Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор научно-технической и патентной литературы 11
1.1 Задача механизации вспомогательных операций в технологических
линиях машиностроительных производств 11
1.2 Обзор средств механизации вспомогательных операций 14
1.3 Цель и постановка задач исследования 23
2 Классификация устройств для передачи изделий 25
2.1 Анализ признаков классификации средств механизации вспомогательных операций 25
2.2 Классификация устройств для передачи изделий 26
3 Устройства для передачи изделий с возвратно-поступательным движением ведущего звена исполнительного механизма 31
3.1 Исследование устройства, построенного на базе механизма с переменной рабочей длиной кулисы 31
3.1.1 Описание конструкции и работы устройства 31
3.1.2 Геометрические параметры передаточного механизма устройства 33
3.1.3 Кинематический анализ передаточного механизма устройства 37
3.1.4 Угол передачи передаточного механизма устройства 41
3.1.5 К выводу соотношений для геометрического синтеза передаточного механизма устройства 43
3.1.6 Методика проектирования передаточного механизма устройства 48
3.2 Исследование устройства, построенного на базе рычажно-зубчатого механизма 51
3.2.1 Описание конструкции и работы устройства 51
3.2.2 Функция положения коромысла базового механизма устройства 53
3.2.3 К определению хода штанги передаточного механизма 55
3.2.4 Группа кривошипно-коромысловых механизмов с максимумом функции угла передачи при = 30 (ККМ-30) 60
3.2.5 Условия геометрической проворачиваемости ККМ-30 60
3.2.6 Угол передачи ККМ-30 в функции длин звеньев и угла поворота кривошипа 64
3.2.7 Угол размаха коромысла ККМ-30 65
3.2.8 Подтверждение результатов теоретического исследования ККМ-30 67
3.2.9 Методика проектирования устройства для передачи изделий 69
4 Устройства для передачи изделий с возможностью вращательного движения ведущего звена исполнительного механизма 71
4.1 Описание конструкции и работы устройства, построенного на основе механизма с вращающейся двуплечей кулисой 71
4.2 Анализ геометрических особенностей передаточного механизма устройства 74
4.3 Кинематические и динамические параметры передаточного механизма устройства 76
4.4 Определение реакций в парах трения передаточного механизма от действия технологической нагрузки (без учёта сил трения) 81
4.5 О влиянии размеров звеньев передаточного механизма устройства на нагружение в его кинематических парах 84
4.6 Коэффициент возрастания усилий передаточного механизма с вращающейся двуплечей кулисой 88
4.7 Методика проектирования передаточного механизма устройства для
передачи изделий 93
5 Устройства для передачи изделий со сложным движением ведущего звена исполнительного механизма 94
5.1 Исследование устройства, построенного на основе рычажного
многозвенника 94
5.1.1 Описание конструкции и работы устройства 94
5.1.2 К определению угла размаха звена, несущего захваты для изделия 96
5.1.3 Угол размаха коромысла в функции угла размаха кулисы передаточного механизма устройства 98
5.1.4 Выбор параметров базового механизма с учётом площади, занимаемой этим механизмом 100
5.1.5 Методика проектирования устройства для передачи изделий 104
5.2 Исследование устройства, построенного на базе рычажно-кулачкового механизма 105
5.2.1 Описание конструкции и работы устройства 105
5.2.2 Расчёт теоретической циклограммы устройства 107
5.2.3 Угол давления в функции размеров звеньев передаточного механизма устройства 108
5.2.4 Кинематический анализ передаточного механизма устройства .111
5.2.5 Характер изменения ускорения двуплечего звена передаточного механизма устройства 116
5.2.6 Соотношения для геометрического синтеза устройства 117
5.2.7 Коэффициент возрастания усилий передаточного механизма 120
5.2.8 Методика проектирования устройства для передачи изделий 122
Заключение 124
Список литературы
- Обзор средств механизации вспомогательных операций
- Классификация устройств для передачи изделий
- К выводу соотношений для геометрического синтеза передаточного механизма устройства
- Кинематические и динамические параметры передаточного механизма устройства
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Технологические процессы в линиях пищевых производств являются многооперационными, состоят из основных и вспомогательных операций. Основные операции механизированы и автоматизированы. Вспомогательные операции направлены на подготовку условий для выполнения основных операций и механизированы недостаточно.
Отметим, что большая часть вспомогательных операций - это сравнительно простые операции, связанные с захватом и переносом изделий. Примерами таких вспомогательных операций в технологических машинах и линиях пищевых производств являются:
передача изделий между позициями в отдельной машине (передача карамели по одной в механизм завёртки; подача коррекса для конфет; перенос стаканчиков с мороженым в механизм образования конусов и др.);
передача изделий между машинами в технологической линии (подача брикетов дрожжей губками захвата на завёртку; передача тестовых заготовок в расстойные агрегаты; снятие тестовых заготовок и передача их на поды хлебопекарных печей);
загрузка изделий в транспортную тару;
загрузка сырья в тракты машин.
Применение ручного труда для выполнения вспомогательных операций не способствует повышению производительности труда, обеспечению качества пищевого продукта и безопасности общества. Это особо проявляется при выполнении вспомогательных операций, связанных с загрузкой сырья в тракты машин. Кроме того, операции технологических процессов, выполняемые вручную, отдаляют перспективу создания полностью автоматизированных технологических линий.
Механизация простых вспомогательных операций, связанных с передачей изделий в составе технологических машин и линий пищевых производств - задача, требующая решения.
Совершенствование средств механизации основных и вспомогательных операций - роботов, манипуляторов и автооператоров - идёт по пути расширения их функциональных возможностей. В настоящее время промышленные роботы и манипуляторы способны выполнять разнообразные основные и вспомогательные операции. Известны технические средства механизации, позволяющие захватить объект манипулирования, поднять его и переместить в горизонтальном направлении. Существуют средства механизации, позволяющие проводить такие манипуляции, как перемещение вверх, вперёд, назад, вниз, позиционирование и фиксацию предмета в определённом месте. Такие машины содержат механизмы перемещения и поворота, механизм захвата в виде руки с губками, при этом каждый из механизмов снабжён своим приводом.
Для механизации сравнительно простых вспомогательных операций, включающих рабочие переходы: захват, перенос и освобождение изделия, известные технические средства механизации являются избыточными по своим функциональным возможностям, очень дорогими и их использование в существующем производстве экономически невыгодно.
Отметим, что при выполнении простых вспомогательных операций последовательность рабочих переходов известна; траектория переноса изделия в большинстве случаев не меняется; координаты места, где осуществляется освобождение изделия, чётко определены. Поэтому задача механизации таких вспомогательных операций актуальна и может быть решена на основе поиска новых технических средств, имеющих простую конструкцию.
Степень разработанности темы. Средства механизации основных и вспомогательных операций – роботы, манипуляторы и автооператоры – представляют собой объекты исследования многих известных учёных: Белецкий В.Я., Белянин П.Н., Власов С.Н., Воробьев Е.И., Глазунов В.А., Горлатов А.С., Жавнер В.Л., Зуев Ф.Г., Кобринский А.А., Кобринский А.Е., Корендясев А.И., Козырев Ю.Г., Крайнев А.Ф., Накано Э., Нофа Ш., Позднеев Б.М., Рудзянскас Ю.П., Саламандра Б.Л., Серков Н.А., Тывес Л.И., Фролов К.В., Черпаков Б.И., Шифрин Я.А., Юревич Е.И.
Анализ работ известных учёных позволил автору поставить цель и сформулировать задачи исследования.
Цель работы. Решение задачи механизации вспомогательных операций в линиях пищевых производств на основе разработки устройств для передачи изделий, работающих от одного привода и выполняющих рабочие переходы: захват изделия, удерживание и перенос, освобождение изделия; разработка методик проектирования устройств для передачи изделий.
Задачи исследования:
1) разработать классификацию устройств для передачи изделий, работающих от
одного привода, позволяющую разделить эти устройства на несколько групп по
характеру движения звена, несущего рычаги с губками;
2) разработать новые устройства для передачи изделий, обеспечивающие
возвратно-поступательное, вращательное и сложное движение звена, несущего
рычаги с губками;
-
разработать методику проектирования устройства для передачи изделий, длина кулисы которого переменна в интервале кинематического цикла;
-
разработать методику проектирования устройства для передачи изделий с возможностью переналадки на заданный ход звена, несущего рычаги с губками;
5) выявить условия геометрической проворачиваемости, получить соотношения
для угла передачи и угла размаха коромысла базового механизма с максимумом угла
передачи при угле поворота кривошипа, равном 30;
6) разработать методику проектирования устройства для передачи изделий с
двуплечим звеном, совершающим сложное движение.
Объект исследования – механизмы устройств для передачи изделий, разработанных автором.
Предмет исследования – функция положения, первая и вторая геометрические передаточные функции как алгоритмическая основа для синтеза и расчёта разработанных устройств для передачи изделий.
Методология и методы исследования. При решении поставленных задач были использованы методы теории механизмов и машин, теоретической механики, численные методы.
Научная новизна.
1. Создана классификация устройств для передачи изделий, работающих от
одного привода, отличающаяся от известных тем, что эти устройства объединены в
четыре группы по характеру движения звена, несущего рычаги с губками.
-
Предложены новые устройства для передачи изделий, работающие от одного привода, при этом сложное движение губок этих устройств получено применением комбинированных рычажно-кулачковых механизмов. Разработанные устройства защищены пятью патентами Российской Федерации на изобретения.
-
Разработаны методики проектирования механизмов устройств для передачи изделий, работающих от одного привода.
Практическая ценность. Синтезированы механизмы для перемещения изделий в линиях пищевых производств, отличающиеся от известных повышенной производительностью, возможностью переналадки, способностью передавать изделия по более сложным траекториям.
Разработанные методики проектирования устройств для передачи изделий, позволяют выбирать параметры этих механизмов на основе анализа графических интерпретаций, представленных в удобном для практического применения виде.
Достоверность результатов исследования подтверждена применением положений теоретической механики, теории механизмов и машин; корректным применением основ дифференциального исчисления, численных методов.
Положения, выносимые на защиту:
-
решение задачи механизации вспомогательных операций с минимальными затратами на основе создания новых устройств для передачи изделий с использованием одного привода, геометрическим или силовым замыканием рычагов захватного механизма с помощью копира.
-
классификация устройств для передачи изделий, работающих от одного привода, отличающаяся от известных тем, что эти устройства объединены в четыре группы по характеру движения звена, несущего рычаги с губками.
-
новые схемы устройств для передачи изделий, работающих от одного привода, при этом сложное движение губок этих устройств получено применением комбинированных рычажно-кулачковых механизмов.
-
методики проектирования механизмов устройств для передачи изделий, работающих от одного привода.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и
обсуждались на заседании научно-технического совета отдела «Механика машин и
управление машинами» Института машиноведения им. А.А. Благонравова
Российской академии наук (г. Москва), а также на Всероссийских и на
Международных конференциях: «Современные тенденции развития
перерабатывающих комплексов, пищевого оборудования и технологии пищевых производств» (г. Владивосток, 2011 г.); «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2011 г.); «Современное машиностроение. Наука и образование» (г. Санкт-Петербург, 2012 г.); на конференции молодых учёных и студентов МИКМУС (г. Москва, 2011–2013 гг.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 работ, из них 6 статей в изданиях из перечня ВАК, публикации в материалах Международных и Всероссийских конференций; 5 патентов Российской Федерации на изобретения.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Её содержание изложено на 139 страницах машинописного текста, включает 52 рисунка и 4 таблицы. Список литературы включает 197 наименований, приложения даны на 14 страницах.
Обзор средств механизации вспомогательных операций
Средства механизации вспомогательных операций – программируемые автоматические машины, имеющие не более шести степеней подвижности (роботы и манипуляторы); машины, работающие по жёсткой программе (автооператоры), имеющие две и более степени подвижности; устройства для передачи изделий, передаточный и исполнительный механизмы которых работают от одного привода, при этом рычаги с губками совершают в интервале кинематического цикла сложное движение.
Анализ информационной и патентной литературы по роботам и манипуляторам показал, что наибольшее количество новых конструктивных решений по этим машинам имеются в следующих странах: Япония, США, Россия, Швеция, Италия, Германия, Франция, Великобритания [1, 2, 63, 64, 72, 78, 87, 100–102, 111, 113, 114, 117, 118, 130, 158, 159, 173, 186, 197].
Известен промышленный робот «Циклон 5» [111, стр. 9–27; 118]. Он предназначен для автоматизации листовой штамповки, может быть применён для транспортирования и складирования грузов в механических и заготовительных цехах.
Робот «Циклон 5» содержит манипулятор и устройство программного управления. Основными узлами манипулятора являются механизм выдвижения-втягивания рабочего органа; механизм подъёма и поворота рабочего органа, пневматическая система.
Механизм выдвижения-втягивания рабочего органа осуществляет захват, удерживание, ориентацию изделия, прямолинейный перенос изделия в горизонтальной плоскости. Этот механизм снабжён тремя пнемоприводами: привод зажима захвата, привод поворота вокруг продольной оси, привод выдвижения рабочего органа. Перемещение рабочего органа вдоль вертикальной оси манипулятора, а также поворота вокруг неё осуществляется с помощью механизма подъёма и поворота рабочего органа. Промышленный робот «Универсал-5.02» предназначен для автоматизации загрузочно-разгрузочных операций при осуществлении различных технологических процессов [63, стр. 32]. Он содержит манипулятор с шестью степенями подвижности, устройство программного управления. Основными узлами манипулятора являются захватное устройство, механизмы выдвижения, поворота и подъёма, механизм поворота платформы. Механизм поворота обеспечивает вращение рабочего органа в горизонтальной плоскости. Механизм поворота платформы предназначен для поворота механизма подъёма и рабочего органа. Привод захватного устройства и механизма вращения захватного устройства – пневматический. Механизмы выдвижения, поворота и подъёма, механизм поворота платформы работают от электродвигателей.
Промышленные роботы фирмы Fanuc (Япония) применяют для выполнения загрузочно-разгрузочных операций при обслуживании станков, прессов, для перемещения деталей [117, 118]. Они имеют грузоподъёмность 20 – 120 кг, погрешность позиционирования от ±0,3 до ±1 мм, число степеней подвижности 4 – 6.
Электромеханические роботы серии IR 100 (фирма Kuka, ФРГ) используют при перемещении грузов массой до 60 кг. Эти роботы выпускают в напольном и портальном исполнении [101].
Известны промышленные роботы модели W 500 (фирма J. Brown, Великобритания) [102], предназначенные для выполнения операций загрузки, разгрузки. Такие роботы перемещают изделие массой до 10 кг в вертикальном направлении на 380 м, в горизонтальном направлении на 500 м, осуществляют поворот вокруг вертикали на 5,6 рад.
Промышленный робот IRb – 6 фирмы Asea Electronics Division (Швеция) применяют как основное технологическое оборудования (для механизации сварки, окраски), так и в качестве вспомогательного оборудования при обслуживании металлорежущих машин, загрузки прессов [67, стр. 139].
Кинематическая схема промышленного робота IRb – 6 приведена на рисунке 1.1.
Робот установлен на основании 1, снабжён электроприводом, выполненным на базе электродвигателей 2, 4, 17 и 20. Поворот руки вокруг вертикальной оси осуществляется от мотор-редуктора 2 через волновую безлюфтовую передачу 3. Выходное колесо этой передачи связано с поворотным корпусом 5. Мотор-редуктор 4 через шариковую винтовую пару 6 поворачивает тягу 7. Тяга 7 образует со звеньями 9, 10 и 12 шарнирный параллелограмм, обеспечивающий поворот звена 12 вокруг оси 13. Наклон звена 10 обеспечивается мотор-редуктором 20. Движение от мотор-редуктора 20 через шариковую винтовую пару 18 передаётся на кривошип 19. Для разгрузки приводов предусмотрен уравновешивающий груз 8. Внутри звеньев руки размещены тяги 11, 14 и система кривошипов 13, 15, 19, образующих систему передач, что обеспечивает поворот и изгиб захватного устройства. Изгиб захватного устройства выполняется кривошипом 15, а вращение – безлюфтовой конической передачей 16. Анализ литературных источников, посвящённых оценке функциональных возможностей промышленных роботов и манипуляторов [16, 67, 117, 118, 173], позволил заключить, что эти машины находят в линиях пищевых производств ограниченное применение. Это связано с избыточностью функциональных возможностей роботов и манипуляторов, а также высокой стоимостью этих машин.
