Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Автореферат диссертации - Исследование основных механизмов швейных машин - файл 1.doc


Автореферат диссертации - Исследование основных механизмов швейных машин
скачать (1370.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc1371kb.18.12.2011 09:44скачать

содержание

1.doc

  1   2   3
На правах рукописи

Кимори Йона Джинаи


ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ МЕХАНИЗМОВ ШВЕЙНОЙ МАШИНЫ НА БАЗЕ СИНТЕЗА ТОЧНОСТИ


05.02.13 – «Машины, агрегаты и процессы (лёгкая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание учёной степени

Кандидата технических наук

Москва - 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии» на кафедре машин и аппаратов лёгкой промышленности.
Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники РФ

доктор технических наук, профессор

Сторожев Владимир Васильевич

^ Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Сучилин Владимир Алексеевич
Кандидат технических наук, доцент

Зайцев Александр Николаевич
Ведущая организация: ^ ОАО «ВНИИЛТЕКМАШ»

Зашита диссертации состоится «____»__________­­­­­_2008г. в ____час __ мин. на заседании диссертационного совета Д 212.144.03 Московского государственного университета дизайна и технологии, 117997, Москва, ул. Садовническая, д. 33.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета дизайна и технологии.
Автореферат разослан «___»______________2008г.
Учёный секретарь

диссертационного совета

к.т.н. профессор Андреенков Е. В.

^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Снижение себестоимости изготовления предметов народного потребления, в том числе и швейных машин, является актуальной проблемой, так как швейные машины широко применяются в быту, в швейном, трикотажном, обувном, кожгалантерейном, мебельном и других предприятиях. Снижение стоимости швейного оборудования, в условиях всё более широкого развития рыночных отношений, приобретает особую актуальность, так как позволяет увеличить объём продаж и расширить товарный рынок сбыта.

Совершенствование методов проектирования механизмов швейных машин, рациональное распределение первичных ошибок позволит снизить затраты как на проектирование, так и на изготовление производственного технологического оборудования и конечный продукт.

^ АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Цель работы – Исследование основных механизмов швейных машин на основе точностного синтеза для выбора рациональных приёмов проектирования и изготовления.

^ Объект исследования - Объектом исследования являются кривошипно-ползунный механизм иглы, кривошипно-коромысловый механизм нитепритягивателя, механизм челнока и механизм транспортирования материала.

Для достижения поставленной цели предусмотрено:

  1. Разработка метода проектирования основных механизмов челночных швейных машин, совершенствование процесса проектирования.

  2. Решение прямой точностной распределительной задачи с учётом ограничительных условий в определении рациональных полей рассеяния для первичных ошибок механизма.

  3. Составление целевой функции, выражающей зависимость технологической себестоимости изготовления деталей механизмов от их стоимости в пределах рассеяния первичных ошибок.

  4. Расчёт рациональных полей рассеяния первичных ошибок, обеспечивающих минимальную себестоимость при проектировании и изготовлении деталей механизмов швейных машин.

  5. Определение передаточных отношений первичных ошибок на основе теоретико-вероятностного отсюда использованием метода статистических испытаний.

  6. Выполнение типовых расчётов при проектировании механизмов швейных машин на основе программного обеспечения, используя новый подход к проектированию механизмов швейной машины.

^ Методика исследования – В работе сочетаются детерминированные и стохастические методы исследования. При проведении теоретических исследований использовались положения теории механизмов и машин, математического анализа, метод оптимизации, метод программирования. При проведении исследования и обработке результатов использовались методы теории вероятности и математической статистики.
^ Научная новизна - научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Разработаны стохастические методы определения передаточных отношений первичных ошибок для основных механизмов швейных машин.

  2. Разработано программное обеспечение, выполняющее анализ основных механизмов челночных швейных машин на базе синтеза точности на основе метода статистических испытаний.

^ Практическая значимость – Результаты работы могут быть использованы в инженерной практике при кинематическом и динамическом анализе основных механизмов челночных швейных машин с помощью ЭВМ и в учебном процессе машиностроительных ВУЗов.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

  1. Предложенная для использования методика проектирования основных механизмов челночных швейных машин, позволяет обеспечить возможность изготовления детали с минимальными затратами, при этом рассматриваются вопросы оптимального проектирования с учетом стоимости изготовления оборудования.

