αύξηση/µείωση δύναµης/µετατόπισης Προσέγγιση Κινηµατική υναµική (ενεργειακή)

5 Κινηµατική προσέγγιση (Παραδοχή: ο µοχλός είναι άκαµπτος) Θεωρώντας σταθερή στροφή, για τις µετατοπίσεις των άκρων του µοχλού ισχύει: Με χρονική παραγώγιση της κινηµατικής σχέσης των µετατοπίσεων προκύπτει η γωνιακή ταχύτητα και για τα άκρα του µοχλού ισχύει: ϕ= 1 = 2 = 1 2 Η κινηµατική σχέση µεταξύ των ταχυτήτων είναι: Ο λόγος (l 2 /l 1 ) αυξάνει/µειώνει την κινηµατική σχέση των ταχυτήτων και καλείται κέρδος (Gain) x l x const d υ ( ) 1 υ2 ω= ϕ = ϕ= = dt l l l 1 2 l 2 υ2 = υ1 l1 Με χρονική παραγώγιση της κινηµατικής σχέσης των ταχυτήτων προκύπτει η επιτάχυνση Από την επιτάχυνση υπολογίζονται οι αδρανειακές δυνάµεις Αντίστοιχα ισχύουν και για άλλα τεχνολογικά στοιχεία, όπως οι οδοντωτοί τροχοί (γρανάζια) Κέρδος (Gain): λόγος αύξησης/µείωσης

6 υναµική (ενεργειακή) προσέγγιση (ο µοχλός είναι άκαµπτος) Εάν στο άκρο του µοχλού ασκείται δύναµη F 1 και το άκρο P αυτό κινείται µε ταχύτητα υ 1, τότε παρέχεται ισχύς P 1 : 1= 1 1 Η ισχύς στο άλλο άκρο του µοχλού είναι ίση µε: P = Fυ Fυ Από την Αρχή ιατήρησης Ισχύος και θεωρώντας ιδανική P περίπτωση (µηδενικές απώλειες), ισχύει: 1= P2 Η σχέση µεταξύ των δυνάµεων F 1 και F 2 είναι: υ Fυ = Fυ F = F υ2 Από την κινηµατική σχέση µεταξύ των ταχυτήτων προκύπτει: υ υ υ l = = l l υ l Σχέση µεταξύ των δυνάµεων: F l = F l2 Κέρδος (Gain): λόγος αύξησης/µείωσης Χρυσός Κανόνας Μηχανικής Ό,τι χάνω σε δύναµη, το κερδίζω σε ταχύτητα

7 Άλλοι ιστορικοί µηχανισµοί: κεκλιµένο επίπεδο, τροχαλία Τρόπος λειτουργίας κεκλιµένου επιπέδου: αύξηση διαδροµής, µείωση δύναµης (Gain)=sin(α)

8 Μηχανή Μηχανισµοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασµό Μηχανών Ακαδηµαϊκό Έτος Σύνολο απολύτως στερεών σωµάτων, µεταξύ τους συνδεδεµένων, τα οποία: Κινούνται µεταξύ τους µε συγκεκριµένο τρόπο Μεταφέρουν δύναµη από ένα σηµείο σε ένα άλλο σηµείο Λειτουργίες Μηχανής Μετάδοση συγκεκριµένης σχετικής κίνησης Μεταφορά δύναµης (µεταφορά ισχύος)

9 Μηχανή vs Μηχανισµός Οµοιότητες Σύνολο απολύτως στερεών σωµάτων Καθορισµένη σχετική κίνηση στερεών σωµάτων Βασική ιαφορά Μία Μηχανή µετατρέπει ενέργεια για την παραγωγή έργου

10 Τυπικά παραδείγµατα Αστεροειδής κινητήρας (Video 01) Μηχανή διότι µετατρέπει τη χηµική ενέργεια σε κινητική (Video 02) Μηχανισµός διότι µετατρέπει κίνησης ενός είδος σε κίνηση άλλου είδους

11 Τυπικά παραδείγµατα Μηχανισµός Γενεύης (ή Ραπτοµηχανή Σταυρός Μάλτας) (Video 03 Σύνθετος µηχανισµός καλείται µηχανή λόγω της τεχνολογικής πολυπλοκότητάς του (Video 04) Μηχανισµός: µία συνεχής περιστροφική κίνηση (πράσινο σώµα) µετατρέπεται σε διακοπτόµενη περιστροφική (κόκκινο σώµα) (π.χ. ρολόγια)

12 Παραδείγµατα : Τυπικές εφαρµογές Κιβώτιο µετάδοσης κίνησης Σύνδεσµος Cardan Σύνθετο σύστηµα από διάφορους µηχανισµούς οδοντωτών τροχών και µηχανισµό επιλογής σχέσης µετάδοσης (Video 05) (Video 06) Μηχανισµός διότι µετατρέπει µία περιστροφική κίνηση (π.χ. του πράσινου άξονα) σε άλλη περιστροφική κίνηση (π.χ. του κόκκινου άξονα)

13 Παράδειγµα : Μηχανισµοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασµό Μηχανών Ακαδηµαϊκό Έτος Οπλικό σύστηµα (πυροβόλο όπλο) Με συνδυασµό απλών µηχανισµών, εκτελούνται αυτόµατες περιοδικές λειτουργίες (π.χ. προσαγωγή, ανάδραση, κτλ) - Πρόκειται για τα επονοµαζόµενα αυτόµατα (Video 07)

14 Ιστορική αναδροµή: Μοχλοί 2000 π.χ. Shaduf (κηλώνειον) 1878 π.χ. Ζυγός

15 Ιστορική αναδροµή: Μηχανισµός Αντικυθήρων (Video 08)