Наиболее обоснованно использование промышленных роботов в линиях пищевых производств для выполнения следующих основных и вспомогательных операций: изготовление и нанесение шоколадного крема на торты, упаковывание штучных изделий в короба, ящики. Отметим, что автоматические манипуляторы и машины с ручным управлением после оснащения их специальными захватами применяют в линиях пищевых производств при работе с объектами обработки массой до 25 кг [155].
Классификация устройств для передачи изделий
На рисунке 3.11 приведена схема передаточного механизма устройства. 1. При проектировании передаточного механизма задано: ход S штанги передаточного механизма устройства.
Схема передаточного механизма 1.1 Выбираем положение шарнира Ог из следующих рекомендаций: - угол размаха кулисы 40 у 90; - минимальный угол передачи 40 jumin 70; - габаритный размер L в пределах заданной рабочей зоны механизма. 1.2. Определяем параметр Я7 по соотношению (3.22) или по рисунку 3.8. 1.3. Устанавливаем значение параметра (Х%г )кр.пол. по соотношению (3.23). Значение этого параметра можно определить по рисунку 3.10, зная параметр Я7. 1.4. Выбираем параметра Л3 из диапазона 0,050,20 и определяем (X? )тіп=1 + Л1+Л3. 1.5. Устанавливаем значения параметров (Av2ar )тах и (X? )крпол.. 1.6 Зная (Х г )кр.пол. и ход штанги, определяем длину межцентрового расстояния /й . 1.7. Определяют коэффициент увеличения средней скорости штанги А: по соотношению (3.27). Покажем возможность применения разработанной методики. Для этого решим числовой пример. Пример 1. Для передаточного механизма по рисунку 3.2 имеем: ход штанги 5 = 1,5 м. Определить длину кривошипа, рабочую длину кулисы, угол передачи в крайнем положении кулисы передаточного механизма. В соответствии с рекомендациями по углу размаха кулисы выбираем Г =60.
Таким образом, в результате исследования нового устройства получены соотношения (3.22) – (3.40), пригодные при выборе размеров звеньев устройства для передачи изделий. 3.2 Исследование устройства, построенного на базе рычажно-зубчатого механизма
На рисунке 3.12 приведена схема нового устройства для передачи изделий, разработанного автором [171]. Устройство предназначено для перемещения изделий по прямолинейной траектории.
Устройство содержит передаточный механизм, исполнительный механизм с губками для захвата изделия и привод (на рисунке 3.12 не показан).
Передаточный механизм выполнен в виде рычажно-зубчатого механизма. Он включает кривошип 1, шатун 2, двуплечее коромысло 3, промежуточное звено – шатун 4, ползун 5 и штангу 6, зубчатые рейки 7 и 8, зубчатые колёса 9 и 10. Зубчатые рейки 7 и 8 закреплены на ползуне 5 и штанге 6 соответственно, зубчатые колёса смонтированы на одной оси 11 и выполнены разного диаметра – малое зубчатое колесо 9 и большое зубчатое колесо 10. Колесо 9 сопряжено с рейкой 7, а колесо 10 – с рейкой 8.
Исполнительный механизм выполнен в виде рычажно-кулачкового механизма и установлен на пальце 12 штанги 6. Он содержит рычаги 13 и 14 с губками для изделия, раздвижные клинья 15 и 16. На рычагах имеются ролики 17 и 18 для взаимодействия с рабочими профилями раздвижных клиньев. Звенья 13 и 14 снабжены пружинами растяжения 19 и 20. Один конец каждой из пружин укреплён на рычаге 13 и 14, а другой – на концевой части 21 штанги 6. Фиксированное положение каждого из рычагов 13 и 14 на звене 6 обеспечивается за счёт упоров 22 и 23 звена 6.
Штанга 6 является выходным звеном передаточного и ведущим звеном исполнительного механизмов, рычаги 13 и 14 – выходные звенья исполнительного механизма.
Устройство по рисунку 3.12 обладает возможностью переналадки на заданный ход штанги, несущей рычаги с губками. Переналадка на заданный ход штанги необходима при изменении расстояния между позициями «подача» и «выдача» изделий. Необходимость изменять названное расстояние возникает при: 1) передаче изделия между другими машинами в линии; 2) размещении устройства в новых рабочих зонах; 3) использовании устройства в линии с другим технологическим процессом.
