Теоретичні основи синтезу комбінованих механізмів зі змінною довжиною вхідної ланки на базі вихідних важільних і мальтійських механізмів

.



Змінний радіус умовного кривошипа , який забезпечує таке переміщення обчислюється за (13). На ділянці синтезовано змінний радіус умовного кривошипа, який подано у вигляді полінома

,

з умов гладкості спряження в положеннях і . Додатково в положенні уведено обмеження на величину радіуса

,

де - обмежуючий коефіцієнт, який вибирається довільно, - кут повороту умовного кривошипа в положенні .

З цими зауваженнями змінний радіус умовного кривошипа на ділянці визначається із системи 8-ми алгебраїчних рівнянь:

де - кут повороту кривошипа в положеннях і відповідно.

Показано, що на величину ходу повзуна найбільший вплив має обмежуючий коефіцієнт . Вплив довжини шатуна і величини ексцентриситету незначний. На конкретному прикладі наведено методику синтезу досліджуваних механізмів з ділянкою сталої швидкості повзуна.

Для триножових різальних машин запропоновано механізм, який характеризується меншою металоємністю, кращою ремонтопридатністю і меншими інерційними навантаженнями, рис. 16. Механізм складається з вихідного КПМ, у якого довжина умовного кривошипа змінюється за допомогою нерухомого кулачка. Замкнута крива - це траєкторія точки .

Для зменшення неробочого ходу повзуна, з яким пов'язаний один із різальних ножів, і для отримання необхідної паузи для підводу двох інших ножів у крайньому лівому положенні повзун має зменшений хід і вистій. Для то го, щоб повзун, дійшовши в положення зупинився, не обхідно, щоб рух кінця умовного кривошипа проходив по дузі з радіусом, що дорівнює довжині шатуна і центром в точці . Для розвантаження кулачкової пари необхідно, щоб процес різання відбувався при незмінній довжині умовного кривошипа. Тому траєкторія точки на ділянці різання - це дуга, радіус якої дорівнює радіусу кривошипа . Таким чином, траєкторія точки має чотири ділянки: ділянка - забезпечує вистій повзуна у положенні , ділянка - забезпечує робочий процес різання і дві перехідні ділянки і , які повинні забезпечити гладке спряження між вище згаданими ділянками.

На ділянці довжину умовного кривошипа обчислено за виразом

,(15)

;

- змінна довжина умовного кривошипа на ділянці ; .

Оскільки кривих, які б забезпечували гладке спряження ділянок і можна навести безліч, то виникає необхідність розв'язання такої задачі: з множини функцій, які на границях і , і задовольняють умови гладкості, вибрати такі, для яких кут тиску буде мінімальним. Для розв'язку цієї задачі застосовано удосконалений метод синтезу функції. Згідно цього методу у функцію, яка описує криву на перехідних ділянках і задовольняє граничні умови, уведено додаткову функцію , яка є довільною. Кут тиску на перехідних ділянках обчислено за виразом

,(16)

де для перехідних ділянок і і , відповідно.

Вважаючи функції і для конкретних граничних умов фіксованими, отримано, що кут тиску залежить лише від довільної функції , тобто

.

Далі розв'язано задачу вибору функції , при якій максимальне значення кута тиску на перехідних ділянках буде мінімальним. Формалізовано така задача зводиться до пошуку мінімуму функціоналу

, (17)

де для перехідної ділянки кут , а для ділянки - .

Функція



подана у вигляді полінома. Мінімізація функціоналу (17) проводилась методом нульового порядку Нелдера-Міда. Досліджено вплив геометричних параметрів механізму і величини ходу повзуна на максимальний кут тиску. Застосування мінімізації значно розширило межі механізмів, для яких максимальний кут тиску менший від допустимого, та зменшило габаритні розміри кулачка.

Для прикладу, на рис. 17 наведено профіль кулачка до мінімізації (штрихові лінії) і після для таких параметрів механізму: . У п'ятому розділі розглянуто теоретичні основи синтезу КМ зі змінною довжиною вхідної ланки, які апробовані на механізмах мальтійського хреста. Зміна довжини водила у цьому випадку забезпечується нерухомим кулачком. Запропоновано механічну систему для повного зрівноваження інерційних навантажень на хресті. Розв'язана задача синтезу комбінованого механізму мальтійського хреста (ММХ) з пружним валом між хрестом і веденою масою за заданим законом руху веденої маси. Розглянуто КМ зі змінною довжиною і частотою обертання уявної вхідної ланки.

Принципова схема досліджуваного механізму (рис. 18) має водило 1, яке роликом 4 обкочує нерухомий кулачок 5, а роликом 6 входить у паз хреста 7, отримує обертальний рух від кулісного каменя 2, який жорстко посаджений на приводний вал 3. При обертанні вала 3 водило переміщується вздовж своєї осі згідно профілю кулачка 5 і тим самим змінюється довжина водила . Для змінної відносної довжини водила отримана залежність

, (18)



де - відносна міжосьова відстань при одиничній довжині водила у взаємно перпендикулярному положенні осей водила і паза хреста; - число пазів; і -задані кути повороту водила і хреста від початкових кутів і відповідно; - інваріант заданого закону руху хреста.

Запропонований метод синтезу вигідно відрізняється від відомого тим, що він базується на методі інваріантів подібності проф. К.В. Тіра і уможливлює проведення синтезу механізму за необхідним законом руху хреста з конкретними значеннями максимальних швидкостей і пришвидшень. Запропонований метод синтезу не обмежувався випадком, коли в момент входження пальця водила в паз хреста вісь водила і паза хреста взаємно перпендикулярні, що дає можливість як зменшувати, так і збільшувати час вистою хреста для конкретного числа пазів, а також удосконалити спосіб блокування хреста.

Для збільшення часу вистою хреста механізм спроектований так, що палець водила входить в паз хреста в момент, коли вісь водила і вісь паза хреста взаємно перпендикулярні, а сам рух пальця на деякому куті повороту водила проходить вздовж осі паза хреста. При цьому хрест залишається нерухомим.

