background image

E. Michlowicz: IMW – Modelowanie mechanizmu jazdy                      

 

WYKŁAD 5 

MODELOWANIE MECHANIZMU JAZDY 

 

  

 

 
 

 

 

Mechanizm jazdy –  

1 – hamulec, 
2 – silnik, 
3 – sprzęgło zębate dwustronne, 
4 – przekładnia zębata, 
5 - sprzęgło zębate dwustronne, 
6 - sprzęgło zębate jednostronne, 
7 – wał wolnobieżny, 
8 – zestaw kołowy napędzany, 
9  – zestaw kołowy nienapędzany. 
 

1. Stany nieustalone w ruchu mechanizmu jazdy 

 

Model  mechanizmu  jazdy  najlepiej  sprowadzić  do  modelu  obrotowego, 

ponieważ  elementy  układu  poruszają  się  ruchem  obrotowym  zarówno  od 
strony  napędowej  (wał  silnika,  sprzęgło  hamulcowe,  koła  zębate),  jak  i  od 
strony  napędzanej  (sprzęgła  zębate,  koła  jezdne).  Zobrazowane  jest  to  na 
rysunku 1. 

background image

E. Michlowicz: IMW – Modelowanie mechanizmu jazdy                      

 

 

 

Rys. 1.    Model matematyczny – mechanizmu jazdy 

 
 

I

ZR1

 – moment bezwładności zredukowany na wał wolnobieżny przekładni, 

zastępujący moment bezwładności wirnika silnika ( I

S

 ), sprzęgła ( I

SP

 ), bębna 

hamulca( I

H

 ), kół zębatych, sprzęgieł przy przekładni ( I

SP1

 );  

I

ZR2

 – moment bezwładności zredukowany na wał wolnobieżny przekładni, 

zastępujący moment bezwładności kół jezdnych ( I

K

 ), i sprzęgieł ( I

SP2

 );  

M

1

 – moment siły na wale wolnoobrotowym przekładni, pochodzący od 

momentu silnika ( M );  
M

– moment siły na wale wolnoobrotowym przekładni, pochodzący od oporów 

jazdy wózka ( W );  
k – zastępczy współczynnik sztywności wolnoobrotowych wałów napędzających 

koła jezdne;  

h – zastępczy współczynnik tłumienia w wałach napędzających koła jezdne. 
 

 

2. Równania ruchu  

 

2.1.  Rozruch 

 

Mechanizm  jazdy  pokonuje  siłę  oporów  jazdy  W,  która  wynika  z  oporów 

toczenia  kół  jezdnych  wózka  po  szynach  oraz  oporów  w  łożyskach  kół.  Koła 
jezdne obciążone są ciężarem masy m

2

, która obciąża mechanizm podnoszenia 

oraz  masy  wózka  m

w

.  Zakładamy,  że  w  fazie  rozruchu  bezwładność  ładunku 

zawieszonego na haku, a także jego wahania mają pomijalnie mały wpływ.  

W mechanizmie jazdy podobnie jak w mechanizmie podnoszenia występują 

trzy  fazy  ruchu.  W  fazie  pierwszej  występuje  kasowanie  luzów  (głównie 
międzyzębnych w przekładni zębatej).  

W  tej  fazie  ruchu  masa  m

1

  obraca  się  bez  oporu  ze  strony  więzów. 

Przebyta  droga  jest  równa  wielkości  luzu  w  elementach  więzów.  Po  niej 
zaczyna  się  faza  druga,  którą  jest  napinanie  więzów.  Trwa  ona  do  chwili 
pokonania oporu momentu obciążenia przez moment skręcenia wału M

= k(φ

1

 

– φ

2

).  

 
 

 
 

background image

E. Michlowicz: IMW – Modelowanie mechanizmu jazdy                      

 

Ostatnia faza ruchu to ruch obu mas opisany układem równań:  
 

  

                                                             (2.1) 

 
 

a)  faza pierwsza 

 

 

Rys. 2.   Schemat sił działających w mechanizmie jazdy podczas rozruchu – 

faza pierwsza 

 
- kasowanie luzów (ω

1

=0, φ

1

=-δ, ω

2

=0, φ

2

=0 )  

 
 

                                                                                                                         (2.2) 

 

                                                                                                                       (2.3) 

 

b) faza druga 

 

 

Rys. 3.    Schemat sił działających w mechanizmie jazdy podczas rozruchu – 

faza druga 

 
 

background image

E. Michlowicz: IMW – Modelowanie mechanizmu jazdy                      

 

- napinanie więzów (φ

1

 = , ω

1

 = ω

luz

 

        

                                                                                            (2.4) 

 

c)  faza trzecia 

 

 

Rys.4.   Schemat sił działających w mechanizmie jazdy podczas rozruchu – 

faza trzecia 

 
 

- faza, w której obie masy są w ruchu (φ

1

 = φ

1

(t

*

), ω

1

 = ω(t

*

))  

t

*

 - czas napinania więzów 

 

                                                                 (2.5) 

 
 

2.2.  Hamowanie 

 

W chwili rozpoczęcia hamowania ruch jest ustalony tj. prędkości obrotowe 

obu końców wału napędowego są stałe i jednakowe:  
 

 

 
a więź jest napięta momentem oporu jazdy: 

 

 

 

 

 

 

W  pierwszej  fazie  hamowania  następuje  kasowanie  luzów.  Aby  proces 

ten  był  łagodniejszy  pomiędzy  chwilą  wyłączenia  silnika  i  włączenia  hamulca 

background image

E. Michlowicz: IMW – Modelowanie mechanizmu jazdy                      

 

stosuje  się  krótką  przerwę,  aby  nastąpiło  zwolnienie  więzów.  Pozwala  to 
uniknąć negatywnych skutków kasowania luzów przy pełnej wartości momentu 
hamowania. 

Druga  faza  zaczyna  się  od  skasowania  luzów,  a  koniec  następuję  w 

momencie  zatrzymania  się  masy  m

1

.  Występuje  tu  ruch  opóźniony  obu  mas, 

który można opisać układem równań różniczkowych.  

Po zatrzymaniu masy m

1

 rozpoczyna się faza trzecia, jest nią ruch masy 

m

2

  (kół  wózka)  hamowany  oporami  ruchu,  w  trakcie  tej  fazy  następuje 

zwolnienie więzów. 

 
Pierwsza faza obie masy w ruchu (ω

1

 = ω

2

 = ω

nom

 = const , φ

1

 = 0, φ

= M

2

/k) 

 

   

                                                                     (2.6) 

 
 
Druga faza jedna masa w ruchu (φ

2

 = φ

2

(t

*

), ω

2

 = ω

2

(t

*

))  

 
 
t

- czas, po którym zatrzymała się masa 1  

 

                     

                                                                                                            

(2.7) 

 

 

3. Parametry do identyfikacji 

 
Z rozważań zawartych w punktach 1-2 wynika, że każdorazowo do 
pełnego opisu równań ruch należy wyznaczyć sześć parametrów: 
 

  k – współczynnik sprężystości więzi (np. wału wolnoobrotowego), 
  h – współczynnik tłumienia więzi, 
  I 

zr1 

- moment bezwładności zredukowany na wał wolnoobrotowy – 

od strony silnika, 

  I 

zr2 

– moment bezwładności zredukowany na wał – od strony kół 

jezdnych wraz z przemieszczaną masą (wózek i ciężar), 

  M

lub M

– obciążenie czynne – od silnika lub hamulca, 

  M

– obciążenie bierne – od oporów jazdy (ciężar i wózek). 

 

Ważne uwagi: 
 

- przy redukcji sił lub momentów sił korzystamy z zasady zachowania 
mocy
 w układzie (z uwzględnieniem odpowiedniej sprawności), 
 

- przy redukcji mas lub momentów bezwładności korzystamy z zasady 
zachowania energii
 badanego układu.