MiBM. Teoria maszyn i mechanizmów. Ćwiczenie laboratoryjne nr 1 str. 1 MiBM Akademia Górniczo-Hutnicza Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Mechaniki i Wibroakustyki TEORIA MASZYN MECHANIZMÓW ĆWICZENIA LABORATORYJNE http://home.agh.edu.pl/~kmtmipa/ Badanie struktury modeli mechanizmów w laboratorium. 2h TMiM Zakres ćwiczenia. Analiza działania mechanizmów w laboratorium. Sporządzanie schematów kinematycznych mechanizmów. Obliczanie ruchliwości teoretycznej i rzeczywistej. Obliczanie liczby więzów biernych. Klasyfikacja mechanizmów na podstawie schematu kinematycznego. Przedmiot badań. Mechanizmy narzędzi ręcznych, mechanizmy zawiasów, mechanizm Cardana, mechanizmy podnośników, mechanizm amortyzatora, mechanizmy silnika spalinowego i inne dostępne w laboratorium. Przebieg ćwiczenia: 1) Przed rozpoczęciem ćwiczeń sprawdzane jest przygotowanie studentów do zajęć. 2) Studenci otrzymują wskazane przez prowadzącego mechanizmy do analizy strukturalnej. 3) Zapoznają się z działaniem mechanizmów i sporządzają fotografie lub szkice (schematy konstrukcyjne). 4) Rysują schematy kinematyczne mechanizmów odwzorowując człony i pary kinematyczne w postaci odpowiednich oznaczeń. Uwaga: W trakcie rysowania schematów kinematycznych należy zachować proporcie wymiarowe członów mechanizmu. 5) Obliczają ruchliwość teoretyczną mechanizmu i sprawdzają jej zgodność z ruchliwością rzeczywistą. W przypadku niezgodności sprawdzają ruchliwość lokalną i obliczają liczbę więzów biernych. 6) W przypadku mechanizmów, do których stosuje się klasyfikacja strukturalna należy narysować schemat zastępczy (jeżeli występują pary kinematyczne klasy 4), oznaczyć człon (człony napędzające) wskazać grupy strukturalne i określić klasę mechanizmu. 7) Studenci wykonują sprawozdanie (jedno na zespół dwuosobowy). Sprawozdanie jest sprawdzane i zaliczane przez prowadzącego. Sprawozdanie zawiera materiał podany w pkt. 3-6, (przykład 1-2) Studenci pracują w zespołach dwuosobowych. Do analizy otrzymują dwa mechanizmy o różnym stopniu złożoności. Prowadzący na bieżąco konsultuje poprawność prowadzonej analizy strukturalnej mechanizmów.
MiBM. Teoria maszyn i mechanizmów. Ćwiczenie laboratoryjne nr 1 str. 2 Przykład 1. Badanie struktury mechanizmu zawiasu. 1) Konstrukcja mechanizmu. Konstrukcję mechanizmu zawiasu przestawia fotografia.1. Fot. 1. Konstrukcja mechanizmu zawiasu 2) Schemat kinematyczny mechanizmu zawiasu. Na schemacie (rys. 1) oznaczono człony i pary kinematyczne mechanizmu. Rys. 1. Schemat kinematyczny mechanizmu zawiasu 3) Ruchliwości teoretyczna mechanizmu. Liczba członów ruchomych: n 5, Liczba par kinematycznych klasy 4: p 4 0, Liczba par kinematycznych klasy 5: p 5 7, Ruchliwość teoretyczna: 3n p 2p 3 5 0 2 7 1. w 4 5 Otrzymana ruchliwość teoretyczna jest zgodna z ruchliwością rzeczywistą.
