1. Definicja mechatroniki
Mechatronika to dziedzina inżynierii stanowiąca połączenie inżynierii mechanicznej, elektrycznej, komputerowej, automatyki i robotyki, służąca projektowaniu i wytwarzaniu nowoczesnych urządzeń. Słowo mechatronika pojawiło się po raz pierwszy w roku 1969 w Japonii. Mechatronika jest synergicznym połączeniem mechaniki z elektroniką a także oprogramowaniem i sterowaniem komputerowym.
2. Projektowanie tradycyjne a mechatroniczne
tradycyjne: potrzeba (pomysł) > założenia > projektowanie mechaniczne > projektowanie elektroniczne > projektowanie oprogramowania > produkt. Proces powolny, czasochłonny, rozwiązanie ewentualnych problemów jest trudne i kłopotliwe.
mechatroniczne: potrzeba (pomysł) > założenia > równoczesne projektowanie mechaniczne, elektroniczne i oprogramowania > produkt. Proces znacznie szybszy, wygodniejszy, wszelkie zmiany i usprawnienia w projekcie omawiane są i realizowane na bieżąco.
3. Czym charakteryzuje się urządzenie mechatroniczne
Urządzenie mechatroniczne powinno charakteryzować się:
· multifunkcjonalnością - łatwość realizowania różnych zadań przez jedno urządzenie np. jedynie poprzez zmianę oprogramowania lub wymianę pewnych segmentów urządzenia (zmiana ramienia, chwytaka, końcówki roboczej itp.)
· inteligencją - możliwość podejmowania decyzji i komunikacji z otoczeniem
· elastycznością - łatwością modyfikacji konstrukcji na etapie projektowania produkcji oraz eksploatacji urządzenia np. poprzez zastosowanie konstrukcji modułowej.
4. Co charakteryzuje sterowanie analogowe
W sterowaniu analogowym stosowane są sygnały o charakterze ciągłym, będące analogowym odwzorowaniem wielkości występujących w procesie sterowania.
5. Jakie są najważniejsze elementy składowe układów sterowania analogowego
Do ważniejszych elementów składowych układów sterowania analogowego należą:
· krzywki
· przekładnie
· zawory
· silniki
· sensory o działaniu ciągłym
· wzmacniacze operacyjne
6. Jakie są najważniejsze elementy składowe układów sterowania binarnego
· przekaźniki
· zawory przełączające
· diody
· binarne elektroniczne obwody przełączające
7. Do czego służy nastawnik preselekcyjny
Nastawnik preselekcyjny służy do ręcznego definiowania różnych parametrów przy sterowaniu cyfrowym (np. definicja ilości impulsów przy sterowaniu silnikiem krokowym - w rezultacie regulacja przemieszczenia)
8. Dlaczego sterowanie procesowo-sekwencyjne jest korzystniejsze od czasowo-sekwencyjnego
W układach sterowania sekwencyjnego poszczególne czynności odbywają się krok po kroku. Rozpoczęcie kolejnego kroku uzależnione jest od czasu lub stanu procesu. W czasowo-sekwencyjnych układach wykorzystuje się generatory impulsów, zegary taktujące lub przekaźniki czasowe (np. tokarkę można uruchomić tylko, gdy osłona jest zamknięta a część w uchwycie). W układach sterowanych procesowo-sekwencyjnie przejście do następnego kroku jest powodowane zmianami stanu procesu.
Sterowanie procesowo-sekwencyjne jest rozwiązaniem w zasadzie rozwiązaniem lepszym od sterowania czasowo-sekwencyjnego, ponieważ w przypadku zakłóceń przebiegu procesu sterowanie zostaje przerwane lub biegnie prawidłowo dalej ale wolniej.
9. Proszę wyjaśnić pojęcia: wielkość regulowana i wielkość zadająca.
Wielkość regulowana – to wielkość, która najlepiej odzwierciedla przebieg procesu, wpływa znacząco na proces i której wartość należy utrzymywać na określonym poziomie - stałym lub zmieniającym się tak aby proces przebiegał prawidłowo.
Wielkość zadana to pożądana (wzorcowa, idealna) wartość wielkości regulowanej.
10. Proszę opisać układ sterowania mechanicznego
Mechaniczne urządzenia sterujące mogą realizować dokładne przemieszczenia z dużymi prędkościami (zawory silników spalinowych). Mechaniczne elementy sterujące są dokładne, działają bez opóźnień i mają dużą trwałość. Ich wykonanie wymaga jednak dużych nakładów czasowych i finansowych.
11. Jakie są rodzaje bezstopniowo nastawialnych przekładni
· cięgnowe (przynajmniej jedno z kół przekładniowych składa się z 2 stożkowych tarczy, które można przesuwać wzdłuż osi wałka i tym samym zmieniać obwód koła po którym biegnie pas klinowy lub stalowy łańcuch - sterowanie liczbą obrotów i momentem obrotowym)
· cierne (moment jest przenoszony przez koło cierne i tarcze stożkową. Sterowanie obrotami odbywa się poprzez pionowy przesuw tarczy stożkowej w stosunku do osi koła ciernego)
· toczne (przenoszenie momentu odbywa się za pośrednictwem stożkowych lub kulkowych elementów tocznych)
12. W jaki sposób za pomocą mechanizmu przegubowo - ślizgowego o dwóch ruchach względnych można uzyskać ruch liniowy (przesuw)
13. Zalety i wady napędów elektrycznych
zalety:
· niska cena napędów i układów sterowania
· prostota układu zasilania
· duża niezawodność
· dokładność
· łatwe sterowanie
· niewielkie straty
· małe wymiary układu sterowania
wady:
· niekorzystny stosunek mocy do masy
· gorsze właściwości dynamiczne (w por. z napędami hydraulicznymi)
· wrażliwość na długotrwałe przeciążenie
· duże prędkości kątowe i konieczność stosowania przekładni redukcyjnych
14. Zalety i wady silników krokowych
· kąt obrotu proporcjonalny do ilości impulsów
· silnik pracuje z pełnym momentem w czasie spoczynku
· precyzyjne pozycjonowanie i powtarzalność ruchu
· bardzo szybki rozbieg, hamowanie i zmiana kierunku
· możliwość osiągnięcia bardzo niskich prędkości obrotowych z obciążeniem zamocowanym bezpośrednio na osi
· szeroki zakres prędkości obrotowych
· rezonanse mechaniczne pojawiające się przy niewłaściwym sterowaniu
· trudności przy pracy z bardzo dużymi prędkościami obrotowymi
15. Zalety i wady układów hydraulicznych
· duża wydajność energetyczna z jednostki masy lub objętości
· duża łatwość sterowania
· bardzo mała bezwładność układu
· samosmarowność
· łatwość kontroli obciążenia
· łatwość automatyzacji lub zdalnego sterowania
· duża podatność na zanieczyszczenia cieczy roboczej
· zmiany właściwości statycznych i dynamicznych w zależności od temperatury
· duża hałaśliwość układu
· wycieki cieczy roboczej
16. Pompy wyporowe i ich klasyfikacja
Ich zadaniem jest zamiana energii mechanicznej dostarczonej z zewnątrz na energię ciśnienia cieczy roboczej, czyli na energię hydrauliczną. Zasada działania pompy polega na przetłoczeniu dawek cieczy z komór ssawnych do tłocznych za pomocą elementów wyporowych o różnorodnej konstrukcji.
Klasyfikacja pomp w zależności od:
rodzaju elementów wyporowych:
1. pompy o ruchu obrotowym elementów wyporowych (rotacyjne)
a) pompy zębate
- o zazębieniu zewnętrznym
- o zazębieniu wewnętrznym
b). pompy śrubowe
c). pompy łopatkowe
- z łopatkami wirującymi
- z łopatkami nie wirującymi
2. pompy o ruchu posuwisto-zwrotnym elementów wyporowych (wielotłoczkowe)
a). pompy promieniowe
- z tłoczkami wirującymi
- z tłoczkami nie wirującymi
b). pompy osiowe
- z wychylnym wirnikiem
- z wychylną tarczą
możliwości zmiany wydajności podczas pracy:
1. pompy o stałej (nie nastawianej) wydajności
2. pompy o zmiennej (nastawianej) wydajności
liczby niezależnych strumieni cieczy:
1. pompy jednostrumieniowe
2. pompy wielostrumieniowe
17. Silniki wyporowe i ich klasyfikacja
Zadaniem silników wyporowych (hydraulicznych) jest zamiana energii ciśnienia cieczy na energię mechaniczną w ruchu obrotowym. Zasada działania silników jest odwróceniem zasady działania pomp wyporowych. Rzecz polega na doprowadzeniu cieczy pod ciśnieniem do komór wyporowych, które mogą zmieniać swoje objętości i wymuszać ruch elementów wyporowych. Z kolei ruch tych elementów zamieniany jest na ruch obrotowy wałka wyjściowego silnika. Ciecz robocza, która oddała swoją energię elementom wyporowym, zostaje odprowadzona do zbiornika. Warunkiem działania silników jest oddzielenie przestrzeni ssawnych od tłocznych oraz szczelność między komorami a elementami wyporowymi.
Podział silników ze względu na prędkość obrotową i moment:
wolnoobrotowe (1-200 obr/min) wysoko-momentowe
1. Silniki o ruchu obrotowym elementów wyporowych
- silniki zębate
2. Silniki o ruchu posuwisto-zwrotnym elementów wyporowych
- silniki promieniowe
- silniki osiowe
szybkoobrotowe (300 - 3000 obr/min) nisko-momentowe
- silniki łopatkowe
18. Siłowniki hydrauliczne i ich klasyfikacja
Siłowniki nazywane też cylindrami hydraulicznymi należą do grupy silników wyporowych. W siłownikach energia ciśnienia cieczy roboczej zamieniana jest na energię mechaniczną pod postaciami:
- ruchu prostoliniowego zwrotnego
- ruchu obrotowego, o ograniczonym kącie obrotu
Klasyfikacja:
według komór roboczych
· siłowniki dwustronnego działania
· siłowniki jednostronnego działania
ze względu na stosowane rozwiązania konstrukcyjne
· jednotłoczyskowe
· dwutłoczyskowe
· wielotłoczyskowe
· teleskopowe
siłowniki o ruchu obrotowym
· siłowniki z tłokiem obrotowym
· siłowniki z kołem zębatym i zębatką
· siłowniki śrubowe
siłowniki jednostronnego działania ze względu na rozwiązania konstrukcyjne
· siłowniki tłokowe
· nurnikowe
· siłowniki teleskopowe
19. Rozdzielacze...
levi91