Podstawy Konstrukcji Urządzeń Precyzyjnych

Transkrypt

1 Studia Inżynierskie Dzienne (I stopnia) Wydział Mechatroniki Politechniki Warszawskiej Podstawy Konstrukcji Urządzeń Precyzyjnych Wykład sem. 4 Przekładnie mechaniczne 1 Przekładnie mechaniczne 2 Mechanizmy ruchu liniowego Opracował: dr inż. Wiesław Mościcki Instytut Mikromechaniki i Fotoniki Zakład Konstrukcji Urządzeń Precyzyjnych

2

3 - wprowadzenie służą do przeniesienia ruchu, z elementu (wałka) napędzającego na napędzany - bez zmiany średniej prędkości ruchu. Łączone wałki mogą być niewspółosiowe, zaś ich sprzęgnięcie może być trwałe lub okresowe. mogą też spełniać funkcje uzupełniające, jak: - przenoszenie napędu tylko w jednym kierunku, - ograniczenie wartości przenoszonego momentu, - łagodne włączanie napędu, itp.

4 Klasyfikacja sprzęgieł Sposób przeniesienia ruchu Sposób łączenia wałków Sposób włączania sprzęgła Realizowana funkcja Sztywne Rozłączne Samoczynne Rozruchowe Podatne Nierozłączne Sterowane Przeciążeniowe Cierne Kłowe Zasada działania Zapadkowe Magnetyczne

5 sztywne

6 sztywne tulejowe i płetwowe - łatwe i szybkie łączenie wałków, - eliminują obciążenia wzdłużne (a, b, c, e, f), - mogą pracować jako przeciążeniowe, oprócz e) - niezbędny luz promieniowy, gdy występuje mimośrodowość osi, a to wywoła kątowy luz martwy sprzęgła).

7 Sprzęgło tarczowe Umożliwia łączenie wałków o znacznej mimośrodowości e.

8 Sprzęgło tarczowe Z O 1 O 2 A, po zastosowaniu twierdzenia sinusów, wynika, że: e sin = sin ( 180 ) Błąd położenia wałka napędzanego jest równy: sin = 2 r 2 sin Przyjmując oczywiste uproszczenie, że r 2 r 1 otrzymamy: e r 1 1 e r 1 sin 1 gdzie: e równoległe przesunięcie osi wałków, r 1, 1 według rysunku

9 Sprzęgło tarczowe e r sin 1 e = 0,05 mm, r = 10 mm e/r = 0,005 rad 17 min. kątowych Maksymalny błąd kątowego położenia wałka biernego waha się w granicach: max e r zmieniając się sinusoidalnie podczas obrotu o kąt

10 Sprzęgło tarczowe - przełożenie sprzęgła jest zmienne w granicach jednego obrotu, - występuje kątowy luz martwy, jako efekt luzu między kołkiem (zabierakiem) a wycięciem w tarczy, tym mniejszy im większa jest wartość promienia r, - tarcie czopa i tarczy wywołuje znaczne straty energii oraz zużycie elementów. Zjawiska te są tym intensywniejsze im większe są: prędkość obrotowa, niewspółosiowość (mimośrodowość) wałków, współczynnik tarcia.

11 Sprzęgło tarczowe z kasowanym luzem Możliwe jest ograniczenie wymienionych wad przez odpowiednią konstrukcję sprzęgła, w tym kasowanie luzu martwego.

12 Sprzęgło Oldhama Dwie tarcze kształtowe i płytka pośrednia. Rowki po obu stronach płytki wzajemnie prostopadłe. - umożliwia sprzęganie wałków o małej niewspółosiowości, zapewniając teoretycznie stałe przełożenie, - niska sprawność sprzęgła (duże straty na tarcie), - stosowane w przyrządach precyzyjnych, w przekładniach mierniczych bez luzu obwodowego. D14 (04.06 Z13 (18.05)

13 Sprzęgło Oldhama O środek tarczy pośredniej, O 1 środek (oś) wałka czynnego, O 2 środek (oś) wałka biernego. O 1 O 2 = e Chwilowa prędkość liniowa punktu O względem O 1 jest równa: v = O O' = e cos

14 Sprzęgło Oldhama Wypadkowa prędkość obwodowa (liniowa) v punktu O : v cos 1 v = = 1 e 1 = v e Prędkość kątowa tego punktu względem chwilowego środka obrotu O jest równa: = v OO' = 2 v e = 2 1

