پاورپوینت مکانیسم ها مکانیک ماشین آلات

مکانیسم ها(مکانیک- ماشین آلات)
1

سر فصلها:
مروری بر مفهوم درجه آزادی، سینماتیک و فیزیک حرکات نسبی؛ انواع حرکت( انتقالی- دورانی-مارپیچی-کروی-تناوبی و…)
تعریف ماشینها و مکانیزمها؛ انواع مکانیزمها
اجزاء تشکیل دهنده مکانیزمها، تجهیزات جانبی مکانیزمها
دیاگرامهای سینماتیکی؛ سینماتیک معکوس(برگردان)
درجه آزادی و رابطه سازی مکانیزمها
مکانیزمهای میله ای و انواع آنها
روش ترسیمی
مکانیسم های خاص (جابجایی ؛رفت و برگشتی و…)

2

مراجع
مطالب کلاسی
سینماتیک و دینامیک ماشینها؛ جرج اچ. مارتین؛ ترجمه دکتر محمد اسماعیل پازوکی
Machines & Mechanisms; David H. Myszka
طراحی مکانیزمها برای طراحان و ماشین سازان؛
مترجم: مهندس اکبر شیرخورشیدیان
3

درجه آزادی
راستاهای مستقل حرکتی جسم را درجه آزادی گویند. اجسام با درجه آزادی صفر را سازه؛ با درجه آزادی منفی نامعین یا محدود حرکتی؛ و بادرجه آزادی 1 را مکانیزم گویند.
4

سینماتیک
سینماتیک ماشینها عبارت است از مطالعه و تجزیه و تحلیلی که راجع به حرکت نسبی اجزای ماشینها می باشد. در این تجزیه و تحلیل تغییر مکان، سرعت و شتاب مد نظر قرار خواهد گرفت.
حرکت یک جسم صلب را می توان برحسب یک و یا چند نقطه از آن مشخص نمود.حرکت یک جسم نسبت به جسم دیگری که ساکن است را حرکت مطلق نامند.بنابراین حرکت نقطه یک حرکت مطلق است.
اگر دو جسم دارای حرکات مطلق مختلف باشند در اینصورت می توان حرکت آنها را نسبت بهم سنجید.
5

6

انواع حرکت
حرکت دو بعدی:
انتقالی:تمام خطوط در وضعیت های مختلف موازی یکدیگرند.
مستقیم الخط:حرکت در امتداد خطی مستقیم
منحنی الخط:حرکت در امتداد منحنی
دورانی:فاصله تمام نقاط نسبت به خطی عمود برصفحه حرکت (محور دوران) ثابت است.
ترکیب انتقالی و دورانی

7

حرکت سه بعدی:
حرکت مارپیچی:نقطه ای در فاصله ثابت از محوری دوران و همزمان در امتداد آن محور نیز حرکت نماید.
حرکت کروی:نقطه ضمن حرکت در فضای سه بعدی فاصله اش نسبت به یک نقطه ثابت(مرکز) تغییر نمی کند.
حرکت تناوبی؛ دوره تناوب؛ فاز؛ فرکانس
8

روشهای انتقال حرکت
9
اعضای محرک، متحرک و رابطها (صلب و غیر صلب= انعطاف پذیر)
تماس مستقیم؛ محرک=بادامک، متحرک=پیرو

خط انتقال خط انتقال: حرکت محرک از طریق خط انتقال به پیرو منتقل میشود. شرط انتقال حرکت از محرک به پیرو در تماس مستقیم: محرک در امتداد قائم مشترک دارای حرکت باشد
10

بردار سرعت خطی محرک و متحرک دارای یک مولفه مماسی و یک مولفه قائم می باشند.مولفهای قائم سرعت باید باهم برابر باشند؛ درغیر اینصورت عدم تماس و یا دفرمه شدن پیش می آید.
مولفه های مماسی نیز اگر با هم برابر باشند تماس غلتشی ( که در اینحالت قرار داشتن نقطه تماس بر روی خط المرکزین ضروریست) و اگر باهم برابر نبوده و سرعت نسبی بین آنها وجود داشته باشد تماس لغزشی خواهیم داشت؛ اختلاف مولفه های مماسی سرعت برابر سرعت لغزشی است.
11

نسبت سرعت زاویه ای
12
O2 GP2D ~ P2 SED
P4 HO4D ~ P4 SFD

13

نسبت سرعت زاویه ای محرک به سرعت زاویه ای پیرو با عمودهای ترسیمی از مراکز دوران آنها به خط انتقال و یا فاصله مراکز دوران آنها تا محل برخورد خط انتقال و خط المرکزین نسبت عکس دارد.
اگر خط انتقال خط المرکزین را در نقطه ای ثابت قطع کند نسبت سرعت زاویه ای ثابت است.

14

15

تماس لغزشی
اگر اعضا در امتداد مماس مشترک نقطه تماس دارای حرکت نسبی باشند، تماس لغزشی حادث می گردد.
تماس غلتشی
اگر اعضا در امتداد مماس مشترک نقطه تماس دارای سرعتهای مساوی، موازی و هم جهت باشند (لغزش نباشد) تماس غلتشی داریم.

16

ماشینها و مکانیزمها
ماشین وسیله ای است برای تغییر فرم و انتقال انرژی؛ موتور الکتریکی برای تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی بکار میرود.
یک مکانیزم قسمت مکانیکی یک ماشین است که وظیفه انتقال حرکت و نیرو از یک مولد به یک عضو را بعهده دارند؛ قلب ماشین. یک مکانیزم می تواند مشتمل بر قطعات صلب باشد که طوری چیده و به یکدیگر متصل شده اند که بتوانند حرکت دلخواه و مطلوب ماشین را تضمین نمایند یا می توان مکانیزم را زنجیره سینماتیکی شامل یک مجموعه میله های صلب دانست که ضمن اتصال یا تماس با یکدیگر می توانند نسبت بهم دارای حرکت نسبی باشند.

17

اگر یکی از میله ها ثابت بوده و حرکت یکی از میله های دیگر به وضعیت جدید موجب حرکت سایر میله ها در وضعیتهای مشخص و قابل پیش بینی گردد مجموعه را زنجیره سینماتیکی مقید (مکانیزم)و در غیر اینصورت آنرا زنجیره سینماتیکی غیر مقید گویند.
18

انواع مکانیزمها
تقسیم بندی از نقطه نظر کاربرد:
جابجا کردن قطعات (برای مونتاژ، سورتینگ و …)
رفت و برگشتی (ایجاد حرکت خطی)
ایجاد حرکت دورانی
تبدیل حرکت خطی به دورانی و بالعکس
بادامک و پیرو
چرخدنده ای
کوپلینگها
محدود کننده گشتاور
کنترل هیدرولیکی و نیوماتیکی
قفل کن
…..

19

انواع مکانیزمها(ادامه)
تقسیم بندی از نظر نوع حرکت و اجزای تشکیل دهنده:
مکانیزم زنجیری(Linkage): تشکیل یک زنجیره بسته
مکانیزم میله ای ساده: یک جسم صلب است که شامل فقط دو اتصال است که با یک میله(Link) به یکدیگر متصل شده اند
مکانیزم لنگ(Crank): یک مکانیزم میله ای ساده است که توانایی چرخش کامل حول یک مرکز مشخص و فیکس شده را دارد.
مکانیزم گهواره ای(Rocker): یک مکانیزم میله ای ساده است که در یک زاویه خاص نوسان می کند و جهت حرکت خود را در یک بازه زمانی بخصوص عوض می کند.
مکانیزم مرکب: یک جسم صلب است که شامل چند اتصال (بیش از دو مورد) می باشد. یک بازوی گهواره ای (rocker arm) یک مکانیزم میله ای مرکب است که شامل سه اتصال است حول مرکز مفصل شده اند. یک بازوی لنگ زنگی(Bellcrank) نیز شبیه بازوی گهواره ای حول مرکزش خم شده است.

20

انواع مکانیزمها(ادامه)
21

انواع مکانیزمها(ادامه)
22

اجزاء تشکیل دهنده مکانیزمها
قاب(Frame): آن قسمت از ماشین که ثابت بوده و هیچ حرکتی از خود نشان نمی دهد و ضمنا اجزای متحرک بر آن تکیه دارند.
میله(Link): اصطلاحی است که برای معرفی هر عضوی که نسبت به دیگری دارای حرکت نسبی باشد بکار میرود. هم چنین به عنوان جسم صلبی است که به سایر قطعات نظیر متصل می شود تا حرکت و نیروها را انتقال دهند. قطعات ارتجاعی مانند فنرها که صلب نیستند بعنوان میله درنظر گرفته نشده و اثری بر سینماتیک مکانیزمها ندارند.
نقطه مطلوب(Interest): نقطه ای از یک عضو میله ای است که حرکت خاصی در آن مدنظر باشد، یعنی در تحلیلهای سینماتیکی جابجایی،سرعت و شتاب این نقطه مشخص می شود.
23

اجزاء تشکیل دهنده مکانیزمها(ادامه)
گره،نود،اتصال(joint): گره تقاطع یا اتصال بین میله ها است که بواسطه آن اجازه حرکت نسبی به میله ها داده می شود و انواع آن عبارتست از:
چرخشی،پین،مفصل،لولا(Revolute): دراین اتصال اجازه چرخش خالص به دو قطعه ارتباطی یا میله ها داده می شود.
لغزش،پیستونی،منشوری(Sliding): دراین اتصال اجازه لغزش خالص بین دو قطعه ارتباطی یا میله ها داده می شود.
مرکب (اتصال مرتبه بالاتر): :ترکیبی از دو اتصال فوق است؛ که خود شامل دو نوع است: بادامکی-چرخدنده ای
عملگر(Actuator): عضوی که مکانیزم را به حرکت وا می دارد؛عملگرهای الکتریکی،هیدرولیکی، سلونوئیدی،نیوماتیکی،دستی و …

24

دیاگرامهای سینماتیکی؛ سینماتیک معکوس(برگردان)
در آنالیز حرکت یک مکانیزم تصور حرکت اعضای مختلف در مجموعه مونتاژ شده (مکانیزم) مشکل است؛ درحالیکه نمایش آناتومی گونه (اسکلت فرم) اعضای مکانیزم که طی آن اندازه ها و حرکت نسبی آنها نمایش داده می شود و به آن ”دیاگرام سینماتیکی“ گویند مشکل فوق را حل می نماید؛ شبیه نمودار مدارات الکتریکی یا خطوط لوله و…
یک نمودار سینماتیکی با یک مقیاس مناسب در مقایسه با ابعاد واقعی رسم و در آن میله ها شماره گذاری و گره ها با حروف شناخته می شوند، شماره میله ها از قاب بعنوان میله شماره 1 شروع می گردد. نمادهای مربوط به اعضای مختلف مکانیزمها در دیاگرام سینماتیکی بشرح جدول زیر می باشد:
25

26

27

مسایل نمونه برای دیاگرامهای سینماتیکی
مثال 1: شکل 1.7 یک کاتر که برای برش بوردهای ورقه ای مدارات الکترونیکی بکار می رود را نشان می دهد. دیاگرام سینماتیکی آن بشرح زیر است:

28

29
مراحل حل:
تعیین قاب؛ یکی از اعضا را بعنوان قاب در نظر گرفته که حرکت سایر اعضا نسبت به آن رسم می شود. در اغلب موارد قاب همان زمین فرض می شود. دراین مسئله پایه اصلی که به میز پیچ شده را قاب و عضو شماره 1 می نامیم.
تعیین سایر اعضای مکانیزم؛ مشاهده و بررسی دقیق حاکی از وجود سه عضو متحرک است:
عضو شماره 2: دسته
عضو شماره3: تیغه برش
عضو شماره 4: میله ارتباطی بین دسته و تیغه برش
تعیین اتصالات (گره ها): اتصال پین سه عضو فوق را به یکدیگر متصل می کند؛ که با حروف A تا C نامگذاری شده است. همچنین حرکت لغزشی تیغه بر روی پایه به سمت بالا و پایین نیز با اتصال D نمایش داده شده است.

تعیین نقطه مطلوب: نهایتا حرکت انتهای دسته مطلوب می باشد. بنابراین این نقطه را نقطه مطلوب X می نامیم.
رسم دیاگرام سینماتیکی: مطابق شکل 1.8 زیر:

30

مثال 2: شکل 1.9 یک انبر قفلی را نشان می دهد. دیاگرام سینماتیکی آن بشرح شکل 1.10 است:

31

سینماتیک معکوس
انتخاب یک عضو بعنوان قاب در برخی مکانیزمها از جمله مثال دوم دلخواه است، این درحالیست که انتخاب یک عضو تاثیری در حرکت نسبی اعضا نسبت بهم ندارد. البته حرکت مطلق اعضا ممکن است تغییر نماید اما در چنین مسائلی که حرکت نسبی تغییر نمی نماید مسئله را سینماتیک معکوس نامند.
32

درجه آزادی و رابطه سازی مکانیزمها
درجه آزادی(F): تعداد راستاهای مستقل حرکتی و یا تعداد ورودیهای مستقل مورد نیاز جهت تعیین دقیق موقعیتهای تمام اعضا و میله های مکانیزم نسبت به زمین و یا تعداد عملگرهای مورد نیاز برای کارکرد مکانیزم را درجه آزادی گویند. هم چنین تعداد درجه های آزادی یک مکانیزم را تحرک پذیری (قابلیت تحرک) مکانیزم گویند.
اگر وضعیت یک مکانیزم با موقعیت یک میله مشخص گردد آنرا یک درجه آزادی گویند. بازوهای روباتها می توانند سه و یا تعداد بیشتری درجه آزادی داشته باشند.
معادله گروبلر:
F=3(n-1)-2jp-2jh
n تعداد میله ها(اعضا)؛ jp تعداد اتصالات ابتدایی(پین یا اتصالات لغزشی)؛ jh تعداد اتصالات مرتبه بالا(بادامک یا دنده)؛
33

مکانیزمهای یک درجه آزادی را مکانیزمهای مقید نامند.
مکانیزمهای با درجه آزادی صفر یا منفی را مکانیزمهای قفل شده گویند. (درجه آزادی صفر همان سازه است؛ مثلا خرپا سازه ای متشکل از میله های ساده با اتصالات پین و درجه آزادی صفر است)
مکانیزمهای با بیش از یک درجه آزادی را نامقید نامند مانند روباتها، جراثقالها و ….

34

مثال 1: شکل 1.12 یک کلمپ تاگل را نشان می دهد. دیاگرام سینماتیکی آن و درجه آزادی بشرح زیر است:

35

n=4, jp=4 pins, jh=0

F= 3(4-1)-2(4)-0=1

فقط یک عضو محرک (عملگر) که همان دسته است وجود دارد که حرکت آن دقیقا حرکت سایر اعضا را مشخص می نماید.
36

مثال: شکل 1.14 یک خردکن زباله را نشان می دهد. با انتخاب نقطه انتهایی دسته بعنوان نقطه مطلوب دیاگرام سینماتیکی و درجه آزادی را محاسبه کنید.

37

38

مکانیزمهای میله ای و انواع آنها
یکی از ساده ترین انواع مکانیزمها نوع میله ای است که نوع چهار میله ای ساده ترین، متداولترین و مفیدترین آنهاست. این نوع مشتمل بر چهار میله بعنوان اعضا که یکی از آنها همان قاب، یکی محرک، یکی پیرو و دیگری رابط است که این میله ها با چهار پین به یکدیگر متصل شده اند. شکل زیر مکانیزم شیشه پاک کن عقب خودرو را بهمراه دیاگرام سینماتیکی آن نشان می دهد.
n=4 ; jp =4 pins, jh =0
F=3(4-1)-2(4)-0=1
39

40

انواع مکانیزمهای چهار میله ای
مکانیزم چهار میله ای با لنگهای موازی:

مکانیزم چهار میله ای با لنگهای مساوی و غیر موازی:
41

انواع مکانیزمهای چهار میله ای-ادامه
مکانیزم لنگ-آونگ(crank and rocker):ورودی، لنگ، کامل دوران نموده که طی آن خروجی، آونگ، حرکت نوسانی دارد مانند شیشه پاک کن اتومبیل. کوتاهترین عضو قاب است.

42

انواع مکانیزمهای چهار میله ای-ادامه
مکانیزم لنگ-لنگ(double crank ; drag link):ورودی، لنگ، کامل دوران نموده که طی آن خروجی، لنگ، نیزحرکت دورانی کامل و هم جهت دارد. کوتاهترین عضو قاب است.

43

انواع مکانیزمهای چهار میله ای-ادامه
مکانیزم آونگ-آونگ(double rocker):ورودی و خروجی نمی توانند بطور کامل دوران داشته باشند و بین دو حد محدود می شوند. درواقع این میله رابط است که دوران کامل دارد. عضو مقابل کوتاهترین عضو قاب است.

44

انواع مکانیزمهای چهار میله ای-ادامه
مکانیزم آونگ سه گانه(triple rocker):هیچیک از میله ها بطور کامل دوران نداشته و همه آنها حرکت نوسانی دارند.
مکانیزم لنگ- لغزنده(slider-crank):

45

انواع مکانیزمهای چهار میله ای-ادامه
مکانیزم رفت و آمدی(scotch yoke):
46

انواع مکانیزمهای چهار میله ای-ادامه
مکانیزم با برگشت سریع(quick return):صفحه تراش، ویت ورث،لنگ دورانی دوبل
47

انواع مکانیزمهای چهار میله ای-ادامه
48

انواع مکانیزمهای چهار میله ای-ادامه
مکانیزم خط مستقیم: مکانیزم وات

مکانیزمهای موازی: پانتوگراف
49

انواع مکانیزمهای چهار میله ای-ادامه
مکانیزم تاگل

کوپلینگ الدهام
50

انواع مکانیزمهای چهار میله ای-ادامه
مفصلهای اونیورسال

51

انواع مکانیزمهای چهار میله ای-ادامه
مکانیزمهای نوبه ای:چرخ ژنوا، جغجغه ها

52

معیار هندسی گراشف
روابط زیر ارتباط طول میله های یک مکانیزم چهار میله ای را نشان می دهد:
S=طول کوتاهترین میله
L= طول بلندترین میله
P= طول یکی از میله های میانی
q=طول میله میانی دیگر
بر اساس معیار گراشف مکانیزم چهار میله ای دارای حداقل یک میله چرخان(حرکت دورانی کامل) است اگر:
S+lp+q
و برعکس، سه میله غیر قاب نوسان می کنند اگر:
S+l>p+q

53

معیار هندسی گراشف-ادامه
تمام انواع مکانیزمهای میله ای در قالب جدول زیر فرموله میشوند:

54

مثال: مکانیزم جمع کن چرخ یک هواپیمای کوچک در شکل نشان داده شده است، دیاگرام سینماتیکی و معیار گراشف را در این مورد کنترل کنید.

55

S=12 in., l=32in., p=30in., q=26in.
12+32<30+26
44<56 yes
56