Линейного позиционирования

В вышеприведенных формулах h — линейный ход толкателя (кулачковые механизмы I, II и III видов). Для применения этих формул к механизмам IV вида в них следует подставлять вместо линейного хода толкателя его угловой ход Ф и вместо линейного перемещения Sj — угловое перемещение ф2 толкателя.

Например, любой прибор можно рассматривать как преобразователь входного сигнала измеряемой величины х в выходной сигнал у на отсчетном устройстве. .Механизм прибора преобразует величину х (в виде углового или линейного перемещения) в величину у (перемещения указателя прибора). Функция y=f(x) является функцией положения механизма, по которой подбираются схема и п; раметры схемы механизма.

Проекции полного линейного перемещения б на координатные оси к, у, г соответственно обозначают и, v, w, тогда

Перемещение определяется суммой интегралов, вычисленных по длине / каждого участка упругой системы. Знак «плюс» («минус») этой суммы, т. е. перемещения, означает, что перемещение совпадает (противоположно) с направлением приложенной единичной нагрузки. При определении линейного перемещения некоторого сечения к последнему прикладывается единичная сила, а при определении углового перемещения — единичный момент.

I - испытательная машина; 2 — испытуемый образец с проходным вихре-токовым преобразователем; 3 - динамометр; 4 - индукционный датчик линейного перемещения; 5 - индукционный датчик углового перемещения; 6,8 - нормирующие преобразователи; 7 - АЦП; 9 - ПК; 10 - осциллограф;

Для измерения перемещения подвижной каретки (т.е. для измерения удлинения образца AL) используется трансформаторный индукционный датчик линейного перемещения 4, преобразующий абсолютное удлинение образца AL в постоянное электрическое напряжение, которое через нормирующий преобразователь 6 и АЦП 7 также поступает в ПК 9. Персональный компьютер ПК имеет встроенные ЦАП и АЦП, с помощью которых осуществляется сопряжение вихретоковых датчиков с компьютером. Измерение электрофизических свойств металла образца производится проходным или накладным ВТП. Для подачи сигнала на возбуждающую обмотку ВТП и обработки сигнала, поступающего с измерительной обмотки ВТП, используется программный комплекс SpectraLab. Программное обеспечение SpectraLab позволяет программным способом осуществить функции генерирования синусоидального сигнала любой частоты в диапазоне О -к- 40 кГц, амплитудой 0 -=- 2В. Осциллограф Epson — 320 позволяет производить анализ сигналов по двум каналам с измерением амплитуд и фаз гармонических составляющих. Блок коммутации позволяет подключать сигнал ВТП к входу образцовых измерительных приборов, т.е. имеется возможность оценить погрешность измерительного комплекса.

При стальном винте и гайке из антифрикционного чугуна [р] — 6 -г- 10 н/жж2; при стальном винте и бронзовой гайке [р] = = 8 ч- 12 н/жж2. При сравнительно больших скоростях линейного перемещения и интенсивной работе (с малыми перерывами) принимают меньшие из рекомендуемых значений [р].

Приведем значения допускаемого давления в резьбе для некоторых пар: стальной винт и гайка из антифрикционного чугуна [q\ = 6... 10 МПа, стальной винт и бронзовая гайка [q] = 8... ...12 МПа. При сравнительно больших скоростях линейного перемещения и интенсивной работе (с малыми перерывами) принимают меньшие из рекомендуемых значений [q].

из-формул поступательного движения получить формулы вращательного движения, необходимо вместо линейного перемещения s подставить угловое перемещение ср, вместо линейной скорости v — угловую скорость со, вместо линейного ускорения а — угловое ускорение е. Сравнение формул поступательного и вращательного движения удобно провести при помощи табл. 10.1.

Сравнивая формулы динамики точки или поступательно движущегося тела с формулами вращательного движения тела, легко заметить, что эти формулы по структуре аналогичны. Чтобы из формул поступательного движения получить формулы вращательного движения, необходимо вместо силы подставить вращающий момент, вместо линейного перемещения — угловое перемещение, вместо линейной скорости — угловую скорость, вместо линейного ускорения — угловое ускорение, а вместо массы — момент инерции тела относительно оси вращения.

Индуктивные датчики линейного перемещения: а - с изменением размера воздушного зазора (рабочее перемещение 8 = 0,01-10 мм); б- с изменением площади воздушного зазора (5-20 мм); е- с изменением глубины погружения сердечника (10-100 мм); 1 -катушка индуктивности; 2 — сердечник

В общем случае для устройств линейного позиционирования средняя скорость линейного позиционирования

Формулы (3) — (12) подверглись экспериментальной проверке при исследовании устройств позиционирования с кулачково-це-вочными, мальтийскими, зубчато-рычажными, кулачково-зубчато-рычажными, кулачково-планетарными механизмами, а также гидромеханических и пневмомеханических поворотных устройств. Эти механизмы исследовались как на натурных моделях и при испытаниях унифицированных узлов, так и при помощи математических моделей. Наибольшие трудности при исследовании математической модели представляло изучение связи быстроходности с точностью позиционирования.Эти вопросы рассмотрены в работе[4]. Проведенные исследования этих устройств, а также механизмов линейного позиционирования автоматического манипулятора с гидравлическим приводом подтвердили правильность выбранной структуры эмпирических формул.

Затраты времени, особенно на угловое позиционирование, значительны, что определяет целесообразность проведения исследовательских работ, направленных на увеличение быстродействия при сохранении заданной точности позиционирования. Там, где это возможно, предпочтение следует отдавать механизмам линейного позиционирования.

К механизмам линейного позиционирования гидрокопировальных полуавтоматов относится механизм привода каретки продольной подачи копировального суппорта, состоящий из гидродвигателя, редуктора, упругой муфты, ходового винта, гайки и каретки продольной подачи. Основным критерием работоспособности этого механизма является равномерность перемещения конечного звена — каретки продольной подачи массой 700 кг. Равномерность перемещения каретки в значительной мере влияет на точность линейного позиционирования, которое осуществляется у каретки гидрокопировального полуавтомата либо с помощью жесткого упора, либо с помощью копира.

5.1.1. Составление таблиц уровней для механизмов позиционирования манипуляторов. Подавляющее большинство манипуляторов и роботов содержат механизмы позиционирования и сравнительно небольшой процент — следящие устройства контурного управления. Поэтому в качестве примера составим таблицы уровней для механизмов линейного (табл. 5.1) и углового (табл. 5.2) позиционирования манипуляторов с гидравлическим приводом (для электромеханического привода более подробная таблица уровней дана в гл. 3). Большинство обозначений для механизмов углового и частично линейного позиционирования приведено ранее (гл. 3). Для механизмов линейного позиционирования учитывалась возможность как поступательного, так и вращательного движения ведущего звена и приняты следующие обозначения для исходных зависимостей параметров от времени: линейная скорость выходного v (t) и входного v0 (t) звеньев механизма, линейные ускорения a (t) и перемещение I (i), усилие Р (t) на выходном звене и усилие Ряв (t) или перепад] Давления Ар (t) (обычно записываются давления в двух полостях двигателя) и входном звене механизма, мощность двигателя ./Уд,, (t). При вращательном движении входного звена добавляется скорость со0 (t).

Уровни показателей качества для механизмов линейного позиционирования

Так же как это было сделано выше для механизмов углового позиционирования, для механизмов линейного позиционирования структура эмпирических формул уточнялась путем построения зависимостей между отдельными показателями и параметрами. На рис. 5.2 приведена зависимость коэффициента динамичности К№ от длины хода L, построенная по данным математического моделирования, которая подтверждает целесообразность перехода к безразмерному виду КБЯ = КПЛЬ. Из-за недостаточности экспериментальных данных (механизмы линейного позиционирования изучены хуже, чем механизмы углового позиционирования) и большого разнообразия конструкций роботов структура зависимостей и степени в ряде других формул 4-го и 5-го уровней нуждаются в уточнении (поэтому они не приведены в табл. 5.1). При девяти исходных зависимостях (v0(t) и о>0 (t) не определяются вместе для одной конструкции, но часто вместо &р (t) записываются два давления) таблица содержит 18 единичных показателей и 25 комплексных, т. е. почти в 5 раз больше, чем исходных. При этом были опущены многие второстепенные показатели. Если записать при эксперименте только три первые исходные зависимости (рис. 5.1), то можно определить 8 единичных показателей и 17 комплексных, среди них много наиболее важных. К 4-му уровню табл. 5.2 относится показатель KN, отражающий связь KR и К0 с требуемой мощностью. Всего в табл. 5.2 содержится 9 исходных зависимостей, 18 производных единичных и 28 комплексных. В ней число производных показателей примерно в пять раз больше, чем исходных.

Номограмма позволяет для переналаживаемых устройств быстро определять достижимые диапазоны СССР, а по ним Тп для заданных диапазонов изменения о> и / и допустимых величин 8$. В приведенном на рис. 5.3 примере .для я) = 1 рад, 8$ = 60" и / = 5 кгм2 соср = 1,8 с"1. Для диапазона *з = 0,1 -=- 2я рад (при тех же величинах 8$ и/) соср = 0,55ч-4,6с~1(азсртах/соСрт1п^:^ УК 8,4). Такое сильное изменение (оср нельзя не учитывать в паспортных данных. Наконец, если рассмотреть влияние изменения / при применении разной оснастки в 10 раз (/ = 1—10 кгм2) при том же бф и в указанном выше диапазоне изменения г>, то получим соср = 0,45 ~ 7,5 с"1 (cocpmax/(ocpmin = 16,5), т. е. почти в два раза больший, чем при средней величине / = 5 кгм2. Проведем приближенное сравнение механизмов углового и линейного позиционирования. Если предположить, что при замене поворотного устройства на механизм линейного позиционирования ведомые массы последнего равны массе схвата и перемещаемой детали и только их следует учитывать при расчете момента инерции ведомых масс поворотного устройства, то, используя формулы рср и соср табл. 5.1 и 5.2, можно определить радиус расположения схвата /?кр, при котором его линейная скорость движения по окружности (сосрЛ) будет равна скорости линейного позиционирования Уср.

при выбранных ЯИ/ЯЮБ = 0,5 и Я^/Я^Б — 3; ЛКр —- 0,28 м. У роботов средних и крупных размеров обычно R ~^> RK$, и замена механизма углового позиционирования на механизм линейного позиционирования при принятых допущениях выгодна.

Допуски для Ак, Акя и Ак могут быть установлены лишь на основе совместного проведения динамических и ресурсных испытаний. На рис. 5.4 приведена схема определения нижнего предела величины АКЦ ПРИ заданном межремонтном периоде, равном пяти годам. В приведенном примере за этот период Ал увеличилось в 7 раз, АКЯ уменьшилось в 10 раз, а^ уменьшилось всего в 1,2 раза. Механизмы линейного позиционирования менее изучены. Для них как структура эмпирических зависимостей, так и базовые величины комплексных показателей нуждаются в уточнении.

У этих линий основными являются механизмы, осуществляющие загрузку и выгрузку деталей, подлежащих обработке, и механизмы транспортных устройств, перемещающие эти детали из одной зоны обработки в другую. Для этих целей применяются механизмы линейного позиционирования или цепные конвейеры, для загрузки — промышленные роботы.