автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.18, диссертация на тему:Модульный синтез плоских рычажных механизмов с выстоями выходного звена в крайних положениях по заданной циклограмме

РГ6 од

1 о МДЯ рз

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ

" РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Новосибирский государственный технический университет

На правах рукописи

УДК 531.8

ХОМЧЕНКО ВАСИМ1 ГЕРАСКЮ.ВИЧ

МОДУЛЬНЫЙ СИНТЕЗ ПЛОСКИХ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ С ЩСТОЯМИ ШХОДНОГО ЗВЕНА В КРАЙНИХ ПОЛОЖЕНИЯХ ПО ЗАДАННОЙ ЦИКЛОГРАШЕ

Специальность 05.02.18 - Теория механизмов и машин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новосибирск, 1393

Работа выполнена в Омском политехническом институте

Официальные оппоненты:

- чл.-корр. Академии транспорта России, доктор технических наук, профессор В.И.ДОРОНШ (ХИИНТ, г.Хабаровск),

- доктор технических наук, профессор К.С.ИВАНОВ (КазПИ, г.Алматн),

- доктор технических наук, профессор Э.Е.ПЕЛСАХ (СПбГУТиД, г.Санкт-Потербург)

Ведущее предприятие:

- Институт машиноведения Академии паук Республики Кыргызстан (г.Бишкек)

Защита состоится '46 " июня 1993 г. в /О— часов на заседают Спэциал23Ероваш-:ого совета Д 063.34.02 Новосибирского государственного технического университета по адресу: 630092, г.Новосибирск, пр. КЛ.!аркса, 20.

С диссертацией шшо ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан кд/и ¿¿-/ъАмги. 1993 г.

Учений секретарь Специализированного совета ■ д.т.н., профессор А. Х^г——- В.Й.Хон

—-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Создание высокопроизводительных, простых в изготовлении и надежных в работе цикловых технологических машин-автоматов и манипуляторов, предназначенных для автоматизации технологических процессов по обработке штучных изделий различного назначения, является одной из основных задач современного машиностроения. Решение этой задачи позволит существенно сократить долю ручного труда во многих отраслях про.мшялешюсти, например, на операциях расфасовки и упаковки готовой .продукции, загрузки-разгрузки металлообрабатывающего оборудования, на сборочных а на других операциях, а также даст возможность повысить производительность технологического оборудования и качество выпускаемой продукции.

Наиболее перспективными исполнительными механизмами цикловых кашин-азтогатоз я манипуляторов являются рычажные механизмы, т.к. они гаев? высокую нагрузочную способность, хорошие массогабаритные характеристики, шгут работать при больших скоростях, просты в изготовлении а эксплуатации, надели'ы в работе а но требуяг для согласования своих движений слоеных систем управления.

В цикловых технологических маикнах-ввтоштах и манипуляторах в большинство случаев рабочие органы пря выполнения своего функционального назначения соверпаат циклические двиаендя от одного крайнего положения до другого с остановками конечной продолжительности в одной или в обоих крайних положениях. Диапазон соотнопешй длительностей пп-тервалов движения а выстоя рабочих.органов технологических каппн-авто-иатсв весила пиров.

В настоящее время отсутствует эффективные и достаточно оаверпеннно глетода синтеза рычажных механизмов с выстояаш выходного звена в крайняя яолоаеяиях по наперед задании циклограммам с возможностью назначать практически любые требуемые по технологическому процессу длительности интервалов движения а выстоя рабочего органа. Противоречие авдцу больпет разнообразием циклограмм в технологических мзпшиах-автематах и канЕЛуляторая а огранпч.нншп существующими катодами синтеза возможностями рнчажкых механизмов, как устройств для реализации зараяяо га-данных циклограмм, приводит « тому, что рычагиые механизмы, несмотря нэ их преимущества, используется сравнительно редко, уступая место кулачковым и кулачково-рычазашм механизмам, для которых характерен ряд существенных недостатков, таких, как.сравнительно .низкая технологичность и износостойкость, трудности получения больших перемещений, ¡дум при работе и др. 3

Существуют два основных способа получения приближенных остановок выходных звеньев рычажных механизмов. В первом способе используют шатунные кривые, приближенно воспроизводящие на некотором участке дуги округлостей или отрезки прямых. Второй способ получения приближенных выстоев основан на использовании предельных положений звеньев рычажных механизмов. Приближенный выстой выходного звена рачаяного механизма получается в этом случае за счет того, что в окрестностях предельных положений звеньев большим перемещениям предшествующа групп звеньев соответствуют существенно меньшие перемещения последующих. Двух-, трехкратное использование этого эффекта обеспечивает выстой выходного звена рычажного механизма с требуемой точностью.

В данной работе для обеспечения выстоев рабочего органа в крайних ' положениях используется предельные положения звеньев рычажных механизмов, т.к. такой способ получения выстоев наиболее приспособлен для реализации с помощью рычажных механизмов заданных циклограмм п позволяет 'создавать более рациональные конструкции машин-автоматов.

В настоящее время решены отдельные задачи кинематического синтеза рычажных механизмов с выстоями выходного звена за счет использования предельных положений звеньев. Обобщенной теории синтеза рычажшх механизмов по заданной циклограмме движения рабочего органа с возможностью назначать любые требуемые по технологическому процессу длительности интервалов перемещений и выстоев не разработано. Известнее метода синтеза рычажных механизмов названного типа не обладают свойствами модульности, что такаэ затрудняет широкое применение рнчанных механизмов в конструкторской практике. В связи с изложенным проблема создания модуль ного метода кинематического синтеза рычажных механизмов с вист ого/, ц выходного звена в крайних положениях по заданной циклограмме за счет использования предельных положений звеньев весьма актуальна.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом каучно-ис-следовательшх работ Омского политехнического института. Данная проблема включена в программу фундаментальных исследований РАН по комплексной проблеме "¡¿атшостроение и технология" на 1983-2000 гг. (направление - теория машин и сястем машин; раздел 1.1.1 - разработка методов автоматизированного синтеза а анализа механизмов).

Даль работы заключается в создании метода структурного синтеза, модульных методов кинематического синтеза рычаннцх механизмов, обеспечивающих выстой выходного звена в крайних положениях за счет использования предельных положений звеньев в соответствии с заранее заданной циклограммой движения рабочего органа, в разработке на основе указан-

4

на методов системы автоматизированного оптимизационного синтеза ры-южных механизмов названного типа и в разработке справочных материа-к>8 и рекомендаций по пх проектированию.

Научная новизна. Научную новизну имеют

- методы структурного синтеза и анализа и структурной классификации рычажных механизмов с выстоями выходного звена за счет предельных положений звеньев;

- новые рычажные механизмы Ш, 1У и более высоких классов, пркгод-ше для получения выстоев выходного звена в крайних положениях за счет 1редеяышх положений звеньев;

- модульный метод кинематического синтеза рассматриваемых в работе типов рычажных механизмов с выстоями выходного звена в крайних положениях по заданной циклограмме;

- методы анализа возможностей рычажных механизмов, как уотройств цля реализации циклограмм движения рабочих органов технологических

тшин-автоштоз, и математическое описание дополнительных условий син-геза, обеспечивающих работоспособность рычажных механизмов на этапе кинематического проектирования; -

- методы модульного исследования свойств рычажных механизмов по обеспечиваемой ими кинематической точности выстоя и методы анализа и приближенного расчета кинематической погрешности выстоя;

- обобщенный алгоритм кинематического проектирования, алгоритм и система автоматизированного оптимизационного синтеза рычажных механизмов с выстоями выходного звена в крайних положениях.

Практическая ценность работы заключается

- в создании новых структурно-кинематических схем рычажных механизмов, в том числе высоких классов, обладающих потенциально большей кинематической точностью выстоя выходного звена;

- в разработке рекомендаций и справочных материалов по выбору типов механизмов-модулей, ах модификаций и значений свободных параметров синтеза из условия обеспечения требуемой точности выстоя;

- в создании атласа модификаций механизмов-модулей П класса к в разработке методически; указаний по модульному синтезу рычажных механизмов исследуемого типа;

- в создании алгоритма, пакета прикладных программ и системы автоматизированного оптимизационного синтеза в кинематического анализа рычажных механизмов П класса по заданной циклограмме;

- в разработке ряда оригинальных кинематических схем и конструкций исполнительных рычажных механизмов цикловых технологических мапшн-

5

автоматов и манипуляторов различного назначения.

Реализация работы. Основные результаты диссертационной работы реализованы при создании рада цикловых технологических машин-автоматов и маннауляторов, а такае в учебном процессе.

