Динамический расчет кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин с учетом нелинейности и стохастической составляющей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Булатников, Евгений Владиславович

• Булатников, Евгений Владиславович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Булатников, Евгений Владиславович

Введение.

Глава первая. Обзор литературы по задачам динамики систем кулачково-рычажных механизмов и постановка задачи.

1.1. Анализ основной литературы по задачам динамики кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин.

1.2. Обзор литературы по методам расчета кулачково-рычажных механизмов.

1.3. Постановка задачи.

Глава вторая. Динамические расчеты кулачково-рычажных механизмов операционных полиграфических машин с учетом упругости привода, муфты и звеньев.

2.1.Изучение нелинейной динамики кулачково-рычажного механизма перемещения прессующих колодок при обжиме корешка книжного блока прокалывающих с учетом упругости свойств редуктора и муфты привода.

2.2. Вычисление оптимальных параметров механизма перемещения проколок ниткошвейной машины с учетом упругости привода и муфты.

2.3. Методика динамического расчета кулачково-рычажных механизмов операционных полиграфических машин с учетом упругости звеньев и привода.

2.4. Компьютерное моделирование нелинейной динамики кулачково-рычажного механизма перемещения прокалывающих игл с учетом упругих свойств привода и кулачкового механизма.

Глава третья. Экспериментальное изучение динамических явлений кулач-ково-рычажных механизмов полиграфических машин и экспериментальная проверка эффективности новых прокалывающих устройств ниткошвейных машин.

3.1. Экспериментальное исследование кулачково-рычажного механизма проколок ниткошвейной машины (НШМ).

3.2. Разработка конструкций прокалывающих устройств для ИТ TIM.

3.3. Экспериментальная проверка эффективности по снижению шума для новых прокалывающих устройств НШМ.

Глава четвертая. Анализ динамических явлений в кулачково-рычажных механизмах полиграфических машин с учетом нелинейности свойств и стохастической составляющей нагрузок.

4.1. Применение комбинированного метода канонических разложений для решения задач нелинейной статистической динамики систем полиграфических машин.

4.2.0пределение стохастических характеристик нелинейной упругой системы кулачково-рычажного механизма с учетом стационарного случайного воздействия.

4.3. Вычисление статистических характеристик нелинейной упругой системы кулачково-рычажного механизма проколок НШМ при учете не стационарности случайного воздействия.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамический расчет кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин с учетом нелинейности и стохастической составляющей»

Научно - технический прогресс в технике развивается очень динамично и быстро. Необходимое ускорение он получает за счет развития рыночных отношений. Не обошло стороной это и полиграфическую отрасль. Требования к конечному продукту непрерывно возрастают как по качеству, так и по скорости изготовления, что в свою очередь заставляет конструкторов полиграфических машин создавать новое, более совершенное оборудование. Основным фактором, по которому судят о полиграфической фирме - является время. Чем меньше времени требуется типографии, чтобы выпустить книгу, журнал или другую полиграфическую продукцию тем больше, как правило, у него заказов. Отсюда следует совершенно логичный вывод: полиграфическая техника просто обязана быть высокоскоростной и высококачественной.

Основным узким местом в полиграфической отрасли до сих пор остается брошюровочно-переплетный участок. Поэтому конструктора полиграфической техники различают две основные задачи. Первая - техника должна быть высокоскоростной, отделочные операции и качество печати должны отвечать современным требованиям. Вторая - уменьшение таких показателей как габариты и масса полиграфических машин. Но следует отметить, что при увеличении скорости работы машины увеличиваются и динамические нагрузки на основные узлы. Это приводит к тому, что сам процесс проектирования новой йашины с точки зрения изучения динамических явлений должен быть в большей степени научным, нежели ранее. В свою очередь это позволит выявить резервы совершенствования полиграфических машин и оборудования с целью повышения его технической эффективности. Проблема заключается в том, что необходимая специальная литература по динамическим расчетам и проектированию полиграфических машин уже не отвечает современным требованиям к проектированию полиграфической техники. Отсюда следует очевидный вывод, что совершенствование динамических расчетов узлов полиграфических машин есть актуальная задача.

Увеличение скоростей работы и интенсивности динамических нагрузок, как было ранее отмечено, усложнение современной печатно-отделочной техники, приводит к тому, что увеличиваются динамические упругие деформации и ускорения, влияющие на точность полиграфических машин. Необходимо отметить что, стохастическое описание условий работы нелинейных упругих систем полиграфических машин при динамических нагрузках является более полным и точным, нежели линейное детерминистическое и более соответствует реальным условиям эксплуатации.

