автореферат диссертации по инженерной геометрии и компьютерной графике, 05.01.01, диссертация на тему:Анализ и синтез механизмов высоких классов с заданными относительным законом движения входного звена

РГ6 од

2 О СЕН

МИНИСТЕРСТВО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

. РЕСПУБЛИКИ ГРУЗИЯ .ГРУЗИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ИСКЕНДЕРОВ ЭЛЬЧИН БАРАТ оглы

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ МЕХАНИЗМОВ ВЫСОКИХ КЛАССОВ С ЗАДАННЫМ ОТНОСИТЕЛЬНЫМ ЗАКОНОМ ДВИЖЕНИЯ ВХОДНОГО ЗВЕНА

05. 01. 01 — Теория механизмов п машин

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТБИЛИСИ - 1993

РйбсЯ'а выполнена на кафедре «Теория механизмов и машин» Азербайджанского Технического Университета

Научный руководитель: Доктор технических наук,

профессор МАМЕДОВ В- А. Официальные оппоненты: Доктор технических наук,

профессор УПЛИСАШВИЛИ Дж. М. Кандидат технических наук, доцент ГОГОДЗЕ Р. С. Ведущее предприятие: СКБ АзНИИМЭСХ

Защита диссертации состоится «_' » а СУ^ЧЬ—_.

1993 г. в_(О час., на заседании специализированного

Совета по присуждению ученых степеней Т 05. 01. С. № 5—9 Грузинского технического университета, по адресу: 380075, г. Тбилиси, ул. Костава 68, ауд. 708.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГТУ по адресу: г. Тбилиси, ул. Костава. 77. Административный корпус.

Автореферат разослан

1993 г-

Ученый секретарь Специализированного Совета Т 05. 01. С. № 5—9, к. т/О

децект Г / м АРДЗИМАШВИЛИ Н. Г.

.. _________^.эддатр пИЛгГ

Актуальность работы. 3 настоящее время проектирование современных «алии, автоматов, приборов к т.д. требует создания механизмов пои минимальном числе звеньев и ма.тих габаритах, обладавших сольной долгопечкостьо к надежность!) работу. Зсем этил требованиям и характеристикам отвечает механизму псоких классов с задании« относ/.тельнни законен движения входных звеньев /;<ЗК с ЗОЗД 33/.

' Среди многочисленных механизмов, используемых в практике особое место за.ч.-.маот МЗХ с ЗОЗД 33. Такие иехаиизми пироко применяется п авиационной ¡» космической технике, в станкостроение, в сельхозмашинах, в машиностроении, особенно в качестве исполь-ни";льных и передаточных механиз.чоэ манипуляторов я робототехни-ческих систем.

Особенкостьй механизмов высоких классов с зад энным относительном законом дзлхения входного звена является разрешение приводив на подмхнях элгяеитах стержневой схемы хчх&.чизмэв. В ка-,„ честзе привода в таких механизмах применяется гидро-пневмомотори й прухкнч.

Нирокое применение '¿еханизм2Е__.зиооккх классов с. ЗОЗД 33 обусловлено их оольза.чи лрзимуиестваи-д: зоэмохностьс бесступенчатого регулирования скорости, быстродействием, халой удельной масс о/ г пр.

Определение число степеней свободы, положений звеньев, скоростей и ускорений такях механизмов а так яе вопроса синтеза и силового анализа представляет теоретической и практический интерес.

.. В диссертационной работе рассматривается гсгсросы структур-

иого, кинематического и силового анализа и синтеза :<ВХ с 3031 ВЗ векторном, методом. • .Деяь -работы. üe.ibD настоящей диссертационной работы является решение задачи'структурного, кинематического, силового анализа и синтеза плоских MBJ с ЗОЗД ВЗ векторный методом.

В соответствии с указанной цельв в работе поставлены к решены следухше основное за;;ачи:

- разработка нового метода расчета степеней свободы МЗК с переменкой длиной входного звзна,

-разработка методики расчета кинематического анализа МЗК с ЗОЗД БЗ векторным методом,

- разработка методики ведения силового взаимодейстзия звеньев

р ЗОЗД ВЗ векторным методом,

- разработка методики проведения аналитического синтеза МВК с ЗОЗД ВЗ,

- разработка и реализация маминых программ кинематического анализа МВХ с ЗОЗД ВЗ векторным методом на языке "БЕЙСИК".