Отношение между радиусами делительных окружностей колёс, укреплённых на одной оси, определяет разность линейных ходов ползуна 5 и штанги 6. Радиус делительной окружности большего зубчатого колеса R , соответствующий заданному ходу H штанги 6, равен где г - радиус делительной окружности малого зубчатого колеса; h - ход ползуна 5 с рейкой 7, при выбранных размерах кривошипно-коромыслового (базового) механизма h = const. Для обеспечения переналадки на новый ход штанги передаточного механизма устройства необходимо иметь набор зубчатых колёс большего диаметра. Устройство по рисунку 3.12 работает следующим образом. При работе привода вращение кривошипа 1 преобразуется за счёт рычажно-зубчатого механизма в возвратно-поступательное движение звена 6, несущего рычаги 13 и 14 с губками для изделия. В интервале кинематического цикла названные рычаги совершают сложное движение: возвратно-поступательное вместе со штангой 6 и возвратно-поворотное относительно штанги 6. Возвратно-поворотное движение рычагов с губками - результат взаимодействия роликов этих рычагов с рабочими профилями раздвижных клиньев. Вследствие такого взаимодействия в позициях «подача» и «выдача» изделия губки занимают разжатое положение. В интервале движения от позиции «подача» до позиции «выдача» изделия губки сжаты, при этом фиксированное положение рычагов 13 и 14 и губок относительно штанги 6 передаточного механизма обеспечивается за счёт энергии пружин 19 и 20.
Функцию положения звена 3 при известных размерах звеньев базового механизма можно получить графическим способом (планы положений), методом векторных контуров, разработанным В.А. Зиновьевым [6, 7, 61] или по аналитической зависимости (2.43), полученной для схемы механизма, приведённой на рисунке 3.13. При этом приняты следующие обозначения: О О = 10 - межцентровое расстояние, OAl =11 - длина кривошипа, А1В1 = Рисунок 3.13 - Схема к определению функции положения у/( коромысла базового механизма - длина шатуна, BjO = 13 - длина коромысла.
К выводу соотношений для геометрического синтеза передаточного механизма устройства
Известны [31-44] группы кривошипно-коромысловых механизмов, максимум функции угла передачи которых равен 90 (см. пункт 1, таблицу 1 Приложения Б).
Выделим группу кривошипно-коромысловых механизмов с максимумом угла передачи, равным 90, в положении этого механизма при ф =30, где ф - угол поворота кривошипа. Отсчёт угла ф принят от положения, при котором кривошип лежит на линии центров в направлении против часовой стрелки. Обозначим условно названную группу кривошипно-коромысловых механизмов - ККМ-30.
На рисунке 3.17 представлен ККМ-30 в положениях, когда функция угла передачи максимальна fdmax =90 и минимальна Jimin. Обозначим /7, 12 и 13 - длины кривошипа, шатуна и коромысла соответственно; 10 - длина межцентрового расстояния.
В первой четверти прямоугольной системы координат с осями Я2 и Я3 математическая модель (3.60) - дуга окружности произвольного радиуса при этом центр дуг окружностей - в начале системы координат. Выразим из 1 + ЯІ =Я2 +Я3 длины Я2 и Я3, подставим их в (3.60) и получим два уравнения Яз-Я3-(Я1+1) + Я 1 +
По координатам, приведённым в таблице 3.1, построена область существования группы ККМ-30. Область существования группы ККМ-30, определяющая условия геометрической проворачиваемости этой группы механизмов, представлена на рисунке 3.18. Эта область - сочетание дуги abc окружности единичного радиуса R=1 (при Я7 =0) и кривой cda, полученной путём пересечения дуг окружностей произвольного радиуса R (при Л] = const) с прямой Н.И. Колчина вида 1 + Л1 = Л2 +Л3 из равенств (3.57). 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Хг
Анализ математической модели ККМ-30 и математических моделей известных механизмов (см. Приложение Б) пятой (ККМ-5) и седьмой (ККМ-7) групп позволил установить: 2 1) при А3 = 0,5 = const, А1 + А математическая модель ККМ-30 соответствует ККМ-5. В этом случае максимум функции угла передачи наблюдается в двух положениях названного механизма: при =30, что соответствует положению, когда кривошип и шатун вытянуты в одну линию (ККМ-5) и при =330; 2 математическая модель ККМ-30 2) при Л2 =0,5 = const, A1 +А3 соответствует ККМ-7. В этом случае максимум функции угла передачи наблюдается в двух положениях названного механизма: при 0 =30 и при =330, что соотносится с положением, когда кривошип параллелен коромыслу, причём кривошип и коромысло лежат по разные стороны от линии центров (ККМ-7).
