35
1 Glavni fizički podsustavi MR-a - 1 • Mehanički podsustav: .Kućište MR-a => nosi sve komponente MR-a; .Propulzija => osigurava pogonsku energiju (električni motori, kemijski motori, ...); .Suspenzija => (raspodjeljuje opterećenje MR-a radi održanja stabilnosti); .Lokomocija => mehanizam pretvaranja energije propulzije u gibanje MR-a; .Pomoćni mehanizmi => ruke, glave senzora, griperi, ... Glavni fizički podsustavi MR-a - 2 • Električki podsustav: .pomoćna energetska jedinica => generira dodatnu energiju propulzijskoj energiji; tipično dizelski i plinski generatori i solarne ćelije; .spremnici i pretvarači energije => akumulatori, punjači akumulatora, besprekidni

Glavni fizički podsustavi MR-a - 1

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

1

Glavni fizički podsustavi MR-a - 1

• Mehanički podsustav:

.Kućište MR-a => nosi sve komponente MR-a;

.Propulzija => osigurava pogonsku energiju

(električni motori, kemijski motori, ...);

.Suspenzija => (raspodjeljuje opterećenje MR-a

radi održanja stabilnosti);

.Lokomocija => mehanizam pretvaranja

energije propulzije u gibanje MR-a;

.Pomoćni mehanizmi => ruke, glave senzora,

griperi, ...

Glavni fizički podsustavi MR-a - 2

• Električki podsustav:

.pomoćna energetska jedinica => generira

dodatnu energiju propulzijskoj energiji; tipično

dizelski i plinski generatori i solarne ćelije;

.spremnici i pretvarači energije =>

akumulatori, punjači akumulatora, besprekidni

2

izvori napajanja;

.Kabeli za prijenos: energije, sile, signala.

PRIGONI

Većina suvremenih robota i manipulatora pogonjena je elektromotorima, zbog postizanja većih brzina i točnosti, kao i lakšeg upravljanja.

Najčešće se koriste istosmjerni i koračni motori.

Istosmjerni motori uključuju povratnu vezu, koja osigurava učinkovitu regulaciju motora s obzirom na zadanu poziciju pogonjenog članka. Rad im je kontinuiran i ne stvaraju veliku buku.

Koračni motori rade na principu pretvorbe diskretnih električkih signala u precizne kutne pomake − korake. Stoga se takvim motorima jednostavno upravlja digitalnim računalima, generiranjem odgovarajućeg broja električnih signala za zadano kretanje.

3

Međutim, zbog takvog načina rada uzrokuju vibracije. Osim toga, kod nepredviđenog opterećenja mogu uzrokovati greške u pozicioniranju, jer obično nisu upravljani putem povratne veze.

Hidraulični prigoni se uglavnom koriste za velike sile nošenja. U odnosu na električke znatno su skuplji, pa se, osim za teške terete, danas još samo koriste za pogon robota predviđenih da rade u zapaljivoj atmosferi, kao naprimjer u ličionicama, gdje se električki prigoni ne smiju primjenjivati.

Pneumatski prigoni rijetko se primjenjuju zbog stlačivosti zraka, što stvara probleme pri upravljanju kod većih ubrzanja, kada se pojavljuju složene oscilacije. Pneumatski elementi najčešće se susreću na izvršnom članku robota - hvataljki za prihvat predmeta rada. Pneumatski i hidraulični prigoni koriste se i u kombinaciji s elektromotornim radi kompenzacije mase teških članaka.

MR-i NA KOTAČIMA

4

Pogonske konfiguracije

• Neholonomske konfiguracije:

Diferencijalni pogon (DP)

Sinkroni pogon (SP)

5

Tricikl pogon (TP)

Ackermanov (automobilski) pogon (AP)

• Holonomske konfiguracije (Svesmjerni

pogoni)

6

7

8

Hodajući mobilni roboti (HMR) • Dobra svojstva:

Mogu prolaziti svim terenima kojima i čovjek (npr.

šume, ruševine, ...)

9

• Loša svojstva:

Veliki broj stupnjeva slobode

Složeno održavanje stabilnosti robota

Broj nogu • Ima HMR-a s 1, 2, 4, 6, 8, pa čak i s 12 nogu.

• Za statičku stabilnost HMR mora imati barem 4 noge

=> dok se jedna noga pomiče 3 tvore višekutnik stabilnosti.

• HMR s više nogu može ostvariti složeniji hod.

• HMR-i s 1 ili 2 noge mogu biti samo dinamički stabilni

10

=> problem je održavati ih u mirovanju, a da ne padnu.

11

12

MEHANIČKE KOMPONENTE I SKLOPOVI

Prijenosnici mehaničke energije dijele se na one koji prenose:

¾ mehaničku energiju u vidu rotacijskog gibanja

¾ mehaničku energiju u vidu translacijskog gibanja

13

Primjeri prijenosa energije

rotacijskim gibanjem translacijskim gibanjem

Vratila i osovine

Osovine nose na sebi mirujuće i rotirajuće strojne dijelove kao što su remenice, zupčanici, rotori itd. Mogu mirovati ili rotirati zajedno s dijelovima smještenim na njima. Osovine su opterećene samo na savijanje i ne prenose moment torzije!

Vratila na sebi nose strojne dijelove kao i osovine, ali se stalno okreću i uvijek prenose moment torzije (snagu). Vratila su opterećena na savijanje i uvijanje.

VRATILA

ZUPČANICI

14

Vratilo sa zupčanicima i ležajima

LEŽAJI

VRATILO

ZUPČANICI

Tehnički nacrt

Skica s opterećenjima

Ležaji

Osnovna je funkcija ležaja nošenje pomičnih dijelova konstrukcija, prvenstveno vratila i osovina.

Oni drže vratila i osovine u određenom položaju, omogućavaju njihovo okretanje te prenošenje sila na kućište i postolja.

15

TRENJE U LEŽAJIMA

Trenje je otpor koji se javlja između površina nalijeganja dvaju tijela i suprostavlja se međusobnom gibanju:

½ klizanjem, kotrljanjem ili valjanjem (trenje gibanja)

½ onemogućuje gibanje (trenje mirovanja).

Za ležaje ima značenje samo trenje gibanja.

Ležaji se podmazuju da bi gubici trenja, a time i zagrijavanje, bili što manje.

Ležaji se dijele na dvije grupe:

½ Valjne

½ Klizne

Valjni ležaj Klizni ležaj

VALJNI LEŽAJI

Dijelovi valjnog ležaja

Kavez Vanjska staza

Valjni element

Unutarnja staza

16

OSNOVNE VRSTE VALJNIH LEŽAJEVA

Kuglični ležaj Konični valjkasti ležaj Valjkasti ležaj

Igličasti ležaj Bačvasti ležaj

VALJNI LEŽAJI

Prednosti (usporedba s kliznim ležajima)

½ manji otpor trenja ½ konstantan koeficijent trenja u radu i pri upućivanju ½ mala potrošnja maziva ½ nije potrebno održavanje (oštećeni ležaj zamjenjuje se novim) ½ ne zahtijevaju vrijeme uhodavanja ½ visoko normirani, proizvode se u velikim serijama zbog čega su jeftiniji.

Nedostaci (usporedba s kliznim ležajima) ½ osjetljivi na udarce ½ brzina vrtnje im je ograničena ½ osjetljivi na nečistoće ½ kod većih brzina vrtnje pojavljuje se šum ½ trajnost im se smanjuje povećanjem brzine vrtnje ½ zahtijevaju veće dimenzije za ugradnju u radijalnom smjeru.