  2. Предложено программное обеспечение, позволяющие оперативно проводить точности проектируемых звеньев основных механизмов челночных швейных машин.

  3. Определены оптимальные по кинематическим и динамическим критериям параметры звеньев механизмов швейных машин.

  4. Результаты работы могут быть использованы в конструкторской практике при стохастическом анализе основных механизмов челночных швейных машин с помощью ЭВМ и в учебном процессе.

^ Апробация работы – Основные результаты и рекомендации диссертационной работы были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на кафедре МАЛП МГУДТ на Международном симпозиуме «Индустрия моды» (Россия, Москва, 31марта – 7апреля 2007г) в сообщении в Московском государственном университете дизайна и технологии на тему: «Новый подход к проектированию механизмов швейных машин». Получен сертификат соответствия № 0554339 на программный продукт расчёт точности механизмов «конструктор v.0.1». Программный продукт разработан и завершён в 2008г.

Публикации – По теме данной работы в различных печатных изданиях опубликовано 3 статьи (одна из них в сборнике научных трудов МГУДТ, 2 - в журнале, рекомендованном ВАК).

^ Структура и объём работы – Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения по работе, библиографии и приложений. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста, включая 39 рисунков и 1 таблицы. Библиография содержит 92 наименований, приложение представлено на 11 страницах.

^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИЕ обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задача исследования, научная новизна и практичная значимость работы.

^ В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ рассматриваются анализ взаимодействий основных инструментов швейной машины, конструктивные особенности основных механизмов швейной машины и взаимодействие инструментов швейной машины, и наличие первичных ошибок при проектировании механизмов швейной машины.

Процесс проектирования механизмов швейной машины включает выполнение следующих этапов; выбор рациональной структуры – структурный синтез, определение параметров звеньев – параметрический синтез и определение конструктивных параметров – конструктивный анализ.

При использовании метода оптимизации задача синтеза механизмов формулируется как задача математического программирования: требуется найти такой вектор варьируемых параметров , при котором

, где - целевая функция, - вектор варьируемых параметров, и - допустимая область изменения параметров, - функции ограничения.

Целевая функция должна представлять собой обобщенный количественный критерий качества синтезируемого механизма. Иногда выделить одно условие синтеза затруднительно. Тогда составляют несколько целевых функций и ищут компромиссное решение, при котором предпочтение отдается одной из них.

Многочисленные методы направленного поиска приводят обычно к оптимальному решению. По способу выбора направления изменения для параметров размеров имеем: методы нулевого порядка, методы первого порядка (градиентные) и методы второго порядка.

Методы оптимизации оценивают с точки зрения точности, т.е. степени близости конечного значения целевой функции и конечного вектора, переменных к истинным значениям, числа вычислений значений функции или производных в процессе решения задачи и машинного времени.

При комбинированном поиске минимума целевой функции случайными методами просматривают и сравнивают её значение в отдельных частях области изменения параметров, а затем направлённым поиском находят локальные минимумы для тех частей области, где ожидаются получение глобального минимума.

Мало внимания уделяется автоматизации расчётов конструктивных параметров. Явно мало опыта в разработке и выдаче конструкторской документации с помощью технических средств САПР. Главное - все разработки существуют отдельно и трудно поддаются объединению.

В проектировании механизмов применяют методы статического испытания (метод Монте-Карло), направленного и комбинированного поиска. Методы случайного поиска просты, позволяют «осмотреть» всю область возможных значений параметров, но требуют выполнения большого количества вычислений.

Метод Монте-Карло позволяет получить информацию о выборочном распределении в случаях, когда обычная теория выборочных распределений оказывается бессильной.

При проектировании механизмов швейных машин проводят расчёты кинематических характеристик (функция положения, скоростей, ускорений, инерционных нагрузок, сил реакций в кинематических пар). Для определения функции положения применяется метод замкнутого контура. 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.

Для получения прямолинейного движения иглы в вертикальной плоскости в швейных машинах с верхним расположением главного вала в качестве механизма игловодителя обычно принимают центральный кривошипно-ползунный механизм, обладающий наибольшее простой конструкцией.

