Галкин П.А. - Синтез и кинематический анализ рычажных механизмов

ТММСИНТЕЗ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙАНАЛИЗ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВТамбов♦Издательство ГОУ ВПО ТГТУ♦♦2010Министерство образования и науки Российской ФедерацииГосударственное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Тамбовский государственный технический университет»ТММ. СИНТЕЗ ИКИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗРЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВМетодические указаниядля студентов дневного и заочного отделенийспециальностей 240801, 260601, 280102, 190601,110301, 151001, 10304, 150400к выполнению расчётно-графической работыпо дисциплине «Теория механизмов и машин»ТамбовИздательство ГОУ ВПО ТГТУ2010УДК 621.01(076)ББК К445.51я73-5Г161Рекомендовано Редакционно-издательским советом университетаР еце нз е нтЗаведующий кафедрой «Прикладная механика и сопротивлениематериалов», доктор технических наук, профессор ГОУ ВПО ТГТУВ.Ф.

ПершинСо с та в и те льП.А. ГалкинГ161ТММ. Синтез и кинематический анализ рычажных механизмов :метод. указания / сост. П.А. Галкин. – Тамбов : Изд-во ГОУ ВПОТГТУ, 2010. – 32 с. – 100 экз.Приведены основные теоретические положения синтеза рычажныхмеханизмов по заданным условиям, а также методы их кинематическогоанализа. Дана последовательность выполнения расчётно-графической работы с необходимыми пояснениями.Предназначены для студентов дневного и заочного отделенийспециальностей 240801, 260601, 280102, 190601, 110301, 151001, 110304,150400.УДК 621.01(076)ББК К445.51я73-5 Государственное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Тамбовский государственный техническийуниверситет» (ГОУ ВПО ТГТУ), 2010Учебное изданиеТММ.

СИНТЕЗ ИКИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗРЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВМетодические указанияСо с та в и те льГАЛКИН Павел АлександровичРедактор Л.В. Ко м бар о ваИнженер по компьютерному макетированию И.В. Е вс еев аПодписано в печать 27.05.2010Формат 60 × 84 /16. 1,86 усл.

печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 316Издательско-полиграфический центр ГОУ ВПО ТГТУ392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14ВВЕДЕНИЕДанные методические указания рекомендуются для студентов при выполнении расчётно-графической работы (РГР) потеории механизмов и машин в соответствии с программой стандарта специалистов (240801, 260601, 280102, 190601, 110301,151001, 110304, 150400).

Выполнение РГР предусмотрено в рамках самостоятельной работы студентов по дисциплине инаправлено на практическое освоение методов исследования и проектирования схем механизмов, необходимых для созданиямашин, приборов, автоматических устройств и комплексов, развитие творческой деятельности студентов.В методических указаниях приведены основные теоретические положения синтеза рычажных механизмов по заданнымусловиям, а также методы их кинематического анализа с помощью кинематических диаграмм и планов скоростей иускорений на примере шарнирного четырёхзвенника и дезаксиального кривошипно-ползунного механизма. Также данапоследовательность выполнения расчётно-графической работы с необходимыми пояснениями.Работа оформляется в соответствии с СТП ТГТУ 07–97 на стандартных листах бумаги формата А4 (210×297),пронумерованных и сшитых в тетрадь с плотной обложкой. Графическая часть оформляется на листе бумаги формата А2(420×594) и включает в себя графические построения для синтеза механизма в соответствии с заданием, кинематическиедиаграммы движения выходного звена механизма, планы скоростей и ускорений для заданного положения механизма.1.

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯК рычажным относятся механизмы, в состав которых входят только низшие кинематические пары, к достоинствамкоторых относится небольшой износ соприкасающихся поверхностей, долговечность и надёжность в работе. Эти механизмымогут передавать значительные усилия и мощности, и обладают достаточно высоким КПД. Однако рычажные механизмы, вотличие от кулачковых, воспроизводят только некоторые функции положения и не могут обеспечить любое наперёдзаданное движение ведомого звена.Проектирование механизмов представляет собой сложную комплексную проблему, решение которой разбивается нанесколько этапов. Первым этапом является выбор кинематической схемы механизма, которая бы обеспечивала реализациювыбранного закона движения.

