Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ / Машиностроение и машиноведение / Теория механизмов и машин

Структурно-кинематический синтез многосвязных зубчатых механизмов на основе методов комбинаторики

Диссертация

Автор: Муллабаев, Адунис Абдуллинович

Заглавие: Структурно-кинематический синтез многосвязных зубчатых механизмов на основе методов комбинаторики

Справка об оригинале: Муллабаев, Адунис Абдуллинович. Структурно-кинематический синтез многосвязных зубчатых механизмов на основе методов комбинаторики : диссертация ... доктора технических наук : 05.02.18 / Муллабаев Адунис Абдуллинович; [Место защиты: ГОУВПО "Ижевский государственный технический университет"] Ижевск, 2008 387 c. :

Физическое описание: 387 стр.

Выходные данные: Ижевск, 2008




Стоимость Доставки
500 руб.


Содержание:

Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований
2 Обоснование положений теорий оптимального проектирования передаточных механизмов
21 Классификация механизмов, рассмотренных в работе
22 Метод «половинного шага» для решения систем нелинейных алгебраических уравнений
23 Постановка первой задачи оптимизации комплектов сменных элементов и построения структурных сеток для многосвязных коробок передач
24 Метод «перемещающихся стрелок» для решения первой задачи
25 Дополнительные ограничения, наложенные на коробку передач от применения связанных шестерён
26 Постановка задачи структурно-кинематического синтеза механизмов сверхмедленных перемещений
3 Построение оптимальных структур механизмов со сменными элементами
31 Классификация механизмов со сменными элементами
32 Построение структурных сеток для механизмов со сменными элементами
33 Оптимальные комплекты сменных элементов для разных механизмов
34 Сравнение различных механизмов со сменными элементами
4 Структурно-кинематический синтез коробок передач со связанными шестернями
41 Общие вопросы применения связанных шестерен
42 Механизмы с одной связанной шестерней
43 Механизмы с двумя связанными шестернями
44 Синтез коробок передач с тремя и более связанными шестернями
45 Многосвязные коробки с цилиндроконическими передачами 46 Двойной механизм Нортона
47 Расчет коробок передач с помощью приложений
48 Синтез механизмов со связанными шестернями на узловом валу
5 Синтез механизмов сверхмедленных перемещений
51 Разработка методик расчета кинематических характеристик и синтеза РЗДПП
52 Разработка методик расчета кинематических характеристик и синтеза РЗДВГ
53 Теоретическое и экспериментальное определение коэффициента полезного действия РЗДПП
6 Практическое применение полученных результатов:
61 Применение оптимальных комплектов сменных элементов
62 Возможности применения связанных шестерен в станках

