Тимофеев Г.А. - Теория механизмов и машин. Курс лекций, страница 10

Решение многих задач синтеза и анализа рычажных механизмов связано с большим объемом вычислительных операций. Поэтому автоматизация проектирования является одной из важнейших задач — фактором, определяющим технический уровень, качество и эффективность новой техники. Можно с полным основышем утверждать, что автоматизация проектирования в ближайшие годы станет одной из основных областей применения ЭВМ. Этапы проектирования механизмов Проектирование механизмов представляет собой сложную комплексную проблему, решение которой разбивается 'на несколько этапов.

Первым этапом проектпирования является выбор кинематической схемы механизма, которая аа йвкцвв 4 бы обеспечивала требуемый вид и закон движения. Ко второму этапу относится разработка конструкторских форм механизма, обеспечивающих его прочность и долговечность. Третьим этапом щюентироеанил является разработка технологических и технико-экономических показателей проектируемого механизма.

В теории механизмов в основном рассматриваются и решаются задачи первого этапа проектирования, с помощью которых разрабатываются кинематические схемы механизмов, воспроизводшцих требуемый закон движения. Проектирование механизма начинается с выбора структурной схемы. Ее выбирают из справочных материалов или разрабатывают на основе анализа видов движения, которые должны быть реализованы. Этот этап проектирования называется структурным синтезом. Разработчик должен в первом приближении оценить кинематические, силовые, точностные и другие характеристики механизма, что заранее сделать трулно, а часто — невозможно.

Если имеется несколько структурных схем различных механизмов, пригодных для реализации требуемых параметров, то из них следует выбрать наиболее простую. На практике выбор структурной схемы производится чаще всего на основе предшествующего опыта, знаний или интуиции проектировщика. При огромном разнообразии схем одних только рычажных механизмов 11 — 91 такой эвристический подход к их выбору оправдан. Однако далеко не всегда проектироввгик выбирает удачную структурную схему, о чем свидетельствуют конструкции многих существующих механизмов, применяемых в машинах и приборах.

Вопрос рационального выбора структуры проектируемого механизма сравнительно сложен 19, 12, 14, 15, 201, поскольку он трудно поддается формализации и недостаточно освещен в литературе по теории механизмов, После выбора структурной схемы механизма определяют геометрические размеры звеньев. При этом учитываются в основном геометрические функции, которые должен реализовать механизм. Этот этап проектирования называют этапом геомегпрического синтеза механизма, в режиме которого определяют относительные размеры звеньев, т.е.

отношение геометрических размеров звеньев к размеру одного из них. Относительные геометрические размеры звеньев называются геометрическими параметрами механизма. Зтввы врввктмрвввккк ивхвмвзивв Структурный и геометрический синтез позволяет получить кинематическую схему механизма, отвечающую требованиям, предъявляемым к проектируемому механизму.

Геометрические функции, которые должен реализовать проектируемый механизм, воспроизводятся им с определенной точностью и определяются условиями работы механизма, обусловленными технологическим процессом. На основании анализа спроектированного механизма по степени точности воспроизведения заданной функции решают, пригоден ли полученный механизм или необхолимо провести корректировку предыдущих этапов проектирования с изменением исходных данных.

Если и повторные просчеты не дают удовлетворительных результатов, то необходимо перейти к другой структурной схеме мсхшшзма н выполнить для псе соответствующие расчеты. Этот этап проектирования называют этапом точностного проектирования, Таким образом, задача проектирования механизма является сложной, многопараметрической, причем число исходных параметров механизма, как правило, больше числа исходных данных, поэтому частью параметров прихолится варьировать. По принципу использования рычажные механизмы делятся на две группы.

1. Передаточные механизмы, реэлизуюн1ие заданную функциональную зависимость между положениями входного и выходного звеньев механизма или между их перемещениями. 2. Папраеллюи1ие механизмы, в которых точка на звене, совершающем сложное движение, перемещается при движении механизма по заданной траектории. Решение указанных задач синтеза рычажных механизмов с низшими парами может вестись как графическими, так и аналитическими методами. Выбор метода в значительной мере зависит от тех условий, которые поставлены при проектировании (в частности, точность). Графические методы нагляднее и проще с точки зрения их усвоения, но недостаточно точны. В последние годы учеными нщроко развиты аналитические моголы синтеза механизмов с низшими парами. Схемы возможных вариантов проектирования наиболее распространенных механизмов представлены на рис.

4.1. дикции о О е О С врашающгйкя кулисой С качающейся ку:шсой Зтаиы проектирования механизмов А и А и ! !о козффиписиту измеиеипи средней скорости выходном звена (коромысла ! и По трем иоложсииям коромысла По трем положениям ползуиа По двум иоложси ням иолзуиа По срсдисй скорости ползуиа В начальной стадии проектирования машинного агрегата при выборе кинематической схемы для осуществления заданного движения рабочего органа, с переменными скоростями движения в течение цикла, разработчик обращает внимание на.четырехзвенные механизмы (рис. 4.2), абразованные на основе четырехзвенной шарнирной кинсматической цепи (а): кривошипно-коромысловый.механизм (б); двухкривошипный механизм (в); двухкоромысловый механизм (г); механизм параллелограмма,(д) (1, = 1н 1, = 1,); механизм антипараллелограмма с противоположйым на- и и и о в $3 - з Я- г к О о я к о й По заданным размерам коромысла, мсжоссвого расстояния к углу качаиия коромысла По ходу иолпуиа и ко:к[х[иип1сгпу измепгиия его срслисй скорости В 1г С л ' 14 'В е Рис.

