1.Tarcie w parach kinematycznych. 

TARCIE W PARACH KINEMATYCZNYCH

Wyznaczając siły oddziaływania w parach kinematycznych zakłada się idealne warunki współpracy półpar członów układów mechanicznych a więc w obliczeniach nie uwzględnia się oporów tzw. siły tarcia występującej w ruchu względem członu.

Tarcie możemy podzielić na :

a) zewnętrzne

-ślizgowe

*suche, fizyczne ,techniczne

* mieszane

* płynne

- wewnętrzne

Wartość tarcia określa się za pomocą współczynnika tarcia (μ) który bezpośrednio związany jest z katem pod jakim działa siła tarcia.

Tarcie zależy od rodzaju i stanu stykających się powierzchni, temp., nacisku jednostkowego, prędkości ruchu względnego i czasu styku. Tracie najczęściej występuje w parach postępowych i obrotowych. W parach obrotowych w warunkach teoretycznych zakłada się że linia działania wypadkowej nacisków przebiega bez tarcia przez punkt styku i wzdłuż normalnej czyli przez środek czopa.

Ze względu na to że kierunek siły P może być dowolny dogodnie operować jest pojęciem koła tarcia zakreślanego przez promień h

2. Czym zajmuje się kinematyka? 

Kinematyka – dotyczy ruchów mechanizmów przy założeniu że człony mechanizmów są sztywne i nieuwzględnia się wpływu ich mas ani działających sił. Przedmiotem rozważań są więc:

• położenie członów,

• trajektorie punktów

• prędkości i przyspieszenia liniowe i kątowe

Metody do opisywania powyższych elementów są graficzne analityczne numeryczne i kombinowane.

3. Czym zajmuje się dynamika? 

DYNAMIKA

W dziale dynamiki mechanizmów i maszyn rozpatruje się związki pomiędzy parami kinematycznymi ( przemieszczenie, prędkość i przyspieszenie) a masami członów i działającymi na nie siłami. Posługując się takimi związkami można rozwiązać dwie podstawowe grupy zagadnień:

- wyznaczenie sił wymuszających określone prawo ruchu mechanizmów

- określenie prawa ruchu mechanizmu przy zadanym stanie obciążenia.

4. Co to jest przekładnia i rodzaje ze względu na położenie wałka. 

Do zmiany i przeniesienia ruchu z jednego wału na drugi stosuje się mechanizmy złożone z kół zębatych które noszą nazwę przekładni. Przekładnie można podzielić ze względu na wzajemne usytuowanie osi walów na:

- walcowe, osie kół zębatych są równoległe

- stożkowe, osie kół zębatych przecinają się

- śrubowe, osie kół zębatych są zwichrowane

- ślimakowe, osie kół zębatych SA zwichrowane i prostopadłe

Koła zębate walcowe i stożkowe mogą być o zazębieniu zewnętrznym ( „-„) i wewnętrznym ( „+”)

Następnie przekladnie można podzielić na:

- stałe, osie kół są nieruchome

- obiegowe, osie kół wykonują ruch obrotowy wokół osi innych kół

Przekładnie stałe występują powszechnie w licznych i różnych odmianach w budowie maszyn.

Można wyróżnić przekładnie jedno i wielostopniowe. Jednym z istotnych parametrów opisujących parę przekładni jest przełożenie, które możemy wyrazić jako stosunek prędkości Katowych rozpatrywanych dwóch kół zębatych.

R- promienie kół podziałowych 1i2

Z – liczba zębów kół 1i2

ω- prędkość kątowa

Przekładnie obiegowe- to takie w których osie niektórych kół zwanych obiegowymi (satelity) wykonują ruch obrotowy wokół osi kół centralnych ( słonecznych).

Przekładnie w których co najmniej jedno koło jest nieruchome nazywa się przekładnią planetarną. Natomiast przekładnie w których wszystkie koła centralne są nieruchome nazywa się przekładnią różnicową.

Przekładnie obiegowe umożliwiają przenoszenie dużych mocy przy stosunkowo wysokiej sprawności. Aby uzyskać takie parametry muszą posiadać duża dokładność wykonania i montażu.

Mechanizmy (przekładnie) obiegowe znalazły również zastosowanie w urządzeniach specjalistycznych jak np. w maszynie do skręcania lin.

Przełożenie w przekładniach obiegowych określa się następującymi metodami:

- metoda analityczna ( Willisa)

- tablicowa ( Swampa)

- graficzna ( Bayera, Kucbaha)

Kolejne czynności wyznaczania położenia z zastosowaniem metody graficznej Kucbacha.

