timofeev_tmm (Курс лекций теория механизмов и машин Тимофеев Г.А.), страница 10

В. Ассуром. При этом механизм образуетсяиз первичного механизма (обычно кривошип со стойкой)и присоединенных к нему групп нулевой подвижности.Чтобы избежать избыточных связей, необходимо, чтобыони отсутствовали как в первичном механизме, так и в присоединяемых группах. При структурном синтезе механизмабез избыточных связей с W = 1 (частный случай) необходимо соблюдать правила:• замкнутая кинематическая цепь механизма с W = 1и одним контуром без избыточных связей (q = 0) должнаиметь такой набор кинематических пар, чтобы сумма ихподвижностей была равна семи для пространственного механизма и четырем — для плоского;• последующие присоединяемые группы звеньев должны иметь в своем составе такой набор кинематических пар,чтобы сумма подвижностей образованного после присоединения замкнутого контура была равна шести для пространственного механизма и трем — для плоского.Давайте разберем два примера структурного синтеза(рис.

3.8, 3.9).Пример 2.Дано: M = W + Гш + Гп.21ϕ315++4452163Пример 1.Дано: M = W + Г1 + Г1.Г1W=11ϕГ12++356214Рис. 3.94531Рис. 3.84235Структурный анализ — задача, обратная синтезу. Структурный анализ заданного механизма следует производитьпутем расчленения его на структурные группы и первичныемеханизмы в порядке, обратном образованию механизма.От структурной схемы механизма при этом отделяют поодной все структурные группы таким образом, чтобы оставшаяся цепь продолжала быть механизмом. После снятиявсех групп должны остаться первичные механизмы, количество которых определяет число степеней свободы механизма (рис.

3.10).Ëåêöèÿ 358Пример 3.Дано: поперечно-строгальный станок.4Wпл = 3n − 2pн;5DFWпл = 3 ⋅ 5 − 2 ⋅ 7 = 1;Wпл = 1.EËåêöèÿ 4621Ïðîåêòèðîâàíèå ïëîñêèõ ðû÷àæíûõ ìåõàíèçìîâBA3ГVC4DF5E3+2BГIII+1W=1CРис. 3.10Контрольные вопросы и задания к лекции 31. Что называется синтезом механизма?2. Что входит в задачи структурного синтеза механизмов?3. Расскажите о структурной классификации механизмов снизшими кинематическими парами в трехмерном трехподвижномпространстве.4. Дайте определение группы Ассура.5. Что определяет порядок структурной группы?6. Что называется первичным механизмом? Назовите известные первичные механизмы.Плоские рычажные механизмы, звенья которых образуют вращательные или поступательные кинематическиепары, получили широкое распространение в современноммашино- и приборостроении.

К достоинствам механизмовотносятся высокая технологичность изготовления, возможность выполнения шарнирных соединений на подшипникахкачения и небольшой износ соприкасающихся поверхностей, долговечность и надежность в работе. Кроме того, длямеханизмов, образованных при помощи звеньев, входящихв низшие пары (в отличие от кулачковых механизмов), нетребуется пружин и других устройств, обеспечивающихпостоянное замыкание кинематических пар. Подавляющеебольшинство шарнирно-рычажных механизмов преобразует равномерное движение ведущего звена в неравномерноедвижение ведомого и относится к механизмам с нелинейной функцией положения ведомого звена.Решение многих задач синтеза и анализа рычажныхмеханизмов связано с большим объемом вычислительныхопераций.

Поэтому автоматизация проектирования является одной из важнейших задач — фактором, определяющимтехнический уровень, качество и эффективность новойтехники. Можно с полным основанием утверждать, что автоматизация проектирования в ближайшие годы станет одной из основных областей применения ЭВМ.Ýòàïû ïðîåêòèðîâàíèÿ ìåõàíèçìîâПроектирование механизмов представляет собой сложную комплексную проблему, решение которой разбиваетсяна несколько этапов. Первым этапом проектирования является выбор кинематической схемы механизма, которая бы6061Ëåêöèÿ 4Ýòàïû ïðîåêòèðîâàíèÿ ìåõàíèçìîâобеспечивала требуемый вид и закон движения. Ко второму этапу относится разработка конструкторских форммеханизма, обеспечивающих его прочность и долговечность.

Третьим этапом проектирования является разработка технологических и технико-экономических показателейпроектируемого механизма.В теории механизмов в основном рассматриваются ирешаются задачи первого этапа проектирования, с помощью которых разрабатываются кинематические схемымеханизмов, воспроизводящих требуемый закон движения.Проектирование механизма начинается с выбора структурной схемы. Ее выбирают из справочных материалов илиразрабатывают на основе анализа видов движения, которые должны быть реализованы.

Этот этап проектированияназывается структурным синтезом. Разработчик долженв первом приближении оценить кинематические, силовые,точностные и другие характеристики механизма, что заранее сделать трудно, а часто — невозможно.Если имеется несколько структурных схем различныхмеханизмов, пригодных для реализации требуемых параметров, то из них следует выбрать наиболее простую.На практике выбор структурной схемы производитсячаще всего на основе предшествующего опыта, знаний илиинтуиции проектировщика. При огромном разнообразиисхем одних только рычажных механизмов [1—9] такойэвристический подход к их выбору оправдан. Однако далеконе всегда проектировщик выбирает удачную структурнуюсхему, о чем свидетельствуют конструкции многих существующих механизмов, применяемых в машинах и приборах.Вопрос рационального выбора структуры проектируемогомеханизма сравнительно сложен [9, 12, 14, 15, 20], 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, которыедолжен реализовать механизм. Этот этап проектирования называют этапом геометрического синтеза механизма,в режиме которого определяют относительные размерызвеньев, т.е. отношение геометрических размеров звеньевк размеру одного из них. Относительные геометрическиеразмеры звеньев называются геометрическими параметрамимеханизма.Структурный и геометрический синтез позволяет получить кинематическую схему механизма, отвечающуютребованиям, предъявляемым к проектируемому механизму. Геометрические функции, которые должен реализовать проектируемый механизм, воспроизводятся им определенной точностью и определяются условиями работымеханизма, обусловленными технологическим процессом.На основании анализа спроектированного механизма постепени точности воспроизведения заданной функции решают, пригоден ли полученный механизм или необходимопровести корректировку предыдущих этапов проектирования с изменением исходных данных.