В челночных швейных машинах для лучшего взаимодействия с челноком некоторые типы игл имеют над ушком вырез, выфрезерованный по радиусу мм, принимаемый одинаковым для всех номеров игл. Тогда длина выреза, что следует из его геометрии , где - диаметр иглы.






^ Рис. 1 Механизм иглы: а) Перемещение игловодителя от верхнего положения, б) Перемещение игловодителя от нижнего положения

Проектирование механизма иглы следует начинать с выбора его структуры, т.е. выявления каким должен быть механизм. Если необходимо придать игле простое прямолинейное движение, наиболее удобно применить центральный кривошипно-ползунный механизм (рис. 1а). Основным параметром такого механизма будить являться отношение ( - длина кривошипа; - длина шатуна). Если задано , то длина . Что же касается кривошипа, то , где - общее перемещение игловодителя, необходимое для образования стежка.

Чем длиннее шатун центрального кривошипно-ползунного механизма, т.е. чем меньше , тем больше движение игловодителя будит приближаться к гармоническому, которое имело бы место при бесконечно большой длине шатуна.

Так как игловодитель движется поступательно, перемещения всех его точек будут равны между собой. Но для оценки перемещения игловодителя удобней всего взять центр шарнира (рис. 1а), соединяющего игловодителя с шатуном .

Условимся у кривошипно-шатунного механизма отсчёт угла поворота кривошипа и перемещение игловодителя производить от его верхнего мёртвого положения (точка ).

Тогда проектируя контур механизма на линию движения игловодителя, получим , где . Кроме того, . После подстановки значений и , получим

.

Таким образом, перемещение игловодителя от верхнего мёртвого положения

.

При выборе структуры кривошипно-ползунного механизма целесообразно проанализировать влияние дезаксиала и расположения шатуна на движение иглы, а также установить рациональное число опор игловодителя. В дезаксиальном механизме с пальцем ползуна, расположенным ниже ведущего звена перемещение игловодителя в зависимости от угла поворота кривошипа, отсчитываемого от верхнего вертикального положения определяется по формуле , где , , -радиус кривошипа, длина шатуна и дезаксиал.

Эта зависимость сохраняется при изменении направления вращения кривошипа и знака дезаксиала; в других случаях изменяется знак перед . Если палец ползуна расположен выше ведущего звена, то в приведенной формуле следует считать .

При кинематическом синтезе механизма очевидно легко можно первоначально обеспечить качание главного вала на угол порядка при повороте челнока вала на , а затем синтезом кулисного механизма обеспечить требуемый угол качения челночного вала. Фазовый угол между кривошипами игловодителя и механизмом челнока обеспечивает синхронизацию работы этих механизмов. Этот угол необходимо устанавливать при монтаже с точностью .

Коэффициент рабочего хода челнока представляет собой отношение угла поворота главного вала машины за время от начала захвата петли носиком челнока до момента её сброса к полному углу поворота главного вала за один цикл ; .

Для улучшения работы швейной машины стремятся к уменьшению коэффициента рабочего хода челнока , который колеблется в пределах .

В общем случае угол поворота главного вала при обводе петли составляет , где - угол, определяющий длину носика челнока, обычно ; - среднее значение передаточного отношения между главным и челночным валами за период обвода петли , при этом - средняя угловая скорость челночного вала за период обвода петли, - угловая скорость главного вала машины.

Теоретический расчёт показывает, что ошибка перемещения игловодителя в основном зависит от длины кривошипа, длины шатуна и угла поворота кривошипа. Точность проектирования звеньев механизма игловодителя обеспечивает точного образования стежка.

Основными элементами прямой иглы с ушком (рис. 2) являются; острие 1, ушко 2, стержень 3 (его часто называют лезвием иглы), колба 4.



^ Рис. 2 Конструкция прямой иглы с ушком

Изобразим иглу 1 в момент образования напуска нитки 2 шириною около её ушка, а также – в крайнем нижнем её положении (рис. 3), показанном штриховыми линиями. Примем, что сшиваемые материалы 4 имеют максимальную толщину . Линию , на которую выходит носик челнока 3 для захвата напуска в момент своего на ось иглы, назовём линией челнока.



