Для кулачкового механизма с коромыслом.(с качающимся толкателем)
Построение профилей кулачка проводится в следующей последовательности:
· выбирается масштаб построения ml, мм/м,
· из произвольного центра проводятся в масштабе окружности с радиусами r0 и aw,
· из произвольной точки на окружности aw в направлении - j1 откладываeтся рабочий угол, угол делится на n интервалов, из каждой точки деления радиусом lBC проводятся дуги,
· на этих дугах от точки пересечения с окружностью r0 откладываются в масштабеmlсоответствующие перемещения толкателя SBi,
· полученные точки соединяются плавной кривой, образуя центровой профиль кулачка,
· проводятся из произвольных точек выбранных равномерно по центровому профилю кулачка дуги окружностей радиуса rр,
· конструктивный профиль кулачка получаем как огибающую к множеству положений ролика толкателя.
|  Вопрос №67
Второй этап синтеза – метрический. На этом этапе определяются основные размеры звеньев механизма, которые обеспечивают заданный закон преобразования движения в механизме или заданную передаточную функцию. Передаточная функция является чисто геометрической характеристикой механизма, а, следовательно, задача метрического синтеза чисто геометрическая задача, независящая от времени или скоростей. Основные критерии, которыми руководствуется проектировщик, при решении задач метрического синтеза: минимизация габаритов, а, следовательно, и массы; минимизация угла давления в вышей паре; получение технологичной формы профиля кулачка.
Постановка задачи метрического синтеза.
Дано: Структурная схема механизма; закон движения выходного звена S B= f(j1) или его параметры – hB,jраб = jу + jдв + jс ; допустимый угол давления - [J]; дополнительная информация – радиус ролика rр, диаметр кулачкового вала dв, эксцентриситет е (длямеханизма с толкателем движущимся поступательно
Определить: радиус начальной шайбы кулачка r0,, радиус ролика rр,и, если не задано, то эксцентриситет е
Определение основных размеров кулачкового механизма. Размеры кулачкового механизма определяются с учетом допустимого угла давления в высшей паре. При этом используется условие, доказанное выше, и названное нами вторым следствием основной теоремы зацепления.
Формулировка синтеза. Если на продолжении луча, проведенного из точки О2 через точку K, отложить от точки K отрезок длиной lKD = VK2 / w1 = VqK2 и через конец этого отрезка провести прямую параллельную контактной нормали, то эта прямая пройдет через центр вращения ведущего звена точку О1 .
Условие, которому должно удовлетворять положение центра вращения кулачка О1, согласно этой теореме: углы давления на фазе удаления во всех точках профиля должны быть меньше допустимого значения. Поэтому графически область расположения точки О1 может быть определена семейством прямых проведенных под допустимым углом давления к вектору возможной скорости точки центрового профиля, принадлежащей толкателю. Графическая интерпретация вышесказанного для толкателя и коромысла дана на рис. 17.5. На фазе удаления строится диаграмма зависимости SB = f (j1). Так как при коромысле точка В движется по дуге окружности радиуса lBC, то для механизма с коромыслом диаграмма строится в криволинейных координатах. Все построения на схеме, проводятся в одном масштабе.
Выбор центра возможен в заштрихованных областях. Причем выбирать нужно так, чтобы обеспечить минимальные размеры механизма. Минимальный радиус r1* получим, если соединим вершину полученной области, точку О1*, с началом координат. При таком выборе радиуса в любой точке профиля на фазе удаления угол давления будет меньше или равен допустимому. Однако кулачок необходимо при этом выполнить с эксцентриситетом е*. При нулевом эксцентриситете радиус начальной шайбы определится точкой Ое0. Величина радиуса при этом равна re0 , то естьзначительно больше минимального
r1 - минимальный радиус начальной шайбы кулачка;
r1е - радиус начальной шайбы при заданном эксцентриситете;
При выборе радиуса ролика руководствуются следующими соображениями:
Ролик является простой деталью, процесс обработки которой несложен (вытачивается, затем термообрабатывается и шлифуется). Поэтому на его поверхности можно обеспечить высокую контактную прочность. В кулачке, из-за сложной конфигурации рабочей поверхности, это обеспечить сложнее. Поэтому обычно радиус ролика rр меньше радиуса начальной шайбы конструктивного профиля r и удовлетворяет соотношению rр < 0.4× r0 , где r0 - радиус начальной шайбы теоретического профиля кулачка. Выполнение этого соотношения обеспечивает примерно равную контактную прочность как для кулачка, так и для ролика. Ролик обладает большей контактной прочностью, но так как его радиус меньше, то он вращается с большей скоростью и рабочие точки его поверхности участвуют в большем числе контактов.
