15mechatronika

PROJEKTOWANIE MASZYN W UJĘCIU MECHATRONICZNYM

Początkowa koncepcja mechatroniki:

♦    komponenty mechaniczne uzupełnione elektroniką

Celem mechatroniki jako nauki jest poprawienie funkcjonalności systemów technicznych poprzez powiązanie różnych dyscyplin.

Dyscypliny wiedzy wykorzystywane przy projektowaniu maszyn w ujęciu mechatronicznym:

a)    Mechanika:

♦    mechanika techniczna

♦    budowa maszyn

♦    TMM

b)    Przetwarzanie informacji

♦    teoria systemów

♦    przetwarzanie danych procesowych

c)    Elektrotechnika

♦    mikroelektronika

♦    elektronika siłowa

♦    metrologia

Na mechatronikę składają sie:

-    modelowanie

-    mechanika

-    przetwarzanie informacji

-    procesowa technika obliczeniowa

-    elektrotechnika

-    M9M&

-    smmka

Wielkości pomiarowe w układach mechatronicznych:

♦    Wielkości mechaniczne: droga, prędkość, przyśpieszenie, siła, moment obrotowy, temperatura, ciśnienie

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

Do pomiaru tych wielkości potrzebne są systemy pomiarowe odznaczające się przede wszystkim: dużą dynamiką, wysoką rozdzielczością, odpornością na zakłócenia, trwałością, miniaturyzacją.

System mechatroniczny:

♦    system podstawowy: mechaniczny

♦    system sensorów: czujników

♦    system ąktuątor.ów (a kto rów): tzn. c zło ny wyko n a wcze .uruchamiające

♦    procesory i przetwarzanie danych wejściowych Sensory dzielimy na:

Sensor - nieelektryczne sygnały wejściowe przetwarzane na elektryczne sygnały wyjściowe.

-    proste (przekształtnik i przetwornik)

-    zintegrowane (posiadają dodatkowo zabudowane wraz z sensorem moduły, wzmacniające sygnał, normujące sygnał wejściowy)

-    inteligentne (sensory zintegrowane z dodatkowymi mikrokontrolerami, jyj. samoczynnie protokołującymi dane pomiarowe, podających informację o osiągnięciu jakiejś wartości granicznej, lub sensory składające się z kilku czujników, pjj. akcelerometry podające nie tylko wartość przyśpieszenia ale i jego składowe na kierunkach prostopadłych)

Materiały inteligentne stosowane w czujnikach i elementach wykonawczych:

♦    - Materiały maanetostr/kcyjne - charakteryzują się zmianą wymiarów liniowych pod wpływem namagnesowania i odwrotnie. Mogą więc służyć zarówno jako elementy wykonawcze, !)&. jako zawory hydrauliczne (wtrysk paliwa), głośniki jak również jako czujniki drgań czy czujniki odkształcenia.

♦    - Materiały piezoelektryczne - to materiały, które przetwarzają energię elektryczną na mechaniczną i odwrotnie. Około 15% wszystkich kryształów to piezoelektryki. Mają one zastosowanie jako czujniki i elementy wykonawcze, głowice drukujące drukarek, zapalniczki, układy zapłonowe, mikrofony, wykrywanie obiektów podwodnych (sonary).

afetoataog

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

Nowe rodzaje członów wykonawczych:

♦    Mm P i ezo e I e ktryc zn e, m a g netostrykc yj n e,

™ stopów z pamięcią kształtu, z materiałów rozszerzalnych termicznie, elektrochemiczne.

Projektowanie systemów mechatronicznych 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 funkcję:

Służą do opisu funkcji systemu    ^Ten rodzaj modelowania opiera

się na budowie łańcucha powiązanych ze sobą ciał sztywnych, pjj. za pomocą przegubów z uwzględnieniem działających na niego w czasie sił i momentów.

Modele zorientowane na funkcję z dobrym skutkiem odwzorowują rzeczywiste funkcje mechanizmu.

Modele zorientowane na postać konstrukcyjna:

Służą do badania wytrzymałości i tworzenia projektu konstrukcyjnego systemu mechW.onj.cznę.g.o. F u n kcj o na l noś ć o d g rywa w tym wyp a d ku d ru g o rzę d ną ro l ę. Buduje się je w oparciu o metody elementarne, analityczne lub w oparciu o MES. Zastosowanie MES:

MES polega w ogólności w przypadku zagadnień statycznych na całkowitej eliminacji równań różniczkowych poprzez zastosowanie funkcji aproksymujących w postaci wielomianów. W przypadku zagadnień dynamicznych zastąpienie układu równań cząstkowych układem równań zwyczajnych łatwo rozwiązywalnym numerycznie, pjj. Eulera lub    Głównym problemem w 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 ^J^Jy^ji kontinuum stwarza możliwość badania złożonych zjawisk przy jednocześnie zróżnicowanej dokładności, co znacząco skraca czas obliczeń przy zachowaniu zadowalającej dokładności wyników.