книги / Современные методы и средства балансировки машин и приборов

Механизм не имеет «мертвых» положений, обладает хорошей жест­ костью и кинематической точностью и должен вызвать особый ин­ терес у конструкторов-прибористов. Кроме того, он с успехом может конкурировать с эллиптическими колесами, поскольку в отличие от указанных колес он работает бесшумно. В этом случае параметры механизма должны соответствовать выражению

В приведенных выражениях е — эксцентриситет эллиптических колес. Прежде чем перейти к другим механизмам, укажем еще на то, что данный шарнирный четырехзвенник обладает высоким КПД. Так, при исполнении его шарниров на подшипниках качения КПД

равен 0,97—0,98.

Рассмотрим многозвенные механизмы. Пространственные шарнир­ ные механизмы можно получить обычным путем, т. е. простой ком­ бинацией звеньев только с числом звеньев, равным семи, поскольку согласно известной структурной формуле

W = 6 п — Ър5

(где W — число степеней свободы механизма; п — число подвижных звеньев и ръ— число вращательных пар) семизвенник является статически определимым механизмом и на его существование не на­ ложено никаких дополнительных условий связи. Механизмы же с меньшим числом звеньев возможны только при определенных сог­ ласованных геометрических параметрах. В этом и состоит трудность создания таких механизмов.

Аналитический способ доказательства существования простран­ ственных шарнирных механизмов затруднен, а в общем случае ви­ димо и невозможен, поскольку даже для четырехзвенника, как пока­ зал А. В. Верховский [6], получаются сложные трансцендентные зависимости между геометрическими параметрами, которые трудно поддаются анализу. Нами для получения пространственных шарнир­ ных механизмов с числом звеньев больше четырех разработан метод, основанный на последовательном присоединении (объединении) из­ вестных четырехзвеиников: механизма Беннетта, плоского и сфери­ ческого.

Рис. 8.21. Схема к получению пространственных шарнирных многозвенников

Из-за ограниченности объема статьи проиллюстрируем этот метод на примере получения одного из шестизвенников.

Возьмем шарнирный четырехзвенник. Пусть им будет механизм Беннетта АВСК (рис. 8.21, а). Возьмем другой четырехзвенник (имеется в виду четырехзвенная шарнирная цепь) KDEF и при­ соединим его к первому так, чтобы геометрические оси одной из их вращательных пар совпали. На рис. 8.21, б такой вращательной парой является шарнир К. Присоединенная шарнирная цепь KDEF имеет две степени подвижности, поэтому для определенности полу­ чения движения ее звеньев, зависимого от заданного движения механизма, необходимо связать два звена KF и KD цепи, объединен­ ных шарниром К, соответственно, со звеном АК и КС (рис. 8.21, в). Поскольку в полученной рычажной пространственной системе шарниры С и ! ) принадлежат одному звену 3, а шарниры А и F — звену 6 , то имеем право связать указанные шарниры соответственно звеном CD и AF, не нарушив при этом подвижности системы, которая равна единице (И? = 1). Таким образом, получили подвиж­ ный пространственный контур ABCDEF. А так как число его звеньев меньше семи, то можно устранить внутренние звенья, не нарушив при этом подвижности контура. Следовательно, отбросив шарнир К вместе с объединенными звеньями четырехзвенников, получим новый пространственный шарнирный механизм ABCDEF (рис. 8.21, г) однократной подвижности (в данном случае шестизвенник).

Все изложенное остается справедливым и для случая, когда центры объединяемых шарниров не совпадают, как на рис. 8.21, а отстоят друг от друга на определенном расстоянии.

Этим способом можно объединить любые два (кроме плоских) четырехзвенника: четырехзвенник Беннетта с плоским, четырех-

Рис. 8.22. Схема пространственного шарнир­ ного шестизвенника

звеиник Беннета со сферическим, плоский со сферическим, два сфери­ ческих.

Возможны и другие способы объ­ единения четырехзвенников.

Метод объединения четырехзвен­ ников позволил получить большое

число пространственных шарнирных механизмов, имеющих самые разнообразные свойства и кинематические характеристики.

Для указанных механизмов можно легко и просто получить необ­ ходимые аналитические зависимости, определяющие движение их звеньев. Для этого требуется любой из этих многозвенных механизмов представить не как простую геометрическую фигуру (простой замкну­ тый контур), а как сложную кинематическую цепь, состоящую из определенной совокупности четырехзвенников. Покажем, напри­

Для получения формулы, определяющей движение выходного звена 5 шестизвенника, выразим угол ф5 через угол ф2, а последний, в свою очередь, через угол фх входного звена АВ. Исходя из кинема­

' h = 1 8 0 ° — ( P i — Р 2 — у х ) .

Подставив этот угол в выражение (8.126), предварительно рас­ крыв значение ух согласно формуле (8.124), окончательно получаем искомую формулу

Аналогичным способом находится требуемая зависимость и для любого другого многозвенника механизма.

