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)
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
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.