Введение к работе
Актуальность проблемы. Первостепенная роль в повышении зхнического уровня производства принадлежит машиностроению, эеди различных видов механизмов, применяемых в современныз зтоматах, полуавтоматах, роботах, манипуляторах и др.машинах, іроко используются рычажные механизмы, чему способствовал ід присущих им положительных свойств , таких, как относитель-ія простота изготовления, высокая надежность и долговечность силу наличия в них только низших кинематических пар, возмож-)сть передачи значительных усилий и т.д. Еще в XIX веке не-іцкий ученый А.Кемпе доказал, что возможности рычажных меха-[змов для воспроизведения заданного движения теоретически не-раничены и что любая алгебраическая кривая может быть воо-юизведена точно соответствующим рычажным механизмом. Однако івершенно очевидно, что прямое решение такой задачи с помо-I» тех цепей, которые рассмотрел Кемяе,.в подавляющем числе учаев приведет к настолько сложным механизмам, что практичное их осуществление явится совершенно нереальным. Современ-;е исследования показали, что этим требованиям наилучшим обра-м удовлетворяет плоские рычажные механизмы высоких классов 1SK), которые благодаря наличию изменяемых замкнутых контуров, ставленных из одних липь подзижных звеньев, обладают широки-кинематическими и динамическими возможносгями воспроизведа-я заданных кривых. Более того, в МВК имеется возможность ре-изации сложных программных траекторий одного, двух и более бочих органов от одного привода, что значительно упрощает стему управления роботом..
К недостаткам плоских одноконтурных МБК следует отнести
_ 4 -
то, что с усложнением вида алгебраических кривых увеличивается клаос и порядок механизмов, воспроизводящих их, что ведет к неоправданному усложнению конструкции механизмов, увеличению количества звеньев и кинематических пар. Упростить конструкции воспроизводящих механизмов, уменьшить число звеньев и кинематических пар в указанных задачах оказалось возможным с увеличением количества изменяемых замкнутых контуров из подвижных звеньев в МВК, т.е. с использованием многоконтурных механизмов высоких классов (ШЗК).
Делью работы является создание теоретических основ анализа я синтеза ШЗК, включающих г себя аналитические методы:
структурного анализа и синтеза многоконтурных групп Ас-сура и механизмов высоких классов;
кинематического анализа ШВК;
кинетостатичеекого и динамического анализа ШВК;
структурно-кинематического синтеза ШЗК.
Методы исследования. Проведенные исследования основаны на современных методах аналитической-механики, теории механизмов и машин я прикладной математики. Достоверность теоретических положений обеспечивается строгой формулировкой задач и корректным использованием методов теоретической иприкладной механика.
Эффективность предложенных методов и алгоритмов подтверждается результатами численного моделирования на дШ и решениями конкретных задач проектирования устройств на базе ММЗК.
Научная новизна. В работе получены,все возможные виды мно-гокоЕтурнкх групп Ассура СмгА) высоких клнссое и 1ИЗК, предложена zx структурная классификация, отвечавшая требованиям единства методов анализа и синтеза.
- 5"-
Разработаны численные методы анализа положений, кинетостатики и динамики ШВК.
Разработана теория и обобщенный метод структурно-кинематического синтеза ИКЦ для- плоских рычаяных механизмов по заданным законам движения входного и выходного звеньев. Предлокек единый для механизмов любых классов способ их структурного образования из ИКЦ,и на его основе разработаны обобщенные методы структурно-кинематического синтеза механизмов, f.SK, ШВК в манипуляпдонных устройств высоких классов (МУЕК) с двумя и более рабочими органами.
Практическая ценность и реализация результатов работы. . Разработанные аналитические методы анализа и синтеза ШВК являются научной основой для создания новых прогрессивных конструкций машин и устройств на базе МШ-К.
Основные научные результаты доведены до практического использования и реализованы в виде комплекса программ анализа положений, перемещений, статики и динамики ММЕК, структурно-кинематического синтеза ИКЦ и ЫУЕК с двумя и более'.рабочими органами по заданным законам движения входного и выходных звеньев., ефективность комплекса программ проверена на многих примерах анализа и синтеза ММВК и МУЖ, техническая новяэна которых защищена авторскими свидетельствами на изобретения.
Модифицированный вариант грузоподъемной машины ВВД-8 принят к серийному производству на ПО "Петропавловский завод тяжелого машиностроения"; механизированные леса дая^строительно-монтажных работ на базе двухконтурного направлявшего механизма внедрены-а-ДО "Киноремснаб" (г.Джамбул), а опытный образец аналогичной конструкции лесов, но на базе поступательно-переме-
— о —
щавдего двухконтурного механизма высокого класса изготавливает-оя иа ПО "ПЗТМ" (т.Петропавловск).
Методы, алгоритмы и комплекс прикладных программ анализа а синтеза ММВК используются в учебном процессе кафедры прикладной механики КазЕЕУ им.Аль-Фараби и кафедры "Теория механизмов л машин" Петропавловского филиала Карагандинского политехнического института, а комплекс прикладных программ внедрен з практику конструкторских раоот при проектировании изделий на ПО
Сзязь темы диссертации с планами отраслей науки и производства. Диссертационная работа выполнена в соответствии с межгосударственной Программой фундаментальных исследований по комплексной проблеме "Машиностроение и технология" на I98S-2G00r.r. "Разработка новых схем и проектирование манипуляторов с замкнутыми кянематическими цепями на базе плоских и пространственных механизмов высоких классов" (гос.регистр.* 01900006424) и Республиканской научно-технической программой "Создание машин и робототехническах систем на базе МВК".
Адробашя работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на 51, УІІ и П. Республиканских межвузовских научных конференциях по математике и механике (Алма-Ата, 1977; Караганда, 1981; Алма-Ата, ХЭ39), межвузовской конференции по применению вычислительной техники и математических методов в научных исследованиях (Алма-Ата, 1Э80), П, -7 и 71 Национальных конгрессах по теоретической и прикладной механике (Зарна, 1Э31, 1985, 1989), II Всесоюзном съезде по ТМ (Одесса, 1362)г конференции-конкурсе молодых ученых КазГУ им.СМ. лирова (Алма-Ата, IS8I), 711 и 7III всемирных конгрессах по
ТММ (Севилья, Испания, 1937; Прага, ЧСІР, J39I), Международном совещании (ДрездеЕ, І99Ї), ІУ Научно-методическом совепь-нии заведувдих кафедрами, ведущих лекторов по ТММ БУЬоь пес-публик Средней Азии и Казахстана (Алма-Ата. I9t'I], научно-техническом совете Ленинградского научно-исследовательского института Академии коммунального хозяйства им.К.Д.Памфилове . (Ленинград, І9БЗ), Казахском и Киргизском семинарах по Тій! (Алмати, 1Э93; Бишкек., 1993).
Публикации. По результатам выполненных исследований в пе
чати опубликовано ^ научных .работ, среди которых один пре
принт, одно учебное пособие, и получено ^ авторских свиде
тельств и положительных решений на . "-. выдачу авторских
свидетельств.
Структура и объем раооты. Диссертационная работа состоит г? введения, семи глав, -заключения, списка лптуратуры из 303 наименований и приложений.-Основной текст работы изложен на Г'90 страницах машиношсного текста, поясняется 4-6- рисунками е ? таблицами.