MiBM. Teoria maszyn i mechanizmów. Ćwiczenie laboratoryjne nr 1 str. 3 Mechanizm ma ruchliwość w 1, co oznacza, że jeden z jego członów jest członem napędzającym. Jeżeli za człon napędzający przyjmiemy jeden z członów łączących mechanizm z podstawą, np. człon 1, to wówczas w pozostałej części łańcucha kinematycznego można wyróżnić dwie grupy strukturalne klasy drugiej postaci 1 (2, 3) i (4, 5) jak pokazano na rysunku 2. W takim przypadku mechanizm zawiasu jest mechanizmem klasy 2. Jeżeli jednak jako człon napędzający przyjmiemy człon 5, który jest członem wewnętrznym łańcucha kinematycznego (nie jest połączony ruchowo z podstawą) to wówczas klasyfikacji strukturalnej nie przeprowadzamy. Otrzymany po odłączeniu członu napędzającego 5 łańcuch kinematyczny nie da się podzielić na mniejsze łańcuchy spełniające warunki wymagane dla grupy strukturalnej i w całości również nie jest grupą strukturalną. 3) Klasyfikacja strukturalna mechanizmu. Mechanizm składa się z członu napędzającego 1 i dwóch grup strukturalnych klasy 2, jest to zatem mechanizm klasy 2. Rys. 2. Analiza strukturalna mechanizmu zawiasu
MiBM. Teoria maszyn i mechanizmów. Ćwiczenie laboratoryjne nr 1 str. 4 Przykład 2. Badanie struktury mechanizmu podnośnika samochodowego. 1) Konstrukcja mechanizmu podnośnika. Konstrukcje mechanizmu podnośnika przestawia fot. 1 oraz rys. 1. Fot.1. Podnośnik samochodowy z napędem śrubowym Rys. 1. Schemat konstrukcyjny podnośnika
MiBM. Teoria maszyn i mechanizmów. Ćwiczenie laboratoryjne nr 1 str. 5 2) Schemat kinematyczny mechanizmu podnośnika. Na schemacie (rys. 2) oznaczono człony i pary kinematyczne mechanizmu. Rys. 2. Schemat kinematyczny podnośnika 3) Ruchliwości teoretyczna mechanizmu. Liczba członów ruchomych: n 8, Liczba par kinematycznych klasy 4: p 4 2, Liczba par kinematycznych klasy 5: p 5 10, Ruchliwość teoretyczna: 3n p 2p 3 8 2 2 10 2 w 4 5 Obliczona ruchliwość teoretyczna nie jest zgodna z oczekiwaniami. Dla mechanizmu podnośnika technicznie uzasadniona ruchliwość rzeczywista wynosi 1. Przyczyną pojawienia się nieprawidłowego wyniku jest potraktowanie całego mechanizmu jako płaski. Należy zwrócić uwagę, że w części mechanizmu podnośnika oznaczonej jako mechanizm napędowy, zastosowano pary kinematyczne umożliwiające ruch członu 1 w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny dźwigniowego mechanizmu wykonawczego. Do obliczenia ruchliwości śrubowego mechanizmu napędowego należałoby zastosować wzór strukturalny w innej postaci niż dla płaskiego mechanizmu dźwigniowego uwzględniający mniejszą liczbę więzów ogólnych narzuconych na człony, wynoszącą 2. W typowym mechanizmie płaskim liczba ta wynosi 3. Wzór strukturalny dla mechanizmu, na człony którego narzucono 2 więzy ogólne ma postać w 4n p 2 p 3 3 4 p5
MiBM. Teoria maszyn i mechanizmów. Ćwiczenie laboratoryjne nr 1 str. 6 Ruchliwość mechanizmu podnośnika możemy zatem policzyć jako sumę ruchliwości mechanizmu wykonawczego i mechanizmu napędowego liczonych z dwóch różnych wzorów strukturalnych. gdzie: w w n wd ( 4n p3 2 p4 3 p5 ) ( 3n p4 2 p5 w n - ruchliwość łańcucha kinematycznego śrubowego mechanizmu napędowego, Po podstawieniu liczby członów i par kinematycznych jest: w wn wd (4n p3 2 p4 3 p5 ) (3n p4 2 p5 (4 3 1 0 2 0 3 4 ) (3 5 1 2 2 6) 1 w d - ruchliwość łańcucha kinematycznego płaskiego mechanizmu dźwigniowego, Otrzymaliśmy poprawny wynik w 1, zgodny z oczekiwaniami wynikającymi z analizy działania podnośnika śrubowego. W celu uzyskania poprawnej ruchliwości mechanizmu podnośnika na podstawie jednego wzoru strukturalnego zastąpimy śrubowy mechanizm napędowy ekwiwalentnym płaskim łańcuchem kinematycznym przedstawionym na rysunku 3. Ponownie obliczymy ruchliwość podnośnika n 7, p 4 2, p 5 9, 3n p 2p 3 7 2 2 9 1 w 4 5 Otrzymaliśmy poprawny wynik obliczeń ruchliwości mechanizmu podajnika. ) ) Rys. 3. Schemat kinematyczny zastępczy mechanizmu podnośnika Klasyfikacji strukturalnej mechanizmu podnośnika nie przeprowadzamy ponieważ człon napędzający 1 jest członem wewnętrznym łańcucha kinematycznego (nie jest połączony ruchowo z podstawą)