Содержание к диссертации
Глава 1 Анализ работы кулачковых механизмов.Л»,^.^„.ИЛ.>„^(.^ . Ш
1.L Области применения кулачковых механизмов „„.*„.„.„.„„ „„„„;,„..., „ 10
12, Проектирование и: обработка кудаяшвт применение системи CAJD/C AM дам
кулачков . _ „„„ „_ 15
ІЛ. 1: Праетомрование и:обработка кулачков „ш „ .„„«„„„„„.._„.„ 1.5
1.2.2 Система CAD/CAM для кулачков И
История исследования кулачковых механизмов 20
Применение дишмических кулачков 24
Известные программы расчёта кулачков ....26
Цель и задачи работы 28
Выводы по первой главе 29
Глава 2 Описание законов движения толкателей и параметрическая
универсальная кривая закона движения 31
2.1. Выведение законов движения 31
Кривые закона движения ведомого звена и кривая профиля кулачка 31
Характеристики движения толкателей 33
Безразмерные характеристики законов движения и их параметризация 35
Анализ значения характеристик движения 37
2.2. Законы движения ведомого звена 41
Законы движения, описываемые разрывнойкривой 41
Законы движения с непрерывной кривой в форме простых функций 43
Законы движения с модификациями 47
Прочие законы движения 50
2.3. Сравнение и выбор основных законов движения 51
2.4. Параметрическая универсальная кривая закона движения 55
Композиция параметрической универсальной кривой 56
Уравнения вычисления характеристик ведомого звена 60
Примеры применения подпрограммы для параметрической универсальной кривой 64
2.5. Вывода* по второй главе 67
Глава 5 Вычисление профильной поверхности кулачка по теории
сопряжённых поверхностей 69
3.1. Системы координат в кулачковых механизмах н их преобразование 69
3.2. Универсальные уравнения вычисления профильных поверхностей
кулачкоа.. 72
Теория шпряжённых поверхностей & кулачковых механизмах.... 72
Универсальные уравнения профильной поверхности кулачка 73
3.3. Вычисление профильной поверхности для распространенных кулачковых
механизмов 77
33 Л. Дисковый кулачковый механизм с роликовым ведомым звеном... 77 3 3 2*. Дисковый кулачковый механизм с плоским ведомым звеном „, 82 333 - Пространственный кулачковый механизм с концентрическим
роликом. ,„_„ _„—,~~—.—_._ 87
ЗА Угол давления: ведомого звена и кривизна профильных поверхностей. .__„„._,_„„.._._.___.—_—н^^^^^«^н^^92
3'At~ Угол давление „т^т.^„^~^~.^„ „_____._____. 92
ЗАЛ* Кривизна профильных поверхностей „—.—. ... 94
3 А2,1. Дисковые кулачковые механизмы с ролжгавым ведомым:
звеном: ..т.»„_ ш_„__„ ___.—___ 94:
З А2.2. Дисковые кулачковые механизмы с плоским ведомым
звеном.... . .......... ......... , . ............ 95
ЗА2.3. Пространственные кулачковые механизмы с
концентричехжим роликом .96
3.5. Выводы по третьей главе.. 97
Глава 4 Динамика кулачковых механизмов. Проектирование
динамического кулачка 98
4Л. Бшетродейетвушщие ї^лачковьіе механизмы 98
Источники вибраций „99
Разработка динамическоймоделикул&чкового механизма 102
Аппрокошацш реальной модели 102
Определение параметров динамической модели звеньев механизма . . . 164
Передаточное отношение ипреобразование параметров 107
4.4. Дифференциальные уравнения движения ведомого звена с учётом
упругости звеньев как системы є одной степенью свободы 109
4.5. Дифференциальное уравнение реального движение ведомого звена с
учетом упругости звенье» как системы со многими степенями
свободы 118
Дифференциальное уравнение реального движения со многими степенями свободы,,.„_„.„...,._._......„*^.„. „,„„....„.„ „118
Модальныйанажз куладагаогомеханизма 120
Динамический отклик.... 125
Проектирование динамических кулачков 127
Вывода: ио четвертой гааве 132
Глава 5 Интегрированная параметрическая система САВ/САМ
проектирования кулачковых механизмов 134
5.1. Общая структура системы ЄА0/САМ нроектнования
кулачшв 134
5.2. Процесс работы и применение системы GGDCaas^ 137
Обще^окноги&шшо^сстемыОСтЕЮат^ .....137
Процесс работысистемы GGDCa&is 140
5.3. Построение параметризованной трёхмерной твердотельной модели
кулачковых механизмов и автоматическое черчение 147
Параметричесгае проектирование и система T-FLEX CAD .— 148
Построение параметрической модели кулачкового механизма.. 149
Оформление чертежей 154
Построение графиков характеристик движения ведомого звена 156
5.4. Моделирование движения: кулачковых механизмов . 156
5ЖХ Управление изменением нескольких переменных е помощью
механизмаOLE Automationпрямо 15?
5.4:.2. Одновременное украшение набором данных с шэмощьш баз,
данных Ш
5АЗ. ОаражетрияЕскаж трёхмерная; твердотельная: модель к
моделирование цилиндрического кулачковоюмеханизма 167
5.5. Практическое применение 169
Немного истории . . . 169
Практическое применение 170
5.6. Выводы по пятой;главе... .—.—..... ...-. . —... 173
Заключение Ї74
Библиография 17$
Приложение Часть текстов нрограмми системы СКйЭСаяа* 183
Введение к работе
Общая характеристика работы Актуальность,
Одной из важнейших задач современности является повышение надёжности и качества машин, приборов и механизмов, снижение затрат и времени на их проектирование и изготовление, обеспечение экономической эффективности при их эксплуатации.
Одним из наиболее рациональных и надёжных средств механизации и автоматизации в современном машиностроении и приборостроении являются кулачковые механизмы.
Кулачку можно придать любые очертания, и благодаря этому его легко приспособить к разным инженерным требованиям. По сравнению с другими механизмами и устройствами кулачковые механизмы обладают рядом преимуществ: простота и компактность конструкции, большая жёсткость и высокая надёжность в работе, низкая себестоимость изготовления, а также возможность воспроизведения почти любого закона движения исполнительного звена с необходимой точностью. Поэтому кулачковые механизмы широко применяются в машиностроении, приборостроении, в лёгкой промышленности и других отраслях. Несмотря на то, что микроэлектронная техника, техника числового программного управления и техника гидравлическо-электронного управления быстро развиваются, но они пока не могут поколебать позицию кулачковых механизмов в механизации и автоматизации.
Однако проектирование и изготовление кулачковых механизмов процесс сложный и трудоёмкий. Точность обработки профильной поверхности кулачка прямо влияет на качество работы механизма. Хотя современные многоцелевые станки и САПР широко используются в машиностроении, но из-за отсутствия необходимого программного обеспечения для автоматизированного проектирования кулачков многие предприятия ещё применяют старые методы для расчёта и изготовления кулачковых механизмов, что не обеспечивает нужную
производительность и качество.
Применение интегрированной системы CAD/САМ позволяет повысить производительность и качество, ускорить сроки подготовки производства, облегчает труд конструктора, освобождая его от рутинной работы, помогая рядовому инженеру быстро овладеть специальными знаниями и методами проектирования, а также возможностью выполнять моделирование и анализ характеристик движения, предотвращая уже на ранней стадии проектирования большинство возможных ошибок. Следовательно, разработка интегрированной системы CAD/САМ для кулачковых механизмов является очень актуальной задачей.
Скорость - это свойство, отражающее рабочий эффект технологических машин. При работе на высокой скорости применение обычного метода проектирования кулачковых механизмов часто не обеспечивает выполнение служебного назначения машины. По мере увеличения рабочей скорости кулачковых механизмов увеличивается сила инерции, повышаются упругая деформация звеньев и колебания кулачкового механизма, которые приводят к нарушению закона движения, и вызывают динамические перегрузки. Поэтому, в основу системы CAD/САМ кулачковых механизмов должны быть положен комплексный подход^ учитывающий геометрию, скорость и динамические факторы.
Несмотря на то, что в настоящее время используются различные методы профилирования кулачков, начиная от графо-аналитических и заканчивая системами CAD, тем не менее появление механизмов с новыми законами движения требует разработки дополнительной алгоритмов и программ, к тому же имеющиеся системы CAD слабо связаны с системами САМ. В этом состоит актуальность работы.
Цель работы. Повышение эффективности и сокращение сроков конструкторско-технологического проектирования кулачковых механизмов на основе использования системы CAD/CAM.
Объект исследования - различные кулачковые механизмы, а предметом
исследования стали автоматическое вычисление, проектирование кулачковых механизмов, выполнение моделирования, анализ характеристик движения и динамических откликов кулачковых механизмов.
