Változtatható inerter modellezése és vizsgálata
A mechatronika egyik alapvető feladata a különböző fizikai és technikai rendszerek egységes modellezése. Ezt az egységes modellezést gyakran a Trent-féle analógia alapján végezzük el. A kondenzátorral analóg mechanikai elemnek, az inerternek – amelynél a megjelenő erő a pólusainak relatív gyorsulásával arányos – egészen 2002-ig nem volt jól használható fizikai megvalósítása. Malcolm Smith ekkor javasolt olyan kompakt elrendezést, amely a fenti karakterisztikával bírt és – az ötlet gyakorlati hasznát jól alátámasztva – 2005-ben már a McLaren csapat Formula 1-ben eredményesen szereplő versenyautóinak felfüggesztésébe is beépítésre került.
Az inerter nagy előnyét az jelenti, hogy egy rendszer két tetszőleges pontja között tud jelentős tehetetlenséget generálni, mindezt ehhez a tehetetlenséghez képest csekély tömeggel. Ezzel és a hagyományos passzív elemekkel együtt (rugó és viszkózus csillapítás) elméletileg akármilyen passzív mechanikai impedancia létrehozható, amely jól használható akár futóművekben, akár más rezgéscsillapító eszközökben.
Amennyiben a csillapító rendszer paramétereit működés közben változtatni lehet, az adott gerjesztéshez jobban illeszkedő karakterisztika érhető el. Erre a viszkózus csillapításnál már vannak régóta alkalmazott megoldások, azonban ez az inerternél még meglehetősen kiforratlan terület.
A munkám távlati célja, hogy egy a gépjárművekben egy kisebb robotkar rezgésszigetelésére alkalmas rendszerbe illeszkedő inerter tervezéséhez szükséges előzetes vizsgálatokat elvégezzem. Így a TDK dolgozatomban először bemutatom az inerter hatását a hagyományos rugóstag frekvenciaátvitelére, illetve, az ebből származó előnyöket. Ezek után az elvégzett irodalomkutatás alapján összevetem a változtatható inerter lehetséges konstrukcióit, majd az ezek közül optimálisnak ítélt (komplexitás, megvalósíthatóság, hangolhatóság alapján) konstrukció alapvető mechanikai és geometriai modellezését ismertetem.
A dolgozat utolsó részében a változtathatóságot biztosító szabályozók elkészítését, a szimulációk elvégzésére alkalmas környezet felállítását, majd az ebben elvégzett szimulációk – szabályozók viselkedése, szerkezetben ébredő erők – eredményeit mutatom be.
Irodalom:
1. Minoru Takino és Takehiko Asai. „Development and performance evaluation of an electromagnetic transducer with a tuned variable inerter", Journal of Vibration and Control (2022)
2. M.C. Smith. „Synthesis of mechanical networks: the inerter", IEEE Transactions on Automatic Control 47.10 (2002), 1648-1662. old.
3. Wenfeng Li és tsai. „Vibration control of vehicle suspension with magneto-rheological variable damping and inertia", Journal of Intelligent Material Systems and Structures 32.13 (2021), 1484-1503. old.