Рух пальця водила вздовж осі паза хреста використано для його чіткішої фіксації. Для відомих механізмів розблокування хреста відбувається одночасно з входженням пальця водила в паз хреста. При цьому використовують різноманітні блокувальні пристрої. Для пропонованого механізму розблокування одночасно не відбувається. На деякому куті повороту водила, назвемо його кутом додаткового блокування , блокування хреста відбувається як блокувальним пристроєм 8, так і пальцем водила. І лише після повороту водила на кут блокувальний пристрій 8 розблоковує рух хреста.

Для зменшення часу вистою хреста, механізм спроектовано так, щоб палець увійшов в паз хреста раніше від моменту, коли осі водила і пазу хреста стануть взаємно перпендикулярні. На куті повороту водила переміщення пальця водила проходить вздовж осі паза хреста. При цьому хрест нерухомий і лише після повороту водила на кут більший ніж починається рух хреста. В обох випадках безударне входження і вихід пальця водила в паз та з паза хреста забезпечується нерухомим кулачком.

Увівши позначення

-

коефіцієнт додаткового повороту (зупинки) хреста, отримано коефіцієнт часу роботи для комбінованого ММХ

. (19)

У інженерній практиці для конкретного числа пазів необхідно забезпечити задану величину коефіцієнта . Для такого випадку з (19) визначено коефіцієнт додаткового повороту (зупинки) , за яким визначається необхідний кут .

На побудованих за виразом (19) графіках (рис. 19) бачимо, що для комбінованих ММХ з числом пазів межі зміни коефіцієнта часу роботи суттєво розширені і становлять від до при зміні . Для вихідних механізмів () коефіцієнт змінюється в межах 0,2...0,765.

Такі механізми уможливлюють перехід від законів руху хреста з м'якими ударами на початку і в кінці руху до циклоїдних законів, де такі удари відсутні.

В розділі синтезована траєкторія ролика 6 (теоретичний профіль нерухомого кулачка) для повного повороту водила з умови не перевищення допустимого кута тиску і з умови, що мінімальний радіус кулачка більший від мінімального радіуса кулачкової шайби. Для циклоїдного закону руху проаналізовано вплив коефіцієнта , числа пазів на максимальні кути тиску і мінімальні радіуси кривини профілю кулачка. Наведено низку графіків, з яких інженер може наближено оцінити ті параметри КМ, при яких профіль нерухомого кулачка задовольнятиме умови за кутом тиску і за мінімальним радіусом кулачка.

Наведена методика синтезу комбінованих ММХ за заданим коефіцієнтом часу роботи для конкретного числа пазів.

Для повного зрівноваження інерційних навантажень хреста запропонована механічна система, яка додатково містить пару зубчастих коліс , і пружину розтягу (рис. 20). Зубчасте колесо жорстко посаджене на вал хреста, а пружина одним кінцем кріпиться до стояка в точці , а другим - до зубчастого колеса в точці з радіусом обертання . Такою зрівноважувальною системою можна повністю зрівноважувати симетричні циклоїдні закони руху хреста.

На стадії розгону хреста момент сил інерції діятиме на хрест проти його руху. На цій стадії пружина з вертикального положення відхилиться вліво і ство рить момент , який діє в напрямку обертання колеса (цей випадок зображений на рис. 20). Коли осі водила і паза хреста збіжаться з віссю , точка повинна знаходитись на пря мій нижче точки . При цьому хрест і колесо повернуться на кут , а колесо зробить пів оберту. Для забезпечення такого співвідношення передатне число між зубчастими колесами становить

.



На стадії вибігу момент діє за рухом обертання колеса , а пружина відхиляється вправо від осі і створює момент у протилежному до обертання колеса напрямку. Таким чином, при повороті хреста момент сил пружності пружини весь час діє проти моменту сил інерції .

Задача звелась до синтезу такого моменту сил інерції (закону руху хреста), при якому для будь-якого кута повороту хреста зберігається рівність

, (20)

; ;

- жорсткість пружини; ; - попередній натяг пружини.

Увівши безрозмірні відносні геометричні параметри

, ,

де - ділильний діаметр зубчастого колеса , записуємо диференційне рівняння відносно необхідного закону руху хреста у інваріантній формі

,

.



Проаналізовано вплив параметрів зрівноважувальної системи на інерційну складову інваріанта синтезованого закону руху хреста, при якому хрест буде зрівноваженим і на відповідний профіль кулачка. Показано, що з ростом попереднього натягу константа піка пришвидшення зменшується, а при збільшенні міжосьової віддалі спостерігається незначний її ріст. В середньому положенні водила пришвидшення двічі змінює знак кривини. Однак існує така величина попереднього натягу , при якій спадання інваріанта пришвидшення відбувається за квазілінійним законом. При цьому швидкість обертання хреста є квазісталою. Числові дослідження показують, що траєкторія кінця умовного кривошипа для різної кількості пазів на хресті може бути опуклою. Найбільш характерно це для трипазового хреста. Однак, збільшуючи попередній натяг можна повністю добитись профілю кулачка з однознаковою кривиною.

Запропонований метод синтезу комбінованих ММХ уможливив розв'язок задачі синтезу комбінованого мальтійського механізму з пружним валом за заданим законом руху веденої маси. Оскільки рух від хреста 2 до веденої маси 3 відбувається через пружний вал 4, то в ньому виникатимуть коливання (рис. 21). Суть дослідження - синтез закону руху хреста з урахування податливості вала і забезпечення мінімуму пружних коливань. Для розв'язку цієї задачі застосовано метод Дадлі.

Частину КМ від хреста і до веденої маси подано у вигляді одномасної динамічної моделі, при створенні якої були зроблені такі припущення:

- кулачок, мальтійський хрест, умовний кривошип і ведена маса абсолютно жорсткі, а податливість системи визначається елементами, що їх з'єднують;

- в механізмі переважають інерційні навантаження;

- усі дисипативні сили зведені до зовнішнього еквівалентного в'язкого опору ( - коефіцієнт в'язкого опору).

