Componentele mecanice ale unui sistem mecatronic

Domeniul mecatronicii se ocupa cu integrarea mecanicii cu electronica, automatica, tehnologia informatiei. Intr-un produs mecatronic, mecanica joaca un rol vital, ce poate include suport structural, mobilitate, transmiterea miscarii, manipulare. Sistemul mecanic trebuie sa fie proiectat (integrat cu partea electronica si de control) pentru a satisface carecterisitici dorite precum greutate mica, rezistenta mare, viteza mare, vibratii si zgomot redus, durata de utilizare mare, putine parti in miscare, fiabilitate ridicata, pret de cost scazut, intretinere rara si cu costuri reduse. In mod clar, aceste cerinte pot fi in conflict unele cu altele si este nevoie de o optimizare a proiectarii.

Chiar si intr-un sistem electromecanic integrat, exista motive bune de a face distinctie intre componentele mecanice si cele electronice sau componenetele tip calculator (hardware sau software). Un motiv este legat de conversia energiei (sau puterii). Tipurile de energie care sunt implicate vor diferi in aceste tipuri variate de componente. Nivelul de energie (sau putere) poate diferi in mare masura la fel. De exemplu, circuitele electronice digitale si hardware-ul de calculator in mod tipic utilizeaza nivele scazute de putere si tensiune. Dispozitivele analogice precum amplificatoarele operationale sau sursele de putere pot functiona la tensiuni inalte si puteri mari. Motoarele si celelalte actuatoare (de exmplu, motoarele de c.a. si actuatoarele hidraulice in particular) pot primi nivele inalte de putere electrica si genera similar nivele inalte de putere mecanica. Conversia analog-digitala si conversia digital-analogica implica nivele relativ scazute de putere. Dar, amplificatoarele de putere ale motoarelor electrice, pompele si compresoarele sistemelor hidraulice si pneumatice in mod tipic lucreaza cu nivele mult mai inalte de putere. Rezulta ca nivelul de putere necesar pentru o sarcina si natura conversiei de energie care este implicata pot separa componentele mecanice de celelalte intr-un sistem mecatronic.

Un alt motiv care separa o componenta mecanica de componentele electronice si de control/calcul (hardware/software) este largimea de banda (viteza, constante de timp, etc.). In mod tipic, componentele mecanice au constante de timp mai mici decat componentele electronice. Prin urmare, vitezele lor de operare vor diferi si, mai mult, si largimea de banda (continut de frecventa util) a semnalelor asociate va diferi. De exemplu, procesele de productie pot avea constante de timp de ordinul minutelor iar robotii si masinile unelte au constante de timp de ordinul ms. Constantele de timp ale circuitelor electrice analogice pot fi chiar mai mici (de ordinul μs). Calculatoarele sau dispozitivele de control programabile pot in mod corespunzator sa genereze comenzi digitale in domeniul kHz (pe scara de timp, de ordinul ms). Daca e nevoie de viteze mai mari, trebuie utilizate procesoare mai rapide, algoritmi de calcul eficienti, si calculatoare cu cicluri de operare mai scurte. Pentru a realiza un control digital si alte actiuni digitale la viteze mult mai mari (frecvente de ordinul MHz, durata ciclului de ordinul μs) trebuie utilizate solutii harware (nu software) cu electronica digitala si analogica dedicata.

Este clar din prezentarea anterioara ca, chiar si pentru un sistem mecatronic proiectat utilizand abordarea integrata in raport cu componentele si functiunile sale, va fi necesar a se face o distinctie intre componentele sale mecanice si componentele nemecanice.

Componentele mecanice obisnuite ale unui sistem mecatronic pot fi clasificate in cateva grupuri dupa utilitatile lor, precum:
- componente structurale (proprietati de rezistenta si de material/suprafata).
- componente de fixare (rezistenta).
- componente de separare dinamica (transmisibilitate).
- componente de transmisie (conversia miscarii).
- actuatoare mecanice (cuplu/forta generata).
- controlere mecanice (distribuirea energiei controlat).

Pentru fiecare categorie este indicat in paranteze atributul sau proprietatea principala care este caracteristica functiei acelei categorii.

Componentele structurale au ca functie principala sa furnizeze suport structural. In acest context, rezistenta mecanica si proprietatile de suprafata/material (de exemplu, duritate, uzura, frecare) ale componentei sunt cruciale.

Componenta poate fi rigida sau flexibila si stationara sau in miscare. Exemple de componente structurale: rulmenti, arcuri/resorturi, axe, osii, arbori, stalpi, bare, grinzi, traverse, flanse etc.

Componentele de fixare sunt in legatura directa cu componentele structurale. Scopul acestora este de a imbina/fixa doua componente mecanice. Si aici, principala proprietate ca importanta este rezistenta mecanica. Exemple sunt: bridele, clemele, bolturile, buloanele, suruburile, pivotii, piulitele, mansoane, mufe, bucsi, inchizatoare, elemente de blocare/fixare, sigurante, chei, zavoare, pana de fixare, splint, nituri, opritoare. Sudarea si lipirea sunt procese de fixare si intra in aceeasi categorie.

