Содержание к диссертации
Введение
1. ГЛАВА 1. Анализ взаимодействия основных инструментов швейных машин 8
1.1 Обзор работ по методам анализа и синтеза механизмов швейных машин 9
1.2 Задачи совершенствования процесса проектирования 13
1.3 Взаимодействие инструментов швейной машины с учётом наличия первичных ошибок в её механизмах 17
1.4 Анализ точности обработки изделий на швейных машинах 41
ВЫВОДЫ 45
2. ГЛАВА 2. Составление математической модели для решения задачи синтеза механизма с учётом законов распределения первичных ошибок 46
2.1 Решение прямой точностной задачи 54
2.2 Ограничительные условия в задачах определения рациональных полей рассеяния первичных ошибок механизма 62
2.3 Целевая функция, выражающая зависимость себестоимости изготовления деталей механизмов от точности изготовления 65
2.5 Определение передаточных отношений первичных ошибок
механизма с помощью метода статистических испытаний 74
ВЫВОДЫ 82
3. ГЛАВА 3. Решение задач по оптимальному синтезу точности механизмов 84
3.1 Анализ методов определения ошибок механизмов 84
3.2 Анализ движения кривошипно-ползунного механизма 91
3.3 Алгоритм решения задачи нелинейного математического программирования, основанный на направленном случайном поиске 98
3.4 Новый подход к проектированию механизмов швейной машины и решение прямой распределительной задачи 104
3.5 Применение программного обеспечения для решения точностной задачи 106
Выводы 112
Заключение по работе 113
Список исползованной литературы
- Задачи совершенствования процесса проектирования
- Взаимодействие инструментов швейной машины с учётом наличия первичных ошибок в её механизмах
- Ограничительные условия в задачах определения рациональных полей рассеяния первичных ошибок механизма
- Анализ движения кривошипно-ползунного механизма
Задачи совершенствования процесса проектирования
Одним из путей снижения трудоёмкости конструкторской проработки, оформления конструкторской документации, уменьшения сроков разработки является типовое проектирование на основе информационных баз данных. Такой подход даёт возможность упростить алгоритмы проектирования и вычислительные процедуры, значительно сократить длительности цикла технической подготовки производства за счет применения существующих разработок, на которые имеется готовая техническая документация и отработанная технология.
Разработка информационно-поисковой базы данных в свою очередь требует выполнения ряда работ, основной из которых является создание и введение в память ЭВМ информационного фонда, включающего сведения о типовых проектных решениях, ГОСТах, комплектующих изделиях и т.д. В память машины должны быть включены графические данные, отображающие машиностроительные чертежи. Создание такой базы при наличии соответствующих технических и программных средств обеспечивает оперативное обслуживание проектировщиков, уменьшение сроков разработки, принятие стандартных решений, а с другой стороны, разработку новых конструкций путём преобразования существующих.
В процессе проектирования определяют следующие основные параметры: форму детали, материал, конструкторские базы, размеры, массу, точность размеров, шероховатость поверхностей (под формой во многих случаях понимают класс или тип детали, определяемый по классификатору). Размеры определяют исходя из требований прочности и долговечности и компоновочных положений.
Вопросом выбора конструктивных параметров деталей для механизмов швейных машин посвящено значительно меньше количеств работ. Например, задача повышения точности механизмов путем оптимального выбора первичных ошибок рассмотрена Н. Г. Бруевичем, а также В. В. Сторожевым, и К. Усенбековым [33]; уточнение параметров механизма иглы с учетом зазора проведено В. П. Лопухиным; в работах [7, 8, 18] изложены вопросы расчета размеров на прочность, износ и нагрев.
Исследованию работоспособности низших кинематических пар механизмов швейных машин посвящено работа [10], в которой сделан анализ особенностей конструкций, условий работы кинематических пар, предложена методика их расчёта.
Инженерная методика выбора основных конструктивных параметров звеньев с учетом суммарного влияния отклонений расположения сопрягаемых поверхностей всех кинематических пар [24] позволяет повысить надёжность вновь создаваемого оборудования. Однако, учитывая сложности поставленной задачи и многофункциональную возможность влияния всех случайных факторов на работоспособность кинематических пар, автор принимает во і внимание только отклонение расположения сопрягаемых поверхностей, v исключая отклонение формы, шероховатости и волнистости. Детали швейных машин имеют сложную форму. Поэтому для определения массы, положения центра масс и момент инерции геометрический объект разбивается на элементарные тела. При проектировании механизмов швейных машин проводят расчёты кинематических характеристик (функции положения, скоростей, ускорений, инерционных нагрузок, сил реакций в кинематических парах). Для определения функции положения применяется метод замкнутого контура [21, 32]. Дифференцируя функцию положения по времени, находились линейные и угловые скорости, а повторным дифференцированием - значения ускорений. Силы реакций определяются аналитическим методом путём расчленения механизмов на группы Ассура [4].