Рис. 8.23. Схемы уравновешивания пространственного механизма

здесь ДM lh — ошибка в определении главного момента сил инерции шатуна, возникающая от погрешности в нахождении момента инер­ ции шатуна при его замене двумя сосредоточенными массами; Л1„а =

в механизме, уравновешенном описанным способом, будет иметь место колебание станины, причем это колебание главным образом зависит от М,и, поскольку ДЖ„2имеет относительно малое значение. Момент M„t можно уравновесить, если поставить на станину махо­ вик, ось вращения которого параллельна оси вращения ведомого кривошипа 3, с моментом инерции / ы = / 3 и вращать его с угловым ускорением ем = —в3 (рис. 8.23, б). Тогда момент VWH, уравнове­ сится моментом маховика и массы механизма станут практически полностью уравновешенными (в этом случае М\ = ДЖ„г). Так, например, для исследованного нами механизма до установки махо­ вика = 5,89 Н м (Q4 = 0), а после уравновешивания маховиком Mi = 0,11 Н-м. Это убедительно показывает полезность добавоч­ ного уравновешивания маховиком.

ная, поскольку здесь возрастают размеры механизма и несколько усложняется технология его изготовления.

При вращении главного вала швейной машины шарнир А криво­ шипа 1, закрепленного на валу, описывает окружность, а игловоди- тель-ползун 3 движется в направляющих возвратно-поступательно- по вертикальной прямолинейной траектории. Фотоэлемент 7 и осве­ титель 8 установлены на платформе 9 соосно так, что траектория движения игловодителя 3 швейной машины расположена между ними, а ось фотоэлемента 7 и осветителя 8 ортогональна этой траек­ тории и пересекает ее в точке, соответствующей среднему положению игловодителя 3.

При движении кривошипа из положения А в нижнюю мертвую точку (НМТ) и далее в правое среднее положение Б игловодитель пере­ крывает световой поток и через фотоэлемент течет темновой ток. При дальнейшем движении кривошипа в верхнюю мертвую точку (ВМТ) и далее в левое среднее положение, показанное на чертеже, фотоэлемент освещен и через него течет световой ток. Поскольку внутреннее сопротивление фотоэлемента при изменении условий освещения изменяется на один-два, а для фотодиодов на три-четыре порядка, то разница уровней сигналов с датчика опорного напря­ жения, соответствующих освещенному и затемненному фотоэле­ менту, также составляет один-два или три-четыре порядка.

Таким образом, отмеченные особенности измерительного уст­ ройства станка позволяют непосредственно с датчика опорного напряжения получить сигнал прямоугольной формы, имеющий до­ статочно высокий уровень, что обеспечивает работу измерителя угловой координаты дисбаланса без какой бы то ни было допол­ нительной обработки и преобразования сигнала датчика опорного напряжения. Это упрощает конструкцию станка и повышает точ­ ность определения параметров дисбаланса.

Расположение фотоэлемента и осветителя на платформе станка так, что их ось пересекает траекторию игловодителя в точке, соот­ ветствующей его среднему положению, обеспечивает перекрытие

иоткрытие фотоэлемента при максимальной скорости игловодителя. Это позволяет получить прямоугольный сигнал с крутыми передним

изадним фронтами и также повышает точность работы измерителя угловой координаты. При использовании в качестве фотоэлемента фотодиода ФД-2 и питании его напряжением 6 В амплитуда опорного напряжения составляет 3 В, крутизна фронтов прямоугольного на­ пряжения при частоте вращения главного вала швейной машины, равной 1800 об/мин, составляет 0,1 мс, а точность определения

угловой координаты ±3°.

В результате динамической ба­ лансировки механизма швейной ма­ шины в сборе в плоскости махо­ вика и главного кривошипа были

Рис. 8.25. Схема расположения осей коор­ динат при измерении виброскорости в точ­ ках 1 и 2 на головке и крыше стола швей­ ной машины соответственно

установлены корректирующие массы с дисбалансом 12 и 75 г*см, соответственно. В качестве критерия оценки эффективности влияния динамической балансировки на снижение виброактивности швейной машиньГ'было принято значение отношения виброскорости на го­ ловке и столе машины до и после балансировки. Измерения вибро­ скорости проводились при частоте вращения главного вала машины, равной 5200 об/мин, в точках 1 и 2 по направлениям координатных осей Ох, Оу и Oz (рис. 8.25) с использованием стандартной виброизмерительной аппаратуры в октавных полосах частот с нормиро­ ванными по ГОСТ 12090—80 значениями среднегеометрических

жение потребляемой электроэнергии, расходуемой на привод машины, на 8—12 % в зависимости от типа и экземпляра швейной машины.

Таким образом, динамическая балансировка рычажных механиз­ мов в сборе позволяет существенно снизить их виброактивность и тем самым повысить надежность, долговечность и улучшить эксп­ луатационные показатели технологического оборудования.

8.10.ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ МЕХАНИЗМА В СВЯЗИ

СЗАДАЧЕЙ ЕГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ

(Г. М. Кравченко)

При решении задач по уравновешиванию, как правило, не принимают во внимание внешние силы, действующие на механизм, а также полагают, что ведущее звено имеет постоянную частоту вра­ щения. В действительности она переменна даже при установив­ шемся движении. Исследования показали, что неуравновешенные силы, возникающие в связи с этим, могут быть достаточно большими. Поэтому решение задач об уравновешивании механизмов целесооб­ разно начинать с установления закона движения его ведущего звена. Эта задача нами решена для многоцилиндрового поршневого компрес­ сора с одинаковыми шатунно-поршневыми группами и различным размещением цилиндров.

Механизм приводится во вращение электродвигателем. Удельное