Созданы и внедрены исполните льние рычажные механизмы самонакладов 304, 6С-1, ¡106 печатных ыапин и механизм привода графеек фальцаппарата печатной машины П0Г-6Э с годовым экономическим эффектом 147,34 тыс.рус в ценах 1ЭЭ1 г. (хИ^Лолкграфмэш, Москва).

Внедрена методика проектирования и создана машина-автомат для резки яблок на дольки и вырезки сердцевины в Центральном проектно-конст-рукторском бюро Госагропрома КазССР (АЛмати). Годовой экономический эффект от внедрения методики и машкяк-автомата для резки яблок составил 50,5 тыс. руб. в ценах 1ЬЫ г. Новизна машины-автомата подтвергде-на полокителышм решением й 4732862/13 от II.07.90.

Передана для изготовления техническая и рабочая документация на расфасовочно-упаховочный автомат жидких продуктов (Республиканская база материально-технического снабжения "Омская", Омск) и на автоматизирований: комплекс по обкатке шестерни трансмиссии трактора ДГ-751 (СибзаЕод им. Борцов революции, Омск), в которых в качестве приводов рабочих органов использованы рычашше механизмы с быстояын.

Разработаны кинематические схег.щ рычажного манипулятора для подачи штучных заготовок к прессу к универсального логического ричазлого механизма, защищенные а.с. СССР 1355330 н 1573270.

Разработанные методы синтеза рычааных механизмов по заданной циклограмме, система автоматизированного оптимизационного синтеза, пакет прикладных программ и необходимое методическое обеспечение внедрены в учебный процесс в Омском политехническом и в Павлодарском индустриаль ном институтах.

Апробация работы. Основные полонены и результаты диссертацио-шой работы докладывались и обсувдались на заседаниях филиалов Семинара АН СССР по Ш (Новосибирск, 1582, 1984, 1»69; Одесса, 1389; Алматы, 1989; Бишкек, 1991), Семинара лаборатории робототахнических систем , Института машиноведения АН СССР (Москва, 1990), на всесоюзной научно-практической конференции 'Проблемы создания и внедрения гибких производственных и робототехническюс комплексов на предприятиях ыашияоетро ения" (Одесса, 1969), на республиканской конференции по проблемам машиностроения Казахстана на этапе перестройки (Павлодар, 1989), па П всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы развития к совершенствования подъемно-транспортной, складской техники и технологии

6

(Москва, 1990), на республиканской научно-технической конференции "Автоматизация и диагностика технологических процессов" (Луцк, 1990), на всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы создания и эксплуатации Л1С а ПР на предприятиях машиностроения" (Севастополь,

1990), на 17 научно-методическом совещании заведующих кафедрами л ведущих лекторов по ТШ вузов республик Сродной Азии и Казахстана (Ал.-а-ты , 1991), на всесоюзной научно-практической конференции "Ученые специалисты в решении ссциально-экоклтческих проблем страны" (Ташкент,

1991), на всесоюзном совещании по методам расчета полиграфических машин-автоматов ' (Львов, 1991), на всесоюзной конференции "Механизмы переменной структуры в технике" (Бишкек, 1991), на семинаре "Автоматизация и механизация сборки, регулировки и испытания машиностроительных изделий" в Центральном Российском доме знаний (»«осква, 1991).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 52 научные работы, в том числе две монографии, дна авторских свидетельства и одно поло:ки-тельиое решение на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, включающего ¿78 наименований, и приложений. Основной текст изложен на 238 машинописных страницах, поясняется 83 рисунками и II таблицами. Общий объем диссертации с приложениями составляет 390 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе содержится обзор и анализ механизмов для перемещения рабочих органов цикловых мааин-автоматов и манипуляторов с выстоямгГв крайних положениях, способов получения вкстоев рабочих органов с помощью рычаяных механизмов и методов синтеза таких рычазшшс механизмов. Отмечается перспективность рычаяпых механизмов как исполнительных устройств высокопроизводительных цикловых машин-автоматов и манипуляторов. Указывается, что в цикловых машинах-автоматах и манипуляторах наибольшее распространение имеют три тша циклограмм: "лодъем-вкстой-опускание-выстой", "под-ем-выстой-опускание" и "подъем-опускание". 3 качестве обобщенного типа циклограш принимается первый. Обращается внимание на преимущества второго способа получения выстоев. •

Большой вклад в развитие методов синтеза рычажных механизмов, обеспечивающих выстой выходного звена, внесли Д.Л.Чебышев, Н.И.Левитский, С.А.Черкудинов, У.А.Дгодцасбеков, Б.Я.Белецкий, ¿.И.Доронин, Г.Ш.Заки-ров, К.С.Иванов, Э.Е.Пейсах, ¡О.Л.Саркнсян, Л.Бурместер, Г.А.шт, К.Ха'Лн,

7

В.Име, В.Мейер цур Капеллен, В.Лихтенхельд, а также З.Е.Босак, А.А.Гс лован, В.И.Гордиевский, Д.С.Гродзенская, -Р.П.^вахян, К.Г.Мовсесян, й.Г.Олейник, Н.В.Сперанский, А.М.Халилов и другие ученые.

Показано, что методы синтеза рычажных механизмов, обеспечивающих выстой рабочего органа за счет предельных положений звеньев, разработаны недостаточно полно. В частности, они не позволяют вести синтез по наперед заданной циклограмме с возможностью назначать любые требуе мне по технологическому процессу длительности интервалов движений и выстоев и не отвечают принципам модульности. Сформулированы цели и за дачи исследований.

Во второй главе изложены основы модульного метода кинематического синтеза плоских рычаяных механизмов по заданной циклограмме. В качест ве модуля в работе принимается такой рычажный механизм, который не мо жат быть представлен как сочетание более простых механизмов. Установлены взаимосоответствия между обобщенной циклограммой движения рабоче г» органа (рис. I) и графиком функции перемещения выходного звена рычажного механизма. Равномерное приближение обеспечивается при условии

ш

где ф^ - усредненное перемещение выходного звена рычажного механизма

Рис.,1. "Обобщенная циклограмма (I) и вид функции перемещения выходного звена рычажного механизма (2)

Одной из разновидностей 2гго способа получения приближенных выстое является последовательное соединение простейших рычажных механизмов (например, четырехзвенных), проходящих на интервалах остановок через свои предельные положения (рис. 2). Можно выделить три вида простейших механизмов в цепи их последовательного соединения, рассматривав-

I Л . , А*

<вг <Ра2. \9

2И

Рис. 2

. ,' с' Кинематическая схема восьмизвенно-

г0 рычазтого механизма с выстояни выходного звена в двух крайних по' " лояениях

мых в ходе синтеза гак независимые механизмы-модули: исходные механизмы-модули (рис. 2, А, З^Д,) , сбё— слечивавдие выполнение заданной углами (рг (ра1 и 1р2 (рис. I) циклограммы; присоединяемые промелут очные механизмы-модули (рис.2,Лл/уу^), уменьшающие перемещение выходного звона' за интервалы вистоев, п присоединяемые замикаххдне механизмы-модули (рис. 2,А3В3С£П3), обеспечивающие долустиыуя кинематическую погрешность остановок п за 1-й и 2-й интервала выстоев (ряс.2, П = 3) и заданное перемещение рабочего органа. Обссновшззвтся принципиальная возможность .модульного кинематического синтеза рычаг:-нкх механизмов по заданной циклограмма как передаточных (преобразующих движение) п как транслируящих (передающих движение) устройств. С цольа существенного упрощения методов модульного кинематического синтеза рнчааннх механизмов по заданной циклограмме предлоген порядок синтеза механизмов-модулей в направлении от исходного к замыкающему, а в отдельном механизме-модуле - от его входного звена к выходному. Такая последовательность обеспечивается, в частности, принятием в качестве единичного входного звена механизмов-модулей и включением перемещения СУ™их выходного звена (рис. 2, 1 = 1, 2, 3) за интервалы движения в число свободных ила задаваемых параметров синтеза. Синтез замыкающего нехапизма-мод.,ля вначале ведется при условии (рис.2, /7=3), а на заключительном этапе численными методами достигается с достаточной для практики точность» выполнение условия (I).

Разработан метод структурного синтеза рычагных механизмов, пригодных дая получения выстоев за счет предельных положений звеньев. Простейшими структурными -образованиями, наличде которых в механизме позволяет получать предельные положения звеньев, являются группы П клас-

са 1-го л 2-го видов (рис. 3), названные р-диадам«. Предельные полоне-кия звеньев с( и ß з механизме возникают тогда, когда кратчайшее расстояние ме.-кду внекнЕли кинематическими парами р -диад достигает экстремальных значений. Принимая в качестве механизма' I класса стойку и выходное звено механизма и присоединяя в определенной последовательности р-диады, мокно синтезировать разнообразные структурно-кинематические схемы р-механизмов, т.е. рычакных механизмов, доставлящих приближенный выстой выходному звену за счет использования предельных положений звеньев, обеспечиваемых р-дкадамп. На рис. 4 представлены некоторые из известных р-механизмов П и Ш классов, а на рис. 5 - некоторые из вновь полученных р-ыоханиэмов высоких классов.

Рис. 4. [йрнирные р-механизмы Е класса (а) и Ш класса (б)

Рис.'5. Шарнирные р-механизш 1У класса (а) и У класса (б)

В качестве структурных элементов плоских р-механизмов и их классификационных признаков выступают два вида механизмов I класса и три вида р-диад (3-й вид р-диады возникает из-за структурной несимметричности группы П класса 2-го вида)..Использование указанных структурных элементов, как оснований классификации, позволяет на регулярной освс-

' 10

ве решить вопрос о структурной полноте множества возможных типов р-механизмов определенного класса. В табл. I приведено полное множество р-механизмов-модулей П класса, а в табл. 2 - фрагмент полного множества типов р-механизмов-модулей Ш класса. Структурная классификация р-механизмов монет быть представлена в формализованном виде (шифры в левых верхних углах элементов табл. I и 2) как совокупность вдентлокаторов структурных элементов, записанных в порядке наслоения названных элементов, начиная с механизма I-класса. Полное число возможных типов плоских р-механизмов и, в частности, р-механизмов-модулей определенной структурной схемы рассчитывается по формуле N=23", где

Третья глава посвящена разработке методов кинематического синтеза плоских рычажных механизмов-модулей нак составляющих рычажных механизмов с вы-стоями выходного звена з крайних положениях по заданной циклограмме. Предложены акалптп-ческпе методы синтеза механизмов-модулей, ориентированные на создание эффективных алгоритмов автоматизированного оптимизационного проектирования рычажных механизмов. Для этого, в частности, из совокупности свободных и рассчитываемых параметров Еццелено множество унифицированных параметров сопряжения механизмов-модулей, представляющее широкие возможности дам алгоритмической ком-понозкп математических . эделей механизмов-модулей различных типов.

Предложены методы графического синтеза механизмов-модулей как основы для инженерной разработал исполнительных механизмов на этапе эскизного проектирования и для выбора начальных значений свободных параметров при оптимизационном синтезе.

Аналитический и графический синтез механизмов-модулей выполняется з два этапа. На 1-м - механизм рассматривается как передаточный.Здесь

II

П - число р-диад.

Таблица I

р-ЗиаЗы Механизмы 1-го класса

м ь « О!

1 ъ А А, С, КриВлшипмо-гмцнпш

в, А А, Ч л°> КриОоинтнц- кулисный к ^Жт А. • *~-*ТТ7ТГГ. сичцсний: хрьсэамно- плиумнш кш-шслсбо- лмцниыи

лГ^ с, а]^ М Т % '

Таблица 2 определяются его относи___' тельные кинематические

Механики 1-го масса размеры, угла малого раз-

g -g g —_____маха выходного звена за

| I f. ■! -U 1л интервалы выстоя и некото-

55. «L 15 «». JfàP' рые ДРУГШ параметры. На

---'_!_:__'— • 2-й - механизм проектиру-

— '--Р---—-___Î__ется liait передающий дважо-

Jj ' JJ „ fJLi î!L ше от входного звена к

QQf а. & -

A рабочему органу. При этом

/ \ у—i/ ^ ' вычисляются абсолютные ки-

6 о Лд/ ' Т^ Àt/B> нематпческие размеры звень-

ям ' ' ев, углы, определяющие по-

Л1л Bj сг ! ?JÙ лоненпе входного и выход-

q ' л< zR ¿¡г сг ( ного звеньев в начале 1-го

/у интервала двшения, а так-

А с ' / с> . 7} ' a^cT^S4 ае угош жесткого закрепле-

3 1 __, шш входного звена меха-

Л 'НА _ нкзмов-модулей к зыходно-

?\' A i ^ \ ^f А\ !Вг лу ззену предыдущего кэха-

/\ гЫг-^ / hJ^ г низма-модуля.

V^^/f "'"г^ТВР Рассмотрим более под-

M ^_' I 'ч ' робно синтез исходных п

присоединяемых р -механизмов-модулей. В качестве исходных механизмоз-модулей могут быть использованы различные простейшие р-механизмы П, Ш и более высоких классов. Для графического построения, например, исходного крлвошапно-корошслового четкрехзвегшика, как передаточного механизма, при обеспечении равномерного приближения достаточно по заданным углам cpi, tfiQ1 и вычертить соответствующие положения кривошипа (рис. 2), приняв его длину за едпнщу. Затем, назначив относительнув длину bi иатуна ùiCi и угол ф™ размаха выходного звена ÇU^ за интервалы давления, найти на линиях l^/i// и У/ , совпадающих с биссектрисами углов (pai и ipD2, точки С/ и С^ коромысла, соответствующие началу и концу 1-го и 2-го интервалов выстоя, п центр Ui вращения коромысла (здесь lpBZ~ угол поворота кривошипа за 2-й интервал выстоя). Еозмоянн два варианта расположения пар точек С/ , С® на линиях V] V^' и У/У.® относительно центра А( вращения кривошипа и два варианта расположения центров В^ относительно хорд С(4С° , ко-

12

Таблица 2

8 -g 1 § е i) Механтны 1-го класса

^ -К А°> . о

1 2 3 4

1 Л 4 ç J[ 4, С, '1} е3 с Y*' Тл 2tt \ «кя —А

¿К Л дай jf «il /mh ГГ/ТТГ"

¿J оО, А 231 щ 'kil Г

торые идентифицируются целочисленными параметрами ¿1 и , принимающими значения +1 или -I и определяющими четыре возможные модификации исходного шарнирного механизма-модуля.

На 2-м этапе синтеза (рис. 2) механизм-модуль вычерчивается в нулевом положении и по заданным меяцентровому расстоянии 1а1 и углур( , определяющему положение механизма относительно горизонтальной лншта, находятся абсолютные длины ¿н , и 13< кривошипа, шатуна и коромысла и углы (р°п , определяющие положение входного и выходного звеньев в нулевом полояенпи.

Аналитический метод синтеза исходного шарнирного четырехзвенного механизма-модуля заключается в рассмотрении ряда геометрических фигур и сводится к определению рассчитываемых параметров по следующим Формулам: 1гЧ<-> С^О,5$?ЗСП\0,-;ШГ);

ЙЧГо-У«I; 4т^и»

где С4, [¡{ - относительные длина коромысла и межцентровое расстояние;

и 1р° - углы малого размаха выходного звена за 1-й и 2-й интервалы выстоев; Я™ Г}1, У0, %оа, , Зе1 - величин-', зависящее от назначаемых и свободных параметров синтеза.

В кривошипно-коромнсловом механизме-модуле выделяются следующие множества параметров: (р^ , (р^ _ {тожество задаваемых параметров . ¿о/} " мноаество начально-фиксируемых параметров; .

» , , ~ множество свободных параметров синтеза (в пределах определенно;! параметрами ¿1 и Уу модификации механизма свобод-ннми яг-тоются параметры и (¡1™); [с^, , , д{, Л^

1г. , 131 - множество рассчитываемых параметров; •

, - множество параметров сопряжения.

Крнзошшно-коромысловый механизм-модуль м^яет реализовать циклограммы с утлом асимметрии немногим больсе 30°. Если циклограмма имеет угол 01 от 20° до 100°, в качестве исходного целесообразно использовать кривошипно-кулисный механизм-модуль. Таким образом, названные типы исходных механизмов покрывают достаточно широкий спектр циклограмм технологических маиин-автоматов.

В работе предложены графический и аналитический методы синтеза кри-вошипно-кулисного механизма. В аналитическом методе синтеза вводится правая система координат, ось абсцисс которой совпадает с биссектрисой угла 1рв1. Система двух нормальных уравнений прямых, проведенных параллельно хордам, стягивающим углы и отстоящим от них на рас- >

13

стоянки, равном относительному смещению оси направляющей кулисы, позволяет определить относительное межцентровое расстояние и остальные рассчитывасмые параметры.