15 Sprzęgło Oldhama Chwilowa prędkość liniowa v 2 punktu O względem osi obrotu wałka biernego O 2 : v 2 = v sin Prędkość kątowa 2 wałka biernego jest zatem równa: 2 2 = = = = 1 O2O' e sin e Prędkość kątowa 2 wałka napędzanego jest więc taka sama jak prędkość 1 wałka czynnego. v v sin v

16 Współczesne wykonanie sprzęgła Oldhama Sprzęgło Oldhama, przy dowolnym równoległym przesunięciu osi wałków, nie powoduje błędu położenia.

17 Pojedyncze sprzęgło Cardana

18 Pojedyncze sprzęgło Cardana - przełożenie jest zmienne w funkcji bieżącego kąta obrotu 1 wałka czynnego oraz zależy od kąta nachylenia wałków, - maksymalna wartość przełożenia równa jest i max = 1/cos, a wystąpi gdy kąt 1 = 90 0 oraz 1 = 270 0, 2 1 cos 1 sin cos - minimalna wartość przełożenia jest równa i min = cos, a wystąpi gdy kąt obrotu 1 = 0 0 oraz 1 = i = 1 2 = i max 1,004 1,015 1,035 1,064 1,155 1,305 1,414 i min 0,996 0,985 0,966 0,940 0,866 0,766 0,707 ( 2-1 ) max

19 Podwójne sprzęgło Cardana - maksymalny błąd kątowego położenia wałka biernego ( 2-1 ) 10 0, - niedogodności tego sprzęgła można usunąć stosując podwójne sprzęgło Cardana. Podwójne sprzęgło Cardana ma stałe przełożenie jeśli spełnione są następujące warunki: ramiona sprzęgieł na wałku pośrednim są równoległe, osie wałków zewnętrznych leżą w jednej płaszczyźnie, kąty wałków zewnętrznych z pośrednim są równe.

20 Cardana w mechanizmach precyzyjnych i drobnych w tradycyjnym wykonaniu (metalowe elementy) mają następujące właściwości: - są słabo smarowane, trudno uzyskać małe opory ruchu, - sprawność podwójnego sprzęgła Cardana maleje wraz ze wzrostem wartości kąta i wynosi: dla kąta = 0 0 sprawność = 0,96, dla kąta = 15 0 sprawność = 0,61 - zalecane prędkości do kilkudziesięciu obr/min, - nadają się do mechanizmów nastawczych

21 Sprzęgło Cardana Współczesne miniaturowe sprzęgła Cardana mają dużo lepsze parametry. Bezluzowe, mała masa, niewielki moment bezwładności, nie wymagają smarowania, trwałość do 10 8 obrotów.

22 Sprzęgło Cardana

23 podatne (sprężyste)

24 podatne (sprężyste) W sprzęgłach sprężystych moment jest przenoszony przez element podatny, który oddziela dynamicznie wałek bierny od czynnego. Dzięki temu uzyskuje się: - osłabienie uderzeniowych zmian momentu, - zmniejszenie drgań i hałasu. Zwykle są to sprzęgła sztywne skrętnie, natomiast są mało sztywne na zginanie i na rozciąganie.

25 Sprzęgło tarczowe podatne krążek z materiału tłumiącego drgania Może pracować tylko przy niewielkiej mimośrodowości wałków.

26 Sprzęgło membranowe - sztywne skrętnie, gdy membrana metalowa, - zapewnia dużą dokładność kinematyczną, - bezluzowe, o dużej sprawności, - wymagana współosiowość wałków.

27 Sprzęgło membranowe podwójne Jeśli tarcze membranowe są wykonane z materiału podatnego o dużym tarciu wewnętrznym to sprzęgło: - umożliwia nawet znaczne nachylenie kątowe wałków, - dobrze izoluje od drgań i hałasu.

28 tulejowe z nacięciami prostymi - prosta konstrukcja, łatwe wykonanie, - stosowane materiały: stal, dural, tworzywa sztuczne, - mała sztywność skrętna, - dobra kompensacja niedokładności osiowego, promieniowego (niewspółosiowości) i kątowego położenia wałków,

29 tulejowe z nacięciami śrubowymi

30 Sprzęgło tulejowe z nacięciem śrubowym

31 Sprzęgło mieszkowe - duża sztywność skrętna, - zapewnia dużą dokładność kinematyczną, - dobra kompensacja niedokładności osiowego, promieniowego (niewspółosiowości) i kątowego położenia wałków, - bezluzowe, o dużej sprawności.

