Структурно-кинематический синтез пяти – и семизвенных регулируемых пространственных направляющих механизмов – часть 1

Экономика      Постоянная ссылка | Все категории

УДК 621.01 На правах рукописи

БАЙГУНЧЕКОВ НУРЛАН ЖУМАДИЛОВИЧ

Структурно-кинематический синтез пяти – и семизвенных

регулируемых пространственных направляющих механизмов

05.02.18 – Теория механизмов и машин

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Республика Казахстан

Алматы, 2010

Работа выполнена в Институте механики и машиноведения им. академика У. А.Джолдасбекова Министерства образования и науки Республики Казахстан

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Джолдасбеков С. У.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Нурахметов Б. К.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Иванов К. С.

кандидат технических наук, доцент

Кинжебаева Д. А.

Ведущая организация: Институт машиноведения Национальной

академии наук Кыргызской Республики

Защита состоится “23сентября 2010 года в 16:00 часов на заседании Объединенного диссертационного совета ОД 53.02.01 при Институте механики и машиноведения им. академика У. А.Джолдасбекова Министерства образования и науки Республики Казахстан по адресу: 050060, г. Алматы, ул. Шевченко, 22 (факс: 8-727-2913394).

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке МОН РК.

Автореферат разослан “_____” ______________ 2010 г.

Ученый секретарь Объединенного

диссертационного совета,

доктор технических наук Джомартов А. А. 

ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика работы и актуальность темы. Курс на индустриально-инновационную направленность развития промышленности в Республике Казахстан предъявляет высокие требования к технологичности машин и оборудования.

Пространственные рычажные механизмы со многими степенями свободы, в том числе регулируемые пространственные механизмы, обладают широкими функциональными возможностями.

Настоящая работа посвящена актуальной проблеме исследования пяти – и семизвенных регулируемых пространственных направляющих механизмов и разработке эффективных методов их структурного и кинематического синтеза.

Целью работы является разработка методов структурно – кинематического синтеза пяти – и семизвенных регулируемых пространственных направляющих механизмов.

Научная новизна:

- разработаны методы структурного синтеза регулируемых пространственных направляющих механизмов из структурных модулей (регулируемых пространственных направляющих исполнительных кинематических цепей (ИКЦ) и замыкающих кинематических цепей (ЗКЦ)) по заданным законам движения выходной точки, входного и регулирующего звеньев;

- разработаны методы кинематического синтеза четырех-, пяти – и шестизвенных регулируемых пространственных направляющих исполнительных кинематических цепей вида ВВЦ, ВВЦСВ и ВВЦССВСВ на основе аппроксимационных задач квадратического и Чебышевского приближений и градиентными методами, где В – вращательная, Ц – цилиндрическая, С – сферическая кинематические пары;

- разработан обобщенный алгоритм структурно-кинематического синтеза регулируемых пространственных направляющих механизмов и проведен структурно-кинематический синтез пяти – и семизвенных регулируемых пространственных направляющих механизмов вида ВВЦСВ и ВВЦССВСВ.

Научные положения, выносимые на защиту:

- модульные методы структурного синтеза регулируемых пространственных направляющих механизмов и формирование на их основе структурных схем пяти – и семизвенных регулируемых пространственных направляющих механизмов;

- методы кинематического синтеза четырех-, пяти – и шестизвенных регулируемых пространственных направляющих ИКЦ;

- структурно-кинематический синтез пяти – и семизвенных регулируемых пространственных направляющих механизмов вида ВВЦСВ и ВВЦССВСВ,

Практическая ценность и реализация результатов работы. На основе разработанных методов и алгоритмов создан комплекс прикладных программ синтеза пяти – и семизвенных регулируемых пространственных направляющих механизмов, который обеспечивает автоматизацию этапов синтеза пяти – и семизвенных регулируемых пространственных направляющих механизмов при заданной функции регулирования и по заданным законам движения входного и выходного звеньев.

Методы, алгоритмы и комплекс прикладных программ синтеза пяти – и семизвенных регулируемых пространственных направляющих механизмов целесообразно использовать при чтении спецкурсов и при курсовом и дипломном проектировании в ВУЗах, в практической работе научно- исследовательских и проектно – конструкторских организаций при проектировании пространственных регулируемых рычажных направляющих механизмов произвольной структуры, используемых в машинах нефтяной и горно-металлургической промышленности, погрузочно – разгрузочных и манипуляционных устройствах.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов обусловлена:

- анализом и обобщением литературных данных по изучаемой проблеме, корректной постановкой цели и задач исследования;

- использованием фундаментальных законов механики, основных положений теории механизмов и машин и численных методов;

- сопоставлением полученных законов движений рабочих точек синтезированных пяти – и семизвенных регулируемых пространственных направляющих механизмов с их заданными законами движениями.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной научной конференции “Математическое моделирование в естественных науках”, посвященной 75-летию академика НАН РК Лукьянова А. Т. (Алматы, 1996г.), The 16-th International Conference on Gearing, Transmissions and Mechanical Systems (3-6 July, 2000, The Nottingham Trent University, UK), Международной конференции “Проблемы механики современных машин” (20-25 июня, 2000 г., Улан-Удэ, Россия), Международной научно-практической конференции «Инженерная наука на рубеже XXI века» (Алматы, 22 ноября 2001г.), Межвузовской конференции по математике и механике (КазНУ им. Аль-Фараби, 2004г., Алматы), The XI World IFToMM Congress (1-3 April, 2004, Tianjin, China), The XII World IFToMM Congress. (17-21 June, 2007, Besanson, France.).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 14 научных работ, в том числе одна монография, получено три предварительных патента РК.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Во введении обосновывается актуальность проблемы, сформулированы цель работы, ее научная новизна и практическая ценность.

В первом разделе проводится аналитический обзор существующих исследований в области структурного, кинематического и оптимизационного метода синтеза пространственных рычажных механизмов с целью показать связь диссертационных исследований с современными направлениями развития теории структурного и кинематического синтеза пространственных рычажных механизмов и формулируются задачи, решаемые в работе.

Во втором разделе предлагается принцип формирования структурных схем регулируемых пространственных направляющих механизмов.

Регулируемые пространственные направляющие механизмы предназначены для воспроизведения в абсолютной системе координат семейства заданных движений выходной точки

(1)

при заданных движениях входного звена

(2)

и регулирующего параметра

. (3)

Регулируемые пространственные направляющие механизмы формируются из регулируемых пространственных направляющих ИКЦ и ЗКЦ.

Регулируемые ИКЦ и ЗКЦ являются структурными модулями, из которых формируются регулируемые пространственные направляющие механизмы по следующему алгоритму

1. Задаются законами движения (1) выходной точки, входного звена (2) и регулирующего параметра (3).

2. Синтезируются регулируемые ИКЦ и ЗКЦ с минимальными числами звеньев, реализующие заданные законы движения выходной точки, входного звена и регулирующего параметра.

3. В результате перечисленных операций с минимальными числами звеньев регулируемых ИКЦ и ЗКЦ формируются регулируемые пространственные механизмы с минимальным числом звеньев.

4. Если сформированные регулируемые пространственные направляющие механизмы с минимальным числом звеньев не воспроизводят заданные законы движения выходной точки и входного звена в пределах требуемой точности, то за счет усложнения структуры ИКЦ и ЗКЦ и их синтеза формируются регулируемые пространственные направляющие механизмы более сложной структуры.

На основе данного алгоритма проведен структурный синтез пяти-, шести и семизвенных регулируемых пространственных направляющих механизмов.

На рисунках 1 и 2 представлены структурные схемы пяти – и семизвенных регулируемых пространственных направляющих механизмов вида ВВЦСВ и ВВЦССВСВ II и IV классов.

Пятизвенный регулируемый пространственный направляющий механизм II класса (рисунок 1) сформирован путем соединения звена 3 четырехзвенной регулируемой пространственной направляющей ИКЦ А0АВР вида ВВЦ со стойкой при помощи бинарного звена CD вида СВ.

Семизвенный регулируемый пространственный направляющий механизм IV класса (рисунок 2) сформирован путем соединения звеньев 2 и 4 шестизвенной регулируемой пространственной направляющей ИКЦ ABCDEE0 вида ВВЦССВ при помощи бинарного звена FG вида ВС.