В работе приведены графические и аналитические меюдс, гянтеза криво шытно-ползу иного и «¿нусного кривошипно-ползукногэ исход'лкх механизмов-модулей. Для всех исходных механизмов-модулей И класса установлен ни элемента мнoнecтвZY, Рс4 п Р^.

Присоединяемые механизмы-модули позволяют уменьшать перемещение выходного звена в общем случае в одном аз интервалов выстоя. Введем целочисленный параметр П1г= I, если механизм-модуль уменьшает перемещение в 1-м интервале вистоя,и Ш;= если во 2-м. Введение параметра СП; является одним из условий, обеспечивающих универсальность методов синтеза по отношении к трем вышеназванным типам циклограмм. Дня обеспечения инвариантности методов синтеза присоединяемых механизмов-модулей по отношению к гс.меру интервала выстоя используются понятия и-интервала и Л'-инт ерзала: и-лнтервал - есть интервал выстоя, для уменьюркпн перемещения в котором предназначается данный механизм-г,модуль; М-кнтерзал - это интервал выстоя, не являющийся для данного механизма-модуля и-интервалом.

Углы и поворота входного коромысла ¿-го механизма-мо-

дуля за и- и ^-интервалы определяются по фоимулам.

{ при Ш-У; . „ ^"прп/Я^-/;

К-1 ^ при Т£ч прягП{=-1.

И качестве примера рассмотрим графический и аналитический метода синтеза двухкоромыслового промежуточного присоединяемого механизма-модуля (рис. 2, АДСД) при обеспечении равномерного приближения, • По полученным в ходе синтеза ( ¿"-1)-го механизма-модуля углам , ™ $1-1 построим четыре положения входногсэ коромысла В-(рис. Б и 7), принимая его длину за единицу. Назначим относительную длину шатуна Ь; и на линии , совпадающей с биссектрисой угла

определим положение С" шатунной точки С£ выходного коромысла С;Л.-в начале и конце (/-интервала. Положение С*этой точки в начале и конце ^-интервала задается прямой \\ V,- , проведенной под произволъ-нкм углом В[ к биссектрисе угла . Б зависимости от относительной длина шатуна и его полоаений по отношению к линиям 01) и Л'/У(рис. 6,7) в начале и кош^о V- и //-интервалов возможны 5 вариантов расположения хорд С- С(, стягивающих угол ^/"(рис. 6 и7, хорда 1-У). Для идентификации указанных^ хор^ и положений центра Л,- используются целочисленные параметры С- , и j^ , принимающие значение +1 или -I. Допус-

14

тише сочетания параметров Ш;, , l", L* и Ji порищают 28 возможных модификаций двухкоромыслового механизма-модуля.

Аналитический метод синтеза данного механизма-модуля ведется по следующим -— ~ - л с "т

К-6?

ледушим формулам: С£- =0,55/"¿¿П'У0,5Ш;т);

С^ЩЦц 13ТС<1«1

»/,'_ I 4?ПРИ = * ,П°-

Ъ -14^лри тс „ г? - ^/при лч,-=-/;

Р^ЩПИ;) 4 - $Сдп(т°) Ш,-Ом + К при т?= 1;

при тГ----г,

¡ьгК-$1чпГп)у0 при щр= 1; ¿V/.

где ^ , %п' Ж • 7о ~ величины, зависящие от

»означаемых и свободных параметров снтеза; X,-- угол жесткого закрепления выходного звена ( ¿' - 1)-го л входного звена ¿-го механизмоь-

модулви.

E:iH>ii*"bb!>i

Рис. 6. Возмоглое расположение хорд С; С/ и центров Л,- вращения коромысла

Параметры двухксромысло-вого механизма-модуля могут быть представлены в виде множеств, подобных множествам исходного механизма-мо-

Рс1е {!■". Ч.п ,91, у?«}

(в пределах определенной модификации двухкоромнсловый механизм-модуль имеет три-свободных параметра: 6;,

4-, А.-. £ . Гс^Лс , Л, ,

М.фГ-П0 •

0;, I:} .

В работе получены математические зависимости для аналитических методов синтеза остальное пяти возможных ги-пов присоединяемых четырех-звённых р-механизмов-модулей, а именно, корсмыслово-ползун-ного, корскыслозо-кулдспого,

ного коромыслово—ползунного, ползунно-корошелового и двухпол-

15

Ю 1 в/ ц"

v: <7=-

зунвого. Для каздого из на-звашшх типов механизмов-приведены мнояест-ва 2г, Лс /?« и .

При синтезе гашхавдих присоединяемых механизмов-модулей с возвратно-вращательным движением выходного звена параметр 1р!п на начальном этапе синтеза включается в множество 2;. На заключительном этапе он переводится в множество Й^, а вместо него в множество вводится заданный угол ф*поворота рабочего органа. В результате небольшо-■ го числа итераций удается "определить значение угла Ш™ при котором выполняется с достаточной для практики точностью условие (I) равномерного приближения функций, на интервалах вы-

СУлп

_____ . ._________ ________(о/ и

центров вращения коромысла стоя. Равномерное приближение для механизмов-модулей с возвратно-поступательным движением выходного звена обеспечивается прямым вычислением при расчете абсолютных размеров таких механизмов..

Для всех типов р-механизмов-модулей П класса приводятся функции положения, позволяющие с единых методологических позиций осуществлять кинематический анализ синтезированных'рычажных механизмов.

Ьредсокены графические, и аналитические методы синтеза шарнирных механизмов £ класса с двумя (рис. 8) и с одним длительным выстоямн выходного звена в крайних положениях, а такае 1-й (рис. 9) .и 2-й схем шарнирных механизмов 1У класса. 2-я схема механизма-модуля 1У класса отличается тем, что шатун д1Е1 шарнирно присоед1Шяется к звену Я^^ . Для механизма-модуля 111 класса (рис. фа1,1р2,1ра\ ;

гнр(р1,101) . о*. •

УД М ; ЧФЖА'Ц . а для 1-й схе;ш меха-

низма-модуля 1У класса (рис. Эфа1, ^ {А* .»'

ЪЛйс^А .,>р;>:

ф], 11}, где подмножество абсолютных размеров звеньев; к - отношение длины дуги, стягивающей угол поворота звена за интервал выстоя, к разности расстояний меззду точками ^ и И1(рис. 9) з момент, когда эти точки наиболее удалены друг от друга, и в начале п конце выстоя,

В работе установлено, что механизмы 1У и более» высоких классов обладают потенциально большей кинематической точностью выстоя выходного звена. Это объясняется наличием в таких механизмах двухстороннего поглощения движения. Разработка на основе единого подхода методсв синтеза различных механизмов П класса д некоторых типов ке-нкзмов Ш « 1У классов подтверздает возможность применения п~еддожен-й в работе концепции модульного кинематического проектировав ¡я ры-кннх механизмов по заданной циклограмме к синтезу рычажных механиз-в Ш и более высоких классов. Важным свойством рассматриваемых мето-□ с:штеза является получение математических зависимостей длл вычисляя рассчитываемых параметров при заданной циклограмме щеимущгст-тао в явном виде. Так, из рассмотренных типов механизмов-модулей ^параметрическая итерация при расчете некоторых промежуточных вели! потребовалась в механизме-модуле Ш класса с двумя выстоями (рис.8) ¡о 2-Й схеме шарнирного механизма-модуля 1У класса. Выбор модификаций механизмов-модулей на ранней стадии проектирова-; и однозначное их описание соответствующими целочисленными парамет-;и исключает в предлояенной концепции модульного кинематического

17

1С. 8. Исходный шарнирный механизм-|дуль Е класса для реализации цикло-¡аюл 1-го типа

синтеза многозначность математических моделей механизмов-модулей, а следовательно, и дефект ветвления.

В работе предложен метод модульного кинематического синтеза рычан-1шх механизмов с высгоями выходного звена по заданной циклограмме, в основу которого положено интерполяционное приближение'функций. На основе выражения взвешенной разности получены обобщенные полиномы для определения четырех параметров синтеза исходного и присоединяемого •иарнирных четырахзвенннх механизмов-модулей. Дхи исходного механизма-модуля в качестве узлов интерполирования приняты положения входного и выходного звеньев в начале и конце 1-го и 2-го интервалов выстоя Ц).-.с. 2), а для присоединяемого - положения входного и выходного звен ев в начале i» конце интервалов выстоя и, кроме того, крайние полокени входного звена и крайлое положение выходного j Н-интервале. Для названных механизмов-модулей ъъттвт системы четырех уравнений, решени которых позволяет определить значелгя четырех параметров сцнтеза. Решение названных систем уравнений 'несколько упрощается благодаря совпа дению значений функций в соседних узлах.

