x12 = y12 = z12 = 0; Ïx12, Ïy12 és Ïz12 szabadon megadható.
x12 = y12 = z12 = 0; Ïx12, Ïy12 és Ïz12 szabadon megadható.
x12 = y12 = z12 = 0; Ïx12, Ïy12 és Ïz12 szabadon megadható.
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Mechatronika alapjai<br />
DR. HUSI GÉZA<br />
TANSZÉKVEZETŐ , FŐ ISKOLAI DOCENS
GG Mechatronika alapjai MFMEA31R04 1 2 k 4 MFGHP31G24<br />
GÜ Mechatronika alapjai MFMEA31R04 1 2 k 4 MFHPG31G34<br />
R Mechatronika alapjai MFMEA31R04 1 2 é 4<br />
MI<br />
Mechatronika alapjai<br />
MFMEA31R04<br />
1 2 é 4<br />
Évközi jegy:<br />
Jegyzet:<br />
2 db zárthelyi az előadásból<br />
4 db osztályozott gyakorlat<br />
Husi Géza Mechatronika alapjai<br />
www.ejegyzetek.hu
nyitott vezérlés<br />
zárt vezérlés
Differenciálegyenlet modell
Mechatronika alapjai<br />
2. ELŐ ADÁS<br />
DR. HUSI GÉZA
elmozdulás<br />
erő<br />
nyomaték<br />
elmozdulás<br />
erő<br />
nyomaték
Mechanizmusok
Mechanizmus: általánosságban: A gép mechanikus elven működő részei<br />
Definíció: A mechanizmus: kényszerekkel (kinematikai párokkal) egymáshoz<br />
kapcsolt, egymáshoz képest mozgó, vagy mozgatható merev testek rendszere.
A merev testek a mechanizmus tagjai.<br />
Egy kiválasztott tag az ÁLLVÁNY<br />
(ehhez képest<br />
vizsgáljuk a mechanizmust).<br />
Az állványhoz rögzített koordinátarendszer<br />
inercia-rendszer legyen.
A mechanizmus feladata<br />
Mechanikus elemek segítségével mozgást<br />
és/vagy erőhatást eljuttatni egyik helyről<br />
a másikra.<br />
a.) lényeg a mozgás átvitele: mozgatómechanizmusok<br />
(bütykös vezérlő<br />
rendszerek, robotkarok mozgatása);<br />
b.) lényeg az erőhatás átvitele: erőátviteli<br />
mechanizmusok (forgattyús hajtómű,<br />
fogaskerekes<br />
hajtóművek, sebességváltók).
A mechanizmusokkal kapcsolatos feladatok:<br />
- szerkezeti tulajdonságok elemzése - általános törvényszerűségek<br />
megállapítása;<br />
- mechanikai és dinamikai tulajdonságok elemzése - mozgások és<br />
erőhatások feltárása (kinematikai és dinamikai kérdések);<br />
- mechanizmusok tervezése - előírt mozgásfolyamat megvalósítása<br />
(szelepvezérlő bütykös mechanizmus, tömegkiegyenlítés).
Kényszer - kényszerek<br />
Egy test kényszer alatt áll, ill. mozgása<br />
kényszermozgás, ha lehetséges 6<br />
koordinátája<br />
nem vehet fel tetszőleges értéket, hanem<br />
közöttük valamilyen kapcsolat van.
A koordináták közötti kapcsolat<br />
kényszeregyenletekkel<br />
a.) f(q1,q2,q3,q4,q5,q6) = 0 , vagy<br />
b.) f(q1,q2,q3,q4,q5,q6,t) = 0<br />
alakban írható fel.<br />
Amennyiben a koordináták közötti<br />
kapcsolat az a.) kényszeregyenletnek<br />
megfelelően<br />
nem függ az időtől, akkor a kényszer<br />
u.n. PASSZÍV kényszer.<br />
Amennyiben a koordináták közötti<br />
kapcsolat b.) kényszeregyenletnek<br />
megfelelően<br />
függ az időtől is, akkor a kényszer<br />
u.n. AKTÍV kényszer.
A kényszeregyenletekben az időtől való függés sok esetben valamely i-edik<br />
koordinátára vonatkozóan egy q = q(t) időfüggvénnyel jellemezhető. Ez esetben<br />
HAJTÁS-ról beszélünk. Egy passzív kényszer és egy hajtás ennek megfelelően<br />
egy aktív kényszert eredményez:<br />
Passzív kényszer + Hajtás = Aktív kényszer
A kényszerben (mint szerkezeti elemben)<br />
közvetlen fizikai kapcsolat jön létre a<br />
mechanizmus<br />
két tagja (két merev test) között. Ez a<br />
közvetlen kapcsolat - érintkezés - lehet:<br />
- felület menti érintkezés;<br />
- vonalmenti érintkezés;<br />
-pontszerű érintkezés.<br />
A kényszer által összekapcsolt két testet<br />
kinematikai párnak is nevezzük.
