авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Создание и основы проектирования регулируемых зубчато-рычажных приводов периодического движения на основе эллиптических зубчатых колес

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Шагиахметов Алексей Ильясович

СОЗДАНИЕ И ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

РЕГУЛИРУЕМЫХ ЗУБЧАТО-РЫЧАЖНЫХ ПРИВОДОВ

ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ

ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Специальность 05.02.02 – «Машиноведение, системы приводов и детали машин»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Челябинск – 2011

Диссертация выполнена на кафедре «Теоретическая механика и основы проектирования машин» Южно-Уральского государственного университета

Научный руководитель – Пожбелко Владимир Иванович,

Заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Лопатин Борис Александрович,

доктор технических наук, профессор,

Гонтарев Евгений Петрович,

кандидат технических наук.

Ведущее предприятие – ООО «Центр Точной Механики»

(г. Челябинск)

Защита состоится 30 ноября 2011 г., в 15.00 часов, на заседании диссертационного совета Д212.298.09 при Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В. И. Ленина, 76, зал диссертационного совета (10 этаж гл. корп.).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 454080, г. Челябинск, пр.им. В.И. Ленина, 76 на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «____» октября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Е.А. Лазарев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В многошпиндельных металлообрабатывающих автоматах шпиндельный блок периодически поворачивается на некоторый угол для перехода заготовки из одной позиции в другую. Аналогичным образом происходит в автоматах для изготовления и сборки электрических и электронных ламп, диодов, в расфасовочных и заверточных автоматах пищевой промышленности, в фармацевтической промышленности и т.д. Базовым элементом приводов таких машин-автоматов являются механизмы периодически преобразующие непрерывное движение входного звена в движение с остановками (выстоями) выходного звена.

Периодичность движения может осуществляться храповыми, мальтийскими, получервячными, фрикционными, зубчатыми с неполным числом зубьев механизмами. В перечисленных механизмах прерывание движения обеспечивается за счет разрыва кинематической цепи на время остановки с последующим ее замыканием на время движения, что приводит к жестким ударам, вследствие чего возникают большие динамические нагрузки на детали механизма периодического движения (МПД), приводящие к их интенсивному износу.

Существуют и другие МПД, которые обеспечивают остановку без разрыва кинематической цепи. Это комбинированные механизмы, в которых рычажные системы и системы круглых зубчатых колес включены параллельно, причем звенья рычажного механизма несут на себе оси зубчатых колес таким образом, что, по крайней мере, одно из них движется вместе с шатуном. Такие механизмы получили название зубчато-рычажные. Отсутствие разрыва кинематической цепи позволяет использовать эти механизмы в быстроходных машинах и передавать значительные нагрузки с высокой надежностью. Зубчато-рычажные механизмы (ЗРМ) имеют невысокую трудоемкость изготовления, поскольку состоят только из зубчатых колес и шарнирных рычагов.

Анализ зубчато-рычажных механизмов периодического движения, позволяет говорить о том, что возможности регулирования и кинематические характеристики существенно ограничены конструкцией таких механизмов. В имеющихся литературных источниках приводы периодического движения на основе ЗРМ с некруглыми колесами не описаны и отсутствуют основы их проектирования. Решение этих вопросов будет способствовать более широкому применению в производстве приводов транспортно-загрузочных устройств на основе зубчато-рычажных механизмов периодического движения и увеличению быстродействия технологических машин.

Цель работы – создание регулируемых приводов периодического движения непрерывного действия на основе зубчато-рычажных механизмов с некруглыми зубчатыми колесами и разработка основ их проектирования для различных областей машиностроения.

Задачи исследования.

  1. Проанализировать основные существующие конструкции базовых элементов привода в виде механизмов периодического движения и их кинематические возможности.
  2. Разработать новый способ и устройство регулирования угла выстоя зубчато-рычажных механизмов периодического движения (ЗРМПД) поворотного рабочего органа.
  3. Разработать и проанализировать обобщенные физическую и математическую модели МПД непрерывного действия на основе некруглых зубчатых колес.
  4. Разработать основы проектирования регулируемых приводов на базе зубчато-рычажных механизмов с эллиптическими зубчатыми колесами и произвести их оптимизационный синтез для определения предельных кинематических возможностей по углу выстоя, путем расширения диапазона их регулирования и составления расчетных регулировочных таблиц их эксплуатационной переналадки в машинах-автоматах.
  5. Разработать программы компьютерного моделирования ЗРМ непрерывного действия (с возможностью задания любой формы некруглых зубчатых колес, различных проектных параметров рычажного механизма) для расчета и оптимизации угла выстоя и воспроизводящие с заданной точностью позиционирования фазы движения и остановок рабочего органа.
  6. Разработать экспериментальную модель регулируемого зубчато-рычажного механизма для сравнения теории с экспериментом.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели в работе использовались методы теории механизмов и машин, теоретической механики, методы математического и компьютерного моделирования, методы и средства экспериментального исследования.

Научная новизна работы:

  1. Выдвинута и экспериментально подтверждена гипотеза о возможности регулирования продолжительности выстоя рабочего органа и расширения кинематических свойств ЗРМПД путем применения некруглых зубчатых колес.
  2. Созданы обобщенные физическая и математическая модели регулируемых ЗРМПД непрерывного действия с некруглыми колесами, позволяющие решить задачу оптимизационного синтеза таких механизмов.
  3. Впервые из анализа на экстремум целевой функции по углу выстоя ведомого звена решена задача оптимизации ЗРМПД непрерывного действия с некруглыми зубчатыми колесами.
  4. Теоретически установлен и экспериментально подтвержден новый способ регулирования угла выстоя зубчато-рычажных приводов периодического движения непрерывного действия.

Практическая ценность.

  1. Разработано устройство регулирования угла выстоя зубчато-рычажных механизмов привода периодического движения поворотного рабочего органа.
  2. Разработана программа компьютерного расчета оптимального выстоя выходного звена МПД непрерывного действия при заданной точности позиционирования в зависимости от формы некруглых зубчатых колес.
  3. Разработана программа компьютерного моделирования кинематики движения ЗРМПД с различными некруглыми колесами.
  4. Разработанный в результате оптимизационного синтеза новый тип регулируемых зубчато-рычажных приводов непрерывного действия на основе эллиптических зубчатых колес обеспечивает увеличение в 5 раз продолжительность выстоя рабочего органа без разрыва кинематической цепи привода (по сравнению с ЗРМ с круглыми колесами), при этом появляется возможность регулирования продолжительности остановки выходного вала на ходу, т.е. без остановки автоматической линии

Полученные результаты позволяют создавать приводы подачи предметов

обработки в рабочую зону технологической машины с регулируемой продолжительностью остановки, отличающиеся малой динамичностью и, следовательно, повышенной надежностью. Более широкое применение таких устройств позволит существенно повысить быстроходность и надежность технологических машин.

Реализация работы. Руководящие материалы по наиболее рациональной технологии проектирования гибких автоматизированных производств с регулируемой продолжительностью выстоя приняты к использованию при модернизации производства в ООО «Центр Точной Механики» (г. Челябинск).

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и

обсуждены на:

  • ежегодных научно–технических конференциях Южно-Уральского

государственного университета в период 2003–2011 гг.;

  • на конференции в рамках XI Международной специализированной

выставки «Машиностроение. Металлообработка» в г. Челябинске в апреле

2007 г.;

  • на IV международной конференции «Проблемы механики современных

машин» в г. Улан-Удэ в июне 2009 г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах, в том числе 3 статьи в изданиях рекомендованных ВАК. По результатам работы получен 1 патент РФ на изобретение и 1 положительное решение о выдаче патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка, включающего 135 наименований, 6 приложений. Работа содержит 126 страниц основного текста, 56 иллюстраций и 14 таблиц. Общий объем диссертации 167 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, поставлена цель и сформулированы ее научная новизна и задачи исследования. Дается общая характеристика выполненных исследований.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» приведен обзор механизмов периодического движения. Рассматривались механизмы периодического движения, обеспечивающие точную остановку рабочего органа и механизмы периодического движения, обеспечивающие квазиостановку рабочего органа.

Первые упоминания о механизмах периодического движения встречаются в работах одной из самых ярких и загадочных личностей среди когда-либо живших на Земле людей, гениального ученого Леонардо ди сер Пьеро да Винчи. В его трактате, Codex Madrid 1, упоминаются прерывающие движения устройства, представляющие собой различные конструкции храповых и мальтийских механизмов.

Вопросам синтеза и анализа механизмов периодического движения, посвящены работы Артоболевского И.И., Власова В.И., Есипенко Я.И., Зазяна Ф.С., Кожевникова С.Н., Левитского Н.И., Майсюка Л.Б, Нахапетяна Е.Г., Чебышева П.Л., Черкудинова С.А., Шашкина А.С., Rath W., Volmer J., Hain K., Erdman A. G., Sandor G. N. и других отечественных и зарубежных авторов. Результаты анализа убедительно показывают, что храповые, мальтийские получервячные и фрикционные механизмы периодического движения при использовании их в быстродействующих технологических машинах недолговечны. В перечисленных механизмах прерывание движения обеспечивается за счет разрыва кинематической цепи на время остановки с последующим ее замыканием на время движения, что приводит к жестким ударам, вследствие чего возникают большие динамические нагрузки на детали механизма периодического движения.

Более предпочтительны для этой цели зубчато-рычажные МПД. Различные схемы этих механизмов рассматривались в большом количестве работ. Особое внимание уделялось исследованию простейшего зубчато-рычажного механизма.

Тем не менее, требования предъявляемые к МПД условиями современного производства по возможности регулирования в широком диапазоне величины угла стояния при сохранении необходимой точности позиционирования, показывают что простейший зубчато-рычажный механизм просто не может обеспечить требуемого угла выстоя при заданной точности позиционирования. Возникает необходимость улучшения кинематических характеристик этого механизма. Предлагаемые решения по улучшению характеристик приближенной остановки посредством введения повышенного зазора в зубчатой передаче или кулачкового механизма в структуру зубчато-рычажного механизма не могут быть признаны удовлетворительными, так как приводят к ухудшению динамической характеристики механизма и значительному снижению его технологичности и износостойкости. Ухудшение динамической характеристики механизма наблюдается и при введении в структуру зубчато-рычажного механизма двух и более двухкривошипных шарнирных четырехзвенников. Кроме того, известные способы регулирования угла выстоя за счет изменения длин звеньев рычажного механизма имеют ограниченные кинематические возможности. Изменяемая длина кривошипа или стойки приводит к существенному усложнению конструкции механизма, его неуравновешенности, повышает требования к точности изготовления и сборки, уменьшает жесткость. И, конечно, диапазоны изменения длины кривошипа и длины стойки существенно ограничены условиями кинематической работоспособности (неполный поворот кривошипа) и силовой работоспособности (превышение допустимых углов давления).

Наиболее приемлемым, на наш взгляд, решением является использование зубчато-рычажных механизмов на основе некруглых зубчатых колес. Такое решение не снижает плавности движения выходного звена, не приводит к снижению износостойкости и обеспечивает регулирование продолжительности выстоя при заданной точности позиционирования без нарушения кинематической и силовой работоспособности рычажного механизма при сохранении минимальных углов давления (т.е. при минимальном трении в кинематических парах во всем диапазоне регулирования).

Между тем практика применения некруглых зубчатых колес в технике велика. Теории расчета и проектирования некруглых зубчатых колес посвящены работы Литвина Ф.Л., Малкина Л.А, Скуридина М.А., Dooner, D. B., Cunningham F.W.

Однако, комбинированные механизмы, в которых рычажные системы и системы некруглых зубчатых колес работали бы совместно изучены в малой степени. Кинематические возможности ЗРМПД с использованием некруглых зубчатых колес не определены.

Таким образом, необходимость создания регулируемых приводов периодического движения непрерывного действия на основе зубчато-рычажных механизмов с некруглыми зубчатыми колесами и разработка основ их проектирования и приводит к постановке вышеуказанных задач.

Во второй главе «Анализ кинематических характеристик зубчато-рычажных механизмов периодического движения на основе круглых зубчатых колес» определены предельные кинематические возможности простейшего ЗРМПД с круглыми зубчатыми колесами (рис. 1).

 Простейший ЗРМПД с круглыми-0

Рис. 1. Простейший ЗРМПД с круглыми зубчатыми колесами

Решена задача оптимизационного синтеза механизмов, обеспечивающих как можно более длительный выстой ведомого колеса 3 в пределах допустимой точности позиционирования 3доп=0,5 градуса. Зависимость угла 3 поворота выходного колеса 3 от угла 1 поворота ведущего кривошипа 1 задана функцией положений:

В реферируемой работе получены выражения для приращения углов поворота колес при переходе механизма из положения i в следующее положение i + 1:

где

2/k;

; ,

k – количество рассчитываемых положений в кинематическом цикле механизма, в расчетах принято k = 360 (т.е. ).

Выражение (3) позволило расчетным путем построить функцию положений ведомого колеса 3:

(i+1)=+

В результате многопараметрического оптимизационного синтеза простейшего ЗРМПД было просчитано 500 000 наборов параметров и были определены его предельные кинематические возможности.

Область применения простейшего ЗРМПД ограничена углами стояния 4550 градусов при точности позиционирования 3доп = 0,5 градусов и при максимальном угле давления max = 45 градусов.

Полученные результаты совпали с результатами других исследователей (Майсюк Л.Б., Катков Н.П., Васильев М.С.) простейшего ЗРМПД.

Проведен анализ влияния геометрических параметров на кинематические характеристики ЗРМПД, показавший ограниченные кинематические возможности зубчато-рычажных приводов периодического движения на основе круглых зубчатых колес. Одним из предлагаемых путей расширения кинематических возможностей зубчато-рычажных механизмов может быть выполнение зубчатых колес некруглыми.

В третьей главе «Разработка и анализ зубчато-рычажных механизмов периодического движения на основе некруглых зубчатых колес» выдвигается научная гипотеза о возможности улучшения кинематических характеристик ЗРМПД путем применения некруглых зубчатых колес.

На (рис. 2) представлена обобщенная физическая модель зубчато-рычажных механизмов на основе некруглых зубчатых колес.

Физическая модель содержит сблокированное под углом с кривошипом О1А некруглое колесо 1, входящее в зацепление с некруглым колесом 2. В свою очередь колесо 2 сблокировано под углом с некруглым колесом 2, которое входит в зацепление с некруглым колесом 3, соединенным с роторным рабочим органом движения с остановками.

 Обобщенная физическая модель-35

Рис. 2. Обобщенная физическая модель зубчато-рычажных механизмов на основе некруглых зубчатых колес

Математическая модель зубчато-рычажного привода периодического движения имеет вид:

, (5)

из анализа которой получено условие остановки рабочего органа в приводе периодического движения:

. (6)



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.