CC BY
27
УДК 681.2.084
МЕХАНИЗМ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ РАКЕТНОЙ ТЕХНИКИ
Д. А. Климовский, Н. А. Смирнов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Технический контроль является важнейшей частью системы управления качеством продукции на машиностроительном предприятии. Приводится конструкция оборудования для контроля геометрических параметров корпусных деталей и сборочных единиц ракетной техники. Выполнена проверка механизма на жесткость и отсутствие избыточных кинематических связей.
Ключевые слова: механизм параллельной структуры, вафельные оболочки, контроль качества.
PARALLEL KINEMATIC MACHINE FOR CONTROL OF GEOMETRIC PARAMETERS ROCKET PARTS
D. A. Klimovskiy, N. A. Smirnov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
Technical control is the most important part of the quality management system of production at an engineering company. The paper presents the design of equipment for the control of geometrical parameters of body parts and assembly units of rocket technology. We verify the mechanism on the stiffness and lack of redundant kinematic relations.
Keywords: parallel kinematic machine, waffle shell, quality control.
Отработка и производство высокоэффективных и обладающих требуемыми показателями надежности изделий ракетной техники невозможны без тщательно спланированной и разветвленной системы контроля и испытаний. Напряженные эксплуатационные условия, использование коррози-онно-активных, токсичных и криогенных компонентов, необходимость обеспечения длительных гарантийных сроков требуют проведения всесторонних проверок, неразрывно связанных с технологическим циклом изготовления ракеты [1].
В связи с усложнением конструкций и повышением требований к точности изготовления деталей РКТ со сложными поверхностями, таких как вафельные оболочки, увеличивается число и время контрольных операций. Поэтому, актуальной задачей становится создание современных автоматизированных комплексов контроля геометрических параметров вафельных оболочек.
Специфика этого контроля вызвана следующими отличительными особенностями данного вида изделий[1]:
- большие размеры деталей и сборочных единиц;
- малая жесткость конструкций;
- высокие требования к точности размеров, геометрической форме и взаимному расположению поверхностей.
Для решения этой проблемы предлагается применить механизм параллельной структуры. Оборудование, основанное на механизмах параллельной структуры, обеспечивает высокую производительность, надёжность и точность. Принцип параллельной кинематики заключается в том, что исполнительный орган связан с основанием замкнутыми кинематическими цепями, каждая из которых имеет несколько приводов или налагает какие-либо связи на движение выходного звена. Требуемая траектория перемещения инструмента относительно детали достигается согласованным изменением
Секция «Механика конструкций ракетно-космической техники»
положения всех приводов. Такие механизмы, в отличие от традиционных манипуляторов, воспринимают нагрузку как пространственные фермы, что ведёт к повышению точности, грузоподъёмности и жесткости всей конструкции [2-6]. Конструкция оборудования представлена на рисунке:
Конструкция для контроля геометрических параметров вафельной оболочки
Конструкция состоит из следующих частей: 1 - три опоры, расположенные под углом 120° друг к другу; 2 - подвижный стол, на который устанавливается обечайка; 3 - направляющие для подвижного стола; 4 - ползуны передачи винт-гайка, линейно перемещающийся под верхними балками; 5 -связующие стержни механизма параллельной структуры, причем стержень на центральной балке может вращаться только вокруг оси ¥, а стержни на боковых балках вокруг осей ¥ и 2. Это обеспечивается конструкцией связующих шарниров, что дает механизму возможность передвижения выходного звена в плоскости 20Х и его вращения вокруг оси ¥; 6 - подвижная платформа; 7 - измерительное приспособление; 8 - приспособление для базирования и вращения обечайки.
Для анализа кинематической структуры механизма параллельной кинематики воспользуемся известной формулой Сомова-Малышева [7], согласно которой общее число степеней подвижности кинематической структуры относительно неподвижного основания для пространственного механизма определяется:
Н = 6п - 5Р1 - 4Р2 - 3рз - 2р^ - р5
где п - общее число подвижных звеньев кинематической цепи; р^ - число кинематических пар с / степенями подвижности (/ = 1^5).
После вычисления Н необходимо проверить степень неподвижности Н' кинематической структуры при условии, что ведущие звенья неподвижны. Под ведущими понимаются звенья, законы движения которых заданы. Тогда для пространственной кинематической структуры:
н' = 6(п -п')-5(р -р1)-4(Р2 -р2)-3(Рз -р3)-2(Р4 -р4)-(Р5 -р5) ,
где п' - число ведущих звеньев кинематической цепи; р '1 - число ведущих кинематических пар с ? степенями подвижности (/ = 1^5);
На основе расчета по вышеизложенным формулам определяют следующее:
Если Н' > 0 - механизм нежесткий;
Если Н' < 0 - имеются избыточные механические связи и структуру следует изменить так, чтобы соблюдалось условие Н' = 0.
В нашем случае п = 7; р1 = 5; р2 = 2; рз = 2; п' = 3; р' 1 = 3.
Тогда
Н = 6 • 7 - 5 • 5 - 4 • 2 - 3 • 2 = 42 - 25 - 8 - 6 = 3;
Н' = 6 (7 - 3)-5 (5 - 3)- 4 • 2 - 3 • 2 = 24 -10 - 8 - 6 = 0.
Механизм имеет три степени свободы, жесткий, без избыточных кинематических связей.
Использование такого рода механизмов при контроле крупногабаритных деталей ракетной техники позволит, наряду с повышением точности установки измерительного инструмента, уменьшить время и трудоемкость контрольных операций.
Библиографические ссылки
1. Гардымов Г. П., Парфенов Б. А., Пчелинцев А. В. Технология ракетостроения : учеб. пособие. СПб. : Спец. лит., 1997. 320 с. ISBN 5-87685-077-2.
2. Рыбак Л. А., Ержуков В. В., Чичварин А. В. Эффективные методы решения задач кинематики и динамики робота станка параллельной структуры. М. : Физматлит, 2011. 148 с. ISBN 978-5-922112963.
3. Прогрессивное машиностроительное оборудование : монография / В. В. Ержуков, А. Г. Ивах-ненко, Е. О. Ивахненко и др. / под ред. А. В. Киричека. М. : Изд. дом «Спектр», 2011. 248 с. ISBN 9785-904270-83-4.
4. Кузнецов Ю. Н., Дмитриев Д. А., Диневич Г. Е. Компоновки станков с механизмами параллельной структуры / под ред. Ю. Н. Кузнецова. Херсон : I II I Вишемирський В. С., 2010. 471 с. ISBN 978-9668912-44-3.
5. Обрабатывающее оборудование нового поколения. Концепция проектирования / В. Л. Афонин, А. Ф. Крайнев, В. Е. Ковалев и др. / под ред. В. Л. Афонина. М. : Машиностроение, 2001. 256 с. ISBN 5-217-03093-3.
6. Кун С., Госселин К. Структурный синтез параллельных механизмов / пер. с англ. Л. А. Рыбак, А. В. Чичварина / под. ред. А. В. Синева. М. : Физматлит, 2012. 276 с. ISBN 978-5-9221-1396-0.
7. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин : учебник для втузов. - 4-е изд., перераб. и доп. М. : Наука, 1988. 540 с.
© Климовский Д. А., Смирнов Н. А., 2016