Методы исследования. Решение поставленных задач основаны на ме~ ————————————— -j

тодах теоретической механики, теории механизмов и машин. Решение ¡i анализ математический модулей осушествяены аналитическими и численники методами с использованием ЭВМ. При исследовании использован современный аппарат:

- векторной аягебры,

- ананитической геометрии,

- теорли прибютения функции. '

Научная новизна. I. Обобщена структурная классификация МВК с ЗОЗД -33.

2. Разработан новый метод.определения степеней свободы плоского н пространственного ¡Ш с переменной длиной входного'звена.

з. Предложен вгкторкий метод кинематического и сигового анализа ;<ЗК с 3031 33.

и. Разработана методика аналитического синтеза ЯЗК с ЗОЗД ВЗ для вычисления некоторых параметров синтеза. .'

Практическая ценность и реализация работ;;. Б результате теоретических исследований з диссертационно?. работе:

- разработаны нозч-з рорчули для- расчета степеней свободы плоского и пространственного АЗК о переменной длиной входного звена.

- предложена методика анализа и синтеза Ч.ч.-С с 303/, 33 векторным методом, и.узшая некоторое лреихугества относительно каких-либо методов.

- оазработана программа на яза'ке дли ингенерного расчета анализа .Ш с 3-.

Результата работ.--; зк^дуени л С .15 АзНЖЧЗСХ при проектировании "Машина длд подрезки, пойегэв з/.^.ограднэ-л пази" к в учебном процессе пр.: чтении спецкурсов на ка}здре "Обете технические дисциплин-." .-»пнекого Государственного Лодагогического института им. Г.Б .огрдаои.

Сг.ндлемъ-Г: зкоком/.ческиа э{4ект от внедрения одной махины составикет 12 /дт:еяздцать/ тыо. руб»ей з год. Атроолиия чагтги. Оеяээдне ггоюяени* д:югертааионярй работы сбсуждашсв и был» одоЗрояы на:

- ХУ.ХХ НТ1-С ппо^еесоро.ко-лрзподарательгхого состава и аспирантов ЛзПХ им. Ч.'/.чьдочма. /г.Баху, 1550г./,- НТК прэрзссогско-прзлода:-.птельского состава ГГЛ'Л им. Г.Б.Ээр-дабп. /г.Гяшпа, 15Р0-1551 гг-/,

- НТК профессорско-преподавательского состава и аспирантов АзСХА им. С.Агакалноглы./г.Гянджа, 1351г./,

- всилзйной НИ профессорско-преподавательского состава, посвяшен-

ной десятилетие образования ЬзТй./г.Гянд*а,1991г./,

- Всесопзной конференции "Механизмы переменной структуры в технике" /г.Би!Псек,1991г./,

- распиреннои'заседании кафедры "ОТД" ГГЯИ им. Г.Б.Зердабя. /г. Гянджа Д991г./,

- ХГУ Республиканской НТК аспирантов Азербайджана./г.Баку,1991г.

- Всесоознок научно-практической конференция студентов,.молодых ученых и специалистов. /г.Гяндаа,1991г./,

- расширенном заседании семинара ха^едвы "Теория механизмов и - '

иашия" Лзербайдяалского Технического Университета./г.Баку, 1992г./

1

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в числе которых I. учебное пособие.

Структура и обьвк-диссертации. Диссертационная работа состоит . из введения, пяти глав, заюючения, списка литературы иэ//¿ наименований и приловенйи. Обший объем.диссертации еойгдкпяр.т МО.. страниц, в тон числе /¿»/страниц машинописного текста,/9 рисунков на I?-листах, ^ страниц распечаток программ и шчиеяения на ЭВМ.'

. ОСНОВНОЗ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность теки диссертации, дана обшая характеристика работы. ' ' "•

В первой главе излагаются применение МВК с ЗОЗД ВЗ в конструкциях швкн, выбор катекатичаского аппарата анализа и синтеза ' МВК с ЗОЗД ВЗ, анализ литературных источников и постановка задач днссертавдоцзса работы. ' / ' ■

В 1,1 приведены кинааатические схемы конкретных ыеханизмов высоких к,?аоеов о ЗОЗД ВЗ, воторыа пряиенявтея в конструкциях ¡экскаваторов, тракторов, станков, самолетов, сельскохозяйствен-

ных, дородных, подъемных машин.

3 1.2 излагается применение математических методов анализа и синтеза МЗК с ЗОЗД 33 и дагтоя их краткий анализ.

