Введение к работе
Актуальность темы. Современный уровень развития средств автоматизации машиностроения требует широкого внедрения робототехнических систем, обеспечивавдих высокую производительность, точность и надекность. Использование механизмов параллельной структуры позволяет существенно повысить эти характеристики. В сравнении с традиционными механизмами с последовательным расположением звеньев механизмы параллельной структуры имеют более высокую точность и грузоподъемность, хотя возможно меньшую рабочую зону. Выходное звено этих механизмов связано с основанием несколькими кинематическими цепями, каждая из которых содержит несколько приводов пли налагает некоторое количество связей на движение выходного звена.
Некоторые кинематические схемы таких механизмов позволяют вынести приводы из рабочей зоны, что дает возможность их использования для работы в экстремальных средах. Увеличению надежности при эксплуатации в экстремальных средах может способствовать замена традиционных сферических и цилиндрических пар упругими элементами, выполненными в виде перемычек пониженной жесткости, что дает ряд преимуществ - исключается адгезия, отсутствуют люфты, нет необходимости использования смазки, но в то же время недостаточно разработаны методы расчета механизмов с упругими элементами, что сдергивает их практическое применение в технике.
При работе механизма вследствие упругости его звеньев на движение исполнительного органа накладываются малые колебания, которые могут значительно снизить точность выполняемых операций, поэтому определение динамической ошибки движения выходного звена с учетом упругих свойств звеньев является актуальной задачей для механизмов параллельной структуры.
Реферируемая диссертация посвящена исследованию механизмов параллельной структуры с упругими элементами и кинематическими парами.
Целью работы является разработка алгоритмов ышематического и динамического аяализа механизмов параллельной структуры -с упругими элементами и оптимизация их параметров.
Для достижения поставленной цели следует решить следующие задачи :
- используя известный подход к решению задачи о полскен;'ят.
провести оптимизацию параметров механизмов по двум критериям -ооъбму рабочей зони и среднему углу сервиса;
провести силовой и кинематический анализ механизмов с жесткими звеньями;
разработать и программно реализовать алгоритм динамического анализа механизма с учетом продольной и изгибной упругости стержней-вводов;
провести оптимизацию формы упругих кинематических пар прямоугольного и круглого поперечного сечения и оценить их влияние на величину рабочей зоны.
Методы исследования основаны на законах теоретической механики и теории механизмов и машин. Особое внимание уделено методу вши'ов, вытекащему из классической теории винтов и винтового исчисления. При учете упругости звеньев механизма использовались соотношения линейной теории деформации стержней и теории упругости. Полученные алгоритмы реализованы в виде программ для ПЭВМ с использованием численных методов прикладной математики. Научная новизна заключается в том, что :
проведена двухкритериальная многопараметрическая оптимизация механизмов и на ее основе синтезированы два новых механизма параллельной структуры;
разработаны эффективные численные алгоритмы и компьютерные программы, позволившие построить рабочие зоны этих механизмов с учетом особых положений;
проведен динамический анализ механизма с тремя кинематическими цепями с учетом упругости стержней-вводов. Получен алгоритм, позволяющий определить динамическую ошибку механизма при произвольном законе изменения 1-координат;
проведен расчет упругих элементов механизмов, выполненных в виде перемычек пониженной жесткости.
Обоснованность теоретических выводов обусловлена строгостью применения аппарата аналитической и сферической геометрии в пространстве, теории винтов при разработке математических моделей. Достоверность полученных результатов обеспечена проверкой алгоритмов при решении тестовых задач и численным математическим моделированием на ШВЫ.
Практическая значимость. Исследованы два типа механизмов параллельной структуры, областью применения которых может быть выполне-
ниє операций с повышенными требованиями к их точности. Разработаны универсальные алгоритмы и программы, позволяющие построить рабочие зоны, выявить особые положения, провести силовой анализ и динами-ческий анализ механизма с учетом упругости звеньев. Выполненная работа позволяет синтезировать механизмы с оптимальным сочетанием параметров уже на стадии проектирования в зависимости от требоьа-пий разработчика. Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на :
Международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электротехнологий", Иваново, 1994г;
XI научно-технической конференции г.Иваново, 1994г;
II научно-технической конференции ИИСИ "Опыт информатизации образования в институте", Иваново, 1995г;
научном семинаре Лаборатории механических систем Института Машиноведения им.А.А.Благонравова РАН, 1995г;
научном семинаре кафедры Механика Ивановского Инженерно-строительного института, Иваново, 1994 г.
Основные результаты работы опубликованы в 6 статьях и 2 тезисах докладов [1-8].
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 140 наименований. Содержание работы изложено на 166 страницах машинописного текста и иллюстрировано 46 графиками и рисунками.