Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка нового класса высокоточных многошпиндельных завинчивающих устройств на основе выявленных взаимосвязей, действующих при синхронной затяжке соединений Житников Борис Юрьевич

Разработка нового класса высокоточных многошпиндельных завинчивающих устройств на основе выявленных взаимосвязей, действующих при синхронной затяжке соединений
<
Разработка нового класса высокоточных многошпиндельных завинчивающих устройств на основе выявленных взаимосвязей, действующих при синхронной затяжке соединений Разработка нового класса высокоточных многошпиндельных завинчивающих устройств на основе выявленных взаимосвязей, действующих при синхронной затяжке соединений Разработка нового класса высокоточных многошпиндельных завинчивающих устройств на основе выявленных взаимосвязей, действующих при синхронной затяжке соединений Разработка нового класса высокоточных многошпиндельных завинчивающих устройств на основе выявленных взаимосвязей, действующих при синхронной затяжке соединений Разработка нового класса высокоточных многошпиндельных завинчивающих устройств на основе выявленных взаимосвязей, действующих при синхронной затяжке соединений
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Житников Борис Юрьевич. Разработка нового класса высокоточных многошпиндельных завинчивающих устройств на основе выявленных взаимосвязей, действующих при синхронной затяжке соединений : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.02.02 : Ковров, 2003 276 c. РГБ ОД, 71:04-5/35-1

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Анализ существующих способов и технических средств затяжки групповых резьбовых соединений

1.1. Причины некачественной сборки групповых резьбовых соединений

1.1.1. Средства автоматизации и механизации сборки резьбовых соединений

1.1.1.1. Резьбозавинчивающие устройства внешнего крутящего момента

1.1.1.2. Резьбозавинчивающие устройства ударного действия 19

1.1.1.3. Инерционные автоматические гайковерты с возбудителями поворотных колебаний

1.1.1.4. Многошпиндельный гайковерт с пружинным накопителем момента

1.1.1.5. Автоматические системы затяжки с обратной связью 36 41

1.2. Цель и задачи исследований 39

Глава 2. Выявление взаимосвязей, действующих в процессе работы многошпиндельных завинчивающих устройств и контроле качества сборки при синхронной затяжке резьбовых соединений нормированным крутящим моментом

2.1. Сущность процесса герметизации стыка в сопряжении плоскостей узла и детали

2.2. Методы контроля качества автоматизированной затяжки групповых резьбовых соединений

2.2.1. Контроль качества сборки групповых резьбовых соединений по моменту затяжки

2.2.2. Контроль качества сборки групповых резьбовых соединений комбинированным методом

2.3. Обоснование величин предварительной силы и момента за

тяжки резьбовых соединений

2.4. Обоснование угла синхронного поворота резьбовых деталей при нормированной затяжке резьбовых соединений

2.5. Обоснование момента затяжки шпилек 60

2.6. Требования, предъявляемые при разработке нового класса многошпиндельных завинчивающих устройств, обеспечивающих синхронную затяжку резьбовых соединений нормированным моментом.

Выводы по главе. 66

Глава 3. Обоснование кинематической схемы высокоточного многошпиндельного завинчивающего устройства нового класса для синхронной затяжки резьбовых соединении на основе многоканальной адаптивной системы управления .

3.1. Разработка структурной схемы многоканальной адаптивной электромеханической системы управления завинчивающим устройством для синхронной затяжки резьбовых соединений

3.2. Обоснование кинематических схем высокоточных, много шпиндельных завинчивающих устройств нового класса

3.3. Обоснование возможностей многошпиндельных завинчи

вающих устройств нового класса обеспечивать качественное ввинчи- 87

вание и затяжку шпилек

89 89

Выводы по главе. 87

Глава 4. Кинематическое исследование работы многошпиндельных завинчивающих устройств нового класса

4.1. Исследование кинематики работы многошпиндельных завинчивающих устройств

4.2 Обоснование предельных погрешностей осевых сил затяжки резьбовых соединений многошпиндельными завинчивающими уст- 100 ройствами нового класса

4.3 Моделирование процесса сборки резьбовых соединений многошпиндельными завинчивающими устройствами нового класса

Выводы по главе 125

Глава 5. Исследование динамики работы многошпиндельных за

винчивающих устройств нового класса и предельных режимов взаи- 126

модействия их отдельных элементов

5.1. Анализ существования периодических режимов работы канала управления вращением детали.

