PT Mechatronica. Ontwerpopdracht Constructie Principes

Transcriptie

1 PT Mechatronica Ontwerpopdracht Constructie Principes Project PT Mechatronica (-) Auteur(s) P.C.Horsan Datu Titel Ontwerpopdracht Constructie Principes ID CP- Status Filenaa cp final.doc Versie 0. Afgedrukt : Universiteit Utrecht Faculteit Natuur- en Sterrenkunde Instruentele Groep Fysica Postbus 80004, 3508 TA Utrecht Tel: Fax: April-004 final

2 Universiteit Utrecht Faculteit Natuur- en Sterrenkunde Instruentele Groep Fysica Inhoudsopgave Inleiding... 3 Eisen Vragen Oplossingen Vastleggen van de coördinaten configuraties Overbrengverhouding Ontwerp van systee Dynaisch gedrag van het systee... 7 Pagina -8 Project: PT Mechatronica Auteur: P.C.Horsan Datu: 8-April-004 Titel: Ontwerpopdracht Constructie Principes ID: CP- Status: final Versie: 0.

3 Universiteit Utrecht Faculteit Natuur- en Sterrenkunde Instruentele Groep Fysica Inleiding In figuur is afgebeeld een beweegbare lens. Deze aakt deel uit van een objectief, waarvan het brandpunt instelbaar is et de bedoeling o scherp te stellen op een oppervlak. zoals in figuur aangegeven. Aan de buitenkant van de koker waar binnen zich het stelsel lenzen bevindt, is een servootor et overbrenging geonteerd. De uitgaande beweging daarvan is een axiale beweging (h(t))et een slag van circa 0 illieter. De instelnauwkeurigheid van deze, et gesloten lus geregelde, servootor is circa icroeter. Het ontwerpproblee ovat twee aspecten.. het ontwerp van een ophanging voor de beweegbare lens. een overbrenging tussen de axiale (z-) beweging van de lens en de uitgaande beweging (h(t)) van de otor. Figuur : schets van de ontwerpopdracht Pagina 3-8 Project: PT Mechatronica Auteur: P.C.Horsan Datu: 8-April-004 Titel: Ontwerpopdracht Constructie Principes ID: CP- Status: final Versie: 0.

4 Universiteit Utrecht Faculteit Natuur- en Sterrenkunde Instruentele Groep Fysica Eisen. De slag van de lens in de z-richting is niet eer 0, []. De instelnauwkeurigheid in de z-richting is 00 [n]. 3. De optische as van de beweegbare lens ag niet kantelen over een hoek, groter dan 0-8 [rad] tijdens het doorlopen van de z-slag van 0, [] (.a.w. de lens oet zeer zuiver kantelvrij bewegen). 4. De hartlijn van de lens ag, tijdens het doorlopen van de z-slag, in dwarsrichting niet eer dan 00[n] verplaatsen. M.a.w. de z-slag van 0,[] oet et zeer kleine afwijkingen t.o.v. de hartlijn plaatsvinden. 5. De lens, et een assa van kg, oet zeer stijf aan zijn ogeving verbonden zijn, o verplaatsingen t.g.v. opgedrongen trillingen uit de ogeving, te voorkoen. In de dwarsrichtingen x en y, alsede in de z- richting, zijn derhalve eigenfrequenties van 00 Hz vereist 3 Vragen. Welke coördinaten oeten worden vastgelegd. Vind (een) configuratie(s) voor een lensgeleiding de aan de specificaties kan voldoen. Geef deze configuraties in voldoende schetsen, b.v. voorkeur in Aerikaanse projectie. Aanwijzing: denk aan elastische eleenten. 3. Geef aan op welke wijze de respectievelijke coördinaten zijn vastgelegd. 4. Vind een overbrengverhouding tussen de servootor (h(t)) en de lenshouder en bepaal de overbrengverhouding. 5. Geef, in Aerikaanse projectie, een ontwerp van de eest belovende configuratie van de lensophanging en de aandrijving. In figuur is aangegeven de ruite die voor Uw constructie beschikbaar is, n.l. 40 in de z.richting. Wilt U buiten de koker van 50 doorsnede construeren dan is dit toegestaan. 6. Toon aan dat U ontwerp aan de eisen voldoet. Pagina 4-8 Project: PT Mechatronica Auteur: P.C.Horsan Datu: 8-April-004 Titel: Ontwerpopdracht Constructie Principes ID: CP- Status: final Versie: 0.

5 Universiteit Utrecht Faculteit Natuur- en Sterrenkunde Instruentele Groep Fysica 3. Oplossingen 3. Vastleggen van de coördinaten Voor een zuivere verticale beweging in Z richtingen oeten er 5 vrijheden worden vastgelegd, dit zijn de translaties X en Y en de rotaties ψ, φ en θ er is echter gesteld dat een kleine rotatie in θ is toegestaan. De volgende 4 vrijheidgraden oeten dus worden vastgelegd, nl. x, y, ψ en φ 3.3 configuraties Een aantal ogelijke oplossingen voor het transleren van de lens. Mogelijke oplossingen Vastgelegde vrijheidsgraden Bij toepassing van een enkele bladveerechanise worden de translaties X en Y vastgelegd. Wordt het echanise dubbel uitgevoerd dan liggen de volgende vrijheidgraden vast, Dient worden opgeerkt dat het systee dan wel over bepaald is doordat x en y tweeaal wordt vastgelegd. Bij toepassing van sprieten in het echanise worden x, y, ψ en φ vastgelegd, ook hier geldt dat er een overbepaaldheid is. Hier worden de volgende 5 vrijheidgraden vastgelegd, x, y, z, ψ en φ Dit zou een hele goede oplossing kunnen zijn als er eer ruite voorhanden zou zijn. Pagina 5-8 Project: PT Mechatronica Auteur: P.C.Horsan Datu: 8-April-004 Titel: Ontwerpopdracht Constructie Principes ID: CP- Status: final Versie: 0.

6 Universiteit Utrecht Faculteit Natuur- en Sterrenkunde Instruentele Groep Fysica 3.4 Overbrengverhouding De overbrengverhouding tussen de servootor en de lens houder kan variëren tussen de volgende waarden: Gebaseerd op de slag, overbrengverhouding i is, uitgaande _ slag 0. i /00 [--] ingaande _ slag 0 gebaseerd op de nauwkeurigheid, i is, uitgaande _ nauwkeurigheid i ingaande _ nauwkeurigheid 00x / 0 Gekozen is voor een overbrenging van /5, deze is tot stand gekoen door de beschikbare ruite. Uit de berekeningen bleek dat de uiteindelijke overbrengverhouding weinig invloed had op het systee gedrag 3.5 Ontwerp van systee Het ontwerp is opgenoen in bijlage, een aantal tekeningen op A3 foraat zijn nog los bijgevoegd. Pagina 6-8 Project: PT Mechatronica Auteur: P.C.Horsan Datu: 8-April-004 Titel: Ontwerpopdracht Constructie Principes ID: CP- Status: final Versie: 0.

7 Universiteit Utrecht Faculteit Natuur- en Sterrenkunde Instruentele Groep Fysica 3.6 Dynaisch gedrag van het systee De berekeningen van de stijfheden en assa zijn uitgewerkt in bijlage Bepaling van de eigenfrequentie van het systee Massa lens 0 N M [kg] C bladveren C C spriet koppelas c bladveer N c spriet N c as N kg C hefboo deel L Massadeel van hefboo i L c N i 0.04 C hefboo deel h(t) 0[] Figuur : dynaisch odel van de constructie Massadeel van hefboo c N x 0.05kg H(t)0 Pagina 7-8 Project: PT Mechatronica Auteur: P.C.Horsan Datu: 8-April-004 Titel: Ontwerpopdracht Constructie Principes ID: CP- Status: final Versie: 0.

8 Universiteit Utrecht Faculteit Natuur- en Sterrenkunde Instruentele Groep Fysica Berekening van het gereduceerde odel Massa lens 0 N M [kg] C v C v N Massadeel van hefboo x kg C v h(t) 0[] C v N H(t)0 Figuur 3:Gereduceerd odel Mequel C v eq : M lens + x C c f e : π C c eq eq kg f e 06.37Hz C c C c : + C v C v C c N Figuur 4: Dynaisch odel et een graad van vrijheid Pagina 8-8 Project: PT Mechatronica Auteur: P.C.Horsan Datu: 8-April-004 Titel: Ontwerpopdracht Constructie Principes ID: CP- Status: final Versie: 0.

9 SAM SPRIET CP_ 0 SLUITRING M4 RVS - 8 VERBINDINGS AS RVS 7 VEERBLOK RVS 6 CONTRA VEER RVS VERENSTAAL VERENSTAAL 5 4 INBUS M4x6 RVS CIL. KOP.SCHR. M 4*6 4 MOTORMIKE PI M30 PI M OVERBRENGING RVS CP_ i/5 LENS RECHTGELEIDINGS MECHANISME KOKER - POS AAN BENAMING MAT. BLADNR. OPMERKING Alg. Tol. CONSTRUCTIE PRINCIPES Status Aer. proj. ISO 768 K O.K.: Benaing SAM.LENS GELEIDING MET OVERBRENGING Get. Schaal phorsan : Datu get. Datu rev Instruentele Groep Fysica Produktie Tek.nr. - CP_ bl.nr. CP_ Foraat A3 sheet

10 A B 4 A O 6 SECTION A-A BORGEN MET LOCTIDE SAM SPRIET CP_ 0 SLUITRING M4 RVS - 8 VERBINDINGS AS RVS 7 VEERBLOK RVS 6 CONTRA VEER RVS VERENSTAAL VERENSTAAL 5 4 INBUS M4x6 RVS CIL. KOP.SCHR. M 4*6 4 MOTORMIKE PI M30 PI M OVERBRENGING RVS CP_ i/5 LENS RECHTGELEIDINGS MECHANISME CP_ KOKER - POS AAN BENAMING MAT. BLADNR. OPMERKING LIJMEN MET LOCTIDE Alg. Tol. ISO 768 K O.K.: Benaing Get. Schaal 3 CONSTRUCTIE PRINCIPES SAM.LENS GELEIDING MET OVERBRENGING phorsan : Datu get. Datu rev Instruentele Groep Fysica DETAIL B : 7 BORGEN MET LOCTIDE Status Produktie Tek.nr. - Aer. proj. bl.nr. CP_ Foraat A3 sheet

11 3 3 BLADVEER GELEIDING ONDER RVS CP_ LENSHOUDER ALUMINIUM LENS LENS IN HOUDER LIJMEN MET SILICONEN LIJM POS AAN BENAMING MAT. BLADNR. OPMERKING Alg. Tol. ISO 768 K O.K.: Benaing Get. Schaal CONSTRUCTIE PRINCIPES LENS RECHTGELEIDINGS MECHANISME phorsan : Datu get. Datu rev Instruentele Groep Fysica Status Produktie Tek.nr. - Aer. proj. bl.nr. CP_ Foraat A4 sheet

12 50 A DETAIL A RVS Error: No reference Aant Materiaalcode Operkingen Alg. Tol. ISO 768 fh O.K.: Benaing Get. Schaal CONSTRUCTIE PRINCIPES BLADVEER GELEIDING ONDER phorsan : Datu get. Datu rev Instruentele Groep Fysica Status Produktie Tek.nr. - Aer. proj. bl.nr. CP_ Foraat A3 sheet

13 A 00 4 O RVS i/5 Aant Materiaalcode Operkingen Alg. Tol. ISO 768 fh O.K.: Benaing Get. Schaal DETAIL A 5: CONSTRUCTIE PRINCIPES OVERBRENGING phorsan : Datu get. Datu rev Instruentele Groep Fysica Status Produktie Tek.nr. - Aer. proj. bl.nr. CP_ Foraat A4 sheet

14 Massa lens 0 N Massa lens 0 N C bladveren C v C spriet Massadeel van hefboo C koppelas C v h(t) 0[] C hefboo deel L Massadeel van hefboo i L C c Mequel C hefboo deel h(t) 0[] Massadeel van hefboo Alg. Tol. ISO 768 K O.K.: Benaing Get. Schaal CONSTRUCTIE PRINCIPES DYNAMISCH GEDRAG phorsan : Datu get. Datu rev Instruentele Groep Fysica Status Produktie Tek.nr. Aer. proj. bl.nr. CP_30 Foraat A3 sheet

15

16 Bijlage : Berekening van de eigen frequentie Dynaisch gedrag van het systee Algeene gegevens Massa lens [kg] E odules staal dichtheid assa van spriet en koppelas zijn verwaarloosd M lens : kg E N : ρ : 7800 kg 3 Stijfheden en assa's Bladveren verstijfd ( zie tekening CP_) Lengte Dikte breedte aantal Spriet diaeter spriet l veer : t :.5 h : n : 5.5 c bladveer : d spriet : Eh t 3 n 3 l veer 0.9 l veer 0.04 c bladveer N c bladveer N lengte l spriet : c spriet : 7 E π d spriet 4l spriet c spriet N spriet : π 4 d spriet l spriet ρ spriet kg wordt verwaarloosd

17 koppelas Diaeter as lengte as d as : l as : E π d as c as : 3 64 l as π as : 4 d as l as ρ as kg c as N wordt verwaarloosd schanier (zie tek.cp_) lengte deel lengte deel breedte hoogte l : l : b s : h s : assa deel : b s h s l ρ 0.56 kg assa gereduceerd naar einde van de hefboo x : 3 x 0.05 kg assa deel : b s h s l ρ kg assa deel gereduceerd naar einde van de hefboo x : 3 x kg stijfheid deel stijfheid deel E 3 b s h s c : 3 3 l E 3 b s h s c : 3 3 l c N c N overbrenging i : l l i 0.04

18 Gereduceerd odel Vervangende veerstijfheid C v : + + c bladveer c spriet c as C v N vervangende veerstijfheid c c x : i c x N C v : + c x c C v N Dynaisch odel et een graad van vrijheid vervangende veerstijfheid voor het hele systee C c : + C v C v C c N Equivalente assa C v eq : M lens + x C c eq kg f e : π C c eq f e Hz