Urządzenie precyzyjne: urządzenie spełniające funkcję przetwarzania informacji przy wykonywaniu czynności.
Cechy urządzeń precyzyjnych:
- funkcja – przetwarzanie informacji + ewentualna praca
- duża precyzja – dokładność/ powtarzalność wykonywanych czynności
- duża dokładność wykonywania poszczególnych elementów
- małe wymiary
Klasyfikacja urządzeń precyzyjnych:
- przyrządy kontrolno-pomiarowe (pomiar, odczyt, rejestracja wielkości fizycznych)
- zespoły wykonywane w układzie automatycznej regulacji (mikronapędy)
- mechanizmy w aparatach powszechnego użytku (realizujące zaprogramowane ruchy)
- maszyny technologiczne do wytwarzania elementów o bardzo małych wymiarach
- mechanizmy w zastosowaniach medycznych (wspomaganie lub zastępowanie narządów)

W urządzeniach precyzyjnych regułą jest stosowanie członów regulacyjnych w celu uzyskania wysokiej dokładności (możliwie małego rozrzutu tolerancji wymiarowych, luzów). Im mniejszy element wykonywany tym niższa klasa tolerancji (większa dokładność), np. zbyt duży wcisk może zniszczyć element. (SILNIK OKRETU BARDZIEJ PRECYZYJNY OD ZEGARKA)
Obciążenia mechaniczne:
Niewiele elementów konstrukcji precyzyjnych jest poddawanych obciążeniom (poza sprężynami, niekiedy łożyskami). Ważniejsza od wytrzymałości jest sztywność elementów urządzeń precyzyjnych.
Zabezpieczenie przed zniszczeniem: przekręceniem ze zbyt dużym momentem, pod naciskiem piasta się rozszerzy, co uniemożliwi przeniesienie momentu dalej.
RYS:





Koszty materiałowe:
- konieczność stosowania technologii zapewniających dużą powtarzalność wymiarów
- droższe materiały i rozwiązania technologiczne
- konieczność zabezpieczenia urządzenia przed zanieczyszczeniami (pyłki, są stosunkowo duże)
- izolacja od otoczenia (kurz, brud, wilgoć)
- problem smarowania (małe obciążenia, ale duże znaczenie lepkości smaru)
- odprowadzenie ciepła (do 0,15 W/cm² – chłodzenie bierne; 0,15 – 0,7 : konieczny wymuszony obieg powietrza; pow.0,7 – chłodzenie cieczą, obieg wymuszony)
- zmiana temperatury powoduje zmianę wymiarów oraz zmianę sprężystości materiałów
- montaż z podzespołów
- możliwie mała ilość zastosowanych elementów oraz jak najmniej typów połączeń
- kształtowanie elementów tak, by uch montowanie było możliwie najprostsze, nie umieszczać elementów na bocznych ściankach obudowy
- wskazana jest możliwość pracy urządzenia bez obudowy celach serwisowych, obudowa ma być ochroną a nie szkieletem.
-Sztywność elementów:
RYS:

- Trwałość i niezawodność konstrukcji
- możliwość wykonywania (produkcja jednostkowa, dostępność materiałów itd.)
- ergonomiczność elementów obsługowych
- montaż maszynowy/ręczny
- estetyka
- zastosowanie materiałów przyjaznych dla środowiska
- korzyści z produkcji masowej: zmniejsza koszty i czas wykonania, podnosi jakość

Sprzężenie zwrotne poprawia dokładność w stosunku do układu otwartego. Często urządzenia mechaniczne go nie mają – precyzja wykonania decyduje o dokładności>
Idealny mechanizm:
- przemieszczenie: y=f(x­_w)
- przełożenie: i=dx_w/dy (multiplikacja <1, redukcja >1)
Czynniki wpływające na zmniejszenie dokładności funkcji:
- zastąpienie mechanizmu idealnego prostszym:
RYS:

















- odkształcenia sprężyste zakłucające idealną funkcję
- tarcie w węzłach powodujące powstawanie histerezy w przemieszczeniach
RYS:

- luzy w węzłach zwiększające histerezę:
RYS:









- błędy wymiarowe elementów mechanicznych związanych z wykonaniem
- błędy kształtu i położenia (dają błędy systematycznie)
- drgania zewnętrzne i samowzbudne:
RYS:






