Www2 Mehanicki Elementi Za Transformaciju Kretanja Predavanja 2008 (1)

Mehanički funkcionalni elementi 1Mehanički elementi za transformaciju kretanja

MEHANIČKI ELEMENTI ZA TRANSFORMACIJU KRETANJA

U mehatronici se koriste sledeći mehanički elementi za transformaciju kretanja:- polužni mehanizmi,- mehanizmi sa kotrljanjem,- bregasti mehanizmi,- mehanizmi sa prekidnim kretanjem,- zupčasti prenosnici,- frikcioni prenosnici,- kaišni prenosnici,- lančani prenosnici,- zavojni mehanizmi.


Funkcija mehanizamaOsnovna funkcija mehanizma je prenos sile i kretanja ili vođenjetačke po zadatoj putanji, odnosno tela kroz zadate položaje.


Podela mehanizamaPrema 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)


Podela mehanizamaS 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).


Podela mehanizamaPrema vrsti kinematičkih parova koje sadrži:

• polužni mehanizmi (sastavljeni od rotacionih i prizmatičnih parova),

• kotrljajni (zupčasti) mehanizmi,• bregasti mehanizmi.


Podela mehanizama


Struktura mehanizamaElementi 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).


Struktura mehanizamaBroj 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).

fbu −=

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).


Struktura mehanizama


Struktura mehanizamaDva člana međusobno povezana zglobom čine kinematski par.

Ravni mehanizmi mogu imati 4 tipa kinematskih parova:

• rotacioni par,• prizmatični par,• kotrljajni par,• bregasti par.


Struktura mehanizama


Polužni mehanizmiViše 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.


Polužni mehanizmiOd osnovnih tipova polužnog četvorougla dobija se veći broj modifikovanih polužnih mehanizama.


Mehanizmi sa kotrljanjemSvako 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).


Mehanizmi sa kotrljanjemFrikcioni Zupčasti


Mehanizmi sa kotrljanjemU 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).


Bregasti mehanizmiBregasti 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 k1 po krivoj k2, pri čemu se vrši transformacija:

• translacije u translaciju,• rotacije u translaciju,• translacije u rotaciju,• rotacije u rotaciju.


Bregasti mehanizmi

a) translacija ►translacija

b) rotacija ► translacija

translacija ►rotacija

c) rotacija ►rotacija


Bregasti mehanizmiKrive k1 i k2 mogu biti različitih specifičnih oblika. Karakteristični su sledeći slučajevi:

a) ρ2 = 0

b) ρ2 = r = const


Bregasti mehanizmiKrive k1 i k2 mogu biti različitih specifičnih oblika. Karakteristični su sledeći slučajevi:

c) ρ2 →∞

d) ρ1 →∞


Bregasti mehanizmiVeze 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.


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


Mehanizmi sa prekidnim kretanjemMehanizmi 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.


Mehanizmi sa prekidnim kretanjemPrenosna funkcija mehanizma sa prekidnim kretanjem sastoji se iz 2 dela:• period kretanja φK u kome se gonjeni član kreće po

prenosnoj funkciji ψ(φ), • period mirovanja φM u kome gonjeni član miruje

(ψ = const), a pogonski član nastavlja kretanje.


Mehanizmi sa prekidnim kretanjemNajrasprostranjeniji ravanski mehanizmi sa prekidnim kretanjem su:

• mehanizam sa malteškim krstom



• mehanizam sa zvezdastim točkom



• mehanizam sa skakavicom


Zupčasti prenosniciZupčastim prenosnicima se može ostvariti konstantan prenosni odnos.

constzz

i1

2

2

1 ==ωω

=


Zupčasti prenosniciZupčastim mehanizmima se takođe može ostvariti i promenljivi prenosni odnos.

consti2

1 ≠ωω

=


Zupčasti prenosniciZupčasti 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)


Zupčasti prenosniciOsnovni finomehanički problem kod zupčastih mehanizama ogleda se u pojavi zazora među zupcima zupčanika.


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

а) b)


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.


Frikcioni prenosniciOsnovna podela ovih mehanizama je prema ostvarenom prenosnom odnosu:- sa konstantnim prenosnim odnosom

consti2

1 =ωω

=

- sa promenljivim prenosnim odnosom - varijatori:

constrr

i1

2

2

1 ≠=ωω

=


Frikcioni prenosniciVarijatori brzina

Postoji nekoliko vrsta varijatora brzina:- varijatori sa cilindričnim frikcionim telima

a - sa jednim cilindričnim diskom, b - sa dva cilindrična diska

1,3 - cilindrični diskovi, 2 - pomerljivi frikcioni kotur,4 - opruga za ostvarivanje pritisne sile

а) b)



Postoji nekoliko vrsta varijatora brzina:- varijatori sa koničnim frikcionim telima

1 - frikcioni konus,2 - pomerljivi frikcioni kotur

( ) α−+=

tgalrr

imin1

2



Postoji nekoliko vrsta varijatora brzina:- varijatori sa frikcionim kaiševima



Postoji nekoliko vrsta varijatora brzina:- varijatori sa kugličnim frikcionim telima

1 - frikciona kugla,2 - pomerljivi frikcioni kotur, 3 - opruga za ostvarivanje pritisne sile



Postoji nekoliko vrsta varijatora brzina:- varijatori sa globoidnim frikcionim telima

1 - globoidni frikcioni točak,2 - pomerljivi frikcioni kotur


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).

1 - pogonski kaišnik, 2 - gonjeni kaišnik, 3 - usmeravajući kotur, 5 - zatezni kotur

а) b)


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.


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.



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.



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


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


Lančani prenosniciOblik 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.


Zavojni mehanizmi Zavojni mehanizam omogućava transformaciju kretanja između obrtanja, translacije i zavojnog kretanja. Mehanizam se u opštem slučaju izvodi kao tročlani.

a, b, c - članovi kinematskog lanca


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


Zavojni mehanizmiPored 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


Zavojni mehanizmiOsnovni 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


Zavojni mehanizmi

η - stepen korisnog dejstva,α - ugao zavojnice, μ - koeficijent trenja ρ – ugao trenja

Kod transformacije translacije u rotaciju ili zavojno kretanje:

( )αρ−α

=ηtan

tan

Kod transformacije rotacije ili zavojnog kretanja u translaciju:

( )

ρ=μ

ρ+αα

=η

tan

tantan'


Zavojni mehanizmiU 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.


Zavojni mehanizmiNajbolji rezultati se postižu primenom recirkulacionih navrtki.

Primena ovih mehanizama je naročito velika kod servosistema i sistema za numeričko upravljanje i pozicioniranje.


Zavojni mehanizmiZa 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.


Zavojni mehanizmiDrugi 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 dase ostvari što manji koeficijent trenja (npr. bronza - čelik),- povećavanjem tačnosti izrade elemenata,- ostvarivanjem čvrste, odnosno elastično podesive veze izmeđunavrtke i zavojnog vretena


Zavojni mehanizmiOstvarivanje čvrsto podesive veze između navrtke i zavojnog vretena

podesive navrtke aksijalno postavljene jedna naspram druge

podesive navrtke radijalno postavljene jedna naspram druge


Zavojni mehanizmiOstvarivanje 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

Documents

Www2 Mehanicki Elementi Za Transformaciju Kretanja Predavanja 2008 (1)