1. wyznaczenie wartości średnic kół i prędkości linowych w zależności od dobranej podziałki

2. naniesienie wektorów prędkości liniowej w chwilowych punktach styku ( S_1,2 S_2,3) styczne do kół tocznych

3. połączenie liniami środków kół (O_1,2,3) z wierzchołkami wektorów prędkości liniowej

4. odczytanie wartości kątów (fi_1,2,3) zawartych między odcinkami łączącymi chwilowe środki styku z środkami kół a odcinkami łączącymi środki kół z końcami wektorów prędkości liniowej

5. obranie pkt.O na dowolnej prostej i prostopadłego odcinka OZ na tej prostej. Odcinek OZ o dowolnej długości

5. Co to jest ruchliwość globalna, lokalna i wzór na ruchliwość. 

Ruchliwość łańcucha – jest związana z liczbą stopni swobody jaką posiadają człony układu względem jednego z nich. Ruchliwość może być globalna (gdy dotyczy całego układu) lub lokalna (kiedy lokalne stopnie swobody członu lub pewnej grupy członów nie zmieniają ruchliwości pozostałej części łańcucha. Ruchliwość lokalna w mechanizmach występuje wówczas, kiedy mechanizm posiada człony kinematyczne zbędne. Ruchliwość W wynosi 0 kiedy łańcuch kinematyczny jest sztywny. W płaskich łańcuchach przegubowych człony dysponują względem siebie jednym stopniem swobody ( W=1).

Możemy wyróżnić:

Ruchliwość zupełną - ( gdy W =1 ) czyli wszystkie człony nakładu wykonują ruchy względem siebie.

Ruchliwość jednorodna – jeśli dodatkowo wszystkie ruchome człony dysponują względem podstawy taką samą liczbą stopni swobody.

Ruchliwość lokalna – może wystąpić w mechanizmach typu krzywka ( np. krążek czy talerzyk który obraca się wokół własnej osi).

Stosując wzory strukturalne ruchliwość W rozumiana jest jako liczba pozostałych stopni swobody ruchomych członów układu wyrażona wzorem:

Wg millera:

gdzie:

n – 1 jest liczbą ruchomych członów

pi – liczba par i-tej klasy, przy czym w każdej parze jeden człon odbiera drugiemu (6-i) a w układzie płaskim (3-i) stopni swobody.

6. Co to jest para kinematyczna? 

Para kinematyczna lub węzeł kinematyczny – połączenie dwóch członów które wykonują względem siebie ruch względny. Pary kinematyczne możemy podzielić na płaskie i przestrzenne. Ze względu na rodzaj styku pary możemy podzielić na niższe i wyższe. Pary niższe posiadają styk członów powierzchniowych, a pary wyższe mają miejsce styku członów w postaci linii lub punktów.

Pary niższe ( tłok i cylinder)

Pary wyższe ( połączenia zębate i krzywkowe)

Ze względu na wykonywany ruch pary kinematyczne dzieli się na:

• postępowe

• obrotowe

7. Co to jest łańcuch kinematyczny?

 Łańcuch kinematyczny – szereg członów połączonych ze sobą ruchomo.

Możemy wyróżnić 3 grupy łańcuchów:

1. płaskie i przestrzenne

2. otwarte i zamknięte

3. jednobieżne i niejednobieżne

Łańcuch płaski – mówimy o nim wówczas gdy wszystkie jego człony wykonują ruchy w płaszczyznach równoległych. Kiedy warunek ten nie jest spełniony mamy do czynienia z łańcuchami przestrzennymi.

Łańcuchy otwarte – to takie które zawierają człony tworzące pary tylko z jednym członem.

Łańcuchy jednobieżne – to takie, w których zadanemu ruchowi członu x względem dowolnego innego członu odpowiadają określone ruchy pozostałych członów względem siebie.

Łańcuch niejednobieżny – to taki łańcuch w którym nie można zagwarantować jednoznacznych ruchów względem pozostałych członów. (w którym nie potrafimy przewidzieć jego działania).

8. Co to jest kinetostatyka? 
9. Podział wg Assurego. 

Klasyfikacja strukturalna mechanizmów – to podział wszystkich mechanizmów wg. Cech strukturalnych. Dokonany przez badacza o nazwisku Assura w 1914r. Wg. Zasad tej klasyfikacji wszystkie mechanizmy dzieli się na rodziny. Kryterium takiego podziału to liczba ogólnych więzów nałożonych na człony mechanizmu. Przy czym np. do rodziny 0 zaliczamy mechanizmy przestrzenne na które nie nałożono żadnych ograniczeń.

