ESKÉ VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta elektrotechnická Katedra m ení DIPLOMOVÁ PRÁCE. Simulátor vibrací pro experimenty ve vibrodiagnostice

ESKÉ VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta elektrotechnická Katedra mení

DIPLOMOVÁ PRÁCE

Simulátor vibrací pro experimenty ve vibrodiagnostice

Diplomant:

Ondej Kreibich

Vedoucí práce:

Doc. Ing. Radislav Šmíd, Ph.D.

Studijní obor:

Letecké informaní a ídící systémy

Datum odevzdání: Leden 2007

ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE

Student

Ondej Kreibich

Obor

Letecké informaní a ídící systémy

Název tématu: Simulátor vibrací pro experimenty ve vibrodiagnostice

Zásady pro vypracování: Navrhnte a realizujte konstrukci simulátoru vibrací pro experimenty a výuku vibrodiagnostiky. Simulátor by ml umožovat simulaci jednoduchých závad ozubeného pevodu, valivých ložisek a simulací nevyváženosti. Navrhnte ovládání hnacího motorku a mení rychlosti pomocí DAQ modulu s rozhraním USB. Realizujte základní programové vybavení pro ovládání simulátoru, digitalizaci vibraních signál a jejich analýzu obvyklými vibrodiagnostickými metodami v prostedí Matlab.

estné prohlášení Prohlašuji, že jsem svou diplomovou práci vypracoval samostatn a použil jsem pouze podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v piloženém seznamu.

V Praze dne 19.1.2007 .................................................. podpis diplomanta

Souhrn Práce je zamena na stavbu zaízení – simulátoru, který umožuje demonstrovat vady na mechanických ástech skutených strojních zaízení v laboratorních podmínkách. Pro sestrojení takového zaízení byly nastudovány základy konstrukní nauky, dle kterých se následn postupovalo pi návrhu konstrukce simulátoru. Tento návrh v podob kompletní technické dokumentace sloužil jako podklad pro výrobu jednotlivých souástí zaízení. Ovládání

simulátoru

zajišuje

elektronická

jednotka

komunikující

s

PC

prostednictvím sériového kanálu. Jádrem jednotky je osmibitový mikrokontrolér ady 8051, který podle pijatých dat z PC ovládá výkonový spína a tím mní otáky hnacího motoru. Mikrokontrolér zárove mí rychlost otáek motoru prostednictvím optického senzoru a tento údaj vysílá zpt do PC. Pro vyhodnocení vibraních signál byly uvedeny nkteré teoretické základy vibrodiagnostiky sloužící k monitorování stavu stroj. Digitalizaci dat zajišuje modul PMD 1208FS od firmy Measurement Computing pipojený k PC pes USB. Následná analýza namených signál se provádí obvyklými vibrodiagnostickými metodami v prostedí Matlab. Ovení funkce simulátoru bylo provedeno profesionálním systémem Pulse od firmy Brüel & Kjær.

Klíová slova: vibrodiagnostika, prediktivní údržba, monitorování stavu stroj, mikroprocesor ady 8051, výkonový spína MOSFET, pulsní šíková modulace

Summary This project is focused on structure of mechanism – training equipment, which allows demonstrate various defects of mechanical parts under laboratory conditions. Results from these experiments should be applied in real machinery. Principles of Design science were studied and used for construction project of the mechanism. Results from this field were used for determination of exact training equipment construction. Scheme of the construction is clearly described in technical documentation, which was applied for made of individual parts. Adjustment and control of the device is provided with electronic module communicating with PC over serial link. The core of module is 8-bit microcontroller 8051 family, which controls speed of DC motor by power switch. Signal including speed value for this control is received from PC. Microcontroller measures speed of DC motor via optical encoder and this value transmit back to PC. Theoretical principles of vibrodiagnostic field and condition monitoring were studied and applied for proper interpretation of calculated vibrodiagnostic signal. PMD 1208FS module supplied by Measuremet Computing Corporation provide of data aquisition. This module has connection with PC by USB. Signal analysis of acquisition data is provided by usual vibrodiagnostic method in Matlab software. Verification of functionality was performed by professional system Pulse from Brüel & Kjær company.

Keywords: vibrodiagnostic, predictive maintenance, condition monitoring, microcontroller 8051 family, power MOSFET switch, pulse width modulation

Podkování: Dkuji vedoucímu diplomové práce Doc. Ing. Radislavu Šmídovi, Ph.D. za pomoc a odborné vedení, které mi poskytoval po celou dobu diplomové práce.

Obsah

Obsah 1. Úvod ....................................................................................................................................... 1 2. Cíl práce ................................................................................................................................ 2 3. Mechanická konstrukce simulátoru vibrací ...................................................................... 3 3.1. Návrh konstrukce.............................................................................................................5 3.2. Ložiska ..........................................................................................................................16 3.2.1. Rozdlení ložisek....................................................................................................16 3.2.2. Trvanlivost..............................................................................................................17 3.2.3. Životnost ložisek ....................................................................................................18 3.2.4. Vlastnosti ložisek a ovlivující veliiny.................................................................19 3.2.5. Mazání valivých ložisek .........................................................................................21 3.2.6. Všeobecné pokyny..................................................................................................22 3.3. Ozubené pevody...........................................................................................................23 3.3.1. Charakteristika........................................................................................................23 3.3.2. Vlastnosti pevod..................................................................................................27 3.3.3. Poznatky pro návrh a kontrolu ...............................................................................31 4. Monitorování stavu stroj s využitím vibraních signál .............................................. 34 4.1. Základní pojmy..............................................................................................................34 4.2. Celkové vibrace stroje ...................................................................................................37 4.3. Frekvenní analýza vibrodiagnostického signálu..........................................................37 4.3.1. Oblast nízkých kmitot.........................................................................................38 4.3.2. Oblast stedních kmitot.......................................................................................44 4.3.3. Oblast vysokých kmitot .....................................................................................46 5. Elektronické vybavení simulátoru .................................................................................... 49 5.1. Návrh elektronického vybavení simulátoru...................................................................49 5.2. Mení otáek ................................................................................................................50 5.2.1. Mení otáek pes ovládací jednotku ....................................................................51 5.3. ízení otáek stejnosmrného motoru...........................................................................53 5.3.1. Pulsní šíková modulace.........................................................................................53 5.3.2. Výkonový spína s tranzistorem MOSFET............................................................53 5.4. Ovládací jednotka ..........................................................................................................60 6. Programové vybavení pro obsluhu simulátoru ............................................................... 65 6.1. Realizace zdrojového programu pro procesor ady 8051 – AT89C51RD ....................65 6.2. Funkce vytvoené pro ovládání simulátoru v prostedí MATLAB ...............................69 6.3. Funkce pro zpracování vibrodiagnostických signál v prostedí Matlab......................69 7. Uživatelská píruka .......................................................................................................... 72 7.1. Mechanická ást ............................................................................................................72 7.1.1. Zmna sestavy simulátoru ......................................................................................73 7.1.2. Zámna ložisek .......................................................................................................74 7.1.3. Zámna ozubených kol pi zachování osové vzdálenosti hídelí ...........................74 7.1.4. Zámna ozubených kol se zmnou osové vzdálenosti hídelí................................74 7.1.5. Upínání nevývažk i dalších rotaních komponent na hídel...............................75 7.1.6. Soupis potebného náadí .......................................................................................75 7.2. Elektronická ást ...........................................................................................................77 7.2.1. Pipojení ovládací jednotky ....................................................................................77 7.2.2. Ovládání jednotky ..................................................................................................78 8. Výsledky z ovování funkce simulátoru ......................................................................... 79 9. Závr.................................................................................................................................... 83 10. Literatura .......................................................................................................................... 84 I

Obsah

Seznam píloh Pílohy umístné na konci práce: x Píloha A x Píloha B x Píloha C

Technické výkresy souástí simulátoru Kódy vytvoených program Soupis spojovacího materiálu použitého v konstrukci simulátoru Piložené CD:

soubor x dp_kreibich.pdf adresá x datasheets x OrCAD x tech_vykresy x programy/8051

Diplomová práce ve formátu .pdf Katalogové listy použitých komponent (el. souástek i mech. ástí) Ovládací jednotka – schéma a plošné spoje Technické výkresy vyrobených souástek simulátoru Zdrojový kód programu pro jednotku

II

Úvod

1. Úvod Pedmtem této diplomové práce bylo navrhnout a sestrojit zaízení – simulátor, který by umožoval na jednoduché mechanické soustav demonstrovat závady pevodového systému (ozubeného pevodu, valivých ložisek, nevyváženost), které mohou u bžných strojních zaízení nastat jejich nevhodnou výrobou, opotebením, provozem nebo špatnou konstrukcí, a tyto simulované závady následn analyzovat obvyklými vibrodiagnostickými metodami. Výsledky analýzy tchto jev pak mohou sloužit k naplánování údržby skutených zaízení, tak aby k poruše v dob jejich navrhované životnosti vbec nedošlo, minimalizovat odstávky na údržbu a opravy, optimalizovat výkonnost stroj a zabezpeit bezpenost provozu. Metody simulace závad mohou pomoci k vyhledání a specifikování závad bez nutnosti celkového rozebrání stroje. K využití simulátor se pikláníme tam, kde z hlediska velikosti není možné mit signály na skutených zaízeních, v laboratorních podmínkách, i ke studijním úelm. Dalšími dvody pro využití simulátor je nedostatek potebného množství vzork daného zaízení, zpsobení prodlevy ve výrob i omezení nebo perušení funknosti reálného zaízení. Výrobou simulátor mechanických soustav pro experimenty ve vibrodiagnostice, se celosvtov zabývá již nkolik renomovaných firem (nap. americké firmy SpectraQuest Inc. [10], V-TEK Associates [13] nebo Sales Technology Inc.[7]). Cena simulátor je relativn vysoká (základní modely bez potebného softwaru a píslušenství se pohybují kolem tech tisíc amerických dolar). Dalším negativním faktorem pro nákup takového firemního zaízení je krom ceny uzavenost nabízeného softwaru, a proto není možné do zakoupených program, i do konstrukce celého simulátoru jakkoliv zasahovat. Z výše uvedených dvod se pistoupilo k ešení navrhnout a sestrojit simulátor vlastní konstrukce vybavený vlastním ovládáním a softwarem, který bude umožovat jak praktickou výuku napíklad pro pedmt Diagnostika vyuovaný na Katede mení FEL VUT v Praze, tak pro výzkum a experimenty v oblasti vibrodiagnostiky. Simulátor bude navíc možno v budoucnosti ješt dále rozšiovat a nebudou se na takto realizované zaízení vztahovat žádné závazky plynoucí z nákupu simulátoru od specializované firmy.

1

Cíl práce

2. Cíl práce Tato diplomová práce si bere za cíl navrhnout vlastní konstrukci simulátoru vibrací pro experimenty a výuku vibrodiagnostiky tak, aby výsledné zaízení bylo bezpené a jednoduché na obsluhu, variabilní a v budoucnosti rozšiitelné. Výroba simulátoru i jeho souástí by nemla být píliš cenov nároná nebo komplikovaná na výrobu. Dle zadání by zaízení mlo umožovat demonstrovat závady na tchto mechanických ástech: x ozubený pevod x valivé ložisko x nevyváženost na hídelích Souástí simulátoru vibrací bude dále ovládání z poítae, které zahrnuje nastavení a mení rychlosti pohonu a snímání vibraních signál z akcelerometr umístných na zvolených mechanických ástech simulátoru. Digitalizace vibraních signál z akcelerometr bude zajištna DAQ modulem s rozhraním USB a následné zpracování a analýza vibraních signál provedena v prostedí Matlab.

2

Mechanická konstrukce simulátoru vibrací

3. Mechanická konstrukce simulátoru vibrací Akoliv se jedná o diplomovou práci ešenou na elektrotechnické fakult VUT, její nemalá ást je strojního charakteru. Opodstatnní nalezneme v pevném spojení strojírenství a oboru technické diagnostiky, pro který je diplomová práce urena. Také studovaný obor zabývající se letectvím je se strojírenstvím a zmínnou technickou diagnostikou neodmysliteln spjatý. Proto je potebné v úvodu této kapitoly zabývající se mechanickým návrhem a konstrukcí simulátoru vibrací zmínit základní pojmy a teoretické základy potebné pro konstrukci. Technický výrobek: vyrobený pemístitelný technický objekt (stroj, nástroj, pístroj, technické zaízení...) a jeho ásti (komplexy, montážní jednotky, suroviny) i v rozpracovaném stavu. Technický systém (TS): technický výrobek i nepemístitelný technický objekt (továrna, elektrárna, dopravní sí...) a jejich ásti (obrábcí linka, hrubá stavba) i v rozpracovaném stavu vetn fáze návrhu všech uvedených technických objekt. ásti a mechanismy stroj (MS) nkdy také „Strojní ásti“: pojem vznikl historicky a není zcela pesný, zahrnuje konstrukní provedení orgán technického systému. Pokud jsou ásti a mechanismy stroj MS též montážním celkem (ložisko, spojka) jsou oznaovány jako komponenty (obvykle konstruované a vyrábné na prodej). Podle oblasti použití se MS rozlišují na obecné (pro všechny TS) a speciální (pro uritý obor TS, nap. pro spalovací motory i potrubní systémy). Souvislosti mezi zmínnými pojmy ukazuje následující tabulka 3-1, kde je zárove ukázán stupe komplexnosti technického systému. Stupe I. II. III.

Technický systém

Píklady

Oblast

Díl, souást, strojní díl Element bez montážních operací Stavební skupina, mechanismus, podskupina Stroj, pístroj, aparát Zaízení, strojní park

IV.

Charakteristika

ep, ložiskové pouzdro, pružina, podložka „ MS“ Jednoduchý systém, který se skládá Pevodovka, hydraulický z díl a mže vykonávat válec jednoduché funkce Systém, který se skládá ze skupin a Soustruh, automobil, díl a vykonává uritou funkci elektromotor Komplexní systém sestávající ze Obrábcí linka, továrna na „Stroje a zaízení“ stroj, skupin, díl, vesms výrobu cementu s komplexními úkoly mající však funkní a místní jednotu

Tab. 3-1 Stupn komplexnosti technického systému 3


V píslušných oborech, které se problematikou konstruování zabývají bylo zjištno, že existuje konený poet tíd vlastností shodných pro všechny technické systémy (viz obr. 3-1) a pro každý jednotlivý systém se pouze liší stavy nebo hodnoty u jednotlivých vlastností. Všechny vlastnosti technického systému existují nezávisle na lovku – tvrci, mohou však být pro lovka – uživatele docíleny rzn uspokojiv, což se hodnotí porovnáním s požadavky. Výsledkem porovnání je výrok/rozhodnutí o (relativní) kvalit technického systému.

Obr. 3-1 Vnjší a vnitní vlastnosti technických systém [1] Konstruování technických systém z hledisek jejich vlastností vychází z následující metodiky: x stanovení požadovaných vlastností x analyzovat dostupné poznatky – únosnost závisí na... – bezpenost obsluhy závisí na... – výrobní náklady závisí na... x zjištní dosažených vlastností 4


V rámci návrh se dále provádjí nezbytné výpoty na statické i dynamické zatžování a namáhání psobící na jednotlivé ásti mechanism, dále výpoty na kontrolu návrhu a další postupy, které vedou ke splnní funkce a bezpenosti dle požadovaných vlastností. Návrh simulátoru vibrací tyto metody a poznatky bere na vdomí a využívá je pro úspšnou realizaci.

3.1. Návrh konstrukce Z mechanického hlediska se pi návrhu simulátoru vycházelo ze zadání, kde je uvedeno jaké závady má pístroj demonstrovat, dále z již poízených souástí a také ze zmn a nových požadavk, které vyplynuly pi samotném ešení návrhu. Navrhovaný simulátor vibrací by dle zadání ml umožovat: x demonstraci závady na ozubeném pevodu x demonstraci závady na valivém ložisku x demonstraci vlivu nevyváženého rotaního tlesa umístném libovoln v celé soustav simulátoru x mení otáek systému v prbhu návrhu ješt pibyl požadavek na možnost: x zatžovat výstup mechanické soustavy (za pevodem) x mení orbitu na jedné z hídelí pomocí dvou senzor IN-081 od firmy Brüel & Kjær. K dispozici již byly nkteré z potebných komponent k sestavení simulátoru, jednalo se o dva stejnosmrné motorky s permanentními magnety P2RH479 od firmy Atas, upínací pouzdra H204 od firmy SKF a dvouadá naklápcí kuliková ložiska 1204 K s kuželovou dírou, které se na hídel upínají práv pomocí zmínných pouzder SKF. Se zadáním byl doporuen odkaz na firmu SpectraQuest Inc. [10], která se vývojem a výrobou podobných zaízení pro úely vibrodiagnostiky zabývá, avšak jejich zaízení jsou pomrn cenov nároná (na obr. 3-2 je jejich zaízení urené pro demonstraci vad ložisek, za cenu 3260,- am. dolar). Dalším negativním faktorem pro zakoupení takového zaízení je jeho „uzavenost“. Pestože tyto sety mají uritou možnost rozšíení dokoupením nabízeného píslušenství, tím že se jedná o firemní výrobek je vtší zásah i zmna konstrukce, ovládání a software vlastním požadavkm nemožný.

5


Obr. 3-2 Zaízení pro simulaci nevyváženosti a vad ložisek od firmy SpectraQuest Inc. Z výše uvedených poznatk na funkci pístroje, vyplynula podoba základní mechanické soustavy simulátoru (obr. 3-3), kterou lze shrnout do následujících bod: x x x x x

pohonná jednotka – stejnosmrný motor od f. Atas hnací hídel pevod hnaný hídel brzda – stejnosmrný motor od f. Atas (stejného typu jako motor urený pro pohon)

Obr. 3-3 Základní sestava simulátoru

6


K sestavení simulátoru bylo zapotebí navrhnout a vyrobit adu dalších souástí, jejichž rozmry byly odvozeny z již poízených komponent a z velikosti ozubených kol tvoících požadovaný pevod. Pro návrh jednotlivých komponent byl zvolen následující postup: x Pevod – navrženy dva základní pevody, prvý sestavený z ozubených kol o 40 a 60 zubech, druhý z kol o 57 a 60 zubech, ozubená kola se vyrobí každé po tech kusech, aby bylo možné vytvoit rzné vady ozubení. x Hídele – prmr obou hídelí je 17 mm jelikož pouzdra SKF mají tento vnitní prmr. Upínací pouzdra se dají využít jak na uložení hídel pomocí ložisek, tak na upínání dalších komponent (nap. nevývažky i ozubená kola pevodu). x Spojka – najít zpsob jak propojit motor s hnacím hídelem a hnaným hídelem s brzdou. x Domeky na ložiska – musejí umožovat uložení již zakoupených dvouadých kulikových ložisek 1204 K a jejich jednoduchou zámnu za ložiska stejného typu s rzným stupnm poškození dle požadavku zadání. Dále by domeky mly umožnit pevné pichycení k základní desce, kde výšku nad deskou definuje roztená kružnice ozubených kol. x Uchycení motoru – motory P2RH479 od firmy Atas mají uchycení ešené pírubou. Proto je nutné vyrobit pípravek, který umožní pevné pichycení motoru k podložce. x Základní deska – zvolit vhodný materiál, aby deska byla pevným základem pro celou konstrukci simulátoru a zárove nepenášela vibrace mezi jednotlivými ástmi zaízení. Dále by zaízení umístné na desce mlo dovolovat uritou variabilitu, plynoucí ze zmny pevod, ili nastavit osovou vzdálenost hídel. x Orbit – dle katalogových list senzor IN-081 od firmy Brüel & Kjær najít zpsob jejich aplikace pro mení orbitu na jedné pípadn obou hídelích. x Nevývažek – norma SN ISO 1940-1 definuje nevyváženost, jako jev, kdy se hlavní osa setrvanosti neshoduje s osou rotace, je tedy poteba navrhnout rotaní tleso, které nebude mít hmotu rotoru symetricky rozdlenou okolo hlavní osy setrvanosti, a bude možné jej umístit kamkoliv na hídel tak, aby v tomto míst psobilo rušivou odstedivou silou pimené velikosti.

7


Uvedená rozvaha pivedla k následujícím konkrétním konstrukcím jednotlivých díl simulátoru:

Pevody Pro výrobní a s tím související cenovou náronost byl zvolen modul ozubených kol m = 1, pak roztená kružnice d (d = poet zub u m) je pímo poet zub, z ehož plyne že pro ozubená kola o 40 a 60 zubech je osová vzdálenost hídelí 50 mm a pro kola o 57 a 60 zubech je osová vzdálenost 58,5 mm. Šíka ozubených kol nesmí být píliš malá, kvli otlaení zub pi penosu momentu, ani píliš velká pro ztráty energie v ozubení. Byla tudíž zvolena šíka ozubených kol 10 mm. Více teorie o pevodech udává kapitola 3.3.

Hídele Základem pro hídele je hladká tažená ocelová ty o prmru 17 mm, aby nebyla nutnost obrábní materiálu na tento prmr, pouze na koncích je z dvod vnitního otvoru hídelové spojky v délce 10 mm hídel stoena na prmr 6 mm.

Spojka Z poznatku, že výstupní hídel motorku od firmy Atas má prmr 6 mm, bylo nejvýhodnjší hledat spojku se vstupním otvorem tohoto prmru a výstupním otvorem 17 mm. Po przkumu trhu však bylo zjištno, že taková kombinace vnitních prmr hídelových spojek se nevyrábí. Dále byl vybírán typ hídelové spojky, kde podstatným kritériem, vedle technických parametr (penos momentu, max. otáky, úhlová odchylka, vle pi rozbhu) byla poizovací cena. Hídelové spojky potebných velikostí nabízí více firem, z tch nejvtších to jsou nap. firmy Huco, KTR Kupplungstechnik, Ruland, kde po przkumu katalogových cen a potebných parametr byla vybrána tzv. elisová spojka s pružným stedovým elementem MJC25-6-A od firmy Ruland (píloha A). Tento typ spojek umožuje spojení dvou hídel a jejich pružný zábr pi rozbhu nebo pulzujícím bhu s nulovou vlí a mírnou úhlovou nesouosostí hídel, což jsou nejvhodnjší vlastnosti pro naší aplikaci. Vstupní i výstupní otvor je o prmru 6mm, konec hídel tedy musí být upraven na prmr 6 mm v délce 10 mm, pro nasunutí hídel do tohoto typu spojek.

8


Domeky Uložení valivých ložisek velice ovlivuje jejich trvanlivost, a tak je poteba vždy pi výbru uložení vzít v úvahu následující faktory: x x x x x x

velikost a zpsob zatížení materiál a tuhost uložených ástí tepelné pomry v ložisku dilatace uložených ástí požadavky na pesnost požadavky na montáž a demontáž

Kroužek otáející se vi smru psobícího zatížení (obvodové zatížení) musí být uložen pevn (aby se neodvaloval). Kroužek neotáející se vi smru zatížení mže být uložen voln (bodové zatížení). Další teoretické základy týkající se ložisek popisuje kapitola 3.3. V našem pípad žádná velká zatížení na uložení nepsobí a hlavním kritériem je rychlá výmna ložiska za jiné, proto bylo uložení vyrobeno jako rozebíratelné rozíznutím ložiskové skín, což se v konstrukci uložení bžn nepoužívá, z dvod možné deformace dráhy ložiska vlivem nepesnosti pi výrob uložení. Základem pro finální výrobek byla otruvzdorná hliníková slitina (dural) o rozmrech 120 u 360 u 20 mm, který byl rozdlen na 4ks v délce 90 mm, v takto vzniklých polotovarech byl obroben otvor pro ložisko a výsledný tvar zhotovován technologií ezání vodním paprskem.

Obr. 3-4 Uložení ložiska (domeek ložiska)

9


Uchycení motoru Uchycení motoru (obr. 3-5) tvoí dva kolmo svaené duralové plechy pojištné postraními podprami, rovnž pivaenými. Podstava slouží k pichycení úchytu k základní desce tymi šrouby a stojina je na vnitní stran obrobena tak, aby do ni zapadla tvarovaná píruba motoru. Pi svaování se potebné kolmosti vnitní stny stojiny a spodní strany podstavy nepodaí dosáhnout, proto bylo poteba tyto dva povrchy upravit frézováním a tím dosáhnout požadované kolmosti. Celý výsledný výrobek byl opaten ochranným povlakem nanesením polyesterového práškového plastu. K motoru bylo ješt nutné pichytit senzor otáek, vybrán a zakoupen byl senzor HEDM – 5540A12. Tento optoelektronický senzor obsahuje kódové koleko s vnitním otvorem 6 mm, ili lze pímo upnout na prchozí hídel motoru. Upevnní spoívá v hliníkovém plechu na který je pišroubován senzor a pes nosníky je tento plech pipevnn k montážním otvorm na motoru jak je patrné z obr. 3-5.

Obr. 3-5 Uchycení motoru a montáž senzoru otáek Základní deska Základ simulátoru tvoí deska (viz. obr. 3-6) k níž jsou upevnny všechny nosné komponenty mechanické soustavy. Aby deska nepenášela vibrace nebo dokonce nebyla zdrojem rezonancí od rotujících mechanických ástí, musel být vybrán materiál s tlumícími vlastnostmi a zárove pevný, aby konstrukci simulátoru unesl. Jeden z takových materiál je tvrzená tkanina s firemním oznaením TEXTIT (díve TEXGUMOID) používaná na výrobu ložisek, ozubených kol, obložení kluzných ástí lis, hoblovací stroje a rámové pily, materiál je odolný vi slabým kyselinám i pi vyšší teplot

10


umožuje použití jako konstrukního materiálu pi výrob stroj a zaízení, další vlastnosti udává následující tabulka: Pojivo Mrná hmotnost Pevnost v ohybu kolmo E modul (pružnost) Rázová houževnatost kolmo Pevnost v tlaku Elektrická pevnost pi 90° C v oleji (kolmo) Tab. 3-2 Vlastnosti elektroizolantu Textit E 512.2

fenolformaldehydová živice 1,35 – 1,40 g/cm3 100 MPa 7 u 103 20 160 MPa 4,5 kV/mm

Cena se odvijí od hmotnosti desky, ili ím slabší deska tím nižší cena pi zachování ostatních rozmr, proto bylo vhodnjší zvolit levnjší tení desku (tl. 10 mm) a opatit ji pomocným rámem, než zvyšovat její sílu a tím cenu i celkovou hmotnost simulátoru. Pomocný rám je svaený z hliníkových profil 20 u 30 mm s tlouškou stny 3 mm. Na spodní stran rámu je pipevnno šest gumových pístrojových nožiek, pro stabilitu stroje a ástenou izolovanost od okolí. Deska má rozmry 100 u 46 u 10 mm a je opatena všemi potebnými otvory pro upevnní komponent simulátoru, dále jsou na desce upevnny vodítka a vyznaeny osy hídelí, pro jednodušší ustavování domek a ostatních komponent do jejich pozic.

Obr. 3-6 Základní deska s pomocným rámem 11


Orbit Pro mení orbitu se využívají dva senzory vzdálenosti na principu víivých proud, vzájemn pootoené o 90°, sledující mený objekt. Bylo tedy poteba dva takové senzory umístit do systému pro mení orbitu hídele (obr. 3-7). Dle technické specifikace jsou dostupné senzory IN-081 od firmy Brüel & Kjær ureny pro prmry hídelí od prmru 60 mm, ale hídele simulátoru mají prmr jen 17 mm, ešení se našlo v kruhovém unašei z vodivého materiálu (Al) rozšiujícím prmr hídele na 60 mm a s vnitní kuželovou dírou pro pouzdro k jednoduchému upnutí kola na hídel. Rám nesoucí senzory byl zhotoven vyíznutím ásti dlouhé 24 mm z ocelového profilu 100 u 100 u 4 mm a po vyvrtání potebných otvor opaten ochranným povlakem proti korozi nanesením práškového polyesterového plastu.

Obr. 3-7 Snímání orbitu Nevývažek Nevyváženost hídele je vytvoena pomocí kola zhotoveného z duralového materiálu, toto kolo má po obvodu navrtáno 12 otvor s vnitním závitem M6 (obr. 3-8). V tomto základním stavu je kolo vyvážené. Po našroubování pesného šroubu (šrouby se závitem M6) do jednoho nebo více otvor vznikne nevývažek, mimo osu rotace na kterou po roztoení bude psobit odstedivá síla a tím dojde k požadované simulaci nevyváženosti. Podle druhu šroubu, zejména podle jeho penívání ze závitu kola, lze vytvoit jak statickou nevyváženost (tžišt mní výšku, a vzniká kmitání kola ve svislé rovin) tak dynamickou nevyváženost

12


(kmitání kola i mimo svislou rovinu). Kolo má opt kuželový stedový otvor pro uchycení pomocí pouzdra na hídel a tím je splnna možnost umístit nevývažek libovoln v celé délce hídelí.

Obr. 3-8 Nevývažek

13

Obr. 3-9 Celkový pohled na konstrukci simulátoru (délka hídel 300 mm) 14

Obr. 3-10 Celkový pohled na konstrukci simulátoru (délka hídel 500 mm) 15


3.2. Ložiska 3.2.1. Rozdlení ložisek Valivá ložiska dlíme podle smru síly, pro jejíž penášení jsou pevážn urena, do dvou základních skupin: x Ložiska radiální x Ložiska axiální Podle tvaru valivých tles rozeznáváme v každé skupin ložiska kuliková, váleková, jehlová, soudeková a kuželíková. Velká vtšina radiálních ložisek je schopna penášet i síly v axiálním smru a nkteré druhy axiálních ložisek mohou zachytit i radiální zatížení. Z hlediska psobících sil neexistuje pesná hranice mezi obma uvedenými základními skupinami ložisek (obr. 3-11).

Obr. 3-11 Použití ložisek z hlediska psobící síly [1] Aby byla volba valivého uložení optimální jak z hlediska technického, tak i ekonomického, je teba, aby byl konstruktér dobe obeznámen s charakteristickými vlastnostmi ložisek, které jsou dány jejich rznou vnitní konstrukcí. Teprve pak mže volit pro dané provozní parametry nejvhodnjší ložisko. Pehled ložisek ukazuje následující tabulka 3-3. 16


Radiální ložiska kuliková x Jednoadá x Jednoadá rozebíratelná x Jednoadá s kosoúhlým stykem x Dvouadá naklápcí x Dvouadá s kosoúhlým stykem

váleková, jehlová, soudeková a kuželíková x Váleková jednoadá x Váleková dvouadá x Váleková víceadá x Jehlová jednoadá x Klece s jehlovými váleky x Soudeková dvouadá x Kuželíková jednoadá x Kuželíková dvouadá x Kuželíková tyadá

Axiální ložiska kuliková ložiska x Axiální jednosmrná x Axiální obousmrná

váleková a soudeková x Axiální váleková jednosmrná a obousmrná x Axiální soudeková

Tab. 3-3 Pehled ložisek 3.2.2. Trvanlivost Trvanlivostí ložiska rozumíme poet otáek (nebo dobu chodu v provozních hodinách pi dané frekvenci otáení), které ložisko vykoná, než se objeví první známky únavy materiálu (vydrolení) na valivých tlesech nebo obžných drahách. Mezi ložisky stejného typu a velikosti mohou však být znané rozdíly. Z tohoto dvodu byl pojem trvanlivosti pro výpoet jednoznan uren a se zetelem na provozní bezpenost byla za základ vzata základní trvanlivost – v souladu s doporuením ISO tj. trvanlivost, které dosáhne nebo ji pekroí 90% vtšího potu stejných ložisek pi stejných provozních podmínkách. Pod pojmem trvanlivost rozumíme dobu chodu ložiska až do jeho vyazení pouze v dsledku dynamické únavy materiálu kroužk nebo valivých tles, nezahrnujeme sem vyazení ložiska nepedvídatelnými píinami, jako jsou nesprávné mazání, vniklé neistoty a vlhkost, pop. nevhodná konstrukce uložení nebo neodborn provedená montáž. Zpravidla bývá poet otáek nepromnný, a je proto výhodnjší vyjádit trvanlivost v provozních hodinách (viz. tab. 3-4). Trvanlivost ložisek u uložení náprav silniních a kolejových vozidel se asto vyjaduje v jízdních kilometrech (viz. tab. 3-5).

17


Druh stroje Základní trvanlivost pístroje a náadí zídka používané 1000 elektrické stroje pro domácnost, malé ventilátory 2 000 až 4 000 stroje pro perušovaný provoz: 4 000 až 8 000 runí nástroje, dílenské jeáby, hospodáské stroje stroje pro perušovaný provoz s požadavkem velké spolehlivosti: 8 000 až 15 000 pomocné stroje v elektrárnách, pásové dopravníky, dopravní vozíky, výtahy válcovací stolice 6 000 až 12 000 stroje pro 8-16hodinový provoz: 20 000 až 30 000 stacionární elektromotory, ozubené pevody, vetena textilních stroj, stroje na zpracování plastických hmot, jeáby stroje pro trvalý provoz: 40 000 až 60 000 stacionární elektrické stroje, dopravní zaízení, válekové trat, erpadla, odstedivky, dmychadla, kompresory, tlukadlové mlýny, drtie, briketovací lisy, dlní výtahy, lanové kotoue stroje pro trvalý provoz s velkou provozní bezpeností: 100 000 až 200 000 papírenské stroje, elektrárny, vodárny, lodní stroje Tab. 3-4 Smrné hodnoty základní trvanlivosti v provozních hodinách Vozidla osobní vozy nákladní vozy nápravová ložiska pro: nákladní železniní vozy elektrické pouliní dráhy osobní železniní vozy lokomotivy Tab. 3-5 Smrné hodnoty základních trvanlivostí v kilometrech

základní trvanlivost 150 000 200 000 až 300 000 800 000 1 500 000 3 000 000 3 000 000 až 5 000 000

3.2.3. Životnost ložisek Pod pojmem životnost ložiska zahrnujeme dobu chodu ložiska až do jeho vyazení i z jiných píin, než je únava materiálu. Ložisko mže být vyazeno nap. pro ztrátu požadovaných vlastností, opotebení, nebo i pedasnou únavu, vyvolanou nepíznivými provozními vlivy: x x x x x

nedostateným mazáním vniknutím neistoty vlhkosti zpsobující korozi nevhodnou konstrukcí uložení montážními chybami

18


Životnost ložiska je zpravidla menší než základní trvanlivost stanovená výpotem. Opotebení ložiska, a tím i zvtšení provozní vle, je zpsobeno pedevším neistotami, které vniknou do ložiska, korozí a chybným nebo nedostateným mazáním. Pi rzných provozních podmínkách a rozmanitém použití ložisek není možno pedem urit vliv provozních podmínek, zejména opotebení, na skutenou životnost ložiska. 3.2.4. Vlastnosti ložisek a ovlivující veliiny Vliv teploty Bžn vyrábná a dodávaná ložiska jsou urena pro horní mez provozní teploty do 100 °C. Je-li nutné použít valivého ložiska pro provozní teplotu trvale vyšší než 100 °C, je teba ložiskové kroužky, pop. i valivá tlesa podrobit zvláštnímu tepelnému zpracování (stabilizaci), které má za úel zabránit nepípustné zmn rozmr ložiska vlivem krystalických zmn materiálu. Tvrdost stabilizovaných souástí ložisek je nižší, tím se snižuje i hodnota základní dynamické únosnosti. Vliv vyšších teplot na únosnost ložiska Trvalá provozní teplota ložiska (°C) Zmenšení únosnosti ( % ) Tab. 3-6 Vliv vyšších teplot na únosnost ložiska

125 150 175 200 225 250 275 300 5 10 15 20 30 40 45 50

Mezní otáky Mezní otáky uritého ložiska jsou funkcí více initel, z nichž jako urující je teba uvést druh ložiska, jeho pesnost, konstrukci a provedení klece, vnitní vli, dále pak jsou mezní otáky ovlivnny provozními pomry v uložení samém, tj. velikostí a smrem vnjších sil, zpsobem mazání a druhem maziva, zpsobem chlazení, atd. Tento souhrn initel uruje vývin tepla v ložisku a tím i mezní otáky ložiska, které jsou pedevším omezeny pípustnou provozní teplotou maziva. Z uvedeného je zejmé, že nelze stanovit jednoznan a obecn platnou hranici mezních otáek. Bžn lisované klece z ocelového plechu jsou vhodné pro obvyklé rychlosti. Pro rychlou orientaci jsou v rozmrových tabulkách uvedeny hodnoty mezních otáek pro jednotlivá ložiska v normálním stupni pesnosti jak pro mazání tukem, tak i pro mazání olejem. Uvedené otáky platí za pedpokladu pimeného zatížení ložisek (Lh = 100 000 h ), normálních provozních pomr a chlazení.

19


Pekroení hodnot mezních otáek zpravidla vyžaduje: x úpravu mazání, eventueln chlazení, x konstrukní, pop. materiálovou zmnu klece, x zvýšenou pesnost ložiska a pimen zvýšenou pesnost souástí s ložiskem souvisejících, x vtší radiální vli než normální. Pesnost ložisek Pesností valivých ložisek se rozumí pesnost jejich hlavních rozmr, pesnost tvaru a pesnost chodu. Ložiska jsou rozdlena do stup pesnosti P0, P6, P5, P4. Pesnost P0 je základní; P6, P5, P4 jsou vyšší stupn pesnosti, piemž s klesajícím íslem stoupá pesnost. Pípustná naklopitelnost ložisek Pro vyrovnání nepesností, jež se pi montáži vyskytují u nesouosých dr v ložiskových tlesech, se dobe hodí naklápcí ložiska kuliková, soudeková nebo axiální soudeková, u kterých kulová obžná dráha vnjšího kroužku umožuje urité vyklopení vnitního kroužku kolem stedu ložiska. Pípustný úhel vyklopení závisí na vnitní konstrukci ložiska. Uložení s ostatními druhy ložisek vyžadují co nejlepší souosost montážních ploch vnjšího kroužku. Nepatrné vyosení je však rovnž v uritých mezích pípustné. U jednoadých kulikových ložisek je vyosení kroužk závislé na provozní vli, velikosti ložiska a vnitní konstrukci ložiska a na psobících silách a momentech. Stanovení hodnot pípustného vyosení je s ohledem na mnoho initel obtížné a lze je stanovit jen pibližn pro normální provozní podmínky. Pípustný úhel vyklopení Druh ložiska úhel vyklopení Jednoadá kuliková max. 6' Dvouadá kuliková naklápcí 3° Jednoadá váleková 6' Ostatní váleková 2' Soudeková dvouadá 1,5° ÷ 2,5° dle typu Kuželíková jednoadá 2' Axiální soudeková 2° ÷ 3° dle typu Tab. 3-7 Pípustný úhel vyklopení jednotlivých druh ložisek

20


3.2.5. Mazání valivých ložisek Úlohou mazání valivých ložisek je vytvoení stabilního nosného mazacího filmu ve styku valivých tles na funkních plochách klece. Mazivo chrání též ložisko ped korozí a zlepšuje jeho utsnní. Všechny druhy valivých ložisek mohou být mazány plastickým mazivem nebo olejem, krom axiálních soudekových ložisek, která musí být mazána pouze olejem. Vyhovuje-li provozním pomrm a druhu ložiska plastické mazivo i olej, dává se pednost zpravidla mazání plastickým mazivem, protože umožuje jednodušší uspoádání uložení. Zpsob mazání závisí vždy na provozních pomrech, piemž je teba vzít v úvahu teplotu, otáky, velikost ložiska, zatížení, požadavky na tsnní, hospodárnost. Každé mazivo má píznivé vlastnosti jen v uritém rozsahu teplot, a proto je pro volbu maziva rozhodující pedevším provozní teplota ložiska. V ložisku má být jen pomrn malé, nezbytn nutné množství maziva. Pemazané ložisko má vyšší tení, a tím i vyšší teplotu. Mazání plastickým mazivem Mazání plastickými mazivy je výhodné z hlediska utsnní ložisek proti neistot a vlhkosti a pro snadnou obsluhu. Vtšinou pro tento zpsob mazání vyhovuje štrbinové tsnní nebo plstné tsnní. V provozu nevyžadují plastická maziva žádnou zvláštní kontrolu, a proto se jich bžn užívá pi normálních provozních podmínkách. Pi první montáži se ložisko naplní plastickým mazivem. Prostory po obou stranách tlesa se mohou naplnit mazivem jen do poloviny, protože velké množství maziva by zpsobilo zvýšení teploty, a tím i jeho pedasné znehodnocení. Mazání olejem Mazání olejem se stává nezbytným: x x x x

jsou-li otáky tak velké, že se domazávací lhty pro mazání tukem píliš zkracují, je-li provozní teplota ložiska tak vysoká, že nepipouští mazání tukem, je-li teba odvádt z ložiska teplo zpsobené tením nebo vnjšími zdroji, jsou-li sousední souásti již mazány olejem (nap. ozubená kola). Pi olejovém mazání musí být zajištn plynulý pívod oleje do ložiska pi rozbhu,

v provozu a po zastavení stroje. Množství obíhajícího oleje musí být dostatené, aby mazání bylo pln zajištno. Nadmrné množství oleje zvyšuje zbyten jeho teplotu i teplotu ložiska. Pi olejovém mazání jsou mezní otáky valivých ložisek vyšší než pi mazání plastickými mazivy. 21


Zpsoby mazání olejem: x x x x

mazání olejovou lázní mazání obhem oleje mazání vstikováním oleje mazání olejovou mlhou

Mazání pevným mazivem Pevná maziva jsou doplkem maziv kapalných a plastických zejména tam, kde tato maziva nemohou splnit mimoádné požadavky na protiotrové vlastnosti v podmínkách mezního tení nebo na odolnost vi velmi vysokým teplotám, chemickým vlivm apod. 3.2.6. Všeobecné pokyny Vhodné montážní pracovišt, udržování valivých ložisek v naprosté istot a šetrné zacházení s nimi jsou základní podmínky správné montáže.Neistota a nesprávné zacházení s valivými ložisky pi montáži mají nejškodlivjší vliv na jejich pesnost, jíž se dosáhlo velmi složitým technologickým postupem. Ložiska urená k montáži se mají vyjímat z pvodního ochranného obalu až tsn ped montáží. Ve výjimených pípadech se ložiska perou v benzínu s pídavkem 5 až 10 % lehkého minerálního oleje, v benzolu, naft, pop. v bezvodém petroleji. Po vymytí a odkapání mycího prostedku je teba ložisko promazat olejem a zabezpeit jej proti zneištní. Ped montáží ložiska je asto zapotebí pekontrolovat rozmry pipojovacích souástí, aby se zabránilo chybám, které by se mohly projevit zkrácením životnosti ložiska. Ped montáží se styné plochy, tj. díra a povrch vnjšího kroužku ložiska, ep a díra v tlese, peliv oistí a nepatrn potou olejem. Stejným zpsobem se pipraví i upínací pouzdra, pop. stahovací pouzdra. U ložisek s kuželovou dírou se smí pokrýt kuželová plocha v ložisku , na epu nebo na pouzde jen nepatrnou vrstvou oleje. Vtší vrstva maziva na kuželových plochách se mže za provozu vytlait a zpsobit tak nepípustné uvolnní kroužku ložiska. Montáž ložisek s kuželovou dírou Ložiska s kuželovou dírou se upevují na hídeli upínacími nebo stahovacími pouzdry, pop. se usazují pímo na kuželovém epu, a to zpravidla ponkud pevnji než ložiska s dírou válcovou. Zmínného upevnní se dosáhne bu nalisováním vnitního kroužku pomocí matice, nebo naražením pouzdra. V obou pípadech s vnitní kroužek roztáhne a zpsobí zmenšení radiální vle v ložisku.

22


U dvouadých naklápcích kulikových ložisek se proto smí matice upínacího pouzdra pitáhnout jen do té míry, aby se vnjší ložiskový kroužek dal nejen otáet, ale i lehce vyklápt.

3.3. Ozubené pevody 3.3.1. Charakteristika Základní zákon ozubení zní: Dva boky zub lze použít jen tehdy, jestliže normála v kterémkoli dotykovém bod Y musí procházet valivým bodem C (pólem relativního pohybu), nebo jinak eeno spolená normála obou bok zub protíná spojnici sted kol O1, O2 v obráceném pomru úhlových rychlostí. Ze základního zákona ozubení je zejmé, že základním stavebním prvkem ozubených pevod je profil boku zubu. Dvojice profil lze sestrojit nkolika zpsoby: a) metodou pímou (pro libovolný profil) b) nepímou trochoidní metodou (vede k ozubení cykloidnímu) c) nepímou obálkovou metodou (vede k ozubení evolventnímu) Zubové profily Technický význam má zejména ozubení: x Cykloidní – odvalování kružnice po pímce nebo po kružnici z vnjšku nebo zevnit. Každý bod tvoící kružnici opisuje cykloidu (u kola epicykloidu nebo hypocykloidu). Nevýhody – složitý výrobní nástroj, proto se používá výjimen. x Kruhový oblouk (Wildhaber - Novikovo ozubení) – zuby kol mají konvexní pop. konkávní boky tvoené kruhovými oblouky.Výhoda – malý stykový tlak, proto se používají pro reduktory válcovacích stolic pi malých rychlostech. Nevýhoda – stejná jako u cykloidní. x Evolventní – nejastji používané ve strojírenství. Evolventa vznikne, odvaluje-li se pímka ( tvoící ) po základní kružnici. Každý bod pímky opisuje evolventu. Výhody: x x x x

jednoduchý pímoboký nástroj necitlivost vi úchylkám vzdálenosti os konstantní smr síly v ozubení posunutím profilu pi stejném potu zub a základní roztei lze mnit vzdálenost os

Nevýhody: x podezání paty zubu pi malém potu zub x nepíznivé tlakové pomry pi zábru konvexního boku zubu s konvexním bokem zubu protikola u vnjšího ozubení

23


Obr. 3-12 Evolventní ozubení [2]

Základní vlastnosti dvojice evolventních profil

Obr. 3-13 Dvojice evolventních profil [2]

24


Dva evolventní profily, oton uložené okolo sted svých základních kružnic mají tyto vlastnosti: a) jsou vždy sdružené o profil sdružený s evolventou je opt evolventa. b) pevodový pomr i, realizovaný zábrem dvou evolventních profil, je uren penášeným pomrem polomr jejich základních kružnic rb2, rb1, resp. valivých kružnic rw2, rw1. i = (Z1/Z2 ) = (rb2/rb1) = (rw2/rw1) c) pevodový pomr i je nezávislý na volb, pop. na zmn osové vzdálenosti. d) spolená normála je souasn pímkou zábru. e) správný zábr evolventních profil mže nastat jen na úsece N1,N2. f) posunutí bodu Y po pímce zábru je pímo úmrné úhlu pootoení u obou profil. Rychlost tohoto psobení je dána složkou absolutní rychlosti v1 a v2 do spolené normály. v1n = v2n = v vn = rb1 u Z1 = rb2 × Z2 = v × cos Dw, kde v = rw1 × Z1 = rw2 × Z2 g) rychlost pohybu dotykového body Y po jednotl. evolventních profilech je dána tenými složkami absolutních rychlostí v bod Y. v1t = N1Y × Z1 = rb1 × Z1 × tgDY1 v2t = N2Y × Z2 = rb2 × Z2 × tgDY2 Pi rovnomrném otáení obou len koná bod Y po evolvent e1 pohyb rovnomrn zrychlený, po evolvent e2 rovnomrn zpoždný. Geometrie pímého ozubení - vnjší ozubení Základní geometrické parametry (obr. 3-15 a 3-16): Úhel zábru D – úhel, který svírá tvoící pímka evolventy procházející valivým bodem C s tenou k roztené kružnici. Roztená kružnice d – má prmr, na nmž svírá evolventa profilu s osou soukolí úhelD. d1,2 = z1,2 × m Rozte p – je vzdálenost dvou sousedních zub na roztené kružnici mena po oblouku. p = S(d/z) = S × m

25


Modul m – je íslo, jehož násobením íslem S se dosáhne rozte p.Všechny rozmry ozubení jsou úmrné modulu, proto modul m je initel velikosti ozubení. Má rozmr mm a je normalizován. Normalizovaná ada modul: 1, (1.25), 1.5, 1.75, 2, (2.25), 2.5, (2.75), 3, (3.25), 3.5, (3.75), 4, 4.5, 5, (5.5), 6, 6.5, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 Základní kružnice – je to evoluta jednoznan urující evolventní profil db = 2rb = d × cos D Základní rozte – je vzdálenost dvou sousedních bod zub na základní kružnici Vzdálenost os – osová vzdálenost a = 0,5(d1 + d2 ) = 0,5 × m(z1 + z2)

Obr. 3-14 Geometrie ozubeného kola s evolventním profilem zubu [2] Hlavová kružnice – kružnice omezující vnjší obrys ozubeného kola da = d + 2 × ha Patní kružnice – kružnice omezující vnitní obrys ozubeného kola df = d – 2 × h f Hlava zubu – výška hlavy zubu – ást zubu mezi hlavovou a roztenou kružnicí ha = 0,5 (da – d) = h*a × m Pata zubu – výška paty zubu – ást zubu mezi roztenou a patní kružnicí hf = 0,5 (d – df) = h*f × m Výška zubu h = ha + hf = 0,5 (da – df ) Tlouška zubu s a šíka mezery s + e = p pro libovolný prmr sy + ey = py

26


Tlouška zubu sy na libovolném prmru dy. sy = 2 × \ × (dy/2) 2\y = 2 × \b – inv Dy 2\b = 2\ + 2 × inv D 2\ = s/(d/2) = 2s/d sy = dy × ((s/d) + evD – evDy) Prakticky významná je tlouška zubu na hlavové kružnici. sa = da × ((S/2z) + evD - evDa) cos Da = db/do = (d × cos D)/do

Obr. 3-15 Geometrie zubu s evolventním profilem [2] 3.3.2. Vlastnosti pevod Provoz, údržba Základní podmínkou pro provoz pevodových mechanism je mazání a chlazení. Zpsoby mazání: x Plastickým mazivem (tukem). Podle Strojírenské píruky se doporuuje do v d 1 ms-1. Ze zkušenosti (vývojem plastic. maziv) se používá (nap. u frézov. hlav) do rychlosti v d 20 ms-1. x Rozstikovací mazání. Rotací kol v oleji dochází k rozstiku oleje ve skíni (obr. 3-16), který se tak dostává do jednotlivých zábr. Brození v oleji však nesmí být píliš velké ( roste tzv. ztrátový výkon ) pi velkých obvodových rychlostech. Je to nejastjší zpsob mazání a zárove chlazení do v d 20 ms-1.

27


Obr. 3-16 Rozstikovací mazání x Obhové mazání. Olej se vhání erpadlem do trysek a dále se vstikuje do zábru (obr. 3-17). Poté se ve spodní ásti odvádí zpt (pes filtr) do nádrže. V pípad, že obvod je vybaven chladnikou, používá se tento olej zárove jako chlazení. Tento zpsob se používá pro vysoké obvodové rychlosti.

Obr. 3-17 Obhové mazání Zásada – ím vyšší obvodové rychlosti o oleje s nízkou viskozitou (nižší ztráty). Chlazením se likviduje teplo, které vzniká pi ztrátách v ložiskách a v ozubení. Úinnost el. pevod K = 98% Opravy Nejastjší závadou je: a) ulomení zubu (nelze opravit) b) tvoení tzv. pitting c) opotebení bok otrem Jedná-li se o porušení povrchu zubu pittingy nebo opotebení otrem je možné (pi malém výskytu mlkých porušení) kolo pebrousit. Maximální hloubka takovýchto poruch nesmí být vtší než 0,1 mm. Jiné závady – nap. porušení v míst náboje u penosu Mk. Záleží na jednotlivé závad.

28


astý pípad poruchy – zadírání, pi vysokých zatížení a velkých rychlostech u mkkých (netvrzených) soukolí. Výroba, montáž elní ozubená kola se vyrábjí nkolika zpsoby: x x x x x x

frézováním epovou frézou (dlícím zpsobem) odvalovací frézou obrážením hebenem obrážecím kolekem (vnitní ozubení) Výroba vyžaduje speciální stroje na výrobu ozubení. Je pomrn nákladná a

zdlouhavá, ale v porovnání s výrobou ostatních typ ozubených pevod ješt nejlevnjší. Krom výroby vlastního ozubení pistupuje (hlavn u tvrzených kol) ješt broušení. Dalším dležitým faktorem je x dodržení tolerovaných rozmr x pesnost uložení x správné nastavení vle v ozubení asová náronost – pomrn znaná – dlouhá výroba, tepelné zpracování, montáž. Náklady Podstatn vyšší než u jiných typ pevodových mechanism, ale z pevod ozubenými koly jsou nejmenší.

Opravy a dokonení metodou RVS Technologie RVS jsou založeny na atomové výmnné reakci mezi komponentami prostedk RVS a základním materiálem, zpsobené teplem vytvoeným tecí a kinetickou energií. Umožují vytvoení ferosiliciové (kovokeramické) povrchové struktury na ocelovém povrchu. Využívají se ve výrob jako závrená technologická operace pro úpravu tecích ploch a nebo pro renovaci opotebených mechanism, jako jsou ložiska, pevodovky, motory, naftová erpadla, výrobní stroje a další zaízení. To vždy za provozu bez jejich demontáže. Technologii RVS je možno použít pro úpravu povrch funkních dvojic u všech materiál na bázi železa, které jsou ve vzájemném pohybu. RVS prostedky jsou jemn disperzní mnohosložkové smsi minerál, písad a katalyzátor. Základními surovinami pro jejich výrobu jsou minerály šungit, serpentinit a

29


nefrit. Obvykle se jako nosné médium používají oleje a maziva. Mezi hlavní výhody prostedk RVS patí nap. ekologická nezávadnost, nulová zmna viskozity oleje (vzhledem k velmi malé koncentraci) i to, že se nerozpouštjí v mazivech ani s nimi chemicky nereagují. Nejdležitjší vlastnosti kovokeramické vrstvy Kovokeramická vrstva je schopna narst až do tloušky stovek mikrometr, má znanou tvrdost HRC 63–70, koeficient tení dosahuje nízkých hodnot, až 0,003. Teplota rozpadu kovokeramiky je vysoká 1575–1600 °C. Vrstva nekoroduje ani vlivem kyselin a hydroxid a má vysokou odolnost vi kavitaním destrukcím - neporušuje se pi rázech. Nárazová pevnost kovokeramiky je do 490,3 MPa. Díky vysokému elektrickému odporu (106 .m) nedochází ke koroznímu poškození. Ekonomické a ekologické úspory spoívají pedevším ve vícenásobném prodloužení životnosti zaízení a snížených nárocích na etnost výmny mazacích médií. Další pedností je též i snížená hlunost za chodu mechanismu. Využití RVS technologií Metoda se používá pro úpravu kluzných povrch pi výrob nových a obnovení opotebovaných ástí. Výhodou je úprava, resp. renovace povrchu na požadovaný tvar bez demontáže zaízení za chodu bhem provozu. Vle získané RVS technologií na všech funkních tecích dvojicích v mechanismu jsou optimalizovány do takové míry, které jsou tžko dosažitelné bžnými, doposud používanými výrobními metodami. Výsledkem je spolehlivý, optimální, dlouhotrvající chod funkních dvojic celého mechanismu (nap. motoru i reduktoru).

30


3.3.3. Poznatky pro návrh a kontrolu Silové pomry v elním ozubení

Obr. 3-18 Silové pomry v elním ozubení [2] V zábru ozubených kol psobí: x síly od toivého momentu Mt = P/Z x dále pídavné síly zpsobené neplynulostí chodu motor (vnjší dynamické síly) x pídavné síly zpsobené nepesností výroby soukolí a zmnou tuhosti zubu bhem zábru (vnitní dynamické síly) Síly v ozubení: x x x x

obvodová síla Fo = 2 × Mk/d radiální síla FR = Fo × tgD axiální síla FAX = Fo × tgE normálná síla FN = Fo/(cos D × cos E)

Postup pi návrhu elního soukolí Pedpoklad: Známe: x x x x

potebný pevod i zatížení (Mk, n) úhel E zvolíme materiál kol (vetn tepelného zpracování)

Potebujeme navrhnout – další základní rozmry tj. prmr kola, resp. modul a šíku ozubení 31


Co ovlivuje volbu prmru kola a šíky ozubení: x zatížení (Fo = fx × (Mk)) x obvodová rychlost (v = f (d)) Zásada: x prmry ozubených kol volit takové, aby obvodová rychlost v d 30 ms-1 (výjimen 45 ms-1). x píliš široká kola (tj. b ! 100mm) nejsou vhodná z hlediska dotyku. Jsou velmi citlivá na ohybovou a kruhovou tuhost hídel kol (dležitý je úhel sklonu prhybové áry a úhel zkroucení hídele viz obr. 3-19).

Obr. 3-19 Vliv prhybové áry a zkroucení hídele Zkušenost:: je-li úhel sklonu prhybové áry a úhel zkroucení hídele v míst zábru kol (uvažováno v míst stedu ozubení) Mo 1.10-3rad Mu 1.10-3rad, potom tuhost hídele prakticky neovlivuje únosnost ozubení. Tuhost (deformace) zábru elních ozubených kol

Obr. 3-20 Dležité body pi zábru elních ozubených kol Pi výpotu deformací zubového zábru je nutno vzít v úvahu nkolik dležitých faktor: x poloha zatížení se bhem zábru mní. V zaátku zábru psobí zatížení na hlavové kružnici (F1) a koní na pat (F3) viz obr. 3-20. x v prbhu zábru jsou nkdy v zábru dva zuby (u elních kol se šikmým ozubením i více zub) a nkdy jeden zub. Je-li v zábru více zub, tak se zatížení na jednotlivé zuby rozdlí v pomru jejich tuhosti.

32


Princip výpotu Idealizovan lze deformaci zub složit z tchto dílích deformací: x x x x

ohyb zubu smyk zubu dotyk, tj. kontaktní deformace (od tzv. Hertzových tlak) deformace vetknutí, tj. vlastního tlesa ozubeného kola

Protože rozhodující deformace jsou práv kontakty a vetknutí dosáhne se pesný výpoet pouze použitím numerických metod (nap. MKP). Závrem nkteré zásady, které je nutné brát v úvahu pi návrhu ozubených pevod elními koly: Zvyšování únosnosti elních ozubených kol lze dosáhnout: x kalením povrchu bok zub, cementování kalení, pípadn nitrocementace => nutno potom jako dokonovací operaci provést broušení (brusné ševingování nebo lapování zub) x nitridování, iontové nitridování a karbonitridace již broušení nepotebují (i když se také nkdy provádí) x kulikováním pechodu paty zubu se zvýší podstatn únosnost zubu v ohybu x únosnjší tvar zub: – evolventní ozubení s vtším úhlem zábru (korekcí) – zvýšením evolventního ozubení ( h ! 2,25m ) s HD ! 2 x píznivjším rozložením zatížením podél šíky zub: – provést osov stavitelné jedno s kol podle síly v ozubení – pizpsobení úhlu sklonu zubu zkroucení pastorku a prhybu hídele pi zatížení – pizpsobením boku zub zakivením – modifikaci (pesn se definuje poloha zábru pi malém zatížení a pi vyšším se styk vlivem kontakt. deformací rovnomrn zvyšuje) Opatení pro snižování hlunosti: x x x x x x

boní modifikace volba potu zub v prvoíslech (odstraní se periodické chyby v nepesnostech) používat kola s vyšším potem zub a malým modulem používat šikmé ozubení (více zub, plynulý zábr) používat materiály s tlumícími schopnostmi. povrchové úpravy

33

Monitorování stavu stroj

4. Monitorování stavu stroj s využitím vibraních signál Je prokázáno, že údržba je jednou z nejvyšších nákladových položek, jestli ne vbec nejvyšší. Monitorováním stavu stroj lze pedcházet haváriím a neplánovaným odstávkám. V závislosti na aktuálním stavu stroje lze naplánovat termín jeho opravy na vhodnou dobu, kdy se náklady minimalizují. Jelikož vtšina závad rotaních stroj se projevuje nadmrnými vibracemi, využíváme vibraní signály jako indikátory mechanického stavu stroj.

4.1. Základní pojmy Mechanické kmitání – dynamický jev, pi nmž hmotné body nebo tuhá tlesa vykonávají vratný pohyb kolem klidové rovnovážné polohy, kmitání je zpsobeno externí nebo interní budicí silou. Termín kmitání je ekvivalentní pojmu vibrace. Vibrace - lze popsat amplitudou a fází v daném asovém okamžiku. Hodnoty veliin mechanických vibrací (tab. 4-1) jsou dány budicí silou, jejím smrem a kmitotem. Dle asových zmn veliin mají vibrace charakter jevu periodického, neperiodického nebo náhodného. Harmonické vibrace jsou periodické vibrace obsahující jedinou frekvenci (4.1) Superpozicí rzných asových prbh vzniknou složené vibrace (4.2) a mohou být jak periodické tak neperiodické. x = x0 sin(Z t + M)

(4.1)

x = x01 sin(Z1t + M1) +..+ x0n sin(Znt + Mn)

(4.2)

Vlna – zmna vlastností nebo fyzikálního stavu prostedí šíící se v tomto prostedí a penášející energii, aniž by souasn docházelo k pemisování prostedí. Stojatá vlna vzniká pokud se vlivem odrazu šíí proti sob dv totožné vlny stejnou fázovou rychlostí. Rázy – pi stetu dvou navzájem se pohybujících tles (nap. kulika v ložisku) dojde k náhlé zmn gradientu urující veliiny vibrací (vtšinou rychlosti nebo zrychlení). Ráz zpsobí pechodový kmitavý jev generující v tlese postupnou rázovou vlnu. V technické diagnostice se také používá umle generovaný ráz nap. diagnostickým kladívkem se zabudovaným senzorem síly.

34


Znaka Jednotka s

m

s0 sv sr M

m m m rad, °

v

m.s-1

Název, vysvtlení a vztahy okamžitá výchylka vibrací. tj. zmna polohy bodu (tlesa) k referenní soustav souadnic (displacement) amplituda vibrací, tj. maximální hodnota harmonických vibrací (amplitude) výkmit, tj. maximální hodnota vibrací v daném asovém intervalu (peak – sp) rozkmit, tj. maximální rozdíl výkmit v daném asovém intervalu (peak to peak – spp) fáze harmonické veliiny v ase t = 0 (phase angle) rychlost vibrací v = ds/dt (velocity), pro harmonické kmitání platí v0 = Zs0 složené periodické vibrace lze po rozkladu na jednotlivé harmonické složky definovat jako efektivní hodnotu rychlosti dle vztahu

v ef U

m.s-1

a

m.s-2

b

m.s-3

1 n 2 ¦ v 0i 2i1

mohutnost kmitání, tj. maximální efektivní hodnota rychlosti vibrací (v daném asovém intervalu) na vybraných místech (severity) zrychlení vibrací a = dv/dt (acceleration), pro harmonické vibrace meného objektu platí: a0 = Z v0 = Z2s0 aef = Z vef ryv, tj. veliina udávající asovou zmnu zrychlení da/dt (jerk) stední hodnota urující veliiny (mean value): T

x

Cx

1 x t dt T ³0

1 n ¦ x i t ni1

xˆ

x(t) je urující veliina vibrací vtšinou rychlost nebo zrychlení), T je daný asový interval pro x(t), xi(t) jsou diskrétní hodnoty veliiny, n je celkový poet hodnot, (platí jak pro periodické, neperiodické tak i náhodné vibrace) efektivní hodnota urující veliiny (RMS – root mean square): T

x ef2

xef

1 2 x (t )dt T ³0

xˆ ef2

1 n 2 ¦ x i (t ) ni1

x(t) je urující veliina vibrací vtšinou rychlost nebo zrychlení), T je daný asový interval pro x(t), xi(t) jsou diskrétní hodnoty veliiny, n je celkový poet hodnot, (platí jak pro periodické, neperiodické tak i náhodné vibrace) hladina urující veliiny vibrací:

L L

dB

20 log

H H0

kde H0 je referenní hodnota urující veliiny: pro amplitudu s0 = 10-12 m pro rychlost v0 = 10-8 m.s-1 pro zrychlení a0 = 10-5 m.s-2

Tab. 4-1 Pehled vybraných veliin a vztah mechanických vibrací [3] Nejvhodnjší veliinou ve vibrodiagnostice je efektivní hodnota rychlosti, nebo je pímým mítkem škodlivosti vibrací z hlediska penosu energie. Harmonické vibrace pedstavují pemnu potencionální energie na kinetickou a naopak. Prmrná potencionální energie a prmrná kinetická energie jsou stejné a jsou rovné polovin celkové energie, tj. E = mvef2. [3]

35


Pi diagnostikování stroj je nutné rozlišovat absolutní a relativní vibrace:

x absolutní vibrace – pohyb tlesa je vztahován ke gravitanímu poli zemkoule neboli k pevnému, ale fixnímu bodu. Mí se pomocí absolutních senzor vibrací. x relativní vibrace – pohyb tlesa je vztahován ke zvolenému reálnému bodu (nap. jiná ást stroje, základová deska stroje, náprava vozidla apod.), tj. bodu, který mže být také v pohybu. Mí se pomocí relativních senzor vibrací. Více teorie k mení vibrací a senzorm vibrací popisuje nap. literatura [3]. Umístní sníma Sníma by neml být umístn na lakované povrchy, nezatížené zóny ložisek, dlící roviny a konstrukní mezery. Ml by být zajištn dostatený pítlak snímae s kolmým úhlem k povrchu. Vibrace by mly být meny ve tech smrech (obr.4-1):

x axiálním (podélném) – v tomto smru by mení celkových vibrací mla vykazovat velmi nízké hodnoty, jelikož vtšina sil je generována kolmo k hídeli, nicmén problémy s nesouosostí a ohnutým hídelem zpsobí vibrace i v tomto smru. NDA – Non Drive Axial – nehnací konec hídele axiáln DEA – Drive End Axial – hnací konec hídele axiáln x horizontálním – mení celkových vibrací v tomto smru vykazuje obvykle nejvtší hodnoty, stroj je v této rovin poddajnjší, nadmrné vibrace psobící v horizontální rovin jsou dobrým indikátorem nevyváženosti. NDH – Non Drive Horizontal - nehnací konec hídele horizontáln DEH – Drive End Horizontal – hnací konec hídele horizontáln x vertikálním – v tomto smru obvykle mení vykazují menší celkové vibrace než pi mení v horizontální rovin, je to zpsobeno tuhostí stroje, která je zpsobena konstrukcí a psobením gravitace. NDV – Non Drive Vertical - nehnací konec hídele vertikáln DEV – Drive End Vertical – hnací konec hídele vertikáln

Obr. 4-1 Umístní sníma vibrací na meném stroji

36


4.2. Celkové vibrace stroje Celkové vibrace pedstavují celkovou vibraní energii menou v jistém frekvenním rozsahu. Mením celkových vibrací stroje nebo jeho ástí a porovnáním této hodnoty s její normální úrovní (normou) získanou nap. pi mení na novém stroji nebo na stroji po generální oprav dostaneme informaci o stavu stroje. Tato informace se pak srovnává s nastavenými poplachovými úrovnmi a vyhodnocuje se její asový vývoj (trend). Porovnáváme-li celkové hodnoty, musí být zachován stejný frekvenní rozsah a stejný zpsob mení amplitudy signálu. Mohutnost vibrací RMS mm/s

Meze rychlosti a tídy stroj ISO 2372 – 1974 Malé stroje

Stední stroje

Tída I

Tída II

0,28 dobrý 0,45 dobrý 0,71 1,12 uspokojivý 1,80 uspokojivý 2,80 neuspokojivý 4,50 neuspokojivý 7,10 11,20 19 nepijatelný nepijatelný 28 45 71 Tab. 4-2 Orientaní meze vibrací stroje

Velké stroje Tuhé uložení Poddajné Tída III Tída IV

dobrý

dobrý

uspokojivý uspokojivý neuspokojivý neuspokojivý nepijatelný

nepijatelný

4.3. Frekvenní analýza vibrodiagnostického signálu Frekvenní analýza odstrauje nevýhody analýzy v asové oblasti, tj. lokalizuje vznikající poruchy jednotlivých ástí objektu (nevyváženost, ozubené soukolí, ložiska aj.). Úplná frekvenní analýza je dána amplitudovým spektrem a fázovým spektrem. U náhodných signál se vyhodnocuje výkonová spektrální hustota. Fázové spektrum umožuje analyzovat fázové pomry mezi jednotlivými komponentami amplitudového spektra a je používané pro detekci nevyváženosti rotaních ástí stroje, nesouososti hídel a pro vyvažování [3]. Matematické vyjádení spektrální analýzy je popsáno nap. v literatue [3],[12].

37


4.3.1. Oblast nízkých kmitot 4.3.1.1. Nevyváženost K nevyváženosti dochází, když hlavní osa setrvanosti hídele není totožná s její geometrickou osou. Existují ti druhy nevyváženosti:

x Statická nevyváženost – osa rotace je rovnobžná s osou setrvanosti

Obr. 4-2 Statická nevyváženost

x Momentová nevyváženost – dv totožné síly (hmoty) psobí proti sob (posunuté o 180°)

Obr. 4-3 Momentová nevyváženost

x Dynamická nevyváženost – kombinace statické a momentové nevyváženosti

Obr. 4-4 Dynamická nevyváženost Ve vtšin pípad se v praxi vyskytuje dynamická nevyváženost. U jednoduchých stroj pevládá statická nevyváženost nad momentovou. U složitjších stroj s více než jednou spojkou nebo s nkolika místy na rotoru, kde se mže nevyváženost vyskytnout, bývá dominantní momentová nevyváženost.

38


Úinky: Nevyváženost obvykle zpsobuje vtší dynamické zatížení ložisek, než pipouští konstrukní návrh. Následkem únavy materiálu pak vznikají závady ložisek. Únava materiálu je výsledkem psobení sil na zatžované plochy a projevuje se jako drolení i odlupování kovového povrchu.

U vibrací zpsobených istou nevyvážeností má jejich prbh sinusový tvar s jednou vlnou za otáku. Ve spektru se to projevuje vyšší hodnotou amplitudy pi otákové frekvenci (obr.4-5). Ostatní závady mohou rovnž zpsobovat vyšší hodnotu amplitudy pi otákové frekvenci, ale obvykle zpsobují i harmonické násobky. Obecn platí, pokud má signál harmonické násobky nad základní otákovou frekvencí, pak problém není zavinn nevyvážeností. Ke vzniku harmonických násobk mže však dojít tehdy, když se nevyváženost bude zvtšovat anebo když se tuhost podpory v horizontálním a vertikálním smru bude velmi lišit.

Obr. 4-5 Spektrum FFT indikující nevyváženost [5] Analýza fáze

x Posunutí fáze o 90° mezi vertikálním a horizontálním smrem. x V pípad pevládající statické nevyváženosti, není ve stejném micím smru na obou koncích stroje i z obou stran spojky namen žádný fázový posun.

39


4.3.1.2. Nesouosost O nesouososti mluvíme tehdy, když hídele, spojky a ložiska nejsou vyrovnány do osy. Existují dva typy nesouososti (obr. 4-6):

x úhlová – dva hídele jsou spojeny ve spojce tak, že v hídeli vzniká ohybová síla x paralelní – osy hídel jsou rovnobžné, ale vi sob posunuté x nebo jejich kombinace

Obr. 4-6 Nesouosost: a) úhlová, b) paralelní Píiny:

x Tepelná dilatace – vtšina stroj je vyrovnána do osy za studena, když je pak stroj provozován a teplota stoupá, zpsobí tato tepelná dilatace vznik nesouososti. x Stroje, které jsou pevn spojené a nejsou správn vyrovnané. x Síly penášené na stroj potrubím a podporami. x Nerovné, posouvající se nebo sedající základy. Následky: Stejné jako u nevyváženosti – poškození ložisek

x Úhlová nesouosost zpsobuje axiální vibrace pi otákové frekvenci (1u). x Paralelní nesouosost vyvolává radiální vibrace pi dvojnásobku otákové frekvence (2u).

40


Jelikož vtšina pípad nesouososti je kombinací úhlové a paralelní nesouososti, je teba ve spektrech analyzovat jak základní otákovou frekvenci, tak její dvojnásobek, a to v axiálním i radiálním smru.

x Pokud jsou u spojek hodnoty amplitudy dvojnásobné otákové frekvence pod úrovní 50% amplitudy pi základní otákové frekvenci, jsou tyto hodnoty pijatelné a zaízení lze obvykle provozovat po dlouhou dobu. x Je-li hodnota amplitudy dvojnásobné otákové frekvence v rozmezí 50 – 150% amplitudy pi základní otákové frekvenci, je pravdpodobné, že dojde k poruše spojky. x Je-li hodnota amplitudy dvojnásobné otákové frekvence vyšší než 150 % hodnoty amplitudy pi základní otákové frekvenci, pak se jedná o výraznou nesouosost a potebný zásah je teba provést co nejdíve.

Obr. 4-7 Spektrum FFT indikující nesouosost [5] Analýza fáze Velice užiteným nástrojem sloužícím k analýze nesouososti je mení fáze. Je-li to možné, zjistíme fázový posun mezi hodnotami namenými na protjších koncích stroje v axiálním smru.

x Úhlová nesouosost – v axiálním smru z obou stran spojky nebo stroje existuje fázový posun 180°. x Paralelní nesouosost – v radiálním smru z obou stran spojky nebo stroje existuje fázový posun 180°. K fázovému posunu o 180° dojde, pemístíme-li sníma na tomtéž ložisku z horizontální do vertikální polohy. x Kombinace obou – v axiální i radiální poloze bude z obou stran spojky nebo stroje existovat posun o 180°.

41


4.3.1.3. Mechanické uvolnní Mechanické uvolnní nebo nesprávné uložení/lícování jednotlivých ástí se obecn projevuje jako dlouhý sled neobvykle vysokých amplitud pi harmonických násobcích otákové frekvence nebo harmonických násobcích poloviny otákové frekvence. Tyto harmonické se mohou objevovat sporadicky (ne všechny), napíklad se mohou objevovat špiky pi 2ufhíd, 3ufhíd, 4ufhíd, 5ufhíd, 6ufhíd atd. nebo pi 3,5ufhíd, 4ufhíd, 5,5ufhíd, 6ufhíd atd. Píiny:

x došlo k mechanickému uvolnní stroje od základu (stojanu) x došlo k uvolnní komponenty stroje x došlo k rozvoji defektu ložiska, což zpsobilo opotebení jeho element nebo uvolnní ložiska Následky:

x pokud uvolnní souvisí s ložiskem, pak jsou jeho úinky stejné jako pi nevyváženosti, ale silnjší x pokud dojde k uvolnní jiné ásti (nap. lopatky ventilátoru), potom existuje nebezpeí, že se tato ást odlomí a zpsobí sekundární závadu

Obr. 4-8 Spektrum FFT indikující uvolnní [5]

42


4.3.1.4. Ohnutý hídel Pi mení celkových vibrací a spektrální analýzy se ohnutý hídel projevuje identicky jako nesouosost. K jejich rozlišení je zapotebí provést mení fáze. Píiny ohnutí:

x Ohnutí za studena – u hídel s velkým pomrem délky a prmru mže v klidové poloze psobením gravitace dojít k prohnutí. x Nesprávná manipulace. x Vysoký kroutící moment. Následky:

x Nadmrné dynamické zatžování ložisek. Analýza fáze:

x Hodnoty fáze v radiálním smru (vertikáln a horizontáln) jsou obvykle „ve fázi“. x Hodnota fáze v axiálním (podélném) smru je obvykle o 180° posunutá. 4.3.1.5. Špatn nasazené ložisko na hídeli Podobn jako u nesouososti generuje kiv nasazené ložisko výrazné vibrace v axiálním smru. Rozlišit tyto dva pípady umožní mení fáze v axiálním smru . Pokud se hodnoty fáze mené ve tyech naznaených polohách snímae na obr. 4-9, výrazn liší, pak se jedná o kiv nasazené ložisko.

Obr. 4-9 Polohy snímae pro zjištní špatn nasazeného ložiska

43


4.3.2. Oblast stedních kmitot 4.3.2.1. Vady pevod Základem analýzy pevod s elními ozubenými koly jsou zubové frekvence fz, které vznikají pi zábru dvou nebo více ozubených kol a závisí na potu zub a rychlosti otáení jednotlivých kol. Pro jednoduchou pevodovku dle obr. 4-10 platí: fz = f1 u n1 = f2 u n2

(4.3)

a) b) Obr. 4-10 Pevodovka s elními ozubenými koly: a) dvoukolový pevod, b) boní profil zub Vady pevodu a jejich projevy:

x opotebení vlivem skluzu zub pi zábru – narstá druhá a tetí spektrální složka, rozšiují se boní pásma a vznikají rezonanní složky spektra pi frekvenci fn.

x nesouosost hídel u pevodovky – nárst složky na dvojnásobku zubového kmitotu a rzná výška levých a pravých složek boního pásma

x uvolnné kolo na hídeli – osciluje vi hídeli v podélném pohybu a složka druhé harmonické zubového kmitotu je vtší než složka první a tetí harmonické

x excentricita – nárst složky zubové frekvence x boní zubová vle – nárst všech složek spektra a zmna odstupu v boních pásmech x vyštípnutí nebo odlomení ásti zubu – pi této závad je nevhodnjší pro analýzu asový prbh signálu nebo kepstrální analýza, protože je závada ve spektru maskována ostatními složkami spektra (obr. 4-11)

44


Obr. 4-11 Frekvenní a kepstrální analýza vadného pevodového soukolí [3] frekvence dotyku fht (Hunting Tooth frequency) Lze vypoítat frekvenci dotyku, ili frekvenci s jakou se dostanou stejné dva zuby do zábru: fHT

fv k UFv

fm k UFm

f z N SD n m nv

(4.4)

kde kUF je koeficient, který udává kolikrát se musí vtší kolo s potem zub nv resp. menší kolo s potem zub nm otoit, aby se dostaly do zábru dva stejné zuby N SN N SN k UFv k UFm nv nm kde NSN je nejmenší spolený násobek potu zub ozubených kol v zábru Spektrální složky frekvence dotyku se pohybují v oblasti desetin hertz a jejich amplituda je pomrn malá, proto je jev lépe pozorovatelný v dostaten dlouhém asovém záznamu. Nejvtší spolený dlitel NSD potu zub dvou ozubených kol v zábru Ideální pevodovka by mla mít NSD = 1, pak se v pípad poškozeného zubu na jednom kole, opotebovávají zuby druhého kola rovnomrn. Pokud tomu tak není, poškozený zub penáší vadu na každý NSD-tý zub. Pro NSD > 1 existuje NSD samostatných

45


drah, na kterých se odpovídající zuby potkávají. Ve spektru se popsaný jev projeví jako subharmonické složky GAPF (Gear Assembly Phase Frequency) dané násobky podílu NSD/fz. Pi vibrodiagnostické analýze signál z pevodovek je nutné porovnávat spektra vždy pi stejném momentovém zatížení, protože pi nárstu zatížení klesají amplitudy složek zubových kmitot. 4.3.3. Oblast vysokých kmitot 4.3.3.1. Vady ložisek Existuje mnoho závad stroj, které mohou zpsobit poškození ložisek. Nejastji se jedná o nadmrné zatížení zpsobené nesouosostí, nevyvážeností nebo problémy s mazáním (nedostatené mazání, nesprávné mazání, nadmrné mazání, nebo zneištní maziva) nebo jejich kombinace. K ostatním patí:

x x x x

Vadné dosedací plochy pro ložiska na hídelích nebo v pouzdrech. Nesprávný postup pi montáži. Nesprávné uložení (tolerance) v pouzdrech a na hídelích. Vibrace v dob, kdy se ložisko neotáí. Prchod elektrického proudu ložiskem. asto má poátení únava ložiska za následek vznik smykového naptí, které psobí

cyklicky pod zatžovaným povrchem. Následkem psobení tohoto naptí vznikají trhlinky, které se postupn rozšiují smrem k povrchu. Prchodem valivých ástí pes tyto trhliny dochází k uvolování (odlamování) drobných ástic. Tento jev je známý jako drolení nebo odlupování (obr. 4-12). Drolení se postupn rozšiuje a mže pípadn zpsobit to, že se ložisko stane nepoužitelné. Tento druh defektu má dlouhotrvající charakter a jeho pítomnost se projevuje zvýšenými vibracemi a hlukem.

