Detail předmětu

Konstruování strojů - mechanismy

FSI-6KMAk. rok: 2014/2015

Během přednášek se seznámíme s mechanismy a pohony současných strojů a zařízení. Analyzujeme jejich principy, popíšeme konstrukci a užití. Představí se nejčastěji užívané kinematické a hydraulické mechanismy a elektrické a spalovací motory. Pozornost je také věnována mikroelektromechanickým systémům a motorům poháněným obnovitelnými zdroji energie. Budeme diskutovat aplikaci mechanismů v praxi. Seznámíte se například s výkonnými pohony pro motorsport, návrhem vaček pro vysoké otáčky, konstrukcí nekonvenčních převodů nebo aplikací kloubových hřídelí.

V průběhu cvičení budeme řešit dva prakticky zaměřené semestrální projekty. Nejprve provedeme analýzu kinematických a dynamických veličin sériového spalovacího motoru o výkonu 11 kW. Výsledkem analýzy je zjištění silových účinků v klikovém mechanismu. Znalost působících sil je nezbytná pro návrh součástí klikového mechanismu jako je ojnice, nebo kliková hřídel. Poté se budeme zabývat analýzou kinematických veličin vačkového mechanismu. Zde se zaměříme zejména na analýzu maximálních zrychlení dosahovaných u různých konstrukcí vaček. Ve cvičení si ukážeme také praktické měření provozních parametrů spalovacího motoru a měření zdvihové charakteristiky vačky.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav konstruování (ÚK)

Výsledky učení předmětu

Získáte znalost principu, konstrukce a užití základních druhů mechanismů a hnacích strojů. Seznámíte se s tvorbou analytických výpočtových modelů v programovém prostředí PTC Mathcad. Zdokonalíte se ve využití experimentálních, analytických a simulačních metod na praktických úlohách. Získáte schopnost tvůrčího využití znalostí při návrhu nových strojů a zařízení. Významně si rozšíříte a doplníte znalosti získané zejména z předmětů Konstruování strojů – Strojní součásti a Konstruování strojů – Převody. Získané znalosti uplatníte ve všech oborech vyžadujících komplexní poznání strojů a jejich součástí jako jsou konstruování, inženýrské analýzy či řízení strojů a mechanismů.

Prerekvizity

Znalosti z kinematiky (kinematické vyšetřování mechanismů), dynamiky (dynamika soustavy těles, vyvažování) a konstruování strojů (spojovací součásti, převody, spojky, setrvačníky) na úrovni bakalářského studijního programu zaměřeného na strojírenství.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky získání klasifikovaného zápočtu:
Vypracování semestrálních projektů: Minimální počet bodů potřebných pro uznání každého semestrálního projektu je 25 z 50 možných. Body je možné získat na základě těchto kritérií:

1. Práce studenta na cvičení. Vyučující provádí ve cvičení konzultace se studentem a má tedy přehled o práci studenta během celého semestru.
2. Vypracování a odevzdání semestrálních projektů v termínu, který je stanoven vyučujícím. Kompletní projekt obsahuje výpočtovou zprávu vytvořenou v programu PTC Mathcad, včetně zadání, vstupních parametrů, obrázků a grafů.
3. Obhajobu semestrálních projektů formou diskuze studenta s vyučujícím, kde student musí prokázat, že dané problematice rozumí.

Pokud student nesplní požadavky na vypracování semestrálního projektu, má nárok na maximálně jednu náhradní obhajobu projektu, jejíž termín stanoví vyučující, obvykle ve zkouškovém období.

Výsledný počet bodů je součtem bodů získaných z obhájených semestrálních projektů. Minimální počet bodů ke splnění předmětu je 50 a maximální počet bodů je 100. Výsledný počet bodů odpovídá známce podle stupnice ECTS.

Učební cíle

Cílem předmětu je poskytnout přehled moderních mechanismů a hnacích strojů, jejich praktického užití a seznámení s analytickým modelováním mechanismů a se základy měření provozních parametrů strojů.