17

Proračun ekvivalentnog opterećenja na ležaju

Opterećivanje ležaja

Proračun ekvivalentnog opterećenja na ležaju

Fr

Ekvivalentno opterećenje P:

Kako su ležaji vrlo često opterećeni i radijalnim Fr i aksijalnim opterećenjem Fa , kontrolu trajnosti vrši se s ekvivalentnim opterećenjem Fa

prema izrazu:

P = X Fr + Y Fa [kN]

18

p

Proračun nominalne trajnosti ležaja

L = ⎛ C ⎞ 10 6

h10 ⎜ ⎜ P 60 n ⎝ ⎠

gdje je:

Lh10 [h] – trajnost ležaja u satima uz 10 % vjerojatnost da će doći do oštećenja ležaja

C [kN] – dinamička nosivost ležaja (iz kataloga proizvođača)

P [kN] – ekvivalentno opterećenje ležaja

p – eksponent jednadžbe vijeka trajanja

p = 3 za kuglične ležaje, p = 10/3 za sve druge ležaje

n [min-1] – brzina vrtnje vratila

Trajnost ležaja ovisi o namjeni stroja, u kojeg je ležaj ugrađen, njegovom opterećenju, a kreće se unutar iskustvenih vrijednosti:

Trajnost L h Kućanski aparati 1 500...3 000

Alatni strojevi 15 000...25 000

Dizalice 10 000...15 000

EM < 4 kW 8 000...15 000

Srednji EM 15 000...25 000

Veliki EM 20 000...30 000

Automobili 2 000...5 000

Teretni vagoni 20

Putnički vagoni 40

Propelerske osovine vel. brodova 80 000...100 000

19

KLIZNI LEŽAJI

a) Radijalni ležaj

b) Aksijalni ležaj

b - širina ležaja

h0 - minimalna debljina uljnog

filma

F - opterećenje

1 vratilo promjera d

2 blazinica promjera D

3 prsten aksijalnog ležaja s vanjskim promjerom da i unutarnjim promjerom di

4 pomični prsten

Prednosti kliznih ležaja (u odnosu na valjne ležaje)

½ Relativno jednostavne konstrukcije i izrade ½ Uljni film ima veliku površinu, zbog čega prigušuju vibracije i udarce ½ Neosjetljivi na nečistoće u ulju ½ Omogućuju velik raspon zračnosti ½ Kod većih promjera su jeftiniji od valjnih ležaja ½ Konstruktivno se lako prilagode stroju

Nedostaci kliznih ležaja (u odnosu na valjne ležaje)

½ Kod malih brzina pri pokretanju imaju velik koeficijent trenja ½ Vrlo su osjetljivi na nedostatak ulja ½ Konstrukcije s vertikalnim vratilom su kompliciranije nego li kod valjnih ležaja

20

≤ p

Nosivost ležaja

Srednji tlak u ležaju:

d F ps =

b d F

= λ d 2 s , dop

F – opterećenje ležaja u [N] d – nazivni promjer ležaja u [mm] b – širina ležaja u [mm]

Ps,dop – dopušteno specifično opterećenje ležaja u [N/mm2]

λ = b/d = 0,2 ... 1 ... (1,5)

Proračun radijalnog kliznog ležaja

Osnova proračuna je Reynoldsova diferencijalna jednadžba za hidrodinamičko podmazivanje i Newtonova teorija za smično naprezanje kod laminarnog strujanja.

Proračun se sastoji od:

½ određivanja debljine uljnog filma

½ koeficijenta trenja

½ toplinske bilance

½ odabira ulja

21

AKSIJALNI KLIZNI LEŽAJI

Aksijalni klizni ležaji preuzimaju aksijalne sile koje djeluju na vratilo.

Ugrađuju se kod: ½ svih vertikalnih strojeva ½ parnih i vodnih turbina zbog reakcije koja se pojavljuje zbog djelovanja mlaza te uslijed težine kod vertikalnih turbina Posebno su važne kod vodnih turbina koje su se do primjene aksijalnih ležaja gradile za snage do 2 MW, dok se danas rade vertikalne i do 750 MW.

Aksijalni klizni ležaj vertikalne vodne turbine

Montaža aksijalnog kliznog ležaja

ZUPČANI PRIJENOSNICI

Zupčanici prenose okretno gibanje s jednog vratila na drugo pomoću veze oblikom.

Pri tome se izravnim zahvatom izbočina (zuba) i udubljenja (uzubina) naizmjenično izrađenih na obodnim površinama para rotacijskih elemenata (zupčanika) prijenosni omjer održava konstantnim.

