timofeev_tmm (Курс лекций теория механизмов и машин Тимофеев Г.А.), страница 4

А. Тимофеев. — М., 1998,2002, 2004, 2008.Ââåäåíèå131. Осознание потребностив новой машине2. Формирование требований к машинеТребования заказчикаВозможности изготовления3. ПроектированиеДополнительная7. Артоболевский, И. И. Механизмы в современной технике :в 6 т. / И. И. Артоболевский. — М., 1970–1975.8. Кожевников, С. Н. Теория механизмов и машин / С. Н. Кожевников. — М., 1977.9. Кожевников, С. Н. Механизмы: справочное пособие /С. Н. Кожевников, Я. И.

Есипенко, Я. М. Раскин ; под ред. С. Н. Кожевникова. — М., 1976.10. Теория механизмов / под ред. В. А. Гавриленко. — М., 1973.11. Теория механизмов и машин / под ред. К. И. Заблонского. — Киев, 1989.12. Решетов, Л. Н. Самоустанавливающиеся механизмы :справочник / Л. Н. Решетов. — М., 1979.13. Коловский, М. З.

Динамика машин / М. З. Коловский. —Л., 1989.14. Крайнев, А. Ф. Словарь-справочник по механизмам /А. Ф. Крайнев. — М., 1987.15. Пейсах, Э. Е. Система проектирования рычажных механизмов / Э. Е. Пейсах, В. А. Нестеров. — М., 1988.16. Механика промышленных роботов : в 3 т. / под ред.К. В. Фролова и Е. И. Воробьева.

— М., 1988, 1989.17. Основы балансировочной техники : в 2 т. / под ред.В. А. Щепетильникова. — М., 1975.18. Дитрих, Я. Проектирование и конструирование. Системный подход / Я. Дитрих. — М., 1981.19. Джонс, Дж. К. Методы проектирования / Дж. К. Джонс ;пер. с англ. — 2-е изд.

— М., 1986.20. Смелягин, А. И. Структура механизмов и машин : учеб. пособие / А. И. Смелягин. — Новосибирск : изд-во НГТУ, 2002.21. Головин, А. А. Проектирование сложных рычажных механизмов / А. А. Головин. — М. : изд-во МГТУ, 1995.4. Разработка технологии изготовления5. ИзготовлениеРис. 1.1Несколько слов о методологии проектирования машин.Процесс проектирования сложен и трудоемок не тольков том случае, когда создается новая машина, не имеющаяблизких аналогов, но и тогда, когда необходимо получитьболее высокий качественный уровень одного или нескольких параметров машины с уже существующей кинематической схемой.

Последовательность проектирования показанана рис. 1.1.При проектировании машины должен быть осуществленвыбор ее оптимальных параметров (структурных, кинематических, точностных, динамических, эксплутационных), наилучшим образом соответствующих предъявляемым к нейтребованиям. Решения, принимаемые на стадии проектирования, могут корректироваться несколько позднее, на стадииразработки технологии изготовления машины. Однако следует помнить, что качество новой машины определяется впервую очередь качеством проектирования, поэтому неудачные решения на этом этапе не всегда могут быть компенсированы на последующих стадиях.

Затраты на качественноеËåêöèÿ 114233.33.1. Разработка исходных параметров3.2. Формирование критериев и ограниченийГеометрический синтез механизмовМетрический анализ3.3. Разработка возможных вариантов схеммашины и ее механизмовКинематический анализ3.4. Оптимальное проектирование возможныхвариантов схем машины и ее механизмовСиловой расчетВариант №1..........................15ÂâåäåíèåВариант №N3.5. Сравнение оптимальных решенийвариантов № 1…N и выбор наиболее подходящего4Расчеты на прочность, выносливость,устойчивость, износ и т.п.КонструированиеРис. 1.2проектирование окупятся за счет экономии, получаемойвпоследствии, включая и эксплуатацию машины.Любая машина выполняет свой рабочий процесс посредством механического движения, поэтому она должнаиметь носителя этого движения, каковым является механизм или система механизмов.