Если и повторныепросчеты не дают удовлетворительных результатов, тонеобходимо перейти к другой структурной схеме механизма и выполнить для нее соответству ющие расчеты.Этот этап проектирования называют этапом точностногопроектирования.Таким образом, задача проектирования механизма является сложной, многопараметрической, причем число исходных параметров механизма, как правило, больше числаисходных данных, поэтому частью параметров приходитсяварьировать.По принципу использования рычажные механизмы делятся на две группы.1. Передаточные механизмы, реализующие заданнуюфункциональную зависимость между положениями входного и выходного звеньев механизма или между их перемещениями.2.

Направляющие 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 поставленыпри проектировании (в частности, точность).

Графическиеметоды нагляднее и проще с точки зрения их усвоения, нонедостаточно точны. В последние годы учеными широкоразвиты аналитические методы синтеза механизмов с низшими парами.Схемы возможных вариантов проектирования наиболее распространенных механизмов представлены нарис. 4.1.62ЧетырехпарныемеханизмыCB1ADС качающейся кулисойПо ходу ползуна и коэффициентуизменения его средней скоростиПо трем положениям ползунаПо двум положениям ползунаПо средней скорости ползунаРис.

4.1В начальной стадии проектирования машинного агрегата при выборе кинематической схемы для осуществлениязаданного движения рабочего органа, с переменными скоростями движения в течение цикла, разработчик обращаетвнимание на четырехзвенные механизмы (рис. 4.2), образованные на основе четырехзвенной шарнирной кинематической цепи (а): кривошипно-коромысловый механизм(б); двухкривошипный механизм (в); двухкоромысловыймеханизм (г); механизм параллелограмма (д) (l1 = l3, l2 == l4); механизм антипараллелограмма с противоположнымBC3A2 CBDB11AD2l2Bl4A3DA4г4вl2BCl3Dl1ABl1l2l4дC3Cl1По заданным размерам коромысла,межосевому расстоянию и углукачания коромысла24баПо коэффициенту изменениясредней скорости выходногозвена (коромысла)63Ýòàïû ïðîåêòèðîâàíèÿ ìåõàíèçìîâС вращающейся кулисойПо трем положениям коромыслаКривошипно-ползунныемеханизмыПроектирование кинематическихсхем рычажных механизмовШестизвенныемеханизмыËåêöèÿ 4еDl3Cl3DAl4жРис.

4.2направлением вращения кривошипа (е) (l1 < l4); механизмантипараллелограмма с одинаковым направлением вращения кривошипов (ж) (l1 > l4). Составляющие элементы: кривошип 1; шатун 2; коромысло 3 и стойка 4.Другой вариант выбора кинематической схемы — на основе четырехзвенной цепи с тремя вращательными и однойпоступательной парами (рис. 4.3): исходная аксиальнаякинематическая цепь (а); кривошипно-ползунный механизм (б); кривошипно-шатунный механизм (в) (l1 < l2); коромыслово-ползунный механизм (г) (l1 < l2); кривошипнокулисный механизм с качающейся кулисой (д, е) (l1 < l4);кривошипно-кулисный механизм с вращающейся кулисой(ж, з) (l4 < l1). Если поставленную задачу нельзя решить спомощью четырехзвенного механизма, разработчик усложняет кинематическую схему, применяя шестизвенные илиболее сложные механизмы, образованные присоединениемк одному из звеньев двухповодковой группы [1, 2, 4, 5, 6].Подробные сведения о кинематических и конструктивныхмодификациях приведенных механизмов можно найти вработах [1—4, 7, 20].Геометрический синтез механизма заключается в определении постоянных параметров его кинематической схемы исходя из условий задачи синтеза.

Эти условия могутбыть разнообразными по содержанию, но аналитическиони представляют собой условия связей, накладываемых наËåêöèÿ 4BCCAабBABl2l1l2l1CCвAгBBl3l1Cl4Al1l3ABAl4из ΔB3C3DCl4едl1от соотношения длин звеньев [1]. Сперва рассмотрим плоский шарнирный четырехзвенник ABCD (рис. 4.4, а) с длинами звеньев a, b, c и d. Для того чтобы звено AB моглостать кривошипом, оно должно при вращении последовательно пройти через крайние левое (AB1) и правое (AB3)положения.Предположим, что a — длина самого короткого звена,d — самого длинного, и, используя известное соотношениемежду длинами сторон треугольника (длина стороны треугольника меньше суммы двух других его сторон), запишемследующие неравенства:из ΔB1C1Dd + a < b + c;(4.1)l3CAжl1l4(4.2)Независимо от соотношения длин b и c неравенство (4.1)всегда обеспечит выполнение неравенства (4.2).Bl3d − a < b + c.зпараметры механизма, и имеют форму уравнений или неравенств.