prednaska12_6km

7/25/2019 prednaska12_6km

1/19

KONSTRUOVN STROJ

mechanismy

Pednka 12

Fakulta strojnho inenrstv VUT v Brnstav konstruovn


2/19

Obsah

Servomechanismy a krokov motory

Elektrick servomotor Krokov servomotor

Hydraulick servomotor

Gyroskopy

Moment hybnosti tlesa k ose rotace Aplikace setrvankovch gyroskop Inerciln navigan systmy (INS)

Elektronick gyroskopy


3/19

Servomechanismy a krokovmotory

Pednka 12 Servomechanismy a krokov motory

koda Fabia WRC


4/19

Servomechanismus

Posilovamanulnho ovldn pouze dopluje Dlen dle funkce brzd, zen atd. Pracovn medium podtlakov, hydraulick, pneumatick, elektrick

Podstata servomechanismu joystick, by wirePro zven komfortu obsluhy modernch soustroj je nahrazovno manulnnastavovn polohy ovldacho nebo pracovnho prvku extern silou tzv.

servomechanismem, servopohonem. Z dvodu vysokho nroku na pesnostnastaven je vtinou nezbytn zptnovazebnzen regulan obvod.

Dlen servomechanism

Typ pracovnho media hydraulick, pneumatick, parn, elektrick Typ pohybu rotace, translace (matice, heben, thlo, linern motor) Typ zptn vazby dn, potenciometr, pulzn (encoder), rozklada (selsyn)



5/19

Vvoj brzdnho systmu osobnho automobilu

hydraulick brzdn systm

http://www.carbibles.comPednka 12 Servomechanismy a krokov motory

hydraulick systm ABS, ESP brake by wire

podtlakov posilova


6/19

Elektrick servomotorServomotorzkrcenservoje motor, u kterho lze nastavit pomoc regultoru pesnou

polohu natoen osy. Nejpouvan

j jsou synchronn motory s permanentnmi magnetyna rotoru a tfzovm vinutm ve statoru. Motory lze nkolikansobnmomentov

petit a proto jsou vhodn i pro dynamicky nron lohy.

Mitsubishi ElectricProduct Lines/Servos-E-0001-tri-20/11/03



7/19

Krokov servomotorPotebu pohonu, kter um pesnnastavit svoji polohu a tuto polohu i pes psobc sly

udret, spluj krokov motory (stepper motor). Proud prochzejc cvkou statoru vytvo

magnetick pole, kter pithne opan pl magnetu rotoru. Vhodnm zapojovnm cvek

doshneme vytvoen rotujcho magnetickho pole, kter ot rotorem.

Krokov motor s 200kroky na otku(1.8 stupnna krok)

http://robotika.cz/articles/steppers/cs



8/19

Hydraulick servomotorHydraulick servopohony maj vhodu ve schopnosti vyvinout velk sly pi malch

rozmrech. Nevhodou je vy pot

eba drby a zvislost na rozvodu tlakovho mdia.Hydraulick pohony spotebovvaj energii i kdy nevykonvaj pohyb, protoe mus

udrovat provozn tlak mdia. (pevodovka koda Fabia WRC cca 10kW!)

www.automa.cz

Rotan

hydromotor

Pmoar hydromotor



9/19

SelfsynchronSelfsynchron (zkrcenselsyn) je speciln toiv elektrick stroj k souhlasnmu penosu

otivho pohybu prost

ednictvm elektrickho veden. Na rotoru je budc vinut, kter jenapjen z jednofzov stdav sta slou k vybuzen magnetickho obvodu. Na statoru

je trojfzov synchronizan vinut.

Zkladn zapojenselsynov dvojice

http://www.sps-cl.cz



10/19

Gyroskopy

Pednka 12 Gyroskopy

http://de.wikipedia.org

i


11/19

Moment hybnosti tlesa k ose rotace

Levitace gyroskopuLevitace gyroskopu

ada veliin pro posuvn pohyb m sv partnersk protjky vztahujc se k pohybu

otivmu. Tak hybnost m jako sv

j prot

jek veli

inu, kter m pro popis ot

ivhopohybu analogick vznam jako hybnost pro pohyb posuvn. Je j moment hybnosti.

Posuvn pohyb v danm smru

Sla Hybnost Hybnost

Vta o hybnosti

vmp rr =

F

r

pr

dtFpd =

r

r

Otiv pohyb kolem pevn osy

Moment sly

Moment hybnosti Moment hybnosti Vta o momentu hybnosti

r

r

=IL

Fr rr

=

prL r

r

=

dtMLd =rr

Holliday,D.,Resnick,R.,Walker,J.: Fyzika

Pednka 12 Gyroskopy

Hi i i k


12/19

Historie pouit gyroskopu

http://www.gyroscopes.org

http://cs.wikipedia.org

inek gyroskopu byl objeven v 1817J. Bohnenbergerem. Experimenty s interakc

gyroskopickho jevu a rotace zemkoule provd

l v 1852L. Foucault. Pokusy bylynespn, protoe ten limitovalo kad pokus na 8 a 10 minut, co byl pli krtk as

pro pozorovn interakce.

