background image

Kinematyka i dynamika układów 
mechatronicznych
 

 

Jacek Cieślik 

Katedra Robotyki i Mechatroniki 
WIMiR, AGH, 
Kraków, Al. Mickiewicza 30 
 
czwartek, 20 czerwca 2013 

Podsumowanie 

Większośd zadao i projektów technicznych mechanizmów stanowi kombinację 
syntezy i analizy. 

Na większości studiów inżynierskich w wykładach z TMM omawia się przede 
wszystkim techniki analizy kinematycznej w rozmaitych sytuacjach. 

Teoretycznie, nie można analizowad całości urządzenia, dopóki nie zostanie 
ono syntetyzowane do istnienia.  

Wiele problemów projektowania maszyn wymaga utworzenia urządzenia  
o określonych właściwościach ruchu – tor ruchu, prędkośd i przyspieszenie  
w określonych położeniach. 

W ogólnym przypadku możliwości są nieograniczone, ale wspólnym 
mianownikiem jest często koniecznośd wygenerowania i powiązania żądanych 
ruchów. 

Poniżej zostanie przedstawionych kilka prostych technik syntezy do utworzenia 
potencjalnych rozwiązao projektowych dla niektórych typowych zastosowao 
kinematycznych. 

   Synteza mechanizmu 

20/06/2013 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Dostępne na rynku programy, takie jak Working Model®, WATT czy 
visualNastran lub chodby SAM pozwalają na szybką analizę kinematyczną 
proponowanego projektu mechanicznego. 

Proces projektowy przyjmuje charakter analizy jakościowej poprzez kolejne 
analizy projektów, które tak naprawdę są kolejnymi iteracjami syntezy i analizy. 

Bardzo wiele rozwiązao procesu może byd przebadane w krótkim czasie za 
pomocą programów (narzędzi) wspomaganych komputerowo (CAD/CAE) . 

   Synteza mechanizmu 

20/06/2013 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Pojęcie syntezy wg typów odnosi się do definicji właściwego rodzaju 
mechanizmu najlepiej przystosowanego do danego problemu i jest formą 
syntezy jakościowej. 

Jest to najtrudniejsze zadanie dla projektantów, ponieważ wymaga pewnego 
doświadczenia i wiedzy na temat różnych rodzajów mechanizmów, które 
istnieją i które również mogą byd wykonalne z punktu widzenia wydajności  
i efektywności produkcji. 

Jako przykład niech posłuży zadanie zaprojektowania urządzenie do śledzenia 
liniowego ruchu części na przenośniku taśmowym i rozpylanie powłoki 
chemicznej nad mijanym elementem.   

Mechanizm musi byd sporządzony tak, aby utrzymywał stałą prędkośd z dobrą 
(zadaną) dokładnością i powtarzalnością.  

Rozwiązanie musi byd praktyczne (realne, możliwe do zrealizowania, 
wiarygodne). Ponadto zwykle dodatkowym wymogiem jest to, że rozwiązanie 
musi byd tanie. 

   Synteza wg typów 

20/06/2013 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Zadanie może potencjalnie byd wykonane przez którekolwiek z następujących 
urządzeo: 

-   Płaski mechanizm realizujący linię prostą, 

-   Krzywka i popychacz, 

-   Siłownik pneumatyczny, 

-   Siłownik hydrauliczny, 

-   Robot, 

-   Cewka (solenoid) – elektrozawór. 

Każde z tych rozwiązao może odbiegad od optymalnego, a nawet może byd 
zupełnie niepraktyczne. 

   Synteza wg typów 

20/06/2013 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

– Płaski mechanizm realizujący linię prostą może okazad się zbyt duży i mied 

niepożądane przyspieszenia.  

– Krzywka i popychacz będą kosztowne (wykonanie), chod dokładne oraz 

powtarzalne. 