16 Ιστορική αναδροµή : Κοχλίας Αρχιµήδους Μετατροπή περιστροφικής κίνησης σε γραµµική. Στη βιοµηχανία χρησιµοποιούνται για µεταφορά χύδην φορτίου (π.χ. µεταφορά σιταριού) (Video 09)

17 Ιστορική αναδροµή Μηχανή Ως όρος εµφανίζεται στα Οµηρικά έπη και στον Ηρόδοτο για περιγραφή πολιτικής χειραγώγησης Από µηχανής θεός Χρησιµοποιήθηκε από τον Αισχύλο (4 ος αιώνας π.χ.) για την εισαγωγή θεϊκού προσώπου στη σκηνή µε τη βοήθεια ξύλινου γερανού Μηχάνηµα : σύνολο µηχανών (Αριστοφάνης ) Ετυµολογία : εκ του µῆχος : µέσο, θεραπεία

18 Παράδειγµα: Ερειστικό σύστηµα (µοχλοί) 1 ου είδους 2 ου είδους 3 ου είδους

19 Παραδείγµατα: Εργαλεία Τανάλια / Πένσα / Κόφτης Λαβίδα (Video 10) Χειράµαξα

20 Παραδείγµατα: Εργαλεία Καρυοθραύστης Εξολκέας (Video 11) Ψαλίδια

21 Παράδειγµα: Εργαλεία Αερόκλειδο (Video 12)

22 Παράδειγµα: Ανυψωτική διάταξη Ψαλιδωτός ανυψωτήρας (Video 13)

23 Παράδειγµα: Ανυψωτική διάταξη Γρύλος Αυτοκινήτου (Video 14)

24 Παράδειγµα: Εκσκαφέας µε βραχίονα (Video 15)

25 Παράδειγµα : ιεύθυνση/ανάρτηση οχήµατος (Video 16

26 Παράδειγµα : Πρόωση (Video 17)

27 Παράδειγµα : Κίνηση αεροδυναµικών επιφανειών (Video 18)

28 Παράδειγµα : Κινητήρας ελικοφόρου α/φους (Video 19)

29 Παράδειγµα : Στροφείο ελικοπτέρου µε 2 έλικες (Video 20)

30 Παραδείγµατα : Όπλα Γαστραφέτης Πιστόλι

31 Παράδειγµα: Ροµποτικά συστήµατα (Video 21)

32 Παραδείγµατα: Πλατφόρµες εξοµοίωσης πτήσης

33 Παραδείγµατα: Πλατφόρµες εξοµοίωσης Τσουνάµι Σεισµού

34 Παράδειγµα: Πλατφόρµα δοκιµών οχήµατος (Video 22) οκιµή σε ταλαντώσεις και σε κόπωση

35 Παραδείγµατα: Ιατρικά εργαλεία / µηχανήµατα Ροµποτική χειρουργική Ορθοπαιδικοί Νάρθηκες Ψαλίδια / Σφιγκτήρες / Λαβίδες Σύστηµα βιοψίας

36 Παραδείγµατα: Καθηµερινότητα Ρολόγια Έλεγχος διέλευσης Kλειδαριές Πόρτες / Χερούλια (Video 23) (Video 24)

37 Παραδείγµατα : Τέχνες Κινητές πλατφόρµες/σκηνές θεάτρου (π.χ. Τσίρκο του Ήλιου) Κινηµατογραφικές ταινίες (π.χ. Hugo)

38 Παράδειγµα: Σύστηµα παραγωγής ενέργειας VIVACE (Video 25)

39 Παράδειγµα: Σύστηµα παραγωγής ενέργειας BioWAVE (Video 26)

40 Μηχανισµοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασµό Μηχανών Ακαδηµαϊκό Έτος Παράδειγµα: Σύστηµα παραγωγής ενέργειας WEPTOS (Video 27) Ενότητα 1η : Εισαγωγή

41 Γραµµικές ιαφορικές Εξισώσεις 2ας τάξεως Μηχανισµοί & Εισαγωγή στο Σχεδιασµό Μηχανών Ακαδηµαϊκό Έτος Συσχέτιση µε άλλα µαθήµατα υναµική Μηχανών Ι Εξισώσεις κίνησης & απόκριση Γραµµική Άλγεβρα: Μεταφορά / Στροφή / Οµογενής µετασχηµατισµός Μηχανική Απολύτως Στερεού Σώµατος Ενεργειακή Αρχή Lagrange Στοιχεία Μηχανών Μηχανολογικό Σχέδιο ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ & ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ υναµική Μηχανών ΙΙ (Κ) Μέτρηση ταλαντώσεων ( ιαγνωστική) υναµική Πτήσης (Α) υναµική α/φους & κίνηση αεροδυναµικών επιφανειών υναµική Οχηµάτων (Κ) Σύστηµα κατεύθυνσης & ανάρτησης Ανάλυση Μηχ/κων Κατασκευών Ι & ΙΙ Αντοχή & λειτουργικότητα µηχανισµού Συστήµατα Αυτοµάτου Ελέγχου (ΣΑΕ) / Ροµποτικά Συστήµατα

42 ιδάσκων ρ. Ιωάννης Α. Αντωνιάδης Αν. Καθηγητής - ιευθυντής Εργαστήριο υναµικής & Κατασκευών Γραφείο: Κτήριο Ε 3 ο επίπεδο (3.14) antogian@central.ntua.gr Ιστοσελίδα µαθήµατος µε εκπαιδευτικό υλικό: Εγγραφείτε στο site για να ενηµερώνεσθε µέσω !!