LUCRĂRI DE LABORATOR LA DISCIPLINA MECANISME

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI Universitatea din Craiova

FACULTATEA DE MECANICĂ

LUCRĂRI DE LABORATOR LA

DISCIPLINA MECANISME

Specializarea TEHNOLOGIA CONSTRUCŢIILOR DE MAŞINI

Prof. univ. Dr. Ing. Simona-Mariana CREŢU Prof. univ. Dr. Ing. Nicolae DUMITRU

Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României Lucrări de laborator la disciplina Mecanisme / Simona-Mariana CREŢU, Nicolae DUMITRU - Craiova : Sitech, 2010 Bibliogr. ISBN 978-606-11-0761-2

I. Creţu, Simona-Mariana II. Dumitru, Nicolae

621.83 În achiziţia şi prelucrarea datelor experimentale ale lucrărilor de laborator din anul universitar 2009-2010 a fost implicat şi CS I Dr. Fiz. Ion Manea. Numeroase machete funcţionale ale mecanismelor din Laboratorul de Mecanisme au fost realizate de studenţii Facultăţii de Mecanică din Craiova, sub îndrumarea cadrelor didactice: Prof. univ. Dr. Ing. Iulian Popescu, Prof. univ. Dr. Ing. Adina Cătăneanu, Prof. univ. Dr. Ing. Gheorghe Nanu, Prof. univ. Dr. Ing. Nicolae Dumitru, Prof. univ. Dr. Ing. Simona-Mariana Creţu, Prof. univ. Dr. Ing. Daniela Tarniţă, Prof. univ. Dr. Ing. Daniela Vintilă, Conf. univ. Dr. Ing. Iulian Iordachiţă, Conf. univ. Dr. Ing. Mihaela Bogdan, S.l. Dr. Ing. Alin Ungureanu, As. Drd. Ing. Laura Grigorie, As. Ing. Mihai Marin şi alţii.

© 2010

All rights reserved. This book is protected by copyright. No part of this book may be reproduced in any form or by any means, including photocopying or utilised any information storage and retrieval system without written permision from the copyright owner.

The Publishing House SITECH Craiova is accredited by C.N.C.S.I.S. from the Ministry of Education, Research and Youth Romania for publishing scientific papers.

Editura SITECH Craiova

Str. Romul, Bloc T1, Parter

Tel/fax: 0251/414003

ISBN 978-606-11-0761-2

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI Universitatea din Craiova

FACULTATEA DE MECANICĂ

Prof. univ. Dr. Ing. Simona-Mariana CREŢU Prof. univ. Dr. Ing. Nicolae DUMITRU

LUCRĂRI DE LABORATOR LA

DISCIPLINA MECANISME

Specializarea TEHNOLOGIA CONSTRUCŢIILOR DE MAŞINI

Anul universitar 2009-2010

Editura SITECH Craiova, 2010

LISTĂ LUCRĂRI

1. PREZENTAREA CICLULUI DE LUCRĂRI. STANDARDIZAREA TERMINOLOGIEI

ŞTIINTEI MECANISMELOR ŞI A MAŞINILOR 2. STUDIUL ELEMENTELOR ŞI CUPLELOR CINEMATICE 3. ANALIZA STRUCTURALĂ A MECANISMELOR (I) 4. ANALIZA STRUCTURALĂ A MECANISMELOR (II)

5. ŞEPINGUL - ANALIZA CINEMATICĂ

6. MECANISME PENTRU ROBOŢI

7. ANALIZA MECANISMELOR CU CAME. DIAGRAME CINEMATICE

8. TRASAREA PROFILURILOR ARHIMEDICE LA CAME

9. ROŢI DINŢATE. CUTII DE VITEZE

10. MECANISME PLANETARE

11. MECANISME DIFERENŢIALE. EFECTUL GIROSCOPIC ÎN MECANISME

12. ECHILIBRAREA MECANISMELOR

13. REDUCTOARE ARMONICE

14. UTILIZAREA CALCULATORULUI ÎN STUDIUL MECANISMELOR

1. PREZENTAREA CICLULUI DE LUCRĂRI STANDARDIZAREA TERMINOLOGIEI

Obiectivele lucrării:

Instructaj NTSM şi PSI specifice laboratorului de Mecanisme. Cunoaşterea unor mecanisme istorice. Cunoşterea structurilor IFToMM şi a contribuţiei oamenilor de ştiinţă români în domeniul

Ştiinţei Mecanismelor şi a Maşinilor (ŞMM). Familiarizarea studenţilor cu Standardizarea terminologiei specifice ŞMM şi a standardelor

specifice. Prezentarea ciclului de lucrări. Cunoaşterea echipamentelor, aparatelor şi instrumentelor utilizate în desfăşurarea lucrărilor

de laborator. Echipamente / instrumente utilizate:

Mecanisme şi maşini existente în dotarea laboratorului de Mecanisme. Sisteme de achiziţie numerică a mărimilor mecanice, traductori inductivi de cursă liniară şi

unghiulară, comparatoare, tahometre,...

2. STUDIUL ELEMENTELOR ŞI CUPLELOR CINEMATICE Obiectivele lucrării:

Identificarea şi clasificarea elementelor cinematice din mecanisme. Studiul cuplelor cinematice. Echivalarea cuplelor cinematice prin multicuple (lanţuri cinematice simple deschise). Studiul cuplelor cinematice complexe.

Echipamente / instrumente utilizate:

Stand pentru studiul cuplelor cinematice. Mecanisme existente în dotarea laboratorului.

Rezultate obţinute: Identificarea şi clasificarea elementelor cinematice ale unor mecanisme existente în dotarea

laboratorului. Rangul elementelor cinematice. Clasificarea cuplelor cinematice după criteriile cunoscute; simbolizarea cuplelor cinematice

conform standardului român în vigoare (EN ISO 3952-1). Stabilirea ordinului cuplelor complexe şi identificarea cuplelor cinematice elementare ale

cuplelor complexe. Echivalarea cuplelor cinematice prin multicuple (policuple). Stabilirea numărului de

elemente cinematice suplimentare, a numărului şi tipului cuplelor cinematice care apar în fiecare multicuplă echivalentă. Simbolizarea multicuplei conform EN ISO 3952-1.

3. ANALIZA STRUCTURALĂ A MECANISMELOR (I) Obiectivele lucrării:

Analiza structurală a mecanismelor. Echipamente / instrumente utilizate:

Machete funcţionale ale unor mecanisme. Rezultate obţinute:

Schema cinematică. Identificarea elementelor şi cuplelor cinematice; clasificarea acestora. Mobilitatea mecanismului. Descompunerea mecanismului conform principiului lui Assur.

4. ANALIZA STRUCTURALĂ A MECANISMELOR (II) Obiectivele lucrării:

Analiza structurală a mecanismelor. Echipamente / instrumente utilizate:

Machete funcţionale ale unor mecanisme: cu triade, cu grad de mobilitate mai mare ca 1 şi cuple cinematice complexe.

Rezultate obţinute:

Schema cinematică. Identificarea elementelor şi cuplelor cinematice. Clasificarea acestora. Mobilitatea mecanismului. Descompunerea mecanismului conform principiului lui Assur.

5. ŞEPINGUL - ANALIZA CINEMATICĂ Obiectivele lucrării:

Cunoaşterea funcţionării mecanismelor şepingului: mecanismul pentru avansul longitudinal al sculei, mecanismul pentru avansul vertical al saniei port-sculă; mecanismul pentru avansul transversal al mesei.

Analiza structurală a mecanismului pentru avansul longitudinal al sculei; calculul cinematic (poziţii, viteze, acceleraţii) cu una din metodele analitice studiate.

Determinarea experimentală a poziţiei, vitezei şi acceleraţiei elementului condus din mecanismul pentru avansul longitudinal al sculei, în funcţie de timp, folosind aparatură performantă.

Echipamente / instrumente utilizate: Şeping. Machete funcţionale ale mecanismului pentru avansul longitudinal al sculei şi mecanismului

pentru avansul transversal al mesei. Traductor inductiv de cursă liniară tip WA300 (firma HBM) - cursă nominală 300 mm. Sistem de achiziţie numerică a mărimilor mecanice - Spider 8, rezoluţie 12 biţi; program

realizat sub mediul de programare TestPoint pentru prelucrarea datelor experimentale. Notebook IBM ThinkPad R51.


Schemele cinematice ale celor 3 mecanisme analizate. Identificarea elementelor şi cuplelor cinematice. Mobilitatea mecanismelor. Schema structurală a mecanismului pentru avansul longitudinal al sculei; descompunerea în

grupe structurale. Poziţii, viteze şi acceleraţii ale elementului condus din mecanismul pentru avansul

longitudinal al sculei, calculate cu una din metodele analitice studiate, pentru o turaţie impusă elementului conducător.

Diagrame cinematice (poziţii, viteze şi acceleraţii) pentru diverse turaţii ale elementului conducător, obţinute experimental.

Compararea rezultatelor teoretice şi experimentale. Justificarea posibilelor erori apărute la rezultate.

6. MECANISME PENTRU ROBOŢI Obiectivele lucrării:

Familiarizarea studenţilor cu mecanismele caracteristice roboţilor: mecanisme generatoare de traiectorie, mecanisme de orientare, mecanisme de prehensiune, mecanisme păşitoare.

Analiza structurală a mecanismelor de prehensiune cu elemente rigide; analiza structurală a mecanismelor de prehensiune compliante acţionate de sârme din aliaje cu memoria formei.

Analiza structurală a unor platforme paralele. Analiza cinematică a unor mecanisme păşitoare. Analiza cinematică a sistemelor de orientare diferenţiale.


Roboţi şi mecanisme existente în dotarea laboratorului

Rezultate obţinute: Identificarea elementelor şi cuplelor cinematice din mecanismele de prehensiune cu

elemente rigide; calculul gradului de mobilitate; schema cinematică, schema structurală. Schema cinematică a mecanismului înlocuitor al unui mecanism de prehensiune compliant;

calculul mobilităţii. Identificarea elementelor şi cuplelor cinematice în mecanismele generatoare de traiectorii şi

în platformele paralele; mobilitatea mecanismelor, inclusiv pentru platformele supraconstrânse.

Ecuaţii pentru analiza cinematică a mecanismelor păşitoare; folosirea principiului inversării mişcării.

Ecuaţii pentru analiza cinematică a sistemelor de orientare diferenţiale.

7. ANALIZA MECANISMELOR CU CAME. DIAGRAME CINEMATICE

Obiectivele lucrării: Cunoaşterea mecanismelor cu came; clasificarea acestora. Analiză structurală. Realizarea teoretică şi experimentală a diagramelor cinematice la diverse mecanisme cu

camă - tachet existente în laboratorul de Mecanisme.

Echipamente / instrumente utilizate: Mecanisme cu camă - tachet (cu vârf, cu taler, cu rolă) existente în dotarea laboratorului. Sistem de achiziţie Spider 8, rezoluţie 12 biţi. Traductor diferenţial de cursă liniară WA100. Traductor potenţiometric unghiular tip CP5. Notebook IBM ThinkPad R51.

Rezultate obţinute: Schemă cinematică, identificarea elementelor şi cuplelor cinematice; mobilitate. Profilul teoretic şi profilul ideal al camei rotative construit în AUTOCAD sau cu

instrumente geometrice, pentru tachet translant cu vârf, cu rolă şi cu taler. Reprezentarea grafică a diagramelor cinematice corespunzătoare deplasării tachetului cu

vârf, cu rolă, şi cu taler, în funcţie de unghiul de rotaţie al camei, folosind metoda suprapunerii mişcărilor.

Cursa tachetului şi unghiul de rotaţie al camei înregistrate experimental, simultan. Analiză comparativă între datele obţinute prin măsurători utilizând tehnica de achiziţie

numerică a datelor (diagramele deplasării tachetului în funcţie de unghiul de rotaţie al camei) şi diagramele cinematice reprezentate grafic.

Prelucrări ale diagramelor; de exemplu, se derivează cursa liniară a tachetului în funcţie de unghiul camei, pentru a se obţine viteza redusă a tachetului.

Confecţionarea camei cu profilul ideal; studiu experimental asupra influenţei unghiului de presiune asupra mişcării tachetului cu vârf.

8. TRASAREA PROFILURILOR ARHIMEDICE LA CAME


Cunoaşterea unor profiluri uzuale utilizate la came; trasarea spiralei arhimedice, teoretic şi experimental, pentru o supraînălţare pe diviziune impusă; determinarea analitică a centrului de curbură şi a razei de curbură pentru un punct dat al spiralei şi verificarea acestora experimental; trasarea desfăşuratei spiralei lui Arhimede.

Realizarea mecanismului înlocuitor al unui mecanism cu camă.


Dispozitivul pentru trasarea profilurilor arhimedice la came, realizat de firma SKODA. Dispozitiv pentru verificarea spiralei lui Arhimede.


Unghiul prismei dispozitivului, calculat pentru o supraînălţare pe diviziune dată. Spirala lui Arhimede, trasată prin fixarea prismei la unghiul calculat şi poziţionarea pârghiei

la scara corespunzătoare. Verificarea mărimii impuse supraînălţării pe diviziune, pentru profilul desenat cu ajutorul

dispozitivului. Raza de curbură şi centrul de curbură, pentru un punct dat de pe spirală, obţinute pe cale

analitică. Poziţionarea spiralei lui Arhimede în sistemul de axe propriu. Raza de curbură a spiralei şi centrul de curbură pentru un punct dat de pe spirala trasată cu

ajutorul dispozitivului. Compararea datelor calculate cu cele măsurate pe desen. Rularea unui program pentru trasarea spiralei lui Arhimede, a desfăşuratei acesteia şi a razei

de curbură pentru un punct dat pe spirală; compararea rezultatelor cu cele obţinute pe cale experimentală şi teoretică.

Discutarea posibilelor erori apărute. Mecanismul înlocuitor al unui mecanism cu camă şi tachet (substituirea cuplelor cinematice

superioare de clasa a IV-a prin lanţuri cinematice ce au în componenţa lor numai cuple cinematice de clasa a V-a).

9. ROŢI DINŢATE. CUTII DE VITEZE

Obiectivele lucrării: Cunoaşterea roţilor dinţate şi a angrenajelor. Vizualizarea liniei angrenării în timpul procesului de angrenare şi a alunecării relative dintre

flancuri (se foloseşte metoda Reuleaux pentru construirea liniei angrenării şi a profilului evolventic conjugat).

Trasarea evolventei prin două metode: - cerc de bază fix, dreaptă cu mişcare de rostogolire fără alunecare pe cercul de bază; - cerc de bază în mişcare de rotaţie, dreaptă în mişcare de translaţie; Aplicaţie: trasarea evolventei cu ajutorul unui mecanism cu elemente de lungime variabilă.

Trasarea a două profiluri evolventice de înfăşurare reciprocă cu ajutorul machetei. Generarea evolventelor cu cremaliera – analiza machetei existente în laborator. Determinarea teoretică şi experimentală a rapoartelor de transmitere la transmisii cu roţi

dinţate (cutii de viteze).

Echipamente / instrumente utilizate: Roţi dinţate, angrenaje, cutii de viteze, mecanisme cu roţi dinţate, tahometru.

10. MECANISME PLANETARE Obiectivele lucrării:

Cunoaşterea funcţionării ansamblului: variator de turaţie - mecanism planetar. Calculul raportului de transmitere teoretic (aplicarea principiului inversării mişcării) şi

experimental. Diagrame cinematice.


Machetă a mecanismului reductor planetar. Variator de turaţie. Mecanism planetar Turometru, cronometru, senzori de turaţie, sistem de achiziţie Spider 8.


Mobilitatea mecanismului planetar. Turaţia elementului condus al mecanismului planetar, determinată teoretic şi experimental,

pentru diferite turaţii ale elementului conducător. Compararea rezultatelor. Raportul de transmitere al mecanismului planetar. Diagrama de variaţie a vitezei unghiulare a elementului conducător în funcţie de timp şi a

vitezei unghiulare a elementului condus în funcţie de timp.

11. MECANISME DIFERENŢIALE. EFECTUL GIROSCOPIC ÎN MECANISME


Cunoaşterea funcţionării mecanismelor diferenţiale. Stabilirea relaţiilor funcţionale între turaţiile elementelor conducătoare şi ale elementelor

conduse. Aplicaţii tehnice ale giroscopului: la mecanismul diferenţial, la mişcarea unui vagon de tren

în curbă, la morile de măcinat. Echipamente / instrumente utilizate:

Mecanisme diferenţiale. Sistem mecanic demonstrativ pentru exemplificarea efectului giroscopic.


Mobilitatea mecanismului diferenţial. Relaţiile funcţionale între turaţiile elementelor conducătoare şi ale elementelor conduse ale

mecanismelor diferenţiale obţinute prin aplicarea principiului inversării mişcării, la diferenţialul unui automobil şi la sistemele de orientare diferenţiale ale roboţilor.

Verificarea experimentală pentru diferenţialul unui automobil, a relaţiei funcţionale dintre turaţii, în urmatoarele situaţii: deplasare în linie dreaptă, în curbă, blocarea unei roţi, blocarea casetei diferenţialului.

Verificarea experimentală a efectului giroscopic cu ajutorul unui sistem mecanic realizat prin autodotare.

12. ECHILIBRAREA MECANISMELOR

Obiectivele lucrării: Echilibrarea statică a mecanismelor plane. Echilibrarea tehnologică a rotorului.

Echipamente / instrumente utilizate: Mecanisme articulate. Greutăţi, elemente de diferite forme şi lungimi. Maşină de echilibrat.


Stabilirea formei elementelor mecanismului. Dimensiunile elementelor mecanismului de echilibrat (prin măsurare); masele elementelor

(prin cântărire). Poziţiile centrelor de greutate ale elementelor şi poziţia centrului de greutate al

mecanismului, stabilite teoretic. Echilibrarea statică, teoretică şi experimentală, a mecanismului plan, fie prin adăugarea unor

mase impuse la distanţele calculate, fie prin impunerea distanţelor de poziţionare a maselor şi prin calculul maselor de echilibrare.

Echilibrarea tehnologică a unor rotoare.

13. REDUCTOARE ARMONICE

Obiectivele lucrării: Familiarizarea studenţilor cu diferite tipuri de reductoare armonice şi aplicaţii ale acestora. Cunoaşterea funcţionării mecanismelor armonice cu fricţiune şi cu dantură; determinarea

rapoartelor de transmitere, teoretic şi experimental.

Echipamente / instrumente utilizate: Reductor armonic cu fricţiune cu deformator liniar şi element flexibil liniar. Variator armonic cu fricţiune cu deformator circular şi element flexibil circular.


Reductor armonic cu fricţiune cu deformator liniar şi element flexibil liniar Elemente măsurate: - raza de curbură a elementului fix - deplasarea deformatorului liniar - deplasarea elementului flexibil liniar Mărimi calculate: - raportul de transmitere.

Variatorul armonic cu fricţiune cu deformator circular şi element flexibil circular Elemente măsurate: - raza elementului circular flexibil înainte de introducerea deformatorului - raza elementului circular fix Mărimi calculate: - raportul de transmitere.

Compararea rezultatelor teoretice cu cele experimentale.

14. UTILIZAREA CALCULATORULUI ÎN STUDIUL MECANISMELOR Obiectivele lucrării:

Utilizarea calculatorului în analiza şi sinteza mecanismelor folosind limbajele de programare şi programele studiate.


C++, Pascal Maple, Mathematica, SolidWorks, ADAMS


calcul cinematic (poziţii, viteze, acceleraţii) analitic aproximativ al mecanismelor (pentru determinarea poziţiilor se foloseşte interpolarea funcţiilor, sau metoda Newton-Raphson); calculul cinematic (poziţii, viteze, acceleraţii) exact al mecanismelor folosind o metodă analitică studiată; modelarea şi simularea mecanismelor, 2D şi 3D, în timpul ciclurilor cinematice; aplicarea principiului inversării mişcării în studiul mecanismelor.

Documents

LUCRĂRI DE LABORATOR LA DISCIPLINA MECANISME