раздел 2
выбор направлений и методов исследований при разработке зубчато-рычажных
главных исполнительных механизмов кривошипных прессов
2.1 Разработка и исследование зубчато-рычажных главных исполнительных
механизмов специальных кривошипных прессов как основное направление научных
исследований
Аналитический обзор литературы показывает, что обеспечение наиболее
благоприятных кинематических условий протекания некоторых операций штамповки
может быть обеспечено только при использовании в качестве главных
исполнительных механизмов прессов специальных механизмов, обеспечивающих
значительное изменение характера перемещения ползуна в период рабочего хода.
Показано, что одним из таких механизмов являются зубчато-рычажные с внутренним
зацеплением и передаточным отношением колес равным 3.
Из определения кривошипных специальных прессов как совокупности элементов,
находящихся в определенной причинно-следственной связи, следует необходимость
рассмотрения всей системы в ее органическом единстве. Вопросы синтеза,
кинематического и кинетостатического анализа не могут рассматриваться
независимо один от другого.
Существующие математические модели исполнительных механизмов специальных
прессов не позволяют проводить синтез и анализ таких механизмов, поэтому
требуется разработка новых математических моделей и их исследование. Такие
разработки должны основываться на общих методах синтеза исполнительных
механизмов прессов с учетом требований, прежде всего технологического процесса,
а также других условий эксплуатации технологических машин. Для этого необходимо
установить кинематические характеристики механизмов и их взаимосвязь с
геометрическими параметрами. Так как кривошипные прессы являются машинами
периодического действия с разделением периодов прямого и обратного холостого
хода ползуна и периода рабочего хода, необходимо установить наиболее приемлемый
характер перемещения ползуна в течение этих периодов, т. е. определить тип
приемлемых кинематических диаграмм.
Кинематические характеристики зубчато-рычажных механизмов являются функцией
четырех независимых параметров, поэтому из всей доступной их совокупности
необходимо выбрать оптимальные. Для этого следует установить критерии
оптимальности и ввиду отсутствия методов поликритериальной многопараметрической
оптимизации выбрать один из приближенных методов.
2.2 Кинематические характеристики ГИМов специальных прессов
Движение ползуна обеспечивается специальным, т. н. главным исполнительным
механизмом (ГИМ), который производит преобразование вращательного движения
привода в возвратно-поступательное прямолинейное перемещение ползуна.
Кривошипные прессы являются машинами периодического действия, в которых рабочий
орган совершает движение с периодическими остановками. Кроме того, в ГИМе
происходит преобразование равномерного вращательного движения ведущего звена в
неравномерное движение ведомого звена. Такие механизмы, как известно,
называются циклическими.
Качественная и количественная оценка исполнительного механизма возможна путем
их кинематического и динамического синтеза и анализа, для чего необходимо
решить следующие задачи.
Во-первых, необходимо установить единые зависимости, взаимосвязывающие
геометрические и кинематические свойства механизмов, что позволит производить
их сопоставление и анализ.
Во-вторых, необходимо разработать критерии, с помощью которых можно проводить
сопоставление свойств механизмов и оптимизацию параметров. Эти критерии должны
в наибольшей степени отражать основные требования технологического процесса к
кинематике механизма, и одновременно отражать условия эффективной и надежной
его эксплуатации.
Третья задача состоит в оптимизации закона движения исполнительного органа на
базе установленных критериев. Эта вариационная задача предполагает синтез
механизма с минимальными кинематическими и динамическими отклонениями от
исходных идеальных законов движения.
Анализ и синтез механизмов основан на двух категориях понятий – геометрических
характеристиках и кинематических диаграммах.
Геометрические характеристики – размеры звеньев, их взаимное положение,
соотношения между геометрическими параметрами механизма, углы поворота звеньев
и др. Важно, что эти характеристики не зависят от скорости движения любого
звена, а всецело определяются только структурой механизма.
Закономерность изменения кинематических параметров механизма и их взаимосвязь,
связь с геометрическими характеристиками определяется т. н. кинематическими
диаграммами или графиками законов движения.
Пусть некоторый механизм имеет ведущее звено О и ведомое В, кинематическими
параметрами которых являются соответственно перемещение S, скорость V и
ускорение J.
Наиболее важным для анализа являются диаграммы, в которых производится
сопоставление скоростей или ускорений звеньев от соответствующих перемещений
этих звеньев
. (2.1)
Такие диаграммы иногда называют круговыми.
Исходными данными для их построения являются зависимости скорости Vo и
ускорения Jo от координаты ведущего звена б
. (2.2)
Важную группу диаграмм представляют диаграммы, в которых одной координатой
является время. Это диаграммы вида
. (2.3)
Исходными данными для их построения являются зависимости
, (2.4)
т. е. законы перемещения, скорости и ускорения ведущего звена в функции
времени.
В частном случае равномерного движения ведущего звена О имеем скорость що=
const и , т. е. перемещение пропорционально времени. В этом случае графики
зависимостей
, (2.5)
могут одновременно служить и
- Київ+380960830922