I SBN 3-7405 -272-4 ISBN 8978-83-7405-272-6 9 788 374 05 272 6
Mojej Rodzinie
SPIS TREŒCI WYKAZ OZNACZEÑ.............. 9 WSTÊP................. 11 1. DOKTRYNA I TECHNOLOGIA MECHATRONIKI...... 14 1.1. Definicje........................ 14 1.2. Zasady mechatroniki.................... 16 1.3. Zarz¹dzanie innowacjami................... 17 1.3.1. Podejœcie systemowe.................... 17 1.4. Powi¹zanie dyscyplin techniczno-ekonomicznych............ 18 1.5. Szybkie projektowanie (rapid design) i op³acalnoœæ badañ......... 20 1.6. In ynieria zbie na a mechatronika................ 22 1.7. Systemy ekspertowe szybkiego projektowania............. 25 1.8. Projektowanie interaktywne.................. 28 1.9. Mechatronika w nauczaniu.................. 30 1.9.1. Sylwetka absolwenta. Program nauczania.............. 30 1.9.2. Sk³adniki techniczno-ekonomiczne mechatroniki............ 31 1.9.3. Klasyfikacja i projektowanie maszyn inteligentnych........... 33 1.9.4. Metodologia produkcji oparta na zasadach in ynierii mechatronicznej...... 34 1.9.5. Komponenty i metody mechatroniki................ 34 1.9.6. Narzêdzia informatyczne projektowania maszyn inteligentnych........ 35 1.9.7. Transfer techniki i innowacji technicznych w edukacji........... 37 1.9.8. Æwiczenia....................... 38 1.9.9. Kryteria wyboru metody modelowania uk³adów............ 40 1.10. Internetowa encyklopedia innowacji................ 43 1.11. Dwa podstawowe narzêdzia naukowe modelowania budowa i ruch...... 47 1.12. Porównanie przybli onych metod numerycznych............ 49 1.13. Przybli one metody wariacyjne i równanie Eulera............ 51 1.14. Metoda elementów skoñczonych MES............... 54 1.15. Metody ca³kowe..................... 56
2. SZYBKIE MODELOWANIE PÓL FIZYCZNYCH....... 59 2.1. Metody równowa nych sieci reluktancyjnych MSR-3D i przep³ywowych MSP-3D trójwymiarowe.............. 59 2.2. Baza wiedzy do budowy pre- i postprocesora dla szybkiego projektowania interaktywnego pól fizycznych......... 63 2.3. Przyk³ad obliczeñ przemys³owych MES-3D (FEM-3D)........... 72 2.4. Inne zastosowania równowa nych metod obwodowych.......... 78 2.4.1. Sieci przep³ywowe..................... 78 2.4.2. Równowa ne schematy cieplne................. 80 2.4.3. Æwiczenia....................... 80 2.5. Analogie matematyczne ró nych pól fizycznych............ 95 3. SZYBKIE PROJEKTOWANIE RUCHU UK ADÓW..... 102 3.1. Modelowanie i symulacja ruchu systemów rzeczywistych......... 102 3.1.1. Ma³e i œrednie przedsiêbiorstwa MŒP (SBIR w USA).......... 103 3.2. Si³y i momenty uogólnione................... 105 3.2.1. Wspó³rzêdne uogólnione i si³y uogólnione.............. 105 3.2.2. Transformacja Legendre a. Koenergia............... 106 3.2.3. Koenergia cz³onu wielowejœciowego................ 107 3.2.4. Zasada prac wirtualnych................... 109 3.2.5. Klasyfikacja przetworników.................. 111 4. ZASADY OGÓLNEJ TEORII ELEKTROMECHANICZNEGO PRZETWARZANIA ENERGII.. 114 4.1. Metoda wariacyjnej zasady Hamiltona............... 114 4.1.1. Sposoby uk³adania równañ ruchu uk³adu dynamicznego.......... 114 4.1.2. Zmienne uogólnione.................... 115 4.1.3. Zasada najmniejszego dzia³ania (Hamiltona)............. 116 4.1.4. Równanie Eulera Lagrange a................. 119 4.2. Modele matematyczne przetworników elektromechanicznych........ 121 4.2.1. Metoda postêpowania.................... 