background image

 

DYNAMIKA 

– PD1 

 
Ćwiczenie nr 8 – Doświadczalne rozwiązanie zagadnienia dynamiki PM 
 

Na  montażowej    taśmie  produkcyjnej  spoczywa  urządzenie  o  masie  m[kg],  które  okresowo  jest 

przesuwane  przez  serwomechanizm  z  siłą  P[N]  –  zmienną  w  czasie  cyklu.  Należy  określić  dynamikę  tego 
procesu 

oraz nakłady energetyczne potrzebne do wykonania tej operacji produkcyjnej. 

 

ł

ł

 

 

Rys. 7.1 Schemat pracy serwomechanizmu 

 
1. Przygotowanie eksperymentu 
 

Aby rozwiązać to zadanie musimy uciec się do eksperymentu, polegającego na pomiarze przebiegu siły 

czynnej P=f(t) za pomocą układu pomiarowego jak na rys. 7.2. 

 

Czujnik siły 

P.[N]=f(t)

Wzmacniacz sygnału  

Q[C]=f(t)

Rejestrator   

U[V]

U[V]=f(t)

Analiza 

wyników

pomiaru   

x(t)

v(t)

p(t)

R(t)

L(t)

N(t)

S(t)

 

 

Rys. 7.2. 

Schemat układu pomiarowego do wyznaczenia przebiegów czasowych siły czynnej generowanej przez 

serwomechanizm wykonawczy 

 
2. Opracowanie wyników pomiarów 
 

Wynikiem pomiaru jest przebieg wartości  siły P[N] w funkcji czasu przedstawiony na rys 7.3. Wykres ten 

stanowi  podstawę  do  uzyskania  szeregu  charakterystyk  określających  dynamikę  badanego  procesu 
technologicznego. 
 

P.[N]= f(t)

P.(N)

0

t[s]

t

k

 

 

Rys. 7.3. 

Pomierzona wartość siły czynnej podczas jednego cyklu pracy serwomechanizmu wykonawczego 

 

Jak wy

korzystać rezultat eksperymentu do rozwiązania postawionego na wstępie zadania? 

background image

 

 

 

 

1[s]

jest;

miarą

którego

czas,

ch

rozważania

tych

w

jest

)

niezależną

(zmienną

funkcji

Argumentem

)

(

]

[

)

(

:

gdzie

.

)

(

)

(

;

ie

analogiczn

otrzymamy

tu

eksperymen

czasie

w

zmiennych

wielkości

dla

to

.

]

/

[

]

[

]

[

:

dynamiki

zasadą

z

zgodnie

Ponieważ

masy

zanej

przemieszc

enia

przyspiesz

wartość

chwilowa

t

p

urządzenia

go

przesuwane

całkowita

masa

kg

m

czynnej

siły

przebieg

pomierzony

t

P

2

7

t

p

m

t

P

1

7

s

m

p

kg

m

N

P

2

 

 

2.1. Przebieg przyspieszenia w funkcji czasu 
 

varius

    

:

gdy

ogólnego,

przypadku

rozważanie

ą

umożliwiaj

numeryczne

analizy

dalej

prowadzone

chociaż

pracy

yklu

podczas

urządzenia

masy

stałość

Założymy

.

]

[

]

)[

(

)

(

:

czyli

 

7.2,

funkcji

postaci

w

zapisaną

ch

dynamiczny

styk

charaktery

czasową

zmienność

jąc

uwzględnia

7.1

równania

z

wyznaczymy

enie

Przyspiesz

m

również

c

a

2

7

kg

m

N

t

P

t

p

 

 
Mamy

 

więc  do rozwiązania tzw. – g zadanie proste dynamiki: polegające na szukaniu pozostałych równań dynamicznych 

na podstawie wyznaczonego eksperymentalnie (pomierzonego) przebiegu 

siły czynnej. 

 
Wykres  p(t)  [m/s

2

stanowiący drugie z czterech szukanych równań dynamicznych, otrzymamy z zależności 7.2a dokonując 

przeskalowania 

osi odciętych. 

 

2.3. Przebieg pr

ędkości w funkcji czasu 

 

 

 

 

 

 

n

 

i

1

 

;

  

całkowania

kroku

tym

i

na

prędkości

przyrost

]

/

[

.n

1,2,3.....

i

czym;

przy

całkowania

kroku

tego

i

upływie

po

PM

  

prędkości

wartość

bieżąca

]

/

[

:

gdzie

v

  

wzoru

wg.

ch,

przedziała

nych

poszczegól

w

prędkośc

przyrosty

kolejne

sumując

znajdziemy

m

dynamiczny

równaniem

szukanym

trzecim

będącą

PM

prędkości

zmiany

funkcję

Szukaną

.

]

[

urządzenia

pracy

cykl

cały

śmy

podzielili

jakie

na

wielkości

o

w

przedziałó

ilość

n

:

gdzie

.

)

(

v(t)

:

zależność

dostaniemy

h

skończonyc

przyrostów

do

c

Przechodzą

.

)

(

v(t)

:

równania

 

ego

następujac

postaci

 

  w

go,

materialne

punktu

do

ej

sprowadzon

masy,

się

zającej

przemieszc

prędkości

 

zmianę

 

ą

poszukiwan

 

więc

Otrzymamy 

o

pomiaroweg

cyklu

końca

czas

]

[

t

  

          

cyklu

początek

:

gdzie

.

)

(

:

otrzymamy

e

obustronni

równanie

całkując

to

.

)

(

otrzymamy

zmienne

ąc

rozdzielaj

czyli

)

(

:

Ponieważ

n

k

tk

0

s

m

v

s

m

v

v

7

7

t

s

t

n

[s]

t

6

7

t

t

p

5

7

dt

t

p

s

0

t

4

7

dv

dt

t

p

3

7

dv

dt

t

p

dt

dv

t

p

i

k

n

1

i

i

k

n

1

i

i

tk

0

0

tk

0

Δ

Δ

Δ

Δ

Δ

 

background image

 

 
2.4. Przebieg drogi w funkcji czasu 
 
Kolejny parametr dynamiczny- czyli przemieszczenie PM  (

właściwie środka

 

masy  urządzenia, gdzie umieszczono 

PM) 

– otrzymamy z 

następującej

 

zależności: 

 

 

 

urządzenia

badanego

pracy

cykl

całkowity

czyli

t

śmy

podzielili

jakie

na

ch

przedziała

nych

poszczegól

 

w

drogi

przyrostów

n"

"

z

jednym

jest

natomiast

czym

przy

.

)

(

.

)

(

:

otrzymamy

stronami

całkując

oraz

)

(

zmienne;

ąc

Rozdzielaj

.

)

(

k

tk

0

i

n

1

i

i

n

n

1

i

i

i

tk

0

x

x

x

10

7

t

t

v

x

9

7

dx

dt

t

v

dt

t

v

dx

8

7

dt

dx

t

v

Δ

Δ

Δ

 

 
Komentarz 
 
Graficzne 

szukanie  całek  sprowadza  się  do  wyznaczenia  „pola  pod  krzywą”  obliczanego  według  następującej 

zależności: 
 

 

a

V

t

v

PM

dz

s

k

dz

s

m

k

t

p

dz

dz

F

V

gdzie

k

k

dz

dz

F

V

n

i

t

p

x

y

i

i

t

p

x

y

i

i

6

7

czasowych

ch

przedziała

n"

"

w

prędkości

przyrosty

kolejne

sumując

czyli

6

7

zależności

nieco

conej

przekształ

z

c

korzystają

obliczyć

można

prędkości

wartość

Bieżącą

rzędnych

osi

na

działki

jednej

wartość

(

:

czasu

osi

ik

współczynn

)

odciętych

osi

na

działki

jednej

wartość

enia

przyspiesz

osi

ik

współczynn

enia

przyspiesz

krzywą

pod

,

(kratkach)

ch

kwadratowy

działkach

w

pole

czasu

przedziale

tym

i

w

prędkości

przyrost

11

7

1

2

.

)

(

.

)

]

[

(

]

/

[

:

)

(

]

[

:

.

]

[

 
Podobny sposób 

wyznaczenia przemieszczenia PM, metod

ą graficzną przedstawiono poniżej: 

 

a

X

t

x

PM

dz

s

k

dz

s

m

rędkości

k

t

p

i

narysowaną

dz

dz

F

X

gdzie

k

k

dz

dz

F

X

n

i

t

v

x

y

i

i

t

v

x

y

i

i

10

7

czasowych

ch

przedziała

n"

"

w

drogi

przyrosty

kolejne

sumując

czyli

10

7

zależności

nieco

conej

przekształ

z

c

korzystają

obliczyć

można

drogi

wartość

Bieżącą

rzędnych

osi

na

działki

jednej

wartość

(

:

czasu

osi

ik

współczynn

)

odciętych

osi

na

działki

jednej

wartość

p

osi

ik

współczynn

prędkośc

krzywą

pod

,

(kratkach)

ch

kwadratowy

działkach

w

pole

czasu

przedziale

tym

i

w

drogi

przyrost

11

7

1

.

)

(

.

)

]

[

(

]

/

[

:

)

(

]

[

:

.

]

[

 

 

background image

 

2.5. 

Poszukiwanie pozostałych charakterystyk dynamicznych 

 

Powyżej  przedstawiono  sposób  na  wyznaczenie  metodą  graficzną  (przybliżoną)  podstawowych 

charakterystyk dynamicznych; przyspieszenia

, prędkości oraz drogi w zależności od czasu. Przejdziemy teraz do 

wyznaczenia innych parametrów dynamiki określających pracę serwomechanizmu wykonawczego. 
 
4. Chwilowa energia PM: T [J]
5. Zmiana pędu PM: 

[kg

·

m/s]=f

(t), 

6. 

Impuls siły zewnętrznej (popęd): S [N·s]=f

(t), 

7. Praca siły zewnętrznej L [J]=f

7

(t), 

8. 

Moc chwilową siły zewnętrznej N [W]=f

(t). 

 
2.6. Zmiana energii kinetycznej PM 
 

Energia kinetyczna przemieszczanej masy wynosi: 

masy.

taśmie

na

j

przesuwane

j

kinetyczne

energii

zmian

wykres

y

otrzymujem

v

0

czasowym;

kroku

danym

(na

wartości

bieżące

11

7

do

Wstawijąc

jak

j

traktowane

masy

prędkości

wartość

chwilowa

masy

nizm

serwomecha

przez

ej

prszesuwan

wartość

11

7

2

i

2

)

)

.

]

/

[

]

[

;

.

])

/

[

(

]

[

]

[

n

i

PM

s

m

v

kg

m

czym

przy

s

m

v

kg

m

J

T

i

i

 

 

2.7. Zmiana 

ilości ruchu (pędu) PM 

 

Pęd obliczymy z zależności 7.12 

PM

prędkości

wartość

chwilowa

s

m

v

s

t

hwili

Ns

Q

12

7

s

m

v

kg

m

Q

i

i

i

i

i

]

/

[

]

[

c

w

PM

pędu 

wartość

chwilowa

]

[

:

gdzie

.

]

/

[

]

[

 

 

2.8. Zmiana 

impulsu czyli popęd siły czynnej działającej na PM 

 
Przyrost 

impulsu siły zewnętrznej w skończonym przedziale czasy zgodnie z definicją wynosi: 

 

poprzednio

jak

samo

tak

określona

w

przedziałó

 

liczba

-

n

t

przedziale

danym

w

czynnej

siły

wartość

średnia

gdzie

17

7

czasowych

w

przedziałó

ilości

skończonej

dla

16

7

wzoru

ze

wyliczyć

można

wartość

bieżącą

jego

więc

tak

15

7

1

0

]

[

:

.

)

]

[

(

)

(

:

lub

.

)

(

.

N

P

t

N

P

t

S

dt

t

P

S

dt

P

dS

i

n

i

i

tk

 

 
Ad 7. 

Pracę siły zmiennej w czasie można obliczyć korzystając z twierdzenia o przyroście energii kinetycznej, które mówi: 

 
Def.  Przyrost energii  kinetycznej  PM  w  skończonym przedziale czasu  równy  jest  sumie prac  wykonanych  tym  czasie przez 
wszystkie  siły  zewnętrzne  działające  na  ten  punkt.  Ponieważ  jedyną  siłą  zewnętrzną  jest  pomierzona  siła  działania 
serwomechanizmu to: 
 

background image

 

19

7

h

skończonyc

przyrostów

dla

czyli

L

czasu;

 

od

zależnej 

zmiennej 

 siły 

pracę

ej 

określajac

 

zależności

inej 

również

orzystać

Możemy  sk

czasowych

ch

przedziała

kolejnych

w

PM

prędkości

wartości

18

7

2

2

inaczej

lub

1

2

1

1

1

2

1

2

1

1

.

)

(

)

)

(

(

;

:

.

)

(

)

(

]

[

t

v

P

L

dt

v

t

P

v

v

gdzie

v

m

v

m

L

T

T

J

L

n

i

i

i

t

t

i

i

i

i

i

i

 

 
Ad 8. 

Chwilową wartość mocy serwomechanizmu możemy obliczyć korzystając z jej definicji: 

 

przedziale

tym

w

prędkosci

i

siły

wartości

średnie

czasu

przedziale

w

mocy

wartość

średnia

gdzie

21

7

:

otrzymamy

czasowych,

ch

przedziała

danych

w

wartości

do

c

przechodzą

20

7

]

/

[

;

]

[

]

[

:

.

.

)

(

)

(

]

[

s

m

v

N

P

tym

i

W

N

v

P

N

v

t

P

dt

dx

t

P

dt

dL

W

N

i

i

i

i

i

i

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Opracował: Robert Piekarski