32 Sprzęgło mieszkowe

33 Miniaturowe sprzęgła mieszkowe Właściwości Przykładowe parametry sprzęgieł mieszkowych (na podstawie badań w ZKUP)

34 Sprzęgło mieszkowe Stopień spełnienia wymagania: 1 słabo, 2 średnio, 3 najlepiej

35 Wałek giętki Umożliwia sprzęgnięcie wałków: - dowolnie względem siebie usytuowanych, - oddalonych od siebie nawet o kilka metrów, Przy ruchu rewersyjnym wykazuje znaczny kątowy luz martwy.

36 sprężynowe - nie tłumi drgań - tłumi drgania, - zalecane do małych prędkości obrotowych

37 Sprzęgło sprężynowe samozaciskowe 1 2 Średnica wewnętrzna sprężyny jest nieco mniejsza od średnicy wałka 2. Jest to sprzęgło jednokierunkowego działania.

38 przeciążeniowe

39 przeciążeniowe przeciążeniowe służą do ochrony elementów napędu lub urządzenia napędzającego przed uszkodzeniem na skutek zwiększenia momentu obciążenia ponad dopuszczalną wartość. Najczęściej są to sprzęgła cierne. Rzadziej jako przeciążeniowe stosowane są sprzęgła kształtowo-cierne, takie jak np. sprzęgło kłowe czy sprzęgło kulkowe promieniowe.

40 przeciążeniowe cierne płaskie Konstrukcja

41 przeciążeniowe cierne płaskie Maksymalny moment jaki przenosi sprzęgło jest równy: M = 0,5 F D s gdzie: F siła docisku sprężyny, D s średnia średnica powierzchni ciernych, współczynnik tarcia na powierzchniach ciernych

42 przeciążeniowe cierne Sposoby powiększenia wartości przenoszonego momentu: - zwiększanie średnicy D s jest ograniczone wzrostem momentu bezwładności sprzęgła, co może być istotne przy ruszaniu i zatrzymywaniu mechanizmu, - zwiększanie wartości siły docisku F jest ograniczone względami wytrzymałościowymi, gdyż na powierzchniach ciernych naciski p nie mogą być większe niż naciski dopuszczalne p dop. p = Fn S p dop gdzie: F n siła normalna do powierzchni, S pole powierzchni styku tarcz

43 przeciążeniowe cierne ze stożkowymi tarczami Moment sprzęgła można zwiększyć stosując tarcze stożkowe, gdyż wtedy: M 1 = 0,5 F sin D s = M sin Wartość kąta nie może być zbyt mała, aby nie doszło do zakleszczenia sprzęgła. = arctg

44 Sprzęgło przeciążeniowe cierne wielopłytkowe Znaczne powiększenie momentu sprzęgła można uzyskać przez zastosowanie sprzęgła wielopłytkowego. Jeśli k oznacza liczbę par powierzchni trących to moment sprzęgła jest równy: M w = 0,5 F D s k gdzie: F siła docisku tarcz sprzęgła, - współczynnik tarcia, D s - średnia średnica sprzęgła

45 Sprzęgło przeciążeniowe cierne

46 Sprzęgło przeciążeniowe cierne

47 Sprzęgło przeciążeniowe kulkowe 1, 7 tarcze, 2 tarcza pośrednia, 3 sprężyna, 4 - kulka, 5 kołek zabierający, 6 tuleja podatna

48 Sprzęgło przeciążeniowe kłowe Maksymalny moment jaki może przenieść sprzęgło: M max = F r ctg śr ( ) - kąt pochylenia ząbka, - kąt tarcia, = arctg, gdzie - współczynnik tarcia między ząbkami

49 Sprzęgło przeciążeniowe kłowe Zalecenia: - wysokość zębów: b = (3 5) t - podziałka uzębienia: t = D/z, z liczba ząbków. Przy małych gabarytach przenoszą stosunkowo duże obciążenia (gdyż rozkłada się ono na dużą liczbę ząbków). Do poprawnej współpracy zębów wymagane jest zachowanie współosiowości sprzęganych wałków.

