Задача синтеза шарнирного четырехзвенного механизма в работе [35] представлена как задача математического программирования, которая заключается в проектировании шарнирного четырехзвенника, присоединительная точка которого описывает заданную кривую с наибольшей точностью, а повороты кривошипа с возможно большей точностью соответствуют требуемым значениям. При этом накладывается ряд ограничений: на размеры звеньев механизма, на положения шарнирных точек, на величины сил и моментов звеньев механизма и т.д. Решение авторы получают методом итераций с помощью ЭВМ. Приведены примеры механизмов, воспроизводящих прямую линию, кривую в форме восьмерки и дугу окружности.
В работах Э.Е.Пейсаха [4], [36] дано систематическое изложение оптимизационного синтеза плоских рычажных механизмов. В этих работах показана возможность при синтезе наряду с воспроизведением заданного движения (главного условия), учесть и дополнительные условия, характеризующие критерии качества и имеющие обычно форму неравенств. К таким условиям, например можно отнести: существование механизма, конструктивные, кинематические, динамические и иные ограничения. В работе [4] Э.Е.Пейсах предложил “обратно градиентный” метод поиска, который позволяет учесть такие неблагоприятные особенности целевой функции, как нелинейность, многоэкстремальность, наличие оврагов на ее гиперповерхности и др.
Задачи синтеза в ряде случаев могут быть решены на базе метода “блокируемых зон” [4]. Данный метод предполагает получение в аналитической форме не только собственно решения задачи синтеза, но и областей существования решений (блокируемых зон). В соответствии с этим методом в результате решения задачи синтеза в аналитическом виде могут быть получены области возможных значений задаваемых и свободных параметров механизма.
Из приведенного обзора литературных источников следует, что большинство современных аналитических методов кинематического анализа и синтеза рычажных механизмов основано на применении широких возможностей вычислительной техники, для чего разрабатывается соответствующее программное обеспечение. В настоящее время существует большое число пакетов программ, посвященных кинематическому анализу и синтезу рычажных механизмов [38],[39],[40],[41],[42],[43],[44]. В табл. 1.1. представлены некоторые наиболее существенные из последних разработок в этой области. Следует отметить, что в основном они пригодны для кинематического анализа плоских рычажных механизмов (разработаны общие алгоритмы [4] и программы анализа на ЭВМ). Для механизмов достаточно сложной структуры, решение задач кинематического анализа с помощью этих программ практически невозможно. Синтез рычажных механизмов имеет еще более высокую сложность и зависит от поставленной конструктором задачи, структуры синтезируемого механизма и множества условий (ограничений). Существующие программы синтеза рычажных механизмов в большинстве своем ориентированы на решение задач определенного конкретного класса (например, синтез четырехзвенного передаточного механизма, шестизвенного механизма с выстоем [4] и т.п.) и также не могут претендовать на общность. Исходя из сказанного, следует, что в будущем для новых достаточно сложных рычажных механизмов необходимо разрабатывать новые пакеты программ для решения конкретных задач анализа и синтеза в зависимости от технологических и конструктивных требований к ним.
| Таблица 1.1. Программы кинематического анализа и синтеза рычажных механизмов на ПЭВМ. | |
| Название пакета | Краткое описание возможностей |
| GISK-4000 | Система синтеза плоских рычажных механизмов, включающая модули: ANEK – анализа кинематики; IBSE – ввод структуры механизма; GIKO – выдача результатов в графической форме. |
CUED | Пакет программ кинематического анализа механизмов. Пакет позволяет производить кинематический анализ механизма (состоит из процедур написанных на языке программирования Фортран). |
| КАМ | Кинематический анализ плоских рычажных механизмов, включающих в себя двухповодковые структурные группы первых трех модификаций. |
| KSM | Решение задач синтеза четырехзвенных и шестизвенных рычажных механизмов. |
| ALBUM | Компьютерный альбом по рычажным механизмам. |
| SYNMECH | Синтез шестизвенного рычажного механизма с выстоем. |
| LINKAGES | Компьютерная система структурного и кинематического анализа рычажных механизмов (включает в себя базу знаний по рычажным механизмам). |
| RECSYN | Оптимизационный синтез четырехзвенных механизмов по двум, трем или четырем точным положениям . |
| KINEMA 5 | Кинематический анализ плоских рычажных механизмов. |
Механизм транспортирования ткани относится к основным механизмам швейной машины, поэтому практически любая литература, посвященная проектированию швейных машин, содержит разделы, связанные с его конструкцией или проектированием. Среди наиболее известных следует отметить работы А.Н.Архипова [46],[47], Н.М.Вальщикова [48], В.П.Гарбарука [49], А.И.Комиссарова [50], Е.А.Маракушева [51], В.П.Полухина [52],[53],[60], Л.Б.Рейбарха [54].
