Варианты 143-153 (Сборник И.В. Леонова ) (Условия КП - Варианты 1-153)

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. НКК БАУМАНА СБОРНИК ЗАДАНИЙ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПО КУРСУ «ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАШИН» Рекомендовано редсоветом МГГУ им. Н.Э, Баумана в качестве учебного пособия Под редакцией проФ. О.В. Леонова Издателистио МГТУ им, Н.Э. Баумана 2002 ББ~ 34 42 С23 Введение ББК 34.42 Редакция заказной литературы Редактор Е К Коимлеаи Корректор Л и ьталюшиии 4> МГ1'У ни Н Э Баумана 2002 Издательство МГТУ им НЭ Баумана, типография МГТУ им НЭ Баумана 105005, Масхзз, 2 я Бауманская, 5 Рецензенты: В.С, Кулешов, П.К.

зУопов С23 Сборник заданий для курсового проектирования по курсу иОсновы проектирования машин": Учеб пособие / Егоров О.Д., Костиков Ю.В., Кузенков В.В. и др; Под ред. Леонова И.В, — Мл Изд-во МГТУ им, Н.Э. Баумана, 201)2.— б4 с. Описаны общие методы проектирования и исследовании маниаулялионвых механизмов Иапажев общий подход к газлавию математических малезей механизмов, приведены залаиия на проектирование Для студентов рабатамехзвичесиих специальностей Ил 33 Табл 15 Библиогр 13 назз Вюрав О.Д., Костиков Ну.п, Кузевиаз В.В, Леонов Д.И., Леонов И.В., Никаноров В.А., Плужииков Б И„Напав С А., Самойлова М.В., Синицын В.В., Тарабария В.Б., Тарабарииа З.Н., Умнов ДН., Чернышева И.Н.

Сборник заданий по курсовому проектированияз по курсу "Основы проектирования млшни" Подписана в печать 040697 Формат бох34/16 Бумага тиа хь 2 Печ. л 4,0. Уся. аеч л 3,72 Уч-изя л 3,67 Тираж 150 экз Изл йй 32 ЗаКаЗ Нь Механизация и автоматизация производства яв1щются серьезным вкладам в развитие производства новых машин и механизмов в едином комплексе суправляюшимиустраистзами В связи с зтимзазникаетнеабхадимастьразвития абшеи теории и конкретных методов проектирования мехатранныя устранств - автоматических машин, механические характеристики катарьи неразрывно связзны с характеристиками управляющих устроиств Типи 1ными такими устройствами явчяются роботы и манипуляторы, в которых осуществляется тесное взаимодеиствие мехзнических процессов и процессов автоматизации на основе достижении теории управления, кибернетики и приме пения злектронна-вычислительнои техники Авторы учебного пособия имеют целью познакомить студентов с принципамии работы н основами проектирования мехатронныхустроиств в процессе выполнения ими курсавога проекта Пособие состоит из двухчастеи В псрвои предо та алены задания на курсов он проект по курсу "Основы проектирования машин" для студентов фак)льтета "Машиностроение" МГТУ им Н Э Баумана Предполагается, что студенты знакомы с основными терминами и методамии теории механизмов и машин В пособии садержзтся также краткис пояснения ь выполнению проекта, причем некоторые расчетные выражсния приведены без подробных выводов При освещении материалов основнас внимание уделено вопросам, не представленным в теоретическом курсе основ проектирования мехатронных устроиств Содержаниекурса "Основыпрасктировзниямашннь составляетб шуме тадическа го обеспечения системы автоматизированного проектирования ма шин теорию, методы проектирования и математические модели машин ЭВМ в составе САПР являются, если можно выразиться неодушевленными прел- метами, неспособными дать ответ на паставленныи вопрос Этот ответ может быть получен галька при использовании программного обеспечения, базируюшегося на математических методах Пад термином "математи 1еская модель машины" нанимают идеализированное отображение мехэничеслои си~темы, используемое при расчетах При зтам предполагается, что зта огображение имеет необходимое для проведения инженернзях расчетаз математическое выражение в виде уравнении, т е является математическаи модечыа В зази симости ат цели исследования могут использоваться разные чодели Фр ~кцианная, правомерная при решении определенного ограниченного круг ~ зада з модель будет карректнаи, если ана удовлетворяет следуюп1им условиям а) достаточна полно отображает интересующие сваиства реальнои машины, Иг 3л — 2ри, б) не перегружена несущественными свойствами, влияние которых нз изучаемый процесс незначительно Использование ЭВМ для инженерных расчетов позволяет переити к достаточно точным математическим моделям Однако имеются серьезные сомнения в необходимости создания универсальной модели машины, так как чем точнее модель, тем точнее должны быть исходные дзнные для расчета В тожевремянзрзннихстздияхпроектированияканструкторредкорзсползгзет достаточно точными исходными данными.

Позтому созд«ние матеметическои модели с точностью выше разброса характеристик машин не имеез смысла Практика показывает, что при проектировании машин целесообразно иметь набор различных математических моделей, отличающихся назначением, различной степенью детализации точности, и последовательно, по мере необходимости, применять для расчета все более точные расчетные схемы В практике проектирования используются различные типы моделеи, описывающих разные своистза механизмов машин 1.

ПОНЯтИК О МОДЕЛЯХ МЕХАНИЗМОВ Структурные модели связывают число степеней свободы механизма Иг с числом звеньев л и кинематических пар. Например, формула Чебышева для плоского механизма имеет вид где ры — число низших пар. Кинематические модели связывают перемещения и скорости входных и выходных звеньев Например ю =П т ВЫХ вЂ” (рвх, 11,... 1,) — функция положения выходного звена явь„механизма с И' 1 зависит от координат входного звена р и ряда геометрических размеров 1, механизма (рис. 11). Аналогично и для кинематической передаточной функции, являющейся производной от функции положения, и = г)живых Р вых — =%»1 -1) Фвх у"вх В механизме с И' 1 существует однозначная зависимость между входным и выходным воздействиями В механизмах с несколькими степенями свободы такая однозначность, как правило, отсутствует.

Например, в плоском дифференциальном механизме привода манипулятора скорость выходного звена зависит от скоростей двух входных звеньев у"вых =,д, = и1'Р'вх1 + 4"у'вхз 4'"ВЫХ 2 где и и и — частные производные функции по воздействию иа входное звено при постоянном воздействии на другое звено, являющиеся частными производными по воздействию на соответствующее входное звено 1 или 2 механизма: Итак, простейшие примеры, рассмотренные нами, указывают на связь структурных и кинематнческих схем манипуляторов с требованиями к системам управления.

То есть качество роботов и манипуляторов определяется одновременно структурными н геометрическими параметрами механической системы и качествами системы управления. Поэтому при проектировании системы очень важной задачей является расчет необходимых для осуществления заданного движения управляющих воздействий со стороны приводов. Эту задачу решают составлением динамической модели манипулятора как системы с несколькими степенями свободы. Частным случаем динамической модели является статическая модель, часто служащая для уравновешивания статических нагрузок и снижения, тем самым, необходимой мощности приводов. Чтобы исключить переходы энергии из привода одного звена на другой привод, часто идут на упрощение системы управления и разделение движений схвата по отдельным координатам во времени.

Например, осуществляют последовательное управление приводами по различным координатам (см. циклограмму на рнс. 1.5): первое движение — поворот стола (г; !1 1! второе движение — подъем стола Л; 1 третье движение — выдвижение руки г. !! Классическим примером статического уравновешивании механической системы и снижения нагрузок на привод является конРяс.

КВ струкция грузоподъемных устройств (рис. 1.6, где 1 — поднимаемый груз, 2 — против и вовес. Здесь С и С вЂ” силы тяжести). < Необходимый движущий момент М „на приводе механизма (см. риг.1.6) Мдв ) Сгр . 1оа — Сир . 1оп (1.8) Ряс. !.6 уменьшается на величину Спг . 1о(). Снижение статической нагрузки на привод с 0 и уравновешивание манипулятора часто производят с помощью не только противовесов, но и пружинных разгружателей (рис. 1.7) ГР или специальных автоматических пневмати- ческих устройств. Уравновещивание манипуРис. Кт лятора снижает мощность и стоимость приводных устройств, а также часто улучшает их динамические свойства. Управление автоматическими пневматическими уравновешива- ющими устройствами нередко осуществляют с помощью кулачковых механизмов, вот почему студентам предлагается освоить методику их проектирования.

Естественна, что механический и гидравлический приводы манипуляторов также находят применение. Выбор оптимальных параметров механического привода дает возможность без увеличения мощности двигателей улучшить динамические качества мехатронных устройств. На примерах мехатрониых устройств студенты имеют возможность познакомиться с выбором оптимальных параметров зубчатых механизмов, применяемых в механических приводах манипуляторов, Таким образом, задачи, которые ставятся при выполнении курсового проекта по курсу "Основы проектирования машин" могут быть решены в такой последовательности: 1. Провести структурный и геометрический параметрический синтез исполнительного манипуляционного механизма и механизмов приводов с устранением избыточных связей в замкнутых контурах, учитывая ограничения на углы давления в кинематических парах. Построить зону обслуживания и по согласованию с преподавателем выбрать траекторию перемещения схвата (рекомендуется выбрать прямую или окружность в зависимости от системы координат, в которой работает манипулятор).