4.2 правлением вращения кривошипа (е) (1, < 1,); механизм антипараллелограмма с одинаковым направлением вращения . кривошипов (ж) (1, > 1„). Составляющие элементы: кривошип 1; шатун 2; коромьгсло 3 и стойка 4. Другой вариант выбора кинематической схемы — на основе четырехзвенной цепи с тремя вращательными и одной поступательной парами (рис. 4.3): исходная аксиальная кинематическая цепь (а); кривошиппо-ползунный механизм (б); кривошипно-шатунный механизм (в) (1, < 1,); коромыслово-ползунный механизм (г) (1, «1,); кривошипнокулисный механизм с качающейся кулисой (д, е) (1, < 1„); кривошишю-кулисный механизм с вращающейся кулисой (ж, з) (1, < 1,). Если поставлегп!ую задачу нельзя решить с помощью четырехзвенного механизма, разработчик усложняет кинематическую схему, применяя шестизвепные или более сложные механизмы, образованные присоединением к одному из звеньев двухповодковой группы [1, 2, 4, 5, 6[.

Подробные сведения о кинематических и конструктивных модификациях приведенных механизмов можно найти в работах [1 — 4, 7, 201. Геометрический синтез механизма заключается в определении постоянных параметров его кинематической схемы, исходя из условий задачи синтеза.

Эти условия могут , бьгтв разнообразными по содержанию„но аналитически они представляют собой условия связей, накладываемых па па- 84 Лекции с Условие сушаствоввиив кривошиоз от соотношения длин звеньев 111. Сперва рассмотрим плоский шарнирный чсгырехзвенник ЛВСР (рис. 4.4, а) с длинами звеньев а, Ь, с и Е Для того чтобы звено ЛВ могло стать кривошипом, оно должно при вращении последовательно пройти через крайние левое (ЛВ,) и правое (ЛВ„) положения.

Предположим, что а — длина самого короткого звена, с1' — самого длинного, и, используя известное соотношение между длинами сторон треугольника (длина стороны треугольника меньше суммы двух друп1х его сторон), запишем следующие неравенства: из ЬВ,С,Р (4.1) 0+а<Ь+с; И-а«Ь+с. (4.2) Независимо от соотношения длин Ь и с неравенство (4Л ) всегда обеспечит выполнение перавепства (4.2).

Рис. 4.3 раметры механизма, н имеют форму уравнений или неравенств. В ряде случаев условие синтеза формулируется в виде требования мпнимизации функции параметров механизма, принимающей неотрицательные значения. Кроме параметров механизма в условиях синтеза фигурируют обычно н задаваемые величины или функции (например, заданная для воспроизведения функция перемещения механизма, заданный угол размаха выходного звена, заданный допустимый угол давления). Условие существования кривошипа в плоских четырехзвенных механизмах Важной кинематической характеристикой при синтезе механизма является проворачиваемость его звеньев (наличие в нем одного или двух кривошипов), которая зависит к тасю мсющпч ° °: В1цв Яекпнн 4 Если же самым длинным звеном являс"гся звено ВС или СР (Ь > с > г1), или (с > Ь > 4, то неравенство только усиливается.

Позиции АВ, и АВ характеризуют крайние положения коромысла СР. Звено ВС согласно рисунку 4А, а не делает полного оборота относительно стойки АР и потому является шатуном. Неравенство (4.1) позволяет дать общую формулировку условия проворачиваемости звена плоского шарнирного четырехзвенника, а именно — самое короткое звено шарнирного четырехзвенника может быть кривошипам, если сумма длин самого короткого и самого длинного звеньев меныпе суммы длин остальных звеньев. Это положение носит название яраогьта Грасгофа.

Применяя это правило, шарнирные четырехзвенники разбивают на три группы: 1) механизм будет кривошипно-коромыслоным (рис. 4А)„если за стойку принято звено, расположенное рядом с самым коротким," 2) механизм будет двухкривошипным, если сумма длин самого короткого и самого длинного звеньев меньше суммы длин остальных звеньев и за стойку принято самое короткое его звено; это следует из того, что, если кривошип при выполнении правила Грасгофа делает полный оборот относительно стойки и шатуна, то и эти звенья совершают полный оборот относительно криво- шипа; 3) механизм будет двухкоромысловым, если размеры его звеньев не удовлетворяют правилу, а также в том случае, когда сумма длин самого короткого и самого длинного звеньев меньше суммы длин остальных звеньев, но самое короткое его звено является шатуном (рис. 4.4, 6), и, следовательно, возможность быть ему кривошипам отпадает, потому что оно не является звеном, расположенным рядом со стойкой.