5.1.1. Уравнения движения привода вращения детали. 126

5.1.2. Анализ существования периодических режимов работы устройства

5.2. Исследование динамики работы элементов многошпиндельных завинчивающих устройств нового класса

5.2.1. Обоснование предельного быстродействия механизма свободного хода храпового типа

5.2.2. Обоснование предельной частоты вращения кулачковой муфты предельного момента для обеспечения её надёжной работы в момент пуска завинчивающего устройства

Выводы по главе 160

Глава 6. Обоснование возможностей переналадки многошпин дельных завинчивающих устройств нового класса с кратным числом шпинделей на произвольное

6.1. Способ переналадки многошпиндельных завинчивающих устройств на нечётное число шпинделей путём создания тормозных моментов на исключаемых из работы осях

6.1.1. Использование в качестве тормозящего механизма центробежного регулятора скорости.

6.1.2. Использование в качестве тормозящего механизма фрикционной муфты предельного момента.

6.1.3. Использование в качестве тормозящего механизма асинхронного электродвигателя

6.2. Способ переналадки многошпиндельных завинчивающих устройств нового класса на меньшее число шпинделей за счёт соеди- 167

нения осей двух различных дифференциалов

6.2.1. Способ исключения из работы одного шпинделя завинчивающего устройства нового класса.

6.2.2. Способ исключения из работы двух и более шпинделей завинчивающего устройства нового класса.

6.3. Использование многошпиндельного завинчивающего устройства для затяжки некратного количества резьбовых деталей без переналадки

6.4. Обоснование универсальности многошпиндельных завинчивающих устройств нового класса, обеспечивающих качественную групповую сборку винтов (болтов), гаек и шпилек

Выводы по главе 175

Глава 7. Экспериментальное исследование эффективности работы многошпиндельных завинчивающих устройств нового класса

7.1. Создание экспериментального стенда для испытания многошпиндельных завинчивающих устройств и выбор измерительных средств для проведения исследований

7.2. Экспериментальные исследования

7.2.1. Исследование процесса предварительной затяжки резьбовых соединений этапы эксперимента.

7.2.2. Экспериментальные исследования процесса затяжки групповых резьбовых соединений

7.2.3. Проверка герметичности стыка при завинчивании многошпиндельным гайковёртом

Выводы по главе 199

200

200 201

Глава 8. Методология создания адаптивных механических систем на примере разработки универсальных высокоточных многошпиндельных завинчивающих устройств нового класса. Опыт внедрения в производство завинчивающих устройств

8.1. Методология разработки многошпиндельных завинчивающих устройств нового класса

8.1.1. Обоснование метода построения многошпиндельного устройства нового класса 202

8.1.2. Разработка адаптивной структурной схемы управления сложной механической системы 204

8.1.3. Разработка кинематической схемы работы многошпиндельного завинчивающего устройства нового класса с учётом тз и обоснованных требований к конструкции системы

8.1.4. Кинематическое исследование разработанных схем многошпиндельных завинчивающих устройств нового класса и обоснование необходимых и достаточных условий, при которых обеспечиваются требования по точности их функционирования

8.1.5. Динамическое исследование элементов механической системы и обоснование необходимых и достаточных условий работы системы на предельных режимах

8.1.5.1. Выявление наиболее ответственных элементов много шпиндельных завинчивающих устройств нового класса

8.1.5.2. Определение необходимых и достаточных условий работы механизмов, при которых обеспечивается надёжная работа завинчивающего устройства и качественная затяжка резьбовых соединений

8.2. Методика расчёта параметров многошпиндельного завинчивающего устройства нового класса

8.2.1. Методика выбора параметров многошпиндельного гайковёрта

8.2.2 методика расчёта осевой силы и момента предварительной затяжки резьбовых соединений

8.2.3 методика расчёта погрешностей осевой силы затяжки резьбовых соединений многошпиндельным гайковёртом

