РОЗДІЛ 2
Методика досліджень, макетування механізмів з паралельною кінематикою
2.1. Макетування механізмів типу трипод і гексапод
Розв’язок наукової проблеми пов’язаної із дослідженням характеристик точності
механізмів паралельної кінематики потребує комплексного підходу для аналізу
складних просторових механічних систем. В роботі застосовані теоретичні та
експериментальні методи досліджень. В комплексі вони дають можливість детально
дослідити основні властивості нового класу машин – механізмів з паралельною
кінематикою.
Експериментальні методи досліджень орієнтовані на вивчення параметрів статичної
і динамічної точності механізму паралельної кінематики, визначення
характеристики робочих процесів у окремих вузлах та їх вплив на характеристики
точності механізмів. Для цього розроблені спеціальні методики, виготовлені
макети та спеціальні пристрої для досліджень, укомплектована вимірювальна
апаратура. Виконано макетування механізмів з паралельною кінематикою. Зокрема,
виготовлено і досліджено макети:
механізма - трипода із штангами змінної довжини і регулюванням переміщення
центральної штанги;
механізма-гексапода із штангами змінної довжини (гексаглайд).
Базовим макетом є макет механізма-трипода із штангами змінної довжини.
Макет механізму трипода (рис.2.1) має нерухому плоску основу 1 на якій
розташовані сферичні опори 2 штанги 3.
Рухома платформа макета 4 має сферичні опори штанг 5. В нерухомій основі є
отвір, в який входить центральна штанга 7 закріплена у сферичній опорі 8
платформи.
Рис.2.1 Схема макета механізма трипода та його основні геометричні розміри: r=
75 мм; R= 3r= 225 мм; L= 160…1500 мм
Штанги виконані у вигляді телескопічних систем, що включають труби із
гвинтовими затискними пристроями і стержні, які входять в труби (рис.2.2).
Рис. 2.2 Конструктивна схема штанги змінної довжини макета механізму
паралельної кінематики.
Макет механізма-трипода має набір стержнів і труб, що дозволяють змінювати
довжину штанги в діапазоні 160...1500 мм. При цьому рухома платформа
встановлюється в необхідному положенні відносно нерухомої основи. Реалізуються
різні просторові положення рухомої платформи (рис. 2.3).
а б
Рис. 2.3 Загальний вигляд макету механізма - трипода при середній довжині
штанги ( мм): а – центральне положення рухомої платформи;
б – положення при зміщеній і повернутій рухомій платформі.
Змінний набір труб і стержнів дозволяє макетувати геометрію механізма-трипода в
широкому діапазоні довжини штанг. При максимальній довжині ( мм): кожна штанга
утворена трьома трубами і двома стержнями (рис. 2.4).
Рис. 2.4 Макет механізму трипода з максимальною довжиною штанг ( мм):а –
середнє положення платформи, вигляд з верху; б – поворот платформи навколо
горизонтальних осей (вісь у) та навколо вертикальної вісі (вісь х).
Макет механізму трипода використано для вимірів основних геометричних
параметрів механізму.
В процесі досліджень виконано виміри лінійного і кутового просторового
положення платформи. Виміри здійснено при переміщенні рухомої платформи в
різних напрямках. На рис. 2.5 наведено загальний вигляд макету механізму
трипода при зміщеній рухомій платформі в напрямку осі у.
Рис. 2.5 Зміщення рухомої платформи в напрямку осі у.
Виміри просторового кутового положення рухомої платформи здійснено з
використанням інструментального кутоміра. При цьому визначається кутове
положення рухомої платформи відносно осей нерухомої системи координат (рис.
2.6).
Рис. 2.6 Схема вимірів кутового положення робочого органа на вимірювальний
пристрій: а – початкове положення; б – просторове положення робочого органа
механізму.
Кутомір встановлювався у певному положенні відносно нерухомої системи
координат. Зокрема, при вимірах параметрів внаслідок повороту рухомої платформи
в її площині кутомір встановлювався паралельно площині платформи (рис. 2.7).
Рис. 2.7 Поворот рухомої платформи навколо осі oz та виміри її кутового
положення.
В процесі досліджень виконано макетування механізма гексапода. Макет
механізма-гексапода (рис.2.8) має нерухому основу 1, на якій розміщено три
сферичні опори 2.
Рис. 2.8 Схема макета механізма-гексапода.
Рухома платформа макета 3 має три сферичні опори 4. Штанги 5 змінної довжини
встановлені між сферичними опорами рухомої платформи і нерухомої основи. В
макеті застосовані спеціальні конструкції подвійних сферичних шарнірів
(рис.2.9).
Рис.2.9 Конструктивна схема подвійної шарнірної опори макету
механізма-гексапода.
Конструктивне виконання штанг макету механізма-гексапода аналогічне штангам
механізма-трипода. Воно дозволяє змінювати довжину штанги і фіксувати необхідні
лінійні розміри штанг. Рухома платформа макету механізма-гексанода
встановлюється в необхідному просторовому положенні. При цьому здійснюються
виміри положення центра платформи та кута її нахилу відносно осей нерухомої
системи координат (рис.2.10).
Рис. 2.10 Загальний вигляд макету механізма-гексапода та виміри кутового
положення платформи.
Макет механізма-гексапода дозволяє провести виміри всіх геометричних параметрів
механізму в межах робочого простору. При цьому зокрема встановлюються особливі
(сингулярні) положення кінематичної схеми механізма та її характерні положення.
Характерними положеннями є перпендикулярне розташування площини платформи і
нерухомої основи (рис.2.11).
Рис. 2.11 Характерне положення платформи макету механізма-гексапода,
при якому площина рухомої платформи перпендикулярна площині основи.
Разом з вимірами положення платформи здійснені виміри довжини штанг
(l-координат). Довжина кожної штанг