Следовательно, составнойчастью общего процесса проектирования машины являетсяпроектирование ее механизмов. Оно включает разработкуи анализ возможных вариантов схем машины и ее механизмов и оценку полученных решений методами оптимизации(рис. 1.2). Поиск оптимального, т.е. наилучшего решениядля каждого варианта ведется, как правило, с использованием итерационных алгоритмов, которые поддаются формализации и должны быть реализованы на ЭВМ.Процесс проектирования состоит из нескольких итерационных (повторяющихся) циклов (рис.

1.3). Первый циклимеет сравнительно небольшой набор исходных данных,необходимых для расчета, и заканчивается совокупностьюОпределение масс и моментовинерции звеньев, размеровкинематических пар, зазоров,вида пар трения, податливостиэлементов конструкцииДинамический синтез,определение закона движения,управление движениемПроектирование привода3.5Рис. 1.3Механическиехарактеристикисил движущихи сопротивленияËåêöèÿ 1Îñíîâíûå îïðåäåëåíèÿ è ïîíÿòèÿрезультатов, именуемых начальными. Эти результаты расчета первого цикла позволяют, во-первых, произвести в составе исходных данных, необходимых для расчета второгоцикла, нужные уточнения и, во-вторых, пополнить исходные данные новыми, неизвестными ранее параметрами. Затем следует расчет второго цикла [21].Второй итерационный цикл реализуется в результатеопределения масс и моментов инерции звеньев и уточненияразмеров сочленений звеньев.

По этим данным проводитсясиловой расчет с учетом ускоренного движения звеньев механизма и наличия трения в кинематических парах.Третий итерационный цикл позволяет корректироватьконструкцию привода. Исходные данные, необходимые длявыбора двигателя, определяются в блоке «Динамическийсинтез, определение закона движения, управление движением» (см. рис.

1.3).Проектирование нового механизма начинается с создания схемы механизма со структурно-кинематическимисвойствами, соответствующими заданным с требуемой точностью. Структурные свойства механизма подразделяютсяна внешние — число степеней свободы и число обеспечиваемых механизмом связанных друг с другом перемещенийрабочих органов машины; и внутренние — состав механизма, т.е. его внутренняя структура (состав звеньев и способих соединения друг с другом). С точки зрения внутреннейструктуры можно выделить два типа механизмов — структурно-элементарные и структурно-сложные.Структурно-элементарные механизмы, осуществляющие преобразование и передачу движения по определенному закону, объединены в группы по способу соединениязвеньев друг с другом.

Такими элементарными механизмамиявляются рычажные, зубчатые передаточные, планетарные,кулачковые и др., которые будут рассматриваться в последующих лекциях. В состав структурно-сложных механизмов могут входить несколько элементарных механизмовс различными кинематическими свойствами.Кинематические свойства проектируемого механизмаопределяются его геометро-кинематическими характеристиками, связывающими параметры движения на входе механизма и на выходе из него.

Основные геометро-кинематические характеристики механизмов: функция положения,определяющая связь координат выходного и входного звеньев, и кинематическая передаточная функция, являющаяся первой производной от функции положения.Известно очень большое количество разновидностей какструктурно-элементарных, так и структурно-сложных механизмов, обладающих разнообразными структурно-кинематическими характеристиками.

Поэтому при проектированиинового механизма следует проанализировать возможностииспользования уже существующих механизмов для осуществления заданной функции. Для этого необходимо использовать систематизацию существующих схем механизмов [7, 9,19, 14] по структурно-кинематическим признакам с определением их кинематических характеристик. Во многих случаях геометро-кинематические характеристики существующихмеханизмов вполне подходят для осуществления основнойфункции проектируемого механизма.1617Îñíîâíûå îïðåäåëåíèÿ è ïîíÿòèÿПонятие машины определяется следующим образом:машиной называется техническое устройство, осуществляющее определенные механические движения, связанные спреобразованием энергии, свойств, размеров, формы илиположения материалов (или объектов труда) и информациис целью облегчения физического и умственного труда человека, повышения его качества и производительности.Существуют следующие виды машин (рис.

