급속 귀환 기구

Chap 3. Graphical Linkage Synthesis (3 장 . 도해 기구 합성 )

대부분의 엔지니어링 설계 과정에는 합성과 분석이 결합되어 있습니다 .

대부분의 엔지니어링 과정은 주로 다양한 상 황에 대한 분석 기법을 다루고 있습니다 . 그러 나 그것이 합성 될 때까지는 분석 할 수 없습니 다 .

많은 기계 설계 문제는 특정 동작 특성이 있는 장치를 만들어야 합니다 . 특 정 시간 간격으로 A 위치에서 B 위치로 공구를 이동해야 할 수도 있습니 다 . 어셈블리에 파트를 삽입하기 위해 공간의 특정 경로를 추적해야 할 수 도 있습니다 .

이제 몇 가지 간단한 합성 기술을 탐구하여 몇 가지 일반적인 기구학적 응용

프로그램에 대한 잠재적 인 연계 설계 솔루션을 만들 수 있습니다 .

3.1 합성 (Synthesis)

잘 정의된 알고리즘이 없는 상태에서 가능성 있는 해를 구하는 것 .

(the creation of potential solution in the absence of a well-defined algorithm) 형태 합성 (Type synthesis) 적절한 형태의 기구를 정의하는 것 .

(the definition of proper type of mechanism) Ex

.

컴퓨터 하드디스크

잘 정의된 알고리즘에 기초한 구체적인 해를 구하는 것 .

(the generation of a particular solution based on the well-defined algorithm) 치수 합성 (Dimensional synthesis)

원하는 운동을 생성할 수 있게 링크의 길이를 정하는 것 .

(the determination of the proportion of the links to accomplish the desired motion)

• 정성적 합성 (Qualitative Synthesis)

• 정량적 합성 (Quantitative Synthesis)

무 유

• 기구의 종 류

• 링크 / 조 인트

• 기구의 종 류

• 링크/조 인트 반복

작업

3.2 함수 , 경로 및 운동 생성

(Function, Path and Motion Generation)

• 함수 생성

(Function generation)

기계식

전자식

서보 모터 함수

캠 단면

• 모터

• 센서

• 제어기 ( 마이크로프로세서)

+

Governor

3.2 함수 , 경로 및 운동 생성

(Function, Path and Motion Generation)

- 사례 : 에어백

16~24

km/h

가속도

0.04 초

322 km/h

3.2 함수 , 경로 및 운동 생성

(Function, Path and Motion Generation)

• 경로 생성 (Path generation)

• 운동 생성 (Motion generation)

- 기구의 한 점이 평면 또는 공간에서 움직이는 궤적 (position)을 제어하는 것 . - 기구의 한 링크가 평면 또는 공간에서 움직이는 궤적 (position) 과 방향

(orientation) 을 제어하는 것

3.3 극한 조건 (Limiting Conditions)

• 토글 (Toggle)

- 두개 의 링크가 동일 직선 상에 놓이는 상태 . (

Co- linearity of two of the moving links)

- 잠금 장치 (Safety-lock mechanism), 힘 증폭 장치 (Force amplification device)

• Tailgate link-

age

a

F

₁

P

a F₁

P

힘 평형

 a

sin 2

F

₁

P

If a  0, F

₁

 

Toggle mechanism

3.3 극한 조건 (Limiting Conditions)

sin 2

1

F a  P

• 펀치 (Punch)

8 8

입력

출력

3.3 극한 조건 (Limiting Conditions)

• 클램프 (Clamp)

8 8

입력

출력

8 8

3.3 극한 조건 (Limiting Conditions)

• 두 링크의 교차점이 이루는 예각 .

(Acute angle at the intersection of two links)

m

힘 증폭

^감소

전달각

^증가

운동 성능 향상

- 힘 증폭 기구 - 급속 방출 기구 - 안전 잠금 기구

- 간헐 운동 기구 - 급속 귀환 기구 - 직선 운동 기구

T_in a

운동 전달

li

F

F

lo

Fcosa

Fcos(p/2-m)

T_out

T

_in

?

T

_out

i in (Fcos ) T  a l

 a

cos F T

i in

l

o out Fcos 2

T  l





 



p -m















a

 m

cos T sin

T i

ino

out l

l

증가 출력 상승

X



 a 90

 F 



out

 T

토글

8

0

모든 기구에서 힘 또는 운동을 각각 증 가시킬 수는 있으나 힘과 운동을

동시에 증가시킬 수는 없다.

전달각 (Transmission angle)

m >30  P

_in

=T

_in

w

_in

P

_out

 X 

P

_out

=T

_out

w

_out

3.4 치수 합성 (Dimensional Synthesis)

Ex. 3-1 일정한 속도의 모터 입력에서 같은 시간 동안 앞뒤로 45 ° 의 로커 회 전을 제공하는 4 절 Grashof 크랭크 로커를 설계하십시오 .

B₁

B₂

O₄

( 임의의 위치) O₂

( 임의) A₂

A₁

링크 3 링크 2

링크 4 q₄

1. 출력 링크 O₄B 를 임의의 위치에 설정 . 2. B₁B₂의 연장선 상의 임의의 위치에

O₂ 설정.

3. 고정 링크 O₂O₄ 및 링크 2,3,4 에 대 해 Grashof 조건 적용 .

4. 만약 비 -Grashof 기구이면 O₂를 다 시 설정하고 2-3 을 반복 . Grashof 기구이면 전달각 등 운동 성능 검토 .

