USZCZELNIENIA

Podstawowe elementy uszczelnienia to:

-element uszczelniający (uszczelki, pierścień kształtowy, ciecz magnetyczna)

-powierzchnie uszczelniane (płaskie, cylindryczne)

-elementy pomocnicze (dociskowe, prowadzące)

Przeciek-przedostanie się czynnika roboczego z jednego określonego obszaru do drugiego. W każdym przypadku kierunek przepływu czynnika zależy od różnicy ciśnień delta p=p1-p2. Jeżeli za obszar I przyjmiemy wnętrze urządzenia o ciśnieniu p1 a obszarem II nazwiemy otoczenie o ciśnieniu p2 to przy delta p>0 zadaniem uszczelnienia jest przeciwdziałanie wypływowi czynnika z urządzenia, a przy delta p<0 uszczelnienie powinno chronić wnętrze urządzenia przed wnikaniem niepożądanych czynników (płyn wilgoć) z otoczenia.

Miarą natężenia przecieku jest hPa dm^3 s^-1. Przeciek równy jest jedności, gdy ciśnienie w zbiorniku o pojemności 1 dm zmienia się w ciągu 1s o 1hPa.

Przy rozpatrywaniu współpracy powierzchni elementów należy uwzględnić wpływ parametrów określających stan powierzchni na których zachodzi proces uszczelniania

Cechy-chropowatość pow., twardość, kierunkowość struktury mogą zmienić nośność warstwy wierzchniej iw wielkość pola powierzchni styku, wpływając na szczelność. Zmniejszenie chropowatości przez dotarcie elementów wpływa korzystnie na przyleganie i szczelność

Czynniki które uwzględniamy przy doborze uszczelnien:

-rodzaj czynnika roboczego i jego oddziaływanie chemiczne

-wielkość ciśnienia czynnika

-wielkość temperatury

-prędkość i rodzaj ruchu elementu uszczelnianego

-wolna przestrzeń do zabudowy

-łatwość i koszt montażu i demontażu

-trwałość uszczelnienia (starzenie)

-względy ekonomiczne

Ogólna klasyfikacja uszczelnień:

a)uszczelnienia połączeń ruchowych

-uszczelnienia ruchu posuwisto zwrotnego (pierścienie tłokowe i segmentowe; pierścienie samouszczelniające; uszczelnienia przesłonowe)

-uszczelnienia ruchu obrotowego:

*uszczelnienia stykowe: prostą powierzchnią styku (czołowe), z cylindryczną (wargowe, dławieniowe)

*uszczelnienia bezstykowe: szczelinowe (labiryntowe, z pierścieniem pływającym); cieczowe(wirnikowe, śrubowe, terromagnetyczne)

Podział materiałów uszczelniających:

-elastomery

-tworzywo sztuczne

-węgiel (grafit)

-węglik krzemu

-węgliki wolframu

-azotki krzemu

-tlenek glinu

-metale

Elastomery – to polimerowe tworzywa sztuczne lub naturalne, które cechuje zdolność do odwracalnej deformacji pod wpływem działania sił mechanicznych, z zachowaniem ciągłości ich struktury. Elastomery to szersza grupa materiałów niż gumy, które stanowią tylko jedną z klas elastomerów.

Elastomer posiada zdolność zmiany w szerokim zakresie swoich wymiarów w momencie gdy jest poddawany naprężeniom rozciągającym, ścinającym lub ściskającym oraz następnie powrót do poprzednich wymiarów. Np: niektóre rodzaje gum opartych na kauczukach silikonowych można rozciągnąć o 1000% pierwotnych wymiarów bez zerwania.