Геометрические объекты являются исходными данными, промежуточными и окончательными результатами конструирования.
В представленной работе предусматривается факт, что в современных системах машиной графики для конструирования геометрических моделей (схем, деталей и т.п.) и используются разнообразные графические элементы, задаваясь размерами, расположением и ориентацией каждого элемента, создаётся модель.
Взаимодействие инструментов швейной машины с учётом наличия первичных ошибок в её механизмах
Одним из путей снижения трудоёмкости конструкторской проработки, оформления конструкторской документации, уменьшения сроков разработки является типовое проектирование на основе информационных баз данных. Такой подход даёт возможность упростить алгоритмы проектирования и вычислительные процедуры, значительно сократить длительности цикла технической подготовки производства за счет применения существующих разработок, на которые имеется готовая техническая документация и отработанная технология.
Разработка информационно-поисковой базы данных в свою очередь требует выполнения ряда работ, основной из которых является создание и введение в память ЭВМ информационного фонда, включающего сведения о типовых проектных решениях, ГОСТах, комплектующих изделиях и т.д. В память машины должны быть включены графические данные, отображающие машиностроительные чертежи. Создание такой базы при наличии соответствующих технических и программных средств обеспечивает оперативное обслуживание проектировщиков, уменьшение сроков разработки, принятие стандартных решений, а с другой стороны, разработку новых конструкций путём преобразования существующих.
В процессе проектирования определяют следующие основные параметры: форму детали, материал, конструкторские базы, размеры, массу, точность размеров, шероховатость поверхностей (под формой во многих случаях понимают класс или тип детали, определяемый по классификатору). Размеры определяют исходя из требований прочности и долговечности и компоновочных положений.
Вопросом выбора конструктивных параметров деталей для механизмов швейных машин посвящено значительно меньше количеств работ. Например, задача повышения точности механизмов путем оптимального выбора первичных ошибок рассмотрена Н. Г. Бруевичем, а также В. В. Сторожевым, и К. Усенбековым [33]; уточнение параметров механизма иглы с учетом зазора проведено В. П. Лопухиным; в работах [7, 8, 18] изложены вопросы расчета размеров на прочность, износ и нагрев.
Исследованию работоспособности низших кинематических пар механизмов швейных машин посвящено работа [10], в которой сделан анализ особенностей конструкций, условий работы кинематических пар, предложена методика их расчёта.
Инженерная методика выбора основных конструктивных параметров звеньев с учетом суммарного влияния отклонений расположения сопрягаемых поверхностей всех кинематических пар [24] позволяет повысить надёжность вновь создаваемого оборудования. Однако, учитывая сложности поставленной задачи и многофункциональную возможность влияния всех случайных факторов на работоспособность кинематических пар, автор принимает во і внимание только отклонение расположения сопрягаемых поверхностей, v исключая отклонение формы, шероховатости и волнистости. Детали швейных машин имеют сложную форму. Поэтому для определения массы, положения центра масс и момент инерции геометрический объект разбивается на элементарные тела. При проектировании механизмов швейных машин проводят расчёты кинематических характеристик (функции положения, скоростей, ускорений, инерционных нагрузок, сил реакций в кинематических парах). Для определения функции положения применяется метод замкнутого контура [21, 32]. Дифференцируя функцию положения по времени, находились линейные и угловые скорости, а повторным дифференцированием - значения ускорений. Силы реакций определяются аналитическим методом путём расчленения механизмов на группы Ассура [4].
Геометрические объекты являются исходными данными, промежуточными и окончательными результатами конструирования.
В представленной работе предусматривается факт, что в современных системах машиной графики для конструирования геометрических моделей (схем, деталей и т.п.) и используются разнообразные графические элементы, задаваясь размерами, расположением и ориентацией каждого элемента, создаётся модель.