Введение:
Актуальность проблемы. В современных машинах широко используются передаточные механизмы в виде коробок передач и гитар сменных элементов (шестерен, шкивов, звездочек). В связи с отсутствием теории оптимального проектирования механизмов со сменными элементами комплекты сменных элементов в существующих машинах далеки от оптимальных (количество сменных элементов в них завышается до двух раз).
В приводах различных станков, транспортных и других машинах широко распространены дорогостоящие передаточные механизмы в виде коробок передач с зубчатыми колесами. Проведенный анализ показал, что существующие коробки передач в большинстве случаев имеют неоправданно большое число колес и завышенные габариты. Значительного сокращения числа колес, габаритов и улучшения динамических характеристик этих коробок можно добиться применением связанных шестерен.
В приводах машин для реализации медленных перемещений (например, разрывные машины для коррозионно-механических испытаний) требуемые значения скоростей исполнительных органов обеспечиваются последовательным соединением большого числа зубчатых редукторов. Снижение габаритов и массы таких приводов может быть достигнуто применением редукторов с замкнутыми дифференциалами.
В связи с большим объемом производства зубчатых колес снижение их количества в упомянутых выше объектах позволяет обеспечить существенную экономию материальных ресурсов и финансовых средств в машиностроительных отраслях промышленности, что делает проблему оптимизации передаточных механизмов весьма актуальной.
Работа выполнена в рамках общего направления научных исследований кафедры теоретической механики и теории механизмов и машин, кафедры деталей машин и прикладной механики и кафедры металлообрабатывающих станков и комплексов Оренбургского государственного университета по темам «Технико-технологическое совершенствование машин, элементов конструкций и методов их расчета» и «Оптимальный синтез передаточных механизмов» (номер государственной регистрации №01200316419)
Целью работы является расширение возможностей синтеза структурных и кинематических схем многосвязных зубчатых механизмов путем разработки теории оптимального проектирования на основе методов комбинаторики.
Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи: -выполнить анализ и разработать классификацию многосвязных зубчатых механизмов;
•обосновать комбинаторный анализ как основной математический аппарат оптимального проектирования многосвязанных зубчатых механизмов;
•разработать методы оптимального проектирования многосвязанных зубчатых механизмов: «метод перемещающихся стрелок» и «метод половинного шага для функций многих переменных»;
•адаптировать методы оптимального проектирования многосвязанных зубчатых механизмов для синтеза передаточных механизмов со сменными элементами, коробками передач со связанными шестернями, механизмов сверхмедленных перемещений;
•разработать практические методы синтеза оптимальных многосвязанных зубчатых механизмов;
•решить практические задачи синтеза оптимальных многосвязанных зубчатых механизмов применительно к станкостроению и оборудованию для проведения экспериментальных исследований.
Объект исследования - обширная группа многосвязных зубчатых механизмов, применяемых в различных отраслях машиностроения, в том числе передаточные механизмы со сменными элементами, коробки передач со связанными шестернями, зубчатые механизмы сверхмедленных перемещений.
Методы исследований - методы теории множеств, комбинаторики, математического анализа, целочисленного нелинейного программирования, методы синтеза передаточных механизмов.
Научная новизна полученных результатов заключается в разработке теории оптимального проектирования многосвязных зубчатых механизмов на основе методов комбинаторики.
В рамках выполненного исследования предложено и выполнено: -классификация механизмов со сменными элементами с выделением трех основных типов — с постоянными межосевыми расстояниями, с переменными межосевыми расстояниями и комбинированных;
•классификация механизмов со связанными шестернями; -разработано математическое обеспечение оптимизационного структурно-кинематического синтеза многосвязных зубчатых механизмов, в том числе:
•математическая модель задачи оптимизации структуры передаточных механизмов со сменными элементами (зубчатые колеса, звездочки, шкивы);
•метод «перемещающихся стрелок» для решения задачи оптимизации структуры передаточных механизмов со сменными элементами и механизмов коробок скоростей со связанными шестернями;
•метод «половинного шага для функции нескольких переменных» при решении оптимизационных задач;
•метод построения структурных сеток для многосвязных коробок передач; -разработан метод структурно-кинематического синтеза зубчатых механизмов для сверхмедленных перемещений;
•разработан метод построения неравномерных структурных сеток для коробок передач;
•получены новые зависимости для определения общего количества равномерных и неравномерных структурных сеток коробок передач;
•предложены новые структурные сетки для механизмов со сменными элементами и связанными шестернями;
•синтезированы новые схемы многосвязных коробок передач и зубчатых механизмов для сверхмедленных перемещений.
Практическая ценность результатов работы заключается:
• в синтезе оптимальных комплектов сменных элементов для различных передаточных механизмов;
• в выявлении зон целесообразности применения различных механизмов со сменными элементами;
• в разработке оптимальных коробок передач с двумя и более связанными шестернями.
Результаты исследований использованы при разработке коробок передач токарных станков-автоматов 1А240, 1265М и 1А290 на Киевском заводе многошпиндельных автоматов, одношпиндельных токарных станков-автоматов моделей 1А225-В и МР505А на Московском станкостроительным заводом им. Серго Орджоникидзе, внедрены в конструкциях стендов для экспериментальных исследований лаборатории «Надежность» АНО «Технопарк ОГУ», а также в курсах лекций по металлорежущим станкам и теории машин и механизмов в учебном процессе Оренбургского государственного университета.
Апробация работы. Основные положения работы представлялись на научно-технических конференциях, семинарах, технических советах: в Уфимском авиационном институте (г. Уфа); в Самарском государственном техническом университете (г. Самара); в специальном конструкторском бюро многошпиндельных автоматов (г. Киев); на станкостроительном заводе имени Серго Орджоникидзе (г.Москва); в экспериментальном научно-исследовательском институте металлорежущих станков (ЭНИМС) (г. Москва); в центральном экономико-математическом институте АН СССР (г. Москва); в Московском станкостроительном институте (г. Москва); на Оренбургском станкостроительном заводе (г. Оренбург); в Оренбургском государственном университете (г. Оренбург), в Ижевском государственном техническом университете (г.Ижевск).
Публикации. Результаты выполненных исследований освещены в 52 печатных работах, в том числе в 3 монографиях, 9 статьях, опубликованных в центральных научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ, в 12 сборниках докладов международных и российских конференций, в 5 патентах РФ на изобретения.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, общих выводов и заключения, списка использованных источников из 210 наименований и приложений. Содержит 407 страниц, в том числе 330 страниц текста, 72 рисунка, 20 таблиц, 77 страниц приложений.
В первой главе настоящей работы приводится состояние вопроса и задачи исследования.
Во второй главе приводится обоснование положений теорий оптимального проектирования передаточных механизмов. Несмотря на существенное различие передаточных механизмов, к ним можно применить много общих теорий.
В третьей главе раскрывается разработанная теория оптимального проектирования узлов настройки частот вращения со сменными элементами.
Первая задача максимизации числа ступеней при заданном количестве сменных элементов оказалась своеобразной задачей математического нелинейного программирования. Предложенным автором методом «перемещающихся стрелок» первая задача сведена к исследованию функции небольшого числа переменных на максимум. При этом исследовании автор предлагает разработанный им метод «половинного шага» для функции нескольких переменных (метод «половинного шага» для функции одной переменной известен). Предположенный метод значительно упрощает программу расчёта по сравнению с известным методом «скорейшего спуска».
Решение вышеописанной задачи позволило решить вторую задачу - минимизации количества сменных элементов при заданном числе ступеней частот вращения. Для сравнительно простых механизмов эта задача решается с помощью выведенных формул, а в более сложных случаях - с помощью составленных после решения первой задачи таблиц.
Четвёртая глава диссертации посвящена вопросам усовершенствования коробок передач с передвижными блоками шестерен. Создана наиболее универсальная (на сегодняшний день) теория синтеза коробок передач с двумя связанными шестернями. В этой же главе доказана возможность получения «чистого» геометрического ряда (без совпадений и выпадений ступеней) при трёх связанных шестернях. На основе теоретических исследований предложены несколько классов многосвязных коробок передач и разработаны теории их оптимального проектирования.
В конце четвертой главы приводятся некоторые сведения из теории проектирования механизмов со связанными шестернями на узловом валу.
В пятой главе проводятся краткие сведения из теории синтеза механизмов сверхмедленных перемещений. С участием автора впервые разработана теория структурно-кинематического синтеза механизмов с замкнутым дифференциалом для получения сверхмедленных перемещений.
Шестая глава посвящена практическому применению полученных результатов. Разработанная теория оптимального проектирования узлов настройки частот вращения со сменными элементами может быть использована для нахождения оптимальных наборов концевых мер и щупов, для нахождения оптимальных чисел витков трансформаторов с отпайками и в других случаях.
В настоящее время задача оптимального проектирования узлов настройки со сменными элементами решается трудоёмким методом «проб и ошибок». Этот метод очень редко приводит к оптимальному решению. Расчёты показывают, что количество сменных элементов в существующих стайках и элементов в стандартных наборах концевых мер и щупов превышает оптимальные числа в два и более раза. Задача оптимизации (перебором всех возможных вариантов) не под силу 9 даже самым современным ЭВМ. Практическое решение задачи стало возможным благодаря методу «перемещающихся стрелок».
В приложениях приведены передаточные механизмы с двумя и более связанными шестернями на промежуточном и узловом валах, многосвязные механизмы с цилиндроконическими передачами и двойные механизмы Нортона.
Результаты работы внедрены на Киевском заводе многошпиндельных станков-автоматов и Московском станкостроительном заводе имени Серго Орджоникидзе.
Автор с Благодарностью вспоминает своих бывших руководителей A.JI. Воронова и М.К. Клебанова. Особую благодарность автор выражает научному консультанту А.П. Фоту, с которым написаны почти все последние работы автора в области проектирования передаточных механизмов.