Do rodziny 3 należą m.in. mechanizmy płaskie. Są to mechanizmy którym odebrano 3 stopnie swobody. Mechanizmy w ramach każdej rodziny dzieli się na klasy. Natomiast o klasie mechanizmu decyduje najwyższa klasa grupy. Pod pojęciem grupy kryje się łańcuch kinematyczny w którym ruchowe połączenie wolnych członów z podstawą zmienia go w układ sztywny. Grupy assura opisuje równanie w postaci: 3n-2p₅-p₄=0

n- liczba członów grupy

p4,p5 – liczba par kinematycznych klasy V i IV

Mechanizmy można podzielić na 2 grupy:

1. z parami niższymi ( do przedstawicieli tej grupy należą mechanizmy dźwigniowe).

2. Z parami wyższymi ( do których zalicza się mechanizmy krzywkowe i zębate)

Przykłady mechanizmów z podziałem na rodziny:

10. Klasa pary kinematycznej dla danego mechanizmu (podane były dwa). 

Pary niższe ( tłok i cylinder)

Pary wyższe ( połączenia zębate i krzywkowe)

11. Narysowany mechanizm, napisać, czy to para niższego, czy wyższego rzędu. 
12. Podział mechanizmów krzywkowych i popychaczy oraz zastosowanie. 

Mechanizmy krzywkowe – składa się z krzywki (spełniającej rolę członu czynnego) która współpracuje bezpośrednio (lub pośrednio-człon pośredniczący np. w postaci krążka) z członem biernym zwanym popychaczem.

Mechanizmy krzywkowe można spotkać przede wszystkim w układach rozrządu i regulacji automatów i półautomatów. Przekształcenie dowolnego ruchu członu czynnego na dowolny ruch członu biernego umożliwia spełnienie różnorakich funkcji tych mechanizmów.

Wadą tych mechanizmów jest szybkie zużycie się bieżni krzywki na skutek dużych nacisków jednostkowych. Koszt wykonania ich jest wysoki oraz występuje duża wrażliwość na niedokładność wykonania pomimo tak zaawansowanej techniki.

Podział:

Krzywki:

O ruchu: -obrotowym

-postępowym

-płaskim

-nieruchome

Wg liczby cykli: - pojedyncze

- wielokrotne

Popychacze:

O ruchu: - obrotowym

- nieruchome

- postępowym

• płaskim

Zakończone: - ostrzem

- członem pośredniczącym

- talerzykiem

- krążkiem

Przykład wykreslenia drogi, prędkości i przyspieszenia pkt.M, łącznika MBC mechanizmu krzywkowego. Obliczenia rozpoczyna się od wyznaczenia okresu (czas pełnego cyklu), następnie dzieli się drogę okt.M na odcinki przebyte w czasie Δt zależnie od drogi kątowej członu napędzającego AB, ktorej odniesiono na trajektorii (8 równych częśći).

KĄT NACISKU.

Ruch popychacza w mechanizmie krzywkowym odbywa się w wyniku oddziaływań nań krzywki z siłą P. Jeżeli nei uwzględnić tarcia siła ta działa wzdłuż normalnej n tj. pod pewnym kątem α do kierunku ruchu popychacza. Z rozkładu tej siły widać że skałdowa T jest siłą bezużyteczną , a nawet wręcz szkodliwą. Działając na ramieniu h powoduje zginanie trzonu popychacza oraz nieporządane siły oddziaływania w prowadnicy, które przyspieszają jej zużycie i pogarszają sprawność mechaniczną układu.

PROBLEMY ANALIZY KINEMATYCZNEJ KRZYWEK

1. Wyznaczenie toru ocechowanego krzywki oraz całkowitą drogę względem danego pkt. (skok popychacza) przy stałej prędkości kątowej krzywki (ω=const)

2. Wyznaczenie prędkości i przyspieszeń z toru ocechowanego krzywki poprzez różniczkowanie graficzne.

Określenie kąta nacisku ( dopuszczalnego rozkładu sił oddziaływania) popychacza na krzywkę to jest bardzo istotne przy projektowaniu mechanizmów krzywkowych. Zbyt duży kąt nacisku powoduje szybkie zużycie bieżni krzywki, co pociąga za sobą duże koszty.

13. Podaj fazy pracy maszyny.