В работе проведено сопоставление первого подхода к синтезу механпз mos с выстоем, основанного на .методах аналитической а кинематической гс-оиетрпй, и второго, базирующегося на интерполяционном приближении

18

дшцей. Отмечается, з частности, что получаемые во втором олучае магматические модели неоднозначны, что поровдает проблемы, связанные с эфехтом ветвления. При втором подходе отсутствует графическая интер--эетацкя метода, что также затрудняет его инженерное применение. В ри-гльтате сопоставления в качестве основного принимается первый ;:з ука-шных подходов.

В четвертой главе исследованы возможности исходных мэханизмов-мо-■лей П класса, как устройств для реализации заданной циклсграмг.ш, и ¡таповлены ограничения на свободные параметры синтеза глеханизков-мо-глей П класса, выполнение которых на этапе кшеуатичесгхго синтеза >здаот предпосылка для получения работоспособного механизма. В каче-■ве критерия оценки работоспособности механизмов П класса принят ол передачи движения.

Для зыясненЕя возможностей исходных механазмов-тдулей 11 класса и реализация циклограмм получены области таких механизмов, как не-«дельных, т.е. при углах передачи движения, равных нули. Для кривошппно-коромыслового, кравопипно-кулиского и крквошипно-лзунного механизмов-модулей получены области возможных значений ободных параметров синтеза при различных наиболее часто лспользуе-х значениях углоз передачи движения (рис. 10). Условия благоприятной передачи движения в исходных механизмах-мо-яях П класса в общем случае имеют вид /-V,,, ^/Ч?/; ¡¿тг^Ца* ;

' гЯеЯт< 'Ртг'^т 11 г -¡¿32 >Из " ^шальные и допуояае-е углы передачи двизэнля в 1-й я во 2-м интервалах движения п з тейпе полного цикла. Углы /.1т1 и Цтп, например, з исходном кравошип--коромксловом механизме-модуле (рис. 2,А1В1С1Л1 ) равны либо одному экстремальных значений£1еХ1 угла передачи, если меяцентроЕая линия ,В1 или ее продолжение раслиложзпы а пределах соответствующего утла зорота кривошипа (р1 или (р2, либо меньшему из углов передачи в на-не п ко1що интервала движения, т.е.

// если угол расположен вне уг„а (р} ;

I т{~ I еоли У10*1 Расположен з пределах

угла %

.. I ¿ПЦ/Х*,}!^), если угол расположен вне угла

| 8СЛИ утол /^ех^ расположен в пределах

„ , , * УГЛЭ •

зсь , ^ , ,£¿1 - углы передачи в начале и конце интервалов 1женкя.

г присоединяемых механизмах-модулях Л класса условия благоприятной передачи движения записываются в виде Ц^^^ц ; , где [I3 , /-'-Г

и ц^. - минимальные и допускаемые углы передачи в интервалах движения и за полный цикл работы механизмов. Угли и , например, в двухкоромысловом механизме-модуле определяются из соотношений:

если угол /1ех^располо5.':Н вне угла

если угол [¿ех1 расположен в пределах угла Ц)?; ■

если угол расположен вне угла 1ре если угол ¡1ех1 расположен в пределах угла Ш/\

Здесь , [±ы и - утлы передачи в начале и конце £/- и

Д/-интервалов и з крайних йоложениях механизма; *¡Р; •

№

¿■Фии.Цны), 4 ^([¿ииЦеИ^нн),

... „ Рис. 10.

•■• Область возможных значений параметров крпво-

шипно-корошслового механизма при 45й

Аналитические выражения для расчета минимальных углов передачи в характерные периоды движения получены для всех возможных типов четырехзвенных р-механизмов-модулей. Неравенства, обеспечивающие благоприятную передачу движения, использованы при разработке системы автоматизированного оптимизационного синтеза рычажных р-механизмов П класса в качестве дополнительных условий синтеза.

Для механизмов-модулей Ш и более вн-соких классов при формировании условий благоприятной передачи движения рекомендуется использовать критерии передачи движения, предложенные З.Е.Пейсахом.

Дифференциация условий передачи движе ния по характерным периодам цикла обуслс лена желанием более полно учесть особенности нагруяения механизмов и по 'возможности распирать области допускаемых значений свободных параметров синтеза. При этом имеется в виду, что в интервалах выстоев допускаемо & значение угла передачи может быть принято меньшим, чем в интз^ва-лах дважен/я. 20

В пятой главе разработан модульный метод анализа свойств /3-механизмов П класса по кинематической точности выстоя, предложены прпбл/-кеннне методы расчета кинематической погрешности выстоя выходного з:;с на таких механизмов.

Для оценки р-механизмов по кинематической точности выстоя выходного звена вводится ряд критериев. Еелание обеспечить достаточно боль-зой угол размаха рабочего органа при требуемой точности выстоя приводит к необходимости использовать отношение /1РР (/? -U-Ы). Математически строгим я универсальным критерием точностных сзойстз р~::е~ санизмов на интервалах выстоя является относительное линейное перемещение (Л = U; //) некоторой характерной точки выходного звена (для мханпзиов» выходное звано которых корошсло или полз5гн, такой точко;; шляется центр вращательной пары, соединяющей названные звенья с ша-уноы). Критерии lpv¡lp™i\ Sh являются интегральными и выражают сова--упное влияний параметров исследуемого механизма-модуля и ■ всех пред-ествующих ему. Точностные сзойства собственно механизмов-модулей редлагаотся оценивать с помощью двух критериев: P¿ - модуля относи-елънсго аналога ускорения характерной точки выходного звена з пределз.-ом положении на U-iüit ерзало; /?"- модуля относительного аналога короста характерной точки выходного звена на середине перемещения за /-интервал. Критерии P¿ и R¿ обеспечивают возможность сравнения и :дульного анализа р-механизмов, если звеном единичной длины являет-I, как в предлагаемом методе, входное звено механизма-модуля. Амалп-геескле зависимости для расчета P¿ получаются из планов относитель-ес аналогов ускорений механизмов-модулей в предельном положения, а и расчета R¿ - из планов относительных аналогов скоростей кекоторо-I фиктивного четирехзвенника: Р^ ~ 7¿ UMi ; R¿ = А'/М¡ , т\де

' T¿, если механизм-модуль двухкоромысловый или коромыстово-

¥

2 ползунный ( р-диада 1-го вида); T¿t если механизм-модуль коромыслово-кудисный или синусный

, коромкслово-ползунный ( р-диада 2-го вида); Ti, если механизм-модуль ползунко-корииголовнй илг двухнол-зугшкй ( .0-диада 3-го вида);

Щь^пМЬЦ; тН;TH'l; M^sin'p'h(¡i=u;n)AÍ'Sínaf;

l¡- угол передачи движения в предельном положения механизма-модуля;

^•и - углы передачи дзтаения фиктивного четырехэвешппа от вы-

Г,Уг. f t ff

того ЭЕОКа к входному и от входного к выходному. Ееличину T-U V.0T3.Q рассматривать гак критерий, характеризующий влая-> типа р-механизма-модуля (вида р -диада) на кинематическую точность

21

вистуя. Интегральный критерий для и- и Л'-шггеовалов рассчитыва-стоя по формулам ; *де О.К-Щ

А/; = Ш. ^ . При необходимости угол малого разлгаха зкходного звена за интервалы выстоя можно определить по формуле , где Со-

относительное расстояние от центра вращения вводного звена до его характерной точки.

Представленные выше зависимости весьма просты и пригодны при инженерном проектировании, что подтверждается численным лрим ером. Графики функций Т-1, Т* и Т/ (рис. II) позволяют предварительно выбрать тип механизма-модуля и относительную длину шатуна.

В работе исследовано влияние параметров циклограммы п свободных параметров синтеза нг кинематическую точность выстоя выходного звена р-механизмов. Разработан аналитико-опткмиза-цйоиный метод определения значений свободных параметров в-и ^¿А"1 для основных типоз механизмов-модулей П класса. Дана графическая интерпретация мето.

В шестой главе предлагаются алгоритмы модульного кинематического проектирования р-механизмов П.класса и система их автоматизированного оптимизационного синтеза из условия ми нимизацаи кинематической погре поста выстоя выходного звена.

•ри ' I

2,5

■ 'г,4 г,г ко 1.8 !.ь 1.4 1,2 1,0 С,8 0,6 0.4 0,2

О

1

\

\

V

ч

\ ч

\ -с. Ч-

\ У

1 V

\ ^ч < т?

