5 października 2022

F_czerwiec_2011


Sztuczne mięśnie pneumatyczne PAM (ang. pneumatic artificial muscle) ze względu na sposób działania można traktować jako siłowniki pneumatyczne jednostronnego działania. Pierwszy muskuł został wynaleziony w 1930 roku przez S. Garasiev’a [5, 6, 19] (chronologiczny wykaz przedstawiający rozwój sztucznych mięśni pneumatycznych zamieszczony jest w tablicy 1). Muskuły pneumatyczne miały być wykorzystywane w medycynie do produkcji protez kończyn. Obecnie stosowane są w wielu gałęziach przemysłu, a także znajdują zastosowanie jako elementy napędowe w robotach mobilnych, antropomorficznych i humanoidalnych [3].

Jakub Takosoglu, Sławomir Błasiak, Ryszard Dindorf, Paweł Łaski

Pneumatyczne aktuatory mięśniowe mają różne kształty i charakterystyki, w zależności od ich budowy i właściwości materiałowych. Najczęściej wykorzystuje się dwa rodzaje muskułów pneumatycznych. W pierwszym przypadku mogą one być oplecione elastyczną siatką o określonych wymiarach geometrycznych i właściwościach sprężystych, w drugim – siatka może być zwulkanizowana z gumą. Siatka mocowana jest na końcach aktuatora mięśniowego tworząc rodzaj sztucznych ścięgien. Siła generowana przez muskuł pneumatyczny zależy od ciśnienia powietrza, długości początkowej muskułu, stopnia skrócenia oraz własności materiałowych. Przy wzroście ciśnienia powietrza występuje jednoczesne zwiększenie obwodu i zmniejszenie długości muskułu, wskutek czego zwiększa się skurcz muskułu i powstaje osiowa siła ciągnąca, odpowiadająca naprężeniom w elastycznej siatce. W początkowej fazie skrócenia muskułu powstaje największa siła, która maleje do zera przy maksymalnym jego skróceniu (tylko w przypadku stałego ciśnienia). Poprzez regulację ciśnienia można kontrolować przenoszoną siłę i stopień skrócenia pneumatycznego aktuatora mięśniowego [8].

Przykłady układów kinematycznych z muskułami pneumatycznymi
Na rysunku 1 przedstawiono różne rozwiązania kinematyczne mięśniowych układów pneumatycznych.
miesnie_s










cały artykuł dostępny jest w wydaniu 6 (45)
Czerwiec 2011


Wymagana wysoka jakość wyrobów, nierzadko o złożonej i zarazem lekkiej konstrukcji oraz nietypowych kształtach, wymusza na producentach stosowanie coraz lepszych materiałów konstrukcyjnych oraz precyzyjnych, wydajnych i opłacalnych sposobów ich kształtowania. W odniesieniu do obróbki skrawaniem wiąże się to, zwłaszcza w ostatnim dziesięcioleciu, z intensywnym rozwojem materiałów narzędziowych (w tym powłok), ciągłym unowocześnianiem konstrukcji narzędzi i obrabiarek oraz systemów sterowania procesem technologicznym i wspomagających jego projektowanie.

Kazimierz Czechowski

Podstawowymi materiałami stosowanymi na ostrza narzędzi są węgliki spiekane i stal szybkotnąca, stosowane w ok. 90% narzędzi skrawających; przy tym udział narzędzi ze stali szybkotnących szacuje się na ok. 40%. W raporcie Global Industry Analysts, Inc., jednej z największych firm w zakresie badań rynku, pt. „High Speed Steel (HSS) Metal Cutting Tools: A Global Strategic Business Report” (kwiecień, 2009), przewiduje się, że udział na rynku narzędzi skrawających ze stali szybkotnących przekroczy globalnie w 2015 roku 6,2 mld USD. Nawet w obliczu zwiększania się popytu na narzędzia z węglików spiekanych, co wynika m.in. ze stosowania wysokich prędkości w obróbce skrawaniem, prowadzonej na obrabiarkach CNC, narzędzia ze stali szybkotnących są nadal ekonomiczną alternatywą, szczególnie w aplikacjach, gdzie jest istotna wytrzymałość narzędzia na zginanie; przy tym coraz częściej na narzędzia wykorzystywane są stale szybkotnące otrzymywane metodą spiekania proszków, a na ich ostrza nanoszone są złożone powłoki dedykowane do konkretnych zastosowań [1].
Przykładem efektywnego wykorzystania stali szybkotnących w obróbce skrawaniem mogą być następujące narzędzia:

  • do obróbki kół zębatych; np. frezy ślimakowe i dłutaki Fellowsa,
  • do obróbki płaszczyzn i powierzchni krzywoliniowych; np. frezy walcowo-czołowe, frezy kuliste, itd.,
  • do obróbki otworów: okrągłych i z rowkami (jednym lub wieloma; prostymi lub śrubowymi) oraz prostokątnych; tj. przeciągacze i przepychacze,
  • oraz inne typowe; np. wiertła, rozwiertaki, gwintowniki, pogłębiacze, ostrza pił, itd.


Efektywne wykorzystanie narzędzi wykonanych ze stali szybkotnących uwarunkowane jest właściwym doborem rodzaju (spiekane lub konwencjonalne) i gatunku stali, w wielu przypadkach odpowiednim wyborem rodzaju i struktury powłoki, a także zastosowaniem dostosowanej do przeznaczenia narzędzia geometrii i mikrogeometrii ostrza.
W niniejszym artykule omówiony został rozwój narzędzi skrawających ze stali szybkotnących na przykładzie frezów ślimakowych (w szczególności w wersji klejonej, wykonywanych przez Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania - IZTW), przeznaczonych do obróbki różnego rodzaju uzębień, głównie kół zębatych walcowych, ale także wałków wielowypustowych.

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 6 (45) Czerwiec 2011


Prawie każdy użytkownik systemu CAD zapytany o to, jaki rodzaj modelowania preferuje odpowie: parametryczny! Użyłem określenia „prawie każdy”, bo przecież jest grupa użytkowników, która preferuje systemy modelowania bezpośredniego. Który jest lepszy? Dlaczego? Do czego lepszy? Odpowiedź na te i podobne pytania nie jest prosta.

Andrzej Wełyczko

Moim zdaniem trzeba najpierw poznać wady, zalety, ograniczenia i w związku z tym określić potencjalne obszary praktycznego zastosowania każdego z wymienionych wyżej rodzajów modelowania. Dopiero wtedy można sprawdzić przydatność i udzielić sensownej, opartej na praktycznej ocenie, odpowiedzi.
Od mniej więcej 25 lat inżynierowie mają do dyspozycji parametryczne systemy CAD. Oczywiście w każdym system jest parametryczny „inaczej” i ciągle się zmienia, bo wspomniana wyżej parametryczność jest dzisiaj inna niż 20 lat temu. Ale to wciąż za mało, bo użytkownicy systemów CAD oczekują takich rozwiązań, które ułatwią definicję i modyfikacje geometrii. To jest przecież podstawowe zadanie systemu CAD.
Jest jednak w procesie projektowania coś, co nie zmienia się od lat: innowacyjność lub inaczej intencja konstruktora. Bo przecież zanim powstanie jakikolwiek projekt konstruktor musi mieć pomysł, wizję tego, co chce zaprojektować. Potem musi opracować strategię, która w jego systemie CAD doprowadzi do poprawnej definicji geometrycznej. Czym jest taka strategia? Najprościej mówiąc jest to uporządkowany zestaw poleceń (kolejność ich wykonania bardzo często ma znaczenie zasadnicze) lub inaczej procedura konstrukcyjna. Taka strategia jest oczywiście inna dla dwóch różnych systemów CAD. Ba, nawet w tym samym systemie CAD ta strategia może być inna, jeśli projekt jest realizowany w innym środowisku – parametrycznym (ang. Feature-Based Design) lub bezpośrednim (ang. Direct Modeling). Jeśli mamy do wyboru więcej niż jeden sposób modelowania, to trzeba odpowiedzieć na pytanie: który z tych sposobów jest lepszy i dlaczego? Czym na przykład różni się model bryłowy tej samej części zdefiniowany w innym środowisku modelowania? Zewnętrznie niczym, bo może mieć dokładnie taki sam kształt i wymiary. Inny jest sposób definiowania (strategia) oraz możliwości modyfikacji jego kształtu.
Pierwsze skojarzenie ze słowem strategia to w moim przypadku wojna. Nie gra (komputerowa), bo nie gram, ale to też dobre skojarzenie. W obu przypadkach celem jest wygrana. Z kim? Z czym? Z systemem CAD, który zawsze ma jakieś preferowane metody projektowania, a także, o czym nie można zapominać, wady i ograniczenia. Jak opracować taką strategię?
W przypadku systemu parametrycznego model bryłowy projektowanej części trzeba „rozbić” na pojedyncze cechy konstrukcyjne (trzon, podstawa, kołnierz, ucho lewe, otwór centralny, żebro, wybranie, itp.), a potem ustalić sposób definiowania każdej z tych cech konstrukcyjnych (kształt konturu podstawowego, na jakiej płaszczyźnie?, wymiary, liczba otworów, itp.) oraz kolejność modelowania. Taka dekompozycja wizji konstruktora na uporządkowany zestaw poleceń jest pierwszym etapem strategii, która ma doprowadzić do wygranej, czyli do poprawnego (zgodnego z zamiarem konstruktora) modelu przestrzennego. W jaki sposób taki model jest generowany w systemie parametrycznym? Przez analogię do programowania, w którym także mamy uporządkowany zestaw poleceń, można powiedzieć, że system CAD „uruchamia” procedurę konstrukcyjną, której wynikiem jest model geometryczny. Strategia rodzi się w głowie konstruktora, który swoją intencję przekłada na to, co jest możliwe w jego systemie CAD. Ile z tych wszystkich, koniecznych do wykonania, rzeczy jest rzeczywiście ważnych? I nie chodzi tu o to, że wszystkie są konieczne do zrealizowania w konkretnym (parametrycznym) systemie CAD, ale o to, że są one wymuszone przez ten właśnie system! Przecież w gotowym modelu parametrycznym istotnych jest tylko kilka parametrów, a na pewno nie wszystkie. Mogą to być na przykład wymiary gabarytowe, odległość osi, liczba lub rozmieszczenie otworów pod śruby mocujące, itp. Taka „czarna” wizja pracy w systemach parametrycznych jest oczywiście przesadzona, bo mają one sporo zalet, których tu i teraz nie chciałbym wyliczać. Jedno jest pewne: modelowanie bryłowe w systemie parametrycznym, zwłaszcza w przypadkach skomplikowanych geometrycznie, nie jest zadaniem trywialnym, bo sukces zależy od opisanej wyżej strategii.

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 6 (45) Czerwiec 2011


Jednym z ważnych problemów technicznych, stojących przed  konstruktorami przed z górą stu laty, było opracowanie uszczelnień, które miały poprawić działanie stosowanych do tej pory szczeliw miękkich i tzw. uszczelnień dławnicowych. Taką konstrukcją w budowie maszyn stały się uszczelnienia czołowe, które zastosowano po raz pierwszy na przełomie XIX i XX stulecia. Jednak z powodu braku odpowiednich materiałów na pierścienie uszczelniające oraz dokładności ich wykonania, dopiero w latach dwudziestych ubiegłego wieku, uszczelnienia czołowe zostały zastosowane na szerszą skalę.