Ко второму этапу относится разработка конструкторских форм механизма, обеспечивающихего прочность и долговечность. Третьим этапом проектирования является разработка технологических и техникоэкономических показателей механизма.В теории механизмов рассматриваются и решаются задачи первого этапа проектирования, называемого синтезоммеханизма, в рамках которого разрабатывается кинематическая схема механизма по исходным данным. Различают два этапасинтеза механизма:1. Структурный синтез, в ходе которого устанавливается структурная схема механизма по справочным материаламили на основе анализа видов движения, которые должны быть реализованы.

При этом из нескольких возможныхструктурных схем следует выбрать наиболее простую.2. Определение постоянных параметров выбранной схемы механизма с учётом заданных свойств. Этот этап начинаетсяс кинематического синтеза, под которым понимается определение постоянных параметров кинематической схемымеханизма по заданным его кинематическим свойствам. Если требуется учесть и динамические свойства механизма, торешается задача динамического синтеза, под которым понимается проектирование кинематической схемы механизма сопределением параметров, характеризующих распределение масс звеньев.Под параметрами синтеза понимаются независимые между собой параметры, определяющие схему механизма.

К нимотносятся длины звеньев, положения точек, описывающих заданные траектории или имеющие заданные значения скоростейи ускорений, массы звеньев, моменты инерции и т.п. Часть этих параметров может быть задана (входные параметры), другиеопределяются в процессе синтеза (выходные параметры).При синтезе механизма требуется учитывать многие условия, связанные с его назначением, эксплуатацией, технологиейизготовления и т.п.

Из этих условий выбирают одно основное (например, получение заданной траектории или угла размаха).Все остальные условия являются дополнительными (например, ограничения длин звеньев или углов давления, минимальныегабариты и т.п.). Основное условие выражается в виде функции, называемой целевой. Дополнительные условия(ограничения) выражаются в виде неравенств, устанавливающих допустимые области существования параметров синтеза.В данной работе рассматривается реализация кинематического синтеза на примере таких элементарных механизмов какшарнирный четырёхзвенник и кривошипно-ползунный механизм, которые являются основой многих простейших четырёх- ишестизвенных механизмов.1.2. СВОЙСТВА ШАРНИРНОГО ЧЕТЫРЁХЗВЕННИКАВ зависимости от видов движений звеньев различают три разновидности этого механизма: двухкривошипный, вкотором ведущее и ведомое звенья совершают полный оборот; кривошипно-коромысловый, где одно звено непрерывновращается, а другое совершает возвратно-вращательное движение, и двухкоромысловый с возвратно-вращательнымдвижением обоих звеньев.Двухкривошипный механизм (рис.

1, а) применяется для передачи вращения с одного вала А на другой D. Приравномерном вращении ведущего звена 1 ведомое 3 будет вращаться неравномерно, т.е. двухкривошипные механизмыимеют переменное передаточное отношение, среднее значение которого всегда равно единице.а)б)Рис. 1Частным случаем является механизм шарнирного параллелограмма (рис. 1, б), у которого АВ = СD и ВС = АD, углыповорота ведомого ψ и ведущего ϕ звеньев будут равны в любом положении, т.е. звенья 1 и 3 вращаются с одинаковойскоростью и передаточное отношение U13 постоянно и равно единице.Шарнирный четырёхзвенник будет двухкривошипным, если межцентровое расстояние AD будет меньше длины любогоподвижного звена, а сумма межцентрового расстояния и длины наибольшего из подвижных звеньев будет меньше суммыдлин двух других звеньев.Кривошипно-коромысловый механизм (рис. 2) применяется для преобразования непрерывного вращения ведущего звена– кривошипа 1 в возвратно-вращательное движение ведомого звена – коромысла 3 и наоборот.

Крайние положениямеханизма наступают, когда кривошип АВ и шатун ВС располагаются на одной прямой.Перемещение коромысла из одного крайнего положения Cн D в другое Cк D происходит при повороте кривошипа наугол ϕ рх , а обратный ход коромысла – во время поворота кривошипа на угол ϕ хх . Углы ϕ рх и ϕ хх называют фазовымиуглами соответственно прямого (рабочего) и обратного (холостого) ходов.Так как ϕ рх > ϕ хх на величину 2θ, то при равномерном вращении кривошипа скорость выходного звена на рабочемходу будет меньше чем на холостом. Направление вращения кривошипа следует выбирать так, чтобы из начальногоположения он двигался в сторону угла рабочего хода.