22

Izvedbe čelnika

Čelnici s ravnim zubima Čelnici s kosim zubima

Čelnici s unutarnjim

ozubljenjem (Smjer vrtnje zupčanika je isti)

Planetni zupčanici

Zupčanik i ozubljena letva

23

Pužni zupčani prijenosnici

Temeljni oblici zupčanika za prijenose s mimosmjernim vratilima je zupčanik s zavojnim zubima i pužni vijak.

Prednosti zupčastih prijenosnika:

- Prijenos momenta dodirom (odvaljivanjem, oblikom) - Veliki raspon prijenosa snage – do 85 MW - Relativno male dimenzije u odnosu na prenesenu snagu - Veliki stupanj iskoristivosti od 0,98 do 0,99 po stupnju prijenosa

Nedostaci zupčastih prijenosnika

- Kruti prijenos snage (potrebna je uporaba elastične spojke) - Zahvat zubiju izaziva vibracije i šumove

24

POJMOVI, NAZIVLJE I OZNAKE

Kinematski pol

Uvjet valjanja bez klizanja dviju kinematskih kružnica je:

vw1

vw 2

= rw1 ω1

= rw 2 ω2

vw1 = vw 2

Prijenosni omjer:

i = ω1

ω 2

= rw 2 rw1

C

Kružnice promjera d1 i d2 su dodirne kružnice, koje se u radu zupčanika kotrljaju jedna po drugoj bez klizanja.

25

Temeljna veličina za proračun dimenzija zupčanika je diobena kružnica.

Opseg diobene kružnice obaju zupčanika u zahvatu jednak je umnošku koraka i broja zubi:

π d1 = z1 p π d 2 = z2 p

z1 = d1

z2 d 2

Pojam modula zuba

Radi proračuna i izrade zupčanika (smanjenog broja alata) usvojeno je:

p = m π

m = p π

- modul [m]

Moduli su standardizirani i raspoređeni u 3 reda. Prioritet imaju moduli 1. reda.

Iz odnosa:

π d = z p

d = p z = m z π

REMENSKI PRIJENOSNICI

Remenskim se prijenosima prenosi snaga između vratila kojima su osi udaljene. Sila i gibanje se prenose trenjem između remena i remenica.

REMEN

POGONSKA REMENICA GONJENA

REMENICA

26

Primjer plosnatog remenskog prijenosa POGONJENA REMENICA

REMEN POGONSKA REMENICA

KLINASTI REMENSKI PRIJENOS

REMEN REMENICA

KLINASTI REMEN REMENICA

27

Zupčasti remen

Primjer ugradnje zupčastog remenskog

prijenosa

Teorijski prijenosni omjer remenskog prijenosa:

n1 – brzina vrtnje pogonske remenice

i = n1 ≈ d 2

n2 – brzina vrtnje pogonjene remenice n2 d1 d1 – promjer pogonske remenice

d2 – promjer pogonjene remenice

Stvarni prijenosni omjer remenskog prijenosa:

i = d 2 + su d1 + su

1 1 ­ψ

Su – debljina remena

ψ - faktor elastičnog klizanja remena

28

Prednosti remenskih prijenosa:

- koriste se za prijenos srednjih momenata torzije kod velikih obodnih brzina mogu pogoniti više vratila

- elastičan prijenos, miran rad bez buke

Nedostaci remenskih prijenosa:

- promjenjivi prijenosni omjer zbog utjecaja okoline na veličinu koeficijenta trenja

- zupčasti remenski prijenosi stvaraju buku kod velike brzine vrtnje i prijenosa većih snaga

LANČANI PRIJENOSI

Kod lančanog prijenosa, slično prijenosu s zupčastim remenom, prijenos se vrši zahvatom (veza oblikom).

Koriste se u transportnim uređajima, u industriji motornih vozila i poljoprivrednih strojeva.