В мире разработаны и эксплуатируются сотни графических систем, которые содержат базисное программное обеспечение (получение простейших изображений — точек, отрезок, дуг окружностей, изменение масштаба, сдвиг и поворот и т.п.) и разработанное на его основе прикладное программное обеспечение. Оно служит для решения конкретных задач - построение графиков функций, диаграмм, координатных сеток, вычерчивания деталей и т.п. Такие системы предлагают обширное «меню» типовых фигур и способов их задания с возможностью деформации и преобразования.
В структуре системы программного обеспечения машиной графики центральное место занимает прикладная база данных и прикладные программы. Прикладная база данных содержит математические, числовые и логические определения прикладных моделей (схем, деталей машин и т.п.).
Ограничительные условия в задачах определения рациональных полей рассеяния первичных ошибок механизма
При расчёте рациональных полей рассеяния первичных ошибок элементов механизма Sl0 не учитывается, так как это постоянная величина и не влияет на экстремальное значение целевой функции. Технологическая себестоимость обработки детали SlS записывается в виде суммы себестоимостей отдельных операций Sj: 7=1 где Ns - количество операций, необходимых для получения требуемой точности обработки, у которых величина технологической себестоимости изменяется с изменением точности обработки. На практике для определения технологической себестоимости выполнения отдельных операций S применяются методы нормативного расчёта [45]. Для расчёта Sj по нормативному методу необходимые исходные данные имеются в специальной справочной литературе. В настоящей работе для расчёта технологической себестоимости обработки деталей механизма применяется нормативный метод, основанный на использовании нормативов себестоимости 1 машино-часа работы оборудования [45].
Для исследования характера зависимости технологической себестоимости изготовления были обследованы детали швейных машин, изготовленные на ПМЗ. На основании себестоимости обработки для различных по точности изготовления деталей, одинаковых по конструкции с деталями механизма перемещения изделий пуговичного полуавтомата, получены кривые регрессии. Кривые регрессии построены по приведённым значениям себестоимости деталей одинаковые конфигурации и имеющих одинаковые допуски на рассматриваемые размеры (рис. 2.1). Расчёт приведённых значений себестоимости производился по формуле: где т1к - масса к -той детали с допуском 5,; Slk - себестоимость обработки к -той детали с массой т1к; N - количество детали.
Анализ графиков показал возможность применения формулы (1.22) к описанию зависимости между себестоимостью и допуском на изготовление детали в условиях производства. Однако составление целевой функции на основе полученных графиков приводит к ориентировочным результатам. Для получения более достоверных данных необходимо увеличить количество обследуемых деталей, соответствующих различным допускам изготовления или воспользоваться расчётным методом составления целевой функции, для получения расчётным методом аналитического выражения зависимости (2,7) необходимо знать не менее трёх значений технологической себестоимости обработки одной и той же детали, соответствующих трём различным допускам .15 ,2 .3 5 достигаемым различными технологическими процессами обработки. Располагая такими данными для всех первичных ошибок механизма, можно составить целевую функцию на основе формул (2.8), (2.9) и (2.10).
При изменении первичной ошибки в сравнительно небольшом диапазоне возможна замена гиперболической зависимости нелинейной [53]: где а,, с, - константы; при этом констант с, может быть определён по (2.1). В этом случае целевая функция представляется кусочно-линейной зависимостью п и =Хд Хс х - min, (2.31) 1=1 i=l П Так как ] ]я, = const, то в качестве целевой функции можно использовать i=i п S\ = c,xt - max. (2.32) /=i 2.4 Расчёт рациональных полей рассеяния первичных ошибок, обеспечивающих минимальную себестоимость изготовления деталей механизма
Рассмотрена общая подстановка задачи по определению рациональных полей рассеяния первичных ошибок, обеспечивающих минимальную себестоимость изготовления деталей механизма.
В процессе обработки изделия по сложному контуру необходимо обеспечить требуемую точность позиционирования, объекта обработки относительно инструмента и других рабочих органов машин, участвующих в технологическом процессе. Это, в свою очередь, обеспечит точность, качество выполнения,операции и надёжность работы машины.
Точность воспроизведения механизмом заданной функции определяется величиной суммарной погрешности элементов, составляющих механизм. Таким образом, погрешность механизма может быть дифференцирована на погрешности его элементов. Отличие действительной функции, воспроизводимой реальным механизмом, от заданной будет определяться комбинацией функций, каждая из которых характеризует влияние соответствующей элементарной ошибки. Вероятно, в каждой точке функции /и{ф) комбинация элементарных функций даёт суммарную погрешность Д Д/ = 1,2,3,.. .,т), где т - число рассматриваемых точек, в которых осуществляется приближение. Каждая техническая операция обработки изделия должна выполняться с определённой точностью Sj(j = 1,2,3,...,/я), поэтому отклонение действительной функции от заданной, или суммарная погрешность механизма, должна удовлетворять соотношению;
Анализ движения кривошипно-ползунного механизма
Уменьшение времени обхода верхней нити ротационным челноком можно достичь применением так называемого ускорительного механизма. Это позволяет принимать между главным и челночным валами швейной машины передаточное отношение / = 1.
Ускорительный механизм челнока проще всего проектировать как двухкривошипный шарнирный четырёхзвенник, один кривошип ОА которого (рис. 3.8) вращается равномерно, а другой — ОхВ совершает вращение с неравномерной скоростью. Шарнирный четырёхзвенник может быть двухкривошипными в том случае, если сумма длин наибольшего и наименьшего его звеньев меньше суммы длин двух других оставшихся звеньев /2+/4 /,+/3, (3.21) И если стойкой сделано наименьшее звено, в нашем случае — звено /4.
Из проводимой на рис.... схемы двухкривошипного четырёхзвенника видно, что при повороте его кривошипа ОА на 180 (положение механизма ОАхВхОх кривошип ОхВ повернётся на угол р = 180, поэтому в челночных устройствах кривошип ОхВ связывают с челночным валом, а кривошип ОА — с промежуточным валом, вращающийся равномерно с той же частотой, что и главный вал. При этом ускоренное движение челнока должно совпадать с моментом обхода им верхней нити вокруг шпуледержателя.
Анализ работы челноков, приводимых в движение ускорительными механизмом, показывает, что ускорительный механизм будет выполнять свои функции при передаточном отношении между главным и челночным валами / = 1, если у челночного вала
Это выражение даёт возможность для любого положения механизма подсчитать по известной частоте вращения сох кривошипа ОА мгновенную угловую скорость соъ кривошипа ОхА. Следует отметить, что число целых оборотов в единицу времени у обоих кривошипов рассматриваемого механизма будит одинаковым.
Угол сръ поворота кривошипа ОхВ, которые нужно знать для определения угловой скорости сог, проще всего найти графически. Эта зависимость может быть использована не только для двухкривошипного механизма, но и для любого шарнирного четырехзвенника механизма.
В качестве примера рассматривается задача отыскания оптимальных пределов изменения ошибок размеров точности изготовления элементов механизма перемещения изделий в машине для пришивки пуговиц. Задача решается с учетом принятых ранее допущений.
В рассматриваемом механизме (рис. 3.10) учитываемыми первичными ошибками xls являются; х,- погрешность радиусов кулачка 3, х2- погрешность в длине верхнего плеча кулисного рычага 6; х4- погрешность расстояния между осями А и С измеренного по вертикальной оси /3; х, - погрешность расстояния между осями А и С, измеренного по горизонтальной оси 12; х5, -погрешность диаметра отверстия подшипника (втулки 1); х5 2 - погрешность диаметра вала 2, кулачка 3; х61- погрешность паза втулка 3; х62, х7] -погрешность наружного диаметра и диаметра отверстия 4; х12- погрешность диаметра оси 5 ролика; х8, - погрешность диаметра оси кулисного рычага 6; х82- погрешность диаметра отверстия кронштейна; х9, - погрешность диаметра муфты 8;.х92- погрешность диаметра отверстия ползуна 9; х101 - погрешность ширины ползуна; х10 2 - погрешность в размере зева кулисного рычага.
В обозначениях первичных ошибок {xls) индекс i = -yj\ n - номер первичной ошибки, s := 2; 2 - номер сопрягаемых деталей кинематических пар (1 - погрешность диаметра отверстия, 2 - погрешность диаметра вала).
Система ограничений на половины полей рассеяния первичных ошибок записывается для деталей сопряжённых пар, считая, что её нижняя граница соответствует 2-ому, а верхняя - 4-ому классу точности, а для линейных (свободных) размеров звеньев кинематической цепи соответственно по 6-ому и 8-ому классу точности.
В линейной подстановке ограничения задачи составлены в соответствии с (2.27) при крайних положениях механизма. При этом передаточные отношения первичных ошибок определяются графо-аналитическим методом с учётом экспериментально установленных направлений - выборки зазоров в кинематических парах. Условия ограничения задачи, составлены при технологическом допуске [ ] = 0,300мм.
Похожие диссертации на Исследование основных механизмов швейной машины на базе синтеза точности