8.2.4 пример расчёта осевой силы и момента предварительной затяжки резьбовых соединений

8.2.5 пример расчёта погрешностей осевой силы затяжки резьбовых соединений

8.3 проектирование и внедрение автоматизированных комплексов для сборки резьбовых соединений многошпиндельными гайковёртами с использованием средств адаптации

8.3.1 автоматизированный комплекс сборки коренных подшипников картера двигателя

8.3.2 завинчивающее устройство для сборки гидрораспределителя экскаватора

8.3.3. Двухшпиндельное завинчивающее устройство для сборки топливного насоса автомобиля

8.3.4. Восьмишпиндельное завинчивающее устройство для автоматизированного комплекса сборки картера бортовой передачи трак- 232 тора

8.3.5. Двух и четырёхшпиндельное завинчивающее устройство

для автоматизированного переналаживаемого комплекса сборки го- 233

ловки цилиндра двигателя трактора

233

8.3.6. Двухшпиндельное завинчивающее устройство нового клас

са, используемое в учебном процессе

Выводы по главе 234

Выводы по диссертации 235

Библиографический список

Резьбозавинчивающие устройства ударного действия

По принципу действия существующие завинчивающие устройства можно разделить на четыре класса.

Первый класс завинчивающих устройств обеспечивает затяжку резьбовых соединений постоянным крутящим моментом, который определяется произведением момента двигателя на передаточное отношение редуктора и КПД передачи.

Завинчивающие устройства второго класса содержат ударно-импульсные механизмы или возбудители поворотных колебаний, аккумулирующие кинетическую энергию, которая передаётся на резьбовое соединение ударно-вращательными импульсами.

Завинчивающие устройства с инерционно автоматическими трансформаторами вращающего момента содержат неуравновешенные сателлиты, при движении которых возникают знакопеременные центробежные силы инерции, которые в одном из направлений воспринимаются корпусом завинчивающего устройства, а в другом передаются на шпиндель для затяжки резьбового соединения.

Устройства четвёртого класса - импульсные гайковёрты с упругими накопителями энергии - имеют две ветви передачи движения. По первой - крутящий момент от электродвигателя через зубчатую передачу и дифференциал передаётся на шпиндель, а по второй - энергия с упругого накопителя так же передаётся на шпиндель.

В качестве приводных двигателей используются электрические, пневматические и, реже, гидравлические. Применение электропривода обеспечивает более высокий КПД (40... 60%) по сравнению с пневматическими (7... 11%) , и затраты при использовании пневмодвигателя в шесть - семь раз выше, чем у электриче 14 ских. Кроме того, для пневмооборудования необходима централизованная сеть сжатого воздуха, очищенного от влаги и пыли, с подачей масла для смазки трущихся частей завинчивающих устройств. При работе пневмодвигателя имеет место повышенный шум, непрерывное истечение в атмосферу сжатого воздуха с масляной пылью, кроме того, эксплуатация их при отрицательных температурах затруднена.

Но пневмодвигатели по сравнению с электродвигателями обладают и положительными качествами: они надёжнее и безопаснее в работе, проще в обслуживании, имеют меньшие габариты и массу, отличаются большей удельной мощностью, не боятся перегрузок [16, 80, 81, 82].

Резьбозавинчиващие устройства внешнего крутящего момента по способу ограничения максимального момента затяжки можно разделить на устройства прямого действия с ограничительными муфтами и с предельными муфтами [83].

Гайковёрты прямого действия передают развиваемый приводным двигателем момент на резьбовое соединение. При достижении максимального момента затяжки двигатель останавливается, а реактивный момент передаётся на корпус гайковёрта. В качестве привода, как правило, применяются пневматические и гидравлические двигатели, поэтому величина и стабильность крутящего момента в этих устройствах зависят от давления воздуха (или жидкости). Точность момента затяжки лежит в пределах 40... 70% [31]. Такие устройства используются при сборке неответственных резьбовых соединений, то есть таких соединений узлов и деталей, где требуется только их жёсткое скрепление. Более высокая точность затяжки резьбовых соединений обеспечивается динамометрическими ключами. На рис. 1.1 представлен угловой пневматический гайковёрт прямого действия [80, 81, 82].