Конструктивный профиль кулачка не должен быть заостренным или срезанным. Поэтому на выбор радиуса ролика накладывается ограничение rр < 0.7 ×rmin , где rmin - минимальный радиус кривизны теоретического профиля кулачка
Рекомендуется выбирать радиус ролика из стандартного ряда диаметров в диапазоне rp = (0.2 … 0.35)× r0 . При этом необходимо учитывать, что увеличение радиуса ролика увеличивает габариты и массу толкателя, ухудшает динамические характеристики механизма (уменьшает его собственную частоту). Уменьшение радиуса ролика увеличивает габариты кулачка и его массу; частота вращения ролика увеличивается, его долговечность снижается.
Т.о. оптимальное значение эксцентриситета получается при совпадении центра О1 с точкой
О1* на рисунке (минимизация габаритов и массы). При заданном эксцентриситете центр О1
Будет перемещатьсяп
Вопрос №68 и Вопрос №70
Для кулачкового механизма с внеосным толкателем.(е=0, е не равно 0)
Построение профилей кулачка проводится в следующей последовательности:
· выбирается масштаб построения ml, мм/м;
· из произвольного центра проводятся в масштабе окружности с радиусами r0 и е;
· из произвольной точки на окружности ro в направлении - j1 откладываeтся рабочий угол, угол делятся на n интервалов;
· из каждой точки деления касательно к окружности радиусом е проводятся прямые (если е равно нулю, то эти прямые проводятся из каждой точки деления в точку О1 );
· на этих прямых от точки пересечения с окружностью r0 откладываются в масштабе ml соответствующие перемещения толкателя SВi;
· полученные точки соединяются плавной кривой, образуя центровой профиль кулачка;
· проводятся из произвольных точек выбранных равномерно по центровому профилю кулачка дуги окружностей радиуса rр;
· конструктивный профиль кулачка получаем как огибающую к множеству положений ролика толкателя.
| Вопрос №71
Трение в механизмах. Виды трения.
Способность контактирующих поверхностей звеньев сопротивляться их относительному движению называется внешним трением. Трение обусловлено неидеальным состоянием контактирующих поверхностей (микронеровности, загрязнения, окисные пленки и т.п.) и силами межмолекулярного сцепления. Трение в кинематических парах характеризуется силами трения и моментами сил трения. Силой трения называется касательная составляющая реакции в КП (составляющая направленная по касательной к контактирующим поверхностям), которая всегда направлена против вектора скорости относительного движения звеньев.
Различают следующие виды трения:
· трение покоя проявляется в момент, когда два тела находящиеся в состоянии относительного покоя начинают относительное движение (касательную составляющую возникающую в зоне контакта до возникновения относительного движения, в условиях когда она меньше силы трения покоя, будем называть силой сцепления; максимальная величина силы сцепления равна силе трения покоя);
· трение скольжения появляется в КП при наличии относительного движения звеньев; для большинства материалов трение скольжения меньше трения покоя;
· трение качения появляется ввысших КП при наличии относительного вращательного движения звеньев вокруг оси или точки контакта;
· трение верчения возникает при взаимодействии торцевых поверхностей звеньев вращательных КП (подпятники).
Кроме того по наличию и виду применяемых смазочных материалов различают:
1.Без смазочных материалов
2.Со смазочными материалами
1)граничное
2)жидкостное(гидростатическое, гидродинамическое, упругогидродинамическое)
3)с воздушной смазкой (газостатическое, газодинамическое)
Сила трения покоя зависит от состояния контактных поверхностей звеньев, а сила трения скольжения - также и от скорости скольжения.
Силы в кинематических парах с учетом трения.
1. Поступательная КП
При силовом расчете с учетом трения в поступательной КП определяются:
реактивный момент Mij,
величина реакции Fij;
направление вектора Fij;
известны: точка приложения силы - геометрический центр кинематической пары A1п. и коэффициент трения скольжения f.
Полная величина реакции в КП равна векторной сумме Fij= Fnij+ Fтр ij или
Fij= Fnij×Ö 1 + f2 ,
где Fтр ij= Fnij×tgj = Fnij×f - сила трения скольжения, j - угол трения, f - коэффициент трения скольжения (tgj»f, так как j мало).
Если tgj»fÞ 0, то FijÞFnij, т.е. к решению без учета трения.
Число неизвестных в поступательной КП при силовом расчете с учетом трения увеличилось и равно ns= 3.
2. Вращательная КП
Силовой расчет с учетом трения является моделью КП более высокого уровня, с большей степенью приближения модели к реальной КП. При этом известны геометрические размеры элементов КП (радиусы цапф) и коэффициент трения скольжения. Так как в реальных парах имеются зазоры, то на расчетной схеме пару представляют как высшую.
При силовом расчете c учетом трения во вращательной КП определяются:
направление реакции Fij;
величина реакции Fij;
величина силы трения Fтр ij;
известно: линия действия нормальной составляющей проходит через центр КП точку B1в.,коэффициент трения скольжения, радиус цапфы ri»rj.
Момент трения в КП
Мтр ij= Fтр ij×ri= Fnij×ri×f = Fij×cosj×tgj×ri = Fij×ri×sinj = Fij×r,
где r - радиус круга трения r = ri×sinj»ri×tgj»ri×f.
Число неизвестных во вращательной КП при силовом расчете с учетом трения увеличилось и равно ns= 3.
3.Высшая КП. В высшей паре два относительных движения - скольжение и перекатывание. Поэтому здесь имеют место два вида трения - трение скольжения и трение качения
При силовом расчете в высшей КП определяются:величина реакции Fij;направление реакции Fij;момент сил трения Мтрij
известны:
точка приложения силы - точка контакта рабочих профилей кинематической пары С2вп;, направление нормальной составляющей Fnij - контактная нормаль к профилям (размеры и форма профилей заданы);
направление тангенциальной составляющей Fтрij - касательная к профилям в точке контакта; коэффициенты трения качения k и скольжения f.
Полная величина реакции в КП равна векторной сумме
Fij=Fnij+ Fтр ij или Fij= Fnij×Ö 1 + f2 .
Момент трения в КП Мтр ij= Fnij×k = Fij×k / Ö 1 + f2 .
Число неизвестных в высшей КП при силовом расчете с учетом трения увеличилось с ns= 1 до ns= 3 (так как в паре имеется два вида трения).
Силовой расчет механизмов с учетом сил трения.
Постановка задачи силового расчета: для исследуемого механизма при известных кинематических характеристиках и внешних силах, а также размерах элементов КП и величинах коэффициентов трения в них, определить уравновешивающую силу или момент (управляющее силовое воздействие) и реакции в кинематических парах механизма.
Методы решения задач силового расчета с учетом трения:
· составление общей системы уравнений кинетостатики с уравнениями для расчета сил и моментов сил трения с числом уравнений соответствующим числу неизвестных;
· метод последовательных приближений: на первом этапе решается задача кинетостатического расчета без учета трения и определяются нормальные составляющие реакций, по ним рассчитываются силы трения и определяются реакции с учетом трения.
Примечание: силовой расчет с учетом сил трения можно проводить на тех этапах проектирования, когда уже определены размеры элементов КП, материалы звеньев, образующих пары, классы чистоты рабочих поверхностей КП, вид смазки и скорости относительных движений, т.е. параметры по которым можно определить коэффициенты трения.
Вопрос №72
Понятие о КПД механической системы.
Коэффициентом полезного действия или КПД механической системы называют отношение работы сил полезного сопротивления к работе движущих сил за цикл (или целое число циклов) установившегося режима работы.
КПД механизма характеризует его эффективность при преобразовании энергии, определяет соотношение полученной на выходе полезной энергии и энергетических потерь в механизме на трение, перемешивание масла, вентиляцию, деформацию звеньев и др. Величину КПД можно рассчитать по следующей зависимости:
h = | Aj/Ai | = | Аi- Aпот | / | Ai|,
h = 1 - | Aпот/ | Ai| = 1 - y,
где Ai - работа движущих сил, Aj - работа сил полезного сопротивления, h - коэффициент полезного действия, y - коэффициент потерь.
Работа движущих сил за цикл
jin
Аi = òМд× dji »Мдср× (jin - ji0)»Мдср×Dji ,
ji0
работа сил полезного сопротивления за цикл
jjn
Аj= ò Мс ×djj» Мcср× (jjn- jj0)» Мcср ×Djj,
jj0
где Мдср и Мcср - среднеинтегральные значения движущего момента и момента сил сопротивления, jin,jjn и ji0 , jj0 - значенияугловых координат звеньев i и j,соответственно в начале и в конце цикла.
Подставим эти выражения в формулу для КПД и получим
h = | Aj/Ai | = | Мcср ×Djj | / | Мдср ×Dji| = | Мcср × | / | Мдср |,
 где uji- передаточное отношение механизма.
КПД механической системы при последовательном и параллельном соединении механизмов.
Последовательное соединение
при последовательном соединении (рис. 9.11) весь поток механической энергии проходит последовательно через каждый из механизмов
Параллельное соединение
при параллельном соединении механизмов i и j (рис. 9.12) поток механической энергии делится на две части: часть проходящую через механизм i обозначим µ, а часть проходящую через механизм j Þ b, причем µ +b = 1.
| Вопрос №73
Промышленные роботы и манипуляторы.
Промышленный робот –автоматическая машина, состоящая из манипулятора и устройства программного управления его движением, предназначенная для замены человека при выполнении основных и вспомогательных операций в производственных процессах. Манипулятор – совокупность пространственного рычажного механизма и системы приводов, осуществляющая под управлением программируемого автоматического устройства или человека-оператора действия (манипуляции), аналогичные действиям руки человека.
Назначение и область применения.
Промышленные роботы предназначены для замены человека при выполнении основных и вспомогательных технологических операций в процессе промышленного производства. При этом решается важная социальная задача - освобождения человека от работ, связанных с опасностями для здоровья или с тяжелым физическим трудом, а также от простых монотонных операций, не требующих высокой квалификации. Гибкие автоматизированные производства, создаваемые на базе промышленных роботов, позволяют решать задачи автоматизации на предприятиях с широкой номенклатурой продукции при мелкосерийном и штучном производстве. Копирующие манипуляторы, управляемые человеком-оператором, необходимы при выполнении различных работ с радиоактивными материалами. Кроме того, эти устройства незаменимы при выполнении работ в космосе, под водой, в химически активных средах. Таким образом, промышленные роботы и копирующие манипуляторы являются важными составными частями современного промышленного производства.
Классификация промышленных роботов.
Промышленные роботы классифицируются по следующим признакам:
v по характеру выполняемых технологических операций
ü основные;
ü вспомогательные;
ü универсальные;
v по виду производства
ü литейные;
ü сварочные;
ü кузнечно-прессовые;
ü для механической обработки;
ü сборочные;
ü окрасочные;
ü транспортно-складские;
v по системе координат руки манипулятора
ü прямоугольная;
ü цилиндрическая;
ü сферическая;
ü сферическая угловая (ангулярная);
ü другие;
v по числу подвижностей манипулятора;
v по грузоподъемности
ü сверхлегкие (до 10 Н);
ü легкие (до 100 Н);
ü средние (до 2000 Н);
ü тяжелые (до 10000 Н);
ü сверхтяжелые (свыше 10000 Н);
v по типу силового привода
ü электромеханический;
ü пневматический;
ü гидравлический;
ü комбинированный;
v по подвижности основания
ü мобильные;
ü стационарные;
v по виду программы
ü с жесткой программой;
ü перепрограммируемые;
ü адаптивные;
ü с элементами искусственного интеллекта;
v по характеру программирования
ü позиционное;
ü контурное;
ü комбинированное.
Рабочее пространство манипулятора - часть пространства, ограниченная поверхностями огибающими к множеству возможных положений его звеньев. Зона обслуживания манипулятора - часть пространства соответствующая множеству возможных положений центра схвата манипулятора. Зона обслуживания является важной характеристикой манипулятора. Она определяется структурой и системой координат руки манипулятора, а также конструктивными ограничениями наложенными относительные перемещения звеньев в КП.
Подвижность манипулятора W - число независимых обобщенных координат однозначно определяющее положение схвата в пространстве.
5
W= 6× n - å (6 - i)× pi
i=1
или для незамкнутых кинематических цепей.