Obr. 4-12 Únava materiálu tzv. drolení vlivem nadmrného zatížení

46


Další typ poškození ložiska je vyvolán petížením povrchu. To zpsobuje vznik trhlin na povrchu, které se rozšiují dovnit materiálu. Dochází k nmu následkem nadmrného dynamického zatížení i nesprávným mazáním. V obou pípadech generuje poškozené ložisko hluk a vibrace, které pokud jsou detekovány, dovolují uživateli vas odstranit píinu závady ložiska nebo vymnit ložisko díve, než dojde k jeho úplnému zniení. Defekt ložiska lze rozdlit do nkolika fází dle jeho vývoje:

x poátení fáze: defekt je stále pod povrchem nebo natolik malý (mikrometry), že nevzniká mitelný vibraní signál. Nárazy pi kontaktu kov-kov se tlesem ložiska šíí akustická emise ve frekvencích až do nkolika MHz, ímž je možnost detekovat závadu v nejranjším stadiu. Používá se napíklad metoda SEE (Spectral emitted energy) patent firmy SKF, nebo analýzou impulsního akustického signálu.

x druhá fáze: již dochází k poškození jednotlivých element, ale vibraní spektrální složky odpovídajícím nízkým kinematickým frekvencím ložiska jsou zcela maskovány nízkofrekvenními spektrálními složkami od ostatních ástí stroje. Zde se diagnostika provádí ve frekvenním ultrazvukovém pásmu v rozmezí 20kHz – 60kHz za použití akcelerometr s vysokou hodnotou vlastní rezonanní frekvence. Zpracování signálu umožuje ada zpsob, vtšinou patentovaných u rzných firem.

x tetí fáze: poškozený prvek vyvolává pi pohybu stykem s dalším prvkem mechanické rázy, pi nichž dochází k penosu kinetické energie na tleso ložiska. Toto tleso se po rázu rozkmitá na vlastním kmitotu v rozmezí 5 kHz – 20 kHz, piemž kmity jsou tlumené a rychle doznívají. Zde je vhodná obálková analýza dle obr. 4-13.

x tvrtá fáze: ložisko je již v koncovém stadiu své životnosti a lze již detekovat vibraní spektrální složky pímo v oblasti nízkých kmitot. Dochází ale i k nárstu otákových spektrálních složek a široká oblast spektra má náhodný charakter. Tato mení obvykle indikují bezprostedn hrozící defekt ložiska, kdy zbývá mén než 10% doby životnosti.

47


Obr. 4-13 Obálková analýza pi diagnostice poškozeného ložiska (f1 je kinematická frekvence poškozeného elementu ložiska) [3] Kinematické frekvence impulz ložisek (n – poet kuliek, r – otáky hídele [ot/min], Bd – prmr kuliky, Pd – prmr roztené kružnice, I – stykový úhel):

x ford frekvence defektu na vnjší dráze ložiska (Frequency Outer Race Defect) ford

n r § Bd · cos I ¸ ¨1 2 60 © Pd ¹

(4.5)

x fird frekvence defektu na vnitní dráze ložiska (Frequency Inner Race Defect) f ird

n r § Bd · cos I ¸ ¨1 2 60 © Pd ¹

(4.6)

x fbd frekvence defektu kuliky (Frequency Ball Defect) 2 º n r ª § Bd · 2 ¸ cos I» «1 ¨ 2 60 ¬« © Pd ¹ ¼»

f bd

x fc

(4.7)

frekvence klece ložiska (Frequency Cage) fc

1 r § Bd · cos I ¸ ¨1 2 60 © Pd ¹

(4.8)

48

Elektronické vybavení simulátoru

5. Elektronické vybavení simulátoru 5.1. Návrh elektronického vybavení simulátoru Do simulátoru vibrací, dle zadání a požadavk, by mly být z elektronického hlediska zakomponovány následující funkce:

x nastavení otáek hnacího motoru z PC x mení otáek s penosem do PC x digitalizaci vibraních signál a jejich penos do PC pomocí DAQ modulu Zadání doporuuje tyto požadavky splnit za použití micího (DAQ) modulu s rozhraním USB. Takový modul byl již k dispozici a to PMD-1208FS od firmy Measurement Computing. Tato varianta se zpoátku jevila jako optimální, jelikož výrobky této firmy jsou podporovány programovým balíkem Matlab (Data Acquisition Toolbox). Práv toto prostedí se využívá pro sbr a vyhodnocování namených vibrodiagnostických signál. Modul nabízí:

x x x x

8 analogových vstup 2 analogové výstupy (12-bit) 16 digitálních vstup/výstup 32-bitový externí íta

Vybavení modulu se pro splnní všech požadavk na ovládání simulátoru uvedených v zadání zdálo být dostatené. Avšak po bližším seznámení se s funkcemi modulu [4], bylo od tohoto zámru upuštno. Dvodem byl omezený pístup k ítai, který bylo výhodné využít pro ítání puls ze snímae otáek, ale tato funkce modulu není zatím prostedím Matlab podporována a vytvoení vlastních funkcí v Matlabu pro zprovoznní tohoto ítae by bylo píliš složité. Další možností je využít analogový vstup pro ítání, tu však omezuje vzorkovací frekvence modulu, která iní 50 kS/s pro všechny kanály, ili za použití dvou kanál je vzorkovací frekvence 25 kS/s na kanál, tyi kanály 12,5 kS/s na kanál a tak dále, což není nijak mnoho a tato skutenost znemožuje mení za využití vtšího množství kanál. ešením bylo využít tento modul pouze na samotné mení signál z akcelerometr a ovládání simulátoru pedat nezávislé jednotce pipojitelné k PC nejlépe pes rozhraní USB. Jednotka by tedy mla, jak již bylo zmínno, umožovat nastavit otáky motoru zadané z PC, následn je zmit a údaj penést zpt do poítae. Blokové schéma takového elektronického zaízení ukazuje obr. 5-1.

49


Obr. 5-1 Blokové schéma elektronického ovládání simulátoru vibrací Základem ovládací jednotky je mikrokontrolér, který má za úkol pevést íslo zaslané z PC na signál umožující ovládání motorku, kterým je k tomuto úelu nejvíce využívaná metoda PWM – pulsní šíkové modulace (viz. odstavec 5.3.). Takto poízený signál ovládá výkonový spína, který svým spínáním mní stední hodnotu proudu protékajícím motorem a tím jeho otáky. Rychlost otáení motorku snímá pulsní sníma otáek (optický nebo indukní), mikrokontrolér zjistí dobu periody mezi jednotlivými pulsy a tento údaj vyšle do PC, kde se jednoduchým výpotem urí rychlost otáení.

5.2. Mení otáek Pi analýze vibrodiagnostického signálu u rotaních soustav jsou otáky hídel jednou ze základních veliin. Pro íslicové zpracování signálu je dále podstatný tzv. keyphasor, což je vztažný bod na rotujícím objektu. Existuje celá ada senzor otáek, ale v diagnostice

v souasné

dob

pevládají

bezdotykové

senzory

induknostní

a

optoelektronické. Z induknostních senzor lze využít senzoru na principu víivých proud. Senzor snímá jednu nebo více drážek na hídeli. Optoelektronické senzory pracují na principu odrazu záení na odrazné plošce nebo prchodu záení pes przory v pohybujícím se stínítku a jsou vybaveny infraervenými nebo laserovými diodami. Drážka nebo odrazná ploška souasn zastupuje na hídeli bod pro prmrování signálu v asové oblasti a referenní bod pro vyhodnocení fázového spektra [3]. 50


5.2.1. Mení otáek pes ovládací jednotku Ovládací jednotka pi mení otáek motorku pracuje jako íta v režimu mení doby periody. Na vstupu je optický inkrementální senzor otáek HEDM – 5540A12 od firmy Agilent. Tento senzor má ti kanály A (500 puls/ot.), B (500 puls/ot.) fázov posunutý vi kanálu A, sloužící pro urení smru otáení (nevyužito) a I (puls/ot.) využitý jako keyphasor. Uvnit jednotky je pak mikrokontrolér s procesorem AT89C51RD2 blíže popsaný v kapitole 5.4. Na desce mikrokontroléru je umístn frekvenní dli využitelný pro snížení rozlišení senzoru otáek. Výstupem jednotky je PC pipojené pes sériové rozhraní, kam se vysílá údaj o dob periody mezi jednotlivými impulsy ze senzoru otáek. Rychlost otáení se vypote v PC o rychlost otáení = 60/(T × pulsy za ot.). Získaný údaj není kompletní bez vyhodnocené nejistoty mení. Standardní nejistota typu B pi mení doby periody Tx se spote dle následujícího vzorce:

§ ' cT X ¨¨ © 3

uT X kde

2

· § 'T X ¸¸ ¨¨ ¹ © 3

1 fN

' cT X

2

· ¸¸ 2u k2 ¹

(5.1)

je rozlišovací schopnost ítae v režimu mení periody

fN

frekvence normálového kmitotu G f0 TN N 100

'T X

kde Gf0

je relativní nestabilita frekvence krystalového oscilátoru G f0 v %

N TN uk

G f0 TX 100

doba periody normálového kmitotu

1 fN

poet puls naítaných za dobu TX smrodatná odchylka, jejímž zdrojem je kolísání komparaní úrovn zpsobené šumem vstupního obvodu zesilovae a šumem signálu, platí: uk

kde

US USIG vp

2 U S2 U SIG

vp je efektivní hodnota šumu vstupního obvodu ítae efektivní hodnota šumu vstupního signálu rychlost pebhu spouštcí hrany signálu v okamžiku spuštní [V/s]

51


Jelikož míme obdélníkový signál, kde se hodnota vp blíží nekonenu, lze len uk zanedbat. Kmitoet použitý pi ítání je polovina frekvence procesoru, která je polovinou frekvence krystalového oscilátoru. Pro oscilátor 33 MHz je tedy frekvence ítání 8,25 MHz. Nestabilita frekvence krystalového oscilátoru je dle údaje výrobce r 50 ppm což je 0,005%, pak nejistota typu B pi mení periody vychází (pro rychlost otáení 5000 ot/min a 500 puls na otoku): 2

uTX

§ ' cT X ¨¨ © 3

2

· § 'T X ¸¸ ¨¨ ¹ © 3

1 § ¨ 6 ¨ 8,25.10 ¨ 3 ¨ ©

· ¸¸ ¹

§ 1 · § G f0 ¨ ¸ ¨ TX ¨ fn ¸ ¨ 100 ¨ 3¸ ¨ 3 ¨ ¸ ¨ © ¹ ©

2

2

· § 0,005 ¸ ¨ 2,4.10 5 100 ¸ ¨ ¸ ¨ 3 ¸ ¨ ¹ ©

· ¸ ¸ ¸ ¸ ¹

· ¸ ¸ ¸ ¸ ¹

2

2

7.10 8 s

pevedeno na otáky je teoretickým výsledkem hodnota 5000 r 15 ot/min. Tento údaj není však zcela platný, vlivem délky programu, kdy není možné vyvolat perušení se tato nejistota zvtší. Tuto nejistotu mení lze zmenšit snížením pot puls na otáku jejich vydlením ped zpracováním v mikropoítai a mit tak delší dobu periody, tím se ale sníží rozlišení senzoru.

Mení doby periody lze zpesnit metodou „prmrování“, kdy míme dobu n period (n je zpravidla 10k, kde k je pirozené íslo) a výsledný as pak podlíme n, pak složka zpsobená šumem superponovaného k menému signálu a kolísáním komparaní úrovn a složka vzniklá omezenou rozlišovací schopností se sníží n-krát. Pro nejistotu typu B pi mení doby periody s prmrováním pak platí:

uT X

§ ' cT X ¨¨ ©n 3

2

· § 'T X ¸¸ ¨¨ ¹ © 3

2

· §u · ¸¸ 2¨ k ¸ © n ¹ ¹

2

(5.2)

52


5.3. ízení otáek stejnosmrného motoru 5.3.1. Pulsní šíková modulace V ídící technice a obecn v systémech výkonové elektroniky, se nejastji používá pulsní šíková modulace – PWM (pulse width modulation). Jak ukazuje obr. 5-2 základem této modulace je pevná nosná frekvence, ili délka periody TOP a promnná veliina, kterou je šíka impulzu T. Dležitou okolností ped samotným ešením aplikace je výbr potu kvadrant, ve kterých se bude operovat, jsou aplikace jednokvadrantové (umožující pouze ídit velikost výkonu na zátži), dvoukvadrantové (ídící navíc smr výkonu a umožující brzdní motoru) a nejuniverzálnjší tykvadrantové (umožující úplné ízení výkon i píkon motoru).

Obr. 5-2 Pulsní šíková modulace Jelikož dostupný motor s permanentními magnety P2RH479 od firmy Atas dovoluje pouze levotoivý smysl otáení (simulátor nevyžaduje oboustranný smysl otáení), tak není poteba se zabývat smrem ízeného výkonu, ale pouze jeho velikostí, stejn tak není poteba ešit brzdní motoru, které nám pípadn zajistí elektronicky ovládaná brzda (také pomocí PWM), která je souástí mechanické konstrukce simulátoru. 5.3.2. Výkonový spína s tranzistorem MOSFET Tranzistor MOSFET se v dsledku svého malého odporu v sepnutém stavu výborn hodí práv pro ízení stejnosmrných motork, které jsou ureny vtšinou pro rozsah naptí do 24 V, takový rozsah má i zde použitý motorek P2RH479 od firmy Atas. Postaí tedy tranzistor MOSFET z nejnižší napové tídy 50 nebo 60 V. Zvolili jsme proto tranzistor IRF520. Výkonové tranzistory MOSFET mají v sepnutém stavu již tak malý odpor (10 m:), že vznikající teplo je i pi kolektorovém proudu nkolik ampér tak malé, že s chlazením nejsou žádné potíže a postaí tedy malý chladi. Naptí vzniklé na induknosti následkem zmn proudu, který jí prochází, je pímo úmrné rychlosti tchto zmn (5.3)

53


US

L

di dt

(5.3)

Protože každý, by malý kus pívodu má svojí induknost, která pi rychlém perušení proudu spínaem zpsobí, dle zmínného vztahu, nárst naptí v proudovém okruhu, mže nastat prraz tranzistoru i pi spínání ist odporových zátží. Velikost indukovaných napových špiek lze snížit správným navržením plošného spoje a použitím nkterého z ochranných obvod. Obecn platí :

x ím je spínání rychlejší a ím jsou vyšší spínané proudy, tím krititjší se stávají parazitní induknosti. x Používat co nejkratší spoje. x Kompaktní konstrukce obvodu. x Vždy použít ochranný obvod proti peptí bu pro každý MOSFET a nebo pro jejich skupinu. Je-li v obvodu jako zátž použita induknost, omezuje se peptí vznikající pi vypnutí proudu peklenutím zátže ochrannou tzv. nulovou diodou. Ta pevezme proud procházející dosud tranzistorem a omezí naptí indukované na zátži pi vypnutí na velikost svého propustného naptí. Je teba dbát na to, aby MOSFET a dioda byly umístny co nejblíže u sebe a spoje byly co nejkratší, jinak mže na rozptylových induknostech vzniknout i tak píliš velké peptí. Obvykle tato peptí nepekroí maximální hodnoty a nezpsobí žádné škody. Avšak energeticky bohaté peptí vzniklé napíklad pi vypnutí obvodu v pípad zkratu vinutí cívky, kdy mohou obvodem kolektoru protékat vysoké proudy, které uloží v magnetickém poli rozptylových indukností pozoruhodné množství energie, tranzistor nemže pestát bez poškození. Pak je teba použít souástky odolné vi lavinovému prrazu a již zmínné ochranné obvody. Další možností je omezit hodnotu zkratového proudu snížením naptí hradla, což ale mže negativn ovlivnit spínací vlastnosti tranzistoru. Na obr. 5-3 je zobrazeno navržené a použité zjednodušené zapojení obvodu výkonového spínae s tranzistorem MOSFET, nulové (volnobžné) diody a pepové ochrany.

54


+ 24V

MOTOR

Rs

IL

D1 Id

Ls

D2 ZD2 RG PWM Snímání I ZD1

RI

I

Obr. 5-3 Spínání induktivní zátže tranzistorem MOSFET Tranzistor je periodicky otevírán a proud indukností motoru IL pitom narstá (viz Obr. 5-4). Induknost slouží jako zásobník energie. Když je tranzistor uzaven, mže proud motoru dále téci pes nulovou diodu jako proud Id. Pi dostaten rychlém kmitotu spínání je proud motoru spojitý, s malým zvlnním bez velkých proudových špiek, k jakým dochází nap. v pípad fázového ízení s použitím triak nebo tyristor. To se pirozen pízniv projeví na životnosti kolektoru a uhlíkových kartá motoru. Jako nulovou diodu je s ohledem na minimální spínací ztráty vhodné použít rychlou spínací diodu s krátkou dobou závrného zotavení, v našem pípad byla použita dioda 30ETH06 u níž je doba závrného zotavení typicky 30 ns.

55


Obr. 5-4 Prbhy proud pi spínání induktivní zátže Ochrana, která byla využita v našem zapojení, vychází z literatury [11]. Zenerova dioda ZD1 chrání hradlovou elektrodu proti peptí, velikost jejího Zenerového naptí je 16V, protože pi této hodnot je již výkonový tranzistor IRF520 pln sepnut. Zárove je toto naptí ješt dostaten nižší než maximáln pípustné naptí UGS 20V. D2 je jednoduchá kemíková dioda 1N4007, která snese nárazový propustný proud 1A a má prrazné naptí vtší než 20V. ZD2 je Zenerova dioda s naptím o velikosti 30V, která ochrání tranzistor ped prrazem, toto Zenerovo naptí má být okolo poloviny pásma mezi povoleným maximálním naptím kolektor-emitor UDS a naptím +Ucc v našem pípad 24V. Ochranné prvky by mly být pipojeny co nejblíže k vývodm tranzistoru, aby nevznikaly žádné další rozptylové induknosti. V zapojení elektroniky spínae byl využit obvod IR2121, jedná se o budi tranzistor MOS tzv. dolní spína, tento obvod nabízí další ochranu v podob integrovaného komparátoru s referenním naptím 230mV, který v pípad pekroení této hodnoty, snímané na vhodn zvoleném odporu zaazeném do proudového okruhu, spínání peruší. U této proudové ochrany, která chrání tranzistor proti pekroení kolektorového proudu IDS, je možnost nastavení rychlosti reakce na podnt z komparátoru pomocí externí kapacity CERR

56


podle vztahu (5.4), o zareagování na pekroení proudu IDS však obvod IR2121 nenabízí žádnou informaci. Proto, pro pípad zptnovazebního ízení a pro ochranu stejnosmrného motorku, byl do proudového okruhu zalenn podobný zpsob ochrany, a to externím komparátorem s integrovanou referencí ADCMP356, u kterého se v pípad pekroení úbytku naptí na snímacím odporu daného referencí (600 mV) objeví na výstupu log. 0 v úrovni TTL. Ped budi tranzistoru je z dvod rušení a ochrany ídící elektroniky zaazen optolen 6N137 pro galvanické oddlení celého výkonového obvodu. Napájení integrovaných obvod je zajištno hojn používanými napovými stabilizátory ady 78XX, které jsou zapojeny dle technické dokumentace výrobce.

dt

C

dU I ERR

(5.4)

Výkonový spína brzdy Brzda je ešena stejným typem motorku jako v pípad pohonu, zde v zapojení jako dynamo. Regulaci brzdného úinku tvoí elektronická zátž s využitím opt pulsní šíkové modulace jako u pohonu s tím rozdílem, že zde motor nespínáme s napájecím naptím, ale se zátží. Obvod výkonového spínae brzdy (viz obr. 5-6) je tém shodný s výše popsaným spínaem motoru (viz obr. 5-5). Oba obvody jsou zhotoveny na jednom plošném spoji.

57

Obr. 5-5 Výkonový spína motoru 58

Obr. 5-6 Výkonový spína brzdy

59


5.4. Ovládací jednotka Základem celého elektronického ovládání simulátoru zajišující nastavení a mení otáek z PC byl zvolen mikroprocesor od firmy Atmel AT89C51RD2. Jedná se o výkonnou verzi procesoru ady 80C51 tedy jednoipového 8-bitového mikrokontroléru s pamtí typu Flash (celkem 64 Kb pro pam programu a pam dat). Pam Flash mže být programována jak paralelním programováním, tak v sériovém módu s vhodným softwarem podporující ISP (In-System programing), ili lze pevn zabudovaný procesor v systému programovat pes sériový kanál. Programovací naptí je vytvoeno uvnit procesoru z napájecího naptí Ucc. AT89C51RD2 zachovává všechny rysy ady procesor Atmel 80C52 jako jsou rozšíená vnitní datová pam RAM (256 byt), perušovací systém s devíti zdroji a tymi úrovnmi perušení a ti 16-bitové ítae. Procesor dále disponuje 2048 byty pamti typu EEPROM pro uchování konstant. Procesor dále nabízí programovatelné pole íta, 1792 byt pamti XRAM, hardwarový Watchdog, rozhraní SPI, rozhraní pro klávesnici a univerzální sériový kanál podporující multiprocesorovou komunikaci (EUART), v neposlední ad procesor nabízí vylepšené ízení rychlosti (X2 mód). Zmínné vlastnosti pedurují procesor AT89C51RD2 k využití ve výkonných aplikacích, které vyžadují pulsní šíkovou modulaci, vysokorychlostní vstup/výstup a schopnosti íta jako jsou rzné alarmy, ízení motor, teky karet a další. Jak je patrné, architektura procesoru nabízí mnoho zajímavých prvk a funkcí. V ovládací jednotce simulátoru vibrací využijeme jen nkteré z nich, které si dále popíšeme, ale není možností tohoto textu je popsat detailn, tudíž pro podrobný popis funkcí procesoru je nutné nahlédnout do podklad výrobce, které jsou uložené na piloženém CD viz seznam píloh nebo na internetových stránkách firmy Atmel. Programovatelné pole íta PCA (Programmable Counter Array) PCA zajišuje vtší asovací možnosti s menší výpoetní nároností než klasické ítae/asovae. Další výhody jsou redukce ovládacího programu a vtší pesnost ítae. PCA obsahuje jednoúelový íta/asova, který zajišuje asovou základnu pro pole pti komparaních/záchytných modul. Jeho hodinový vstup mže být naprogramován k ítání jednoho z následujících signál:

60


x x x x

Frekvence sbrnice (FCLK PERIPH) y 6 Frekvence sbrnice (FCLK PERIPH) y 2 Peteení ítae 0 Externí vstup na portu ECI (P1.2)

Každý komparaní/záchytný modul mže být naprogramován v jakémkoliv následujícím módu:

x x x x

íta s reakcí na vzestupnou nebo sestupnou hranu softwarový asova vysokorychlostní výstup PWM modulátor Pokud jsou komparaní/záchytné moduly nastaveny jako záchytný mód, softwarový

asova nebo vysokorychlostní výstup, pak mže být generováno perušení jakmile v modulu dojde k vykonání dané funkce. Všechny moduly a peteení PCA asovae sdílí jeden vektor perušení. PCA íta/asova a komparaní/záchytné moduly sdílejí pro své vstupy a výstupy bránu 1. Zapojení jednotlivých bit ukazuje tabulka 5-1. Jestliže jakýkoliv bit v brán není využit pro PCA, pak mže tento bit sloužit jako standardní vstup/výstup. PCA 16-bitový íta 16-bitový modul 0 16-bitový modul 1 16-bitový modul 2 16-bitový modul 3 16-bitový modul 4 Tab. 5-1 PCA a související bity brány 1

Externí I/O pin P1.2/ECI P1.3/CEX0 P1.4/CEX1 P1.5/CEX2 P1.6/CEX3 P1.7/CEX4

ISP In-System programing – sériové programování Tento systém umožuje nahrát nový zdrojový program bez nutnosti vyjmutí procesoru ze systému, staí pouze pipojený sériový kanál. Popis a složitost celého systému ISP je podrobn popsána v materiálech výrobce (viz výše), a tak bude uveden jen malý výet z této funkce a to postup nahrávání zdrojového programu do procesoru. Pro zahájení práce s pamtí Flash procesoru (mazání, nahrávání programu) je teba:

x program v PC, který dokáže komunikovat s procesorem resp. s programem Bootloader, který je umístn pevn v procesoru a obsluhuje programování pamti Flash. Nejlépe je používat program vyvinutý výrobcem – Flip (aktuální verze je 3.1.0) x pipojení procesoru k PC pes sériový kanál

61


x musí být splnny tzv. hardwarové podmínky, což jsou: PSEN = 0 EA =1 ALE = 1 nebo nepipojen x pokud jsou pedchozí body splnny stiskneme tlaítko RESET a procesor se dostane do režimu programování. Problémy mohou nastat pi špatn nastavené komunikaci pes sériový kanál v PC. Pokud máme program nahrán v pamti, nastavíme signál PSEN = 1 a stiskneme tlaítko RESET, poté procesor vykonává nový zdrojový kód. Nastavování signálu PSEN na plošném spoji ídící ásti ovládací jednotky se provádí propojkami JP1 a JP2. Popis zapojení ídící ásti ovládací jednotky - mikropoítae Obvod mikropoítae je tvoen již zmínným mikroprocesorem AT89C51RD2, který zastává všechny dležité úkony pro ešení dané úlohy. To jsou ovládání PWM výstupu (P1.3) pes sériový kanál a vysílání údaje sériovým kanálem o mené period signálu picházející ze senzoru otáek (P1.5). Dalšími prvky jsou podprné obvody pro funkci mikroprocesoru:

x nulovací obvod (RESET) tvoený spínaem S1 x krystalový oscilátor Q1 x pevodník TTL úrovní sériového kanálu na úrovn V24 (PC) pomocí integrovaného obvodu MAX232 (U4) x ovládání signálu PSEN pomocí propojky x dv ovládací tlaítka pro univerzální použití Napájení mikropoítae a podprných obvod zajišuje samostatný napový stabilizátor 7805 (U2). Na vstupu signálu z optických senzor otáek

x HEDM–5540A12 umístný na motoru – kanály: A 500 CPR B 500 CPR (posunutý vi A) I 1 CPR x HEDM–5500J12 umístný na brzd – kanály: A 1024 CPR B 1024 CPR (posunutý vi A) jsou tzv. pull-up rezistory (R1–R5) vyžadované výrobcem senzoru pro zajištní úrovní TTL. Využity jsou kanály A obou senzor a I kanál u senzoru otáek motoru, kanály B slouží k urení smru otáení, což zde není poteba, ale i tak jsou na plošném spoji vyvedeny. Kanály A obou senzor a kanál I jsou také extern vyvedeny na konektory typu BNC pro pipojení napíklad externího ítae i jiné micí jednotky. Pro ovlivování pesnosti mení periody puls ze senzoru otáek (kapitola 5.2.1) je do cesty signálu z kanálu A vložen dli frekvence (74393), a to u senzoru otáek motoru (U2) i brzdy (U1). Tento dli umožuje snížit poet puls na otáku v pomru 1/2 až 1/255,

62


piemž pímý signál (1/1) je možné zvolit též. Tato nastavení lze navíc provést samostatn pro signál vstupující do procesoru i pro signál vyvedený na externí výstup (BNC). Propojení ídící ásti ovládací jednotky s výkonovým spínaem je zajištno pomocí konektorových kolík JP3, které pijdou zasunout do dutinkové lišty J1 umístné na plošném spoji výkonového spínae. Ob desky tak vytvoí hierarchickou strukturu o dvou úrovních. Plošný spoj ídící ásti ovládací jednotky umožuje i urité rozšíení. Na plošném spoji jsou za tímto úelem vyvedeny všechny dležité vývody procesoru, a to formou pájecích plošek. Lze tedy napíklad pipojit segmentový LED zobrazova i LCD displej a umístit jej do další hierarchické úrovn.

63


Obr. 5-7 ídící ást ovládací jednotky

64

Programové vybavení pro obsluhu simulátoru

6. Programové vybavení pro obsluhu simulátoru 6.1. Realizace zdrojového programu pro procesor ady 8051 – AT89C51RD Pi realizaci programu pro libovolný typ procesoru je poteba nejen znát dobe jeho architekturu a možnosti instrukního souboru, ale také vlastnosti a možnosti programového vybavení, na kterém bude program vytváen. Krom tchto znalostí je vhodné dodržovat urité základní postupy pi tvorb programového vybavení, které mžeme rozdlit do následujících krok [9]:

x Popsat logicky správn programovanou úlohu a navrhnout vhodné algoritmy pro její ešení, k tomu nám mže pomoci vývojový diagram úlohy. Je vhodné úlohu rozdlit do menších funkních celk, které budou pozdji realizovány podprogramy, funkcemi nebo moduly.

x Vybrat vhodný programovací jazyk k napsání tzv. zdrojového programu. Pro realizaci efektivních (rychlejších a pamov mén náronjších) program je vhodný jazyk symbolických adres JSA, což je jazyk blízký vlastnímu strojovému kódu procesoru a používá se jako nejnižší programovací úrove. asov efektivnjší je programování ve vyšším programovacím jazyce (nap. jazyk C), které ale vede vtšinou na pamov rozsáhlejší a o nco pomalejší programy než programy napsané v JSA.

x Peložit zdrojové soubory. Je-li zdrojový soubor v jazyce C je nejprve peložen pomocí kompileru do jazyka JSA. Zdrojové programy vytvoené kompilerem nebo pímo v JSA se pekládají pomocí assembleru do tzv. relativního modulu (soubor s píponou .OBJ). Tyto moduly se pak spojují pomocí linkeru (spojovacího a pemísovacího programu) do výsledného absolutního programu. U takto vzniklého programu je možné ovit jeho innost prostednictvím programového simulátoru nebo obvodového emulátoru.

x Je-li výsledný program odladn, je nahrán do vnitní pamti samotného procesoru nebo do pamti EPROM, EEPROM a podobných typ. Pro programátory pamtí a procesor je teba výsledný program transformovat do tzv. INTEL HEX formátu.

V našem konkrétním pípad bylo pi realizaci programu postupováno dle zmínných obecných pravidel programování jednoipových mikroprocesor. Byla nastudována architektura použitého procesoru AT89C51RD2 viz kapitola 5.4 i jeho instrukní soubor (popsaný v materiálech výrobce), který je obdobný jako u ostatních procesor ady 8051. 65


Dále byl vytvoen vývojový diagram programu (obr. 6-1). Podle kterého se postupovalo pi ešení dílích úkol, které se poté propojily do jednoho celku. Pro procesor AT89C51RD2 je specifických nkolik funkcí, které ostatní procesory ady 8051 nenabízejí, v naší aplikaci je nejdležitjší tzv. programovatelné pole íta PCA (Programmable Counter Array) popis hardwarového ešení je nastínn v kapitole 5.4. Softwarové ovládání tohoto rozšíení je ešeno následujícími registry: název

umístní

funkce nap. nastavení zdroje hodin pro PCA, povolení perušení pi CMOD 0D9h peteení hlavního ítae PCA nap. spuštní hlavního ítae PCA, povolení perušení od CCON 0D8h jednotlivých modul PCA registr pro každý modul (n = 0-4) piazuje funkci modulu: CCAPMn 0DAh–0DEh 16-bitový íta nábžná/sestupná hrana, 8-bitová PWM atd. CCAPnH 0FAh–0FEh vyšší byte ítae jednotlivých modul (n = 0-4) CCAPnL 0EAh–0EEh nižší byte ítae jednotlivých modul (n = 0-4) CH 0F9h vyšší byte hlavního ítae PCA CL 0E9h nižší byte hlavního ítae PCA Tab. 6-1 Registry systému PCA Bližší popis registr je nad rámec této práce, jejich funkce je detailn a názorn popsána v podkladech výrobce (ATMEL), tento dokument je uložen na piloženém CD viz seznam píloh, funkci PCA lze také vyíst z popisu zdrojového kódu programu, který je uveden v píloze C a rovnž umístn na piloženém CD. Popis funkce realizovaného zdrojového programu Zdrojový program je založen na hlavním programu bžícím v nekonené smyce, kde se vysílá údaj o period uložený v promnné PERIOD. Píjem hodnot otáek zadaných z PC pes sériový kanál je ešeno využitím perušení stejn tak, jako pro zachycení (sestupné) hrany signálu a tím naplnní promnné PERIOD. Perušení jsou tedy v programu povolena dv, a to od sériového kanálu, kdy perušení pijde pokud byl po tomto kanálu pijat/vyslán znak, nebo pokud byla zachycena sestupná hrana signálu pivedeného na port 1.5. V prvním pípad obsluha perušení rozhoduje zda šlo o:

x vyslání znaku – proces se vrací bez jakékoliv reakce do smyky hlavního programu x píjem znaku – íselný údaj pijatý po sériovém kanálu (ASCII kód) je uložen, následn peveden do šestnáctkové soustavy a vložen do registru CCAP0H. Modul0 systému PCA, nastavený jako 8-bitový PWM výstup na port 1.3 mní stídu práv dle obsahu registru CCAP0H.

66


Ve druhém pípad dojde k perušení od zachycení sestupné hrany modulem2 systému PCA na portu 1.5. Následná obsluha perušení uloží údaj ítae modulu2 v dob píchodu této hrany H1 a provede se výpoet (6.1) a (6.2). Je zejmé, že pi prvním prchodu programu není naplnna promnná H2 a tím dojde pi výpotu (6.1) k neplatnému výsledku, jelikož se údaj obnovuje v rychlém sledu není tato skutenost tém postehnutelná. Po provedení zmínných procedur se proces opt vrací do smyky hlavního programu. H2 – H1 = PERIOD

(6.1)

H2 = H1

(6.2)

je stav ítae pi aktuálním píjmu hrany kde H1 stav ítae pi píjmu pedchozí hrany H2 poet puls ítae mezi jednotlivými hranami PERIOD Hlavní program pracuje s hodnotou uloženou v promnné PERIOD, kde je uložen poet puls ítae mezi jednotlivými hranami. Tento údaj se pevede pomocí funkce HEX2BCD do desítkové soustavy a vyšle se pes sériový kanál do PC. Hlavní program bží v uzaveném cyklu s nastaveným zpoždním z dvod dostateného asového intervalu pro vybavení pípadných perušení a pro zpomalení etnosti vysílání údaje o period meného signálu do PC. Pozdji mže být hlavní program doplnn o další instrukce a podprogramy zajišující napíklad ovládání brzdy, zobrazení údaje o otákách motoru na displeji i o manuální ovládání rychlosti otáení motoru externími tlaítky na panelu.

67


Obr. 6-1 Vývojový diagram programu pro mikroprocesor v ovládací jednotce

68


6.2. Funkce vytvoené pro ovládání simulátoru v prostedí MATLAB text = {'Zadejte otacky motoru [0-255]:'}; predvolba = {'0'}; %nabidka predvolenych hodnot titulek_dialogu = 'Motor'; %titulek okna radek = 1; %format dialogu odpoved=inputdlg(text,titulek_dialogu, radek, predvolba); ot=char(odpoved(1,1)) ser = serial('COM1','BaudRate',9600,'DataBits',8); fopen(ser); readasync(ser); fprintf(ser,[ot 'p']); fscanf(ser) fclose(ser); delete(ser) clear

Obr. 6-2 Dialogové okno pro zadání otáek motoru

6.3. Funkce pro zpracování vibrodiagnostických signál v prostedí Matlab Mení pomocí DAQ modulu PMD-1208FS: ai = analoginput('mcc',0); set(ai,'InputType','Differential'); addchannel(ai,0:1,{'chan1','chan2'}); interval = 1; set(ai,'SampleRate',15000); f_vz = get(ai,'SampleRate'); set(ai,'SamplesPerTrigger',interval*f_vz) set(ai,'TriggerType','Manual') delka_bloku = get(ai,'SamplesPerTrigger'); start(ai) trigger(ai) vzorky = getdata(ai); delete(ai); clear ai

69


Dialogové okno pro výbr metody zpracování signálu: str = {('FFT'),('Hilbertova transformace'),('Kepstrum')}; [s,v] = listdlg('PromptString','Vyber zpracování signálu',... 'SelectionMode','single',... 'ListString',str)

Obr. 6-3 Dialogové okno pro výbr metody zpracování signálu Algoritmus FFT: Pro detekci harmonických složek ukrytých v šumu s nulovou stední hodnotou lze použít DFT k pevodu zašumného signálu do frekvenní oblasti, kde se harmonické složky projeví jako špiky výkonového spektra. Toto výkonové spektrum signálu Pyy vypoteme v Matlabu pi použití délky DFT N = 512 pomocí píkaz: Y = fft(sig,512); Pyy = Y.* conj(Y) / 512; Další možností je Matlabem nabízená funkce: [f,mag] = daqdocfft(vzorky,f_vz,delka_bloku) kde f je frekvence mag zesílení vzorky hodnoty vzorkovaného signálu f_vz vzorkovací frekvence delka_bloku délka dat = f_vz u doba mení Hilbertova transformace: použitá funkce pro výpoet: h=hilbert(x); abs(h)

70


Kepstrum: použitá funkce pro výpoet: rc=real(ifft(log(abs(fft(x))+eps)))

Vykreslení prbh: plot(x,y) grid on ylabel('Nazev osy y') xlabel('Nazev osy x') title('Nazev grafu')

71

Uživatelská píruka

7. Uživatelská píruka 7.1. Mechanická ást Konstrukce simulátoru vibrací umožuje jeho sestavení ve dvou rzných velikostech, respektive pro dv délky hídelí (300 nebo 500mm), dále umožuje zámnu libovolných ložisek v soustav za ložiska s vadou a pi zmnách pevodu umožuje potebnou úpravu roztee hídel. Celé zaízení je navrženo tak, aby zmny konfigurace a nastavení byly na první pohled pochopitelné a jednoduchým zpsobem proveditelné, ale i tak je poteba ukázat, jak tyto úkony provádt, aby nedošlo ke zniení ástí simulátoru a nebo nebyla ohrožena bezpenost obsluhy. V rámci této kapitoly bude také kompletní soupis náadí potebného pro obsluhu (tab. 7-1) a údržbu (tab. 7-2), na které se píruka bude odkazovat. Soupis spojovacího materiálu bude uveden v píloze D. Simulátor má svj základní tvar, který není nutné v rámci obsluhy mnit a vždy mže zstat sestaven, tento tvar ukazuje obr. 7-1, tvoí jej základní deska pevn spojená s rámem, který je opaten pístrojovými nožikami. Na základní desce jsou pišroubována vodítka usnadující nastavení kolmosti domek a brzdy k osám hídel. Zárove k desce zstává pipevnn motor a první domeek (D1) nesoucí hnací hídel. Obr.7-1 dále znázoruje všechny ostatní komponenty simulátoru.

Obr. 7-1 Výchozí seskupení simulátoru vibrací a pehled všech komponent 72


7.1.1. Zmna sestavy simulátoru Simulátor umožuje, jak již bylo zmínno, rznou konfiguraci délky hídel, k dispozici jsou dva hídele o délce 500 mm a dva o délce 300 mm. Je možné využít stejn dlouhé hídele a vytvoit tak soustavu „dlouhou“ (viz obr.3-9) nebo „krátkou“ (viz obr.3-10), pípadn použít rzné délky hídel a sestavit tak jejich kombinaci. Rovnž je možné upnout delší hídel do domek instalovaných na kratší rozmr a zkoumat jevy pi letmo uložených rotaních objektech (nevývažek, orbit, ozubené kolo). Postup pi zmnách sestavy simulátoru je následující: 1. Urit kterých komponent se zmna týká. 2. Pokud se zmny týkají jen jedné z hídelí, nebude zejm nutné demontovat druhou hídel. 3. U hnací hídele lze zvolit následující konfiguraci: Hídel 300 mm – domeky v pozicích D1, D2_300 (lze se všemi kombinacemi u hnané hídele) Hídel 500 mm – domeky v pozicích D1, D2_300 (lze se všemi kombinacemi u hnané hídele) Hídel 500 mm – domeky v pozicích D1, D2_500 (nelze s brzdou v pozici B_300) 4. U hnané hídele lze zvolit následující konfiguraci: Hídel 300 mm – domeky v pozicích D3, D4_300, brzda B_300 Hídel 300 mm – domeky v pozicích D4_300, D4_500, brzda B_500 (nelze orbit) Hídel 500 mm – domeky v pozicích D3, D4_500, brzda B_500 Hídel 500 mm – domeky v pozicích D3 , D4_300, brzda B_500 Hídel 500 mm – domeky v pozicích D4_300, D4_500, brzda B_500 5. Hídelová spojka s motorem i brzdou – povolíme vnitní upínací šrouby M3 za použití N1. 6. Povytáhneme hídel smrem od spojky, dokud hídel spojku zcela neopustí. 7. Domeky – povolíme šrouby M8 umístné na vrchu domeku, zajišující ložisko (pomocí N2). 8. Tahem smrem vzhru vyjmeme hídel i s ložisky z domek. 9. Povolíme upevnní domek D3 a D4 k základní desce (dva šrouby M10) za použití N6 na horní pojistnou matici a N3 na šroub na spodu základní desky. Dále uvolníme uchycení brzdy, a to tím že povolíme tyi pojistné matice (M8) z vrchu držáku N5 za souasného pidržování hlavy šroubu pomocí N2 ve spod desky. 10. Domeky a pípadn brzdu pemístíme do nových pozic a zptn dle bodu 9 upevníme k základní desce. 11. Vsuneme hídel s nasunutými ložisky a pípadn dalšími komponenty do domek, zajistíme horním dílem domeku a dotáhneme šrouby pomocí N2. 12. Vsuneme hídel zpt do spojky a zajistíme hídel proti protáení dotažením šroubk na spojce. 13. Zkontrolujeme zda se rotaní ásti voln protáejí a vše je ádn dotaženo.

73


7.1.2. Zámna ložisek 1. Spojka – povolíme vnitní upínací šrouby M3 (N1). 2. Pouzdra – povolíme matici na ložiskových pouzdrech (N7) a jemným poklepáním na povolenou, avšak ješt stále zatoenou matici uvolníme pouzdro. 3. Povytahujeme hídel smrem od spojky, dokud hídel spojku zcela neopustí. 4. Domeky – povolíme šrouby M8 umístné na vrchu domeku, zajišující ložisko (N2). 5. Tahem smrem vzhru vyjmeme hídel i s ložisky z domek. 6. Sejmeme ložisko, z hídele a zamníme jiným. Zptná montáž se ídí opaným postupem. 7.1.3. Zámna ozubených kol pi zachování osové vzdálenosti hídelí Postup pi zmnách týkající se pevodu záleží na umístní ozubených kol na hídelích a na jejich zamýšlené montáži, pokud je ozubené kolo hnací hídele upevnno letmo, staí pouze povolit matici pouzdra a kolo stáhnout. Pro ostatní zmny platí následující postup: 1. Spojka – povolíme vnitní upínací šrouby M3 (N1) 2. Pouzdra – povolíme matici na ložiskových pouzdrech (N7) a jemným poklepáním na povolenou, avšak ješt stále zatoenou matici uvolníme pouzdro. 3. Povytahujeme hídel smrem od spojky, dokud hídel spojku zcela neopustí. 4. Zde se mžeme rozhodnout zda budeme demontovat vršky domek a celou hídel sejmeme (bod a) nebo pouze vysuneme hídel z ložiskových pouzder (bod b). Záleží na umístní ozubených kol a pípadn dalších komponent na hídelích. 4.a Domeky – povolíme šrouby M8 umístné na vrchu domeku, zajišující ložisko (N2). Z hídele vysuneme ložiska a pípadn další komponenty tak, aby se provedla výmna za jiné ozubené kolo. Montáž provedeme zptným postupem. 4.b Povolíme i ostatní pouzdra na hídeli (viz bod 2), která nesou ostatní komponenty a hídel vysuneme. Pi zptné montáži nasuneme hídel do prvního domeku pak na hídel nasuneme komponenty a ozubené kolo, dle poteby. Nakonec hídel vsuneme do druhého domeku a do spojky. 7.1.4. Zámna ozubených kol se zmnou osové vzdálenosti hídelí Pi zámn ozubených kol se zmnou roztee pevodu je postup prací složitjší a vyžaduje vtší preciznost v provedení. Osová vzdálenost pro pevod za použití kol o 40 a 60 zubech je 50 mm (modrá ryska), vzdálenost pro pevod tvoený koly o 60 a 57 zubech je 58,5 mm (zelená ryska). Postup výmny ozubených kol je následující: 1. Pro ob hídele provedeme body 1. až 4. jako pi výše popsané výmn pevodu s tím že nebudeme pokraovat v montáži. 2. Povolíme upevnní domek D3 a D4 k základní desce (dva šrouby M10) za použití N6 na horní pojistnou matici a N3 na šroub na spodu základní desky. Dále uvolníme uchycení brzdy, pokud bude pipojena, a to tím že povolíme tyi pojistné matice (M8) z vrchu držáku N5 za souasného pidržování hlavy šroubu

74


3.

4. 5.

6.

pomocí N2 ve spod desky. Tím se domeek a brzda uvolní a je možný jejich stranový posuv. Nasuneme potebné komponenty na hídele pi souasném vsunování hídelí do ložisek. Nebo nasuneme komponenty a pak hídele vložíme do rozmontovaných domek (viz výmna ložisek body 4. a 5.), poté domeky smontujeme. Upravíme komponenty na hídelích a hídele do požadovaných pozic a run dotáhneme matice pouzder. Nastavíme požadovanou souosost a osovou vzdálenost, na domecích i na brzd je vytvoena osová ryska, která by se mla shodovat s píslušnou ryskou na desce (modrá – kola 60z a 40z, zelená – kola 57z a 60z), kolmost k osám zajišují vodítka, je proto nutné tyto plochy udržovat v istot a pi dotahovaní šroub kontrolovat zda komponenty jsou k vodítkm ádn pimknuty. Utáhneme matice pouzder pomocí N7, utáhneme šroubky na spojkách pomocí N1, zkontrolujeme zda je vše ádn dotaženo a zda se všechny rotující ásti voln protáí.

7.1.5. Upínání nevývažk i dalších rotaních komponent na hídel Zde platí stejný postup popsaný v odstavci 7.1.3 o ozubených kolech, pouze je poteba si pipravit nevývažek našroubováním spojovacího materiálu (dle typu nevyváženosti šroub s hlavou, stavcí šroub - ervík, možno zvtšit zátž maticí upevnnou na pesahující šroub) do otvor se závitem M6. Obecné pokyny pro každou provádnou zmnu na simulátoru:

x x x x x

Provit stav jednotlivých souástek. Odkonzervování a oištní ložisek technickým benzinem, je-li to nutné. Nanesení mazacího prostedku. Ložiska bez vady musí mít volný dobh. Jelikož vtšina souástek je ze slitin hliníku, je nutné povolovat a dotahovat všechny šrouby s potebnou opatrností, aby nedošlo k poškození vnitních závit tchto souástek.

7.1.6. Soupis potebného náadí Náadí potebné pro ovládání simulátoru: N 1 2 3 4 5 6

náadí

použití

Imbus 2mm spojka RULAND Imbus 6mm domeek, motor Imbus 8mm domeek klí plochý 10mm nevývažek klí plochý 13mm motor, rám na orbit klí plochý 17mm domeek speciální klí SKF pouzdra H204 od firmy SKF 7 možno nahradit plochým klíem 31.35mm Tab. 7-1 Seznam náadí potebného pro ovládání simulátoru

75


Náadí potebné pro údržbu simulátoru: náadí použití nástrná hlavice, nebo trubkový klí 8mm motor, rám, nožiky klí plochý 7mm vodítka šroubovák kížový PZ1 vodítka + upevnní ochr. krytu imbus 4mm motor, nožiky imbus 3mm úchyt idla imbus 0.97 mm uchycení idla Tab. 7-2 Seznam náadí potebného pro údržbu simulátoru

76


7.2. Elektronická ást píruky Ovládání jednotky vyplývá z blokového schématu (obr. 5-7) a také z popisek na elním (obr. 7-2) a zadním panelu jednotky (obr.7-3). 7.2.1. Pipojení ovládací jednotky 1. Ujistíme se, že hlavní vypína je v pozici 0, tedy že jednotka je odpojena od naptí. 2. Pipojíme senzory otáek od motoru (ot. M) a od brzdy (ot. B), k pipojení slouží plochý kabel – pozor na znaky, je poteba dodržet barvu vodie u puntíku na senzoru a stejný vodi mít na stran puntíku na jednotce. 3. Pipojíme motor (M) a brzdu (B). Pozor na polaritu! 4. Propojíme PC a jednotku datovým kabelem pes rozhraní RS 232 nebo kabelem USB – RS 232. 5. Pipojíme stejnosmrné napájení 24V, 5A. Pozor na polaritu a na hodnotu naptí nastavenou na zdroji naptí! 6. Pokud bude poteba mit otáky externím ítaem, pipojíme jej pes BNC konektor na pedním panelu jednotky, u motoru jsou otáky snímány kanálem A, který vysílá více puls za otáku (dle nastavení uvnit jednotky) a kanál I což je index vyslaný jednou za otáku. Brzda nabízí pouze kanál A. 7. Nyní je jednotka pipojena a pipravena k použití

Obr. 7-2 elní panel jednotky

77


Obr. 7-3 Zadní panel jednotky 7.2.2. Ovládání jednotky Na jednotce jsou umístny tyto ovládací prvky: x

Hlavní vypína – jedná se o kolébkový pepína se temi polohami: I Zapnuta elektronická ást, eká se na instrukce z PC 0 Vypnuto II Propojeno napájení s výstupem na motor, elektronika vypnuta. V této poloze lze ovládat motor regulovatelným zdrojem.

x

Tlaítko RESET – pro pípady, že by jednotka pestala odpovídat na podnty z PC, je vyvedeno tlaítko reset, bh programu se tak vrátí do výchozí polohy

78

Výsledky z ovování funkce simulátoru

8. Výsledky z ovování funkce simulátoru Ovení funkce simulátoru bylo provedeno mením vibrací za pomoci tveice akcelerometr od firmy Brüel & Kjær (typ 4507 B004) umístných na prvním (1) a druhém (2) ložiskovém domeku viz obr. 8-1. K mení signál byl použit profesionální micí systém Pulse typ 7537 rovnž od firmy Brüel & Kjær.

Obr. 8-1 Umístní akcelerometr pi mení vibrací Krom tohoto systému bylo využito DAQ modulu PMD 1208FS. Tento modul snímal signál ze snímae otáek a z jednoho akcelerometru (rovnž typ 4507 B004) pipojeném k modulu pes zesilova Nexus (Brüel & Kjær). Pro zpracování signálu byla zvolena spektrální a kepstrální analýza. Tyto metody jsou již implementovány v ovládacím softwaru systému Pulse.

Byly vyhodnoceny následující výsledky mení: Objekt bez vady Ve spektru (obr. 8-2) se nevyskytují zvýšené hodnoty u otákové frekvence (pro 1000 ot/min iní 16,66 Hz) ani u jejích násobk, relativn vysoká složka je až pi frekvenci 720 Hz, což mže být zapíinno rezonancemi v systému, i vlivem motoru.

79


[m/s²]

Autospectrum(Akcelerometr1) - Input Working : Input : Input : FFT Analyzer

400m 360m 320m 280m 240m 200m 160m 120m 80m 40m 0 0

200

400

600

800 [Hz]

1k

1,2k

1,4k

1,6k

Obr. 8-2 FFT spektrum – objekt bez vady – otáky 1000 ot/min Kepstrum meného signálu (obr. 8-3) také nevypovídá o žádné závad. [dB]

Cepstrum(Akcelerometr1) - Input (Magnitude) Working : Input : Input : FFT Analyzer

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

20m

40m

60m

80m

100m

120m 140m [s]

160m

180m

200m

220m

240m

Obr. 8-3 Kepstrum – objekt bez vady – otáky 1000 ot/min Vadné ložisko V soustav bylo zamnno „zdravé“ ložisko za ložisko s umlou vadou, tato vada byla vytvoena laserem, kdy do dráhy jedné ady kuliek je vypálen otvor o prmru 0,1 mm. Ve spektru (obr. 8-4) se poté objevily spektrální áry na kmitotu kolem 250 a 300 Hz (rychlost otáení 3000 ot/min) Pokud spoteme kinematické impulsní frekvence použitého ložiska dle uvedených vzorc 4.5 až 4.8 dostaneme, že frekvence defektu na vnjší dráze ložiska iní 254,8 Hz a frekvence defektu kuliky vychází na 293 Hz. Lze tedy íci, že spektrální áry kolem 250 a 300 Hz pravdpodobn souvisí s vadou ložiska.

80


Obr. 8-4 FFT spektrum – vadné ložisko – otáky 3000 ot/min Ozubený pevod Do systému byl zaazen pevod tvoený ozubenými koly o 40 a 60 zubech, kde kolo s menším potem zub bylo umístno na hnací hídel, která byla posléze roztoena na rychlost 1000 otáek za minutu. Ve spektru (obr. 8-5) se toto projevilo spektrální arou na frekvenci pibližn 660 Hz, pokud spoteme zubovou frekvenci dle vztahu 4.3 dostaneme údaj 667 Hz. Lze tedy íci že tato spektrální ára pímo souvisí se zaazením pevodu do systému.

Obr. 8-5 FFT spektrum – ozubený pevod – 1000 ot/min

81


Nevýváženost Umístním nevývažku dle obrázku 3-8 letmo na hnací hídel výrazn vzrostla spektrální ára odpovídající otákové frekvenci, ili první harmonické (16,6 Hz). Dle teorie uvedené v kapitole 4.3.1.1 se práv tímto zpsobem nevyváženost projevuje. Zmny lze vypozorovat i pi analýze kepstra (obr. 8-7), kde se výrazn objevila rahmonická pi kvefrenci 60 ms. Rychlost otáení hídele byla 1000 ot/min.

Obr. 8-6 FFT spektrum – nevývažek – 1000 ot/min

Obr. 8-7 Kepstrum – nevývažek – 1000 ot/min

82

Závr

9. Závr Pedmtem práce byl vlastní vývoj technického systému, jenž by umožnil demonstrovat vady vznikající na strojních ástech pi provozu skutených zaízení. Pi tomto vývoji byla nastudována problematika základ konstrukce stroj odborn nazývaná ásti a mechanismy stroj. Z tchto poznatk byla následn navržena konstrukce zaízení, v diplomové práci nazývaného simulátor vibrací, a byla zpracována kompletní technická dokumentace pro následnou výrobu ástí simulátoru. Nkteré univerzální komponenty, které jsou prmyslov vyrábny ve velkých sériích, byly vhodn vybrány a zakoupeny, nebo takto poízené ásti jsou ve výsledku levnjší než jejich samostatná výroba. Složitjší ásti zaízení vyrobila specializovaná firma. Ostatní ásti byly vyrobeny svépomocí i v díln katedry mení. Ovládání

simulátoru

bylo

vyešeno

samostatnou

elektronickou

jednotkou

komunikující s osobním poítaem pes sériové rozhraní. Pro splnní úkolu ovládat otáky hnacího motorku, byly prohloubeny znalosti z oboru výkonové elektroniky, speciáln zapojení tranzistor MOSFET ve spínacích obvodech, dále byly nastudovány podklady výrobc použitých souástek a využity znalosti z metodiky návrhu plošných spoj. Pi úkolu mit otáky hnacího motorku byly využity znalosti z mikroprocesorové techniky. Výsledkem byla realizace ovládací jednotky, která dle pokyn z PC pes sériové rozhraní, nastavuje otáky hnacího motorku a následn je dokáže s pijatelnou pesností zmit. Hardware jednotky umožuje i ovládání brzdy. Byl napsán zdrojový program pro mikroprocesor elektronické jednotky a skripty pro prostedí Matlab, které komunikují s jednotkou prostednictvím dialogových box. Dále byly využity funkce implementované v prostedí Matlab pro zpracování signál pomocí metod FFT spektra, kepstra a Hilbertovy transformace. Pro analýzu vibrodiagnostických signál byla nastudována a zpracována ást pojednávající o teoretických základech monitorování stavu stroj pomocí vyhodnocování vibrací. Funkce zaízení – demonstrovat mechanické závady – byla ovena profesionálním diagnostickým systémem Pulse od firmy Brüel & Kjær. Analýza namených signál potvrdila vhodnost postaveného zaízení k úelm simulací defekt na rzných mechanických ástech stroj.

83

10. Literatura [1]

HOSNEDL, S. – KRÁTKÝ, J. Píruka strojního inženýra: obecné strojní ásti 1. 1. vyd. Brno: Computer Press, 1999. ISBN 80-7226-055-3.

[2]

HOSNEDL, S. – KRÁTKÝ, J. Píruka strojního inženýra: obecné strojní ásti 2. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2000. ISBN 80-7226-202-5.

[3]

KREIDL, M. – ŠMÍD, R. Technická diagnostika: senzory – metody – analýza signálu. 1.vyd. Praha: BEN – technická literatura, 2006. ISBN 80-7300-158-6.

[4]

Measurement Computing Corporation. Measurement Computing Corp.: Product: 'PMD-1208FS' [on-line]. c2006, [cit. 2006-12-10]. .

[5]

Prvodce vibraní diagnostikou I. Praha: SKF Ložiska a.s., 1994.

[6]

ASA, J. – ŠVERCL, J. Strojnické tabulky 1 pro školu i praxi. 1.vyd. Praha: Nakladatelství SCIENTIA, spol. s r.o., 2004. ISBN 80-7183-312-6.

[7]

Sales Technology, Inc. Vibration Monitoring and Machine Protection Products [on-line]. c2004, [cit. 2006-12-16]. .

[8]

SEDLÁ EK, M. – ŠMÍD, R. Matlab v mení. Vydavatelství VUT, 2004

[9]

SKALICKÝ, P. Procesory ady 8051. 2. vyd. Praha: BEN – technická literatura, 2003. ISBN 80-86056-39-2.

[10] SpectraQuest, Inc. Vibration Training, Vibration Diagnosis and Analysis [on-line]. c2006, [cit. 2006-12-20]. . [11] STENGL, J. P. – TIHANYI, J. Výkonové tranzistory MOSFET. 1. vyd. Praha: BEN – technická literatura, 2000. ISBN 80-86056-54-6 [12] T MA, J. Zpracování signál získaných z mechanických systém užitím FFT. Praha: Sdlovací technika, 1997. ISBN 80-901936-1-7. [13] V-TEK Associates. Machine Trainers [on-line]. c2002, poslední revize 2.10.2006 [cit. 2006-12-19]. . [14] ZKL, a.s. ZKL GROUP - Manuál konstruktéra [on-line]. c2007, [cit. 2006-12-15]. .

Píloha A Technické výkresy souástí simulátoru

KOLO 1

Z=40

40

42

KOLO 2

62

60

A

KOLO3

FINISH

MATERIAL

--

OCEL

KR45-15, R65-15, KR60-15

STOCK SIZE

COMMENTS:

DIMENSIONS ARE IN MILIMETERS DRAWN TOLERANCES: ČSN-ISO 2768m

ONDŘEJ KREIBICH

1:1

57

A

SHEET 1 OF 1

REV.

ČVUT-FEL OZUBENÁ KOLA 1.0 27G-11

9.1.2007

DWG. NO.

SCALE

A

SIZE

5

0 5 , 9

20 H11

4,76°

Z=57

PART NAME

DATE

MODUL OZUBENÍ: M=1

ŘEZ A-A JEDNOTNÝ NÁBOJ

Z=60

10

A

A

70 46 28 20

1

FINISH

MATERIAL

STOCK SIZE

--

DURAL

KR75-20

COMMENTS:


58

( 6 M

) X 2

ŘEZ A-A 5

ONDŘEJ KREIBICH

1:1

DWG. NO.

SCALE

A

SIZE

ČVUT-FEL

5

27G-12 SHEET 1 OF 1

1.0

REV.

KOLO-NEVÝVAŽEK

9.1.2007 PART NAME

DATE

15

9,52°

A

ŘEZ A-A

22

FINISH

MATERIAL

STOCK SIZE

--

DURAL

KR25-70

COMMENTS:


4,76°

A

ONDŘEJ KREIBICH

5

1:1

DWG. NO.

SCALE

A

SIZE

SHEET 1 OF 1

1.0

REV.

ČVUT-FEL KOLO-ORBIT 27G-13

9.1.2007 PART NAME

DATE

20 60

6 500 512

VERSE 500

17 h11

17 h11

6

FINISH

MATERIAL

STOCK SIZE

--

OCEL

KR20-520

COMMENTS:


300 312

ONDŘEJ KREIBICH

VERSE 300

1:1

DWG. NO.

SCALE

A

SIZE

SHEET 1 OF 1

1.0

REV.

ČVUT-FEL HŘÍDEL 27G-21

9.1.2007 PART NAME

DATE

44 ±0,1

27 22 16

+0,1 0

45° 76

114

62

47

43

96

0,8

17

M8

14

8

43

H7

10,5 20 84


STOCK SIZE MATERIAL

FINISH

PL 120X90-30 DURAL --

COMMENTS:

ONDŘEJ KREIBICH

DATE

9.1.2007

PART NAME

SIZE

A

DWG. NO.

SCALE

1:1

ČVUT-FEL

DOMEČEK 27G-31 SHEET 1 OF 1

REV.

1.0

34

R37

ŘEZ A-A

Al P10x80x80

8

10

80 60

Al P2X30X30

45

3,2 88

4

3,2 30

A

A

30 2

84 4

+0,1 0

(54,45) FINISH

MATERIAL

KOMAXIT

DURAL

SVAŘENEC

COMMENTS:


STOCK SIZE

(54,45)

ONDŘEJ KREIBICH

delší kvůli upnutí

33

±0

77

Al P10x80x80

9

8

,1

A

1:1

DWG. NO.

SCALE

SIZE

SHEET 1 OF 1

REV.

ČVUT-FEL

33

DRŽÁK MOTORU 1.0 27G-33

9.1.2007 PART NAME

DATE

2

2

4,5

84

44 ±0,10

3,2

463

105

97

60

320 234

129

X)

435 129

175

79

455

231,25 234

169,50

131,25

84,50

(2

370 5

216,25 231,25

131,25 146,25

505

150

7(

12

X)

1000

175

234

129

79 118,75

4,5 (2X)

FINISH

MATERIAL

--

TEXTIT

COMMENTS:

1:5

DWG. NO.

SCALE

A

SIZE

10

127 SHEET 1 OF 1

1.0

REV.

ČVUT-FEL

8,50

DESKA 27G-41

9.1.2007 PART NAME

DATE

)

1000X463-10

(2X

805

ONDŘEJ KREIBICH

243,75

216 216,25

895 (8X

STOCK SIZE

705

147 146,25

685


SVRTAT S RÁMEM

175

9

260 158,5 66 R4,5 (4X)

485 2X)

4,

4,5 (

79

350

R5,5 (8X) 4,5 (4X)

9

X) (4

)

0

)

605 (2X

635 85 30 (8X

650 655 R5 5 , (4X) 4,5 ( 4X)

147 69

695 10

)

(6X

50

11 R4 ,5

850 4,5

4,5

5 R4, )

0

45

430

B

950

175

252 FINISH

MATERIAL

STOCK SIZE

--

DURAL

PROFIL 30X20

COMMENTS:


200

A

A

ONDŘEJ KREIBICH

453

ŘEZ B-B 6x

1:5

DWG. NO.

SCALE

A

SIZE

SHEET 1 OF 1

1.0

REV.

ČVUT-FEL RÁM 27G-42

9.1.2007 PART NAME

DATE

20

ŘEZ A-A 12x

8

B

15

30

20

8

15 30

4,5

70

100

FINISH

MATERIAL

STOCK SIZE

--

DURAL

PL 110X25X10

COMMENTS:


20 ONDŘEJ KREIBICH

8 1:1

DWG. NO.

SCALE

A

SIZE

ČVUT-FEL 27G-44 SHEET 1 OF 1

1.0

REV.

VEDENÍ MOTORU

9.1.2007 PART NAME

DATE

d

c

b

a

4,5

21

10

30 60

115

85

130

100

20 FINISH

MATERIAL

STOCK SIZE

--

DURAL

PL 25X330X2

COMMENTS:


20 20

20

ONDŘEJ KREIBICH

1:1

DWG. NO.

SCALE

A

SIZE

SHEET 1 OF 1

1.0

REV.

ČVUT-FEL VEDENÍ 27G-45

9.1.2007 PART NAME

DATE

24

38,25

4 59,50

100

100 FINISH

MATERIAL

KOMAXIT

OCEL

PROFIL 100X100-4

COMMENTS:

ONDŘEJ KREIBICH

1:1

DWG. NO.

SCALE

A

SIZE

SHEET 1 OF 1

1.0

REV.

ČVUT-FEL RÁM-ORBIT 27G-51

9.1.2007 PART NAME

DATE

1

STOCK SIZE

44,25 8,50


1

0 5 , 0

0 5 , 0

1000

891

500

500

FINISH

MATERIAL

STOCK SIZE

--

--

--

COMMENTS:


ONDŘEJ KREIBICH

1:5

DWG. NO.

SCALE

A

SIZE

SHEET 1 OF 1

REV.

ČVUT-FEL ZKUŠEBNÍ STAV 27G-00-500 1.0

9.1.2007

100 PART NAME

DATE

463 150

169

Píloha B Kódy vytvoených program

X:\programy\8051\citac_PWM.a51 $INCLUDE (reg_c51.inc)

; soubor s registry pro AT89C51RD2

Dseg at 30h cnt0: cnt1: preteceni1: preteceni0: PERIOD: OLDL: OLDH: OLDpreteceni1: OLDpreteceni0:

DS DS DS DS DS DS DS DS DS

1 1 1 1 4 1 1 1 1

; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

otacky_PWM: nacteny_znak: rad1: rad2: vysledny_hex: mezivypocet_rad1: mezivypocet_rad2:

DS DS DS DS DS DS DS

4 4 4 4 4 4 4

CSEG LJMP ORG MOV LJMP ORG MOV CLR JMP

at 0000h inicializace 23h IEN0, #40h int_uart 033h IEN0, #40h CCON.2 mperiod

inicializace: MOV SCON, #50h; ORL TMOD, #20h; MOV TH1, #0FDh; MOV TL1, #0FDh; SETB ES; SETB EA; SETB TR1;

pocatecni adresa, od ktere jsou ulozena data vyuzivano matematickou knihovnou vyuzivano matematickou knihovnou druhy rad preteceni 16bit citace PCA prvni (nejvyssi) rad preteceni 16bit citace PCA vysledna perioda v pulsech citace hodnota citace pri predchozi reakci na hranu 0bit hodnota citace pri predchozi reakci na hranu 1bit hodnota citace pri predchozi reakci na hranu 2bit hodnota citace pri predchozi reakci na hranu 3bit

; prijata hodnota z PC 0-255

; vysledek ovladajici PCA modul0 pro PWM

; pocatecni adresa, od ktere je program ulozen ; obsluha preruseni od serioveho kanalu ; zakazat preruseni aby se PWM spravne nastavila ; obsluha preruseni od PCA ; zakazat preruseni aby se perioda spravne spocitala

/* /* /* /* /* /* /*

uart mode 1 (8 bit), REN=1 */ Timer 1 mode 2 */ 9600 Bds na 11.059MHz */ 9600 Bds na 11.059MHz */ povol serial preruseni */ povol global preruseni */ Timer 1 run */

MOV MOV

IEN0, #0D0h SP,#70H

; nastaveni bitu EC, ES a EA v registru preruseni (PCA + UART) ; nastaveni zasobniku mimo oblast bank R0-R7

MOV MOV

CMOD,#01h CCON,#40h

; povoleni CF bitu v CCON --> preruseni od PCA ; nastaveni bitu CR --> povoleni PCA

;--------nastaveni PCA modulu 0------------------MOV CCAPM0, #42h ;nastaveni PCA modulu 0 - jako 8bit PWM MOV CCAP0L, #00h ;vynulovani citace modulu 0 ;--------nastaveni PCA modulu 2------------------MOV CCAPM2, #11h; MOV MOV MOV MOV

CH,#00h; CL,#00h; preteceni0,#00h preteceni1,#00h

; ; ; ;

MOV MOV

CCAP2H, #00h; CCAP2L, #00h;

; vynulovani citace modulu 2

report: MOV DPTR, #text01 CALL sendrss

vynulovani citace PCA --//-vynulovani prvniho radu preteceni citace PCA vynulovani druheho radu preteceni citace PCA

;vypise uvodni zpravu obsazenou v text01

;--------hlavni program--------------------------sem: CALL wait ;wait2 ; cekani

X:\programy\8051\citac_PWM.a51 ;--------vypis 4byte HEX-->BCD pres UART---------MOV IEN0, #40h ; zakazat preruseni aby se provedl prevod MOV R1,#37h MOV R4,#0h ; pro format zobrazeni bez tecky --> xxxxx CALL HEX2BCD MOV A,#51h ;#0Ah ; oddelovaci znak - dalsi radka CALL sendrs MOV A,#0Ah ; oddelovaci znak - dalsi radka CALL sendrs MOV IEN0, #0D0h ; povolit zpatky preruseni ; CLR P1.5 ; test ; SETB P1.5 LJMP sem ;--------konec hlavniho programu-----------------;--------ulozeni stavu citace pri prichodu hrany-mperiod: JNB CCON.7, nepreteklo INC preteceni1 CLR CCON.7 MOV A, preteceni1 CJNE A,#0FFh,nepreteklo_o_d_rad INC preteceni0 nepreteklo_o_d_rad: MOV IEN0, #0D0h ; povolit zpatky preruseni RETI nepreteklo: PUSH ACC PUSH PSW MOV A, CCAP2L; CLR C SUBB A,OLDL MOV PERIOD,A

; vynuluje C aby nebyl nastaven z minulych operaci

MOV A,CCAP2H SUBB A,OLDH MOV PERIOD+1,A MOV A,preteceni1 SUBB A,OLDpreteceni1 MOV PERIOD+2,A MOV A,preteceni0 SUBB A,OLDpreteceni0 MOV PERIOD+3,A MOV MOV MOV MOV

OLDL,CCAP2L OLDH,CCAP2H OLDpreteceni1,preteceni1 OLDpreteceni0,preteceni0

POP POP

PSW ACC

MOV

IEN0, #0D0h

; povolit zpatky preruseni

RETI ;--------nacteni cisla ze ser. linky a prevedeni do HEX -->PCA-->PWM-------------cteni: MOV R0,#otacky_PWM ;ukazatel na pozici v pameti kde bude ulozen udaj o otackach dalsiznak: CALL ctiznak CALL sendrs CJNE A,#070h,ne_enter ;cti dalsi znak dokud neprijde (ENTER) ukoncovaci znak p JMP ano_enter ;pokracuj pokud prisel (ENTER) ukoncovaci znak p

X:\programy\8051\citac_PWM.a51 ne_enter: CLR C SUBB A,#'0' MOV @R0,A INC R0 JMP dalsiznak ano_enter: MOV A,R0 MOV R3,A ; schovat posledni pozici textu MOV R0,#rad1 ; rad 1 10 100 1000 CALL clrr0 MOV rad1,#1 MOV R0,#nacteny_znak ; znak z predesleho cteni, prvni se bere posledni znak CALL clrr0 MOV R0,#vysledny_hex ; vysledny_hex = znak3 + 10*znak2 + 100*znak1 + 1000*znak0 CALL clrr0 konverze_dalsicifra: CJNE R3,#otacky_PWM,konverze_pricti_dalsi_misto JMP konverze_konec konverze_pricti_dalsi_misto: DEC R3 ;posun ukazatel o pozici zpet MOV A,R3 MOV R0,A MOV nacteny_znak,@R0 ;nacti znak z pozice kam ukazuje ukazatel MOV R1,#rad1 MOV R2,#nacteny_znak MOV R0,#mezivypocet_rad1 CALL mul4 ;rad1*nacteny_znak = mezivypocet_rad1 MOV R0,#vysledny_hex MOV R1,#mezivypocet_rad1 CALL add4 ;vysledny_hex = vysledny_hex + mezivypocet_rad1 MOV MOV MOV MOV CALL

rad2,#10 R1,#rad1 R2,#rad2 R0,#mezivypocet_rad2 mul4 ;rad1 * rad2 = mezivypocet_radu2

MOV R1,#mezivypocet_rad2 MOV R0,#rad1 CALL xfer010 ;do rad1 dej mezivypocet_radu2 JMP konverze_dalsicifra konverze_konec: MOV JMP

CCAP0H,vysledny_hex konec_cteni

; -------nacteni znaku---------------------------ctiznak: JNB RI,ctiznak MOV A,SBUF CLR RI CJNE a,#11h,zn1ok ;nereaguj pokud prijdou nechtene znaky v seriove komunikaci JMP ctiznak zn1ok: CJNE A,#13h,zn2ok ;nereaguj pokud prijdou nechtene znaky v seriove komunikaci JMP ctiznak zn2ok: RET ;---------obsluha preruseni od serioveho kanalu--int_uart: RI, int_RI JB RETI int_RI: CALL cteni konec_cteni:

X:\programy\8051\citac_PWM.a51 CLR RI MOV IEN0, #0D0h RETI ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

; povolit zpatky preruseni

Podprogram prevadi 4B-HEX cislo ulozene v datove pameti na adrese na kterou ukazuje pointer R1 na 10B-BCD, ktere zobrazuje na monitoru pres seriovou linku. 4B-HEX cislo je po prevodu a vypsani vynulovano. Pointer R1 musi ukazovat na nejvyssi byte cisla !!!!!!! 4B-HEX XX XX XX XX Pr. 01 00 00 00 = 1 ^ ^ Pr. FF 00 00 00 = 255 nejnizsi nejvyssi Pr. FF FF 00 00 = 65535 ******************************************************************* 4B-HEX cislo na adrese 30-33h MOV MOV CALL

R1,#33 R4,#03h HEX2BCD

; pro format xx.xxx ; prevede a vytiskne cislo

******************************************************************* Vstupy: R1, R4 R1 = ukazatel na nejvyssi bajt 4B-HEX cisla R4 = pozice des. tecky (0=neni, 1=xxxx.x, 2=xxx.xx, 3=xx.xxx, atd.) nemodifikuje zadny jiny registr *******************************************************************

HEX2BCD: PUSH PUSH PUSH PUSH PUSH MOV CJNE MOV JMP HEX1: MOV CLR SUBB MOV HEX2: MOV CALL PUSH DJNZ MOV HEX3: POP DJNZ JMP HEX4: CJNE DJNZ INC JMP HEX5: POP DEC HEX6: ADD CALL CJNE MOV CALL HEX7: DJNZ POP

ACC B 0 2 3 R3,#10 R4,#0,HEX1 R4,#0FFH HEX2 A,#10 C A,R4 R4,A R0,1 DN B R3,HEX2 R3,#10 ACC R4,HEX4 HEX6 A,#0,HEX6 R3,HEX3 R3 HEX6 ACC R4 A,#30H SENDRS R4,#0,HEX7 A,#'.' SENDRS R3,HEX5 3

; zacatek HEX2BCD

X:\programy\8051\citac_PWM.a51 POP POP POP POP RET DN: MOV MOV DN1:MOV ANL ADD SWAP MOV DIV SWAP XCH ANL SWAP ADD SWAP MOV DIV ADD MOV DEC DJNZ RET

2 0 B ACC R2,#4 B,#0 A,@R0 A,#0F0H A,B A B,#10 AB A A,@R0 A,#0FH A A,B A B,#10 AB A,@R0 @R0,A R0 R2,DN1

; ******************************************************************* ; Pomocny podprogram - vyslani obsahu registru A po seriove lince ; ******************************************************************* SENDRS: ;JB MOV JNB CLR RET ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

TI,$ SBUF,A TI,$ TI

; zacatek SENDRS

******************************************************************* Pomocny podprogram - vyslani retezce ukonceneho znakem 0 (00h) po seriove lince ******************************************************************* Pouziti: MOV DPTR,#TEXT1 CALL SENDRSS ... TEXT1: DB 'Toto je muj text',0 *******************************************************************

SENDRSS: CLR MOVC JZ CALL SJMP EXIT: RET SRS1: MOV JNB CLR INC RET

A A,@A+DPTR EXIT SRS1 SENDRSS

; posilej znaky az do chvile nez prijdes na '0'

SBUF,A TI,$ TI DPTR

;------cekaci smycka-----------wait2: MOV R0, #01H

X:\programy\8051\citac_PWM.a51 rep1: MOV R1, #0FH rep2: CALL wait DJNZ R1, rep2 DJNZ R0,rep1 RET wait: MOV B, #0FFH znovu1: MOV A, #0FFH znovu2: DJNZ ACC, znovu2 DJNZ B, znovu1 RET ;------------------------------text01: DB 0ah, 0dh, 'kuk nacpi sem cislo', 0ah, 0dh, 0 $INCLUDE END

(aritm4b.a51)

; pouziti matematicke knihovny ; konec celeho programu

Píloha C Seznam spojovacího materiálu

Domeek ks 8 8 16 8 8

typ šroub M10 u 45 hlava vnitní šestihran (imbus) matice samojistná M10 podložka 10.1mm imbus M8 u 50 podložka 8.1mm Motor

ks 8 8 16 8 8 16

typ šroub M8 u 30 hlava vnitní šestihran (imbus) matice samojistná M8 podložka 8.1mm šroub M5 u 20 hlava vnitní šestihran (imbus) matice samojistná M5 podložka 5.1mm

ks 4 6 6

Senzor otáek typ šroub M3 u 20 hlava vnitní šestihran (imbus) šroub M1,6 u 10 zápustná hlava – prbžná drážka matice M1,6

ks 12 12 12 12 10 4 16 6 6

Základní deska typ šroub M6 u 20 vratový (spojení s rámem) matice M6 podložka 6.1 mm vrut 3 u 15 kížová drážka (ochranný kryt) šroub M4 u 16 zápustná hlava – kížová drážka (vodítka) šroub M4 u 25 zápustná hlava – kížová drážka (vodítka) matice M4 šroub M5 u 20 hlava vnitní šestihran (imbus) (nožiky) matice samojistná M5

ks 2 4 2

typ šroub M8 u 20 hlava šestihran podložka 8,1 mm matice samojistná M8

Orbit

Rotaní komponenty a ložiska ks 7

typ pouzdro H204 SKF

ESKÉ VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta elektrotechnická Katedra m ení DIPLOMOVÁ PRÁCE. Simulátor vibrací pro experimenty ve vibrodiagnostice

Recommend Documents