A kényszerek legfontosabb fajtái<br />
A kényszerek relatív mozgást ill. szögelfordulást tesznek lehetővé ill. gátolnak meg.<br />
Jelölje a 6 lehetséges koordináta közül a 3 relatív elmozdulást <strong>x12</strong>, <strong>y12</strong>, és <strong>z12</strong>, a 3<br />
relatív<br />
szögelfordulást ϕ<strong>x12</strong>, ϕ<strong>y12</strong> és ϕ<strong>z12</strong>. Néhány gyakori kényszer jellemzői így:<br />
a.) gömbcsukló: <strong>x12</strong> = <strong>y12</strong> = <strong>z12</strong> = 0;<br />
ϕ<strong>x12</strong>, ϕ<strong>y12</strong> és ϕ<strong>z12</strong> <strong>szabadon</strong> megadható.<br />
b.) csukló: <strong>x12</strong> = <strong>y12</strong> = <strong>z12</strong> = 0; ϕ<strong>x12</strong> = ϕ<strong>y12</strong><br />
= 0;<br />
ϕ<strong>z12</strong> <strong>szabadon</strong> megadható.<br />
c.) csúszka: <strong>y12</strong> = <strong>z12</strong> = 0; ϕ<strong>x12</strong> = ϕ<strong>y12</strong> =<br />
ϕ<strong>z12</strong> = 0;<br />
<strong>x12</strong> <strong>szabadon</strong> megadható.<br />
d.) csavarorsó: <strong>y12</strong> = <strong>z12</strong> = 0; ϕ<strong>y12</strong> = ϕ<strong>z12</strong><br />
= 0; és<br />
<strong>x12</strong> = c ϕ<strong>x12</strong><br />
<strong>x12</strong> vagy ϕ<strong>x12</strong> <strong>szabadon</strong> megadható.
Szabadságfok, kényszerek szabadságfoka<br />
Egy test, vagy mechanizmus esetében: A test (mechanizmus) helyzetét<br />
egyértelműen meghatározó, egymástól független (szabad) koordináták száma.<br />
Egy kényszer esetében: A kapcsolódó testek (tagok) egymáshoz viszonyított<br />
helyzetét egyértelműen meghatározó, egymástól független (szabad) koordináták<br />
száma.
Geometriai szabadságfok - a kényszerek, mint passzív kényszerek<br />
szabadságfoka - jele: γ (jelenti egyben a rendszer ill. kényszer rendszámát<br />
is)<br />
Kinematikai szabadságfok - a kényszerek, mint aktív kényszerek<br />
szabadságfoka - jele: σ<br />
Kötöttségi fok - A kötött, ill. valamely koordinátával<br />
függvénykapcsolatban álló koordináták száma. jele: κ<br />
A kötöttségi fok és a szabadságfok egymást kiegészítő jellemzők, összegük mindig<br />
a lehetséges maximális szabadságfokot ill. kötöttségi fokot adja.<br />
Egy kényszer esetében ez 6, így:<br />
a geometriai kötöttségi fok: κg = 6 - γ<br />
a kinematikai kötöttségi fok: κs = 6 – σ<br />
A kötöttségi fok megegyezik a felírható kényszeregyenletek számával.
Mechanizmusok dinamikai jellemzése<br />
A dinamikai jellemzés során a mozgás és az azt létrehozó erőhatások közötti<br />
kapcsolatot keressük.<br />
Felírható egyenletek:<br />
1. Mozgásegyenletek fm(q, q’ , q’’, F, t) = 0<br />
Egyenletek száma:<br />
m = n × 6<br />
Ismeretlenek száma:<br />
n × 6 + ε' = m + ε‘<br />
q: a mozgás-koordináták m=n×6 dimenziós vektora,<br />
F: a mozgásegyenletekben szereplő külső és belső erőhatások (erők és<br />
nyomatékok) ε' dimenziós vektora,<br />
n: a mechanizmust alkotó tagok száma,<br />
t: az idő
2. Erőtörvények fe (q,q’ ,F,t) = 0<br />
Egyenletek száma:ε<br />
Ismeretlenek száma: 0<br />
ε: az állapotfüggő belső erőhatások és a megadott külső erőhatások összes száma.<br />
3. Kényszeregyenletek fk (q,q’ ,q’’,t) = 0<br />
Egyenletek száma: κ<br />
Ismeretlenek száma: 0<br />
A megoldhatóság feltétele, hogy az egyenletek száma és az ismeretlenek száma<br />
megegyezzen,<br />
Azaz:<br />
m + ε + κ = m + ε' , amiből ε + κ = ε' , vagyis ε' - ε = κ .
Kinematikai lánc, és szerkezeti képlet<br />
A kinematikai láncot (mechanizmust) tagok és kényszerek<br />
összessége alkotja. Két tag mindig egy vagy<br />
több kényszeren keresztül kapcsolódik össze.<br />
A tagokat jelöljük arab számokkal: 0, 1, 2, 3.<br />
Megjegyzés: a 0 jelű tag mindig az állvány.<br />
A kényszereket nagybetűkkel jelöljük: A, B, C, D.<br />
(A rajz szerinti kinematikai láncban: A,B,C : csuklók; D :<br />
csúszka)<br />
A kinematikai lánc leírható a láncot alkotó tagok és<br />
kényszerek egymásutániságának jelölésével, pl. a példa<br />
esetében az állványról elindulva a<br />
0A1B2C3D0<br />
betű-szám kombinációs karaktersorozattal.<br />
Mivel egy kényszer mindig két tag között teremt<br />
kapcsolatot, ezért a tagok jelölése el is maradhat. Így<br />
jutunk a szerkezeti képlethez, mely a példánkban<br />
ABCD<br />
alakú.