– Siłownik pneumatyczny (cylinder) jest tani, ale bez odpowiedniego 

wyposażenia jest głośny i mało dokładny (pozycjonowanie, sensory).  

– Siłownik hydrauliczny jest droższy i również robot jest kosztowny.  

– Elektrozawór jest tani, ma jednak wysokie obciążenia udarowe i dużą 

prędkośd działania (uderzenia).  

Wybór typu urządzenia może mied duży wpływ na jakośd projektu.  

Nieodpowiedni wybór typu urzędzenia na tym etapie syntezy może w 
przyszłości powodowad problemy nie do rozwiązania . 

Urządzenie mogłoby stad się nieprzydatne i byd złomowane po zakooczeniu 
projektu, przy dużym nakładzie finansowym.  

   Synteza wg typów 

20/06/2013 

Jacek Cieślik 

background image

Podsumowanie 

Pojęcie syntezy ilościowej lub analitycznej oznacza generowanie jednego  
lub kilku rozwiązao danego typu, które na pewno są odpowiednie do 
problemu
 i dla których istnieje określony algorytm syntezy. 

Ten typ rozwiązania można ocenićjeśli istnieje układ równao (kilka), co 
pozwala na uzyskanie odpowiedzi w postaci konkretnych wartości liczbowych. 

Ocena czy odpowiedź jest dobra lub odpowiednia zależy od projektanta  
i wymaga analizy oraz powtórzenia w celu jej optymalizacji. 

Często dostępna jest mniejsza liczba równao niż liczba potencjalnych 
zmiennych. W takim przypadku należy przyjąd sensowne wartości dla tylu 
niewiadomych, aby zmniejszyd (dostosowad) liczbę pozostałych niewiadomych 
do ilości dostępnych równao. Niektóre oceny jakościowe wchodzą w tym 
przypadku do syntezy. 

Z wyjątkiem bardzo prostych przypadków, do wykonania syntezy ilościowej 
potrzebne są narzędzia CAD/CAE. Szybkośd obliczeo tych programów pozwala 
na analizę wyników wielu projektów mechanizmu w krótkim czasie oraz  
przyspiesza iteracje zmierzające do rozwiązania optymalnego. 

   Synteza ilościowa lub analityczna 

20/06/2013 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Synteza wymiarowa płaskiego mechanizmu ma na celu określenie proporcji 
(długości) łączy niezbędnych do osiągnięcia pożądanych ruchów.  

Może byd formą ilościową syntezy jeżeli algorytm jest zdefiniowany dla 
danego problemu. Może też byd formą syntezy jakościowej jeżeli jest więcej 
zmiennych niż równao. 

Ta ostatnia sytuacja jest bardziej powszechna dla mechanizmów płaskich 
(Synteza wymiarowa krzywek jest ilościowa). 

Synteza wymiarowa zakłada, że za pośrednictwem syntezy według typu, 
zostało już ustalone, że mechanizm płaski (lub krzywka) jest najbardziej 
odpowiednim rozwiązaniem problemu. 

W dalszym ciągu zostanie omówiona w szczegółach graficzna Synteza 
wymiarowa mechanizmów płaskich

   Synteza wymiarowa 

20/06/2013 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Tworzenie funkcji jest definiowane jako korelacja ruchu wejściowego z 
ruchem wyjściowym mechanizmu.  

Generator funkcji jest koncepcyjnie "czarną skrzynką", która dostarcza dający 
się przewidzied wyjściową odpowiedź na znane wejście. 

Tworzenie ścieżki (trajektorii) jest zdefiniowane jako sterowanie punktem  
na płaszczyźnie tak, że postępuje on po pewnej określonej ścieżce.  

Zwykle jest to realizowane przez mechanizm czworoboku przegubowego,  
w którym punkt na łączniku śledzi pożądaną drogę (postępuje po drodze). 

Należy zauważyd, że przy tworzeniu ścieżki nie są podejmowane próby  
kontroli kierunku (orientacji) członu, który zawiera punkt obserwacji. 