Из выражений (3.68) и (3.69) следует, что влияние длин Л2 и Л3 на угол Mmin симметрично. Анализ графической интерпретации на рисунке 3.19 позволил заключить: 1) с увеличением длины Лі при A2=const угол Mmin уменьшается; 2) с повышением Л2 при Л1 =const угол Mmin увеличивается до определённого значения, а затем снижается (при больших значениях Л2).
При проектировании рассматриваемого механизма угол размаха коромысла Р0 может оказаться лимитирующим фактором с точки зрения обеспечения заданного технологического процесса. Из рисунка 3.20 для угла размаха коромысла получим J5o=e2-0j, где в2-, 9і - углы, определяемые по теореме косинусов из произвольных треугольников BQOJO и BnOjO соответственно.
Проведём анализ графиков по рисунку 3.21. С увеличением длины Я7 при Л2 = const угол В0 увеличивается; с повышением Л2 при Лі = const угол размаха коромысла также увеличивается, а при больших значениях Л2 возможность варьирования В0 сужается. При малых значениях длин Лі, Рисунок 3.21 - Угол размаха коромысла 0О в функции Л2 при Л2 = const: 1 - Я2=0,50; 2 - Л2=0,60; 3 - Л2=0,70; 4 - Я2=0,80; 5 - Л2=0,90 когда угол jumin стремится к большим значениям, угол размаха коромысла Р0 мал. Возможность варьирования угла Р0 как при малых Д2, так и при больших значениях Я2, ограничена. 3Цель эксперимента - подтверждение зависимостей для угла передачи и угла размаха коромысла в функции геометрических параметров и угла поворота кривошипа названного механизма, полученных теоретическим путём; проверка положения - при определённых соотношениях длин звеньев математические модели ККМ-30, ККМ-5 и ККМ-7 идентичны, зависимости для определения угла передачи дают одинаковый результат.
Эксперимент проводился на подготовленном макете (рисунок 3.22), содержащем три подвижных звена и стойку, шкалу для отсчёта угла поворота кривошипа g i, угломер для определения углов //; и
Текущие значения угла передачи //,- определим теоретически по зависимости (3.65) для ККМ-30 и по зависимостям для ККМ-5 и ККМ-7, приведённым в [38-44]. Результаты расчёта щ по перечисленным выше зависимостям и экспериментальные данные приведены в таблицах 2 и 3 Приложения Б.
Анализ таблиц Приложения Б показал, что значения щ, полученные теоретически для групп механизмов, совпадают с результатами проведённых опытов в пределах относительной ошибки 5%, при этом каждый опыт повторялся 4 раза. Угол размаха коромысла ККМ-5 в функции двух относительных длин звеньев Ai и А2 равен
Таким образом, предложены и исследованы два новых устройства для передачи изделий с возвратно-поступательным движением ведущего звена исполнительного механизма. Разработана методика проектирования устройства для передачи изделий, длина кулисы которого переменна в интервале кинематического цикла. Разработана методика проектирования устройства для передачи изделий с возможностью переналадки на заданный ход звена, несущего рычаги с губками.
В конструктивном исполнении устройство, построенное на базе механизма с переменной рабочей длиной кулисы, можно применить для механизации тех технологических процессов передачи изделий, где необходим более медленный рабочий и более быстрый холостой ход.
Устройство, построенное на базе рычажно-зубчатого механизма, можно рекомендовать для перемещения изделий в тех технологических линиях, где необходимо часто изменять расстояние между позициями «подача» и «выдача» изделия.
Кинематические и динамические параметры передаточного механизма устройства
Таким образом, предложено и исследовано новое устройство для передачи изделий. Особенность этого устройства в том, что его рычаги с губками осуществляют рабочие переходы - захват и освобождение изделия -одновременно то при минимальной, то при максимальной скорости двуплечей кулисы. Разработана методика проектирования передаточного механизма этого устройства.
