Розділ 2
концепція, алгоритми І методи БАГАТОКРИТЕРІАЛЬНого структурно-параметричного
синтезу МБК
У розділі наведено теоретичні основи дисертаційної роботи. На прикладі МБК
різної складності обґрунтовано потребу в багатокритеріальному підході до їх
проектування з обов’язковим об’єднанням структурного й параметричного
синтезів та задачі вибору в єдиний процес. Запропоновано концепцію,
розроблено методи, математичні моделі й алгоритми багатокритеріального
структурно-параметричного синтезу МБК за заданими характеристиками, в
основу яких покладено принцип формування множини альтернативних
парето-оптимальних (у межах своєї структури) варіантів МБК різної структури з
подальшим вибором кращого з них за інтегральним критерієм якості (функцією
сумарної корисності) та критерієм економічної доцільності (компенсацією за
корисність) на основі відображення множини парето-оптимальних варіантів МБК на
множину реальних критеріїв якості.
Матеріали розділу опубліковані в таких працях: [123, 124, 125, 141, 143, 145 —
147, 149 — 153, 159, 310].
2.1. МБК як об’єкт багатокритеріального структурно-параметричного синтезу
Розглянемо будову МБК різної складності та вимоги до їхнього функціонування з
метою встановлення критеріїв якості, функціональних, параметричних і
критеріальних обмежень та обґрунтування методу багатокритеріального
структурно-параметричного синтезу МБК.
2.1.1. Металоконструкції модуля лінійного переміщення руки маніпулятора
промислового робота. Одним з основних при побудові промислових роботів,
робототехнічних комплексів (РТК) та гнучких виробничих систем (ГВС) є модуль
лінійного переміщення (МЛП) [32, 33, 261, 262, 308]. Рушійний елемент таких
модулів — лінійний пневмо- або гідравлічний силовий циліндр. Металоконструкція
модуля при цьому може мати різну структуру. В табл. 2.1 наведено структурні
схеми модулів з основною та допоміжними циліндричними напрямними (схеми 1 — 6)
та модулів з кількома однаковими допоміжними напрямними (схеми 7 — 19) [50].
Існують також інші конструкції МЛП — з призматичними та комбінованими
напрямними [33, 262].
Найпростішою є конструкція модуля з однією основною та однією допоміжною
напрямними (схема 1). В такому модулі основна напрямна (переважно шток силового
циліндра) забезпечує прямолінійне переміщення та сприймає бокове й осьове
навантаження; допоміжну напрямну, набагато тоншу від основної, встановлюють
для кутової фіксації основної напрямної. Істотним недоліком такого МЛП є його
невелика поперечна жорсткість порівняно з осьовою.
Для збільшення поперечної жорсткості модуля застосовують структурні схеми з
додатковими напрямними, які сприймають бокове навантаження (схеми 2 — 4).
Спільним недоліком цих схем є підвищене спрацювання поверхні штока силового
циліндра в зоні ущільнення за дії великих бокових навантажень. Для зменшення
такого спрацювання силовий циліндр встановлюють усередині (схема 5) або поряд
(схема 6) з основною напрямною. Схема 5 має менші поперечні розміри, ніж схема
6, і забезпечує збіг осьового навантаження на шток силового циліндра з його
геометричною віссю симетрії. Недоліком цієї схеми є те, що для кріплення
силового циліндра до нерухомої основи в напрямній треба робити проріз, що
знижує її жорсткість. Технологічнішою і компактнішою в поздовжньому напрямі є
схема 6, але в ній опори основної напрямної додатково навантажені моментом від
позацентрового прикладання сили приводу.
Схеми МЛП з однією основною та однією додатковою напрямними застосовують тільки
при невеликих моментах згину. Це обумовлено тим, що допоміжна напрямна в
такій компоновці модуля обмежує бокове навантаження на основну напрямну і та
залишається недовантаженою.
У МЛП з кількома однаковими циліндричними напрямними (див. табл. 2.1, схеми 7
— 19) основна й допоміжні циліндричні напрямні однаковою мірою сприймають
бокове навантаження та крутний момент, прикладені до входу модуля.
Найрозповсюдженішою в МЛП ПР є схема 7. Вона компактна, має велику жорсткість
на згин у вертикальній площині. Недоліком такої компоновки є порівняно невелика
жорсткість у горизонтальній площині. Підвищення жорсткості модуля досягають
збільшенням кількості напрямних до трьох (схеми 16 — 18) або чотирьох (схема
19), або кріпленням їх на кінцях до додаткової несучої конструкції (схеми 8,
17); найбільшу жорсткість забезпечує жорстке з’єднання напрямної з корпусом на
всій довжині (схема 9). Для покращання певних конкретних характеристик модуля,
погіршуючи при цьому інші, застосовують також схеми 12 — 15.
Збільшуючи певним чином поперечну жорсткість МЛП, покращують його статичні та
динамічні характеристики — величину прогину входу модуля, точність
позиціювання, амплітуду коливань тощо, але цим сами ускладнюють конструкцію,
збільшують масу, габарити, вартість, зменшують технологічність тощо.
Таблиця 2.1
Альтернативні схеми модулів лінійного переміщення
Таким чином, сказане вище свідчить, що обрати однозначно кращу структуру і
параметри МЛП за одним критерієм, наприклад, жорсткістю, не можливо, а тому
задачу проектування металоконструкції МЛП треба зводити до задачі
багатокритеріального структурно-параметричного синтезу і застосовувати
віповідний математичний апарат.
2.1.2. Запобіжні муфти з профільним замиканням. Запобіжні муфти з профільним
замиканням (кулачкові та кулькові) [1, 2, 5, 7, 12, 204, 218, 259] застосовують
у загальному машинобудуванні як окремі конструктивно довершені складальні
одиниці машин для захисту електромеханічних приводів машин і механізмів від
руйнування при перевантаженнях чи стопорних режимах роботи.
Кулачкові запобіжні м
- Київ+380960830922