\ /

\ Г \Т1

7- ( -г-2 тЗ

Приведен обобщенный алгоритм модульного кинематического проектировани рычьжых механизмов с выстоями выходного зве"<з по заданной циклограмме. В данном алгоритме модно выделить два основных этапа. I. Эскизное проектирование графическими методами механизмов-модулей в направлении от исходного к замыкащему вначале как преобразующих; а за*еы как передающих движение. На этом этапе решаются задачи выбора компоновки мо ханизма а машине— автомате, модификаций механизмов-модулей и начальных значений свободных параметров синтеза. 2. Модульный кинематический синтез ричадного механизма на основе математических моделей сипхэза. Последовательность выполнения второго этапа в целом совпадает с после

22 '

довательностьа первого. Основной задачей второго этапа является авто-' катизироБашшй оптимизационный синтез рычажного механизма как перчаточного. Поело решения этой.задачи механизм синтезируется как перхающий движение от входного звена к удаленному п различным образом расположенному рабочему органу: рассчитываются необходимые параметры сопряжения механизмов-модулей и абсолютные размеры звеньев.

Задача оптимизационного синтеза механизмов записывается в епдс

u,rjnf[y(z,x)]t хех

где у (Z, X ) - целевая функция; Z и X - зекторн назначаемых и свободных параметров синтеза; Х - область допускаемых значений свободных гараметроэ синтеза; - наименьшее значение целевой функции в облас-ги X свободных параметров при задзнном значении вектора 2 .

Для перехода к методам безусловной оптимизация целевая функция ¡редставляется как сумка критерлалъяоЯ к штрафной функций. Б качества срктериальной мояет быть принята одна из следующих: C/f = tTiaxfa*, ip.f), (р^ (Ü- I; 0); ук- ф^ (П - число механизмов-модулей в рнчаянс« юханизме). Кроме того, при последовательном модульном оптимазациоглеч иштезе в качестве критеоаальних «окно использовать функции yv-¿=

*тах№/<№ф?у. yl{i*ipta/tp? (й= I; 0); <¿Kttp№m". Порьы,

.з перечисленных функций соответствуют кшашзацгш хшнегшткчеекой по-реаности з 1-й а во 2-м интервалах еыстоя, вторые - минг-удзацни з од-ом из интервалов еыстоя при вшолненш оговоренных условий по точпос-ц вкстоя а другом н, наконец, третьи - при внетое в одном из крайних оложенай выходного звена.

Штрафная функция выраяает дополнительные условия синтеза, в качест-е которых в данном случае используются ограничения, обеспечивающие лагоприятную передачу давления, а также желательные интервала ссот-лзенпй длин звеньев.

При решении оптимизационной задачи па ЭЦВМ использовались различные зтоды нелинейного математического программирования. В качество оенэв->го применен сеточно-грэдиентнкЗ алгоритм итерационного поиска, в со-;ветстзии с которым траектория движения к оптимуму представляется ло-iHOii линией, соединяющей соседние узлы многомерной сетки с заранее ¡данным пагом в направленна, близком к направлений антигрэдиента. Чис-!нные зкеперпмзиты показали, что даншй алгоритм обеспечивает ваибо-¡е устойчивое движение к onTi2.iyr.iy в условиях рассматриваемой задачи.

Разработанный модульный хклемате-.зский синтез механизмов с выстоя-: выходного звена содерзит пеобходжые предпосылки для создания скс-

23

теш пвтоматизированного оптимизационного проектирования. Этому, в частности, способствуют ввделение ряда переменных в специальные множества параметров сопряжения механизмов-модулей и полученные аналитические зависимости для определения минимальных значений углов передачи движения. Однако многие задачи по созданпэ системы автоматизированного оптимизационного синтеза механизмов с выстоем репьптся алгоритмически. В ходо оптимизационного синтеза алгоритм должен обеспечить автоматическую "сборку" рычажного механизма из заранее выбранных типов механизмов-модулей. Для этого вводится соответствующая идентификация типов механизмов-модулей. Количество свободных параметров синтеза есть функция числа и типов механизмов-модулей, включенных в состав рычажного механизма. Поэтому для обеспечения автоматизированного оптимизационного синтеза введено понятие формальных свободных параметров синтеза, в ютестве которых выступают элементы специального одномерного массива. В алгоритме предусмотрено предварительное присваивание начальных значений свободных параметров синтеза элементам названного массива с одновременным подсчетом числа заполненных элементов. Оптимизационный синтез рычажного механизма определенной кинематической схемы ведется с использованием именно массива формальных свободных параметров. После завершения оптимизации производится расшифровка этого массива. Введение массива формальных свободных параметров позволило придать системе автоматизированного оптимизационного синтеза свойство инвариантности по отношению к рычажным механизмам различных кинематических схем и сделать ее открытой для расширения.

Пакет прикладных программ системы автоматизированного оптимизационного синтеза рассматриваемых механизмов построен по модульному принципу п содержит головной модуль и модули-цодпрогрзммы кинематического синтеза и кинематического анализа всех возможных типов механизмов-модулей П класса. Головной модуль состоит яз девяти блоков, среди которых следует отметить блоки формирования массива формальных свободных паь .-етров, синтеза механизма при начальных значениях свободных параметров, оптимизационного синтеза механизма, организации обращений .к подпрограммам синтеза механизмов-модулей, формирования целевой функции расшифровки массива формальных свободных параметров синтеза, расчета кинематических диаграмм, организации обращений к подпрограммам кинематического анализа механизмов-модулей. В качестве языка программирования использован ФОРТРАН-1У. Пакет прикладных программ реализован в сис тема лэпр^уалышх машин на 5Ш типа ЕС 1035 и ЕС 1061,

Седьмая глава посвящена вопросам практического приложения модульного синтеза рычажных механизмов с выстоями выходного звена.

На основе разработанных в диссертации методов и системы автоматизированного оптимизационного синтеза спроектирован ряд исполнительных рычажных механизмов для цикловых машин-автоматов и манипуляторов различного назначения. Разработаны и изданы атлас модификаций р-механизмов-модулей П класса и рекомендации по применению модульного метода синтеза таких механизмов.

Синтезированы исполнительные механизмы самонакладов ЗС4, 6С4 и ПСб печатных машин: механизм привода отделяющих присосов, механизм привода транспортирующих присосов и механизм привода щупа-сопла, а такхсе механизм привода графеек фальцаппарата печатной машины П0Г-60.

Синтез названных механизмов выполнялся в соответствии с обобщенным алгоритмом кинематического проектирования. Например, на этапе эскизного проектирования графическими методзми механизма привода отделяющих присосов ( 120°; ^ = 100°; (р2 - 140°), образованного последовательным соединением двух шарнирных четырехзвенников, получены параметры, обеспечивающие = 0,0571° (по приближенным формулам ^=0,055°). В результате оптимизации на «ЦВМ были уточнены значения свободных параметров синтеза (^= 0,05355°). Синтезированный механизм обеспечивает на длине несущих рычагов 114 мм кинематическую точность выстоя ^ + 0,0533 мм (допускаемые отклонения + 0,2 мм) и усредненный угол 1р = = 10,5668^)5° при заданном 10,5669°). Сопоставление результатов синтеза механизма графическими методами с учетом разработанных рекомендаций и при расчете малых перемещений выходного звена на интервалах выстоя по приближенным формулам с результатами оптимизационного синтеза этого механизма на ЭЦВМ подтверждает эффективность предложенных простых инженерных методов синтеза и йозмояность получения с их помощью механизмов, близких к оптимальным по кинематической точности выстоя. Синтезированные механизмы положены в основу конструкции приводов соответствующих рабочих органов самонакладов и фальца, дарата, разработанных во ШИШолиграфмаше (Москва).

В расфасовочно-упаковочном автомате, спроектированном по заказу Республиканской базц штэриалыю-технического снабжения "Омская" (Омск), рычажные механизмы с выстоями используются для привода дозатора и сварочных головок продольного и поперечного швов. В работе приведен синтез механизма дозатора, образованного последовательным соединением трех шарнирных четырехзвенников и 1 эгацего выстой в двух крайних положениях 140°; (р= 40°; 140°; 65°). Он обеспечивает

¿//3 - 0,0335°; 0,0586° ;1р 5 = 64,999554°. Кинематическая точность позиционирования лопастей дозатора по среднему диаметр/ с1ср 60 мм равна + 0,03 мм при заданной + 0,1 мм.