50 Sprzęgło kłowe odmiany a) sztywne, b), c), d) przeciążeniowe symetrycznie w obie strony, e) sztywne w jednym kierunku, przeciążeniowe w drugim (może być sprzęgłem jednokierunkowego działania)

51 Sprzęgło kłowe podatne kłowe z dużym luzem obwodowym z elementami podatnymi na odkształcenie: a) smukłe występy z tworzywa sztucznego b) kulki z gumy lub z tworzywa sztucznego

52 Sprzęgło kłowe podatne Sprzęgło kłowe bez luzu obwodowego z elementem podatnym na odkształcenie w postaci koła zębatego z tworzywa sztucznego

53 elektromagnetyczne

54 Sprzęgło elektromagnetyczne cierne Na wałku 1 ułożyskowany jest korpus 2 wykonany z materiału ferromagnetycznego z umieszczoną w nim cewką 3. Jest ona zasilana przez niewidoczne na rysunku przewody dołączone do pierścieni 4, do których dociskane są szczotki doprowadzające prąd. Elektromagnes tworzą: cewka 3, korpus 2 i zwora w postaci ruchomego pierścienia 5. Jego wzbudzenie powoduje dociśnięcie pierścienia 5 do korpusu 2 poprzez wykładziny cierne 6 i sprzęgnięcie członu napędzanego 9 (wirnika dmuchawy) z napędzającym wałkiem 1. Po wyłączeniu zasilania cewki, sprężyna 7 odsuwa pierścień 5 od korpusu 2 i człon 9 przestaje być napędzany.

55 Sprzęgło przeciążeniowe elektromagnetyczne 1, wałek czynny, 2 wałek bierny, 3 tarcza z materiału ferromagnetycznego, 4 uzwojenie tarczy 3, 5 wykładzina cierna tarczy 3, 6 tarcza ruchoma, 7 sprężyna zwrotna, 8 ślizgacze

56 jednokierunkowe

57 jednokierunkowe Służą do przenoszenia momentu z wałka czynnego na bierny tylko w jednym kierunku. Samoczynne rozłączenie sprzęgła następuje, gdy: - zmieni się kierunek ruchu, - wałek bierny zacznie obracać się szybciej niż wałek czynny. Najczęściej spotykane w urządzeniach mechatronicznych sprzęgła jednokierunkowe to sprzęgła: - cierne, - zapadkowe, - kłowe.

58 Sprzęgło jednokierunkowe cierne typu wolne koło 1 tuleja, 2 krzywka, 3 wałeczek, 4 sprężyna

59 Sprzęgło jednokierunkowe cierne - zapewnia natychmiastowe sprzęgnięcie, - brak poślizgu przy sprzęganiu wystąpi, gdy 2, - warunek samoczynnego odklinowania sprzęgła, gdy zaniknie moment czynny (moment napędzający M = 0): gdzie f 1,2 współczynniki tarcia tocznego, r promień wałeczka f1 + f2 sin r

60 jednokierunkowe cierne Zalety: - sprzęgają w dowolnym położeniu kątowym wałków, - bardzo mały kątowy luz martwy, prosta konstrukcja, - małe opory ruchu jałowego. Wady: - konieczne dokładne wykonanie oraz dobre, a więc także i drogie, materiały (stal), - nie nadają się do sprzęgania członów o dużym momencie bezwładności, - ograniczona prędkość kątowa.

61 Sprzęgło jednokierunkowe cierne sprężynowe Sprężyna zaciska się na wałku 1 po przyłożeniu momentu działającego w kierunku nawinięcia zwojów sprężyny (zgodnie z ruchem wskazówek zegara). Sprężyna jest szlifowana na średnicy wewnętrznej (b).

62 Sprzęgło jednokierunkowe zapadkowe 1 wałek czynny, 2 koło zapadkowe, 3 koło zębate, 4 zapadka, 5, 7 sprężyny, 6 - przeciwzapadka

63 Sprzęgło jednokierunkowe zapadkowe 0 Kierunek siły P powinien przechodzić przez oś zapadki. Jeśli kąt > możliwe samoczynne wykleszczenie. Gdy kąt < 0 niepożądany wzrost wartości siły P.

64 Sprzęgło jednokierunkowe zapadkowe Zalety: - prosta konstrukcja, łatwe wykonanie, - pewność działania, Wady: - sprzęganie tylko w określonych położeniach, - duży luz martwy przy przejściu z ruchu jałowego do ruchu roboczego, - niewielka wytrzymałość węzła koło zapadkowe-zapadka, - hałaśliwość przy biegu jałowym.

65 Sprzęgło jednokierunkowe kłowe - kąt pochylenia ząbka, F siła docisku tarcz, r śr średni promień tarcz sprzęgła kłowego

66 Sprzęgło rozruchowe

67 Sprzęgło rozruchowe Służą do oddzielenia członu czynnego, np. silnika elektrycznego, od członu biernego podczas uruchamiania mechanizmu. Zapewniają sprzęgnięcie tych członów dopiero po osiągnięciu przez człon czynny ustalonej prędkości obrotowej. Samoczynnie rozłączają człony, jeśli ich prędkość obrotowa zmniejszy się poniżej ustalonej.

68 Sprzęgło rozruchowe 1 wałek napędzający, 2 listwa, 3 kołek, 4 wahnik, 5 nakładka cierna, 6 sprężyna, 7 bęben napędzany, S siła sprężyny, Q siła odśrodkowa.

69 Sprzęgło rozruchowe Sprzęgnięcie nastąpi wtedy, gdy moment obciążenia członu biernego M zostanie zrównoważony przez moment tarcia nakładek o bęben - M t, czyli M t M. M t = N D Siłę N wyznacza się z równania równowagi: N (a + b) = ( Q S) c

70 Porównanie

71 porównanie dokładności I e<0,005, <0,5 ; II e=0,2; III - =0,5 0 ; IV obciążenie M=0,1Nm

72 z pierścieniem zębatym ROTEX

73 - przykłady ROTEX

74 Mechanizmy ruchu liniowego D15 (cz wt) Mechanizmy

75 Mechanizmy ruchu liniowego 1. Prowadnice liniowe 2. Mechanizmy śrubowe (gwintowe) 3. Bezgwintowy mechanizm śrubowy Uhinga Mechanizmy

76 Prowadnice ślizgowe Prowadnica to zespół elementów, współpracujących ze sobą, które umożliwiają zmianę położenia członu prowadzonego względem prowadzącego w określonym kierunku zwykle jest to ruch liniowy. Klasyfikacja prowadnic: w zależności od rodzaju tarcia między elementami: prowadnice ślizgowe, toczne lub z tarciem wewnętrznym, w zależności od sposobu zapewnienie względnego położenia elementu prowadzonego i prowadnicy: z zamknięciem kształtowym lub z zamknięciem siłowym Prowadnice liniowe

77 Prowadnice ślizgowe w zależności od kształtu powierzchni prowadzących: prowadnice walcowe (a, b, c) lub pryzmatyczne (d, e) w zależności od sposobu zapewnienia względnego położenia elementu prowadzonego i prowadnicy: z zamknięciem kształtowym (a, b, e) lub z zamknięciem siłowym (c, d) Prowadnice liniowe

78 Prowadnica walcowa przypadek, gdy e e gr Siła P równoległa do osi prowadnicy działa na ramieniu e < e gr. Występuje styk prowadnicy wzdłuż tworzącej, po jednej stronie otworu. Prowadnice liniowe

79 Prowadnica walcowa przypadek, gdy e e gr Siła użyteczna P u jest równa: P u = P Q Sprawność prowadnicy, gdy e < e gr : = P u P = P Q P = 1 Dla stałej wartości współczynnika tarcia sprawność prowadnicy jest stała aż do e = e gr. Ramię siły P, wymuszającej ruch prowadnicy, ma wartość e = e gr wtedy, gdy N 1 = 0, czyli gdy ustanie styk w punkcie A. e gr = Q P x + Q P d 2 Prowadnice liniowe

80 Prowadnica walcowa przypadek, gdy e > e gr Wystąpi styk w punktach A i B po przeciwnych stronach prowadnicy. Kierunki działania reakcji R 1 oraz R 2 przecinają się w pkt. S o współrzędnej względem osi prowadnicy równej: e s l = 2 Sprawność prowadnicy będzie równa zeru, gdy siła P będzie działała na ramieniu o długości e = e min. e min = e s + Q P x l d 2 Prowadnice liniowe

81 Sprawność prowadnicy walcowej Teoretyczny wykres sprawności prowadnicy walcowej ( = const., P = const. P ' P u = = 1 e e min Prowadnice liniowe