Целью настоящей работы является разработка методики расчета оптимальных параметров кулачково-рычажных механизмов отделочных полиграфических машин, позволяющих снижать отрицательное влияние различных динамических нагрузок на точность работы данных механизмов с учетом упругости, нелинейности и стохастического характера составляющей воздействий.

Для осуществления поставленной цели предусмотрено решение следующих задач:

- разработка методики динамического расчета кулачково-рычажного механизма перемещения проколов ниткошвейной машины и обоснование выбора динамической модели учитывающей упруго-демпфирующие свойства привода, муфты, звеньев для отделочной полиграфической машины,

- разработка методики расчета стохастических характеристик упругой системы кулачково-рычажного механизма с учетом нелинейности свойств и стохастического характера составляющей динамических нагрузок,

- постановка и проведение эксперимента на механизме перемещения прокалывающих игл с последующей аналитической обработкой полученных результатов, сравнение их с теоретическими расчетами по динамической модели, учитывающей упругие свойства звеньев и нелинейность муфты;

- разработка новых конструкционных решений для механизма перемещения прокалывающих игл, компьютерное моделирование новых типов проколов и экспериментальная проверка их эффективности по снижению динамической нагрузки на исполнительный механизм.

Научная новизна данной работы заключается в том, что предложена современная методика расчета и проектирования кулачково-рычажных механизмов, учитывающая все лучшее из ранее известных методик и добавляющая к ним требования, предъявляемые нашим временем к конструированию современной печатно-отделочной полиграфической техники. Основные положения данной диссертационной работы, выносимые на защиту:

1. Динамические модели и методика расчета кулачково-рычажного механизма, учитывающие упруго-демпфирующие свойства привода, муфты, звеньев для полиграфической машины.

2. Новые конструктивные решения для механизма проколок (НШМ) и экспериментальная проверка их эффективности по снижению шума и ударных явлений.

3. Методика расчета стохастических характеристик упругой системы кулачково-рычажного механизма с учетом нелинейности свойств и стохастического характера составляющей динамических нагрузок.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения (выводы), списка литературы и приложения.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Булатников, Евгений Владиславович

Выводы

1. Разработана методика применения динамических моделей и динамического расчета кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин с учетом нелинейности уравнений и упругости звеньев, муфты и привода.

2. Даны новые конструктивные решения для прокалывающих устройств НШМ и проведена экспериментальная проверка их эффективности по снижению шума в переплетно-брошюровочном цехе ГМП «Первая образцовая типография».

3. Дана методика проведения виброизмерений на механизме проколок НШМ и статистической обработки результатов при помощи компьютерной системы MathCAD.

4. Разработана методика вычисления стохастических характеристик упругой системы кулачково-рычажного механизма с учетом нелинейности свойств и стохастического характера составляющей динамических нагрузок.

5. Разработанные методики динамических расчетов кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин позволяют выявить резервы повышения их технической эффективности (в частности, увеличения скорости их работы).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Булатников, Евгений Владиславович, 2006 год

1. Афанасьев Ю.А., Подгорный Ю.И., Маклаков И.Н. Синтез законов движения ведомых звеньев кулачковых механизмов с учетом динамических характеристик. Тез. док. Львов, 2005г.

2. Бежанов В.Н., Бушунов В.Т. Производственные машины автоматы. JL: Машиностроение, 1973, 360с.

3. Безразборная диагностика ниткошвейных машин унифицированного ряда НШ-6 и БНШ-6А: Руководящие технические материалы 10-01-82. М.: Изд-во МНИ, 1982.

4. Билецкий А.А. Исследование устройств для уравновешивания избыточных нагрузок и выборки зазоров в кулачково-рычажных механизмах: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Львов, 1980. 24 с.

5. Бобров В.И. Теоретические основы структурного анализа и синтеза автоматизированных систем машин полиграфического производства: Диссертация д-ра техн. Наук / МГУП. М., 1999.-350с.

6. Бобров В.И., Куликов Г.Б., Одинокова Е.В., Пергамент Д.А., Федосеев А.Ф., Брошюровочно-переплетное оборудование,- М.: Изд. МГУП, 2000, 132с.

7. Бобров В.И., Куликов Г.Б., Одинокова Е.В., Пергамент Д.А., Федосеев А.Ф. Послепечатное оборудование: Учебное пособие. М.: МГУП, 2000.