З урахуванням припущень рух веденої маси описується рівнянням загального вигляду

, (21)

де - коефіцієнт демпфування системи; - частота власних коливань веденої маси; - зведений момент інерції веденої маси.

Закони руху веденої маси і хреста подано у вигляді інваріантів:

,

де - інваріанти переміщення хреста і веденої маси.

У критеріальній формі рівняння (21) набуває вигляду

, (22)

критерій подібності демпфування системи (логарифмічний декремент затухань);

критерій подібності кутових частот вільних коливань веденої маси.

Проаналізовано вплив критеріїв і на константу пришвидшення хреста. Показано, що:

- з ростом демпфування константа пришвидшення хреста зростає, а з ростом частоти власних коливань вона спочатку спадає, а потім зростає, асимптотично прямуючи до константи пришвидшення веденої маси ;

- для конкретного значення демпфування існує така частота, при якій константа пришвидшень набуває мінімальних значень ;

- для константа для усього діапазону зміни змінюється не більше, ніж на 0,29 %. Це уможливлює зробити висновок, про обмеження критерію подібності кутових частот власних коливань величиною .

Наведено методику визначення оптимальних величин демпфування і частоти, на якій будуть відбуватися коливання з найменшою амплітудою веденої маси. Проаналізовано вплив числа пазів і частоти обертання водила при одиничному моменті інерції веденої маси і оптимальному критерію подібності кутових частот на жорсткість вала. Показано, що:

- з ростом частоти обертання водила для конкретного числа пазів жорсткість вала зростає. Зростання тим стрімкіше, чим менше число пазів;

- зі збільшенням числа пазів для конкретного числа обертів водила жорсткість спадає. Спадання стрімкіше при менших значеннях ;

- жорсткість вала змінюється від для хв^-1 до для хв^-1, а діаметр вала при одиничній довжині становить і .

За синтезованим законом руху хреста синтезовано відповідний профіль нерухомого кулачка, визначено екстремальні значення кутів тиску і радіусів кривини і на основі отриманих результатів зроблено висновки про можливість синтезу комбінованих ММХ з пружним валом за заданим законом руху веденої маси.

Максимальні кути тиску, які виникають на кулачку з полідинамічним законом руху хреста для усього діапазону зміни числа пазів не перевищують , що значно менше від допустимих кутів тиску.

Умова за мінімальним радіусом кривини кулачка задовольняється для . При ця умова задовольняється лише для допустимого кута тиску . Проведені додаткові дослідження показали, що збільшуючи константу швидкості веденої маси до умова по мінімальному радіусі кривини кулачка задовольняється, а кути тиску не перевищують допустимих.

Проведено дослідження комбінованих ММХ зі змінними довжиною і частотою обертання уявного кривошипа (рис. 22). Якщо між кінцем кривошипа точкою і роликом розмістити додаткову складну ланку , точка якої обкочує нерухомий кулачок 4, то отримуємо комбінований ММХ зі складним рухом штанги. Кривошип 1 передає рух додатковій ланці 3 , яка роликом передає рух хрестові 2, а роликом обкочує нерухомий кулачок 4. Залежно від профілю кулачка змінюватиметься траєкторія руху ролика . При сталій частоті обертання кривошипа , уявний кривошип змінюватиме свою довжину і кутову швидкість обертання. Дослідження показали, що на рух такої системи важливе значення має взаємне положення кривошипа і ланки в момент входження пальця в паз хреста. Визначені початкові положення механізму для різних взаємних положень ланок і для різних співвідношень довжин цих ланок. Усі дослідження проводились у відносних величинах. Наведено основні варіанти структурних схем комбінованих ММХ зі змінними довжиною і частотою обертання уявного кривошипа та проведено геометричний синтез таких механізмів. Для практичного використання отримано аналітичні залежності і побудовані відповідні графіки, за допомогою яких можна вибирати ті розміри ланок, які необхідні для отримання потрібного початкового положення уявного . Отримано аналітичні вирази для радіуса вектора профілю нерухомого кулачка

; (23)

, (24)

де - кут повороту ланки ; ; - кути нахилу ланок в момент входження пальця в паз хреста.

Сформульована необхідна умова синтезу профілю кулачка. Наведено співвідношення між геометричними параметрами механізму, при яких для вихідного циклоїдного закону руху хреста синтез можливий. Розроблено комп'ютерну програму і проаналізовано вплив геометричних параметрів механізму з числом пазів і циклоїдного закону руху хреста на умову синтезу. Програма є універсальною тим, що уможливлює виконання аналізу будь-яких законів руху хреста, задавши попередньо цей закон у вигляді інваріанту переміщень.

У шостому розділі методами комп'ютерного моделювання та експериментально перевірено коректність отриманих теоретичних результатів. Моделюванню піддавались усі три типи досліджуваних в роботі механізмів.

Для перевірки теоретичних результатів, отриманих у розділі 3, побудована твердотільна модель комбінованого МШЧ з такими характеристиками: заданий закон руху коромисла комбінований, де розбіг становить , ділянка сталої швидкості і вибіг - по ; початкова довжина кривошипа мм; довжини шатуна мм, коромисла мм, мм і мм (див. рис. 3б); кутова швидкість обертання кривошипа . Перевірці підлягали величина сталої швидкості, час початку і закінчення ділянки сталої швидкості, наближення до нуля пришвидшення на ділянці сталої швидкості.

За теоретичними розрахунками величина сталої швидкості коромисла , а за результатами моделювання середнє значення цієї швидкості . Похибка становить . Похибка часу початку і закінчення ділянки сталої швидкості становить: і .

Для оцінки наближення кутового пришвидшення коромисла до нуля проаналізовано співмірність середнього кутового пришвидшення коромисла на ділянці сталої швидкості з його максимальним значенням

.

При проведенні комп'ютерного моделювання руху комбінованого КПМ з ділянкою сталої швидкості повзуна прийнято механізм з такими даними: , , . Перевірці підлягали кінематичні характеристики повзуна, отримані теоретично і шляхом моделювання. Побудовані кінематичні характеристики повзуна за отриманими аналітичними залежностями і за допомогою комп'ютерного моделювання добре узгоджуються. На них чітко проглядається ділянка зі сталою швидкістю і, відповідно, нульовим пришвидшенням повзуна. Числові результати максимальної швидкості відрізняються між собою лише другим знаком після коми.

Для перевірки правильності математичної моделі синтезу комбінованих ММХ зі зменшеним часом повороту хреста використано пакет програм Simulink-6. В процесі моделювання перевірялись коефіцієнт часу роботи і збіжність отриманого закону руху хреста із заданим вихідним циклоїдним. Для моделювання було взято комбінований ММХ з числом пазів і зі зменшеним коефіцієнтом часу роботи (для вихідних механізмів ). Похибка по коефіцієнту практично дорівнює нулю, а по наближенню до синусоїди не перевищує .

Експериментальна перевірка проводились на сконструйованій установці (рис. 23) на кафедрі поліграфічних машин Української академії друкарства. Мальтійський механізм складався з 4-х пазового хреста і мав забезпечити додатковий вистій хреста з коефіцієнтом часу роботи . Нерухомий кулачок синтезовано і спроектовано за умовами руху хреста за вихідним циклоїдним законом, константа пришвидшення для якого, як відомо, становить . Довжина умовного кривошипа в момент його входження в паз хреста становила , величини обмежуючого радіуса умовного кривошипа . Частота обертання кривошипа становила .

Наклеєний на вал мальтійського хреста датчик через кабель був з'єднаний з керуючим пристроєм і комп'ютером. При обертанні водила інформація передавалась безпосередньо на комп'ютер, де й оброблялась. Реєстрація показів з тензометричного датчика здійснювалась з використанням цифрового осцилографа та самописця USB3000. Підєд нання самописця до комп'ютера відбувалось з використанням USB інтерфейсу. Для підсилення сигналу використано підсилювач, виконаний на мікросхемі AD620BN. Коефіцієнт підсилення задавався резистором в межах від 1 до 10000.

На рис. 24 добре проглядаються квазінульові ділянки вистою хреста на початку і у кінці повороту. Експериментальна залежність апроксимована поліномом V-ї степені (штрихова крива), яка між точками дуже близька до синусоїди, рис. 25. Перевірці підлягали кут додаткового вистою і величина максимального кутового пришвидшення хреста.

Від моменту входження пальця умовного кривошипа в паз хреста і до його виходу на монітор прийшло 16150 точок. Вистій хреста становить точок, що дорівнює і при 4-х пазовому хресті відповідає куту . Теоретичне значення кута при закладеному коефіцієнті часу роботи дорівнює . Похибка становить .

Кутову швидкість обертання умовного кривошипа обчислено за очевидною залежністю:

,

де - час вистою хреста, 46080 - кількість точок, які прийшли за 1 с. Похибка становить .

За виразом

теоретично обчислено максимум кутового пришвидшення хреста при вихідному циклоїдному законі.

При таруванні шлейфу визначено, що максимальне значення моменту сил інерції становить . Зведений момент інерції мальтійського хреста при довжині і діаметрі вала, зовнішньому діаметрі і товщині мальтійського хреста становить . Максимальне пришвидшення хреста обчислено за очевидною залежністю . Похибка становить .

У сьомому розділі обґрунтовано основні можливі сфери застосування результатів проведених досліджень. Показано, що удосконалення механізму приводу триножових різальних машин БОП-3, SDY-1 і SDYEZ-1 призведе до зменшення масогабаритних параметрів та інерційних навантажень. Удосконалений головний виконавчий механізм кривошипних пресів для холодного та гарячого штампування дозволить при незмінному числі циклів преса зменшити або збільшити швидкість штампування, а також збільшити силу штампування без збільшення маси повзуна і потужності приводу. Для поворотних столів блокооброблювальних машин карусельного типу БІП-5 і ОК-3м удосконалений мальтійський механізм забезпечить безінерційний рух хреста, максимальне інерційне навантаження якого для неудосконаленого механізму становить близько і викликає м'які удари і вібрації усієї машини. У кривошипно-повзунному механізмі лісопильних рам 2Р63-1(2) у крайніх положеннях повзуна (пильної рамки) діє сила інерції, яка дорівнює приблизно . Показано, що за допомогою комбінованого КПМ зі змінною довжиною умовного кривошипа можна зменшити сумарне навантаження на пильну рамку у 40 разів і одночасно забезпечити квазірівномірний рух пильної рамки в період пропилу. Удосконалений привод колеса велосипеда дасть можливість вирівняти крутний момент на приводному колесі і, за даними американських інженерів, збільшити середню швидкість велосипедиста на 14 %. Модернізація механізму мальтійського хреста кінопроекторів дозволить не збільшуючи потужності проекційної лампи підвищити яскравість зображення і подовжити термін служби фільмокопій. Застосування в поліграфічних машинах ПП-84, ПП-70, Вікторія 820 і 840, які призначені для штанцювання паковань, тиснення фольгою і друку на папері, удосконалення КПМ призведе до усунення інерційних навантажень на талер (максимальна сила інерції становить ~4066 Н) і до підвищення якості друку.



ВИСНОВКИ

Розв'язано важливу науково-прикладну проблему створення нового сімейства важільних механізмів зі змінною довжиною вхідної ланки, яка визначає перспективний напрям розвитку вихідних важільних і мальтійських механізмів та забезпечує розширення їх функціональних можливостей при зниженні масо-габаритних показників.

Найважливіші висновки, наукові та практичні результати роботи:

1. На основі проведеного аналізу праць в області синтезу важільних механізмів за умовами руху вихідної ланки встановлено, що:

- точні і наближені методи синтезу використовуються виключно для отримання прямолінійно-напрямних механізмів і кругових напрямних механізмів, тобто важільних механізмів з необхідною траєкторією руху. Закон руху точки (вихідної ланки) по синтезованих траєкторіях не визначено;

- для забезпечення заданого закону руху вихідної ланки найперспективнішими є вихідні важільні механізми з приводом пальця кінця кривошипа від нерухомого кулачка - так звані механізми зі змінною довжиною вхідної ланки;

- методи аналізу та синтезу комбінованих механізмів зі зміною довжиною вхідної ланки недостатньо вивчені і дуже скупо описані в доступній технічній літературі.

Відсутність на сьогоднішній день науково-теоретичних основ і практичних рекомендацій щодо створення комбінованих механізмів зі змінною довжиною вхідної ланки за умовами руху вихідної ланки визначила напрям теоретичних досліджень. Тому розроблення методів синтезу та аналізу комбінованих механізмів зі змінною довжиною вхідної ланки, створення відповідного програмного забезпечення визначено як актуальне і важливе завдання машинознавства.

2. Розроблено метод синтезу комбінованих механізмів шарнірного чотириланковика і кривошипно-повзунних механізмів зі змінною довжиною умовного кривошипа за заданим законом руху вихідної ланки. Це дозволило:

- синтезувати комбіновані кривошипно-повзунні механізми зі скороченим ходом (до 30 %) і вистоєм (до 28 %) повзуна у крайньому положенні. Мінімізація кутів тиску нерухомого кулачка дозволила значно розширити геометричні межі механізмів (до 22 %), для яких максимальний кут тиску не перевищує допустимих, зменшити геометричні параметри нерухомого кулачка;

- синтезувати комбіновані кривошипно-повзунні механізми і механізми шарнірного чотириланковика з рухом вихідної ланки за комбінованим законом з ділянкою сталої швидкості (до 30 %) у середині кінематичного циклу, що може бути використано для створення рівномірного руху у стругальних верстатах, у лісопильних рамах, у витяжних пресах, у сільськогосподарських машинах для забезпечення рівномірного руху ножів в момент різання, в поліграфічному машинобудуванні у самонакладах для вирівнювання швидкості корінця обкладинки при її приклеюванні до книжкового блоку, в тигельних друкарських машинах;

- забезпечити рух вихідної ланки за циклоїдним законом і позбутися м'яких ударів в моменти початку і закінчення руху і, тим самим, зменшити вібрації, які завжди супроводжуються у таких випадках.

3. Розроблено метод синтезу комбінованих механізмів зі змінною довжиною вхідної ланки для зрівноваження інерційних навантажень, що діють на вихідну ланку. При цьому розроблені механізми дозволяють зрівноважити не зрівноважену масу повзуна у кривошипно-повзунному механізмі, хреста в мальтійському механізмі і коромисла у механізмі шарнірного чотириланковика. Це дозволило розвантажити кінематичні пари від інерційних навантажень і збільшити ресурс механізму.

4. Удосконалено метод синтезу мальтійських механізмів зі змінною довжиною умовного кривошипа з метою забезпечення необхідного закону руху, додаткового блокування і заданої тривалості повороту хреста при конкретному числі пазів, що особливо важливо в механізмах автоматичних ліній. При цьому:

- визначено коефіцієнт часу роботи мальтійських механізмів зі змінною довжиною умовного кривошипа, межі якого для розроблених механізмів розширились з до для і з до для . На основі проведених досліджень розроблено методику синтезу комбінованих механізмів мальтійського хреста за заданим коефіцієнтом часу роботи;

- створено методику синтезу комбінованих механізмів мальтійського хреста зі зменшеним або збільшеним кутом повороту хреста. Показано, що для вихідного циклоїдного закону руху хреста кут повороту хреста можна зменшити більше, ніж на 28% для допустимого кута тиску і числа пазів , а для і - більше, ніж на 34%. Для синтезувати рух хреста можливо лише, коли . Радіус-вектор нерухомого кулачка на ділянці зупинки хреста повинен бути якомога меншим, але не меншим від початкового радіуса-вектора кулачка на ділянці повороту хреста. Збільшити час повороту хреста для допустимого кута тиску можна на 30 % для , на 40 % для , на 50 % для і на 70 % для .

5. Синтезовано полідинамічний закон руху хреста мальтійського механізму зі змінною довжиною умовного кривошипа, пружним валом і заданим законом руху веденої маси, що уможливило:

- забезпечити мінімум коливань веденої маси і зменшити динамічні навантаження на механізм, що є актуальним для високоінерційних ведених мас поворотних столів агрегатних верстатів, в поворотно-фіксуючих пристроях різноманітних пакувальних автоматів, в приводах крил у тигельних машинах і т.п.;

- визначити такі пружні і демпфуючі характеристики валу, при яких коефіцієнт динамічності набуває мінімального значення;

- проаналізувати вплив параметрів комбінованого механізму мальтійського хреста на максимальні кути тиску і мінімальні радіуси кулачка. Показати, що максимальні кути тиску, які виникають на кулачку з полідинамічним законом руху хреста, для усього діапазону зміни числа пазів не перевищують допустимих. Для умова справджується для допустимого кута тиску . При константі піка швидкості хреста умова за кутом тиску і мінімальним радіусом кулачка задовольняється і для .

6. Синтезовано комбінований мальтійський механізм зі змінними довжиною і частотою обертання уявного кривошипа. Це уможливило:

- розробити основні можливі варіанти таких механізмів, сформулювати необхідну умову синтезу;

- описати аналітичними залежностями співвідношення між граничними геометричними параметрами механізму при яких синтез можливий;

- записати аналітичні вирази для кутів тиску і радіусів кривини профілю кулачка. Показати, що для максимальні кути тиску не перевершують і менші, ніж для мальтійських механізмів зі змінною довжиною кривошипа.