В третьем разделе изложены методы синтеза четырех – и пятизвенных регулируемых пространственных направляющих ИКЦ формирующихся из незамкнутых трехподвижных трех – и четырехзвенных пространственных направляющих ИКЦ путем разрыва звеньев и вставки входных кинематических пар с регулирующими параметрами.

Синтез четырех – и пятизвенных регулируемых пространственных направляющих ИКЦ проводится по следующему алгоритму

1. Задать начальные значения параметров синтеза четырех – и пятизвенных регулируемых пространственных направляющих ИКЦ.

Рисунок 1 – Пятизвенный регулируемый пространственный направляющий механизм вида ВВЦСВ

Рисунок 2 - Семизвенный регулируемый пространственный направляющий механизм вида ВВЦССВСВ

2. Анализ положений звеньев четырех – и пятизвенных пространственных направляющих ИКЦ по их начальным значениям параметров синтеза и заданным значениям координат выходной точки и регулирующего параметра.

3. Если полученные значения обобщенной координаты четырех – и пятизвенных регулируемых пространственных направляющих ИКЦ отличаются от их заданных значений в пределах требуемой точности, то уточняются параметры синтеза четырех – и пятизвенных регулируемых пространственных направляющих ИКЦ.

Синтез четырех – и пятизвенных регулируемых пространственных направляющих ИКЦ рассмотрены на примерах синтеза четырехзвенной регулируемой пространственной направляющей ИКЦ вида ВВЦ и пятизвенной регулируемой пространственной направляющей ИКЦ вида ВВВВ при заданных законах движения выходной точки, входного звена 2 и регулирующего параметра.

Параметрами синтеза четырехзвенной регулируемой пространственной направляющей ИКЦ вида ВВЦ (рисунок 3) являются: , , , , , , , , , где – координаты точки вращательной пары с регулирующим параметром в абсолютной системе координат ; , , – направляющие косинусы оси вращательной пары ; и – координаты точек и пересечения осей и вращательной и цилиндрической кинематических пар с плоскостями систем координат и, жестко связанных с звеньями 1 и 3; и – направляющие косинусы осей и в системах координат и ; и – наикратчайшее расстояние и угол между осями и ; – расстояние от точки до основания общего перпендикуляра между осями и.

Если рассмотреть движение системы координат относительно системы координат, то она ограничивает движение прямой по поверхности, которая представляет собой гиперболоид вращения с осью.

Условие связи в векторной форме определяется выражением

, (4)

которое приводится к виду

, (5)

где,

.

Рисунок 3 – Четырехзвенная регулируемая пространственная направляющая ИКЦ вида ВВЦ

Здесь

, ; (6)

Далее решены задачи синтеза четырехзвенной регулируемой пространственной направляющей ИКЦ вида ВВЦ методами Чебышевского и квадратического приближений и градиентными методами.

В задаче Чебышевского приближения требуется определить вектор искомых параметров синтеза как минимум функционала

. (7)

В задаче квадратического приближения отыскивается минимум функционала

. (8)

Для каждой взвешенной разности составляются суммы

, (9)

условия стационарности которых приводят к системе линейных уравнений вида

(10)

где

;

Неизвестные параметры синтеза определяются последовательным решением системы (10).

Параметрами синтеза пятизвенной регулируемой пространственной направляющей ИКЦ вида ВВВВ (рисунок 4) являются: , , , , , , , , , , , , , и, где – координаты точки вращательной пары с регулирующим параметром в абсолютной системе координат ; , , – направляющие косинусы оси вращательной пары ; – направляющие косинусы оси вращательной пары ; – направляющие косинусы оси вращательной пары ; – направляющие косинусы оси вращательной пары ; – координаты вращательного шарнира в системе координат, жестко связанной с звеном 1; и – координаты точек и пересечения оси вращения шарнира с координатными плоскостями системы, жестко связанной с звеном 2; и – координаты точек и пересечения оси вращения шарнира с координатными плоскостями системы, жестко связанной с звеном 4; – наикратчайшее расстояние и угол между отрезками и ; и – расстояния, определяющие основания и общего перпендикуляра между осями и.

Экономика      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника