Politechnika Śląska, CKI Rybnik

Wydział Elektryczny, semestr III

Rok akademicki 2010/2011

Sekcja nr 6

Wyrwich Krzysztof

Wanglorz Mariusz

Fulneczek Mateusz

Lem Patryk

Sprawozdanie z laboratorium mechaniki i mechatroniki, temat:

WYZNACZANIE ODKSZTAŁCENIA ORAZ STANU NAPRĘŻENIA DLA

RAMIENIA AKTUATORA VCM METODĄ POMIAROWĄ I MES

Gliwice, 19.10.2010

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z następującymi zagadnieniami:

- Zapoznanie się z możliwością pomiarowego i obliczeniowego wyznaczania odkształcenia dla

elementu o złożonej geometrii.

- Wykorzystanie głowicy laserowej do pomiaru odkształcenia statycznego ramienia E-bloku.

- Wykorzystanie programu Inventor z modułem analizy naprężeń do obliczenia stanu

odkształcenia i naprężenia w ramieniu E-bloku aktuatora głowic dysku twardego.

2. Podstawowe wiadomości dotyczące ćwiczenia

Złożoność kształtów rzeczywistych elementów konstrukcyjnych urządzeń technicznych w wielu przypadkach nie pozwala na przeprowadzenie analizy i wyznaczenia poszukiwanych wielkości w sposób analityczny. Drogą postępowania w takich przypadkach może być budowa modeli uproszczonych (zastępczych), które mogą być podstawą do wyznaczenia szukanych wielkości. Budowa modeli uproszczonych geometrycznie – a więc takich dla których możliwe jest rozwiązanie analityczne dla rozważanych zagadnień, prowadzi zazwyczaj do dużych rozbieżności w stosunku do wyników badań dla obiektu rzeczywistego.

3. Metoda elementów skończonych MES

Stosując Metodę Elementów Skończonych dzielimy analizowany obszar na tzw. elementy skończone. Idea obliczeń polega na wyznaczeniu wartości poszukiwanej wielkości w węzłach siatki.

Budowa modelu obliczeniowego w zakresie mechaniki oraz analizy pól temperatury określa odpowiedni algorytm, który obejmuje etap tzw. prepropesoringu (analizy i przedstawienia wyników) oraz etap obliczeń (solwingu). Algorytm ten jest przedstawiony poniżej.

W powyższym diagramie pominięto etap postprocesoringu.

4. Stanowisko laboratoryjne

Stanowisko laboratoryjne obejmuje E-blok wypreparowany z dysku twardego, głowicę laserową firmy KEYENCE model LK- G32, wyposażoną w zasilacz i przetwornik, konstrukcję mocowania ramienia aktuatora oraz głowicy oraz obciążniki.

Dodatkowo w skład stanowiska wchodzi komputer PC, wraz z zainstalowanym programem wykonującym symulację odkształcenia aktuatora, i zainstalowanym oprogramowaniem INVERTOR 2010.

Dane techniczne głowicy laserowej KEYENCE LK- G32:

- częstotliwość: 50 kHz,

- dokładność: 0,05 μm,

- długość fali lasera: 650 nm.

5. Przeprowadzenie pomiarów

Przeprowadzenie pomiarów polegało na obciążeniu aktuatora obciążnikami, a następnie wykonanie symulacji odkształcenia przy pomocy oprogramowania zainstalowanego na komputerze. Do wykonania ćwiczenia zostały wykorzystane obciążniki o masach: 0, 10, 20, 50 oraz 100g.

6. Wyniki pomiarów

a) Odkształcenie aktuatora bez obciążenia:

x = 0.005mm

b) Odkształcenie aktuatora dla masy = 10g:

Średnia arytmetyczna uzyskanych pomiarów: 0,0105mm

Odkształcenie: 0,0105 -0,0005 = 0,01 mm

c) Odkształcenie aktuatora dla masy = 20 g

Średnia arytmetyczna uzyskanych pomiarów: 0.0223

Odkształcenie: 0,0223-0,0005 = 0,0218:

d) Odkształcenie aktuatora dla masy = 50 g:

Średnia arytmetyczna uzyskanych pomiarów: 0,0583 mm

Odkształcenie: 0,0583 - 0,0005 = 0,0578 mm

e) Odkształcenie aktuatora dla masy = 100g:

Średnia arytmetyczna uzyskanych pomiarów: 0,1177mm

Odkształcenia: 0,1177- 0,0005= 0,1172mm

Obliczanie sztywności aktuatora:

$$sztywnosc\ aktuatora:\ \ \ c\ = \ \ \frac{F}{x}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ sila\ wywolana\ obciazeniem:\ \ F = m*g\ \ \ \ \ \ \ \ $$

Gdzie

x – odkształcenie;

m- obciążenie;

g - przyspieszenie ziemskie : 9,81 $\frac{m}{s^{2}}$

wyniki obliczeń:

m [kg]	x [mm]	F [N]	c [N/m]
0,01	0,01	0,098	9810
0,02	0,0213	0,196	9202
0,05	0,0578	0,491	8495
0,1	0,1172	0,981	8314

7. Charakterystyki

a) charakterystyka x=f(m)

b) charakterystyka c= f(F)

c) charakterystyka F=f(x)

8. Wnioski

Analizując otrzymane charakterystyki zauważamy, iż dla zależności x= f(m) oraz F= f(x) wykresy zgodnie z naszymi przewidywaniami mają przebieg liniowy .

Podczas przeprowadzania ćwiczenia nie wykonano symulacji komputerowej dla podanych obciążeń oraz kierunków przyłożenia obciążenia.

Literatura:

[1] Pilch Z., MECHANIKA I MECHATRONIKA – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego: Wyznaczanie odkształcenia oraz stanu naprężenia dla ramienia aktuatora VCM metodą pomiarową i MES.