Zastosowanie:

-bardzo niski moduł sprężystości (od 5-20 MPa) oraz bardzo duża odkształcalność do zerwania przekraczająca zwykle 100% co jest istotne przy montażu oraz przy pracy

-jako materiał sprężynujący z małą histerezą-zapewnia to możliwość szybkiego reagowania na zmiany ciepła

-ma stosunkowo dużą odporność na pełzanie, wytrzymałość jest dość niska w porównaniu z większością tworzyw sztucznych czy metali. Termoplasty:

-niski współczynnik tarcia-nwet przy tarciu suchy lub przy niskiej prędkości obrotowej uszczelnianego połączenia lub niedostatecznego smarowania układu

-z odpowiednim wypełniaczem tworzywo wykazuje bardzo dobrą odporność na ścieranie

-wysoka wytrzymałość a w przypadku wytrzymałości do masy skutecznie konkurują nawet z metalami

-większy zakres temp. niż jest to możliwe przy elastomerach

-szeroki zakres odporności chemicznej

Wady tworzyw sztucznych jako uszczelnień:

-nie tłumią drgań i wibracji a przy takich obciążeniach mogą się przemieszczać

-niska elastyczność nie pozwala na rozciągnięcie przy montażu co stwarza problemy i ogranicza możliwość projektowania, szybsze zużywanie

-temp. wywiera znaczny wpływ na własności podobnie czas

Odporne na: wodę, oleje mineralne i syntetyczne, płyny hamulcowe, nieutleniające kwasy, zasady, sole, związki organiczne nieutleniające

Nie odporne na: utleniające chemikalia, silne kwasy, chlor, rozpuszczalniki chlorowane

Materiały na elementy uszczelnień czołowych

Przy doborze materiał∟u należy uwzględnić:

-odporność chemiczną

-własności samosmarne

-niski współ. Tarcia

-przewodność cieplną

-rozszerzalność cieplną

-sztywność

-uzyskanie odpowiednij gładkości

-pv>50 MPam/s; wymagane chłodzenie

Pierścienie ślizgowe ruchome:

Tworzywa węglowo-grafotowe, węglik krzemu, węglik wolframu, ceramika, węglografit metalizowany

Pierścienie ślizgowe stałe: stal nierdzewna, PTFE z wypełniaczem węglowym, węglik krzemu, żeliwo

Tworzywo węglowe-wrażliwe na wysokie ciśnienie

Węglik krzemu nie nadaje się do uszczelnienia kwasów

Ceramika nie powinna być stosowana dla gazów

Mienki metalowe i sprężyny: stal nierdzewna stopy metalowe

Wpływ temperatury:

-odparowanie czynnika w szczelinie i pogorszenie smarowania

-odkształcenia cieplne pierścieni i zmiany kształtu szczeliny

-pękanie powierzchni

-zniszczenie uszczelnien wtórnych

-zmiana własności fizyko-chem. I mechan.

Układy uszczelnień:

-zdojony i szeregowy

Układ zdwojony- tworzą dwa urządzenia czołowe odwrócone względem siebie o 180 stopni uszczelnienia od strony atmosfery II. Przestrzeń pomiędzy obu sczelinami wepłenia się cieczą zaporową o ciśnieniu wyższym o 0,1-0,2 MPa niż ciśnienie czynnika. W poprawnie działającym uszczelnieniu możliwy jest wyciek jedynie cieczy zaporowej.

Cechy cieczy zaporowej:

-dobre własności samru

-duża przewodnośc cieplna

-wys. temp. parowania

-nie może działać na czynnik uszczelniany

Stosowane medie:

Chlorek etylenu 130-15 stopni C

Propanol 120-70

Metylowy 80-40

Gliceryna 100-200

PROEKTOWANIE ITD

Maszyna-urządzenie zawierające mechanizm lub zespół mechanizmów

Mechanizm-zespół współpracujących ze sobą części składowych maszyny lub przyrządu spełniających określone zadania, jak no przenoszenie ruchu.

Projektowanie-to opracowanie informacji o sposobach zaspokajania potrzeb

Konstruowanie-polega na doborze cech konstrukcyjnych (materiałowe, geometryczne, dynamicznych)

Algorytm zadania konstrukcyjnego

Zadanie konstrukcyjne-> przygotowanie modelu fizycznego -> skompletowanie danych uzupełniających(dane normowe, materiałowe)->opracowanie modelu matematycznego-> sformułowanie procedury optymalizacyjnej-> wykonanie obliczeń-> opracowanie dokumentacji technicznej

Algorytm realizacji procesu projektu konstrukcyjnego:

Założenia projektowo-konstrukcyjne-> tworzenie układu funkcji składowych-> poszukiwanie fizycznych modeli realizacji funkcji składowych-> tworzenie struktury funkcji składowych i wariantów rozwiązań-> wybór przydatnych kombinacji-> konkretyzacja warunków-> identyfikacja kryteriów oceny-> wartościowanie wariantów-> opracowanie wybranych projektów koncepcyjnych

Schemat blokowy przedstawiający ideę maszyny jako obiektu przetwarzającego materię:

E-energia

I-inforacja

u-skutek użyteczny

R-organ roboczy

M-materia

S-silnik

T-reduktor, multiplikator

Projektowanie maszyny

podział na zadania konstrukcyjne:

-konstrukcja maszyny

-układy robocze

-układy napędowe

-układy elektryczne

-układy hydrauliczne

-inne

Koordynacja prac -> dokumentacja techniczna

Proces realizacji zadania konstrukcyjno-projektowego

1.Podział środków smarnych:

Gazowe: powietrze, azot dwutlenek wegla, inne gazy

Płynne: oleje mineralne, aleje syntetyczne, woda, emulsje, inne ciecze

Plastyczne na bazie: olejów mineralnych, syntetycznych, inne smary

Stałe: grafit, dwusiarczek molibdenu(MoS2), dwusiarczek wolframu (WS2), inne

2.Charakterytyka:

Gazowe: Gaz jest stosowany jako smar w smarowaniu gazostatyczne lub gazodynamiczne wysokoobrotowych, niskoobciążonych łożysk ślizgowych.

Płynne: Oleje mineralne będące produktami przeróbki ropy naftowej są najszerzej stosowane w samrowaniu maszyn. Na ich bazie wytwarzane są oleje smarowe które, w zależności od potrzeb i zastosowania są mieszaniną róznych olejów bazowych i dodatków uszlachetniajacych poprawiajacych smarność i odporność olejów na oddziaływania zewnętrzne.

Oleje syntetyczne dzielą się na dwie grupy: oleje węglowodorowe i oleje niewęglowodorowe. Otrzymuje się je na drodze syntezy chemicznej w celu uzyskania bardzo określonych właściwości fizyko-chemicznych; są to na przykład trudnopalne oleje hydrauliczne, oleje silnikowe o wysokim wskaźniku lepkości, obojętne chemicznie oleje spożywcze.

Wodę lub emulsje wodne stosuje się w mechanizmach gdzie woda występuje jako czynnik roboczy (pompy wody) , w przypadkach, gdzie potrzebne jest intensywne chłodzenie smarowanych elementów, lub w miejscach zagrożenia pożarowego lub wybuchowego (górnictwo).

Plastyczne: Są to przeważnie smary plastyczne, powstałe przez zagęszczenie olejów mineralnych lub syntetycznych specjalnymi mydłami (wapniowymi, sodowymi, litowymi, baru i innych pierwistków). Stosowane są w mechanizmach, gdzie trudno utrzymać lub dostarczać olej smarowy.

Smary plastyczne są to dyspersje stałych zagęszczaczy w fazie ciekłej. W skład smarów jako reguła, wchodzą trzy podstawowe składniki:

- faza ciekła (osnowa) – 70 … 90%; (olej mineralny, syntetyczny, roślinny lub ich mieszaniny),

-faza zdyspergowana, stała, zagęszczacz – 10 … 25%; (mydła metali, polimery, stałe węglowodory, a także substancje nieorganiczne np.: bentonity, żel krzemionkowy itp.)

-dodatki poprawiające właściwości eksploatacyjne, modyfikatory struktury, wypełniacze – 1 … 15%; mogą być one zawarte zarówno w fazie ciekłej jak i w fazie stałej.

Smary plastyczne są cieczami nienewtonowskimi. Oznacza to, że ich lepkość zależy nie tylko od ciśnienia i temperatury, lecz także od gradientu prędkości.

Stałe: materiały te mają budowę płytkową, co ułatwia wytworzenie charakterystycznych płaszczyzn poślizgu, dzięki czemu zmniejszony jest współczynnik tarcia. Stosowane są jako samoistne środki smarne w warunkach podwyższonej temperatury, lub jako dodatki do olejów smarowych i smarów.