Методы исследования. Теоретические исследования базируются на использовании соответствующих разделов теории машин и механизмов, теории колебаний, теории дифференциальных уравнений, линейной алгебры, а также основных положениях технологии машиностроения.
Научная новизна. Разработка комплексной математической модели профилирования кулачков на основе универсальной кривой движения, позволяющей установить связи между законом движения и геометрическими, кинематическими и динамическими факторами. При этом получены следующие научные результаты:
1). Реализация концепции параметризации универсальной кривой закона движения, позволяющей с единых позиций производить вычисления законов движения ведомого звена. 2). Вывод универсальных уравнений профильной поверхности кулачка и
разработка метода вычисления. 3). Динамическая модель кулачкового механизма как механической
системы со многими степенями свободы. 4). Трёхмерная параметрическая твердотельная модель кулачковых
механизмов. 5). Информационное, алгоритмическое и программное обеспечение
системы CAD/САМ для кулачковых механизмов. Практическая ценность работы заключается в: 1). том, что первые в Китае разработана параметрическая интегрированная
система CAD/САМ для кулачковых механизмов;
2). разработке программно-методического обеспечения по
автоматизированному проектированию кулачковых механизмов и их программирования для ЧПУ с помощью универсальных математических моделей;
3). методике исследования и разработке алгоритмов универсального вычисления закона движения ведомого звена, а также профильной поверхности кулачкового механизма;
4). создании методик построения параметрической твердотельной модели и моделирования движения кулачковых механизмов.
Исследование опирается на глубокие результаты дифференциальной геометрии. Поэтому для того, чтобы их применить в практике, а значит использовать современную вычислительную технику, необходимо было разработать программное обеспечение, которое содержится в Приложении I, реализована в ОС Microsoft Windows 98/NT/2000
Реализация работы. Разработанная интегрированная параметрическая система CAD/САМ для кулачковых механизмов, которая называется системой GGDCams, была внедрена в производство на следующих предприятиях: завод «Гуанчжоуские велосипеды», машиностроительный завод «Гонконг Хонфа» (в городе Шундэ), компания водонагревателей «Ванцзалэ», завод штампов «Сихуай Ченчжи», научно-исследовательский институт «Хуанань Лигон», научно-исследовательский институт «Гуанчжоуские станки» и др. Кроме того, система GGDCams используется в учебном процессе на кафедре машиностроения Гуандонского Технологического Университета (ГТУ) и кафедре основ конструирования машин МГТУ «СТАНКИН».
Апробация работы. Основные выводы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Гуанчжоуской выставке программного обеспечения (1998 г. в городе Гуанжоу), на аттестационном заседании Учёного Совета провинции Гуандон (28, сентября 2000, в городе Гуожоу); результаты работы полностью доложены и одобрены на заседании кафедры машиностроения ГТУ, а также кафедры основ конструирования машин МГТУ «СТАНКИН».
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии и приложении. Объём диссертации 199 страниц, библиография 87 наименований.
По теме исследования опубликованы следующие работы:
і. штт, шш, пш, пш шіш&самсжмшжш-.шш
&ЯЧШЖ, 2000, №08, page 26-27.
(Цзян Лили, Лян Цзян, Гао Вэйцян, Лю Цзои. Интегрированная параметрическая система CAD/САМ для кулачковых механизмов. Пекин: Машиностроительная техника и станки, 2000, №08, с. 26-27.)
2. мш, ftfm шшшусш cad/cam жтшшь гт-гмтя
Ш&ЯШ%.& 09,2000
(Лю Цзои, Гао Вэйцян. Технический доклад об интегрированной параметрической системе CAD/САМ для кулачковых механизмов. Гуанчжоу: Аттестационное заседание Учёного Совета провинции Гуандон, Сентябрь 2000 г.)
Цзян Лили, Высочин С. В. Гао Вэйцян. Система Фобос в Китае. -М:САПР и Графика, 2000, №07. с.95-96.
Гао Вейцян, М. Г. Косов. Методика моделирования движения кулачковых механизмов. - М: Депонированные научные работы, ВИНИТИ, 2002, №08.
Гао Вейцян, Применение универсальной кривой законов движения. В сб. Информационные технологии в промышленности. - М: МГТУ (СТАНКИН), 2002.
Гао Вейцян, Применение теории сопряжённых поверхностей к профилированию кулачков. В сб. Информационные технологии в промышленности. - М: МГТУ (СТАНКИН), 2002.
