1-20.docx

1. Opis heurystycznych metod generowania wariantów rozwiązań problemu technicznego

Heurystyka (gr. heurisko – znajduję) – w języku logiki umiejętność wykrywania nowych faktów oraz znajdowania związków między faktami, zwłaszcza z wykorzystaniem hipotez. Na podstawie istniejącej wiedzy stawia się hipotezy, których nie trzeba udowadniać.

Podstawowe własności heurystyki:

§                      odkrywanie i tworzenie nowych rzeczy i zjawisk,

§                      rozwiązywanie problemów w sposób twórczy,

§                      wspieranie procesu tworzenia oraz rozwój cech z tym związanych,

§                      wykrywanie powiązań między faktami,

§                      samodzielne dochodzenie do prawdy, tworzenie hipotez,

§                      brak gwarancji uzyskania najlepszego rozwiązania.

Oprócz rzeczownika heurystyka często wykorzystywany jest również przymiotnik heurystyczny, który charakteryzuje proces jako postępowanie badawcze, odkrywcze, wspomagające, uzupełniające, doskonalące czy rozwijające wiedzę zdobytą w określonym zakresie.

4. Pary kinematyczne: definicja, klasyfikacja

Para kinematyczna jest to ruchome połączenie dwóch członów, czyli elementów będących w ruchu względnym.

Podział par kinematycznych:

·         Ze względu na klasę

f- liczba względnych stopni swobody członów tworzących daną parę

np. Klasa I: R- obrotowa, T- postępowa; Klasa II: K- krzywkowa,

·         Ze względu na rodzaj połączenia;

1. niższa- styk powierzchniowy (R,T)
2. wyższa- styk liniowy lub punktowy (K,Z,J)

6. Związki wektorowe na przyspieszenia dwóch punktów jednego członu w ruchu płaskim

(źródło: „Podstawy analizy układów kinematycznych” A. Gronowicz)

7. Opis położeń mechanizmu za pomocą równań wektorowych i algebraicznych

Równania wektorowe:

Równania algebraiczne:

(źródło: „Podstawy analizy układów kinematycznych” A. Gronowicz)

8. Manipulator: zadanie proste i odwrotne kinematyki i dynamiki

Proste zadanie kinematyki polega na obliczeniu pozycji i orientacji członu roboczego względem układu odniesienia podstawy dla danego zbioru współrzędnych konfiguracyjnych. Zadanie to można traktować jako odwzorowanie opisu położenia manipulatora w przestrzeni współrzędnych konfiguracyjnych na opis przestrzeni współrzędnych kartezjańskich.

Odwrotne zadanie kinematyki polega na wyznaczeniu wszystkich możliwych zbiorów wartości przemieszczeń kątowych i liniowych (współrzędnych konfiguracyjnych) w połączeniach ruchowych, które umożliwią manipulatorowi osiągnięcie zadanych pozycji lub orientacji członu roboczego chwytaka lub narzędzia. Jest to podstawowe zadanie programowania i sterowania ruchu manipulatora, gdy trzeba znaleźć jak poszczególne współrzędne konfiguracyjne powinny zmieniać się w czasie w celu realizacji pożądanego ruchu członu roboczego.

Mając dane pozycję i orientację należy obliczyć wszystkie możliwe zbiory współrzędnych konfiguracyjnych tak, aby osiągnąć pożądaną pozycję i orientację. Jest to zadanie trudniejsze do prostego zadania kinematyki ze względu na wielokrotność rozwiązań i ich nieliniowość.

W bardziej skomplikowanych przypadkach konieczne jest zastosowanie algorytmu jakobianowego.

9. Zdefiniować rzeczywisty współczynnik bezpieczeństwa δ i zilustrować go na uproszczonym

wykresie Haigha.

δ- rzeczywisty współczynnik bezpieczeństwa

Z- wytrzymałość zmęczeniowa dla danego cyklu

σZmax- naprężenie maksymalne dla cyklu roboczego

(dodać interpretacje graficzną na wykresie Haigha)

10. Wypadkowa sił bezwładności członu w ruchu płaski

(źródło: „Podstawy analizy układów kinematycznych” A. Gronowicz)

11. Grupa statycznie wyznaczalna

(źródło: „Podstawy analizy układów kinematycznych” A. Gronowicz)

12. Tarcie w parze krzywkowej i obrotowej (koło tarcia)

13. Opisać sposób budowy wykresu zmęczeniowego Haigha oraz wyjaśnić jego przydatność w

procesie konstruowania maszyn.

Wykres Haigha, we współrzędnych sa, sm otrzymuje się na podstawie badań zmęczeniowych dla stałego współczynnika asymetrii cyklu R. Każdej parze wartościsa, sm dla danego R odpowiada punkt na wykresie, a połączenie tych punktów tworzy krzywą. Punkt A na osi sa określa granicę zmęczenia przy obciążeniu wahadłowym (w tym przypadku Zrc). Punkt B na osi sm określa wytrzymałość przy obciążeniu statycznym (w tym przypadku Rm).

(dodać przydatność w procesie konstruowania)

14. Wymienić cechy konstrukcyjne oraz je omówić.

Cechy konstrukcyjne dzielą się na:

1. Cechy geometryczne- opisują kształt, powiązania wzajemne poszczególnych elementów i zespołów, a także wymiary i tolerancje. Opisują też makro- i mikrogeometrię powierzchni. Postać cechy geometrycznej jest właściwością jakościową (np.: prostopadłościan, walec itp.) Zagadnienia matematycznego zapisu postaci konstrukcyjnej i układu wymiarów są bardzo istotne w systemach CAD. W celu matematycznego zapisu cech geometrycznych konstrukcji buduje się bazy danych.
2. Cechy materiałowe związane są ze strukturą wewnętrzną elementów maszyn. Zapis cech materiałowych jest zadaniem nie mniej złożonym niż w przypadku cech geometrycznych, ze względu na różnorodność struktur materiałowych i ich miar. Rodzaj informacji o postaci konstrukcyjnej określa rodzaj struktury wewnętrznej (np. żeliwo szare, stal konstrukcyjna 55). Układ wymiarów stanowi zbiór liczb opisujących takie cechy jak: ilościowe udziały składników chemicznych, parametry obróbki cieplnej, właściwości wytrzymałościowe, wymagania specjalne z zakresu właściwości fizycznych, fizykochemicznych, chemicznych itp.
3. Cechy dynamiczne opisują stan naprężeń wewnętrznych maszyny, wywołany zadanymi oddziaływaniami zewnętrznymi. Postać cechy wskazuje na układ sił wymaganych ze względu na skuteczność działania maszyny i inne oddziaływania zewnętrzne. Układ wymiarów dynamicznej cechy konstrukcyjnej jest zwykle mniej złożony, ale trzeba pamiętać, że należy wyznaczyć nie tylko wartość nominalną obciążenia, ale i tolerancję. Przy założeniu, że oddziaływanie zewnętrzne mają charakter losowy, należy określić podstawowe ich charakterystyki probabilistyczne (np. dla oddziaływań stacjonarnych należy podać wartość średnią, wariancję, gęstość prawdopodobieństwa, czy gęstość widmową).

15. Wymienić zasady konstrukcji oraz je zinterpretować.

Można sformułować dwie ogólne zasady konstrukcji:

1. Konstrukcja powinna spełniać wszystkie  podstawowe warunki, wynikające ze szczegółowych zasad w stopniu równym lub wyższym od założonego.
2. Konstrukcja powinna być optymalna (polioptymalna) w danych warunkach ze względu na przyjęte kryterium (kryteria) optymalizacji. (…)

Z tak sformułowanych zasad wynikają istotne wnioski. Po pierwsze, że może istnieć wiele, często nieskończenie wiele, konstrukcji dobrych. Należy też podkreślić względność pojęcia konstrukcji dobrej. Ta sama konstrukcja może być dobra lub niedobra, w zależności od określenia warunków, które powinna spełniać. Warunki te dostosowane są przede wszystkim do potrzeb, których zaspokajanie jest celem produkcji. Drugi wniosek- to konieczność nie zadowalania się stworzeniem konstrukcji dobrej, ale poszukiwanie konstrukcji możliwe najlepszej- optymalnej. Występuje przy tym także względność tego pojęcia. Jest ono bowiem związane z przyjętymi kryteriami optymalizacji. Sformułowane w ten sposób ogólne zasady konstrukcji mogą być zapisane w postaci matematycznej.

Szczegółowe zasady konstrukcji:

1. Funkcjonalność- jest to poprawne spełnienie przez maszynę  funkcji, do których spełnienia jest ona przeznaczona.
2. Niezawodność- jest to uzyskanie żądanego prawdopodobieństwa pracy bez awarii w czasie nie krótszym od założonego.
3. Trwałość- jest to właściwość maszyny pozostawania w stanie zdolności do poprawnej pracy z koniecznymi przerwami na obsługę techniczną i naprawy aż do stanu granicznego.
4. Sprawność- jest to stosunek energii efektywnie zużytkowanej w maszynie do energii doprowadzanej.
5. Lekkość- powoduje obniżenie kosztów wytwarzania przez zmniejszenie zużycia materiału, oczywiście przy tych samych tworzywach i technologiach.
6. Taniość i dostępność materiałów- jest istotnym warunkiem poprawnego konstruowania. Istnieje duża różnorodność tworzyw konstrukcyjnych, mających różne właściwości wytrzymałościowe (odporność na zużycie, właściwości cierne, zdolność do pochłaniania drgań, odporność na korozję) oraz technologiczne (obrabialność, tłoczność, spawalność, lejność).
7. Właściwy układ przenoszenia obciążeń- polega na doborze schematu konstrukcyjnego maszyny do danego układu przenoszenia obciążeń.
8. Technologiczność- polega na dopasowaniu konstrukcji do wymagań technologii.
9. Łatwość eksploatacji- wyraża się przez prostotę obsługi i łatwość napraw.
10. Ergonomiczność- to dostosowanie maszyny do potrzeb i możliwości obsługującego ją człowieka.
11. Zgodność z obowiązującymi przepisami i normami- wymagana jest zwykle przez uregulowania prawne.

16. Naprężenie dopuszczalne „k”, sposób wyznaczenia jego wartości przy obciążeniach

statycznych i dynamicznych. Podać przykłady.

- ogólny warunek wytrzymałościowy

F- uogólniona siła (dla zginania i skręcania to moment, dla rozciągania, ściskania, ścinania to siła),

A- uogólniony przekrój (dla rozciągania, ściskania, ścinania- pole przekroju poprzecznego; dla zginania i skręcania- wskaźniki Wx lub W0)

Z- uogólniona wytrzymałość materiału

Z= granica obciążenia przy obciążeniach zmiennych

Z=Re lub Rm przy obciążeniach statycznych

X- uogólniony współczynnik bezpieczeństwa

X=XZ (współczynnik bezpieczeństwa względnej wytrzymałości zmęczeniowej) przy obciążeniach zmiennych

X=XRe lub XRm przy obciążeniach statycznych

Przykład: Znając siłę, przekrój (kołowy) oraz rodzaj materiału znaleźć minimalną średnicę, przy której zostanie przeniesione obciążenie (rys. poniżej).

- pole przekroju

1. F=const.

2. F- zmienne (zmienna wartość siły)

3. F- zmienne (zmienna wartość siły oraz znak)

17. Czynniki wpływające na wytrzymałość zmęczeniową elementów maszyn oraz sposób ich

uwzględnienia w obliczeniach konstrukcyjnych.

Podwyższenie wytrzymałości zmęczeniowej można uzyskać przez:

·         obróbkę cieplną (hartowanie, odpuszczanie),

·         obróbkę chemiczną,

·         nawęglanie,

·         nasycanie pierwiastkami w warstwie dyfuzyjnej (oprócz chromowania)

·         młoteczkowanie,

·         piaskowanie,

·         kulkowanie,

·         zagniatanie.

Obniżenie wytrzymałości zmęczeniowej zachodzi poprzez:

·         korozję (środowisko agresywne),

·         galwanizowanie.

Dodatkowymi czynnikami mającymi wpływ na wytrzymałość zmęczeniową są:

·         kształt (np. karb),

·         stan powierzc...