Systemy mechatroniczne: zadania i pytania egzaminacyjne

Mechanika, elektronika i sterowanie działające razem: silniki prądu stałego i przekładnie jako elementy wykonawcze, tensometry i akwizycja danych jako czujniki oraz regulacja ze sprzężeniem zwrotnym z jej odpowiedzią przejściową. Zadania egzaminacyjne prowadzą sygnał od czujnika przez regulator do silnika i pytają o jedną liczbę po drodze.

Ćwicz ten przedmiot za darmo Ćwicz ten przedmiot Napisz egzamin próbny5 darmowych zadań dziennie. Bez karty.

Zestaw na powtórkę (PDF)Wzory, kroki metod i zadania z pełnymi rozwiązaniami, gotowe do wydruku.

Tematy w tym przedmiocie

Wskazówki egzaminacyjne: Systemy mechatroniczne

Przekładnia zamienia prędkość na moment obrotowy: moc pozostaje (prawie) taka sama.
Sprawdź częstotliwość próbkowania i rozdzielczość każdego toru pomiarowego pod kątem sygnału, który ma zarejestrować.
Zanim użyjesz równań silnika lub regulacji, przelicz obr/min na rad/s.

Przykłady z rozwiązaniami

Silniki prądu stałegoŁatwy

Silnik prądu stałego z magnesami trwałymi ma stałą momentu k = 0,6 N·m/A. Wyznacz moment T, jaki rozwija przy prądzie twornika 8 A.

k = 0,6 N·m/AI_a = 8 A

Oblicz T (N·m)

Pokaż podpowiedzi

Stała momentu łączy moment z prądem twornika.
T = k·I_a.
T = 0,6·8.

Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Silnik prądu stałego: twornik to rezystancja R_a połączona szeregowo z siłą przeciwelektromotoryczną E, więc V = E + I_a·R_a. Siła przeciwelektromotoryczna rośnie z prędkością, E = k·ω, a moment z prądem, T = k·I_a, przy tej samej stałej silnika k (V·s/rad = N·m/A) w jednostkach SI. Prędkości zamieniaj wzorem ω = 2π·n/60. Moc wytworzona to E·I_a = T·ω; moc wejściowa to V·I_a, a różnicę stanowią straty w miedzi I_a²R_a oraz straty mechaniczne. Prędkość maleje liniowo z momentem, ω = V/k − R_a·T/k², od prędkości biegu jałowego V/k do zera przy momencie utyku k·V/R_a. W spoczynku E = 0, więc prąd rozruchowy V/R_a jest duży, o ile nie ogranicza go rezystor.

Moment skręcający

T = k·I_a = 0,6·8 = 4,8 N·m

Odpowiedź

T = 4,8 N·m

W jednostkach SI to samo k jest stałą siły przeciwelektromotorycznej w V·s/rad.

Koła i przekładnie zębateŚredni

Silnik o mocy 7,5 kW pracujący z prędkością 1450 rpm napędza zębnik o 16 zębach, który zazębia się z kołem o 80 zębach. Sprawność pary kół wynosi 98%. Wyznacz moment wyjściowy T₂ na wale koła.

P = 7,5 kWn₁ = 1450 rpmN₁ = 16N₂ = 80η = 98%

Oblicz T₂ (N·m)

Pokaż podpowiedzi

Moment silnika z mocy: T = P/ω, gdzie ω = 2π·n/60 w rad/s.
ω₁ = 151,8 rad/s.
Przekładnia mnoży moment przez N₂/N₁ (i traci trochę na tarcie).

Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Przekładnie zębate: zazębione koła mają tę samą prędkość na zębach, więc n₁·N₁ = n₂·N₂: koło o mniejszej liczbie zębów obraca się szybciej. Koła na jednym wale obracają się z tą samą prędkością obrotową. Moc jest przekazywana dalej (minus straty), więc moment obrotowy rośnie, gdy prędkość obrotowa maleje: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η, a P = T·ω, gdzie ω = 2π·n/60.

Moment silnika

ω₁ = 2π·1450/60 = 151,8 rad/s

T₁ = P/ω₁ = 7500/151,8 = 49,39 N·m

Moment wyjściowy

T₂ = 49,39·80/16·0,98 = 242 N·m

Odpowiedź

T₂ = 242 N·m

Jak wygląda ćwiczenie

„Ćwicz ten przedmiot” miesza zadania ze wszystkich jego tematów, jak na prawdziwym egzaminie.
Każde zadanie ma nowe wartości, więc uczysz się metody, a nie odpowiedzi.
Utknąłeś? Najpierw otwórz małą podpowiedź, a pełne wyjaśnienie dopiero wtedy, gdy go potrzebujesz.
Egzaminy próbne są mierzone czasem i nie mają podpowiedzi, a na końcu dostajesz wynik i pełne omówienie.

Kalkulatory do tego kursu

Kalkulator przełożenia przekładni zębatej Kalkulator długości pasa (pas otwarty i skrzyżowany)

Powiązane przedmioty

Przygotowanie do egzaminu FE Mechanical Automatyka 1 Pomiary i aparatura Automatyka 2: projektowanie regulacji ze sprzężeniem zwrotnym Przygotowanie do egzaminu FE Electrical and Computer Systemy elektroenergetyczne i maszyny elektryczne Elektronika 1 Sygnały i układy

Ćwicz ten przedmiot za darmo Ćwicz ten przedmiot Napisz egzamin próbny5 darmowych zadań dziennie. Bez karty.