Tento předmět je zařazen jako povinně volitelný ve 3. ročníku obecného bakalářského studia. Jeho volba je doporučena všem studentům, kteří se profesně orientují na řešení konstrukčních problémů a v navazujícím magisterském studiu chtějí volit z oborů M-ADI, M-AIŘ, M-ENI, M-KSI, M-FIN, M-MET, M-PRI, nebo M-VSR.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Účast na přednáškách je doporučená, účast na cvičeních je kontrolovaná - tolerují se max. dvě omluvené absence za semestr. Přednášky zajišťuje tým vyučujících Ústavu konstruování a přednášky jsou k dispozici v náhledech v systému Moodle. Cvičení probíhá formou semestrálních projektů a praktických laboratorních úloh. Při cvičení je možné využívat počítačů na učebně nebo si nosit soukromé notebooky (v učebnách je k dispozici WiFi). Při vypracování semestrálních projektů je vyžadováno použití programu PTC Mathcad.

Základní literatura

NORTON, Robert L. Design of machinery: An introduction to the synthesis and analysis of mechanisms and machines. 5th ed. New York: McGraw-Hill, 2011. ISBN 00-774-2171-X. (EN)

Doporučená literatura

WILSON, Charles E. a Peter J. SADLER. Kinematics and dynamics of machinery. 3rd ed. Upper Saddle River: Pearson Education International Inc., 2003. ISBN 02-013-5099-8.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B3S-P bakalářský

    obor B-SSZ , 3. ročník, letní semestr, povinný
    obor B-STI , 3. ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc.
Ing. Milan Omasta, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do mechanismů. Kinematika a dynamika klikového mechanismu.
2. Konstrukce klikového mechanismu. Vyvažování.
3. Kinematika a dynamika vačkových mechanismů.
4. Konstrukce vačkových mechanismů.
5. Převody korigovanými ozubenými koly. Planetové převody.
6. Diferenciální převody. Nekonvenční ozubené převody.
7. Kloubové hřídele.
8. Hydrostatické mechanismy. Servomechanismy.
9. Mikroelektromechanické systémy.
10. Elektrické motory.
11. Spalovací motory.
12. Větrné a vodní motory.
13. Shrnutí probírané látky.

Cvičení s počítačovou podporou

22 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Josef Frýza, Ph.D.
Ing. Radovan Galas, Ph.D.
doc. Ing. Michal Kubík, Ph.D.
Ing. Karol Sabo
prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D.

Osnova

1.-5. Analýza kinematických a dynamických veličin klikového mechanismu spalovacího motoru v programu PTC Mathcad.

Ve cvičení provedeme analýzu kinematických a dynamických veličin spalovacího motoru Subaru – Robin o výkonu 11 kW používaného pro pohon výkonné zahradní techniky nebo stavebních agregátů. K řešení využijeme experimentální a analytické nástroje. V laboratorním cvičení se budeme zabývat experimentálním zjištěním pracovního diagramu spalovacího motoru na zkušební stanici vybavené dynamometrem. Budeme diskutovat také praktické problémy spojené s navrhováním klikových mechanismů.

6.-10. Analýza vačkového mechanismu s využitím programu PTC Mathcad.

Během cvičení se seznámíme s praktickými postupy návrhu a analýzy vačkového mechanizmu s využitím experimentálních, analytických a numerických metod a simulačních nástrojů. Součástí je laboratorní cvičení, ve kterém se budeme zabývat experimentálním stanovením zdvihové charakteristiky vačkového mechanizmu s různým typem vaček. Budeme diskutovat také praktické problémy spojené s aplikací vačkových mechanismů a návrhem vhodného tvaru vačky.

13. Shrnutí probírané látky. Zápočet.

Laboratoře a ateliéry

4 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D.

Osnova

11. Laboratorní měření pracovního diagramu spalovacího motoru s využitím zkušební stanice s elektromagnetickým dynamometrem.
12. Měření zdvihové závislosti vačky na řízené zkušební stanici.