!.1ашша-азтомат для резки яблок на дольки разработана Центральным проектко-конструкторским бюро Госагроярома Республика Казахстан (Алмат! Рычажные механизмы горизонтального и вертикального перемещения рабочих органов синтезированы по предложенным методам. Б результате оптимизационного синтеза на ЭЦВМ восьмизвенного механизма вертикального перемещения ( = 120°; 1рВ1 - 120°; ¿Д, = 120°), составленного из кривопшп-но-корошслозого, дзухкоромыслэвого п королыслозо-ползунного механизме .модулей, кинематическую точность позиционирования рабочих органов в вертикальном направлении удалось за 5 шагов повысить в два раза и сделать ее равной + 0,002 мм при ходе 160 мм и допустимом отклонении + 0,05 т. Новизна машины-автомата, в том числе рычажных приводов, подтЕзрздена положительным решением, й 4732862/13 от 11.07.90,

В работе синтезирован двурукий шестизвенный кулисный манипулятор 240°; 30°;1рг = 60°; 87,95°), образованный последова-

тельным соединением кривошипно-кулисного и коромыслово-кулисного механизмов а обеспечивающий выстой рук в обоих крайних положениях. Кинематическая точность позиционирования охвата ш длине рук 600 ш составляет + 0,04? ш прд допутимой + 0,1 ш. Кулисный манипулятор являете.' одной из основных сборочных единиц автоматизированного комплекса, пробна значенного для обкатки шестерен трансмиссии трактора ДТ-75М и спрое: тированного по заказу Спбзавода им." Борцов революции (Омск). .

Для повышения производительности на штамповочных операциях, предложен рычажный манипулятор (а.с. СССР 1355330), состоящий из двух рцчак них механизмов, обеспечивающих горизонтальное и вертикальное перемеща ши уую! с выстояли в крайних нижних положениях. Механизм вертикально го перемещения образован последовательным соединением кравошшшо-коро укслового п коромйслово-ползунного четырехзвенников, а механизм горизонтального перемещения - крцвошшно-корошетового, двухкорошелового и коромыслово-ползунного. При оптимизационном синтезе механизм горизонтального перемещения а качестве критерия выступали попеременно ут* Ф^ п При завершении поиска она стали практически раййыми.

Ка основе ^-механизмов в работе предложен универсальный логически механизм (рис. 12) постоянной структуры, реализующий в зависимости от содержания логических переменных логические функции И, ИЛИ, ДА. ;; НЕ. Логический механизм защищен а.с. СССР 1573270.

Рис. 12. Универсальный логический ричал'лий механизм

ОБЩИЕ ШЕОДЦ

Разработана теория модульного синтеза плоских рычажных механизмов по заданной циклограмме с выстоями выходного звена в крайних поло^екк-ях за счет использования предельных положений звеньев. Основные научные результаты и практические выводы заключаются з следующем.

1. Предложены методы структурного синтеза ц анализа рцчаняых механизмов (р -механизмов), пригодных для получения выстоез за счет использования предельных положений звеньев. На основе предложенного метода структурного синтеза получены ноэкэ структурнс-ккнемзтические схемы механизмов 0!, 17 и более высоких классов, обеспечивающие выстой за счет предельных положений звеньев.

Получен метод структурной классификации, позволящпй на регулярной основе выявить полное множество возможны:: типов р -механизмов определенной структурно-кинематической схемы.

2. Разработаны модульше аналитические и графические методы кинематического синтеза рычакных механизмов, предназначенных для реализации заданной циклограшм с выстоями рабочего органа в одном либо в xtBj'x крайних положениях. Обеспечены универсальность методов по отношении к циклограммам "подьем-выстой-опускание-выстой", "подъем-выстой-опуска-ние" и "подъем-опускание", a tqksq, как правило, прямое ьычлелечие рассчитываемых параметров. Выявлены все возможные при данных методах синтеза модификации р-механизмов-модулей П класса и параметры пх сопряжения. Математические модели синтеза записаны в обобщенном воде и охватывают полное число кодификаций механизмов-модулей П класса определенного типа. Предложенный модульный метод кинематического синтеза позволяет компоновать из установленного мног-ества возможных типов и модификаций механизмов-модулей большое число кинематических схем ры-

чаяных механизмов и выбрать из них наиболее рациональную для конкретных условий работы.

Проведено мотивированное сопоставление предложенных модульных методов кинематического синтеза, основанных,на аналитической и кинематической геометриях и на интерполяционном приближении функций. В результате за основной принят метод, базирующийся на аналитической и кинематической геометриях, т.к. этот метод кроме прочего допускает графическую интерпретацию и исключает возникновение дефекта ветвления.

Записаны аналитические зависимости для расчета функций перемещений механизмов-модулей П класса, ориентированные на предложенный метод кинематического синтеза механизмов с выстоями.

На примере шарнирных механизмов Ш и 1У классов показана пригодность предложенного методологического подхода для синтеза механизмов высоких классов по заранее заданной циклограмме.

Установлено, что механизмы 17 и более высоких классов обладают потенциально большей кинематической точностью выстоя выходного звена.

3. Получены номограммы и рекомендации для выбора свободных параметров синтеза названных механизмов-модулей в зависимости от параметров заданной циклограммы. Определены и формализованы дополнительные условия синтеза рычажных механизмов-модулей, обеспечивающие, в частности, получение работоспособных механизмов. Продолжены и углублены исследования свойств и возможностей кривошипно-рычажных четырехзвенных механизмов-модулей, как устройств, реализующих циклограммы с выстоями выходного звена в крайних положениях.

4. Предложена универсальная по отношению ко всем типам р-механизмов система критериев для объективной оценки кинематической точности выстоя ваходного звена и самих р-механизмов по кинематической точности выстоя. Установлено влияние типа механизма-модуля (вида р-диада), его свободных параметров и углов передачи на кинематическую точность выстоя. Подучены графики, отража."*цие характер взаимосвязей указанных факторов и параметра. Приведены рекомендации по выбору типов механизмов-модулей и их свободных параметров синтеза в зависимости 01 требуемой точности выстоя рабочего органа. Предложены аналитические зависимости и номограммы для приближенного расчета кинематической погрешности выстоя 'выходного звена, позволяющие вычислять ее с небольшими затратами времени и с достаточной для инженерной практики точностью.

Для ряда основных типов механизмов-модулей П класса разработаны методы точного к приближенного аналитико-оптимизационного синтеза, обеспечивающие возможность определять оптимальные по кинематической точ-

£8

ности выстоя значения параметров синтеза прямым расчетом.

5. Разработаны обобщенный алгоритм модульного кинематического проектирования рычажных механизмов с выстоямн выходного звена в крайни: положениях по заданной циклограмме, а также алгоритм и система автс:г -тизированного оптимизационного синтеза рычажных механизмов П класса, реализованная на машинном языке Ф0РТРАН-1У в системе виртуальных машин на ЭЦВМ типа ЕС 1035 и ЕС 1061. Введением формальных свободных параметров синтеза обеспечивается универсальность алгоритма и системы автоматизированного проектирования по отношении к типам и количеству последовательно присоединяемых механизмов-модулей. Предложен сеточн?-градиентный метод поиска оптимальных значений свободных параметров, позволяющий в условиях данной задачи определять значения свободных параметров синтеза, близкие к оптимальным, с минимальными затратами машинного времени.

6. Разработанная теория синтеза рычажных механизмов и пакет прикладных программ внедрены в учебный процесс в Омском политехническом и Павлодарском индустриальном институтах.

7. Научные положения диссертации применены при синтезе исполнительных рычаяшд механизмов: для привода рабочих органов самонакладов ЗС4, 6С4, ПС6 печатных машин и фальцаппарата печатной машины П0Г-60, для приводов дозатора и сварочных головок расфасовочно-упаковочного автомата, для перемещений рабочих органов машины-автомата резки яблок и для перемещений рук цикловых манипуляторов загрузкл-разгрузкл автоматизированного комплекса обкатка шестерен и загрузки-разгрузки штучных изделий на штамповочных операциях, а такте при синтезе универсального логического механизма. Конструкции ряда исполнительных рычашых механизмов разработаны на уровне изобретений (а.с. СССР 1355330, 1573270

и пол. реш. fö 4732852/13 от 11.07.90). Общий экономический эффект от внедрения разработок в производство (подтвержденный актами внедрения) составил 203,34 тыс. руб. в ценах 1991 года.

8. 3 результате предложенной в работе теории модульного кинематического синтеза рычажных механизмов, проведенных исследований и обобщений решена научно-техническая проблема проектирования рдчалгных механизмов по заранее заданной циклограмме, имеющая ваяное научное и народнохозяйственное значение и являющаяся основой создания высокопроилво-дазельнше, простых в нзгоюзлаши и эксплуатации и надежных з работе цикловых технологических машин-автоматов и манипуляторов.