Zwykle kontroluje się czas przybycia punktu do poszczególnych miejsc na 
tworzonej ścieżce (osiągnięcie pozycji). Ten przypadek nazywa się tworzeniem 
ścieżki z wymaganym czasem dotarcia i jest analogiczny do metody tworzenia 
funkcji jeśli została określona szczególna funkcja wyjścia.  

   Tworzenie funkcji, ścieżki i ruchu punktu mechanizmu 

20/06/2013 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Tworzenie ruchu mechanizmu jest zdefiniowane jako kontrola linii w 
płaszczyźnie tak, że zakłada się pewien określony zestaw następujących po 
sobie (sekwencyjnych) pozycji. 

Tutaj orientacja członu zawierającego linię jest ważna.  

Jest to bardziej ogólny problem niż poprzednio omawiane tworzenie ścieżki. 

W rzeczywistości tworzenie ścieżki jest podzbiorem tworzenia ruchu 
mechanizmu. 

Przykład problemu tworzenia ruchu mechanizmu - sterowanie łyżką koparki.  

Łyżka musi przyjąd zestaw pozycji aby wykopad, podnieśd, przemieścid  i 
zrzucid wydobytą ziemię.  

W założeniach przyjęto, że ruch linii namalowanej na bocznej stronie łyżki 
posłuży do obserwacji pożądanych pozycje. Zwykle stosuje się rozwiązanie w 
postaci płaskiego mechanizmu złożonego z członów połączonych przegubowo. 

   Tworzenie funkcji, ścieżki i ruchu punktu mechanizmu 

20/06/2013 

10 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Poprzednio omawiane zagadnienie kontroli ruch zakłada, że pożądane ruchy 
są płaskie (2-D). 

Żyjemy w trójwymiarowym świecie i nasze mechanizmy muszą funkcjonowad 
w świecie trójwymiarowym.  

Mechanizmy przestrzenne są urządzeniami trójwymiarowymi. 

Ich konstrukcja i analiza jest znacznie bardziej skomplikowana niż 
mechanizmów płaskich, które są urządzeniami dwuwymiarowymi.  

Badanie mechanizmów przestrzennych jest poza zakresem niniejszego 
wprowadzającego wykładu. 

Badanie mechanizmów przestrzennych nie stanowi ograniczenia, jak to się 
może wydawad, ponieważ wiele urządzeo trójwymiarowych jest budowane  
z wielu zestawów połączonych ze sobą urządzeo dwuwymiarowych. 

   Mechanizmy płaskie a mechanizmy przestrzenne  

6/20/2013 

11 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Ważny test, opisany poniżej, jest stosowany w ramach procedur syntezy.  

Jest niezbędny  do sprawdzenia, czy mechanizm płaski w rzeczywistości może 
dotrzed do wszystkich z wymienionych pozycji, nie napotykając ograniczeo  
lub przełączenia pozycji, zwany również stacjonarną konfiguracją. 

Procedury syntezy mechanizmu często tylko zapewniają, że poszczególne 
pozycje określone zostaną uzyskane. Nie mówią nic o zachowaniu płaskiego 
mechanizmu między tymi pozycjami. Rysunek 3-1 pokazuje mechanizm 
czworoboku płaskiego w dowolnej pozycji CD (linie przerywane), a także  
w dwóch pozycjach przełącznika, C

1

D

1

 (czarne linie) i C

2

D

2

 (linie ciągłe). 

   Warunki ograniczające – przełączanie, punkty zwrotne  

20/06/2013 

12 

Jacek Cieślik 

background image

Podsumowanie 

Pozycje przełączania są określone przez współliniowośd dwóch członów w 
ruchu. Mechanizm czworoboku z dwoma lub trzema członami (wahaczami) 
będzie miał co najmniej dwie z tych pozycji przełączania, w którym płaski 
mechanizm posiada trójkątną konfigurację. 

