(3장. 도해 기구 합성 )

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

Most engineering design practice involves a combination of synthesis and analysis.

Most engineering courses deal primarily with analysis techniques for various

situations. However, one can not analyze until it has been synthesized into existence.

Many machine design problems require the creation of a device with particular motion characteristics. Perhaps you need to move a tool from position A to position B in a particular time interval. Perhaps you need to trace out a particular path in space to insert a part into assembly.

We will now explore some simple synthesis techniques to enable you to create potential linkage design solutions for some typical kinematic applications.

(Excerpted from the textbook)

3.1 합성 (Synthesis)

잘 정의된 알고리즘이 없는 상태에서 가능성 있는 해를 구하는 것.

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

(the definition of proper type of mechanism) Ex

. 로봇 (Robot)

잘 정의된 알고리즘에 기초한 구체적인 해를 구하는 것.

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

원하는 운동을 생성할 수 있게 링크의 길이를 정하는 것 .

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

• 정성적 합성 (Qualitative

Synthesis)

• 정량적 합성 (Quantitative

Synthesis)

무 유

• 기구의 종류

• 링크/조인트

• 기구의 종류

• 링크/조인트 반

복 작

업

- 조립

- 물건 이송 (수직) - 용접 - 도장

PUMA SCARA

3.2 함수, 경로 및 운동 생성

(Function, Path and Motion Generation)

• 함수 생성

(Function generation)

• 고 하중/동력 (higher loads/power)

• 안전 (safe)

(Excerpted from the textbook)

3.2 함수, 경로 및 운동 생성

(Function, Path and Motion Generation)

• 경로 생성 (Path generation)

• 운동 생성 (Motion generation)

 기구의 한 점이 평면 또는 공갂에서 움직이는 궤적(position)을 제어하는 것.

 기구의 한 링크가 평면 또는 공갂에서 움직이는 궤적(position)과 방향(orientation) 을 제어하는 것

(Excerpted from the textbook)

3.3 극한 조건 (Limiting Conditions)

• 토글 (Toggle)

- 두개의 링크가 동일 직선 상에 놓이는 상태.

(

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

O₂ O₄

D₁ C₁

D₂ C₂

D₃ C₃

C₄

D₄

3.3 극한 조건 (Limiting Conditions)

• Tailgate linkage

a

F₁ P

a F₁

P

힘 평형

 a

sin 2 P F₁

If a  0, F

 

Toggle mechanism

(Excerpted from the textbook)

• 두 링크의 교차점이 이루는 예각.

m

힘 증폭

전달각

운동 성능 향상

- 힘 증폭 기구 - 급속 방출 기구 - 안전 잠금 기구

- 갂헐 운동 기구 - 급속 귀환 기구 - 직선 운동 기구

T_in a

운동 전달

l_i F

F

l_o F cosa

F cos(p/2-m)

T_out

T

T

출력 상승

X

모든 기구에서 힘 또는 운동을 각각 증가시킬 수는 있으나 힘과 운동을 동시에 증가시킬 수는 없다.

전달각 (Transmission angle)

m>40

i in (Fcos )

T  a l

o out

F cos 2

T

l





p  m

 











a

 m

cos T sin

T i

in o

out l

l

증가

3.4 치수 합성 (Dimensional Synthesis)

Ex. 3-1 Design a fourbar Grashof crank-rocker to give 45

of rocker rotation with equal time forward and back, from a constant speed motor input.

B₁

B₂

O₄

(임의의 위치) O₂

(임의) A₂

A₁

링크 3 링크 2

q₄ 링크 4

1. 출력 링크 O₄B를 임의의 위치에 설정. 2. B₁B₂의 연장선 상의 임의의 위치에 O₂

설정.

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

4. 만약 비-Grashof 기구이면 O₂를 다시 설정하고 2-3을 반복. Grashof 기구 이면 전달각 등 운동 성능 검토.

3.4 치수 합성 (Dimensional Synthesis)

Ex. 3-1 Design a fourbar Grashof crank-rocker to give 45

of rocker rotation with equal time forward and back, from a constant speed motor input.

(Excerpted from the textbook)

Ex. 3-2 Design a fourbar linkage to move link CD from position C

to

.

O₄ D₁ C₁

D₂ C₂

B₁

B₂

1. 링크 CD의 합성 위치 C₁D₁과 C₂D₂를 작도.

2. C₁에서 C₂까지, D₁에서 D₂까지 선을 그리고 수직이등분.

3. 연장선 상의 교점 O₄(회전극점, rotopole) 를 구함.

4. O₄로부터 임의의 반지름 상의 B₁, B₂를 설정.

5. Example 3.1의 과정 반복.

3.4 치수 합성 (Dimensional Synthesis)

3.4 치수 합성 (Dimensional Synthesis)

Ex. 3-2 Design a fourbar linkage to move link CD from position C

to

.

(Excerpted from the textbook)

3.4 치수 합성 (Dimensional Synthesis)

Watt 6-bar linkage

3.4 치수 합성 (Dimensional Synthesis)

Ex. 3-5 Design a fourbar linkage to move the link CD shown from

position C

to C

and then to position C

. Moving pivots are at C and D. Find the fixed pivot locations.

C₁

C₂

C₃ D₁

D₂

D₃

O₂

O₄

링크 2

링크 3

링크 4

(링크 1 = O₂O₄)

1. 링크 CD의 합성 위치 C₁D₁, C₂D₂ 및 C₃D₃ 작도.

2. C₁에서 C₂까지, C₂에서 C₃까지 선을 그리고 수직이등분.

3. 연장선 상의 교점 O₂를 구함.

4. D₁에서 D₂까지, D₂에서 D₃까지 선을 그리고 수직이등분하여 교점 O₄ 구함. 5. Grashof 조건 검사.

6. 운동 기능 검토.

3.4 치수 합성 (Dimensional Synthesis)

Ex. 3-5 Design a fourbar linkage to move the link CD shown from

position C

to C

and then to position C

. Moving pivots

are at C and D. Find the fixed pivot locations.

3.4 치수 합성 (Dimensional Synthesis)

Ex. 3-9 Design a fourbar Grashof crank-rocker to give 45

of rocker rotation with a time ratio of 1: 1.25, from a constant speed motor input.

A₂ A₁

a b

d

B₁ B₂

O₄ q₄

1. 원하는 각운동 q₄가 되도록 O₄B를 설정. 2. 임의의 각으로 B₁을 통과하는 선을 작도.

4. 크랭크와 커플러 링크의 길이 계산.

커플러 + 크랭크 = O₂B₁ 커플러 - 크랭크 = O₂B₂

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

6. 운동 성능 검토.

d180

-

3. 위 직선과 d의 각으로 B₂를 통과하는 선을 작도하고 교점 O₂를 구함.

a

 b TR

d



 d



 

180180 25

.

1 d  20

O₂

3.4 치수 합성 (Dimensional Synthesis)

Ex. 3-9 Design a fourbar Grashof crank-rocker to give 45

of rocker

rotation with a time ratio of 1: 1.25, from a constant speed

motor input.