Кроме указанных работ существует большое количество публикаций, посвященных исследованиям транспортирующих механизмов швейных машин. Их анализ позволяет выделить следующие направления в исследованиях транспортирующих механизмов:
- анализ структуры и конструкций;
- кинематический анализ;
- синтез и оптимизация;
- экспериментальные исследования;
- исследования динамики.
Анализу структуры и конструкций транспортирующих механизмов швейных машин посвящены работы S.Mende [61], М.М.Закарая и др. [62], В.И.Дзюба и др. [63], В.П.Полухина, Л.К.Милосердного [53],[64], Б.С.Сункуева и др. [65], Ю.Ю.Щербаня и А.В.Горобца [66],[67],[68],[69]. S.Mende в работе [61] привел анализ конструкций механизмов транспортирования ткани реечного типа. Отмечено, что в качестве привода рейки, как правило, используются шести и восьмизвенные рычажные механизмы с высшими и низшими кинематическими парами. Статья М.М.Закарая и др. [62] посвящена анализу структурных ошибок в механизмах перемещения материала машин беспосадочного шва. В этой работе рассмотрены условия обеспечения синхронности перемещений рейки и иглы.
В.И.Дзюба и Б.В.Орловский [63] предлагают свой метод выбора кинематической схемы транспортирующего механизма, реализованный при разработке специальной швейной машины для прошивки и сборки застежки-молнии. Для этого авторы на основе анализа требований, предъявляемых к механизму, и на основании опроса мнений экспертов, построили статистическую регрессионную модель, описывающую зависимость обобщенного критерия качества от функциональных, эксплуатационных и экономических показателей (наличие кинематического разрыва в месте взаимодействия рабочего органа и спирали молнии, возможная степень регулирования величины шага продвижения спирали, количество звеньев механизма, количество высших кинематических пар, уровень шума, вибрации и др.). Анализ полученной модели, позволил выделить наиболее существенные параметры, описывающие качество механизма и, изменяя их, выбрать оптимальную кинематическую схему.
Сравнительный анализ механизмов перемещения с точки зрения снижения нагрузки на распределительный вал швейной машины приведен в статье Ю.Ю.Щербаня и В.А.Горобца [66]. В этой статье авторы на основе результатов исследования динамики транспортирующего механизма швейной машины 1022М кл. предлагают структурную схему механизма транспортирования, обеспечивающую уменьшение нагрузки на распределительный вал швейной машины.
В работах Л.К.Милосердного, В.П.Полухина, Б.С.Сункуева [53],[64], [65] рассмотрено построение конструктивно-унифицированных рядов швейных машин. При этом важна тщательная разработка структурной, кинематической и конструктивной схемы механизма (в том числе и механизма транспортирования ткани) базовой машины ряда.
С точки зрения структуры большой интерес представляют механизмы вертикального дифференциала. В этих механизмах в момент перемещения материалов возможен так называемый эффект “перепляса” прижимной лапки [66]. Ю.Ю.Щербань и В.А.Горобец в статье [66] предлагают в момент перемещения материалов механизм такого типа рассматривать как механизм, одним из звеньев которого является транспортируемый материал. В работе описывается алгоритм анализа структуры подобных механизмов. Продолжая эту тему, авторы в работах [68],[69] предлагают классификацию способов перемещения материалов верхней и нижней рейками по характеру воздействия рабочих органов транспортирования на материал. На основе анализа способов воздействия рабочих органов транспортирования на материал предлагается система изменения модификаций механизма для обеспечения эффективного перехода на различные способы транспортирования в зависимости от свойств материала и выполняемой технологической операции.
Разработке методов кинематического анализа механизмов транспортирования ткани швейных машин и соответствующего этой задаче алгоритмического и программного обеспечения посвящены работы. [67],[71],[72]. В работе Ю.Ю.Щербаня и В.А.Горобца [71] с помощью мини-ЭВМ проведен кинематический анализ механизма вертикального дифференциала машины 897 кл., структура которого меняется в течении рабочего цикла (транспортирования и холостого хода). В статье Zhao Xifang, Zhang Zongming [72] проведено исследование механизма транспортирования на примере машины челночного стежка FB2-1 кл. Отмечается, что механизм транспортирования этой машины в составе кинематической цепи подъема и подачи содержит трехцентровые кулачки. С помощью разработанной программы для ЭВМ производится: оценка изменения траектории движения рейки в зависимости от регулировок механизма; оптимизация траектории движения рейки, в результате которой обеспечивается прямолинейный участок траектории рейки во время рабочего хода. В статье Ю.Ю.Щербаня и В.А.Горобца [74] предложена методика поэтапного определения кинематических характеристик трехповодковых групп, одним из звеньев в которых является транспортируемый материал. Разработано соответствующее программное обеспечение.