3.Lepkość dynamiczna

• - współczynnik lepkości dynamicznej (lepkość dynamiczna): lepkość dynamiczna stosowana jest w obliczeniach łożysk hydrodynamicznych i hydrostatycznych. Jednostka lepkości dynamicznej paskalosekunda

$$\tau = \frac{F}{A} = \frac{N*s}{m^{2}}$$

4.lepkość kinematyczna:

Do celów klasyfikacji lepkościowej olejów smarowych używa się współczynnika lepkości kinematycznej (lepkość kinematyczna). Lepkość kinematyczna jest to lepkość dynamiczna odniesiona do gęstości (masy właściwej): $v = \frac{\eta}{\rho} = \frac{m^{2}}{s}$

5.Wskaźnik lepkości:

Idea tego wskaźnika polega na porównaniu zmian lepkości badanego oleju w zależności od temperatury ze zmianami lepkości dwóch olejów wzorcowych o znacznym zróznicowaniu wrażliwości na zmiany temperatury . Olejowi wzorcowemu o małej wrażliwości oznaczonemu literą H (High-wysoki) przypisuje się wskaźnik lepkości 100, a olejowi wzorcowemu o dużej wrażliwości oznaczonemu literą L (Low-niski) przypisuje się wskaźnik lepkości 0.

Badany olej oznaczony literą U (Unidentified-nieznany) ma nieznaną wrażliwość na zmiany temperatury.

Badanie polega na dobraniu olejów wzorcowych H i L w taki sposób aby w temperaturze 100⁰C (210⁰F) miały lepkość taką samą jak olej badany U. Wtedy mierząc lepkość olejów H, L i U w temperaturze 40⁰C (100⁰F) można określić wskaźnik lepkości WL według wzoru: $\mathbf{\text{WL}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{L}\mathbf{-}\mathbf{U}}{\mathbf{L}\mathbf{-}\mathbf{H}}\mathbf{*}\mathbf{100}$

6.Lepkość strukturalna smarów:

Odpowiednikiem lepkości dynamicznej jest dla smarów lepkość strukturalna η. Określa się ja jako stosunek naprężenia stycznego τ do gradientu prędkości odkształcania smaru D w określonej chwili.

7.Podział smarowania:

Rodzaj środka smarowego: płynami(cieczami, gazami), smarami plastycznymi, smarami stałymi, kompozycjami smarowymi(emulsjami, mgłą olejową, kompozycjami olej lub smar plastyczny-smar stały)

Ilość środka smarowego: okresowe, ciągłe

Dopływ środka smarowego: bezciśnieniowe (grawitacyjne, kapilarne, powielaczowe, zanurzeniowe, rozbryzgowe, inne) ciśnieniowe

Obieg środka smarowego: przelotowe, obiegowe

Zespołowość: indywidualne, grupowe

Obsługa: ręcznie, automatycznie

8. Smarowanie obiegowe polega na przepływie środka smarnego w obiegu zamkniętym, wg schematu: zbiornik oleju - pompa - skojarzenie trące - miska olejowa - zbiornik oleju

W układach smarowania obiegowego są stosowa­ne: filtry, odstojniki, chłodnice, urządzenia kontrolno - pomiarowe do nadzorowania stanu oleju: temperatury, ciśnienia, poziomu, stanu czystości, a także regulatory ciśnienia i przepływu, zawory bezpieczeństwa, wyłączniki, rozdzielacze.

Układy smarowania obiegowego są stosowane w przypadkach wydzielonych jednostek (maszyn), wymagających dużych ilości środka smarnego, który wielokrotnie przepływa przez smarowane skojarzenia trące maszyny. Układy smarowania obiegowego są stosowane w urządzeniach wymagających intensywnego smarowania z uwagi na bardzo duże obciążenia lub konieczność odprowadzania ciepła. Typowe zastosowania to walcownie metali, silniki spalinowe ciężkie przekładnie zębate.