82 Prowadnica walcowa Siła P przecina oś prowadnicy pod kątem Prowadnice liniowe

83 Prowadnice ślizgowe Przykłady Prowadnice rurowe bez zabezpieczenia przed obrotem: a) z ciernym ustaleniem położenia, b) z ograniczeniem ruchu przez zawalcowanie Prowadnice elementów wykonanych z blachy z wykorzystaniem nitów Prowadnice liniowe

84 Prowadnice ślizgowe Przykłady Prowadnice pryzmatyczne: a) typu jaskółczy ogon, b) z regulacją luzu bocznego przy montażu, c) bez regulacji luzu bocznego Prowadnice liniowe

85 Prowadnice ślizgowe Przykłady Zabezpieczenie elementów prowadzonych przed obrotem za pomocą: a) kołka, b) wpustu pryzmatycznego lub czółenkowego, c) wkręta zakończonego czopem Prowadnice liniowe

86 Prowadnice toczne ze względu na rodzaj elementów tocznych: rolkowe (a, b) oraz ze swobodnymi elementami tocznymi (c, d) w zależności od sposobu zapewnienia względnego położenia elementu prowadzonego i prowadnicy: z zamknięciem kształtowym (a, d) lub z zamknięciem siłowym (b, c) Prowadnice liniowe

87 Prowadnice toczne Środek masy znajduje się między osiami rolek, czyli b < l oraz siła T = T 1 +T 2 Do wyznaczenia sił T 1 i T 2 napiszemy równania równowagi momentów względem osi obrotu rolki 1 i rolki 2. M t 1 5 = 0, 5 T1 D = R1 f + 0, R1 M t 2 5 = 0, 5 T2 D = R2 f + 0, R2 ' d ' d gdzie: obliczeniowy współczynnik tarcia ślizgowego lub, w przypadku łożyskowania tocznego, obliczeniowy współczynnik tarcia tocznego zredukowany do średnicy czopa, f współczynnik tarcia tocznego rolki po bieżni, Q ciężar wózka Prowadnice liniowe

88 Prowadnice toczne Ostatecznie siła T, czyli suma sił tarcia T 1 i T 2, jest równa: T = T 1 + T 2 = (R 1 + R 2 ) ' d + D 2f = Q ' d + D 2f gdzie: obliczeniowy współczynnik tarcia ślizgowego lub, w przypadku łożyskowania tocznego, obliczeniowy współczynnik tarcia tocznego zredukowany do średnicy czopa, f współczynnik tarcia tocznego rolki po bieżni, Q ciężar wózka Jeśli rolki są łożyskowane ślizgowo, to d >> 2f. Wtedy siła oporów ruchu T jest, w przybliżeniu, równa: T = Q ' d + D 2f = Q ' d D Prowadnice liniowe

89 Prowadnice toczne Prowadzenie walca na rolkach, w postaci łożysk tocznych, z kasowaniem luzu w prowadnicy 1 łożysko toczne (rolka), 2 nakrętka mocująca, 3 wałek mimośrodowy, 4 prowadzony walec Prowadnice liniowe

90 Prowadnice liniowe toczne Prowadzenie na rolkach wózka maszyny do pisania: 1 rolki stożkowe, 2 i 4 prowadnice walcowe, 3 rolka walcowa zapobiegająca obrotowi wokół osi prowadnicy 2 Prowadnice liniowe

91 Prowadnice liniowe toczne Prowadnice stolika przyrządu pomiarowego ze swobodnymi elementami tocznymi: a) z luzem poprzecznym, b) bez luzu poprzecznego Prowadnice liniowe

92 Prowadnice z zamkniętym obiegiem kulek 1 bieżnia w pierścieniu zewnętrznym, 2 kulka, 3 prowadnica kulek Prowadnice liniowe

93 Prowadnice liniowe toczne Prowadnice liniowe

94 Miniaturowe prowadnice liniowe Prowadnice liniowe

95 Prowadnice liniowe Prowadnice liniowe

96 Prowadnice liniowe sprężyste Prowadnica sprężysta na dwóch sprężynach a) trapezowych, b) płaskich e = 2 F l 960 E 2 5 J 2 Podstawiając zalecane otrzymamy: f l 0,02 oraz wiedząc, że f = 3 F l 24EJ e = 0,6 f l 2 E moduł sprężystości wzdłużnej, J moment bezwładności przekroju sprężyny, l długość sprężyny Prowadnice liniowe

