35. Статическое уравновешивание механизма.
Распределение масс звеньев механизма, переводящее его центр масс в неподвижную точку, называется статическим уравновешиванием. При движении звеньев механизма в кинематических парах возникают дополнительные динамические нагрузки от сил инерции звеньев. Это возникает из-за того, что центры масс звеньев в общем случае имеют переменные по величине и направлению ускорения. Т.к. всякий механизм имеет неподвижное звено-стойку, то и на стойку механизма также воздействуют вполне определенные динамические нагрузки. В свою очередь через стойку эти нагрузки передаются на фундамент механизма. Динамические нагрузки, возникающие при движении механизма, являются источниками дополнительных сил трения в кинематических парах, вибраций звеньев и фундамента, дополнительных напряжений в отдельных звеньях механизма, причиной шума и т.д. Поэтому при проектировании механизма ставится задача о рациональном подборе масс звеньев механизма, обеспечивающем полное или частичное устранение указанных динамических нагрузок. Решение подобной задачи, относящейся к динамическому проектированию механизма машины, называется его уравновешиванием. Цель уравновешивания механизмов – устранение переменных воздействий на фундамент, вызывающих кинематические колебания, как самого фундамента, так и здания, в котором он находится. Наиболее просто и наглядно статическое уравновешивание выполняется методом заменяющих масс. Пусть дано движущееся звено массой т с центром масс S (рис. а).
Сосредоточим массу
звена, распределенную по всему его
объему, в точках А и В
(рис. б).
Величины сосредоточенных масс
найдутся из уравнений:
откуда
При этом масса звена и положение его центра масс не изменились.
36. Метод замещающих масс.
Применяется для уравновешивания механизмов. При использовании этого метода, звено механизма с распределенной массой заменяется расчетной моделью, которая состоит из точечных масс.
Условия перехода от звена с распределенной массой к модели с точечными массами:
1.
Сохранение массы звена:
2.
Сохранение положения центра масс:
,
3.
Сохранение момента инерции
39. Условие существования кривошипа в четырехзвенных рычажных механизмах.
Условия существования кривошипа в четырехзвенных механизмах определяются теоремой Грасгофа: если в замкнутой шарнирной четырехзвенной кинематической цепи сумма длин наименьшего и наибольшего звеньев меньше суммы длин двух других звеньев, то:
а) при постановке цепи на звено, смежное с наименьшими наименьшее звено является кривошипом, а звено, ему противоположное — коромыслом (получаем кривошипно-коромысловый механизм — рис. 2.15, 2.16). Поставить цепь на какое-либо звено означает принять его за неподвижное звено-стойку;
б) при постановке цепи на наименьшее звено, оба смежных с ним звена будут кривошипами (двукривошипный механизм);
в) при постановке цепи на звено, противоположное наименьшему, оба смежных с ним звена являются коромыслами;
г) если основное условие теоремы не выполняется, то кривошипа не будет при постановке цепи на любое звено.
37. Манипуляторы.
Манипулятор – совокупность пространственного рычажного механизма и системы приводов, осуществляющая под управлением программируемого автоматического устройства или человека-оператора действия (манипуляции), аналогичные действиям руки человека.
Устройство и применение манипуляторов
Основу манипуляторов составляют пространственные механизмы со многими степенями свободы. Манипуляторы выполняют работы в средах, недоступных или опасных для человека (подводные глубины, вакуум, радиоактивная среда и другие агрессивные среды), вспомогательные работы в промышленном производстве. Манипуляторы используются в медицинской технике (например, в протезировании). Манипуляторы изучает теория манипуляторов, которая является разделом теории машин и механизмов. В узком смысле манипулятором называется механическая рука.
Манипуляторы делятся на управляемые человеком и автоматические манипуляторы (роботы-манипуляторы как разновидность роботов). Развитие манипуляторов привело к созданию промышленных роботов. Проектирование механизмов-манипуляторов требует решения таких задач, как создание манёвренности, устойчивости в работе, выбор правильного соотношения полезных и холостых ходов. Иногда требуется проектирование таких систем, в которых оператор чувствует усилие, создаваемое на рабочем органе или на грузозахвате.
Выполнить все три
условия системой с двумя массами
невозможно, поэтому при статическом
уравновешивании механизмов ограничиваются
выполнением только первых двух условий.
Чтобы обеспечить выполнение всех трех
условий необходимо ввести третью массу
40. Синтез рычажных механизмов. Критерии синтеза.
Синтез осуществляется в несколько этапов:
• Структурный синтез (выбор структуры механизма);
• Кинематический синтез (определение геометрических параметров кинематической схемы);
• Динамический синтез (определение динамических параметров: масс, моментов инерции звеньев и др.).
Структурный синтез может осуществляться по «структурным слоям»: если к стойке присоединять структурные группы, то всегда будет получаться нормальный механизм. Таких механизмов может быть множество. Для того, чтобы оценить качество проектируемого механизма, надо задаться критериями оценки (критериями синтеза) и их желательными абсолютными или относительными значениями.
Входными параметрами синтеза являются критерии оценки механизма, а выходными – геометрические или динамические параметры кинематической схемы. Если число входных параметров соответствует числу выходных параметров, то задача синтеза может быть решена. Если имеется несоответствие между числом входных и выходных параметров синтеза, то задача либо не имеет решения в общем случае (число входных параметров больше), либо имеет множество решений (число входных параметров меньше числа выходных). В последнем случае часть выходных параметров задают произвольно, а остальные вычисляют, пользуясь составленными соотношениями между входными и выходными параметрами. При этом может получиться некоторое множество вариантов механизма с различной структурой, разным числом звеньев, разными габаритами, массой, энергопотреблением и т.д. Сравнивая варианты, выбирают такой, который в наилучшей степени соответствует выбранным критериям синтеза.
38. Технические характеристики манипуляторов.
Основные характеристики манипуляторов.
Функциональные — число, вид и взаимное расположение степеней подвижности; число и диапазоны установок точек позиционирования по каждой степени подвижности; формы, размеры и расположение рабочей зоны — множества всех точек пространства, в которых могут находиться рабочие органы манипулятора; число и вид программ и команд в программе; число, вид и характеристики каналов связи систем управления с внешним оборудованием; грузоподъемность манипулятора; возможные технологические усилия на рабочих органах; диапазоны скоростей и ускорений рабочих органов робота и точность их задания; адаптацию робота или его схватов к погрешностям расположения, формы и массы объектов манипулирования;
Конструктивные — способ установки манипулятора (напольный, на портале, встроенный и др.); формы, размеры и расположение рабочего пространства — множества точек, в которых могут находиться элементы конструкции манипулятора; виды и диапазоны регулирования взаимного расположения степеней подвижности; систематические погрешности позиционирования; случайные статические и динамические погрешности; максимальные ускорения при разгоне и торможении; податливость манипулятора, собственные частоты и коэффициенты затухания; габариты, размеры, массу и т.д.
Эксплуатационные — показатели надежности и ремонтопригодности; время переналадки на новые объекты манипулирования или режимы работы; потребляемую мощность и источники питания; взрыво- и пожаробезопасность; стоимость и др.
Приведенное выше разделение характеристик манипуляторов на группы в достаточной мере условное. При разработке конструкции манипулятора удобно учитывать более детальные градации характеристики: компоновочно-геометрические; точностные; быстродействия и динамики; силовые; прочностные; жесткостные и т. д.