Создание высокоэффективных многофункциональных машин и механизмов, обеспечивающих высокую производительность, надежность, точность — одна из важнейших задач современного машиностроения. Обеспечение высокой жесткости манипуляционного механизма подачи инструмента, а также надежности и прецизионной точности его движения по криволинейной траектории с помощью традиционных разомкнутых последовательных кинематических схем приводит к существенному увеличению габаритов и массы механизма. Последнее значительно ухудшает динамические характеристики обрабатывающего центра и, соответственно, его производительность.
Успешно решить указанную задачу позволяют механизмы с параллельными ветвями или так называемые платформенные механизмы, у которых выходное звено связано с основанием кинематическими цепями. Каждая из цепей содержит несколько приводов или налагает какие-либо связи на движение выходного звена.
Интерес к механизмам с параллельными ветвями в настоящее время вызван рядом преимуществ, которыми они обладают по сравнению с традиционными промышленными роботами, имеющими разомкнутую кинематическую цепь, т.е. традиционными роботами-манипуляторами. Замкнутая кинематическая цепь обеспечивает более высокую жесткость всей конструкции, а сокращение массы подвижных частей уменьшает нагрузки на привода. Такие механизмы в отличие от традиционных манипуляторов воспринимают нагрузки как пространственные фермы, что в итоге ведет к существенному повышению динамики, точности позиционирования и грузоподъемности, хотя возможно уменьшение рабочей зоны.
В данных механизмах выходное звено приводится в движение параллельным действием звеньев и приводов в отличие от манипуляторов последовательного соединения. Механизмы с параллельными ветвями содержат несколько однотипных кинематических цепей, состоящих из жестких звеньев и подвижных узлов, соединяющих звенья. Особенностью механизма является кинематическое замыкание всех цепей на одно выходное звено с одной стороны, и опора на общее основание — с другой.
В работе В.А. Глазунова «Пространственные механизмы параллельной структуры» рассмотрены структура, синтез, а также методы кинематического, силового и динамического анализа, основанные на теории винтов. Однако в этой работе нет алгоритма структурного синтеза, на основании которого было бы возможно построить кинематическую цепь механизма, задаваясь каким-нибудь из параметров.
В связи со сказанным, целью настоящей работы является разработка общего метода анализа и синтеза механизмов с параллельными ветвями.
Гипотеза исследования. Разработка алгоритма структурного синтеза и анализ механизмов с параллельными ветвями способствует созданию новых механизмов, имеющих широкое практическое применение, и развитию общего машиностроения и технического прогресса.
Поставлены следующие задачи:
· описать принцип действия, многообразие известных схем и применение в практике механизмов с параллельными ветвями;
· разработать алгоритм структурного синтеза механизмов с параллельными ветвями;
· изучить методы кинематического и силового анализа механизмов представленного класса с использованием винтового исчисления;
· решить задачу структурного синтеза, кинематического анализа, задачу о положениях и оживление плоского двухплатформенного механизма с параллельными ветвями.
Объект исследования – механизмы с параллельными ветвями.
Предмет исследования – синтез структуры, кинематическое и кинетостатическое исследование механизмов с параллельными ветвями.
Методы исследования:
· контент-анализ;
· системный анализ;
· анализ и синтез.
В работе впервые изложен новый метод синтеза структур платформенных механизмов, уточняются их особенности. Исходными параметрами при синтезе структур механизмов принимается сложность наиболее сложного звена, а именно платформы механизма. Разработанный метод синтеза используется для всех пяти возможных семейств — от классически пространственных до клиновых. Разработанные кинематические решения содержат элементы научной новизны, а по найденной конструкции подготовлена заявка в Роспатент на предмет его патентования как изобретения.
Научно-практическая значимость. Материалы исследования могут быть использованы в учебном процессе студентами специальности «Динамика и прочность машин», а также при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
Загрузка...