Оснознао результата диссертации опубликованы в следующих работах: . I. Аналитический синтез восьмизвешшх шарнирных механизмов с дву-

29

г«и прсближенными остановками выходного звена по задакнсй циклограмме //Теория механизмов к машин. Харьков, 1985. Был. 55. С. 74-79.

2. Аналитический синтез двухкоромыслового четырехзвенника гак коду-ля рычажных механизмов с приближенными остановками выходного звена по заданной циклограмме/Омск, политехи, пн-т. Омск, 1930. 33 с. Деп. в ВИНИТИ 15.05.20, & 2626-ВЭО.

3. Графический и аналитический методы синтеза короиыслово-кулисно-го четырехзвеянкка как механизма-модуля рычажных механизмов с выстоем /Омск, политехи, ин-т. Омск, 19Э2. II с. Деп. в ЗИ&ОТ 18.05.92,

& 1633-В92.

4. Аналитический синтез кинематических схем шести- и восьмизвенных шарнирных механизмов с одной остановкой выходного звена по заданной цислограмме//Изв. вузов, ¡¿а'шпностроение. 1985. й 5. С. 40-43.

5. Аналитический синтез плоских рычажных механизмов по циклограмме ыаашш.-автомата/Омск. политехи, ин-т. Омск, 1989. 110 с. Деп. в ВШИЛ 02.03.89, й 5203-ВЬ9.

С. Аналитический синтез шестизвенного кривошшшо-кулисного ыеханяэ' ма с двумя -приближенными остановками выходного эвена//Теория механизмов и машин, Харьков, 1986. Вып. 40. С. 74-73,

7. Аналитический синтез шестлззенного механизма третьего класса с двумя остановками выходного звена по заданной циклограмме/Деория механизмов и машин. Харьков, 1966. Вып. 41. С. 46-52.

8. Аналитический синтез шестиэвенннх шарнирных механизмов с одной приближенной остановкой выходного звена по заданной циклограмма//Изв. вузов. Машиностроение. 1С84. 11 6. С. 47-50.

9. А.с. 1355330 СССР, МКИ В 21 Б 43/00, В 30 15/30. Промышленный робот к штамповочному прессу/(СССР). Я 3979323/25-27; Заявл. 19.11.85 опубл. 30.11.87. Бал. Л 44.

10. А.с» 1573270 СССР, МКИ Р 16 II 21/00. Шарнирно-рычажный суширу зад??. механнзм/(СССР). В 4601829/25-28; Заявл. 02.11.23; опубл.23.06.$ Бал. Л 23,

11. Высокопроизводительные цикловые.сариирно-рычанные манипулятора для робототсхничоских штамповочных комплексов/Дез. докл. всесоаз. науч.-практ. конф. "Проблемы создания и внедрения гибких производств« ных и робототехнических комплексов на предприятиях машиностроения", Одесса, 9-13 окт. 1369 г. Ц., 1369. С. 85.

1Я, Графический а аналитический метода синтеза шарнирного механизма 1У кдасси З-^о порядка по заданной циклограмме с выстоем выходного звена в крайнем положении/Омск, политехи, ин-т. Омск, 1992, II с. Де: в ¡¿аити zo.oz.-jz, й 6ь5-зз2. 30

13. Графический и аналитический метода синтеза шестизвенного рычажного механизма третьего класса с приближенным выстоем выходного звена в крайнем полоненпп по заданной циклограмме/Омск, политехи, ни-Омск, 1991. 7 с. Деп. а ХШГГИ II.06.91, й 24GI-B9I.

14. Проектирование транспортных манипуляторов на основе использования ккогозвеншх рычажпых кэхаш:гков//Тез. докл. П всэсоюз. науч,-техя. конр. "Проблем развития и совершенствования подъемно-транспорт-кой, складской техники я технологии", Москва^ Гб-Iü окт. 1990 г. 1990. С. I4G. (соавтор ¿.Н.Гудкшз).

15. Цикловые рычаяние манипуляторы модульной конструкции для автоматизации штамповочных сперацкй//Тез. докл. науч.-техн. созещ. "Прогрессивная технология и оборудование объемней и листовой штамповка", Омск, 23 окт. 1991 г. Омск, 1331. С. 11-12. (соавтор С.А.Федоров).

16. Исследование и аналитпко-оптпмизационшй синтез плоских рычажных механизмов, реализующих заданную циклограм-му/Омск. политехи, ин-т. Омск, IS89. IIB с. Деп. в ВИНИТИ 2I.07.b9, » 4880-36S.

17. Кодпфикациа плоских четырехзвеаников как модулей рычаяшх механизмов с выстоем: Атлас/Омся. политехн. ин-т. Омск, 1991. 23 с. Деп.

з 29.04.91, В I790-B9I.

18. Непредельные крявоспгао-корошсяэзые ыоханизкы/ДГзв. зугов. Улгжностроенпе. 1аъ5. s 10. С. 52-55.

19. Номограмма а приближенные аналитические зависимости для модульного исследования и расчета кинематической погрешности зыстоя в крайнем положении вжодкого звена рычажных механизмов/Омск, политехи.гл-т. Омск, 1992. 20 с. Деп. в ВИНИТИ 28.02.92, В 686-ВЭ2.

20. Синтез двухпоязункого чотырехзвенника как модуля многозвенных рычажных механизмов с г.;:сто/ми виходного звена по заданной цпклограм-ме/Омск. политехи, ин-т. Омск, 1990. 9 с. Деп. в В1ШИТИ I7.0i.90,

& 3S84-B90.

21. Синтез кинематических схем центральных кривошипно-корсмысловюс механизмов по заданному углу размаха коромысла и допускаемому ;тлу давленш//!1зв. вузов, машиностроение. I9B3. й II. С. 30-32.

22. Синтез корокыслово-ползунного четнрехзвенника как модуля рычавши механизмов с приблкяишниьи выстояли выходного звена в крайних положениях по заданной цислограшла/Омск. политехи, ин-т. Омск, 1990.

26 с. Деп. в ВИНИТИ 22.03.S0» 1к I567-BS0.

23. Синтез ползунно-коромисловсго четырехзвенника как модуля многозвенных механизмов с выстояып выходного звена по заданной циклограммо/ Омск.политехи.ин-т. Омск,1989. 13 с. Деп. б ВИНИТИ 14.02.90, й fcSC-B9ü.

31

24. Синтез рычажных механизмов с выстоями выходного звена в крайних положениях по заданной циклограмме//Тез. докл. всессюз. совещ. по методам расчета полиграф, машин-авт., Львов, 15-17 мая 1991 г. Львов,

1991. С. 1&-19.

25. Синтез синусного четырехзвенника как механизма-модуля многозвенных рычажных механизмов с выстоями выходного заем ес> заданной циклограмме/Омск. политехи, нн-т. Омск, 1990. 10 с. Доп. в 1Ш1ТИ 17.07.90, К 3985-ВЭО.

26. Систематизация манипуляционных рычажных механизмов-модулей, обеспечивающих заданную последовательность движений руга манипулято-ра//Тез. докл. всесоюз. науч,-техн. конф. "Проблемы создания и эксплуа- . тации ШС и ПР на предприятиях машиностроения", Севастополь, 18-21 -яолбДЭЭО г. М., 1990. С. 94-95.

27. Структурный синтез и классификация плоских рычажных механизмов ; выстоями, получаемыми с помощью предельных положений звеньев/Д'1атер. 1У науч.-метод. совещ. зав. кафедрами, вед. лекторов по ТШ вузов респ. Ср. Азид и Казахстана, Алматы, 26-28 февр. 1у91 г. Алматы, 1991.С.52-53.

28. Графический и аналитический методы синтеза 2-й схемы шарнирного р-механизма 1У класса 3-го порядка с выстоем выходного звена в крайнем положении по заданной циклограмме/Омск, политехн. ин-т. Омск,

1992. 12 с. Дед. в ВШИТИ I6.05.S2, К 1632-В92.

29. Заявка на изобретение. Установка для резки плодов на дольки и вырезки сердцевины, й 4732862/13; Заявл. 30.0o.89; Полож. решение от 11.07.90. (соавторы: Н.Ж.Касымов, А.К.Гладушняк).

ЛР й 020321 . Редактор Г. i.i. Кляут Подписано к печати 21.04.93. Формат 60 х 84 1/16. Бумага писчая. Оперативный способ печати. Усл. печ. л. 2,0. Уч.-изд. л. 2,0.

Тира-з 100 экз. Заказ 84 ' #

Редакционно-пздательскил отдел ОкШ. 644050, &.ick, пр. Мира, II Типография ОмЛй