121 4.2.2. Przetworniki liniowe.................... 125 4.2.3. Przetworniki obrotowe................... 128 4.3. Projektowanie uk³adów dynamicznych............... 133 4.3.1. Metody projektowania w oparciu o zasadê Hamiltona.......... 133 4.3.2. Dynamika wózków manewrowych z silnikami liniowymi dla kolejowych górek rozrz¹dowych................ 136 4.3.3. Dynamika napêdu suwnicy z silnikiem liniowym i wahliwie podwieszonym ³adunkiem................ 137 4.3.4. Program Hamilton-84 do szybkich obliczeñ dynamiki........... 138 4.3.5. Komputeryzacja programu Hamilton-84 pakietem BeHaKom........ 140
5. MODELOWANIE FIZYCZNE I KRYTERIA PODOBIEÑSTWA........... 148 5.1. Modelowanie fizyczne.................... 148 5.1.1. Granice i koszty badañ oraz koszty zaniechania............ 148 5.1.2. Podobieñstwo modelowe................... 149 6. NIEZAWODNOŒÆ ELEMENTÓW I UK ADÓW MECHATRONIKI........... 153 6.1. Pojêcia podstawowe.................... 153 6.2. Niezawodnoœæ komputerów i programów komputerowych......... 161 6.2.1. Niezawodnoœæ komputerów.................. 161 6.2.2. Niezawodnoœæ i skutecznoœæ programów przemys³owych......... 164 6.3. Aktualizacja norm nt. niezawodnoœci............... 170 6.4. Przyk³ady....................... 172 7. ELEKTROMECHANICZNE ELEMENTY MECHATRONIKI... 175 7.1. Klasyfikacja elektromechanicznych elementów mechatroniki........ 175 7.2. Rodzaje i budowa maszyn elektrycznych.............. 176 7.2.1. Maszyny elektryczne pr¹du sta³ego................ 177 7.2.2. Silniki komutatorowe pr¹du przemiennego.............. 180 7.2.3. Maszyny synchroniczne................... 180 7.2.4. Silniki indukcyjne (asynchroniczne)................ 187 7.2.5. Rozruch silników indukcyjnych................. 192 7.2.6. Dynamika silników indukcyjnych................. 196 7.3. Transformatory..................... 199 7.4. Maszyny elektryczne ma³e i specjalne............... 203 7.4.1. Klasyfikacja ma³ych maszyn elektrycznych.............. 203 7.4.2. Silniki indukcyjne jednofazowe................. 204 7.4.3. Mikromaszyny dla uk³adów mechatroniki i automatyki.......... 208 7.4.4. MEMS Systemy mikroelektromechaniczne............. 209 7.5. Praca dorywcza i przerywana................. 209 7.5.1. Nagrzewanie elementów................... 209 7.5.2. Rodzaje pracy silników.................... 211 8. NORMALIZACJA I ZARZ DZANIE JAKOŒCI (ISO 9000).. 214 8.1. Normalizacja i oznaczenia w maszynach elektrycznych.......... 214 8.2. Systemy Zarz¹dzania jakoœci¹. Normy ISO 9000 [8.1], [8.2]........ 215
9. KOMPATYBILNOŒÆ SYSTEMÓW MECHATRONIKI..... 221 9.1. Kompatybilnoœæ elektromagnetyczna............... 221 9.2. Pasma czêstotliwoœci zajête przez sygna³y komunikacyjne i nawigacyjne..... 223 10. ZAK ÓCENIA RADIOELEKTRYCZNE I AKUSTYCZNE MASZYN I URZ DZEÑ ELEKTRYCZNYCH....... 226 10.1. Zak³ócenia radioelektryczne.................. 226 10.2. Zak³ócenia akustyczne.................... 230 11. MECHATRONIZACJA SILNIKÓW ELEKTRYCZNYCH... 233 11.1. Maszyny krawieckie.................... 233 11.2. Zasady wyboru i modyfikacji wymiarów g³ównych silników indukcyjnych..... 234 11.2.1. Wp³yw indukcji, ok³adu pr¹dowego i prêdkoœci obrotowej na wymiary silnika indukcyjnego.......... 234 12. ZAKOÑCZENIE............... 237 13. DODATKI................. 239 14. LITERATURA................ 245 15. SKOROWIDZ RZECZOWY............ 256 16. WYKAZ ÆWICZEÑ I PRZYK ADÓW......... 262 FUNDAMENTALS OF MECHATRONICS by J. Turowski... 263