Рис. 3 Рабочий ход иглы

Рабочий ход иглы складывается из пяти слагаемых

, (1.1)

где - длина острия иглы, измеряемая от его окончания до верхней грани ушка (2,5 – 6,5 мм); - подъём иглы, необходимый для образования напуска; - расстояние самой широкой части напуска от верхней грани ушка; - расстояние от линии до верхней поверхности игольной пластинки.

Каждое слагаемое, входящее в выражение (1.1), должно быть взято таким образом, чтобы рабочий ход иглы получился минимально возможным.



Рис. 4 Расположение транспортирующей рейки относительно челнока и игольной пластинки

Рабочий ход иглы зависит также от расстояния между линией носика челнока и верхней поверхностью игольной пластинки. С целью уменьшения рабочего хода это расстояния следует брать как можно меньше. Анализ расположения транспортирующей рейки 2 относительно челнока 3 (рис. 4) показывает, что расстояние главным образом определяется высотой зубьев и толщиной тела рейки 2 механизма транспортирования. Связано это с тем, что в процессе компоновки механизмов швейной машины рейку всегда располагают между игольной пластинкой 1 и челноком 3. Во время продвижения материалов максимальной толщины рейка должна подниматься над игольной пластинкой на полную высоту своих зубьев . Когда продвижения нет, зубья должны опускаться ниже верхней поверхности игольной пластинки на ту же величину , так как верхняя поверхность игольной пластинки должна делить пополам траекторию 4 вершины среднего зуба рейки.

При опускании рейки нижняя её плоскость , положение которой определяется толщиной её тела, не должна задевать за челнок. С этой целью между рейкой в нижнем положении и челноком предусматривается некоторый гарантийный зазор . Таким образом, расстояние , где - высота зубьев рейки (1,5 – 2 мм); - толщина рейки (3 – 4 мм); - гарантийный зазор (1 – 1,5 мм).

Таким образом, при проектировании механизмов швейной машины возникает необходимость рассмотрения наиболее оптимального метода расчёта точности механизмов, для того чтобы механизм выполнил предназначенную задачу.

При каждом обороте главного вала машины механизм транспортирования перемешает сшиваемые материалы на длину стежка, под которой следует понимать расстояние между центрами отверстий, образованных в материалах двумя последовательными проколами иглы.

Для установки бокового зазора челнока, нужно ослабив винт 4 крепления втулки челнока (рис. 5), перемещением втулки вдоль оси 3 установить зазор между носиком 5 челнока и иглой равной мм, и зазор между установочным пальцем 1 и шпуледержателем 2, равный мм. Шпуледержатель должен быть отжат от установочного пальца на см. При этом зазор между торцом шпулеотводчика 6 и шпуледержателем должен быть равен мм.



^ Рис. 5 Установка бокового зазора челнока

В швейных машинах перемещение сшиваемых материалов осуществляют двумя способами: трением, вызываемым воздействием транспортёра на материалы и в специальной каретке или сменных кассетах.

Транспортирование при помощи трения подразделяется на транспортирование рейкой и валиками. Транспортирующая рейка представляет собой деталь, имеющую площадку, на которой нарезаны зубья одинаковой высоты(рис. 6). В зависимости от толщиной сшиваемых материалов рейка может иметь разную высоту зубьев, лежащую в пределах 1-2 мм.

Сформулированные требования перемещения материала хорошо выполняются реечные механизмы транспортирования, имеющие в своём составе трёхповодковую группу.



^ Рис. 6 Траектория вершины среднего зуба рейки

Каждый из этих четырёх основных механизмов швейной машины имеет свою конструктивную особенность, и каждый механизм состоит из несколько звеньев. Поэтому, при оптимальном проектировании механизма все эти особенности необходимо учитываться.

Составляющие погрешности должны быть приведены к выходному звену и суммированы на основе методов теории вероятностей и математической статистики. Так при определении суммарной погрешности, её среднее значение определяется математическим ожиданием , где и - математические ожидания распределений суммарной составляющей погрешностей; - погрешности; - передаточное отношение; - количество учитываемых элементарных погрешностей

Среднее квадратическое отклонение погрешности определяется по формуле

, (1.2)

где , - среднее квадратическое отклонение суммарной составляющей погрешностей.