7. Удосконалено метод синтезу функції, що проходить крізь дві відомі точки і у середині інтервалу додатково задовольняє задані умови. На основі удосконаленого методу проведено:

- синтез комбінованого кривошипно-повзунного механізму з обмеженим ходом і з вистоєм повзуна у крайньому положенні для модернізації механізму триножової різальної машини;

- синтез ефективних законів періодичного руху і отримано закони з поліпшеними кінематичними характеристиками у порівнянні з відомими. Синтезовані закони:

· мають у середині інтервалу квазісталу швидкість у межах від 10 % до 38 % часу однознакових переміщень і менші до 17 % максимальні значення пришвидшень. Для константи отримано ділянку сталої швидкості у межах 8 % кінематичного циклу;

· розширили діапазон максимальних швидкостей від 8,6 % для низьких значень максимальних швидкостей до 11,7 % - для високих.

8. Результати проведених віртуальних та експериментальних досліджень підтверджують достовірність розроблених числово-аналітичних методів синтезу та аналізу комбінованих механізмів зі змінною довжиною умовного кривошипа.

9. Результати дисертаційної роботи рекомендовано для впровадження у виробництво, а саме:

- у лісопильних рамах для усунення інерційних навантажень на пильну рамку і забезпечення рівномірної швидкості пропилу у середині циклу;

- у штампувальних кривошипних пресах для збільшення (зменшення) швидкості штампування при збереженні заданої швидкості обертання кривошипа і для збільшення сили штампування при тій же масі повзуна і потужності приводу;

- у кінопроекторах для збільшення яскравості зображення і терміну служби фільмокопій;

- для зменшення затрачуваної енергії велосипедиста при їзді на велосипеді.

У поліграфічному машинобудуванні:

- у триножових різальних машинах для зменшення металомісткості механізму, інерційних навантажень та підвищення к.к.д.;

- у блокооброблювальних машинах типу БІП-5 і ОК-3м для усунення інерційних навантажень на мальтійський хрест, м'яких ударів і вібрацій;

- в механізмі відкривання і закривання рухомої губки листопідбірних машин типу Kolbus-881(882) для збільшення продуктивності;

- у напівавтоматичних пресах для тиснення для зменшення інерційних навантажень;

- у тигельних машинах для покращення якості друку і зменшення інерційних навантажень.

10. Для інженерно-технічних працівників створено на рівні Свідоцтв про реєстрацію авторського права на комп'ютерну програму зручні в користуванні програмні продукти, за допомогою яких можна синтезувати параметри комбінованих механізмів за необхідними умовами руху вихідної ланки.

11. Поставлена у дисертації мета досягнута, сформульовані завдання вирішені.

Практична цінність дисертації підтверджена 5 патентами, 7 свідоцтвами про реєстрацію авторського права на твір, 5 актами впровадження результатів дослідження у практику дослідно-конструкторських робіт з проектування механізмів закривання (відкривання) дверей та багажників міжміських автобусів, модернізації папероробної машини, удосконалення приводу колеса велосипеда та у навчальний процес. Економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи створюється за рахунок зменшення масогабаритних характеристик механізмів, розвантаження кінематичних пар, покращення динамічних характеристик і збільшення ресурсу механізму в цілому і визначається у кожному конкретному випадку окремо.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті у наукових фахових виданнях

1. Пасіка В.Р. Визначення крайніх положень кривошипа циклових важільних механізмів / В.Р. Пасіка // Машинознавство.-2001. -№1. -С.36-40.

2. Пасіка В.Р. Кінематика важільних механізмів з групами Ассура І і ІІ видів / В.Р. Пасіка // Наукові записки УАД. -2001. -Вип. 3. -С.12-16.

3. Пасіка В.Р. Кінематика важільних механізмів з групами Ассура ІІІ-V видів / В.Р. Пасіка // Поліграфія і видавнича справа. -2001. -№37. -С.50-66.

4. Пасіка В.Р. Кінематика кривошипів змінної довжини / В.Р. Пасіка // Наукові записки УАД. -2002. - Вип. 5. -С.22-25.

5. Пасіка В.Р. Чисельний синтез кривошипно-повзунних механізмів з накладеними кінематичними вимогами / В.Р. Пасіка // Вісник Технологічного універ. Поділля. -2002. -№6, ч.1. -С.12-14.

6. Пасіка В.Р. До питання синтезу законів періодичного руху комбінованих механізмів / В.Р. Пасіка // Машинознавство. -2002. -№11. -С.29-32.

7. Пасіка В.Р. Геометричний синтез кривошипно-повзунних механізмів за заданим переміщенням повзуна / / В.Р. Пасіка , О.М. Полюдов // Наук. вісник: Зб. наук.-техн. праць. -Львів:УкрДЛТУ. -2002. -Вип.12.8. -С.174-179.

8. Пасіка В.Р. До питання визначення змінної довжини кривошипа для забезпечення переміщень повзуна з постійною швидкістю / В.Р. Пасіка, Р.С. Маца // Наукові записки УАД. -2003. -Вип. 6. С.32-35.

9. Пасіка В.Р. Параметричні дослідження кривошипно-повзунного механізму зі змінною довжиною кривошипа / / В.Р. Пасіка , О.М. Полюдов // Поліграфія і видавнича справа. -2003. -№40. -С.14-21.

10. Пасіка В.Р. Зрівноваження сил інерції повзуна в комбінованих кривошипно-повзунних механізмах / В.Р. Пасіка // Вісник Східноукраїнсь кого національного уні верситету імені В. Даля. -2003. -№12(70). -С.72-79.

11. Пасіка В.Р. Синтез кривошипно-повзунних механізмів за кутом повороту кривошипа, при якому наступає максимум швидкості повзуна / В.Р. Пасіка // Лісове господарство, лісова, паперова і деревообробна промисловість: Міжвідомч. наук.-техн. зб. -Львів: УкрДЛТУ. -2004. -Вип. 29. -С.94-99.

12. Пасіка В.Р. Синтез комбінованих кривошипно-повзунних механізмів з умови зрівноваженості надлишкових сил інерції на повзуні / В.Р. Пасіка // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудування: Запорізький національний техн. ун-тет. -2004. -№1. -С. 112-116.

13. Пасіка В.Р. Синтез комбінованих кривошипно-повзунних механізмів із зупинкою повзуна / В.Р. Пасіка // Поліграфія і видавнича справа. -2004. -№41. -С.41-47.

14. Пасіка В.Р. Визначення кутів тиску і радіусів кривини в кулачкових механізмах методами аналітичної геометрії / В.Р. Пасіка // Наукові записки УАД. -2004. - Вип. №7. -С.8-12.

15. Пасіка В.Р. Синтез комбінованих кривошипно-повзунних механізмів з ділянкою сталої швидкості / В.Р. Пасіка // Машинознавство. -2004. -№ 4. -С.28-31.

16. Пасіка В.Р. Оптимальний синтез комбінованого кривошипно-повзунного механізму з обмеженим ходом повзуна за максимальним кутом тиску / В.Р. Пасіка // Машинознавство. -2004. -№9. -С. 26-31.

17. Пасіка В.Р. Комп'ютерне моделювання руху комбінованого кривошипно-повзунного механізму з накладеними кінематичними умовами / / В.Р. Пасіка , Р.С. Маца // Наук. вісник: Зб. наук.-техн. праць. -Львів:УкрДЛТУ. -2004. -Вип.14.7. -С.58-63.

18. Пасіка В.Р. Синтез комбінованих мальтійських механізмів з коромисловим штовхачем / В.Р. Пасіка // Наук. вісник: Зб. наук.-техн. праць. -Львів:УкрДЛТУ. -2005. -Вип.15.6. -С.141-145.

19. Пасіка В.Р. Кінематика кривошипно-повзунних механізмів зі змінною довжиною кривошипа в інваріантах / В.Р. Пасіка // Наук. вісник: Зб. наук.-техн. праць. -Львів: УкрДЛТУ. -2006. -Вип.16.7. -С.83-88.

20. Пасіка В.Р. Синтез оптимальних законів періодичного руху / В.Р. Пасіка // Наукові записки УАД. -2006. -Вип. 9. -С.38-44.

21. Пасіка В.Р. Моделювання руху комбінованих мальтійських механізмів з додатковим вистоєм хреста / В.Р. Пасіка, Р.С. Маца // Наукові записки УАД. -2007. -Вип. 1(11). -С.8-14.

22. Пасіка В.Р. Синтез комбінованих мальтійських механізмів зі змінними довжиною і частотою обертання водила / В.Р. Пасіка // Поліграфія і видавнича справа. -2007. -№. 1(45). -С.129-146.

23. Пасіка В.Р. Синтез комбінованих механізмів шарнірного чотириланника за розмахом і законом руху вихідної ланки / В.Р. Пасіка // Машинознавство. -2007. -№9. -С. 28-23.

24. Пасіка В.Р. Синтез комбінованих мальтійських механізмів з метою збільшення часу повороту і забезпечення заданого закону руху хреста / В.Р. Пасіка // Вісник Східноукраїнського національного університету імені В. Даля. -2007. -№9(115). -С. 175-183.

25. Пасіка В.Р. Синтез комбінованих мальтійських механізмів з метою зменшення коефіцієнта часу роботи і забезпечення заданого закону руху хреста / В.Р. Пасіка, П.В. Філь // Вісник Східноукраїнського національного університету імені В. Даля. -2007. -№ 12(118). -С. 177-186.

26. Пасіка В.Р. Синтез комбінованого мальтійського механізму з пружним валом за заданим законом руху веденої маси / В.Р. Пасіка // Вісник НТУ "ХПІ". -29'2007. -С. 95-108.

27. Пасіка В.Р. Автоматизований синтез комбінованих законів руху важільних механізмів з ділянкою сталої швидкості вихідної ланки / В.Р. Пасіка, П.І. Бегень // Науковий вісник НЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: НЛТУ. - 2008. -Вип. 18.2. -С. 246-253.

28. Полюдов О.М. Синтез закону руху хреста мальтійського механізму зі зрівноваженим хрестом / Полюдов О.М., Пасіка В.Р // Машинознавство. -2009.-№2. -С. 22-25.

29. Пасіка В.Р. Моделювання руху комбінованого кривошипно-коромислового механізму з ділянкою сталої швидкості коромисла / Пасіка В.Р., Комаров С.М., Бегень П.І. // Машинознавство. -2010. -№ 5. -С. 30-33.

Патенти

30. Пат. 63711 України. МПК В26D 1/00, F16H 21/00. Механізм приводу ножів триножових різальних машин / Полюдов О.М., Пасіка В.Р., Хведчин Ю.Й. ; №2003065049; заявл. 02.06.03; опубл. 17.04.06, Бюл. №4.

31. Деклар. пат. 71732 А України. 7 F16F15/22. Кривошипно-повзунний механізм / Полюдов О.М., Пасіка В.Р.; № 20031110092; заявл. 10.11.03; опубл. 15.12.04, Бюл. №12.

32. Деклар. пат. 12842 на корисну модель України. МПК В62М 9/00. Механізм ножного приводу коле са / Пасіка В.Р.; № u 2005 01472; заявл. 17.02.05; опубл. 15.03.06, Бюл. №3.

33. Пат. 83852 України. Мальтійський механізм зі збільшеним часом повороту хреста і спосіб приведення в рух хреста мальтійського механізму / Полюдов О.М., Пасіка В.Р., Маца Р.С., Кузик Н.Б.; № а 2006 01759; заявл. 20.02.2006; опубл. 26.08.2008, Бюл. № 16.

34. Пат. 90055 України. Мальтійський механізм зі зрівноваженим хрестом. / Полюдов О.М., Пасіка В.Р; № а 2008 13325; заявл. 18.11.2008; опубл. 25.03.2010, Бюл. № 6.

35. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 19681 Україна. Синтез профілю кулачка в комбінованих кулачково-мальтійських механізмах для забезпечення заданого закону руху і збільшення часу повороту хреста. [Комп'ютерна програма] / В.Р. Пасіка - заявник та власник свідоцтва - УАД МОН УКРАЇНИ; дата реєстр. 26.02.2007.

36. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 21274 Україна. Синтез профілю кулачка в комбінованих кулачково-мальтійських механізмах для забезпечення заданого закону руху і зменшення часу повороту хреста. [Комп'ютерна програма] / В.Р. Пасіка - заявник та власник свідоцтва - УАД МОН УКРАЇНИ; дата реєстр. 18.07.2007.

37. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 21815 Україна. Синтез комбінованих механізмів шарнірного чотириланника з метою забезпечення заданого закону руху і розмаху коромисла. [Комп'ютерна програма] / В.Р. Пасіка - заявник та власник свідоцтва - УАД МОН УКРАЇНИ; дата реєстр. 23.08.2007.

38. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 25482 Україна. Синтез комбінованих законів руху з ділянкою сталої швидкості у середині кінематичного циклу. [Комп'ютерна програма] / В.Р. Пасіка - заявник та власник свідоцтва - УАД МОН УКРАЇНИ; дата реєстр. 26.08.2008.

39. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір №28765 Україна. Синтез комбінованих кулачково-мальтійських механізмів зі змінною довжиною водила і зрівноваженим хрестом. [Комп'ютерна програма] / В.Р. Пасіка - заявник та власник свідоцтва - УАД МОН УКРАЇНИ; дата реєстр. 15.05.2009.

40. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір №30049 Україна. Синтез кривошипно-повзунного механізму за екстремумом швидкості повзуна [Комп'ютерна програма] / В.Р. Пасіка - заявник та власник свідоцтва - УАД МОН УКРАЇНИ; дата реєстр. 27.08.2009 .

41. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 30591 Україна. Синтез механізму шарнірного чотириланника зі змінною довжиною кривошипа. [Комп'ютерна програма] / В.Р. Пасіка. - заявник та власник свідоцтва - УАД МОН УКРАЇНИ; дата реєстр. 09.10.09.

Матеріали науково-технічних конференцій

42. Пасіка В.Р. Кінематичний аналіз циклових важільних механізмів методом проектування планів / В.Р. Пасіка // ІV-й між. симпозіуму українських інж.-мех. у Львові: Тези доповідей. -Львів: КІНПАТРІ. -19-21 травня 1999. -С. 85-86.

43. Пасіка В.Р. Параметричний синтез важільних механізмів / В.Р. Пасіка // V-й між. симпозіуму українських інж.-мех. у Львові: Тези доповідей. -Львів: КІНПАТРІ. -18-20 травня 2001. -С. 73.

44. Пасіка В.Р. Чисельний синтез кривошипно-повзунних механізмів з накладеними кінематичними вимогами / В.Р. Пасіка // І-ша між. наук.-техн. конф.: "Механіка машин". - Хмельницький: Національний техн. універ. 16-18 вересня 2002.

45. Комаров С.М. Створення мультимедійного посібника по механізмах / С.М. Комаров, В.Р. Пасіка, Н.Б. Кузик // VI-й між. симпозіуму українських інж.-мех. у Львові: Тези доповідей. -Львів: КІНПАТРІ. -21-23 травня 2003. -С. 83-84.

46. Пасіка В.Р. Зрівноваження сил інерції повзуна в комбінованих кривошипно-повзунних механізмах // В.Р. Пасіка / І-ша між. наук.-техн. конф. "Сучасні проблеми машинознавства". -Луганськ: СНУ. -3-4 грудня 2003.

47. Пасіка В.Р. Оптимальний синтез комбінованого кривошипно-повзунного механізму з обмеженим ходом повзуна за максимальним кутом тиску / В.Р. Пасіка // VII-й між. симпозіум українських інж.-мех. у Львові: Тези доповідей. -Львів: КІНПАТРІ. -18-20 травня 2005. -С. 74.

48. Пасіка В.Р. Регулювання часу повороту хреста в комбінованих мальтійських механізмах / В.Р. Пасіка // Матеріали між. наук.-техн. конф.: "Надежность и долговечность механизмов, элементов конструкций и биомеханических систем". -Севастополь: СевНТУ. -5-8 вересня 2005. -С. 80-88.

49. Пасіка В.Р. Нове бачення задач синтезу законів періодичного руху / В.Р. Пасіка // Матеріали між. наук.-техн. конф.: "Автоматизация: проблемы, идеи, решения". -Севастополь: СевНТУ. -14-17 вересня 2005. -С. 63-66.

50. Пасіка В.Р. Комп'ютерне моделювання руху хреста в комбінованих мальтійських механізмах / В.Р. Пасіка, Р.С. Маца // Матеріали між. наук.-техн. конф.: "Надежность и долговечность механизмов, элементов конструкций и биомеханических систем". -Севастополь, СевНТУ. -5-8 вересня 2006. С. 118-124.

51. Пасіка В.Р. Синтез комбінованих механізмів шарнірного чотириланника за розмахом і законом руху вихідної ланки / В.Р. Пасіка // VIIІ-й між. симпозіум українських інж.-мех. у Львові: Тези доповідей. -Львів: КІНПАТРІ. -23-25 травня 2007. -С. 87-88.

52. Пасіка В.Р. Синтез комбінованих мальтійських механізмів з метою збільшення часу повороту і забезпечення заданого закону руху хреста / В.Р. Пасіка // ІІ-га між. наук.-техн. конф. "Сучасні проблеми машинознавства". -Луганськ: СНУ. -14-15 листопада 2007.

53. Полюдов О.М. Синтез закону руху хреста мальтійського механізму зі зрівноваженим хрестом / О.М. Полюдов, В.Р. Пасіка // І-а між. наук.-техн. конф. "Теорія та практика раціонального проектування, виготовлення і експлуатації машинобудівних конструкцій". Праці конференції. -Львів: КІНПАТРІ ЛТД. -22-24 жовтня 2008. -С. 180-182.

54. Пасіка В.Р. Моделювання руху комбінованого кривошипно-коромислового механізму з ділянкою сталої швидкості коромисла / В.Р. Пасіка, С.М. Комаров, П.І. Бегень // IX між. симпозіум українських інж.-мех. у Львові: Праці. -Львів: КІНПАТРІ ЛТД. -23-25 травня 2009. -С. 175.

Размещено на Allbest.ru

...