1 Vipumekanismit Kari Tammi, Tommi Lintilä (Janne Ojalan kalvoista)
Sisältö Nivelnelikulmio Nivelsuunnikas Sovelluksia Liikkuvuusaste avaruudessa Ratakäyräanalyysi Pääryhmät Läpilyöntimekanismit Nivelneljäkäs Suoravientimekanismit Tarkat Likimääräiset 2
Nivelnelikulmio Yleisimpiä mekanismeja - Liikeratakäyrien muodostaminen - Nivelkulmien funktiogeneraattori - Pyörimisliikkeen muuttaminen edestakaiseksi liikkeeksi 6. asteen ratakäyriä - Erikoistapauksia lukuunottamatta 3
Nivelnelikulion käyttökohteita Voidaan toteuttaa monia koneiden toimintoja Esim. - Jaksottainen filminsiirto - Nivelpuominosturin tasapainotus - Polttomoottorin sytytysennakon säätöfunktio - Kokotontaittuva rakenne - Piilosarana - Voiman siirto - Liikken monistaminen 4
Nivelnelikulmion sovelluksia 5
Nivelsuunnikas 1/3 Nivelnelikulmion erikoistapaus Vastakkaiset sivut yhtä pitkät - siten myös yhdensuuntaiset Voimat ja liikkeet samat molemmin puolin 6
Nivelsuunnikas 2/3 Käytetääessä siirtämään pyörivää liikettä Kuolokohta - Eli se kohta jossa mekanismi voi kääntyä toisinpäin - Momenttia ei voi siirtyä - Voidaan välttää lisäämällä kampiin ylimääräinen kiertokanki esim. 120 asteen vaihe-erolla 7
Nivelsuunnikas 2/2 Käytetään myös välittämään yhdensuuntaisuus/samavaiheisuus Esim. pora ja tuulilasin pyyhin Voidaan toteuttaa pantografi Käytetään liikeradan ja voiman skaalaamiseen Esim. kaiverruskone 8
Liikkuvuusasteen laskeminen Kutzbachin menetelmä: Tasomekanismille pätee: 9
Esimerkki nivelnelikulmion liikkuvuusaste avaruudessa 10
On kuitenkin olemassa erikoistapauksia Kutzbachin menetelmä rajoittunut Ei kuitenkaan ennusta kaikkia mahdollisia tapauksia oikein - On olemassa avaruustapauksia jotka toimivat tietyissä asennoissa kuitenkin yhdellä vapausasteella vaikka menetelmä ennustaa toisin. 18.2.2016 11
Nivelnelikulmion ratakäyrän analyysi kolmiointimenetelmällä Jaetaan ketju lävistäjillä kolmioiksi, jolloin voidaan käyttää kolmioiden laskusääntöjä, esim: 12
Nivelnelikulmion ratakäyrän analyysi kolmiointimenetelmällä Piirrä kiertokangen pisteen 5 ratakäyrä, kun kampi a pyörii nivelen 1 ympäri (360 ). Origo sijaitsee nivelessä 1 ja x-akseli on janan 1-4 suuntainen. Runkonivelten välinen etäisyys on 10 cm. a = 5 cm, b = 12 cm, c = 8 cm, d = 15 cm 13
Nivelnelikulmion ratakäyrän analyysi kolmiointimenetelmällä 14
Nivelnelikulmioiden pääryhmät Kaksoiskampimekanismi Molemmat runkonivelet voivat pyöriä täyden kierroksen Kampi-heilurimekanismi Vain toinen runkonivel voi pyörähtää täyden kierroksen Kaksoisheilurimekanismi Kumpikaan ei voi pyörähtää täyttä kierrosta Tyyppi 1: kiertokanki voi pyörähtää Tyyppi 2: mikään nivel ei voi pyörähtää 15
Läpilyöntimekanismit Voivat saada asentoja, joissa kaikki nivelsauvat ovat yhdensuuntaisia. Sivuutettaessa tällainen asento saadaan eiyksikäsitteinen liike. Yksikäsitteisyys saavutetaan lisäämällä ylimääräinen mekanismi Läpilyöntimekanismi tyyppi 1 Läpilyöntiasennossa kammet vastakkain a - b = d - c Läpilyöntimekanismi tyyppi 2 Läpilyöntiasennossa kammet samansuuntaisia a + b = d + c tai a + d = b + c 16
Nivelneljäkäs Saksimekanismi, jossa toisessa päässä ja keskellä pyörähdysnivelet ja toisessa päässä prismat eli luistit Käytetään mm. saksinostimissa ja puristimissa Ketjuttamalla rakennetta saadaan Nürnbergin sakset Käytetään pihteinä, korkkiruuvin vivustoina, tukkisaksina jne. Mekanismin päätehtäviä ovat voiman ja liikkeen skaalaus sekä yhdensuuntaisuuden pito 17
Tarkat suoravientimekanismit Mekanismin liikkuessa jokin mekanismin piste piirtää suoraa viivaa Peaucellier-suoravientimekanismi Charles-Nicoles Peaucellier 1860-luvulla Nelinivelketjun CPBQ sivut ovat yhtä pitkiä OB = OC OO P = O P P Piste Q piirtää suoraa viivaa mekanismin liikkuessa Peaucellier-mekanismin muunnos - l > s ja d > r - Piste Q piirtää suurisäteistä ympyräkaarta 18
Tarkat suoravientimekanismit Toinen tarkka suoravientimekanismi on Hartin suoravienti EB = CD BD = EC O P O = O P P Piste Q piirtää suoraa viivaa Kaikki muut tarkat suoravientimekanismit ovat johdesuoravientejä, jotka edellyttävät prismaparien käyttöä Johdesuoraviennin esimerkkinä Scott Russelin suoravienti AC = PC = CB Piste P piirtää suoraa viivaa 19
Likimääräiset suoravientimekanismit Mekanismin jokin piste piirtää likimäärin suoraa viivaa Scott Russelin suoraviennistä johdettu nk. heinäsirkkamekanismi Luisti korvattu pitkällä vivulla Piirtää kahdeksikkoa, jonka yksi sivu likimäärin suora James Watt n suoravienti Aukaistun nivelnelikulmion piste P piirtää likimäärin suoran Piste P jakaa kiertokangen suhteessa c:d 20
Likimääräiset suoravientimekanismit Tsebytsevin suoravienti Piste P piirtää likimäärin suoran O A B = O B A Yleensä kanta O A O B = 2 x AB Robertsonin suoravienti Piste P piirtää likimäärin suoraa viivaa Sitä tarkempi mitä pidempiä AO A ja BO B AO A = BO B Yleensä kanta O A O B = 2 x AB 21
Lähteet Porkka, Esa: kurssin luentokalvot aiemmilta vuosilta Makkonen, Petri: kurssin luentokalvot aiemmilta vuosilta Kankare, Johannes: kurssin luentokalvot aiemmilta vuosilta Airila, Mauri: Mekatroniikka. Otatieto. Helsinki. 1993. Leinonen, Tatu: Mekanismioppi. 2. korjattu painos. Oulu. 1985. Shigley, J. E. & Uicker, J. J: Theory of machines and mechanisms. 2nd edition. 1995. 22