Про неперіодичні коливання при динамічних навантаженнях виконавчого механізму мобільних верстатів з паралельною кінематикою

Abstract

Aктуальність теми дослідження. Особливе місце у розвитку механоскладального виробництва посідає обладнання, засноване на механізмах з паралельної кінематикою. Їх переваги проявляються в їх малій металоємності, енергоємності, динамічності, а також у кінематичних можливостях. Однак однією з важливих задач при конструюванні таких верстатів є динамічний аналіз виконавчої ланки, тому дослідження в цьому напрямку є актуальним.

Постановка проблеми. При прогнозуванні експлуатаційних характеристик мобільних верстатів-роботів на основі механізмів з паралельною кінематикою динамічний аналіз виконавчої ланки верстатної системи являє собою важливу задачу, рішення якої доцільно виконувати на основі залучення коштів імітаційного моделювання поведінки стрижневих просторових конструкцій.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. На основі проведеного аналізу останніх досліджень можна зробити висновок, що при конструюванні машин і механізмів вирішальну роль у виборі параметрів майбутнього виробу має обґрунтоване прогнозування його експлуатаційних показників, засноване на силових розрахунках. При цьому показники очікуваної точності виконавчих рухів виробу визначаються виходячи з обраних розрахункових схем, які засновані на припущеннях, що дозволяють звести їх до вирішуваних математичних конструкцій – рівнянням статики і динаміки.

Виділення не вирішених раніше частин загальної проблеми. Здебільшого припущення у розрахунках при конструюванні верстатів дозволяють знаходити спільні рішення, які засновані на усталених режимах функціонування виробу, але не беруть до уваги деякі випадки, які становлять практичний інтерес і не є тривіальними. Це стосується, передусім, динамічних процесів, які можуть супроводжувати проектований виріб.

Постановка завдання. Провести аналіз виконавчої частини машинної системи на основі залучення засобів симуляційної поведінки просторових структур.

Виклад основного матеріалу. У процесі дослідження було запропоновано схему розрахунку, яка дозволила провести аналіз динаміки конструктивних особливостей і представлятиме просторову систему мас, що підвішується у просторі на гнучких елементах з параметрами жорсткості cx, cy, cz та затуханням hx , hy, hz. Для цієї системи в межах малих амплітуд було зазначено, що частота правильних коливань f0 може бути розрахована із залежності частоти від маси і жорсткості.

Наведено схему динамічного аналізу виконавчої гілки машини з паралельною кінематикою, що складається з тіла маси м, підвешеного на двох пружинах з жорсткістю c1 і c2. Для цієї схеми враховується математичний опис гармонічного осцилятора, який є виконавчою ланкою мобільної машини, якщо взяти до уваги обурений ефект.

Для вивчення особливостей динаміки завантаженої виконавчої частини мобільної машини в комп’ютерному середовищі Simulink було створено імітаційну модель. При заданих значеннях отримана реакція моделі на примусові гармонічні коливання. Величина амплітуд у такій моделі не перевищує 2 мм, однак заслуговують на увагу коливання квазівипадкової природи, хоча рівноважний ефект має синусоїдальну форму.

Висновки. Отриманий результат дозволяє припустити, що коливання з широким спектром частот та амплітуди виникають у виконавчій ланці мобільної машини, що може викликати резонанс елементів технологічної системи на широкому діапазоні частот. Такий режим роботи мобільних машин з механізмами паралельної кінематики повинен бути врахований при проектуванні технологічних процесів та технологічної підготовки виробництва для забезпечення продуктивності та точності обладнання протягом усього його терміну служби.