8. Бойко А. В., Галавацкий А.С., Петрук А.И. Исследование многозвенных кулачково-рычажных механизмов. В кн.: Теория механизмов и машин: Материалы 1 Всесоюзн. съезда. Алма-Ата: Наука, 1977, с. 35-36.

9. Бойко А.В, Петрук А.И. К вопросу динамического синтеза многозвенных кулачково-рычажных механизмов. Теория механизмов и машин, 1976, №25, с. 79-84.

10. Ю.Бойко A.B. Критериальная механика кулачково-рычажных механизмов: Автореф. дис. канд. техн. наук. Киев, 1975. 32с.

11. Болотин В.В, Случайные колебания упругих систем. М.: Наука, 1979.-335 с.

12. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций, М.: Машиностроение, 1984. 312с.

13. Борьба с шумом и вибрацией в полиграфических машинах. М. 1979.

14. Булатников Е.В. Задача динамики кулачково-рычажного механизма обжима корешка книжного блока при учете нелинейных упругих свойств муфты привода. Вестник МГУП № 4. М.: Изд. МГУП, 2005.

15. Вибрация в технике: справочник. Т. 5. М.: Машиностроение, 1981.

16. Воробьев Д.В., Дубасов А.И., Лебедев Ю.М. Технология брошюровочно-переплетных процессов: Учебник. -М.: Книга, 1989.

17. Воскресенский М.И. Проектирование кулачковых механизмов цифровыми вычислительными методами. М.: Машиностроение, 1967, 128 с.

18. Воскресенский М.И. Теория и методы проектирования кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин по заданной долговечности. Автореферат диссертации на соискание ученой степенидоктора технических наук. М., МПИ, 1970

19. Вульфсон И.И. Динамические расчеты цикловых механизмов. JL: Машиностроение, 1976. 328с.

20. Вульфсон И.И. Колебания машин с механизмами циклового действия. Л.: Машиностроение (ЛО), 1990, 309 с.

21. Вульфсон И.И. Расчет оптимальных кинематических параметров форгрейфера листовых печатных машин. Тр. НИИПМ, М., 1959, №5, с. 82-110.

22. Вульфсон И.И., Ерихов МЛ, Коловский М.З. и др. Механика машин. Уч. пособие М.: Высшая школа, 1996, 511 с.

23. Вульфсон И.И., Иманкулова А.С. К методике определения частотного спектра системы цикловых механизмов, образующих колебательные контуры кольцевой структуры. Теория механизмов и машин, 1979, №27, с. 9-12.

24. Вульфсон И.И., Ковнер В.Я. К исследованию колебаний в цикловых механизмах, работающих в замкнутой схеме. Механика машин, 1977, Вып. 52, с. 44-52.

25. Вульфсон И.И., Петрук А.И., Черня Б.А. Исследование сдвоенных цикловых механизмов ниткошвейных машин. Труды ВНИИполиграфмаша, М,; Машиностроение, 1983, 225 с.

26. Вульфсон И.И., Шарапин И.А., Преображенская М.В. Расчёт колебаний привода машины: Учеб. пособие для втузов.-СПб.: СПГУТД, 2005. -104 с.

27. Главацкий А.С. Вопросы оптимизации синтеза кулачково-рычажных механизмов: Автореф. дис. канд. техн. наук. Львов, 1968. 18с.

28. Данилевич Н.В. Точностной анализ кулачково-рычажного механизма Сборник научных трудов №4(21)М.:НГТУ 65с. 2000г.

29. Добрынин С. А., Фельдман М.С., Фирсов Г.И. Методы аЕ'.томатизированного исследования вибрации машин. М.:

30. Машиностроение, 1987, 224 с.

31. Жмутский В.Д. Исследование технологических нагрузок в проволокошвейной машине: Канд. дис. -М.:МПИ, 1953.

32. Ивович В.А., Онищенко В.Я. Защита от вибрации в машиностроении. М.: Машиностроение, 1990, 272 с.

33. Иориш Ю.И. Виброметрия. М.: Машиностроение, 1963, 403 с.

34. Кожевников С.Н. Динамики машин с упругими звеньями. Киев: Изд. АН УССР, 1961, 160с.

35. Кузнецов В. А. Автоматизированный критериальный синтез комбинированных кривошипных и кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин: Канд. дис. Львов, 1990.