- zmiana wymiarów pod wpływem temperatury lub wilgotności
- wpływ ciężaru elementu przy przemieszczaniu (niewyważenie statyczne)
Jak wyeliminować:
- w układach elektronicznych likwidacja błędów systematycznych
- minimalizacja histerezy i odkształceń sprężystych (łożyska aerostatyczne)
- zmniejszenie podatności (większa sztywność)
- krótkotrwałe drogi przenoszenia obciążeń
- drgania o niewielkiej amplitudzie minimalizują tarcie
- minimalizacja luzów (węzły bezluzowe)
RYS:



- błędy wymiarowe i położenia można zmniejszyć przez justowanie RYS:
Justowanie powinno być jednoznaczne, wpływać na jeden parametr. Dodatkowo regulacje przy montażu przez odkształcenia plastyczne.
- minimalizacja wpływu drgań zewnętrznych (izolacja)
- drgania samowzbudne redukuje się przez dobór odpowiednich par ciernych (najlepiej teflon)
- wpływ ciężaru zmniejsza się przez wyrównoważenie statyczne (przez minimalizację mas)
- wpływ temperatury i wilgotności – stosowanie materiałów o małej rozszerzalności cieplnej, stałe warunki pracy.
Podział połączeń: stosowanych w urządzeniach precyzyjnych:
Rodzaj połączenia – spoczynkowe:
- rozłączne (rozłączalne bez niszczenia elementów)
* kształtowe (kolki, wpusty)
* cierne (wciskowe)
* kształtowe cierne (gwintowe)

* odkształceniowo-cierne (nitokołkowe)
* odkształceniowe (zawijanie, walcowanie)
- nierozłączne: (przy rozłączaniu zniszczenie 1 =< elementów)
* molekularne (spawanie, lutowanie, klejenie)
* kształtowo-molekularne (wtapianie, zalewanie)
* inne (ultradźwiękowe, wgniotowe)
Połączenia gwintowe: M0,25-0,9 [mm] PN 74/M-02012; norma dużych gwintów -> skok 3,5-150 [mm]
Oznaczenie gwintów Gb 2,5, ST 2,5-9,5. Do stali (blach) krótkie, twarde śrubki (otwory nie muszą być gwintowane). Do tworzyw sztucznych wkręty z nacięciami (podobne do gwintowników), dłuższe niż do blach, często o dużym skoku)
Gwint ST 2,2 i blacha stalowa g=0,5[mm] -> fi1,6; g=1,25-1,5[mm] -> fi1,9(stal) i 1,8(aluminium)

Łączenie elementów za pomocą wkrętów z gwintem metrycznym. Otwory często wykonywane obróbka plastyczną, nie wierceniem.
Połączenia gwintowe bezpośrednie – specjalnie ukształtowana śruba pełni również inną funkcję np. czop łożyskujący inny element.
RYS:











Połącznie nitowe:
RYS:

-nity sztywne


Połączenie zgrzewane:
- elektryczne oporowe (punktowe, liniowe, garbowe, doczołowe)
RYS:



Połączenia klejone – dość często wykorzystywane w urządzeniach precyzyjnych, działają na zasadzie molekularnego łączenia cząstek i adhezji i kohezji
- utwardzani kleju przez odparowanie rozpuszczalnika
- łącznie przez reakcje chemiczne na zimno i na gorąco

Połączenia przenoszące duże obciążenia – łączą elementy o dużych sztywnościach, wymagania:
- spoina powinna być bardziej elastyczna niż elementy łączony
- odporność na ścinanie (odpowiednia konstrukcja)
- warstwa kleju cienka i równomierna ~0,01 [mm]
- przygotowanie powierzchni
- unieruchomienie elementów na okres wiązania kleju
- możliwość odparowania rozpuszczalnika i zmiana gęstości
RYS:







- dla uzyskania szczelności np. w układach hydraulicznych, możemy np. kleić śrubę, wklejać korek
- połączenia klejone zapobiegające drganiom i przemieszczaniu się elementów
Silent – blow: połączenie metalowo-gumowe
RYS:





