Cam mechanism designing with account of the technological load and energy costs

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The problems of the cam mechanisms designing are discussed. The analysis of scientific literature on this problem indicates that today the synthesis of motion laws is usually performed without account of energy costs. The main criteria including phase angles and laws presented either in the analytic form or as tables of the cam profile are considered. The goal of the present study was to develop the method for synthesis of the motion laws of a cam mechanism with the account of energy costs from the payload, moment of inertia force, elastic forces of the mechanism elements and energy of the slave unit. This study is relevant due to the lack of uniform methodology taking into account energy costs during the mechanism design. A computational model of the slay mechanism of STB loom was used in the study. The values of work used to overcome resistance from the technological load, work from the mechanism inertia forces and energy used for elastic deformations of the mechanism elements were calculated to determine the energy costs of the mechanism. The mathematical package MathCad was used in the calculations. The analysis of the calculation results indicates that certain types of fabrics cannot be produced using existing parameters of the slay mechanism. A method for synthesis of cam mechanisms for technological machines including determination of energy costs from the payload, inertia forces and moment on the slave shaft of the cam mechanism was suggested on the basis of the performed studies. The theoretical studies were tested using a model of a particular machine - STB loom. The motion law of the slay mechanism was synthesized. A new profile of the cam in the form of the radius-vector table was suggested. The obtained results make it possible to discriminate assortment abilities of weaving machines by the values of the technological force and recommend their most efficient operation modes to factories.

About the authors

Yu. I Podgornyj

Novosibirsk State Technical University; Novosibirsk Technological Institute (branch) Russian State University named after A.N. Kosygin (Technology. Design. Art)

Email: pjui@mail.ru
20, Prospect K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation; 35, Krasny prospect (5, Potaninskaya st.), Novosibirsk, 630099, Russian Federation

V. Yu Skeeba

Novosibirsk State Technical University

Email: skeeba_vadim@mail.ru
20, Prospect K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

A. V Kirillov

Novosibirsk State Technical University; Novosibirsk State Pedagogical University

Email: kirillovalvs@mail.ru
20, Prospect K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation; 28, Viluiskaya st., Novosibirsk, 630126, Russian Federation

O. V Maksimchuk

Novosibirsk Technological Institute (branch) Russian State University named after A.N. Kosygin (Technology. Design. Art)

Email: ovmak@mail.ru
35, Krasny prospect (5, Potaninskaya st.), Novosibirsk, 630099, Russian Federation

P. Yu Skeeba

Novosibirsk State Technical University

Email: skeeba@rambler.ru
20, Prospect K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation

References

  1. Ondrášek J. The synthesis of a hook drive cam mechanism // Procedia Engineering. - 2014. - Vol. 92. - P. 320-329. - doi: 10.1016/j.proeng.2014.12.129.
  2. Myszka D.H. Machines & mechanisms: applied kinematic analysis. - 4th ed. - Upper Saddle River, NJ: Pearson, 2012. - 376 p. - ISBN-10: 0132157802. - ISBN-13: 978-0132157803.
  3. Mott R.L. Machine elements in mechanical design. - 5th ed. - Upper Saddle River, NJ: Pearson, 2013. - 816 p. - ISBN-10: 0135077931. - ISBN-13: 978-0135077931.
  4. Sateesh N., Rao C.S.P., Janardhan Reddy T.A. Optimisation of cam-follower motion using B-splines // International Journal of Computer Integrated Manufacturing. - 2009. - Vol. 22, iss. 6. - P. 515-523. - doi: 10.1080/09511920802546814.
  5. Vulfson I. Dynamics of cyclic machines. - Cham: Springer International Publ., 2015. - 390 p. - ISBN 978-3-319-12633-3. - doi: 10.1007/978-3-319-12634-0.
  6. Rothbart H.A. Cam design handbook. - New York: McGraw-Hill Professional Publ., 2003. - 606 p. - ISBN-10 0071377573. - ISBN-13: 978-0875841830.
  7. Faxin L., Xianzhang F. The design of parallel combination for cam mechanism // Procedia Environmental Sciences. - 2011. - Vol. 10, pt. B. - P. 1343-1349. - doi: 10.1016/j.proenv.2011.09.215.
  8. Design and analysis of high-speed cam mechanism using Fourier series / C. Zhoua, B. Hua, S. Chenb, L. Mac // Mechanism and Machine Theory. - 2016. - Vol. 104. - P. 118-129. - doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2016.05.009.
  9. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: учебник для втузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1988. - 640 с. - ISBN 5-02-013810-X.
  10. Вульфсон И.И. Динамика цикловых машин. - СПб.: Политехника, 2013. - 425 с. - ISBN 978-5-7325-1024-9.
  11. Dresig H., Vul'fson I.I. Dynamik der mechanismen. - Wien; New York: Springer, 1989. - 328 p. - ISBN 978-3-7091-9036-4. - doi: 10.1007/978-3-7091-9035-7.
  12. Левитский Н.И. Теория механизмов и машин: учебное пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1990. - 592 с. - ISBN 5-02-014188-7.
  13. Фролов К.В. Теория механизмов и машин. - М.: Высшая школа, 1987. - 496 с.
  14. Fomin A., Paramonov M. Synthesis of the four-bar double-constraint mechanisms by the application of the Grubler's method // Procedia Engineering. - 2016. - Vol. 150. - P. 871-877. - doi: 10.1016/j.proeng.2016.07.034.
  15. To the theory of mechanisms subfamilies / A. Fomin, L. Dvornikov, M. Paramonov, A. Jahr // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2016. - Vol. 124. - P. 012055. - doi: 10.1088/1757-899X/124/1/012055.
  16. S&A - Expert system for planar mechanisms design / H. Varbanov, T. Yankova, K. Kulev, S. Lilov // Expert Systems with Applications. - 2006. - Vol. 31, iss. 3. - P. 558-569. - doi: 10.1016/j.eswa.2005.09.081.
  17. Подгорный Ю.И., Афанасьев Ю.А., Кириллов А.В. Исследование и выбор параметров при синтезе и эксплуатации механизмов технологических машин: монография. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. - 196 с.
  18. Исследование и синтез законов движения кулачковых механизмов: монография / Ю.И. Подгорный, А.В. Кириллов, О.В. Максимчук, М.В. Лукин. - Новосибирск: Изд-во НГПУ, 2011. - 219 с.
  19. Алехина Г.Б. Многокритериальный синтез кулачковых механизмов с неформальным заданием законов движения толкателя: дис.. канд. техн. наук: 05.02.18. - Омск, 2000. - 174 с.
  20. Рыбникова Е.В. Динамический синтез кулачковых механизмов с учетом контактного взаимодействия элементов высшей пары: дис.. канд. техн. наук: 05.02.18. - Омск, 2005. - 165 с.
  21. Лукин М.В. Синтез законов движения кулачковых механизмов на основе гармонических составляющих ряда Фурье: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.02.18. - Новосибирск, 2007. - 16 с.
  22. Подгорный Ю.И. Методы исследования заправок, их синтез и разработка критериев оптимальности условий эксплуатации ткацких станков при формировании плотных тканей: дис. … д-ра техн. наук: 05.19.03; 05.02.13: защищена 20.05.1990: утв. 07.12.1990. - Кострома, 1990. - 541 с.
  23. Подгорный Ю.И., Кириллов А.В., Максимчук О.В. Исследование закона движения кулачкового механизма с учетом деформаций конструктивных элементов // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки». - 2014. - № 3. - С. 115-122.
  24. Моделирование несущих систем технологических машин / Ю.И. Подгорный, В.Ю. Скиба, А.В. Кириллов, В.Н. Пушнин, И.А. Ерохин, Д.Ю. Корнев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2014. - № 2 (63). - С. 91-99.
  25. Выбор конструктивных параметров несущих систем машин с учетом технологической нагрузки / Ю.И. Подгорный, В.Ю. Скиба, А.В. Кириллов, О.В. Максимчук, Д.В. Лобанов, В.Р. Глейм, А.К. Жигулев, О.В. Саха // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2015. - № 4 (69). - С. 51-60. - doi: 10.17212/1994-6309-2015-4-51-60.
  26. Определение жесткостных характеристик и энергии деформации несущих систем технологических машин / Ю.И. Подгорный, В.Ю. Скиба, А.В. Кириллов, О.В. Максимчук, Т.Г. Мартынова, Д.В. Лобанов, И.С. Филатов, П.Ю. Скиба // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2016. - № 4 (73). - С. 24-33. - doi: 10.17212/1994-6309-2016-4-24-33.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».