1817 J. Bohnenberger (Nmecko) popsal gyroskopick jev

1831 W. R. Johnson z (USA) pedvdl pokusy s tzv. Rotaskopem 1836 E. Sang (Skotsko) experimentoval se zazenm podobnm gyroskopu 1852 J. L. Foucault (1826-64) jako prvn pouil pojem gyroskop 1852-1968 Nov demonstrace gyroskopu pi tzv. levitaci 1898 M. Obry prodal patent gyroskopu zbrojovce Whitehead Torpedo Works 1904 H. Anschtz-Kaempfe patentoval lodn gyrokompas 1906 O. Schlick uskutenil gyrostabilizan experimenty na torpedovce Sea-bar 1908 H. Anschtz-Kaempfe vyvinul prvn funkn lodn gyrokompas 1909 E. A. Sperry vyvinul leteck autopilot s pouitm gyroskopu 1911 E. A. Sperry zahjil prodej gyrokompas v USA a pozdji v Britnii 1915 Sperry Company instalovala lodn gyroskopickou stabilizaci kolbn

1916 Anschtz Company zkompletovala prvn lodn autopilot 1916 Prvn pouit umlho horizontu v letadle

Gerolamo Cardano (1501-1576)italsk matematik, filosof, astronom

vynlezce kovho zvsu

Pednka 12 Gyroskopy

U l t k


13/19

Uplatnn gyroskop

Detekce a men rotanho pohybu Stabilizan jzdn systmy automobil Zpesovn pozice systmGPS

Stabilizace obrazu a pedmt Zjiovn zmny polohy, detekce pohybu Men setrvanosti

Men nklonu Detekce pevrcen, nap. automobilu Navdn a zen raket, letadel, robot

Mechanick setrvankov gyroskopy byly dve pouvny vhradn k navigaci a

stabilizaci. Modern gyra v podobintegrovanch obvod

obsahuj mimo samotn snma

i celou klu vyhodnocovacch obvod. Dky tomu lze gyroskopy pout i v bnch

praktickch aplikacch.

Pednka 12 Gyroskopy

A lik t k h k


14/19

Aplikace setrvankovch gyroskop

Gyrokompas Pracovn otky 20 000 a 50 000 RPM Odchylka od opravdovho severu je max. 0.5

Coriolisova sla: Doba ustlen polohy do 100 minut

vm2F rr

r

=

http://cs.wikipedia.org

Uml horizont Uvnitplovouc koule je setrvank se svislou osou Stabilizan systm vyrovnv chyby zpsoben tenm

zvsu dostaten pomalu, aby nebyl citliv na okamitmanvry letadla

Stabilizace je provdna na pneumatickm principu Dlouhodob prmr psobcch sil m smr gravitan sly

Pednka 12 Gyroskopy

I il i t (INS)


15/19

Inerciln navigan systmy (INS)Systmy jsou zaloeny na zkonu o zachovn hybnosti. V inercilnch naviganch

systmech se vyuv senzor

, kter nepetrit

sleduj vn

j p

soben na systm.Akcelerometry m zrychlen vzhledem k inerciln soustava mie hlov rychlosti

m rychlost otivho pohybu.

Suomela, J.: Gyros

Inerciln mie hlovch rychlost: Mechanick setrvankov gyra elektrick pohon, speciln loiska, cardanv zvs Vibran piezoelektrick gyra velmi mal, mal spoteba energie, citlivost a 0.1 /h

Optick gyroskopy bez pohyblivch dl, roboty, citlivost a 0.001 /h

Pednka 12 Gyroskopy



16/19


Pednka 12 Gyroskopy

Mikroelektromechanick systmy (MEMS) je technologie pouvan pro vrobu malch

integrovanch systm, kter kombinuj mechanick a elektrick sou

sti. Vyrb

j sestejnmi metodami litografie, jako se vyrbj IO a mohou mit od nkolika mikrometrdo

nkolika milimetr.

Ladikov gyroskopy

Ramena ladiky jsou rozechvvna (cvky, piezostrikce) Pi rotaci ladiky dojde k psoben Coriolisovy sly Vyvolan torzn vibrace jsou mrn hlov rychlosti

Mon tvary prunch element

: struny, tye, vlce

MEMS gyroskopy ADXRS xxx


17/19

MEMS gyroskopy ADXRS xxxGyroskopy jsou uren pro men hlov rychlosti v jednotkch stup/sekundu (/s).Gyroskopy, vyrbn jako integrovan MEMS obvody pracujc na principu Coriolisovy slya um mit pouze v jednom smru kolmm na plochu chipu.

www.analog.com

Zklad tvo struktura upevnn v rmu, kter vlivemvlastn mechanick rezonance kmit v uvedenm smru- kolmm na smr oten. Pitom vznik Coriolisovasla mrn hlov rychlosti oten, kter stla vnjpruiny rmu a zpsob vzjemn posuv mcchploek, fungujcch jako elektrody kondenztor.

Pednka 12 Gyroskopy

Optick mi hlov rychlosti


18/19

Optick mihlov rychlosti

Rozdlen dle fyziklnho principu:

Aktivn optick rezontor Pasivn optick rezontor

Vlknov optick interferometer s otevenou smykou

Vlknov optick interferometer s uzavenou smykou

Vlknov optick rezontor

Princip optickch mihlovch rychlost spov na rozdln dobobhu dvoupaprskputujcch uzavenou smykou v opanch smrech, kde smyka tvo rovinukolmou na osu rotace. Jeliko je rychlost svtla konstantn pak je doba obhu smykytchto paprskrzn. Tento jev se nazv Sagnacv efekt. Poprv byly pouity vinercilnch naviganch systmech Boeingu 757 a 767.

Vlknov optick gyroskopleteck navigace velmi mal

citlivost 0.01 /h

Suomela, J.: Gyros

Pednka 12 Gyroskopy

INS datalogger MBox


19/19

INS datalogger MBoxPstroj snm dynamick parametry z jedoucho vozidla. Jsou pouity ti jednoosakcelerometry ADXL105 s rozsahem 5g a ti snmae hlov rychlosti byly typuMurata ENC-03J. Pevodnk s mikroprocesorem ADUC812 je od firmy Analog Devices.Zznam monitorovanch signlna pamov mdium typu CompactFlash.

Pednka 12 Gyroskopy

prednaska12_6km

Documents