1.4).МашинаЭнерге0тическаяРабочаяГенераторДвигательИнформа0ционнаяТехнологическаяТранспортнаяКиберне0тическаяМатематическаяКонтрольно0управляющаяРис. 1.4Ëåêöèÿ 1Ìåõàíèçì è åãî ýëåìåíòûЭнергетической машиной называется машина, предназначенная для преобразования энергии. Если осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в механическую, то имеем дело с машиной-двигателем, если жепроцесс обратный — с машиной-генератором.Рабочая машина предназначена для преобразованияматериалов, причем транспортная машина преобразует материал только путем изменения положения объекта, а технологическая — форму, свойства и положение материалаили объекта.Информационная машина служит для получения и преобразования информации.Контрольно-управляющая машина преобразует информацию с целью управления энергетическими или рабочими машинами, а математическая машина — с целью получения математических образов, соответствующих свойствам объекта.Кибернетическая машина имитирует или заменяет человека в процессах деятельности, присущих только ему илиобъектам живой природы, и обладает элементами искусственного интеллекта.Обычно в состав машинного агрегата входят: двигатель,передаточный механизм (их может быть несколько или небыть совсем) и рабочая или энергетическая машина.

В настоящее время в состав машинного агрегата часто включается контрольно-управляющая или кибернетическая машина.Передаточный механизм в машинном агрегате необходимдля согласования механических характеристик двигателяс механическими характеристиками рабочей или энергетической машины.18Ïîíÿòèå î ìàøèííîì àãðåãàòåМашинным агрегатом называется техническая система,состоящая из одной или нескольких машин, соединенныхпоследовательно или параллельно, и предназначенная длявыполнения каких-либо требуемых функций (рис. 1.5).-Рис. 1.519Ìåõàíèçì è åãî ýëåìåíòûМеханизмом называется система твердых тел, объединенных геометрическими или динамическими связями,и предназначенных для преобразования движения входныхзвеньев в требуемое движение выходных звеньев.Твердые тела, входящие в состав механизма, не являются абсолютно твердыми, однако их деформации обычновесьма малы.Главное назначение создаваемого механизма — осуществление технической операции в результате движения егоэлементов.Звено — это твердое тело, входящее в состав механизма.Кинематическая пара — это соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение.Звено, относительно которого рассматривается движение остальных звеньев, считается условнонеподвижными называется стойкой.Входное звено — это звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемое движениедругих звеньев.Выходное звено — это звено, совершающее движение, длявыполнения которого предназначен данный механизм.Рассмотрим простейший кривошипно-ползунный механизм на рис.

1.6, основные элементы которого: кривошип(1); шатун (2); ползун (3); стойка (4), составляющие кинематические пары А, В, С, D.Несколько звеньев, связанных между собой кинематическими парами, образуют кинематическую цепь (рис. 1.7),которая может быть: а) замкнутой, у которой звенья образуют один или несколько замкнутых контуров; б) незамкнутой, звенья которой не образуют замкнутых контуровËåêöèÿ 12021Ìåõàíèçì è åãî ýëåìåíòûТаблица 1.121Основные виды звеньев механизмов3BCAD4Условное изображение насхемах3№п/пНазвание121СтойкаОтсутствует2СтойкаОтсутствует3Кривошип4ШатунДвижениеОсобенности45Рис. 1.6ω2CВращательноеПолныйоборотСложноеНет пар,связанныхсо стойкойКачательноеНеполныйоборот, возвратно-вращательноедвижениеВозвратнопоступательноеНаправляющаянеподвижнаВращательное, колебательноеНаправляющаяподвижнаСложноеНаправляющаяподвижнаВозвратнопоступательноеНаправляющаяподвижнаB3A1A1B24CDωVω35Коромысло6ПолзунбаРис.