36. Куликов Г.Б. Конструирование и расчет брошюровочно-переплетного оборудования: Конспект лекций. -М.: МГУП, 1999.

37. Куликов Г.Б., Шипков Ф.К. Перспективы использования методов компьютерной диагностики для определения технического состояния пазовых кулачковых механизмов полиграфических машин. Сб. "Печатные и переплетные машины", М.: Изд-во МГУП, 1999, с.63-70

38. Козлов А.П., Фишков В.Г., Юрухин Б.Н. Ниткошвейная машина//БИ №20,1992.

39. Левитский Н.И. Колебания в механизмах. М., Наука, 1988,336 с.

40. Пейсах Э.Е. Структура и кинематика пространственных рычажных механизмов: Монография.- СПб.: СПГУТД, 2004. 212 с.

41. Пергамент Д.А. Брошюровочно-переплетное оборудование. Изд. МПИ, 1990,452с, Современные технологии и оборудование печатного и брошюровочно-переплетного производства. Межведомственный сборник научных трудов. МГУП, 1998, 158 с.

42. Пергамент Д.А. Брошюровочно-переплетное оборудование: Учебник. -М.: МПИ, 1990.

43. Пергамент Д.А. Оборудование для скрепления книжных блоков термонитями: Учебное пособие. М.: МПИ, 1981.

44. Пергамент Д.А., Плоткин М.М. Основы проектирования и расчета полиграфического оборудования. Проектирование и расчет брошюровочно-переплетного оборудования: Учебное пособие. М.: МПИ, 1988.

45. Передача информации и печать. Учебник / пер. с нем. М.: изд. МГУП «Мир книги», 1998,448 с.

46. Перов В.А. Стохастические задачи оптимизации параметров и оценки надежности нелинейных упругих систем (узлов) полиграфических машин. Монография. М.: изд. МГУП, 2000, 232с.

47. Перов В.А. Юрухин Б.Н. Исследование нелинейной динамики кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин. Изв. вузов. Пробл. полигр. и изд. дела. 2000 №3-4. с.68-79

48. Перов В.А., Булатников Е.В. Изучение нелинейной динамики кулачково-рычажного механизма операционной машины с учетом упругих свойств редуктора и муфты. //Вопросы строительной механики. Сб-к трудов МГУП. 2004 г.

49. Петрук А.И. Вопросы синтеза механизмов цикловых машин. Киев.: Наукова думка. 1981, 122 с.

50. Петрук А.И. Черня Б.А. Исследование нагрузок привода качающегося стола ниткошвейного автомата НШ-6. В кн.: Новые направления в переплетно-брошюровочном оборудовании. М.: ВНИИОПИТ, 1977, с. 55-58.

51. Петрук А.И., Бойко А. В., Белай В.Ф. и др. Исследование цикловых механизмов ниткошвейных машин унифицированного ряда НШ-6. Сб. Рефератив. Информ., 1977, вып. 20, с. 29-30.

52. Постников О.К, Андреев В.К. О колебаниях ведомого звена кулачковых механизмов на выстоях, межвузовский сборник научных работ: МПИ, Вып. 1,1977

53. Постников O.K., Андреев В.К. Проблемы повышения точности работы кулачково-рычажных механизмов, межвузовский сборник научных работ: МПИ, Вып. 1, 1977.

54. Постников О. К., Клементьев А.В. Операции скрепления блоков, брошюр и журналов проволокой и оборудование для их осуществления: Учебное пособие. -М.: МПИ, 1982.

55. Рогачевский В.Е Некоторые результаты экспериментального исследования механизма качающегося стола ниткошвейный машин, межвузовский сборник научных работ: МПИ, Вып. 1, 1977.

56. Ротбарт Г.А. Кулачковые механизмы. СУДПРОМГИЗ. Ленинград. 1960.

57. Совещание по методам расчета механизмов машин автоматов. Тезисы докладов. Львов. 1971.

58. Справочник технолога полиграфиста. 4.6: Брошюровочно-переплетные процессы - М.: Книга, 1985.

59. Столяр С.Е. Разработка принципов и методики проектирования проволокошвейных машин многоцелевого назначения для повышения их технических возможностей: Канд. дис. М.: МПИ, 1987.

60. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Наука, 1967. 444 с.

61. Тир К.В. Механика полиграфических автоматов. М.: Книга, 1965, 495 с.

62. Тир К.В., Полюдов А.Н., Петрук А.И. Вопросы теории и опыт экспериментальных исследований уравновешивающих кулачковых механизмов. В кн.: Анализ и синтез механизмов. М.: Машиностроение, 1969, с. 175-187.