Sławomir Błasiak, Paweł Łaski, Jakub Takosoglu

Uszczelnienia mechaniczne, w szczególności bezstykowe, podlegały na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat intensywnemu rozwojowi. Postępująca ewaluacja konstrukcji oraz zastosowanie nowych materiałów, i rozwijanie technologii ich wytwarzania, miały wpływ nie tylko na wzrost trwałości pierścieni uszczelniających, co znacznie wydłużało czas eksploatacji, lecz także na obniżenie kosztów produkcji. Postęp w technice uszczelnień bezstykowych doprowadził do sytuacji, w której uszczelnienia labiryntowe, czy segmentowe, zostały w naturalny sposób zastąpione niezwykle złożonymi i wyrafinowanymi konstrukcjami, spełniającymi wygórowane wymagania eksploatacyjne. Teoretycznie, zadaniem idealnego uszczelnienia bezstykowego jest niezawodna praca, w długim okresie czasu, bez zużycia współpracujących powierzchni i przy minimalnym wycieku. Rzeczywistość jednak dalece odbiega od ideału. Zużycie elementów (pierścieni uszczelniających) powoduje, że uszczelnienia stanowią newralgiczne punkty wszystkich urządzeń, w których znalazły zastosowanie.
uszczelnienia_sPostawienie przed inżynierami zadania mającego na celu opracowanie konstrukcji zbliżonej do ideału, przyczyniło się do powstania wielu interesujących rozwiązań konstrukcyjnych w zakresie uszczelnień bezstykowych. Schemat ideowy typowego uszczelnienia z modyfikacjami na jednej z powierzchni pierścienia uszczelniającego (roboczego) przedstawia rysunek 1.
W czasie pracy maszyny wirnikowej pierścień uszczelniający (6), sztywno zamocowany na wale (7), obraca się z prędkością kątową ω. W następstwie powoduje to wzrost ciśnienia hydrodynamicznego medium roboczego w szczelinie (5), co w efekcie prowadzi do wzrostu siły otwierającej. Równowaga sił – zewnętrznej (dociskającej) pochodzącej od sprężyny (3) oraz siły generowanej w szczelinie – uniemożliwia styk powierzchni roboczych pierścieni oraz zapewnia utrzymanie wysokości szczeliny na poziomie od kilku do kilkunastu mikrometrów. Siła dociskająca nie zależy od wysokości szczeliny, w przeciwieństwie do siły otwierającej, której wartość zmienia się wraz ze zmianą odległości między pierścieniami roboczymi (4 i 6), odpowiednio: statorem i rotorem.

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 6 (45) Czerwiec 2011


Mille Miglia 2011 zakończyła się 14 maja. Współczesny rajd samochodów historycznych, tych samych modeli i marek, które jeździły w dawnym wyścigu przyciąga nie tylko fanów motoryzacji, lecz również współczesnych kierowców wyścigowych i konstruktorów. Pod tym względem Mille Miglia Storica trudno porównać z jakąkolwiek inną imprezą na świecie.

Ryszard Romanowski

Bazą wyścigu jest przemysłowa Brescia, jedno z najważniejszych miast w historii automobilizmu. Już u schyłku XIX wieku odbywały się tu wyścigi samochodowe. W tamtych czasach nie było specjalnych torów wyścigowych i rozgrywano wyścigi między miastami. Często za kierownicami samochodów zasiadali ich konstruktorzy, właściciele firm, których głównym celem było wykazanie, że ich konstrukcja jest szybsza i wytrzymalsza od konkurencji. Czasem kończyło się to osobistymi i komercyjnymi dramatami, niekiedy wyrastały z tej rywalizacji legendarne i istniejące do dzisiaj marki.

MM2011a-326

Brescia, miasto lwa, może kojarzyć się nieco ze Lwowem, zwanym również Leopolis. Herby miast przedstawiają lwa w bardzo podobnej pozycji, a dewiza Brescii „Brixia Fidelis” przypomina lwowską: „Semper Fidelis”. Co ciekawe, Lwów pozostaje do dzisiaj polską stolicą sportów automobilowych. Nigdy i nigdzie więcej nie rozgrywano w Polsce wyścigów Grand Prix czyli Formuły F-1. We Lwowie odbyły się cztery razy w latach 1930-1933. Szkoda, że przetrwało o nich tak mało informacji.
W roku 1899 na trasie Brescia – Cremona – Mantua – Verona – Brescia zadebiutował niewielki Printetti-Stucchi, za którego kierownicą zasiadł konstruktor Ettore Bugatti. Na trudnej trasie dał się pokonać jedynie wielkiemu De Dion i Peugeotowi zajmując trzecie miejsce. Po latach, na okręgu drogowym pod Brescią debiutowało niewielkie Bugatti Tipo 13 i jego rozwinięcie Tipo 22 zdobywając przydomki: Bugatti Brescia i Bugattina. Samochody te, ku zdziwieniu konkurentów, udowodniły, że zwycięstwo nie zależy wyłącznie od ogromnej pojemności silnika rozwijającego wielką moc kosztem dużej masy i gabarytów. W tych czasach Bugatti nie zasiadał już za kierownicą. Był przede wszystkim konstruktorem i szefem zespołu wyścigowego.

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 6 (45) Czerwiec 2011