В конструктивном исполнении предложенное устройство следует использовать при передаче лёгких изделий в процессах, допускающих выполнение переходов - захват и освобождение изделия - на значительной скорости; при сравнительно небольшом расстоянии между позициями «подача» и «выдача» изделия
В настоящей главе предложены и исследованы два новых устройства для передачи изделий со сложным движением ведущего звена исполнительного механизма.
Особенность устройства, построенного на базе рычажного механизма с кулисой, совершающей сложное движение, – мобильность при переналадке на заданный угловой ход кулисы. Особенность устройства, построенного на базе рычажно-кулачкового механизма с двуплечим звеном, совершающим сложное движение, – непрерывность процесса передачи изделий.
Разработаны методики проектирования двух устройств для передачи изделий: машины с кулисой, совершающей сложное движение; механизма с двуплечим звеном, совершающим сложное движение.
На рисунке 5.1 представлена кинематическая схема нового устройства, разработанного автором [92]. Машина предназначена для перемещения изделий по криволинейной траектории переменного радиуса.
Устройство содержит передаточный механизм, исполнительный механизм с губками для захвата изделия и привод (на рисунке 5.1 не показан).
Передаточный механизм – рычажный многозвенник, он содержит кинематически связанные кривошип 1, шатун 2, коромысло 3, поворотную направляющую 4, кулису 5 и стойку. Кривошип закреплён на валу привода. Кулиса 5 шарнирно связана с шатуном 2 и коромыслом 3 и сопряжена с поворотной направляющей. Кулиса 5 – выходное звено передаточного механизма.
Исполнительный механизм выполнен в виде рычажно-кулачкового механизма и установлен на пальце 6. Этот механизм включает рычаги 7 и 8 с губками для захвата изделия и копир 9 с фигурными пазами 10 и 11 для взаимодействия с роликами 12 и 13 рычагов 7 и 8. Сменные губки для захвата изделия закреплены на рычагах 7 и 8.
Кулиса 5 является ведущим звеном, а рычаги 7 и 8 – выходными звеньями исполнительного механизма. Устройство по рисунку 5.1 работает следующим образом. При работе привода вращение кривошипа 1 передаточного механизма преобразуется посредством промежуточных звеньев в сложное движение рычагов 7 и 8 с губками для захвата изделия, а именно: возвратно-поворотное и возвратно-поступательное движение вместе с кулисой 5 и возвратно-поворотное движение относительно звена 5 с выстоями определённой продолжительности.
В интервалах рабочего и холостого ходов палец 6, несущий рычаги с губками, перемещается по криволинейной траектории переменного радиуса, при этом больший радиус кривой обеспечивается в середине интервалов рабочего и холостого ходов. В позиции «подача» изделия в разжатые губки вводится объект обработки. В момент начала рабочего хода ролики 12 и 13 рычагов, взаимодействуя с фигурными пазами 10 и 11, обеспечивают такое положение рычагов, при котором губки сжимаются. При рабочем ходе губки контактируют с изделием по большей части его периметра. В позиции «выдача» губки разжимаются, изделие выводится из манипулятора. При холостом ходе губки также занимают сжатое положение.
Из рисунка 5.1 видно, что передаточный механизм устройства -рычажный многозвенник с кулисой, совершающей сложное движение, угол размаха кулисы соответствует зависимости Y = 2-arctg\ — \ = 2-arctg\lj-\ (5.1) \2-h) \h) где у – угол размаха кулисы 5; а - расстояние между крайними положениями шарнира, связывающего шатун, коромысло и кулису; h отстояние центра качания поворотной направляющей от положения линии BjB2; /; - длина кривошипа.
Такое исполнение передаточного механизма позволяет иметь простой в изготовлении и отличающейся возможностью переналадки механизм. Параметры а и It регулируются, это даёт возможность кулисе названного механизма совершать возвратно-поворотные движения с углами размаха, до 180. Этим достигается мобильность при переналадке устройства, что расширяет возможности его применения.
Поставим задачу точного определения угла размаха кулисы передаточного механизма устройства [131, стр. 217-232]. Будем исходить из того, что различия между фактическим и номинальным углами размаха кулисы определяются ошибками Аа и Ah.