Kiedy w trójkątnym położeniu, nie będzie możliwe dalszy ruch w jednym 
kierunku jednego z członów - wahacz (jeden człon 2 z pozycji C

1

D

1

 lub człon 4 

z pozycji C

2

D

2

).  

Pozostały człon (wahacz) będzie musiał byd tak poprowadzony, aby 
wyprowadzid mechanizm z położenia przełączania (punkt zwrotny). 

   Przełączanie, punkty zwrotne 

20/06/2013 

13 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Płaski mechanizm czworoboku korba-wahacz obejmie również dwie pozycje 
przełączania jak pokazano na rys. 3-1b, gdy najkrótszy człon (korba O

2

C) jest 

współliniowy z łącznikiem CD (człon 3) albo przedłużony współliniowo 
(O

2

C

2

D

2

) lub nakłada się współliniowo (O

2

C

1

D

1

 ).  

Nie może z powrotem poruszad się od wahacza O

4

D (człon 4) tych 

współliniowych pozycji . Ale gdy korba O

2

C (człon 2) jest napędzana,  

to możliwe jest przejście przez obydwa punkty zwrotne. 

Należy zauważyd, że te pozycje przełączania (punkty zwrotne) również 
określają granice ruchu napędzanego wahacza (człon 4), w którym jego 
prędkośd kątowa będzie przechodzid przez zero. 

   Przełączanie, punkty zwrotne 

20/06/2013 

14 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Po dokonaniu syntezy mechanizmu dwu-lub trzy-wahaczowego rozwiązanie 
problemu pozycji (problem generacji ruchu), należy sprawdzid obecnośd 
pozycji przełączania (punkt zwrotny). 

Łatwym sposobem sprawdzenia problemu jest użycie narzędzi CAE,  
takich jak np. visualNastran , Working Model. 

Ważne jest uświadomienie sobie, że warunek przełączania jest stanem 
niepożądanym, jeżeli uniemożliwia przejście mechanizmu płaskiego się  
z jednej z wybranej pozycji do drugiej. 

Może to stworzyd własności samohamowne, gdy mechanizm płaski zostanie 
przemieszczony nieco poza pozycję przełączania (punkt zwrotny). 

Każda próba odwrócenia ruchu mechanizmu powoduje możliwośd powstania 
dwóch ruchów ( w przeciwnych kierunkach.  

   Przełączanie, punkty zwrotne 

20/06/2013 

15 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Inny przydatnym testem, który można szybko zastosowad do mechanizmu 
płaskiego, aby ocenid jego jakośd jest pomiar jego kąta transmisji.  

Można to zrobid analitycznie lub graficznie (w sposób przybliżony). Należy 
przedłużyd człony poza miejsce obrotu w parze kinematycznej i zmierzyd kąt.  
μ - kąt transmisji przedstawiono na rys. 3-2a. Jest definiowany jako kąt między 
członem wyjściowym i łącznikiem. 

Jest to zazwyczaj wartośd bezwzględna kąta ostrego z pary kątów  
na skrzyżowaniu dwóch członów i zmienia się w sposób ciągły od minimalnej  
do maksymalnej wartości w miarę jak mechanizm przechodzi przez cały zakres 
ruchu. 

Jest to miara jakości siły i prędkości transmisji w parze kinematycznej 
(połączeniu członów). 

   Warunki ograniczające – Kąt  

20/06/2013 

16 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Rys. 3-2. Kąt transmisji dla mechanizmu czworoboku przegubowego 

   Warunki ograniczające – Kąt 

20/06/2013 

17 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Rysunek 3-2b przedstawia T

2

 moment obrotowy członu 2. Nawet zanim ruchu 

się rozpocznie powoduje powstanie statycznej, współliniowej siły F

34

 

oddziaływania członu 3 na człon 4 w punkcie D. Jego promieniowe (normalne) 
i styczne współrzędne F

t34

 i F

r34

 są rozwinięte równolegle i prostopadle do 

członu 4. 