9. Zasadniczą cechą smarowania przelotowego (obieg otwarty) jest jednokrotne przejście środka smarnego przez smarowany mechanizm. Smarowanie przelotowe jest stosowane w przypadkach, gdy ze względów ekonomicznych, konstrukcyjnych lub właściwości środka smarnego, zastosowanie smarowania obiegowego jest niecelowe. W układach tego typu środek smarny ze zbiornika, przepływa przez smarowany mechanizm, a następnie wypływa poza układ. Taki sposób smarowania najczęściej jest stosowany w przypadku smarowania smarami plastycznymi, ale również olejami. Istnieje wiele rozwiązań konstrukcyjnych przelotowych urządzeń smarowych do smarów plastycznych w postaci układów centralnego smarowania lub smarowniczek indywidualnych. W większości przypadków, rozwiązania konstrukcyjne układów przelotowego smarowania olejem, ogranicza się do schematu: zbiornik oleju - układ dozujący - skojarzenie trące - odprowadzenie

Smarowanie natryskowe zamkniętej przekładni zębatej.

1 - przewód doprowadzający olej, 2 - wtryskiwacz, 3 - koło zębate.

Grawitacyjne ciągłe smarowanie otwartej przekładni zębatej

1 - pojemnik na olej, 2 - kurek.

10. Charakterystyka samoczynnych smarowniczek:

- dostarczają oleje i smary do wszystkich punktów smarowania.

-pewne, bezpieczne i w pełni automatyczne.

-posiadają wskaźnik opróżnienia.

-automatycznie dopasowują swoje ciśnienie podawania do potrzeb każdego punktu smarowania.

-okres pracy w zależności od potrzeb i typu do 12 miesięcy.

-wymienialne ręcznie bez potrzeby stosowania narzędzi. I nie wymagają kontroli.

11.ZALETY I WADY CENTRALNYCH UKŁADÓW SMAROWANIA

ZALETY

-Utrzymują właściwą grubość warstwy środka smarnego

-Skuteczne smarowanie – wzrost niezawodności – zwiększenie możliwości wytwórczych

-Zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych

-Bezpieczeństwo pracy

WADY

-Dodatkowe koszty projektowania i budowy układu smarowania i kontroli procesu

-Większe wymagania co do poziomu technicznego obsługi

-Nadają się do bardziej odpowiedzialnych i złożonych mechanizmów

12. CHARAKTERYSTYKA WIELOPUNKTOWEGO UKŁADU SMAROWANIA Z DŁAWIKAMI DOZUJACYMI OLEJ

-Nadaje się tylko do smarowania olejem

-Dławik nie ma działania wyporowego dlatego może być stosowany tylko w układach niskociśnieniowych

-Uszkodzenie przewodu w dowolnym miejscu powoduje brak smarowania całego mechanizmu

-Brak kontroli układu

- Kanały wkładu dławiącego są podatne na zatykanie

- Dławiki mogą być wbudowane w urządzenie

- Łatwe dodawanie punktów smarowniczych

- Niezbyt kosztowny

- Projektowanie i montaż układu są stosunkowo proste

WSPÓŁCZYNNIK TARCIA:

Wzór Eulera

gdzie:

S1 – siła po stronie bardziej obciąŜonej,

S2 – siła po stronie mniej obciąŜonej,

- kąt opasania koła pędnego liną,

- współczynnik tarcia pomiędzy liną, a wykładziną,

e - podstawa logarytmu naturalnego

(e = 2.718281828458563411277850606202642)

Siła obwodowa

Stopień pewności przed poślizgiem-Stosunek nadwagi dopuszczalnej do nadwagi rzeczywistej

Jak możemy zabezpieczyć się przed poślizgiem

-Wykładziny

-Kąt opasania

-Napinanie

Materiały na wykładziny

KOŁA NAPĘDÓW

- GUMA

- MODAR

- BECORIT

NA INNE KOŁA

-poliamid

Czynniki wpływające na współczynnik tarcia

liny o wykładzinę

• materiał wykładziny

• konstrukcja liny

• wartość nacisku

• prędkość pełzania liny

• smarowanie (rodzaj smaru i intensywność smarowania )

• wilgotność liny i wykładziny

• temperatura

Wymagania stawiane wykładzinom

-wysoka wartość współczynnika tarcia (stabilna, niezależna od warunków)

-odporność na ścieranie

-duża twardość w szerokim zakresie temperatur

- odporność na działanie czynników zewnętrznych

- niepalność

Podstawowe badanie wykładzin

-badania statycznego współczynnika tarcia

-badania kinetycznego współczynnika tarcia

- badanie ścieralności

- badania palności

- badania twardości

Materiały konstrukcyjne

Materiałami konstrukcyjnymi nazywane są materiały inżynierskie wykorzystywane przy budowie urządzeń i maszyn. Zaliczamy do nich metale a także ich stopy, ceramikę, kompozyty, polimery.

Metale to materiały w stanie stałym charakteryzujące się takimi właściwościami jak:

- połysk,

- dobre przewodzenie elektryczności i ciepła,

- plastyczność,

Te właściwości wynikają z metalicznego wiązania występującego między atomami tworzącymi metal oraz z krystalicznej budowy. Metale dzielimy na dwie grupy: nieżelazne - kolorowe i żelazne.

Polimery nazywane są również tworzywami wielkocząsteczkowymi. Wyróżniamy polimery sztuczne i naturalne. Sztuczne powstają poprzez łączenie najczęściej wiązaniami kowalencyjnymi dużej ilości identycznych i niewielkich zgrupowań atomów, nazywanych monomerami. Polimery naturalne nazywane są biopolimerami i otrzymuje się je w wyniku obróbki i częściowej modyfikacji naturalnych surowców.

PROJRKTOWANIE W UJECIU MECHATRONICZNYM (daty,piezo,magneto,MES)

Dyscypliny wiedzy wykorzystywane przy projektowaniu maszyn w ujęciu mechatronicznym:

-mechanika-mechanika techniczna; budowa maszyn; teoria maszyn i mechanizmów

-przetwarzanie informacji-teoria systemów; przetwarzanie danych procesowych

-elektrotechnika-mikroelektronika; elektronika siłowa; metrologia

Problem syntezy

Jakie siły i momenty należy przyłożyć w odpowiednich punktach mechanizmu aby pewien jego punkt wykonał ruch? -> do realizacji tego zadania potrzebne są elementy regulacyjne i nastawcze

Wielkości pomiarowe w układach mechatronicznych:

Wielkości mechaniczne: droga, prędkość, przyspieszenie, siła, moment obrotowy, tem., ciśnienie.

Wielkości elektryczne: prąd, napięcie, natężenie pola, gęstość strumienia magnetycznego

Do pomiaru tych wielkości potrzebne są systemy pomiarowe odznaczające się:

-dużą dynamiką

-wysoką rozdzielczością

-odpornością na zakłócenia

-trwałością

-miniaturyzacją

System mechatroniczny:

a)system podstawowy-mechaniczny

b)system sensorów-czujników

c)system aktuatorów- człony wykonawcze uruchamiające

d)procesory i przetwarzanie danych wejściowych

Podział sensorów:

-proste-przetwornik przekształtnik

-integrowane-posiadają dodatkowo zabudowany wraz z sensorem moduły np. wzmacniające sygnał, normujące sygnał wyjściowy od 0-5V itp.

-inteligentne-sensory zintegrowane z dodatkowymi mikrokontrolerami np. samoczynnie protokołującymi dane pomiarowe, podających informacje o osiągnięciu jakiejś wartości granicznej, lub sensory składające się z kilku czujników np. akcelerometry podające nie tylko wartości przyspieszenia ale i jego składowe na kierunkach prostopadłych

Materiały magnetostrykcyjne

Charakteryzują się zmianą wymiarów liniowych pod wpływem namagnesowania i odwrotnie. Mogą więc służyć zarówno jako elementy wykonawcze, jako zawory hydrauliczne (wtrysk paliwa) głośniki, itp. Jak również jako czujnik drgań czy czujniki odkształcenia.

Zjawisko magnetostrykcji odkrył już w 1842 J.P.Joule dla żelaza. Wcześnie materiały magnetostrykcyjne charakteryzowały się bardzo niewielką magnetostrykcją (rzędu 50*10^-6)

Ewolucja tych materiałów obecnie jest na etapie GMM które posiadają linową magnetostrykcję rzędu 0,2% wytrzymują naprężenia do około 600MPa a czas ich odpowiedzi na sygnał magnetyczny jest bardzo krótki około 1*10^-6 sek.

Materiały piezoelektryczne-to materiały które przetwarzają energią elektryczną na mechaniczną i odwrotnie

Zjawisko piezoelektryczności odkryli w 1880 roku Pierre i Jacques Curie. Około 15% wszystkich kryształów to piezoelektryki.

W 1917 P Langevin użył płyt kwarcowych do wykrywania obiektów podwodnych (sonaru)

Piezoelektryki mają również zastosowanie jako czujniki i elementy wykonawcze. Znajdują one zastosowanie w głowicach drukujących drukarek (uzyskuje się średnice plamki tuszu kilkakrotnie mniejszą od grubości włosa a ciśnienie w dyszy osiąga wartości 20MPa), zapalniczkach, układach zapłonowych, mikrofonach.

Aktuatory

W urządzeniu mechatronicznym aktuatory znajdują się pomiędzy regulatorem (urządzeniem sterującym) a systemem lub procesem na który należy wpływać)

Mikrokomputer ->sygnał sterujący ->aktuatory(<-dodatkowa energia)->system mechaniczny

Projektowanie systemów mechatroniczncyh zaczyna się na ogół od studium systemu czyli od wyboru jednej spośród wielu koncepcji spełniającej zadane kryteria.

W trakcie wyboru i realizacji koncepcji istotne są zarówno modele zorientowane na funkcję jak i modele zorientowane na postać konstrukcyjną

Modele zorientowane na funkcje

Modele te służą do opisu funkcji systemu mechatronicznego. Ten rodzaj modelowania opiera się na budowie łańcucha powiązanych ze sobą ciał sztywnych np. za pomocą przegubów z uwzględnieniem działających na niego w czasie sił i momentów.

Modele zorientowane na funkcję z dobrym skutkiem odwzorowywują rzeczywiste funkcje mechanizmu. Do modelowania kinematyki układów mechanicznych można użyć takiego oprogramowania jak Working Model czy Adams.

Służą do badania wytrzymałości i tworzenia projektu konstrukcyjnego systemu mechatronicznego. Funkcjonalność odgrywa w tym wypadku drugorzędną rolę. Modele zorientowane na postać konstrukcyjną buduję w oparciu o metod elementarne, analityczne lub w oparci o MES.

Zastosowanie MES w modelowaniu:

Metoda elementów skończonych polega w ogólności w przypadku zagadnie statycznych na całkowitej eliminacji równań różniczkowych poprzez zastosowanie funkcji aproksymujących w postaci wielomianów. W przypadku zagadnień dynamicznych zastąpienie układu równań cząstkowych układem równań zwyczajowych łatwo rozwiązywalnym numerycznie np. metodą Eurela lub Runge-Kutty

Rozwój MES:

Do powstania MES przyczynili się przede wszystko matematycy którzy rozwinęli ogólne metody mające bezpośrednie zastosowanie do równań różniczkowych np. metodę residuów ważonych (Gauss 1795, Galerkim 1915, Biezeno-Koch 1923) czy aproksymacyjna metoda różnić skończonych (Richardson 1910, Liebmen 1918, Southwell 1946)

Inżynierowie stosowali bardziej intuicyjne metody znajdujące analogię pomiędzy rzeczywistymi elementami skończonymi a elementami skończonymi pewnego kontinuum. Np. McHenry, Hreinkhoff, Newmark i Southwell w latach 40 pokazali że dostatecznie dobre rozwiązanie dla sprężystego środka ciągłego można uzyskać zastępując jego małe części elastycznymi prętami.

Głównym problemem MES jest takie przeprowadzenie aproksymacji równań cząstkowych, która będzie numerycznie stabilna, czyli żeby błędy w danych wejściowych oraz błędy obliczeń pośrednich nie akumulowały się powodując że wynik symulacji będzie znacząco różny od rzeczywistego.

MES opierając się o ideę dyskretyzacji kontinuum stwarza możliwość badania złożonych zjawisk przy jednocześnie zróżnicowanej dokładności, co znacząco skraca czas obliczeń, przy zachowaniu zadowalającej dokładności wyników.