Основными узлами гайковёрта являются: реверсивный пневмодвигатель 6 и двухступенчатый планетарный редуктор 5, помещённые в корпус 4. В задней части корпуса крепится рукоятка 7, в которой вмонтировано пусковое устройство с курком. К передней части корпуса крепится головка 3, в которой размещена коническая передача 2. Ведомая шестерня конической передачи насажена непосредственно на шпиндель 1 со сменной торцевой головкой.

Вращение от установленного в двух шарикоподшипниках вала ротора передаётся двухступенчатому планетарному редуктору, коническим шестерням и далее непосредственно шпинделю с торцевой головкой. Рукоятка с пусковым устройством позволяет в случае необходимости дотягивать резьбовое соединение вручную.

В производстве не использовались многошпиндельные гайковёрты, в основе которых положены унифицированные резьбозавёртывающие головки, монтируемые на опорной плите с помощью специальных фланцев.

ГАЙКОВЁРТЫ С ОГРАНИЧИТЕЛЬНЫМИ МУФТАМИ В отличие от гайковёртов прямого действия данные гайковёрты снабжены ограничительными муфтами. Ограничительные муфты настраиваются на определённый момент, при достижении которого происходит их размыкание. Наибольшее распространение получили кулачковые ограничительные муфты, обеспечивающие точность момента затяжки в пределах 30... 40% [83]. Так как реактивный момент полностью передаётся на корпус, ограничительные муфты применяются в ручных гайковёртах в основном для затяжки резьб до Ml2.

Контроль качества сборки групповых резьбовых соединений по моменту затяжки

Анализ существующих способов и средств сборки ответственных узлов и деталей машин и механизмов, скрепляемых групповыми резьбовыми соединениями, показал, что только синхронная затяжка нормированным моментом может обеспечить требуемое качество стыка (плоскостей сопряжения узла и детали) как при обеспечении его герметичности, так и при предъявлении к изделиям высоких требований к осевым силам или моментам затяжки в каждом соединении.

Выявим взаимосвязь параметров многошпиндельных завинчивающих устройств, скрепляемых узлов и деталей, резьбовых деталей, уплотнений, их физико-механических свойств и параметров сборки групповых резьбовых соединений при синхронной затяжке нормированным моментом.

В изделиях, где соединяемые узлы и детали скрепляются групповыми резьбовыми соединениями, герметизация стыка осуществляется контактными, диа-фрагменными уплотнениями (прокладками), герметиками, а так же точно соприкасающимися (притёртыми) поверхностями, исключающими проникновение через них жидкой или газообразной среды (утечки).

Контактные уплотнения изготавливаются из эластомерных колец и прокладок, металлических и неметаллических прокладок, газонаполненных колец и комбинированных уплотнений [4, 65, 79, 88].

Существуют два метода теоретического обоснования герметичности стыка [65, с. 107]. Первый основан на модели течения среды по каналам микрощелей, заменяемых эквивалентной щелью. Метод учитывает возможные случайные дефекты поверхностей, наличие загрязнений и контактную диффузию. Второй метод основан на модели межповерхностной полости в виде пористого слоя с использованием уравнения течения теории фильтрации.

Уплотнительный эффект достигается заполнением уплотнением всех микронеровностей и дефектов контактных, сопрягаемых поверхностей соединяемого узла и детали. Так под действием силы затяжки резьбовых соединений уплотнение в сопряжении поверхностей узла и детали сжимается, а в поверхностном слое уплотнения появляются напряжения, достаточные для заполнения им микронеровностей.

Сближение поверхностей происходит в два этапа. Вначале, при малых значениях удельного давления Рк, происходит внедрение самых высоких выступов микронеровностей на поверхностях узла и скрепляемой детали в уплотнение, образуя систему впадин и капилляров произвольной формы (рис. 2.1 а). Затем, при значительных удельных давлениях Рк происходит основная герметизация - перекрытие каналов впадин и капилляров (рис. 2.1 б) [65]. Анализ механизма герметизации стыка скрепляемых детали и узла позволил установить, что герметичность будет обеспечена, если процесс затяжки будет происходить в определённой последовательности.