Wymaga się, aby wszystkie składowe siły F

34

 powodowały moment obrotowy 

T

4

 na człon 4. 

Tylko składowa styczna powoduje moment obrotowy na człon 4. Składowa 
normalna F

r34

 powoduje rozciąganie lub ściskanie w członie 4,powoduje 

zwiększenie tarcia obrotu i nie wpływa na moment wyjściowy. 

Dlatego optymalna wartośd dla kąta transmisji wynosi 90 °. Jeżeli μ jest 
mniejsze niż 45 ° to składowa normaln będzie większa niż składowa styczna. 

Większośd projektantów maszyn starad się utrzymad minimalny kąt transmisji 
powyżej 40 ° dla sprawnego funkcjonowania mechanizmu i przenoszenie siły. 

   Warunki ograniczające – Kąt 

20/06/2013 

18 

Jacek Cieślik 

background image

Podsumowanie 

Synteza wymiarowa płaskiego mechanizmu polega na określeniu proporcji 
(długości) członów niezbędnych do osiągnięcia pożądanych ruchów. 

Zakłada się, że dla tego rodzaj syntezy płaskie mechanizmy są najbardziej 
odpowiednim rozwiązaniem problemu. 

Istnieje wiele technik do wykonania tego zadania syntezy wymiarowej  
dla mechanizmów czworoboku przegubowego.  

Najprostsze i najszybsze są metody graficzne. Działają one do trzech położeo 
projektowych mechanizmu. Analityczne podejście do syntezy wymaga użycia 
programów komputerowych. 

Należy pamiętad, że zasady stosowane w tych technikach graficznych syntezy 
są takie jak dla geometrii euklidesowej. Zasady podziału odcinków i kątów, 
własności linii równoległych i prostopadłych i definicje łuków, itd. są potrzebne 
do wygenerowania tych mechanizmów płaskich. 

 

   Synteza wymiarowa 

20/06/2013 

19 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Syntezę na podstawie dwóch pozycji można podzielid na dwie kategorie: 

 -   wahacz na wyjściu (pełny obrót), 
 -   łącznik na wyjściu (ruchu złożony). 

Wahacz na wyjściu jest najbardziej odpowiedni do sytuacji, w których 
mechanizm w układzie korba-wahacz jest pożądany i jest to łatwy przypadek 
generowania funkcji, w którym funkcja wyjścia jest definiowana jako dwa 
oddzielne położenia wahacza. 

Łącznik na wyjściu jest bardziej ogólnym i prostym przypadkiem generowania 
ruchu, w którym dwa położenia linii w płaszczyźnie są definiowane jako 
wyjście. 

Takie rozwiązanie często prowadzi do układu potrójnego wahacza. Jednak 
czworobok przegubowy w układzie potrójnego wahacza może byd napędzany 
silnikiem poprzez dodanie dwójki (łaocuch złożony z dwóch członów),  
co sprawia, że koocowy wynik ma postad mechanizmu Watta (sześd członów) 
zawierający czworobok przegubowy, jako element składowy (pod-łaocuch). 

   Synteza wymiarowa – Synteza na podstawie dwóch położeo 

20/06/2013 

20 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Mechanizm czworoboku przegubowego jest najprostszym możliwym rodzajem 
płaskiego mechanizmu połączonego za pomocą sworzni o jednym stopniu 

swobody.  
Występuje w różnych odmianach, jak np. mechanizm korbowo-suwakowy.  

Jest to najbardziej powszechne urządzenie stosowane w maszynach.  
Jest wszechstronny pod względem osiąganych rodzajów ruchu i powinien byd 
jednym z pierwszych badanych rozwiązao.  
Warunek Grashofa przewiduje zachowanie (obracanie się) mechanizmu 

czworoboku przegubowego (w różnych wersjach) na podstawie długości 
członów. 