Ex. 3-2 C

₁

D

₁

에서 C

₂

D

₂

로 이동하는 4 절 링크를 설계하시오

O₄ D₁ C₁

D₂ C₂

B₁

B₂

1. 링크 CD 의 합성 위치 C₁D₁ 과 C₂D₂ 를 작도 .

2. C₁ 에서 C₂까지 , D₁ 에서 D₂까지 선을 그리고 수직이등분 .

3. 연장선 상의 교점 O₄( 회전극점 , ro- topole) 를 구함 .

4. O₄로부터 임의의 반지름 상의 B₁, B₂를 설정 .

5. Example 3.1의 과정 반복 .

3.4 치수 합성 (Dimensional Synthesis)

3.4 치수 합성 (Dimensional Synthesis)

Ex. 3-5 C1D1 위치에서 C2D2 로 표시된 링크를 이동 한 다음 C3D3 위치로 이동하는 4 절 링크를 설계 하시오 . 이동 링크는 C 와 D 일때 고정 링 크의 위치를 찾으시오 .

C₁ C₂

C₃ D₁

D₂

D₃

O₂

O₄

링크 2

링크 3

링크 4

( 링크 1 = O₂O₄)

1. 링크 CD의 합성 위치 C₁D₁, C₂D₂및 C₃D₃ 작도.

2. C₁ 에서 C₂까지 , C₂에서 C₃까지 선 을 그리고 수직이등분 .

3. 연장선 상의 교점 O₂를 구함 .

4. D₁ 에서 D₂까지 , D₂에서 D₃ 까지 선 을 그리고 수직이등분하여 교점 O₄ 구함 .

5. Grashof 조건 검사. 6. 운동 기능 검토 .

3.4 치수 합성 (Dimensional Synthesis)

Ex. 3-9 일정 속도의 모터 입력에서 1 : 1.25 의 시간 비율로 로커 회전 45 도 를 제공하는 4 절 Grashof 크랭크 로커를 설계하십시오 .

A₂ A₁ O₂

a b

d

B₁ B₂

O₄ q₄

1. 원하는 각운동 q₄가 되도록 O₄B 를 설정 . 2. 임의의 각으로 B₁ 을 통과하는 선을 작도.

4. 크랭크와 커플러 링크의 길이 계산 . 커플러 + 크랭크 = O₂B₁ 커플러 - 크랭크 = O₂B₂

5. Grashof 조건을 검토하고 비 -Grashof 기구이면 O₂, O₄를 조정 .

6. 운동 성능 검토 .

d180 - ab-180

3. 위 직선과 d의 각으로 B₂ 를 통과하는 선 을 작도하고 교점 O₂를 구함 .

a

 b

TR

Crank-Shaper Quick-Return Mechanism

3.6 커플러 곡선 (Coupler Curves )

커플러 곡선

• 커플러 링크가 그리는 곡선 .

• 다양한 형태의 곡선 가능 . _{m  2  3} 

^n/2-1



링크 수

m차 곡선

3.6 커플러 곡선 (Coupler Curves )

Film-advance mechanism

고정

고정

Crank

Rocker Coupler

3.6 커플러 곡선

Automotive suspension

1

2

3 4

휠 중심의 커플러 커브는 필요한 작은

수직 변위에 대해 거의 직선입니다 . 이

는 차체의 모든 코너링 및 자세 변화에서

최상의 견인력을 위해 지면에 수직으로

타이어를 유지하는 것이 바람직 하기 때

문이다

3.8 직선운동기구 (Straight-Line Mechanisms)

Watt straight-line linkage

L₁=4 L₂=2 L₃=1 L₄=2

AP=0.5

3.8 직선운동기구 (Straight-Line Mechanisms)

Roberts straight-line linkage

L₁=2 L₂=1 L₃=1 L₄=1

AP=1 BP=1

3.8 직선운동기구 (Straight-Line Mechanisms)

Chebyschev straight-line linkage

L₁=2 L₂=2.5 L₃=1 L₄=2.5

AP=0.5

3.8 직선운동기구 (Straight-Line Mechanisms)

L₁= L₂ L₃= L₄

L₅= L₆ = L₇ = L₈

1 3 2

4 5

6

7 8

Peaucellier exact straight-line linkage

Peaucellier was a French army captain and military engineer who first proposed his

“compas compose” or compound compass in 1864 but received no immediate recogni- tion. The British-American mathematician, James Sylvester, reported on it to the Atheneum Club in London in 1874. He ob- served that the perfect parallel motion of Peaucellier looks so simple and moves so easily that people who see it at work al- most universally express astonishment that it waited so long to be

discovered.”

A

C B

D

P E

DOF = 3(8-1)-2(10) = 1

F

AB x AP = (AF-BF) x (AF+BF)

= AF

²

-BF

²

= (AD

²

-DF

²

) – (BD

²

-DF

²

)

= AD

²

-BD

²

Constant (  K)

G Q

따라서 AG x AQ = K 가 되도록 Q 를 잡으면 P 점은 항상 PQ 를 지나는 직 선운동을 한다 .

AG x AQ = K

3.9 일시정지기구 (Dwell Mechanisms)

입력운동 ( = 0 ) 출력운동 ( = 0 )

3.9 일시정지기구 (Dwell Mechanisms)

입력운동 ( = 0 ) 출력운동 ( = 0 )

20 180 320 360

크랭크 각도 로커 각도

80

80

• 근사적 운동

3.9 일시정지기구 (Dwell Mechanisms)