97 Prowadnice liniowe sprężyste Prowadnica sprężysta na płaskich sprężynach perforowanych (membranach) Membrany do prowadnic: a) nacięte spiralnie, b) nacięte współśrodkowo, c) nacięte promieniowo, (a, b, c utwierdzone na obwodzie, pręt prowadzony w środku), d) utwierdzone na prętach 1, pręt prowadzony w środku, e) utwierdzone na prętach 1, prowadzone pręty 2 Prowadnice liniowe

98 Prowadnice sprężyste Prowadnica sprężysta: a) na dwóch membranach, b) na sprężystym mieszku Właściwości prowadnic sprężystych: - brak typowych zjawisk związanych z tarciem, takich jak: zużycie, zmienność oporów ruchu, wrażliwość na wpływ środowiska, brak smarowania, - ograniczony zakres ruchu prowadzonego elementu, - nieprostoliniowość przesunięcia, - zależność siły napędzającej od przemieszczenia, - skłonność do drgań Prowadnice liniowe

99 Mechanizmy gwintowe D15 (cz wt) Mechanizmy ruchu liniowego

100 Mechanizmy gwintowe proste s = P 2 c P skok gwintu, s liniowe przemieszczenie nakrętki 3, - kąt obrotu śruby 2 - przy dobrym smarowaniu sprawność około 30%, - czułość, tj. przesunięcie nakrętki s odpowiadające najmniejszemu możliwemu obrotowi śruby, zależy od podziałki (skoku) P gwintu Mechanizmy ruchu liniowego

101 Mechanizm gwintowy różnicowy k = P 2 P1 P 3 1 ruch zgrubny ( makro ), 2 ruch dokładny ( mikro ), k iloraz czułości ruchu mikro do czułości ruchu makro Czułość mechanizmu mikro jest k razy większa niż czułość mechanizmu makro Mechanizmy ruchu liniowego

102 Mechanizmy gwintowe proste Luz martwy mechanizmu = 2 l P l luz wzdłużny mechanizmu gwintowego (niedokładność wykonania), błąd kąta obrotu śruby przy ruchu zwrotnym, P skok gwintu Konieczne kasowanie luzu wzdłużnego! Mechanizmy ruchu liniowego

103 Mechanizmy gwintowe proste Kasowanie luzu docisk osiowy docisk promieniowy Mechanizmy ruchu liniowego

104 Mechanizmy gwintowe proste Moment tarcia (oporów ruchu) M t Q ' = arctg cos 2 M = 0,5 Q d t 2 tg( + ' ) = P arctg d 2 d 2 średnia średnica gwintu, pozorny kąt tarcia, - kąt pochylenia linii śrubowej gwintu, - kąta zarysu gwintu, - współczynnik tarcia materiału śruby i nakrętki Mechanizmy ruchu liniowego

105 Mechanizmy gwintowe ustawcze tg = P 2 R - niestałe przełożenie mechanizmu, - wpływ niewspółosiowości osi obrotu i środka tarczy 3 Mechanizmy ruchu liniowego

106 Mechanizmy gwintowe ustawcze s = P 2 tg Przełożenie i dokładność ustawienia są tym większe im mniejszy jest kąt nachylenia tworzącej stożka. Mechanizmy ruchu liniowego

107 Mechanizmy śrubowe toczne Mechanizmy ruchu liniowego

108 Mechanizmy śrubowe toczne Śruba i nakrętka mają specjalny zarys gwintu. Współpracują ze sobą poprzez pośrednie elementy toczne takie jak: kulki, wałeczki gwintowane lub z rowkami o zarysie trójkątnym. Mechanizmy ruchu liniowego

109 Mechanizmy śrubowe toczne Zasada działania Przy dobrym smarowaniu sprawność mechanizmów gwintowych tocznych jest większa niż 80%. Mechanizmy ruchu liniowego

110 Mechanizmy śrubowe toczne Sposoby realizacji ruchu powrotnego kulek Mechanizmy ruchu liniowego

111 Mechanizmy śrubowe toczne Sposoby realizacji ruchu powrotnego kulek Mechanizmy ruchu liniowego

112 Mechanizmy śrubowe toczne Sposoby realizacji ruchu powrotnego kulek Mechanizmy ruchu liniowego

113 Mechanizmy śrubowe toczne Sposoby realizacji ruchu powrotnego kulek Mechanizmy ruchu liniowego

114 Mechanizmy śrubowe toczne Sposoby realizacji napięcia wstępnego Mechanizmy ruchu liniowego

115 Mechanizmy śrubowe toczne Sposoby realizacji napięcia wstępnego Mechanizmy ruchu liniowego

116 Śruby toczne Przykłady mechanizmów Mechanizmy ruchu liniowego

117 Śruby toczne Przykłady mechanizmów Mechanizmy ruchu liniowego

118 Śruby toczne Jeśli mechanizm gwintowy jest obciążony osiową siłą F, to opory ruchu między śrubą i nakrętką określone są przez maksymalny moment tarcia M, w Nm, według równania: M = F 2000 P p gdzie: P skok (podziałka) gwintu w [mm], p sprawność praktyczna mechanizmu gwintowego obliczona z zależności p = 0,9, w której sprawność obliczeniowa Mechanizmy ruchu liniowego

119 Śruby toczne Sprawność obliczeniową wyznacza się ze wzoru: = ,018 d P o d o nominalna średnica gwintu Sprawność praktyczna mechanizmów gwintowych tocznych dochodzi lub nawet nieco przekracza 90%. W mechanizmach tych nie występuje zjawisko stick slip, tj. skokowa zmiana oporów ruchu przy ruszaniu ze spoczynku lub przy małych przesunięciach. Mechanizmy ruchu liniowego

120 Śruby toczne Przykłady mechanizmów Mechanizmy ruchu liniowego

121 Śruby toczne planetarne Planetary roller screws Mechanizmy ruchu liniowego

122 Śruby toczne planetarne Mechanizmy ruchu liniowego

123 Śruby toczne planetarne Mechanizmy ruchu liniowego

124 Śruby toczne planetarne Mechanizmy ruchu liniowego

125 Śruby toczne planetarne duża powierzchnia styku elementów, duża nośność i trwałość mechanizmu, praca przy dużej prędkości obrotowej, przy zmianie kierunku ruchu moment napięcia wstępnego pozostaje niezmienny, płynny ruch, odporność na wstrząsy, wyjątkowa niezawodność, możliwa praca w niskiej temperaturze, przy słabym smarowaniu, możliwe wykonania specjalne, np. gwint lewozwojny Mechanizmy ruchu liniowego

126 Śruby toczne z powrotnym ruchem elementów Recirculating roller screws Mechanizmy ruchu liniowego

127 Śruby toczne recyrkulacyjne Mechanizmy ruchu liniowego

128 Śruby toczne recyrkulacyjne Mechanizmy ruchu liniowego

129 Śruby toczne recyrkulacyjne Sprawność obliczeniową wyznacza się ze wzoru: 1 = d0 1 + P gdzie: - współczynnik tarcia przyjmuje następujące wartości: = 0,01 jeśli kąt pochylenia zwojów 7 0, = (0,007-0,04) jeśli kąt jest większy od > 7 0 Sprawność praktyczna mechanizmów gwintowych z wałeczkami jest nieco mniejsza niż mechanizmów kulkowych i nie przekracza 90%. Mechanizmy ruchu liniowego

130 Śruby toczne recyrkulacyjne - możliwy bardzo mały skok gwintu (1 mm), - duża rozdzielczość ruchu liniowego, - wymagany mały moment napędzający, - duża nośność, trwałość i niezawodność, 1- śruba, 2 nakrętka, 3 wałeczek, 4 pierścień, 5 krzywka, 6 kanałek powrotny Mechanizmy ruchu liniowego

131 Mechanizmy śrubowe toczne - zastosowania Mechanizmy ruchu liniowego

132 Bezgwintowy mechanizm śrubowy Uhinga Mechanizmy ruchu liniowego

133 Mechanizm śrubowy bezgwintowy Mechanizmy ruchu liniowego

134 Mechanizm Uhinga Mechanizmy ruchu liniowego

135 Mechanizm Uhinga Mechanizmy ruchu liniowego

136 Mechanizm Uhinga Mechanizmy ruchu liniowego

137 Zapraszam na egzamin Mechanizmy ruchu liniowego

138 Ciekawe linki Mechanizmy ruchu liniowego

139 Zapraszam na egzamin Mechanizmy ruchu liniowego