S = długośd najkrótszego członu (połączonego z podstawą),  
L = długośd najdłuższego członu, 
P = długośd jednego z pozostałych członów, Q = długośd ostatniego członu 

Jeżeli:    

 

 S + L ≤ P + Q    

 

 

 

 

to mechanizm jest mechanizmem Grashofa i co najmniej jeden człon będzie w 
stanie dokonad pełnego obrotu względem osi należącej do podstawy. 
Taki mechanizm nosi nazwę - łaocuch kinematyczny klasy I.  
Jeśli nierównośd nie jest prawdziwa, to mechanizm nie jest  mechanizmem 
Grashofa i żaden człon nie  będzie w stanie wykonad pełnego obrotu.  
To jest łaocuch kinematyczny klasy II. 

   Warunek Grashofa 

20/06/2013 

21 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Wszystkie przypadki mechanizmu nie będące mechanizmem Grashofa. 

   Warunek Grashofa 

20/06/2013 

22 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Problem: Zaprojektowad mechanizm czworoboku przegubowego w układzie 
korba-wahacz dający 45 ° obrotu dźwigni wahacza z równym czasem do 
przodu i do tyłu, przy stałej prędkości obrotowej silnika. 
Rozwiązanie: (patrz rys. 3-3) 
 1. Narysuj człon wyjściowy O

4

B w obu skrajnych położeniach, B

1

 i B

2

 w 

dowolnym dogodnym miejscu, np. tak, że uzyskano żądany kąt ruchu θ4. 
 2. Narysuj łuk B

1

B

2

 i przedłuż go w dowolnym kierunku. 

 3. Wybierz dogodny punkt O

2

 na przedłużeniu linii B

1

B

2

 4. Podziel na połowę odcinek B

1

B

2

 narysuj okrąg o tym promieniu o środku  

     w O

2

 5. Oznacz dwa przecięcia okręgu i przedłużonego łuku B

1

B

2

 odpowiednio A

1

  

      i A

2

 6. Zmierz długośd łącznika A

1

 do B

1

 lub A

2

 do B

2

 7. Zmierz długośd członu 1, długośd korby 2 i długośd wahacza 4. 
 8. Sprawdź warunek Grashofa. Jeśli nie jest spełniony powtórz kroki od 3 do 8  
     z O

2

 umieszczonym dalej od O

4

. 

  Przykład 1 

20/06/2013 

23 

Jacek Cieślik 

Rys. 3-3a. Synteza mechanizmu na podstawie dwu pozycji z wahaczem na wyjściu 

   Przykład 1 

20/06/2013 

24 

Jacek Cieślik 

background image

   Przykład 1 

20/06/2013 

25 

Jacek Cieślik 

Fig. 3-3b. Synteza mechanizmu na podstawie dwu pozycji z wahaczem na wyjściu 

Podsumowanie 

Wahacz na wyjściu - dwie pozycje, przy złożonym ruchu. (Generacja ruchu)   

Problem: Zaprojektowad mechanizm czworoboku przegubowego przenoszący 
człon CD z pozycji C

1

D

1

 do C

2

D

2

 

Rozwiązanie: (patrz rys. 3-4) 
 1. Narysuj człon CD w dwóch wymaganych pozycjach C

1

D

1

 i C

2

D

2

  

      w płaszczyźnie, jak pokazano. 
 2. Narysuj linie konstrukcyjne z punktu C

1

 do C

2

 i D

1

 z punktu do D

2

 3. Podziel na połowę odcinki C

1

C

2

 i D

1

D

2

 i przedłuż ich symetralne tak,  

     aby przecięły się w punkcie O

4

. Punkt Ich przecięcia jest środkiem obrotu. 

 4. Wybierz dogodny promieo i narysuj łuk względem środka obrotu do  
     przecięcia z obu liniami O

4

C

1

 i O

4

C

2

. Oznacz przez B

1

 i B

2

 punkty przecięcia. 