Componentele de separare dinamica realizeaza ca sarcina principala izolarea/separarea sistemului de un alt sistem (sau mediu) cu privire la miscare si forte. Acestea implica “filtrarea” miscarilor si fortelor/cuplurilor. Prin urmare transmisibilitatea miscarii si transmisibilitatea fortelor sunt caracterisiticile cheie in aceste componente. Arcurile, amortizoarele, elementele inertiale pot forma elementul izolator. Elementele anti-soc si vibratii pentru masini, blocurile inertiale, si sistemele de suspensie ale autovehiculelor sunt exemple de componente de separare dinamica.

Componentele de transmisie pot fi asociate cu componentele de separare, in principiu, dar functiile lor sunt complet diferite. Scopul principal al componentei de transmisie este conversia miscarii (in amplitudine si forma). In proces forta/cuplul de intrare este de asemenea convertit in amplitudine si forma. De fapt in unele aplicatii modificarea fortei/cuplului poate fi cerinta primara a componentei de transmisie. Exemple de componente de transmisie sunt: angrenajele, rotile dintate, cuplajele armonice, sistemul surub-piulita, cremaliere si pinioane, came si elemente conduse, lanturi si roti, curele si roti de transmisie, tamburi, scripeti, troliu, diferentiale, legaturi cinematice, cuplaje elastice, transmisii fluidice.

Actuatoarele mecanice sunt utilizate pentru a genera forte (si cupluri) pentru aplicatii diverse. Actuatoarele obisnuite sunt electromagnetice (ca tip, de exemplu motoarele electrice) si nu pur si simplu mecanice. Deoarece fortele magnetice sunt forte “mecanice” care genereaza cupluri mecanice, motoarele electrice pot fi considerate ca dispozitive electromecanice. Alte tipuri de actuatoare care utilizeaza fluide pentru generarea efortului cerut pot fi considerate ca fiind in categoria actuatoarelor mecanice. Exemple sunt: pistoanele si cilindrii hidraulici, motoarele hidraulice, echivalentul lor pneumatic, si unitatile de putere termica (motoarele primare) precum turbinele cu abur. De un interes particular in sistemele mecatronice sunt actuatoarele electromecanice si actuatoarele hidraulice si pneumatice.

Controlerele mecanice au ca sarcina modificarea raspunsului dinamic al sistemului mecatronic (miscare si forta/cuplu) intr-o maniera dorita. Pur si simplu controlerele mecanice realizeaza aceasta sarcina prin distribuirea controlata a energiei. Acestea nu sunt atat de comune precum controlerele electronice/electrice si controlerele hidraulice/pneumatice. De fapt servovalvele hidraulice/pneumatice pot fi tratate in aceasta categorie de controlere pur mecanice. Mai mult, controlerele mecanice sunt in legatura apropiata cu componentele de transmisie si actuatoarele mecanice. Exemple de controlere mecanice sunt ambreiajele si franele.

In selectarea unei componente mecanice pentru o aplicatie mecatronica, trebuie avute in vedere multe aspecte ingineresti. De prima insemnatate sunt capacitatea si performantele componentei in raport cu cerintele proiectarii (sau specificatiile) sistemului. De exemplu, miscarea si specificatiile de cuplu, flexibilitatea si limitele de abatere, caractersiticile de rezistenta incluzand comportarea la solicitari mecanice, limite si moduri de defectiune/avarii si durata de viata, proprietatile de suprafata si de material (de exemplu frecarea, tip material: nemagnetic, necoroziv), domeniu de operare, si durata de proiectare vor fi importante. Alti factori precum dimensiunea, forma, costul, si diponibilitatea comerciala pot fi destul de cruciale.

Clasificarile mentionate ale componentelor mecanice sunt:

Componentele structurale - rulmenti, arcuri/resorturi, axe, osii, arbori, stalpi, bare, grinzi, traverse, flanse.
Componentele de fixare - bridele, clemele, bolturile, buloanele, suruburile, pivotii, piulitele, mansoane, mufe, bucsi, inchizatoare, elemente de blocare/fixare, sigurante, chei, zavoare, pana de fixare, splint, nituri, opritoare.
Componentele de separare - arcurile, amortizoarele, elementele inertiale, elementele anti-soc si vibratii pentru masini, blocurile inertiale, si sistemele de suspensie.
Componentele de transmisie - angrenajele, rotile dintate, cuplajele armonice, sistemul surubpiulita, cremaliere si pinioane, came si elemente conduse, lanturi si roti, curele si roti de transmisie, tamburi, scripeti, troliu, diferentiale, legaturi cinematice, cuplaje elastice, transmisii fluidice.
Actuatoare mecanice - pistoanele si cilindrii hidraulici, motoarele hidraulice, echivalentul lor pneumatic.
Controlere mecanice - ambreiajele, franele, servovalvele hidraulice/pneumatice.



Niciun comentariu:

Trimiteți un comentariu

Opinia ta conteaza !

Booking.com