На первом этапе соединяемые узлы и детали, между которыми устанавливают уплотнение, одновременно по всей поверхности сопряжения прижимаются предварительными равными силами затяжки резьбовых соединений, создавая предварительные контактные давления Рк.

На втором - резьбовые соединения синхронно затягиваются до заданного осевого усилия, равномерно прижимая поверхности сопряжения и создавая требуемые контактные напряжения в уплотнении [58].

Следовательно, для обеспечения качественной сборки узлов и деталей, где требуется гарантировать герметичность стыка, синхронная затяжка нормированным моментом группового резьбового соединения должна вестись в два этапа, а конструкция завинчивающего устройства должна обеспечивать требуемую последовательность сборки.

Следует заметить, что ввинчивание и затяжка шпилек так же может осуществляться в два этапа - предварительно ввинчиванием шпильки до сбега резьбы, а затем - поворачивая синхронно на некоторый угол, производим их затяжку.

Определим наиболее точный метод контроля качества процесса одновременной затяжки групповых резьбовых соединений.

При автоматизированной затяжке групповых резьбовых соединений, с обеспечением герметичности стыка, не столь важна величина отклонения от номинального значения осевой силы затяжки всей партии собираемых изделий, а важнее обеспечить стабильность осевой силы в соединениях данного изделия. Контроль силы затяжки, с учётом поэтапности процесса сборки, можно обеспечить различными способами [58], но реальных способов контроля два: 1. предварительную и окончательную силу затяжки обеспечивать и контролировать по величине момента затяжки; 2. Предварительную силу затяжки обеспечивать и контролировать по моменту, а окончательную - по углу поворота резьбовой детали.

Обоснование кинематических схем высокоточных, много шпиндельных завинчивающих устройств нового класса

При групповой автоматизированной сборке нельзя гарантировать одновременное наживление резьбовых деталей, так как заходные кромки каждой детали произвольно расположены относительно заходных кромок резьбовых отверстий, поэтому отставание начала наживления может доходить до 2/3 оборота шпинделя. Кроме того, резьбовые детали могут отличаться по длине винта или длине нарезанной части резьбы (шпильки).

Следовательно, при сборке продолжительность ввинчивания резьбовых деталей, то есть длина её перемещения, является переменной величиной. Это первый параметр сборки, которым необходимо управлять.

Учитывая, что резьба в каждом отверстии корпусной детали при одно 69 временном нарезании на станке получается своим инструментом, которые имеют неодинаковые параметры — точность изготовления, износ, а резьбу на соединяемых деталях получают одним инструментом, который по мере работы изнашивается постепенно, то в процессе завинчивания в сопряжениях резьбовое отверстие - резьбовая деталь моменты сопротивления могут значительно отличаться.

Следовательно, появляется второй параметр, которым необходимо управлять в процессе автоматизированной сборки.

В тех случаях, когда силовые факторы несущественны (сборка деталей с гарантированными зазорами, незначительные моменты сил трения в каналах управления), доминирует синхронизация позиционирования деталей и система может быть построена по схеме синхронно-синфазного перемещения рабочих органов с параллельным соединением каналов [84]. Подобные системы, включающие несколько электромеханических приводов с позиционными и скоростными обратными связями, обеспечивают требуемые условия синхронного перемещения соединяемых деталей на заданной программой траектории, однако имеют достаточно высокую степень сложности и высокую стоимость.

При групповой автоматизированной сборке резьбовых соединений доминирующее значение имеет условия синхронного достижения требуемого момента затяжки во всех каналах управления, причём точность позиционирования деталей в направлении вектора момента затяжки не контролируется. В таких случаях речь идёт о силовом управлении в каждом из каналов, являющемся частным случаем позиционно-силового управления [35].

Рассматривая в качестве управляемой координаты в каждом из каналов значение крутящего момента на рабочем органе Mi можно записать целевую функцию для системы синхронного силового управления: \Mt(T)-MF\ e, для і = 1,2...п (3.1) где: MF -требуемое значение момента затяжки; М,(Г)- значение крутящего момента на рабочем органе в момент окончания операции t - Т; є- заданное значение погрешности при реализации крутящего момента.