Mechatronika alapjai<br />
3. ELŐ ADÁS<br />
DR. HUSI GÉZA
Kinematikai lánc, szerkezeti képlet<br />
tagok jelölése számmal<br />
0= állvány<br />
kényszerek jelölése betűkkel<br />
kinematikai lánc:<br />
0A1B2C3D0<br />
szerkezeti képlet:<br />
ABCD
ABCD EFG<br />
GFEA BCD<br />
GFEBCD A<br />
GFEA BCD
Nyitott kinematikai lánc szabadságfoka:<br />
A 1<br />
B 1<br />
C 1<br />
γ= γA + γB+ γC<br />
Mi van ha a szabadságfok >3 <br />
Lehet-e a szabadságfok -1
Geometriai szabadságfok - a kényszerek, mint passzív kényszerek<br />
szabadságfoka - jele: γ (jelenti egyben a rendszer ill. kényszer rendszámát<br />
is)<br />
Kinematikai szabadságfok - a kényszerek, mint aktív kényszerek<br />
szabadságfoka - jele: σ<br />
Kötöttségi fok - A kötött, ill. valamely koordinátával<br />
függvénykapcsolatban álló koordináták száma. jele: κ<br />
A kötöttségi fok és a szabadságfok egymást kiegészítő jellemzők, összegük mindig<br />
a lehetséges maximális szabadságfokot ill. kötöttségi fokot adja.<br />
Egy kényszer esetében ez 6, így:<br />
a geometriai kötöttségi fok: κg = 6 - γ<br />
a kinematikai kötöttségi fok: κs = 6 – σ<br />
A kötöttségi fok megegyezik a felírható kényszeregyenletek számával.<br />
ISMÉTLÉS
Mechanizmusok dinamikai jellemzése<br />
A dinamikai jellemzés során a mozgás és az azt létrehozó erőhatások közötti<br />
kapcsolatot keressük.<br />
Felírható egyenletek:<br />
1. Mozgásegyenletek fm(q, q’ , q’’, F, t) = 0<br />
Egyenletek száma:<br />
m = n × 6<br />
Ismeretlenek száma:<br />
n × 6 + ε' = m + ε‘<br />
q: a mozgás-koordináták m=n×6 dimenziós vektora,<br />
F: a mozgásegyenletekben szereplő külső és belső erőhatások (erők és<br />
nyomatékok) ε' dimenziós vektora,<br />
n: a mechanizmust alkotó tagok száma,<br />
t: az idő<br />
ISMÉTLÉS
Zárt kinematikai lánc szabadságfoka:<br />
A 1<br />
B 1<br />
C 1<br />
γ= γA + γB+ γC + γD = 4<br />
0 4<br />
Kinematikai lánc zárása együtt jár a zárás tényének megfelelő<br />
κz számú kötöttséggel, kötöttségi fokkal. A κz csökkenti a<br />
mechanizmus szabadságfokát.<br />
γ= γA + γB+ ……..γN -κz
Globális koordináta rendszer:<br />
i0, j0, k0<br />
Lokális koordináta rendszer:<br />
is, js, ks<br />
is= hxxi0+hxyj0+hxzk0<br />
.<br />
.<br />
I0=[i0 j0 k0]<br />
Is= [is js ks]<br />
T<br />
T
Mechatronika alapjai<br />
4. ELŐ ADÁS<br />
DR. HUSI GÉZA
A gépek mechanikai elemei:
ABCD EFG<br />
GFEA BCD<br />
GFEBCD A<br />
GFEA BCD
A kényszerek legfontosabb fajtái<br />
A kényszerek relatív mozgást ill. szögelfordulást tesznek lehetővé ill. gátolnak meg.<br />
Jelölje a 6 lehetséges koordináta közül a 3 relatív elmozdulást <strong>x12</strong>, <strong>y12</strong>, és <strong>z12</strong>, a 3<br />
relatív<br />
szögelfordulást ϕ<strong>x12</strong>, ϕ<strong>y12</strong> és ϕ<strong>z12</strong>. Néhány gyakori kényszer jellemzői így:<br />
a.) gömbcsukló: <strong>x12</strong> = <strong>y12</strong> = <strong>z12</strong> = 0;<br />
ϕ<strong>x12</strong>, ϕ<strong>y12</strong> és ϕ<strong>z12</strong> <strong>szabadon</strong> megadható.<br />
b.) csukló: <strong>x12</strong> = <strong>y12</strong> = <strong>z12</strong> = 0; ϕ<strong>x12</strong> = ϕ<strong>y12</strong><br />
= 0;<br />
ϕ<strong>z12</strong> <strong>szabadon</strong> megadható.<br />
c.) csúszka: <strong>y12</strong> = <strong>z12</strong> = 0; ϕ<strong>x12</strong> = ϕ<strong>y12</strong> =<br />
ϕ<strong>z12</strong> = 0;<br />
<strong>x12</strong> <strong>szabadon</strong> megadható.<br />
d.) csavarorsó: <strong>y12</strong> = <strong>z12</strong> = 0; ϕ<strong>y12</strong> = ϕ<strong>z12</strong><br />
= 0; és<br />
<strong>x12</strong> = c ϕ<strong>x12</strong><br />
<strong>x12</strong> vagy ϕ<strong>x12</strong> <strong>szabadon</strong> megadható.
Csuklók
Egyszerű karos mechanizmus
Fogazott mechanizmusok
Bütykös mechanizmus
Forgattyús hajtómű
Máltai kereszt (külső hajtású)
Máltai kereszt (belső hajtású)
Mechanikus filmfelvevő (máltai kereszt)
Kulissza
Kulisszás mechanizmus
Hatláb
Mechatronika alapjai<br />
6. ELŐ ADÁS<br />
DR. HUSI GÉZA
Analóg jelek tulajdonsága
Követelmény analóg jelekkel szemben<br />
A folytonosság igénye<br />
A fizikai világban az analógia két távoli szélső érték közötti adatok arányos<br />
kapcsolata, amely elegendően finom felbontásig vizsgálva folytonos, a<br />
mérhetőség határa felé közelítve azonban szakaszossá válhat.
1. a kapcsolat a megjelölt szakaszon analógnak tekinthető<br />
2. a vízszintes tengelyen (más neveken a független változó, az x, az abszcissza<br />
tengelyén) nem minden értékhez tartozik pont a görbéből, diszkrét<br />
3. a görbe nemfolytonos, de nem is hézagos, csak szakadozott, lépcsőzetes<br />
4. a görbe lépcsős szakaszai úgy jönnek létre, hogy a függőleges tengelyen (függő<br />
változó, y, ordináta) megjelenő értékek egyenlő lépésközökben<br />
helyezkedjenek el, kvantált<br />
5. az értékkészlet kvantált, de annak a nagyságrendje lényegesen kisebb az<br />
értelmezési tartomány felosztásának nagyságrendjénél, mintavételes<br />
6. a kvantált és a mintavételes adatelemzési vagy mérési elvek egyesítése,<br />
rácspontos
Az analóg jel<br />
• Az analóg jel egy fizikai állapotváltozás<br />
nyomán létrejött üzenet, információ, amely<br />
időben változó, az állapotváltozással analóg,<br />
folytonos és arányos.<br />
• Mivel az analóg jel lényegében folytonos, nagy nagyításig<br />
nézve is pontos részleteket mutat, mondható, hogy az<br />
információtartalma nagyon magas, szinte végtelen.<br />
Amikor egy analóg jelből diszkrét, lépcsőzetes, kvantált,<br />
mintavételes alakot hozunk létre, azzal a jel<br />
információtartalma mindig veszteséget szenved, de a<br />
megmaradt információtartalom gyakorlati szempontból<br />
elegendő maradhat.
Analóg jelek továbbítása<br />
• A ma leggyakoribb analóg jeltovábbítási módszer az<br />
elektromos áramon alapul. Maga a fény is alkalmas<br />
analóg jelátvitelre<br />
• Vannak olyan érzékelők, amelyek közvetlen hatást<br />
tudnak gyakorolni az áramra a hőmérséklet, fény,<br />
mágneses térerősség változásai szerint. Többféle módszer<br />
ismert a mechanikai nyomás változásainak elektromos<br />
jellé alakítására, és ez nem csak súly mérésére, hanem<br />
például folyadék- vagy gáznyomás mérésére is alkalmas,<br />
így akár egy hang hullámai által keltett nyomásváltozások<br />
érzékelésére is. Az elektromos úton átvitt jel azután<br />
például elektromágneses vagy fényerősség-változásokká<br />
alakítható.
A moduláció<br />
• Valamely rezgés egy jellemzőjének változtatása egy<br />
másik rezgés pillanatnyi értékének megfelelően. A<br />
moduláció célja a kisfrekvenciás információ átvitele<br />
nagyfrekvencia felhasználásával.<br />
Amplitúdómoduláció:<br />
Frekvencia moduláció
Digitális jel<br />
• Elektromos jel, amelyet időben nem folytonos jellege<br />
és véges számú megengedett diszkrét értéke határoz<br />
meg. Ezek a digitális jel jellemző állapotai, melyek<br />
mindig a - jellemző időponttal kezdődnek és<br />
végződnek. A digitális jel lehet izokron vagy<br />
anizokron attól függően, hogy bármely két jellemző<br />
időpontja között mérhető jellemző időtartama az -<br />
egységidőtartamnak vagy annak egész számú<br />
többszörösének megfelelő hosszúságú-e, vagy sem. A<br />
sebességét modulációs sebességével jellemzik,<br />
információátviteli képességét pedig az adatátviteli<br />
teljesítménnyel fejezik ki.
Analóg és digitális jel összehasonlítása
Analóg jelek rögzítése
Shannon tétel értelmezése az időtartományra<br />
a Shannon-tétel,<br />
lényege, hogy a<br />
mintavételi<br />
frekvencia legalább a<br />
maximális<br />
frekvencia<br />
kétszerese kell, hogy<br />
legyen annak<br />
érdekében, hogy ne<br />
legyen veszteséges a<br />
mintavételezés.
Analóg - digitális jelátalakítás
Jellegzetes szenzorok
Kapcsolók, végálláskapcsolók<br />
Jellegzetes szenzorok
Kapcsolók, végálláskapcsolók<br />
Jellegzetes szenzorok
Pneumatikus kapcsoló<br />
Jellegzetes szenzorok
Reed-kapcsoló<br />
Jellegzetes szenzorok
Jellegzetes szenzorok<br />
Egy LC-oszcillátor rezgésállapotát befolyásolja egy<br />
állandó mágnes. Ha ehhez a tekercshez egy mágnest<br />
közelítünk, a vasmag mágnesesen telítődik és<br />
megváltozik az oszcillátoráram. Az oszcillátor után<br />
kapcsolt elektronikus áramkör kiértékeli a változást<br />
és egy jól definiált kimeneti jelet szolgáltat. Ez a<br />
szenzor csak mágneses tér hatására működik,<br />
fémekre nem reagál<br />
magnetoinduktív érzékelők
Jellegzetes szenzorok<br />
Mágnessel kapcsolt pneumatikus<br />
közelítéskapcsoló
Jellegzetes szenzorok<br />
A Hall-effektus lényege, hogy ha<br />
egy árammal átjárt fém<br />
(eredetileg arany) vagy félvezetőlapkára<br />
merőlegesen mágneses<br />
teret bocsátunk, a lapkában<br />
töltéseltolódás lép föl. Feszültség<br />
keletkezik, amely egyenes<br />
arányban van a mágneses<br />
indukcióval. A lapka<br />
vastagságának kicsinek kell lenni<br />
a lapka másik két méretéhez<br />
képest. A feszültség elérheti az 1,5<br />
V-ot.
Jellegzetes szenzorok<br />
Wiegand-szenzor<br />
lényegében egy olyan<br />
ferromágneses anyagból<br />
készült drót, amelynek<br />
mágneses polarizációja<br />
mindkét irányban csak a<br />
dróttal párhuzamos lehet.<br />
A mágnesesen lágy magot<br />
egy mágnesesen kemény<br />
külső héj veszi körül.<br />
Mágneses mező hatására a<br />
drót teljes hosszában<br />
átmágneseződik, a drótra<br />
feltekert nagy menetszámú<br />
tekercsben feszültség<br />
indukálódik.<br />
Wiegand-szenzor
Jellegzetes szenzorok<br />
Az LC rezgőkör egy nagy frekvenciával<br />
változó mágneses mezőt hoz létre, amely<br />
kilép az érzékelő aktív felületénél. A<br />
rezgésamplitúdó lecsökken, ha a mágneses<br />
mezőbe egy fémtárgyat helyezünk. Ennek<br />
oka a fémtárgyban indukált örvényáramok<br />
által okozott energia-elvétel.<br />
induktív érzékelő
Alkalmazási példa<br />
Jellegzetes szenzorok
Jellegzetes szenzorok
Jellegzetes szenzorok<br />
• A kapacitív érzékelők<br />
aktív eleme egy<br />
kondenzátor, amely egy<br />
tárcsa alakú elektródából<br />
és egy, az aktív felületet<br />
határoló kehelyformájú<br />
félig nyitott fegyverzetből<br />
áll. Akár fém, akár<br />
elektromosan szigetelő<br />
anyag kerül az aktív<br />
zónába, az<br />
kapacitásváltozást okoz.<br />
Kapacitív közelítéskapcsolók
Jellegzetes szenzorok
Egyirányú fénykapu érzékelési<br />
tartománya<br />
Jellegzetes szenzorok
Reflexiós fénykapu érzékelési<br />
tartománya<br />
Jellegzetes szenzorok
Tárgyreflexiós érzékelő érzékelési<br />
tartománya<br />
Jellegzetes szenzorok
Szerszám felügyelete (törés)<br />
Jellegzetes szenzorok
Szalag felügyelete reflexiós<br />
fénykapuval<br />
Jellegzetes szenzorok
Menet hiányának kimutatása
Ultrahang érzékelő kapcsolási<br />
tartománya<br />
Az ultrahang érzékelő a nagyfrekvenciás<br />
hanghullámok visszaverődése alapján<br />
működik. Egy rövid, impulzusszerű jel<br />
kibocsátása után adó üzemmódból<br />
átkapcsol vevő üzemmódba (mikrofon) és<br />
érzékeli a reflektált jelet.
Ultrahang érzékelő speciális<br />
alkalmazási lehetőségei
Pneumatikus közelítéskapcsolók
Mechatronika alapjai<br />
7. ELŐ ADÁS<br />
DR. HUSI GÉZA
Hajtások<br />
funkció:<br />
energia átvitele és átalakítása mozgatáshoz<br />
2<br />
elv: mechanikus, villamos, munkaközeggel<br />
mozgás: lineáris, forgó, általános sík- és térbeli
mechanikus hajtások fajtái<br />
elemek szerint:<br />
• kerék<br />
• végtelenített (vonóelemes)<br />
3<br />
működésmód szerint:<br />
• erővel záró (rugalmas, de pontatlan)<br />
• alakkal záró (pontos, de merev)
• funkció: forgó elemek<br />
vezetése,<br />
enrgiatovábbítás<br />
• forgórész: +<br />
technológiai funkció<br />
tengelyek, forgórészek<br />
álló / forgó<br />
támasztó/ hajtó<br />
gsz_L_02<br />
4
• egyenes<br />
◦ állandó átmérőjű<br />
◦ lépcsős<br />
• forgattyús tengely<br />
• hajlékony tengely<br />
tengelyek fajtái<br />
tömör / csőtengely<br />
gsz_L_02<br />
5
forgórészek<br />
6<br />
villamosgépek<br />
papírgép<br />
gsz_L_02
kardántengely<br />
7<br />
gsz_L_02
dörzshajtások 1<br />
összeszorított<br />
forgástestek<br />
i = d 2 / d 1<br />
anyagpárok<br />
kis teherbírás<br />
8
dörzshajtások 2<br />
fokozatmentes áttétel<br />
lehetősége<br />
9
• pofás, dob, szalag<br />
• tárcsa<br />
zárt fék<br />
önzárás<br />
lengéscsillapító<br />
(súrlódás vagy<br />
közegellenállás)<br />
mechanikus fékek<br />
gsz_L_02<br />
10
legtöbbször két<br />
párhuzamos tengely<br />
i = d 2 / d 1 szlip<br />
lapos v. ékszíj<br />
(összetett v. kompozit)<br />
végtelenítés<br />
szíjfeszítés<br />
szíjhajtások 1<br />
11
szíjhajtások 2<br />
többsoros ékszíjhajtás<br />
készlet, poli-V szíj<br />
többfokozatú szíjhajtás<br />
variátorhajtás<br />
12
szíjhajtások 3<br />
bordás szíj →<br />
keskeny ékszíj<br />
13
fogazott hajtások 1<br />
keréktest:<br />
• hengeres<br />
• kúp<br />
külső/ belső<br />
fogirány:<br />
• egyenes,<br />
ferde, ívelt<br />
14
fogazott hajtások 2.<br />
fogasléc<br />
csavarkerék<br />
síkkerék<br />
csigahajtás<br />
bekezdésszám,<br />
csúszás<br />
15
áttétel i = z 2 / z 1 = d 2 / d 1<br />
osztókör (d)<br />
fogazott hajtások 3<br />
fogprofil, modul<br />
elemi fogazás:<br />
d = m z<br />
d a = d + 2m<br />
d f = d – 2.5 m<br />
tengelytáv:<br />
a = m (z 1 +z 2 )/2<br />
fejkör<br />
lábkör<br />
z fogszám<br />
16
fogasléc<br />
fogazott hajtások 4<br />
lefejtés<br />
fogtörés<br />
kopás<br />
melegedés<br />
17
fogazott kerekekbe<br />
kapaszkodik vagy azokon<br />
gördül<br />
áttétel i = z 2 / z 1<br />
• görgős<br />
◦ heveder<br />
◦ csap, hüvely<br />
◦ görgő<br />
• fogazott<br />
• kenés, kopás, feszítés<br />
lánchajtások 1<br />
18
hajtóművek<br />
egy- vagy többfokozatú<br />
• hajtómű/ működtető h.<br />
• sebességváltó<br />
kenés, hűtés<br />
ha nincs hajtómű = direkt hajtás<br />
19
lánchajtások 2<br />
• variátorhajtás lánccal<br />
• lánc egy darabból...<br />
20
(hajlékony) vonóelemek<br />
kötél<br />
heveder<br />
(szíj)<br />
lánc<br />
21
a jövő: elektronika, digitális hajtások,<br />
nanotechnológia...<br />
PLC<br />
22
hajtások munkaközeggel<br />
• hidraulika<br />
◦ folyadék (víz, olaj)<br />
hidrostatikus hajtás<br />
• pneumatika<br />
◦ gáz (levegő)<br />
23
összehasonlítás<br />
HIDRAULIKA<br />
PNEUMATIKA<br />
nagy viszkozitás<br />
áramlás 2-6 m/s<br />
nem nyomható össze<br />
állandó sebesség<br />
jelsebesség 1000 m/s<br />
nyomás max. 600 bar<br />
nagy erő<br />
visszavezetés kell<br />
24<br />
kis viszkozitás<br />
20-40 m/s<br />
összenyomható<br />
változó sebesség<br />
20-40 m/s<br />
általában 6 bar<br />
kis erő<br />
nem kell
pneumatikus hajtások<br />
25
elemek<br />
• kompresszor<br />
• légtartály (puffer)<br />
• levegőelőkészítés<br />
◦ szűrés, szárítás<br />
◦ olajozás, nyomásszab.<br />
• elosztás, szabályozás<br />
◦ csővezetékek<br />
◦ vezérlőelemek<br />
• végrehajtók<br />
26
végrehajtók<br />
1×<br />
lineáris és forgó<br />
motorok<br />
• munkahenger<br />
◦ egyszeres műk.<br />
◦ kétszeres műk.<br />
◦ membrán<br />
◦ sikló<br />
◦ forgató<br />
2×<br />
27
ögzítés forgó motorok<br />
+ mindenféle...<br />
radiális axiális<br />
dugattyús<br />
forgólapátos<br />
28
jeláram<br />
elektropneumatika<br />
elektrohidraulika<br />
vezérlő elemek<br />
• útszelep<br />
• zárószelep (v.csapó)<br />
• nyomásirányító<br />
- szabályozás/ határolás<br />
• áramirányító sz.<br />
◦ fojtás<br />
működtetés: kézi, mech,<br />
elektromágneses, önműködő<br />
tolattyú<br />
4/2 útszelep<br />
29
alkalmazás<br />
vasalóprés<br />
csomagológép<br />
fékrásegítő<br />
(vákum!)<br />
légfék membránhengerek<br />
30
telepített vagy mobil<br />
olaj vagy víz<br />
hidraulikus hajtások<br />
• szivattyú:<br />
◦ dugattyús<br />
◦ fogaskerék<br />
• elosztás, szabályozás<br />
◦ csővezetékek<br />
◦ vezérlőelemek<br />
• végrehajtók<br />
31
munkahengerek, hidromotorok<br />
32<br />
fogaskerekes<br />
dugattyús<br />
lapátos<br />
állandó és<br />
változó<br />
lökettérfogatt<br />
al<br />
tömítés, légtelenítés
és még...<br />
• szűrés<br />
• tartály<br />
• hűtés/ fűtés<br />
folyadék szerepe:<br />
• energiaátvitel<br />
• kenés, hűtés<br />
stabilitás<br />
korr. védelem<br />
környezetvédelem<br />
33
alkalmazás<br />
szervókormány<br />
hidraulikus fék<br />
kivágóprés<br />
34
Mechatronika alapjai<br />
8. ELŐ ADÁS<br />
DR. HUSI GÉZA
A sűrített levegő – mint energiahordozó –<br />
legfontosabb pozitív tulajdonságai:<br />
Előfordulás: A levegő gyakorlatilag mindenhol korlátlan mennyiségben áll rendelkezésre.<br />
Szállítás: A sűrített levegő csővezetéken nagy távolságra egyszerűen, könnyen szállítható. Az<br />
elhasznált<br />
levegő visszavezetésére nincs szükség.<br />
Tárolhatóság: Egy kompresszornak nem kell állandóan üzemelni ahhoz, hogy a sűrített levegő<br />
folyamatosan<br />
rendelkezésre álljon. A sűrített levegő tartályban tárolható és onnan elvezethető, illetve tartályokban<br />
szállítható.<br />
Hőmérséklettűrés: A sűrített levegő a hőmérséklet változásokra érzéketlen, ez lehetővé teszi a<br />
biztonságos<br />
alkalmazását különleges hőmérsékleti viszonyok között is.<br />
Biztonság: A sűrített levegő robbanás- és tűzbiztos, nincs szükség drága biztonsági berendezések<br />
alkalmazására.<br />
Tisztaság: A sűrített levegő tiszta, tömítetlen vezetékeknél, elemeknél sem tud szennyeződés<br />
bekerülni a kiáramló levegő következtében. Erre a tisztaságra nagy szükség van például az<br />
élelmiszeriparban, fa-, textil-, és bőriparban.<br />
Felépítés: A munkavégző elemek felépítése egyszerű és ennek megfelelően olcsó.<br />
Sebesség: A sűrített levegő áramlási sebessége viszonylag magas, így jelentős munkasebességek<br />
elérését teszi lehetővé. (A pneumatikus munkahengerek dugattyúsebessége például 1-2 m/ sec<br />
nagyságrendű.)<br />
Állíthatóság: Sűrített levegőnél a sebesség fokozatmentesen vezérelhető, ill. az erőkifejtés<br />
fokozatmentesen szabályozható.<br />
Túlterhelhetőség: A sűrített levegővel működő készülékek meghibásodás veszélye nélkül<br />
túlterhelhetők.
A sűrített levegő – mint energiahordozó –<br />
legfontosabb negatív tulajdonságai:<br />
Előkészítés: A sűrített levegő gondos előkészítést igényel. Az energiahordozó<br />
szennyeződést és nedvességet nem tartalmazhat. Ez az elemek élettartamát<br />
csökkentené.<br />
Összenyomhatóság: A sűrített levegővel működő hengerekkel nem lehet<br />
terhelés-független, egyenletes, ill. állandó dugattyúsebességet biztosítani.<br />
Erőkifejtés: A sűrített levegő csak egy meghatározott erőkifejtésig gazdaságos.<br />
Normál üzemi nyomás (700 kPa, 7bar esetén) a lökettől és a<br />
dugattyúsebességtől függően, a határterhelés 20 000- 30 000 N, 2000-3000<br />
kp körüli érték.<br />
Kipufogás: A kipufogó levegő zajos. Napjainkra a kifejlesztett hangtompító<br />
anyagok ezt a problémát nagyrészt kiküszöbölték.<br />
Költségek: A sűrített levegő viszonylag drága energiahordozó. A magas<br />
energiaköltségek nagy részben olcsó elemekkel és nagy teljesítménnyel<br />
(működési sebesség) kompenzálhatók.
Sűrített levegő előállítása
Sűrített levegő szállítása<br />
• A csővezeték átmérőjének meghatározása az alábbi<br />
tényezők figyelembevételével történhet:<br />
• − átáramló levegőmennyiség,<br />
• − vezetékhossza,<br />
• − megengedett nyomásesés,<br />
• − vezetékbe beépített szerelvények (fojtóelemek)<br />
száma.<br />
• egyenértékű csőhosszúságok nomogramm értékek<br />
alapján
Pneumatikus berendezések vezetékei
Levegőszűrő nyomásszabályozó szeleppel
Levegőolajozó
Tápegység<br />
• A tápegység egy összeépített rendszer, mely az alábbi<br />
készülékeket tartalmazza:<br />
• − Légszűrő;<br />
• − Nyomásszabályozó;<br />
• − Olajozó (ha szükséges).
Tápegységek
Pneumatikus végrehajtók<br />
Egyszeres működtetésű munkahenger
Pneumatikus végrehajtók<br />
Egyszeres működtetésű munkahenger
Pneumatikus végrehajtók<br />
Membránhenger
Pneumatikus végrehajtók<br />
Kettősműködtetésű munkahenger
Pneumatikus végrehajtók<br />
Kettősműködtetésű munkahenger
Pneumatikus végrehajtók<br />
Különleges kettősműködtetésű munkahengerek<br />
Átmenő dugattyúrudas munkahenger<br />
Tandemhenger
Munkahenger felépítése<br />
hengercső (1)<br />
hátsó (2) és<br />
első (3) hengerfedél<br />
dugattyúrúd (4)<br />
tömítés (5)<br />
vezetőpersely (6)<br />
szennylehúzó gyűrű (7)<br />
dugattyútömítés (8)<br />
“0” gyűrű (9)
Szelepek<br />
• Az irányítóelemek funkciójuk alapján öt csoportba<br />
sorolhatók:<br />
• 1. Útszelepek (útváltók)<br />
• 2. Záró szelepek<br />
• 3. Nyomásirányítók (nyomásszelepek)<br />
• 4. Áramirányítók (áramlásszelepek)<br />
• 5. Elzáró szelepek
Útszelepek
Útszelepek működtetése
Útszelepek
Útszelepek
• Visszacsapószelep<br />
Zárószelepek<br />
Visszacsapószelep
Zárószelepek<br />
Váltószelep (VAGY elem)
Zárószelepek<br />
Váltószelep (VAGY elem)
Zárószelepek<br />
Fojtás
Zárószelepek<br />
Fojtó-visszacsapószelep
Folytás<br />
Beáramló levegő fojtása (Primer fojtás)<br />
Kiáramló levegő fojtása (Szekunder fojtás)
Gyorslégtelenítő szelep
Kétnyomású szelep (ÉS elem)
Nyomásirányítók<br />
Nyomáskapcsoló
Nyomásirányítók<br />
pneumatikus időszelep
Mechatronika alapjai<br />
9. ELŐ ADÁS<br />
DR. HUSI GÉZA
Hidromechanika
Folyadéknyomás (Hidrosztatikus nyomás)
Hidrosztatikus nyomás
Erőáttétel
Nyomásáttétel
Térfogatáram folytonossága
Áramlásfajták
Kavitáció
Munkafolyadék<br />
• Az ásványolaj bázisú folyadékok – hidraulika olajnak<br />
nevezzük őket - a normál követelményeknek (pl.<br />
szerszámgépekben) a legmesszebbmenőkig megfelelnek.<br />
• A munkafolyadék feladatai:<br />
• nyomásátvitel;<br />
• mozgó géprészek kenése;<br />
• hűtés, azaz az energiaátalakulásból (nyomásveszteség)<br />
keletkező hő elvezetése;<br />
• a nyomáscsúcsok okozta lengések csökkentése;<br />
• korrózióvédelem;<br />
• levált anyag részecskék eltávolítása;<br />
• jelátvitel.
Kapcsolási rajz
Működési vázlat
Az energiaellátó rész részegységei<br />
• Hajtómotor<br />
• Szivattyú<br />
• Nyomáshatároló szelep<br />
• Tengelykapcsoló<br />
• Tartály<br />
• Szűrő<br />
• Hűtő<br />
• Fűtés
Olajtartály(tank)
Állandó munkatérfogatú hidromotorok és<br />
szivattyúk
Szivattyúk
Átkapcsolható szűrőegység
Útszelepek
Útszelepek
Ülékes szelepek
Nyomáshatároló szelep (metszeti ábra)
Energiaátvitel és előkészítés
Egy hidraulikus berendezés sematikus<br />
felépítése
Alkalmazási példa: fékező szelep
Egyszeres működésű munkahenger<br />
vezérlése
Kettősműködésű munkahenger
Telepített hidraulika
Mobil-hidraulika
Change language