Połączenie lutowane – działa na zasadzie dyfuzji i polega na połączeniu 2 stopów metalowych przy pomocy trzeciego stopu, którego temperatura topnienia jest znacznie mniejsza niż dwóch łączonych
- lutowanie twarde – powyżej 45 ^oC
- lutowanie miękkie – powyżej 300 ^oC (kalafonia)
Powierzchnie łączone muszą mieć dużą zwilżalność, więc muszą być czyste i nie mogą mieć warstwy utlenionej utrudniającej lutowanie.
- połączenia przenoszące obciążenia
- połączenia strukturalne mają za zadanie przewodzić prąd i do tego mogą przenosić małe obciążenia (trzymają wlutowane elementy)
- połączenia dla uzyskania szczelności
Najniższa temperatura topnienia stopu jest przy składzie eutektycznym. Lutwoać można także lemety ceramiczne.
Technologia:
- ręcznie
- taśmowo
- przez topnienie
Nagrzewanie:
- lutowanie (prąd, palnik, powietrze)
- w kąpieli RYS:

- palnik
- nagrzewanie laserowe i ultradźwiękowe
- indukcyjne (prądy wirowe)
Oznaczenia połączeń:
RYS:

Metoda zazaprasek i obtrysku:
- zapraska – metalowy element wtopiony w element z tworzywa sztucznego (np. wałki, nakętki). Rozgrzane tworzywo sztuczne, gdy stygnie kurczy się i zaciska na elemencie metalowym.

Połączenia kształtowo – odkształceniowe:
- zaginanie
- zarolowywanie
- owijanie (konkurencyjne do lutowanych) – tańsze, łatwiej wykonywalne
RYS:


- zaciskane – powstają naprężenia wynikające ze sprężystości (ciągły docisk) RYS:
- rezystancja maleje ze wzrostem zacisku
- wytrzymałość ze wzrostem do pewnego momentu rośnie, później maleje
- zakleszczane RYS:

- wciśnięte: RYS:



Sprzęgła: przełożenie 1:1, moment wy/we taki sam.
Podział:
- sposób przenoszenia momentu:
- sprzęgła kształtowe ꙍ_we=ꙍ_wy
- sprzęgła, w których moment przenoszony jest przez siły tarcia ꙍ_wy=<ꙍ_we (może być poślizg)
- moment przenoszony przez prądy wirowe – sprzężenie indukcyjne ꙍ_wy<ꙍ_we η<1
- możliwość załączania/rozłączania
- nierozłączne (sztywne) np. kolkowe, tarczowe (cierne)
- załączane na postoju np. sprzęgła kłowe
- załączane i rozłączane podczas ruchu
- samoczynne, np. w zależności od kierunku ruchu (sprężynowe, jednokierunkowe cierne)
- sterowane (mechanicznie, elektromagnetyczne)
- dopuszczane błędy położenia walów
- niedopuszczalne niedokładności
- niedokładność dopuszczalna na poziomie
- wzajemne przemieszczenie elementów sprzęgła (wkładka ślizgowa Oldhama)
- odkształcenia elementów podatnych

- powierzchnia przenosząca napęd
- powierzchnia płaska (sprzęgła tarczowe)
- powierzchnia walcowe (wewnętrzna lub zewnętrzna)
- powierzchnia stożkowa
Sprzęgła odśrodkowe rozruchowe:
Przy zwiększaniu prędkości obrotowej szczęki się rozchylają, przez chwilę są z bębnem w poślizgu (bęben się grzeje), później napęd przekazywany jest bez poślizgu.
RYS:

Hamulce:
- szczękowe (bębnowe)
- taśmowe M=P*R*(e^µd-1)
- tarczowe

Mechanizmy służące do wzajemnego ustalenia części:
- ustalenia kształtowe
RYS:
R’>=P*tg(α+ρ)+W
P>=W*ctg(α-ρ)

- ustalenia cierne




Mechanizm zapadkowy jednostronny: RYS:





Ograniczniki obrotu:
- obrót < 2pi – proste zderzaki RYS:
- obrót > 2pi



Prowadnice: części mechanizmu, którego zadaniem jest wykonywanie określonego ruchu w określonych kierunkach
- ślizgowe
- walcowe RYS:

- pryzmatyczne RYS:



- toczne
- rolkowe
- ze swobodnymi elementami tocznymi
- z zamknięciem kształtowym
- z zamknięciem siłowym
- z tarciem wewnętrznym (z elementami sprężynującymi)

Ograniczniki ruchu obrotowego:
RYS: