Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Nowym Sączu

Instytut Techniczny

Układy techniczne i wielkości je opisujące

Nowy Sącz 2008

1. Wprowadzenie: Wykres - Mechanizmy przetwarzania czujników i rozruszników mechatronicznych.

Mechanika odległość prędkość przyspieszenie siła moment obrotowy strumień masy wielkości akustyczne

piezoelektryczny piezorezystywny elektrostatyczny elektrodynamiczny magnetomechaniczny optyczny

Elektryka napięcie prąd ładunek impedancja

2. Rodzaje projektowania - Proces projektowania









3. Ważne postacie i wydarzenia:

• Mikołaj Kopernik żył w latach 19 lutego 1473 (w Toruniu) do 24 maja 1543 (we Fromborku).
  Jego najważniejszym dziełem jest De revolutionibus orbium coelestium - O obrotach sfer niebieskich (pracował nad nim w latach 1515-1530, ale ukazało się dopiero w 1543 roku w Norymberdze napisane w języku łacińskim)[2], w którym opisał heliocentryczną wizję wszechświata w sposób wystarczająco szczegółowy, by mogła stać się naukowo użyteczna. Ogłoszona przez niego teoria heliocentryzmu była najważniejszą rewolucją naukową w dziejach ludzkości od czasów starożytnych, nazywaną niekiedy przewrotem kopernikańskim.
  Nie interesowano się tym dziełem aż do czasów Galileusza.

• Galileusz - ustalił podstawowe prawa wahadła Foucault. Dzięki działaniu siły Coriolisa spowodowanej obrotem Ziemi, płaszczyzna drgań wahadła ulega powolnemu obrotowi. Ściśle mówiąc płaszczyzna wahań jest stała w układzie inercjalnym, zatem musi obracać się w układzie wirującym. Obserwowany okres obrotu płaszczyzny ruchu wahadła można zapisać w postaci przybliżonej jako:




gdzie
, to szerokość geograficzna, na której znajduje się wahadło.

Wahadło to można spotkać w wysokich budynkach np. katedrach.

• Leonard Euler żył w latach 1708 - 1783 - największy matematyk wszechczasów. Spoczywa w Saint - Petersburgu (Piotrogród)

• Owen Gingerich wydał Tajemnice Nauki książkę pt „Książka której nikt nie przeczytał”. Książka ta mówi o dziełach Kopernika:

• I Wydanie Norymberskie 1543r

• II Wydanie Bazylei 1566r

• III Wydanie Antwerpii 1616r

Na polski przełożono ją w 1854r

Klątwę z Galileusza zdjął Jan Paweł V w 1994r

• W 1973r wydano w 4 tomach wszystkie dzieła Kopernika (po polsku). Polacy pierwsi dokonali tłumaczenia dzieła.

4. Układy techniczne

W układach technicznych podstawowymi elementami po za sensorami jest masa i sprężyna oraz wzajemne oddziaływanie między siłami.

Ze względu na pomiar tych wielkości dzielimy je na zmienne przepływowe i biegunowe.

Czyli aby obliczyć przemieszczenie, musimy ustalić dwa bieguny aby obliczyć przemieszczenie od A do B.




Można zestawić różne dziedziny - dyscypliny naukowe i wyodrębnić zmienne opisujące.

5. Ćwiczenie

Punkt materialny definiujemy następująco - punkt materialny któremu przyporządkowano masę

W mechatronice posiłkujemy się pojęciami:

• Punktem materialnym

• Ciałem sztywnym

• Ciałem odkształcalnym sprężyście lub lekko sprężyście

Są to modele, którymi posiłkuje się mechanika i mechatronika. Są one niezbędne do określenia parametrów kinematycznych takich jak przemieszczenie, prędkość, przyśpieszenie i zryw (który jest pochodną przyśpieszenia).

X(t) to:











fuksja 3 rzędu z x


rozwijało działalność Angielskie Królestwo Towarzystwa Naukowego - Royal Society. Było wyrocznią w sprawach naukowych. Uznane przez nich dzieła naukowe mogły być opublikowane. Inne dzieła były zakazane.

Parametry energetyczne:










L = E - U

Równanie Langane'a:




• Ruch wahadła

• Matematyczne
  
  

• Proste i odwrócone

• Dywersyjne

• Wahadło Foucault

Wahadło fizyczne - ciało sztywne podwieszone osiowo (np. siekiera z przegubem ręki)

Okres wahadła matematycznego czyli punktu materialnego podwieszonego na nierozciągliwej nici i wykonującego względem jakiegoś punktu pomieszczenia ruch wahadłowy o wychyleniu nie większym niż 5°.




• Kartezjusz żył w latach 1596 - 1640r. Wprowadził układ współrzędnych, dzięki któremu możemy za pomocą współrzędnych opisać położenie punktu, układów punktów, ciała sztywnego, układu ciał.

Układ wielu ciał charakteryzuje się tym, że poszczególne ciała wykonują ruchy sprężynowe względem siebie.

Langane'a postawił pytanie:

Jaką minimalną liczbę współrzędnych trzeba podać aby opisać ruch?

Współrzędne uogólnione q_i

I = 1, 2, 3, … - liczba stopni swobody

Wahadło matematyczne i fizyczne ma 1 stopień swobody

Według Kartezjusz: x(t), y(t) - 2 współrzędne

Wg Langane'a:
bo:








Idąc śladem Kartezjusza:


- równanie więzów, analizujemy ruch sprężysty

Stosując równanie Culera, który wziął równanie Newtona dla ruchu obrotowego, możemy zapisać:




Dla wahadła:








Podstawiamy i mamy równanie różniczkowe wahadła:







Równanie różniczkowe, zwyczajne drugiego rzędu - opisuje ruch wahadła

















Żeby wahadło mogło realizować swój ruch, musimy mu dać początkowo energię, prędkość, czas:











bo





1933 Firestone ujednolicił pod względem topologicznym zmienne w mechanice, elektryce.

Hydraulika:

• Natężenie przepływu
  

• Ciśnienie p

Termodynamika:

• Etiopia:
  

• Temperatura
  

Elektrotechnika:

• Natężenie:
  ,
  [A]

• Napięcie: [V]

Klausjusz sformułował zasadę entropii:







6. Własne Wnioski

Mechatronika jest bardzo inteligentną dziedziną nauki. Łączy ona w sobie ważne dziedziny nauki, takie jak: mechanika, elektronika, informatyka, automatyka i robotyka. Łączy je w jedną całość wykorzystując ich wszystkie cechy i właściwości.

Dzięki połączeniu tych różnych dziedzin nauki można tworzyć bardzo pożyteczne urządzenia mechatroniczne, które bardzo ułatwiają życie człowieka.


Strona 7 z 7

Wykład przeprowadził:

prof. dr hab. inż. J. Wojnarowski

Dnia:

03.11.2008r

Czujnik

Rozrusznik

Proces optymalizacji

Zdefiniowanie pomysłu

TAK

TAK

Zdefiniowanie pomysłu

Projekt

Produkcja prototypu/testowanie

O.K.

Produkcja


Zmiana

Produkcja prototypu/testowanie

Symulacja

O.K.

TAK

TAK

Projekt wsparty komputerowo (CAD)

---