Работы в области анализа и синтеза, плоских и- пространственных ЛЗК получило раззитие в трудах 'Л.И.Артоболевского, ' С.Н.Кожевникова, П.Л.Лебедева, У .А.Д.юиасбекова, К.И.Левит-ского, В.А..Мамедова, 3.А.Зиновьева, 5..Ч.Дяхенгберга, К.С.Иванова, К.д.Ъайгукчекова, М.М.Яолдабекова, С.У .Дкоадасбекова, Р.'Л.Ализаде, Х.Р.Казыханова, Г.Е.Заклрога, З.Абдраикопа, З.Ц.Доронина, Д.З.Тавхзлидзо, Дх.К .Угнисашвили, Л.С.Нацвлишви- • ли, Р.С.Гогодзе, 3.Л.Воробьева, Фргйдйнштейна, лига, Дар{>и, Хартанберга, Антарасу, Зойня, Лнапчика и др.

Из исследования в области кеханизмоз с заданным относитель-нь'.-' законом дзияеиия входного зясна следует отиетить работы Л.А.Лебедева, У.А.Дхолдасбехова, СЛ .Когепникова, О.Г.Озола, И .С,Воробьева, З.А.Ламгдояа, в.'И .Верди и копа, 3.И Доронина, И. воробье :>2,Д .Н.Левитского, \\ .Л.Яхубовой, И.Я .Дзинтарса, К..'«й;1к:1, Мейер дур Капеллана, Ясдлэра, Адамчика, Ккапчика и до.

Несмотря на гтрсзеденнне исследования, необходимо подчеркнуть что многие попроси анализа и синтеза .ЧЗХ с ЗОЗД 33 мало исследованы.

Приведенные примеру конкретных схем механизмов, анализ основных публикации и.математических иетодоз дали возможность сформулировать постановки задач, рзденкз которых явилось основой реферируемой диссертационной работа.

Применительно к рассматриваемому классу .М31 с ЗОЗД 33 решается сяздушсие задачи.:

1. Уточнена {юряулч для определения число степеней свободы плоских и' пространственных .{¿¡¡С с переменной длиной звеньев.

2. Разработана"методика кинематического анализа МЗК с ЗОЗД ВЗ

векторным методом.

3. Показано -определение ситового взаимодействуя звеньев КЗК с ЗОБД ВЗ векторным методом.

Решена задачз аналитического синтеза Х3£ с ЗОЗД ВЗ. 5. П'олучен алгоритм реализации методов расчета масин на ЭЗ.Ч.

Во второй глава иа основании векторного метода получены векторные уравнения взаимозависимости параметров плоского механизма трегого к четвертого кяасса.

3 этой главе приводится кинематичеохий анализ плоского механизма тратого класса с ЗОЗД ВЗ векторным методом /рис.1/.

Введем сяедусшяэ обозначения: 5 • С ' {>' ' о1 ' т.-

Т) —

ОС ~ векторы, отображение отрезки продольных осей звеньев. 5 - обобщенный координат, о( - ( ) , 2 - (сь, £ ) ]

? - (5:ъ); т - ); ц - ); % = (X &): ^=(<*); = ц,*) -

переменные угли кекду звеньями механизма. Величины этих углов определяется из геометрических соотнасений звеньев механизма.

Ползуясь "формулой трах ортов" для определения орта, составлявший с двумя друг;::« заданными ортаки заданные углы, найдем орт векторы и векторы следуохим образом:

Ъс - ас- ь&ьоС ± ас хЪ.ыь. с( 5-5-5.

- я• еауз ± 4* Лс и^ъ

-3' 1--4-1

Далее по уравнзтю замкнутости векторного контура АЪЕГ находим векторО. : __

а -э + £ -г ^

Все вектор-функции определены в зависимости от обобщенной координаты 5 . которая определяется как функция от времени, т.е.

5=5 (1)

При представление вектор-пункции в координатной /скалярной/ форме выбираем прямоугольнуо систему координат 0X9 , напоавив ось ОХ вдоль линий АТ" , ось ОУ перпендикулярна ей в плоскости векторов а и 5 '. Осямабиисс, ординат и аппликат выбранной прямоугольной системы координат соответствуют орты I,

Выше приведенные векторные уравнения взаимозависимости параметров плоского- механизма тргтего класса с ЗОЗД ,ВЗ представляются в следу£>шей координатной форме: ~0-0 = 1

а. - ¿-л

— — _

1 я к 1 </

ас к п., -=. Йох (Хсу а« — 1 0 0

П-О* 0 О /

5С = I С<Йс/ ± ^ М.4г. с/

5 = 5 (1

£ = £ (¿со Ь (<* ± ¿¿¿К | = а -5 - £

Рис.1. Расчетная схема к кинематическому анаяизу плоского 1 механизма третьего класса с ЗОЗД ВЗ.

механизма четвертого класса с ЗОЗД ВЗ.

к

Определение скоростей и ускорений двкчения звеньеп и их то-чед осуществляется по правилам дмЭДэрс.чикрованкя вэктор-}ункчии по скалярному аргументу - параметру времени, от которого зависит обобщенная координата механизма 5 .

Исследованке взаимозависимости параметров движения плоского механизма четвертого класса с ЗОЗД 33 аналитическими методами, а также другими скалярными представлениями движении приводит к слолным алгебраическим уравнениям. и систеу.пм уравнений внеоких степеней, трудно оазо.'омым или язразрззикни в явном виде.

И этой глазе диссертации излагается взхторний метод определения вектор-¡»ункции, отаСрахашлх пгрзиетры абсолптннх относи-ге,7ь.:ь'х дгнжйний, угловых. и линейных скоростей и ускорении движения звекьоз плоского механ/зуа четзгптого класса а ЗОЗД ВЗ, схема которого показана на рисунхэ 2.

Третья глава посьяп.зна кинематическому анализу механизмов пятого и ¡гестого класса с ЗОЗД 35 вакториик кгтодон.

3 этой главе ранена задачи кинематического анализа плоского механизма пятого класса о ЗОЗД 33 /рис.3/.

Получек^ зек?орнн.; уравнения взаимозависимости звеньев ис-следуеь'зго кегесгз.'О. Относитетгп зхЗэг.пкоЯ прямоугольной снс-те;;м координат СХУ постоянные яектерч преобразояанч в скаляр-

-а-

14/1

|охЯс = - Тхлу + ^ссъ?

- к I (4/4) Шв3 ± со.- I Шг"1)

• йн. в

механизма пятого класса с 503Д ВЗ.

механизма шестого класса с ЗОЗД ВЗ.

- fi-

ll ув форму. Определены скорости и ускорения движения звеньев механизма и их точек.

В этой главе на основании векторного метода излагается | кинематический анализ плоского механизма шестого класса /ркс.г(/.

Вектор-Пункции звеньев механизма составлено следуопем образом: _

а 0 = L • «» о^ ± * К

а = а • S0- - OLe ■ i й„ x ft.-si^-js S =S-5„

с = с ce

Je = Cc ± ce X iiA<f eo = ¿-соьу ±

e - e-

Определение скоростей и ускорений движения звеньев плоского механизма ш.-стего класса с ЗОЗД ВЗ осувеста;}летс/; правилам дифференцирования вектор-фуншда параметру времени t .

Четвертая г.освяаена аналитическому синтезу rm;..<'>ro

механизма пятого и шестого класса с ЗОЗД 33.

Плоский механизм ¡вес те го класса о 203Д 1-й /рис.5/ мох-гть выполнять сюдуотгие $ункцяа п£>ло*ем;:л:

<У = г; (б)

< С V (в)

, V = У (5) В = о (5)

где, б - обобщенная входная координата, т.е. параметр харак-теризумган иерачопение -входного звена, которая определяется слодусиии образоя:

где,

Б0 - началъноз значения персмеиение,

текуссс значение перекепенио. Выходные параметры синтеза следусшие: -/и'; Б0 ' С "

При екктеае, мохно считать заданны!/, небу!) из четырех функции г.оюхеики.

В работе рассмотрлаазтся синтез заданной функции 1Г= 1/(5}. Для синтеза получа^к взве^сннус разность в виде:

д . = б! 1- 2+ -б," -Сл- I* + гкт + I) -2 Ьс ■ ем + + (8 + ? - 'Ы)

Полученное яиракекке взвешенной разности сэдергить еггду-оцих некоих параметров синтеза:50) 0-,

3 2Тоя главе при помоги методов интешолировакии л ктл-раткческой поабкккигм/. функции вычислены тр::, четыре, секи и оста-тькчс плракотра синтеза данного кехач::л.ч';.

?яс.5. Pao4iv¡ta>i схзма к синтез/ плоского twxwtrtsv.i шзсхзго класса с ЗОЗД 33,

В пл-'.oTi гл;'.яе разраоотац .пекторныл у.ьгсг, ли.чпл

сил- во.аимодс-лстьая в плоском йехонязу.о вззтего о

300Д 33 /риз.б/.

При iipoi еденх;'. су.toього т»асче?<л ruTiisar/.сь с/лн "••>'' ти звеньев /G-¿/, силы а момент ti икер:ин, oíum >, vn-.w • сопротизлеяля. Зеличлнк всех результиру^,/* жгчгог.о? ¡>,tti-них сил / P¿ /, деазтьух-гглх в зкеаь.о считшпс.н пь ; v:к ./ vt приведены к центрам кикзхатичезких ил-, »иуянкиа.

Рис.6. Расчетная схема к силовому анализу плоского механизма шестего класса с 305Л ВЗ,

Составляем векторные уравнения равновесия сип и пап сил, действуп^их на подвижные звенья механизма относительно полиса А, -

- {}-

»

Реиая вышеуказанные уравнении получаем, явные •пзктор-фуикции для определения сил реакции и двиясушей сили в рассматриваемом механизма.

В приложениях райгти приведена акты внедрения полученных результатов и распечатки основных программ кинематического анализа МЗХ с 305^ 33.

• -П-

зашчяш и зааодн.

-ояшей диссертационной работе проведена разработка векторного метода анализа и синтеза ХЗХ с ЗОЗД 33. В результате прозеденных исследований ресены сяедусцие теоретические к практические задачи;

1. Разработан новый метод определения степеней свободы МВК с переменной длиной' звеньев.

Известно, что существующие формулу для определения степеней подвижности механизмов не учитывают переменность длин звеньев. Предлагаемые формулу-для определения ч-/сло степеней свободы механизмов учитывает наличке .в них звеньев переменной длины.

2. На основании векторного метода получены векторные уравнения взаимозависимости параметров плоского механизма третего и четвертого к. асса с ЗОЗД ВЗ.

3. Предлокен векторный хетод определения угловых и линейных скоростей и ускорений двиг.ения звеньев плоского механизма третего и четвертого класса с ЗОЗД ВЗ.

4. Разработав векторный метод кинематического анализа плоского механизма пятого и азстего класса с ЗОЗД 33.

5. Решена задача аналитического синтеза МЗК с ЗОЗД 33.

6. Показано определение силового взаимодействия звеньев МЗК с ЗОЗД ВЗ векторным методом.

7. Получен алгоритм реализации методов расчета мапин на ЗВМ.

Экономическая эффективность от внедрения результатов работы составляет двенадцать тысяч рублей на одну мапину.

Основные положения диссертации изложены в Следующих публикациях:

1. Определения положений звеньев механизмов высоких классов // Тезисы докладов ХХХХ профессорско-преподавательского состава и аспирантов АзПИ им.Ч.йльдрыка - Баку, 1990, с.75. /в соавторстве с В.А.Майедовым/.

2. Аналитическая хкнематака кулисного механизма с входным иатуно'м векторным методом с использованием ЭВМ // В сб.: "Исследование и проектирований механизмов робототехнических систем" - АзПЯ им.Ч.Ильдрама - Баку, 1989," с .11-15 /в соавторстве с В.А.Каиедовым/. „3, Вычисление четырех и семи параметров плоского .

к а' пятого класса с переменной длиной входного звена // В ed.: Анализ и синтез кспольнительнах парнирных механизмов манипуляторов и расчет их элементов на точность, прочность и долго-, вечность. АэТУ - Баку, 1991, с.17^2 /в соавторстве с В.А.Ка-' медовым/. . "

4. Аналитический синтез пятазвенного пространственного . одноконтурного механизма переменной структуры //Материалы ВсесоЬзной конференции "Механизмы переценной структуры в тех-:шке" - Бишкек, 1991, с.173-174 /в соавторства с В,А „Кам'едовым/

5. йетодика кинематического анализа плоского механизма пятого класоа векторный методом //тээиоы Всесоозной конференции студентов, молодых ученых я специалистов - Гянджа, 1991,

а .14-15. -

о.1 Теория механизмов и мааин /Методические указания и контрольные задания/, на awjpö. языке - Баху, изд.АЛУ,. ISS£. 60стр. /в соавторстве с А.и.Касумовый и 'Л.А .Гадшевой/. .

. 7. Аналитический синтез плоского иеханизма"пятого класса а заданным относительный законов диазения входного эвена //Тезисы докладов научной конференции аспирантов я дкеезрмнгов ГПМ иы.Г.Б.ЗердаВи - Г>?ддда, ISS2, /з пзчати/.

8. Сливой анализ плоского у.еханизма пятого кяасса с заданным относительным законом движения входного звена.//Тезисы ХП Республиканской НТК аспирантов Азербайджана - Баку, 1952, /в печати/.

9. Сплоаой анализ плоских ркчаюшх механизмов высоких классов векторных методах //Йатериалы У.схдународиоя конференции "Пространственные рнчалкыс механизма -л механизмы высоких классов /Теория и практика/"" - Алма-Ата, 1593 /б соавторстве с ВД.Камедовым/, /в печати/.

Г