LANČANIK

LANAC

29

Prednosti lančanih prijenosa:

- Koriste se tamo gdje remenski prijenos nije moguć (mali ugradni prostor,

velik razmak osi)

- Prenose znatno veće sile nego li remenski prijenos

- Općenito im nije potrebno predzatezanje pa zbog toga manje opterećuju

vratila

Nedostaci lančanih prijenosa

- Ne rade elastično kao remenski prijenos

- Nužno je bolje održavanje (moraju se podmazivati, potrebna zaštita od

prašine)

- Lanci i lančanici su skuplji od remena i remenica

- Nemiran rad i vibracije, osobito u pogonima s udarima (klipni strojevi)

KRIVULJNI PRIJENOSNICI

Uz pomoć krivuljnih prijenosnika, koristeći njihove mehanički izvedene krivulje, prenosi se gibanje s pogonske na pogonjenu stranu.

30

VIJČANI PRIJENOSI

Vijčanim se prijenosima prenosi gibanje uz pomoć vijčanog spoja – vretena i matice. Pri tome se rotacijsko gibanje pretvara u translacijsko i obrnuto.

PRIMJERI UGRADNJE VIJČANOG PRIJENOSA

31

BREGASTI PRIJENOSI

Bregasti prijenosi su široko područje uređaja za specijalno brze i precizne pomake. Pogonski član je vratilo s brijegom čiji je oblik definiran prema zahtjevima gibanja izlaznog člana.

- ispunjavaju zahtjev za vrlo velikom točnošću gibanja izlaznog člana

- velike brzine gibanja izlaznog člana

- njima je moguće ostvariti vrlo komplicirana gibanja

- Jednostavna izrada krivulje na CNC strojevima izravno iz CAD modela

PRIMJER UPORABE BREGASTOG PRIJENOSA

Pomak ventila na motoru

32

POLUŽNI PRIJENOSI

Polužni su prijenosi sastavljeni od poluga međusobno spojenih zglobovima. Kakva će biti pretvorba gibanja i sila ovisi o geometriji članova.

SPOJKE

Spojke su strojni elementi koji služe za stalno ili povremeno spajanje dvaju vratila radi prenošenja momenta torzije.

Osim ove osnovne funkcije pojedine vrste spojki mogu imati i dodatnu funkciju:

prilagodbu odstupanja osi vratila nastalih netočnom izradom, netočnom ugradnjom ili odstupanjima pod djelovanjem opterećenja.

prigušenje torzionih vibracija smanjenje oscilacija momenta torzije i udara pri pokretanju

i u radu uspostavljanje ili prekid prenosa momenta torzije osiguranje od preopterećenja.

33

KRUTE SPOJKE

Krute spojke kruto povezuju dva vratila, te ostvaruju nepokretnu vezu spojenih vratila pri čemu se ona ponašaju kao jedna cjelina.

Kolutne spojke Školjkaste spojke

KOMPENZACIJSKE SPOJKE

Kompenzacijske spojke omogućavaju međusobne pomake vratila i to:

Uzdužni pomak Poprečni pomak Kutni pomak

Kandžasta spojka

Schmidtova spojka

Kardanski zglob

34

ELASTIČNE SPOJKE

Elastične spojke sastavljene su od dvije glavine i elastičnih elemenata od gume, umjetnih masa, tekstila, metalnih opruga i sl.

glavina

Zadaci su elastičnih spojki sljedeći:

glavina elastični element

prigušivanje vibracija smanjenjem oscilacija momenta torzije (pogona

klipnih strojeva) smanjenje udarnih opterećenja nastalih naglom promjenom brzine

pogonskog i pogonjenog stroja mogu kompenzirati manje pomake i manju neravnost osi spojenih

vratila (posljedica su to tolerancija kod izrade, netočne montaže, nejednolikog slijeganja temelja itd.)

Ublažavanje i prigušivanje udaraca

Spojke mogu akumulirati energiju udara, a nakon što se smanji opterećenje koje je izazvalo udar, vraćaju čitavu energiju – takve spojke ublažavaju udarce

Spojke koje dio akumulirane energije pretvaraju u unutarnje trenje veznih elemenata – prigušuju udarce.

35

IZVRSTIVE SPOJKE

Služe za spajanje ili razdvajanje vratila u toku rada stroja. U izvrstive spojke se ubrajaju:

tarne spojke elektromagnetske spojke hidrodinamičke spojke centrifugalne spojke sigurnosne spojke

Tarna spojka

Mehanički uključivana tarna spojka