Существенным отличием многоканальной системы от одноканальной является то, что значение момента времени t = T не может быть задано заранее, поскольку время достижения момента MF в каждом из каналов зависит от характера движения соединяемой детали, от наличия возмущающих силовых факторов в каждом канале и не может быть заранее определено.

В связи с этим, несмотря на идентичность структуры целевой функции (3.1) с целевой функцией системы одноканального позиционного управления [98], алгоритм синхронного силового управления в многоканальной системе должен быть отличен от алгоритма позиционного управления в каждом из каналов.

Для формализации алгоритма управления введём следующие ограничения: - мощность каждого из каналов управления объектами групповой сборки постоянна (согласно 2.6 первое требование); - режимы движения резьбовых деталей (объектов управления) в каждом из каналов управления характеризуются тремя предельными уровнями: максимальная скорость; минимальная скорость; нулевая скорость (остановка), причём переход от одного режима к другому происходит ступенчато (согласно 2.6 второе требование).

Выбор значений максимальной и минимальной скорости вращения деталей определяется параметрами соединения и технологическими требованиями к собираемому узлу, например, скоростью наживления или затяжки резьбовых деталей.

Введённые ограничения позволяют реализовать синхронное силовое управление в классе разрывного логического управления многостепенными исполнительными устройствами [35]. В соответствии с этим алгоритм управления должен обеспечиваться за счёт режима устойчивых переключений, реализуемого аппаратными или программными средствами. С точки зрения структуры системы синхронного силового управления относятся к классу систем с переменной структурой. В соответствии с первым ограничением в качестве наблюдаемых координат могут использоваться не только значения крутящих моментов на рабочих органах, но и значения скоростей вращения соединяемых деталей в і= — , г=1,2...П, М где N- мощность канала управления. Управление крутящим моментом на каждом из рабочих органов должно обеспечивать достижение к некоторому моменту времени Т значение MF ±є.

В процессе сборки резьбовых деталей характер изменения момента на каждом исполнительном органе устройства завинчивания может быть проиллюстрирован рис. 3.1.

Первый участок изменения момента (0 ґ г,) соответствует движению детали по резьбе (завинчивание детали). Момент сопротивления при этом может изменяться в некоторых пределах, его значение незначительно возрастает, из-за перекосов осей соединяемых деталей, саблевидности формы деталей и других факторов. На этом участке возможны скачкообразные возрастания момента в связи с не идеальностью сопрягаемых поверхностей. Значение момента времени ґ, в каждом канале управления индивидуально. Второй участок (/, t t2) характеризует возрастание момента при затяжке резьбовой детали. Ступенчатое возрастание момента при tx, соответствует началу упругих деформаций в материале соединяемой резьбовой детали. Дальнейшее изменение момента (t2 t ty) определяется возрастанием напряжений в материале резьбовой детали в момент окончательной затяжки соединения.

Моделирование процесса сборки резьбовых соединений многошпиндельными завинчивающими устройствами нового класса

При разработке сложных электромеханических систем, имеющих несколько каналов управления объектами сборки, одной из задач является обеспечение максимальной производительности их работы, а это требует определение режима их работы. Для решения задачи необходимо, чтобы значения угловых скоростей рабочих органов (шпинделей) и линейных скоростей перемещения выбирались близкими к предельным значениям. Это приводит, во-первых, к возрастанию динамических возмущений в системе, расширению диапазона частот возмущающих воздействий и возникновению опасности резонансных явлений в механизмах передачи движения, как правило, имеющих структуру многомассовых колебательных систем. Во-вторых - повышается виброактивность многоканальных устройств, вызываемая наличием нелинейных элементов, обеспечивающих переключение каналов управления. При определенных соотношениях параметров элементов возможно возникновение периодических режимов движения (в частности, автоколебаний) в приводе вращательного движения. Высокая вибрационная активность приводов вращения деталей может снизить запас устойчивости в каждом из каналов управления в результате действия перекрестных связей между каналами по кинематическим цепям механизмов передачи движения.

В связи с этим целесообразно рассмотреть динамику многоканальных адаптирующих устройств с точки зрения возможности возникновения периодических режимов движения, вызванных указанными причинами.

В завинчивающем устройстве каждый канал управления вращением резьбо 127 вой деталью содержит две кинематические цепи преобразования движения — цепь быстрого вращения при малом крутящем моменте и цепь медленного вращения с большим крутящим моментом. Переключение механизмов завинчивающего устройства осуществляется настройкой нелинейных элементов - муфты предельного момента (МПМ) и механизма свободного хода (МСХ). Для составления уравнений движения примем следующие допущения.

Будем считать, что в приводе вращения используется двигатель постоянного тока. Элементы кинематических цепей имеют бесконечную жесткость, кроме зубьев зубчатых зацеплений, жесткость которых приведена к выходному валу завинчивающего устройства. Приведенная жесткость зацеплений быстроходной кинематической цепи не равна приведенной жесткости зацеплений тихоходной цепи. В кинематических парах преобладает вязкое трение. Момент сопротивления движению резьбовой детали при завинчивании изменяется по нелинейному закону [4]. Зазоры в кинематических парах при нереверсивном движении считаются выбранными. Взаимное влияние каналов управления проявляется в виде возмущающих моментов, передающихся на элементы быстроходной кинематической цепи.

Так как в рассматриваемом устройстве в качестве регулируемых переменных выбраны крутящий момент и скорости вращения шпинделей для описания элементов привода вращения будем использовать эти переменные в качестве обобщенных координат.

Структура привода управления вращением соединяемой детали соответствует функциональной схеме рис.5.1.

На схеме введены обозначения: ЭД - электродвигатель, Р - редуктор, МСХ1, МСХ2... - механизмы свободного хода первого, второго и т.д. каналов управления, МПМ - муфта предельного момента, Д - дифференциальный механизм, ШП1, ШП2, ШПЗ... - первый, второй, третий и т.д. шпиндели. (/-управляющее напряжение в якорной цепи двигателя; 1Я -ток якорной цепи двигателя; R,L -реактивное сопротивление и индуктивность якорной цепи; се - коэффициент противо - ЭДС двигателя; р - угол поворота выходного вала двигателя; Мдв -вращающий момент на валу двигателя; см - коэффициент передачи двигателя по моменту; Мкр -крутящий момент на выходном валу редуктора; /0 - передаточное отношение редуктора;

іБ,іт -передаточные отношения соответственно механизмов быстроходной и тихоходной кинематических цепей;

Ммш -крутящий момент на выходном валу муфты предельного момента; Мп -предельное значение момента, передаваемое муфтой; Мс -момент сопротивления движению соединяемой детали; Мв -возмущающий момент, включающий моменты, передаваемые по перекрестным связям с другими каналами управления; JB,JT -приведенные моменты инерции вращающихся частей быстроходной и тихоходной кинематических цепей; 9Б,вт -углы поворота выходных валов быстроходной и тихоходной кинематических цепей; МБ,МТ -крутящие моменты на выходных валах механизмов быстроходной и тихоходной кинематических цепей; //, /л - приведенные коэффициенты вязкого трения в механизмах быстроходной и тихоходной кинематических цепей; М Б,М Г -крутящие моменты быстроходной и тихоходной кинематических цепей, приложенные к соединяемой детали; СБпр,СТпР -приведенные жесткости быстроходной и тихоходной кинематических цепей; вДБ,0дт -углы поворота детали при передаче движения быстроходной тихоходной кинематическими цепями; /,/ -приведенные коэффициенты вязкого трения в упругих элементах быстроходной и тихоходной кинематической цепи; F - нелинейная зависимость момента сопротивления движению детали от угла поворота. Горизонтальная линия разделяет систему уравнений (5.1) на уравнения движения быстроходной кинематической цепи (верхние уравнения) и тихоходной цепи (нижние уравнения). По условиям работы устройства эти кинематические цепи включаются последовательно, поэтому выделенные группы уравнений могут анализироваться раздельно.

Похожие диссертации на Разработка нового класса высокоточных многошпиндельных завинчивающих устройств на основе выявленных взаимосвязей, действующих при синхронной затяжке соединений