^ Рис 7 Образование стежка челночного переплетения

Механизм привода иглы сообщает игле, в ушко которой заправлена нить, возвратно-поступательное движение. В результате осуществляется прокол иглой материала, провод через него верхней нити и создание у ушка иглы петли. Механизм челнока обеспечивает захват петли, её обвод вокруг шпули с нижней нитью (рис. 7). Механизм нитепритягивателя сматывает нить с катушки, сдёргивает её с челнока и затягивает стежок. Механизм транспортера ткани передвигает материал на длину стежка. Все механизмы получают движение от главного вала, приводимого во вращение электрическим или механическим приводом.

^ ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена составлению математической модели для решения проблемы синтеза механизма с учётом законов распределения первичных ошибок, решение прямой точностной задачи, определения рациональных полей рассеяния первичных ошибок механизма и расчёт передаточных отношений первичных ошибок механизма стохастическим методом.

Точностные расчёты и исследование механизмов проводятся на всех этапах создания машин, начиная с проектирования и кончая испытанием опытных образцов.

Согласно теории точности механизмов, разработанной Н.Г. Бруевичем определяются множители, называемые передаточными отношениями, с помощью которых первичные ошибки элементов механизма пересчитываются в ошибки положения ведомого звена. Передаточные отношения определяются различными способами: способы дифференцирования и плана малых перемещений, геометрическим способом, способом элементарных работ или фиктивной нагрузки и способом плеча и линии действия. Передаточные отношения первичных ошибок определяются без учёта вероятностной природы последних, что в реальных условиях может привести к существенным погрешностям.

В работе П. Ф. Дунаева допуски на составляющие звенья размерной цепи предлагается назначать пропорциональными скорости изменения стоимости. Скорость предоставляет отношение величины изменения стоимости и величине изменения допуска : , где - стоимость обработки поверхности при допуске ; - стоимость обработки поверхности при допуске ; - номер первичной ошибки.

Допуск составляющего звена выражается формулой: , где - удельный допуск, отнесённый к единице скорости изменения стоимости обработки.

Значение определяется с использованием уравнения размерной цепи: , где - передаточное отношение -той первичной ошибки; - количество первичных ошибок.

Решение уравнения (1.2) относительно получают .

Рассмотренный метод расчёта полей допусков для звеньев размерных цепей имеет ряд недостатков, заключающихся в следующем:

Не учитывается систематическая составляющая ошибки замыкающего звена, зависимость стоимости обработки от точности принята линейной, тогда как она имеет нелинейный характер.

Зависимость между стоимостью и половиной поля допуска представлена некоторой кривой (рис. 8), математическое выражение имеет вид:

,

где , , - коэффициенты уравнения.

Общая зависимость стоимости от допусков представляет собой сумму

.

Автором рассматривается кинематическая цепь, для которой формула предельной ошибки положения ведомого звена записывается по Бруевичу Н. Г.

. (1.3)

После введения обозначения формула (1.3) принимает вид



Задача определения допусков формулируется следующим образом: найти значения допусков , при которых придельная ошибка положения механизма не превышала бы заданного значения и одновременно общая стоимость обработки была бы минимальной. Для решения поставленной задачи составляется функция:

,

где - множитель Лагранжа.

Приравнение к нулю частых производных по каждому допуску даёт систему уравнений

, (1.4)

После преобразования системы уравнений (1.4) зависимость для определения искомого допуска будет иметь вид

.

Для определения коэффициентов рассматриваются стоимости изготовления детали, соответствующие трём различным допускам (см. рис. 8). Неизвестные коэффициенты автор получает решением системы уравнений

; ; .

Рекомендуется принимать . В этом случае достаточно смотреть участок кривой (см. рис. 8), ограниченной пределами и . Причём определяется из условия, что только допуск влияет на ошибку замыкающего звена, а принято равным нулю.

Значения коэффициентов могут быть определены по соотношениям;

; ; .


  1   2   3



Скачать файл (1370.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации