E-book details

Teoria maszyn i podstawy automatyki

Teoria maszyn i podstawy automatyki

Andrzej Kosior

Ebook

Przedstawiony zakres tematyki przedmiotu wynikający z programów kierunków studiów i wymaganych efektów kształcenia ma na celu przekazanie studentom teoretycznej wiedzy oraz nabycia kompetencji i umiejętności potrzebnych do realizowania projektów technicznych rozwiązań konstrukcyjnych mechanizmów i urządzeń stosowanych w budowie pojazdów i maszyn roboczych, przy zastosowaniu układów automatycznego sterowania w ich budowie, z zastosowaniem nowoczesnych narzędzi wspomagania komputerowego.
 
W rozdziale 1 skryptu dokonano wprowadzenia do przedmiotu „Teoria mechanizmów i maszyn”. W rozdziale 2 omówiono strukturę mechanizmów i maszyn, w tym klasyfikację par kinematycznych, oraz klasyfikację strukturalną i funkcjonalną mechanizmów. Rozdział 3 zawiera opis metod wykreślnych i analitycznych kinematyki mechanizmów, w tym mechanizmu korbowowodzikowego czworoboku przegubowego i mechanizmu jarzmowego, oraz przykładowe zadania. W rozdziale 4 omówiono metody analizy kinematycznej mechanizmów krzywkowych, syntezę mechanizmu krzywkowego metodą analityczną oraz przykładowe zadania. W rozdziale 5 opisano dynamikę mechanizmów i maszyn, a w tym siły bezwładności, wyznaczanie reakcji w parach kinematycznych mechanizmów, ruch maszyny pod działaniem sił, nierównomierność biegu maszyny, wyznaczanie momentu bezwładności koła zamachowego, oraz przykładowe zadania. W rozdziale 6 omówiono podstawowe pojęcia automatyki. Opis charakterystyk elementów i układów automatyki zawiera rozdział 7. W rozdziale 8 omówiono właściwości statyczne i dynamiczne podstawowych elementów liniowych z przykładami. Rozdział 9 zawiera opis budowy i przekształcania schematów blokowych. W rozdziale 10 omówiono rodzaje i właściwości regulatorów. W rozdziale 11 przedstawiono kryteria oceny układów automatyki, a w tym kryteria stabilności, korekcję układów, kryteria oceny układów w stanach ustalonych oraz kryteria oceny stanów dynamicznych układów automatyki.

PRZEDMOWA 9

1. WPROWADZENIE 11

2. STRUKTURA MECHANIZMÓW I MASZYN 13

2.1. Klasyfikacja par kinematycznych 14

2.2. Łańcuchy kinematyczne 17

2.3. Wzory strukturalne 19

2.4. Więzy bierne 20

2.5. Zbędne stopnie swobody 22

2.6. Mechanizmy postępowe 23

2.7. Klasyfikacja strukturalna mechanizmów płaskich 24

2.8. Czworobok przegubowy i jego przekształcenia 26

2.9. Klasyfikacja funkcjonalna mechanizmów 30

3. KINEMATYKA MECHANIZMÓW I MASZYN 31

3.1. Metody wykreślne kinematyki 31

3.1.1. Wyznaczanie toru punktu 31

3.1.2. Wyznaczanie prędkości 32

3.1.3. Wyznaczanie przyspieszeń 34

3.2. Metody analityczne wyznaczania prędkości i przyspieszeń 41

3.2.1. Wyznaczanie położeń prędkości i przyspieszeń czworoboku przegubowego 42

3.2.2. Wyznaczanie położeń prędkości i przyspieszeń mechanizmu korbowo-wodzi­kowego 47

3.2.3. Wyznaczanie położeń prędkości i przyspieszeń mechanizmu jarzmowego 49

3.3. Przykłady zadań z kinematyki mechanizmów dźwigniowych 52

4. MECHANIZMY KRZYWKOWE 101

4.1. Analiza kinematyczna mechanizmów krzywkowych 102

4.1.1. Metoda zastępowania pary IV klasy parami V klasy 102

4.1.2. Metoda analityczna wyznaczania położenia prędkości i przyspieszenia popy­chacza ostrzowego współpracującego z krzywką kołową mimośrodową106

4.1.3. Metoda analityczna wyznaczania położenia prędkości i przyspieszenia popy­chacza talerzykowego współpracującego z krzywką kołową mimośrodową 109

4.2. Synteza mechanizmów krzywkowych – metoda analityczna 111

4.3. Przykłady zadań z kinematyki mechanizmów krzywkowych 114

5. DYNAMIKA MECHANIZMÓW I MASZYN 180

5.1. Kinetostatyka mechanizmów płaskich 181

5.1.1. Siły bezwładności 181

5.1.2. Metoda mas zastępczych 182

5.1.3. Warunki statycznej wyznaczalności płaskiego łańcucha kinematycznego 185

5.1.4. Wyznaczanie reakcji w mechanizmach bez uwzględnienia sił tarcia 186

5.2. Ruch maszyny pod działaniem sił 194

5.2.1. Redukcja mas i momentów bezwładności 195

5.2.2. Redukcja sił i momentów sił 196

5.2.3. Równania ruchu maszyny 198

5.2.4. Nierównomierność biegu maszyny w ruchu ustalonym 201

5.3. Przykłady zadań z dynamiki mechanizmów i maszyn 204

6. PODSTAWOWE POJĘCIA AUTOMATYKI 218

6.1. Wprowadzenie 218

6.2. Układy automatyki 220

6.3. Klasyfikacja układów automatyki 223

6.4. Właściwości układów liniowych 224

6.5. Linearyzacja funkcji 225

6.6. Zasady rachunku operatorowego 227

6.7. Transmitancja operatorowa 230

6.8. Rodzaje wymuszeń 231

6.9. Wyznaczanie przebiegów przejściowych z transmitancji operatorowej 233

7. CHARAKTERYSTYKI ELEMENTÓW I UKŁADÓWAUTOMATYKI 235

7.1. Charakterystyka czasowa 235

7.2. Charakterystyka częstotliwościowa 239

7.3. Charakterystyki logarytmiczne 244

8. WŁAŚCIWOŚCI STATYCZNE I DYNAMICZNE ELEMENTÓW LINIOWYCH 246

8.1. Elementy bezinercyjne (proporcjonalne) 247

8.2. Elementy inercyjne pierwszego rzędu 253

8.3. Elementy całkujące 261

8.4. Elementy różniczkujące 268

8.4.1. Idealny element różniczkujący 268

8.4.2. Rzeczywisty element różniczkujący 273

8.5. Elementy oscylacyjne 281

8.6. Elementy opóźniające 289

8.7. Rodzaje obiektów i ich charakterystyki 293

8.8. Doświadczalne wyznaczanie charakterystyk obiektów regulacji 296

8.8.1. Wyznaczanie charakterystyk skokowych 296

8.8.2. Wyznaczanie charakterystyk częstotliwościowych 297

9. BUDOWA I PRZEKSZTAŁCANIE SCHEMATÓW BLOKOWYCH 299

9.1. Węzły informacyjne i sumacyjne 299

9.2. Przekształcanie schematów blokowych 302

10. REGULATORY 315

10.1. Działanie regulatora w układzie regulacji 316

10.2. Klasyfikacja regulatorów 317

10.3. Rodzaje regulatorów 318

10.3.1. Regulatory proporcjonalne, regulatory P 318

10.3.2. Regulatory całkujące, regulatory I 320

10.3.3. Regulatory proporcjonalno-całkujące, regulatory PI 324

10.3.4. Regulatory proporcjonalno-różniczkujące, regulatory PD 327

10.3.5. Regulatory proporcjonalno-całkująco-różniczkujące, regulatory PID 332

10.4. Układ regulator wzmacniacz 336

10.5. Nastawianie regulatorów 337

11 KRYTERIA OCENY UKŁADÓWAUTOMATYKI 339

11.1. Ogólny warunek stabilności układów liniowych339

11.2. Kryterium stabilności Hurwitz’a 342

11.3. Kryterium stabilności Nyquista 344

11.4. Zapas modułu i zapas fazy układu zamkniętego 356

11.5. Wpływ wzmocnienia i opóźnień na stabilność układu zamkniętego 359

11.6. Korekcja układów 360

11.6.1. Korekcja układów przez przyspieszenie fazy 360

11.6.2. Korekcja układów przez całkowanie 361

11.7. Kryteria oceny układów w stanach ustalonych 363

11.8. Kryteria oceny stanów dynamicznych 364

11.8.1. Wskaźniki dotyczące cech odpowiedzi skokowej 364

11.8.2. Wskaźniki dotyczące przebiegu charakterystyk częstościowych 366

BIBLIOGRAFIA 371