63. Тир К.В., Полюдов А.Н., Петрук А.И. Сенкусь В.Т. Улучшение динамики цикловых механизмов путем программного уравновешивания избыточных сил. В кн.: Динамика машин. М.: Наука, 1974, с. 37-45.

64. Угрюмова Л.Д. Сравнительное исследование ниткошвейных машин:

65. Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1951. 16 с.

66. Ускова М.К. Нелинейные задачи динамики машин. Ин-т машиноведения РАН / Под ред. М.: Наука, 1992,294 с.

67. Хведчин Ю.И. Послепечатное оборудование. Часть 1: Брошюровочное оборудование: Уч. пособ. М.: МГУП, 2003. 466 с.

68. Черня Б.А. Исследование сдвоенных цикловых механизмов ниткошвейных полиграфических машин: Канд. дис. Львов: УПИ им. И.Федорова, 1980.

69. Черня Б.А. Исследование сдвоенных цикловых механизмов ниткошвейных полиграфических машин: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1980. 20с.

70. Шипков Ф.К. Спектральные методы диагностирования работоспособности пазовых кулачков механизмов на примере ниткошвейных машин. Межведомственный сборник научных трудов: МГУП. 1999. с. 75-80.

71. Шостачук Ю.А. Синтез механизма качающегося стола ниткошвейных полиграфических машин с упругой компенсирующей связью: Канд. дис. Львов: УПИ им. И.Федорова, 1984.

72. Юрухин Б.Н. Структурно-параметрический многокритериальный синтез механических подсистем полиграфических машин // Физика и механика на пороге XXI века: Межвед. сб. науч. тр. Вып. 2. М.: Изд-во МГУП, 1999. С.

73. Юрухин Б.Н., Мардер Б.О. Диалоговый метод оптимального проектирования пространственного двухподвижного механизма 2В5С//Исследование и решение задач прикладной механики на ЭВМ. М.: Наука, 1985.

74. Ярунов A.M. Снижение ударного нагружения при замыкании кулачково-рычажных механизмов ударного действия после их размыкания для удара. Доклад 2005г.

75. Lockenvitz E., Oliphint J.B., Wilde W.C. and Young J.M., "Geared to

76. Compute", Automation 2, p. 37 (Aug. 1955). 84.Stillman A.H., "Using Punched Card Equipment for Automatic Machine

77. Tool Control", Prod. Eng. 26., p. 172 (June 1955). 85.Stoddart D.A., "Polydyne Cam Design", Mach. Des. 25, p. 121 (Jan). 1953; p. 146 (Feb. 1953); p. 149 (March 1953).

78. ИССЛЕДОВАНИЕ КУЛАЧКОВО-РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА ПРОКАЛЫВАЮЩИХ ИГЛ НИТКОШВЕЙНОЙ МАШИНЫ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:1.= .09 L11= .12 111= .09 L2= .21 L3= .035 L31=.05 SM= .035 H2= .28 113= .03 114= .42 ALF= 70

79. BT=30 GM= 60 L4= .45 LSI = .045 LSU=.06 LS2=.105 LS3= .0175 LS4= .225 Ml= .18 M2= .42 M3= .07 Mll=.24 M31=.l 1S1=.0001215 1S2= .0015435 IS3= 7.145833E-06 ISU= .000288 IS31= 2.083333E-05 IS4=0151875 CG=:0 prs= 500 Kll = .65 KI2 = .75 PG0=0 ТИП= 2

80. ФАЗОВЫЕ УГЛЫ FU,FDS,FB FU= 46 FD= 254 FD= 50 НАЧАЛЬНЫЙ УГОЛ, ПРИРАЩЕНИЕ Fl= .0001 DF= 2

81. ДАТА ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТА 03-02-2003 ВРЕМЯ ВЫПОЛНЕНИЯ 12:10:46 .2724871 .4849742 0 7.566663 -13.999991. F3= 295.76862724871 .4849742 .035 -2.348921 -36.02483 F3—27.8452

82. НАЧАЛЬНЫЙ УГОЛ КОРОМЫСЛА МАКСИМАЛЬНЫЙ УГОЛ ОТКЛОНЕНИЯ КОРОМЫСЛА PS10= 18.78804 PSIM= 8.013679 РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

83. Среднее значение приведенного момента инерции IPRS= 540.4647