 5. Wykonaj kroki od 2 do 8 z Przykład 1, aby zakooczyd budowanie  
     mechanizmu przegubowego. 

   Przykład 2 

20/06/2013 

26 

Jacek Cieślik 

Rys. 3-4a. Synteza mechanizmu na podstawie dwu pozycji z wahaczem na wyjściu 

   Przykład 2 

20/06/2013 

27 

Jacek Cieślik 

Rys. 3-4a. Synteza mechanizmu na podstawie dwu pozycji z wahaczem na wyjściu 

   Przykład 2 

20/06/2013 

28 

Jacek Cieślik 

Podsumowanie 

Łącznik na wyjściu - dwie pozycje, przy złożonym ruchu. 
Problem: Zaprojektowad mechanizm czworoboku przegubowego przenoszący 
człon CD z pozycji C

1

D

1

 do C

2

D

2

 (z ruchomymi sworzniami w punktach C i D). 

Rozwiązanie: (patrz rys. 3-5) 
 1. Narysuj człon CD w dwóch wymaganych pozycjach C

1

D

1

 i C

2

D

2

 w płaszczyźnie. 

 2. Narysuj linie konstruowane z punktu C

1

 do C

2

 i D

1

 z punktu do D

2

 3. Podziel na połowę odcinki C

1

C

2

 i D

1

D

2

 i przedłuż ich symetralne tak, aby  

 przecięły się w punkcie O

4

. Środek obrotu nie będzie używany w tym rozwiązaniu. 

 4. Wybierz po jednym dowolnym punkcie na każdej dwusiecznej, odpowiednio  
      jako stałe punkty obrotu O

2

 i O

4

,. 

 5. Połącz O

2

 z C

1

 i nazwij członem 2. Podłącz O

4

 z D

1

 i nazwij członem 4. 

 6. Odcinek C

1

D

1

 jest członem 3. Odcinek O

2

O

4

 jest członem 1. 

 7. Sprawdź warunek Grashofa i powtórz kroki od 4 do 7 jeśli nie jest spełniony.  
      Należy pamiętad, że wszystkie warunki Grashofa są dopuszczalne. 
 8. Zbuduj model i sprawdź jego działanie, aby upewnid się czy może dostad się od  
      położenia wyjściowego do koocowego, nie napotykając żadnych ograniczeo  
      (przełącznik pozycji). 
 9. Sprawdź kąt transmisji. 

   Przykład 3 

20/06/2013 

29 

Jacek Cieślik 

Fig. 3-5. Synteza mechanizmu na podstawie dwu pozycji z łącznikiem na wyjściu. 

  Przykład 3 

20/06/2013 

30 

Jacek Cieślik 

background image

Problem: Zaprojektowad grupę strukturalną do napędu i sterowania ruchem 
układu z przykładu 3. Rozwiązanie przedstawiono na rys. 3.6a. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rys. 3-6a. Dodawanie grupy strukturalnej do mechanizmu dźwigniowego. 

 

Przykład 4 – dodanie grupy strukturalnej do sterowania ruchem mechanizmu z przykładu 3. 

20/06/2013 

31 

Jacek Cieślik 

1. Wybrad dogodny punkt na członie 2 mechanizmu projektowanego w 

przykładzie 3.  

2. Nie może to byd punkt leżący na linii O

2

C

1

. Oznacz ten punkt jako B

1

3. Narysuj łuk o środku w punkcie O

2

 przechodzący przez B

1

 tak, aby przecinał 

linię O

2

C

2

 w drugim położeniu członu 2. Oznacz ten punkt jako B

2

. Łuk B

1

B

2

 

wyznaczy położenia jak w Przykładzie 1. 

4. Wykonaj kroki od 2 do 9 z przykładu 1 w celu ukooczenia mechanizmu, z 

wyjątkiem dodanych członów  5 i 6. Znajdź środek O

6

 jako środek obrotu 

członu 6, który będzie członem napędowym (korba).  
Czworobok (podłaocuch) złożony z członów O

6

, A

1

B

1

O

2

 musi spełniad 

warunek Grashofa. 

 
 

  Przykład 4 – dodanie grupy strukturalnej do sterowania ruchem mechanizmu z przykładu 3. 

20/06/2013 

32 

Jacek Cieślik 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rys. 3-6b. Ukooczony 6-cio członowy mechanizm dźwigniowy z napędem w O

6

  Przykład 4 – dodanie grupy strukturalnej do sterowania ruchem mechanizmu z przykładu 3. 

20/06/2013 

33 

Jacek Cieślik 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rys. 3-6c. Inne położenie  
6-cio członowego  
mechanizm dźwigniowego  
z napędem w O

6

  

Przykład 4 – dodanie grupy strukturalnej do sterowania ruchem mechanizmu z przykładu 3. 

20/06/2013 

34 

Jacek Cieślik 

Synteza przez trzy punkty (trójpozycyjna) umożliwia zdefiniowanie trzech pozycji 
linii w płaszczyźnie i utworzy konfigurację mechanizmu czworoboku 
przegubowego, umożliwiającą przeniesienie go do każdego z tych położeo. Jest to 
problem generacji ruchu. 

Technika syntezy jest logiczną kontynuacją metody stosowanej w przykładzie 3 dla 
dwu-pozycyjnej syntezy z wyjściem w postaci łącznika. 

Wynikowy mechanizm może mied dowolny warunek Grashofa i zwykle wymaga 
dodania grupy strukturalnej do sterowania i ograniczenia jej ruchu do 
wymaganych położeo (pozycji). 

 
 

  Synteza przez trzy punkty z poruszającymi się sworzniami 

20/06/2013 

35 

Jacek Cieślik 

Problem: Zaprojektuj mechanizm czworoboku przegubowego do poruszania 
członu CD z położenia C

1

D

1

 do C

2

D

2

 i dalej do C

3

D

3

. Ruchome sworznie to punkty C 

D. Znajdź położenia stałych sworzni. 

Rozwiązanie:  (patrz Rys. 3.8) 

1. Narysuj człon CD w trzech położeniach projektowych C

1

D

1

C

2

D

2

C

3

D

3

 na 

płaszczyźnie jak pokazano. 

2. Narysuj linie konstrukcyjne od punktu C

1

 do C

2

 i od punktu C

2

 do C

3

 

3. Znajdź środki odcinków C

1

C

2

 oraz C

2

C

3

 i przedłuż ich prostopadłe aż do punktu 

przecięcia. Oznacz punkt przecięcia jako O

2

4. Powtórz kroki 2 i 3 dla odcinków D

1

D

2

 and D

2

D

3

 . Oznacz punkt przecięcia jako 

O

4

5. Połącz punkt O

2

 z punktem C

1

 i oznacz jako człon 2. Połącz punkt O

4

 z punktem 

D

1

 i oznacz jako człon 4. 

6. Odcinek C

1

D

1

 jest członem 3. Odcinek O

2

O

4

 jest członem 1. 

7. Sprawdź warunek Grashofa. Każdy wynik jest akceptowalny w tym przypadku. 
8. Zbuduj napędową grupę strukturalną zgodnie z metodą podaną w przykładzie 

4 stosując przedłużenie członu 3 do dołączenia grupy strukturalnej. 

  Przykład 5 – projekt mechanizmu przez trzy punkty 

20/06/2013 

36 

Jacek Cieślik 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rys. 3-7a. Metoda konstrukcji    Rys. 3-7b. Ukooczony mechanizm czworoboku. 
 

 

 

 

 Nie spełnia warunku Grashofa. 

   Przykład 5 – projekt mechanizmu przez trzy punkty 

20/06/2013 

37 

Jacek Cieślik