5
W = å i× pi .
i=1
Маневренность манипулятора М - подвижность манипулятора при зафиксированном (неподвижном) схвате. М = W - 6.
В манипуляторе можно выделить два участка кинематической цепи с различными функциями: механизм руки и механизм кисти. Под «рукой» понимают ту часть манипулятора, которая обеспечивает перемещение центра схвата – точки М (региональные движения схвата); под «кистью» – те звенья и пары, которые обеспечивают ориентацию схвата (локальные движения схвата).
Вопрос №74
Волновые передачи. Назначение и области применения.
 Волновой передачей называется зубчатый или фрикционный механизм, предназначенный для передачи и преобразования движения (обычно вращательного), в котором движение преобразуется за счет волновой деформации венца гибкого колеса специальным звеном (узлом) – генератором волн. Основными элементами дифференциального волнового механизма являются: входной или быстроходный вал с генератором волн, гибкое колесо с муфтой, соединяющей его с первым тихоходным валом, жесткое колесо, соединенное со вторым тихоходным валом, корпус.
Преимущества и недостатки волновых передач.
Преимущества:
ü Возможность реализации в одной ступени при двухволновом генераторе волн больших передаточных отношений в диапазоне от 40 до 300.
ü Высокая нагрузочная способность при относительно малых габаритах и массе.
ü Малый мертвый ход и высокая кинематическая точность.
ü Возможность передачи движения через герметичную перегородку.
ü Малый приведенный к входному валу момент инерции (для механизмов с дисковыми генераторами волн).
Недостатки:
ü Меньшая приведенная к выходному валу крутильная жесткость.
ü Сложная технология изготовления гибких зубчатых колес.
Кинематика волнового механизма.
rwу - радиус начальной окружности условного колеса;
rwж - радиус начальной окружности жесткого колеса;
rд - радиус деформирующего диска;
rсг - радиус срединной окружности гибкого колеса;
rсу - радиус срединной окружности условного колеса;
w0 - радиальная деформация гибкого колеса.
 Рассмотрим движение звеньев дифференциального волнового механизма относительно генератора волн. Тогда угловые скорости звеньев изменятся следующим образом:
| Движение механизма
| Звено г
| Звено ж
| Звено h
| Звен0
| | Отн. стойки
| wг
| wж
| wh
| w0=0
| | Отн. генератора волн
| w*г=wг-wh
| w*ж=wж-wh
| wh-wh=0
| -wh
| В движении звеньев относительно генератора волн скорости звеньев равны угловым скоростям в движении относительно стойки минус угловая скорость генератора. Скорость точки жесткого колеса, совпадающей с полюсом зацепления VPж = (wж-wh)×rwж,
а скорость точки, совпадающей с полюсом на гибкомколесе VPг = (wг-wh)×rwг.
В полюсе зацепления нет скольжения и VPж = VPг, а так как срединную поверхность оболочки считаем нерастяжимой то VPг = VС. Тогда для движения относительно генератора волн
VPж = (wж-wh)×rwж , VС = (wг-wh)×rwг,
VPж = VС Þ (wж-wh)×rwж = (wг-wh)×rwг,
(wж-wh)/ (wг-wh) = rwг / rwж = zг / zж,
zж ×wж + (zг – zж) ×wh - zг×wг = 0.
Для волнового зубчатого редуктора[ 1 ]:
при заторможенном жестком колесе wж= 0uhгж = wh / wг = - zг / (zж – zг);
при заторможенном гибком колесе wг= 0uhжг = wh / wж = zж / (zж – zг).
Расчет геометрии волнового зубчатого зацепления.
В расчете геометрии волнового зацепления существует два основных подхода. В первом методе исследуется относительное движение зубьев и, на основе этого, разрабатываются рекомендации по выбору геометрических параметров зацепления. Второй метод основан на использовании расчетного внутреннего зацепления жесткого колеса с условным расчетным колесом. Это колесо вписывается в деформированное гибкое колесо на участке возможного зацепления. Преимуществом первого метода можно считать относительную универсальность, которая позволяет в расчете геометрии учитывать деформации как гибкого, так и жесткого колеса под нагрузкой. Однако разработать рекомендации даже для небольшого количества конструкций ВЗП затруднительно. Второй метод позволяет использовать для расчета геометрии стандартный
|