- •Основы механики машин и проектирования механизмов Учебное пособие
- •Введение
- •Современный машинный агрегат
- •1.Структура механизмов
- •1.1. Основные понятия и определения в теории механизмов и машин
- •1.2. Классификация кинематических пар
- •1.3.Структура и кинематика плоских механизмов
- •1.4.Структурная формула кинематической цепи общего вида
- •1.5.Структурная формула плоских механизмов
- •1.6.Пассивные связи и лишние степени свободы
- •1.7.Замена в плоских механизмах высших кинематических пар низшими
- •1.8.Классификация плоских механизмов
- •1.9.Структурные группы пространственных механизмов
- •2.Анализ механизмов
- •2.1.Кинематический анализ механизмов
- •2.1.1.Определение положений звеньев плоской незамкнутой кинематической цепи
- •2.1.2.Матричная форма уравнения преобразования координат точек звеньев
- •2.1.3.Определение положений, скоростей и ускорений звеньев пространственных механизмов
- •2.1.4.Графическое определение положений звеньев механизма и построение траектории
- •2.1.5.Определение скоростей и ускорений точек звеньев методом планов
- •2.1.6.Свойство планов скоростей
- •2.1.7.Построение плана скоростей и ускорений кулисного механизма
- •2.1.8.Аналоги скоростей и ускорений
- •2.2.Силовой анализ механизмов
- •2.2.1.Условие статической определимости кинематических цепей
- •2.2.2.Силы, действующие на звенья механизма
- •2.2.3.Силы инерции звена, совершающего возвратно-поступательное движение
- •2.2.4. Силы инерции звена, совершающего вращательное движение вокруг неподвижной оси
- •2.2.5.Силы инерции звена, совершающего плоское движение
- •2.3.Определение реакций в кинематических парах групп Ассура
- •2.3.1.Силовой расчет начального звена
- •2.4.Движение машин и механизмов под действием приложенных сил
- •2.4.1.Характеристика сил, действующих на звенья механизма
- •2.5.Приведение сил и масс в плоских механизмах
- •2.6.Методы интегрирования уравнения движения машинного агрегата
- •2.7.Регулирование неравномерности движения машин и механизмов
- •2.7.3.Метод н.И. Мерцалова (приближенный метод)
- •2.7.4.Метод б.М. Гутьяра (точный метод)
- •2.7.5.Определение момента инерции маховика (метод ф. Виттенбауэра)
- •2.8.Уравновешивание механизмов
- •2.8.1.Уравновешивание вращающихся звеньев
- •2.8.2.Уравновешивание механизмов
- •2.8.3.Статическое уравновешивание масс плоских механизмов
- •2.8.4.Приближенное статическое уравновешивание масс плоских механизмов
- •3.Пример выполнения структурного, кинематического и силового анализа плоского рычажного механизма
- •3.1.Исходные данные
- •3.2. Динамический синтез рычажного механизма
- •3.2.1.Построение схемы механизма
- •3.2.2.Структурный анализ
- •3.2.3.Построение повернутых планов скоростей
- •3.2.4.Приведение внешних сил
- •3.2.5.Определение работы приведенного момента.
- •3.2.6.Определение величины работы движущего момента
- •3.2.7.Определение приращения кинетической энергии
- •3.2.8.Определение приведенного момента инерции
- •3.2.9.Определение момента инерции маховика.
- •3.3.Динамический анализ рычажного механизма
- •3.3.1. Определение углового ускорения кривошипа
- •3.3.2.Построение планов скоростей и ускорений
- •4.Синтез механизмов
- •4.1.Постановка задачи синтеза механизмов
- •4.1.1.Задачи синтеза механизмов. Требования экономики, охраны труда и окружающей среды, учитываемые при синтезе механизмов
- •4.1.2.Входные и выходные параметры синтеза
- •4.1.3.Основные дополнительные условия синтеза
- •4.1.4.Целевая функция
- •4.1.5.Ограничения
- •4.1.6. Математическая постановка задачи синтеза механизма
- •4.2.Математические методы в синтезе механизмов
- •4.2.1.Методы оптимизации механизмов с применением эвм
- •4.2.2.Случайный поиск
- •4.2.3.Направленный поиск
- •4.2.4.Штрафные функции
- •4.2.5.Метод внутренних штрафных функций (метод барьеров)
- •4.2.6.Локальный и глобальный экстремумы
- •4.2.7.Комбинированный поиск
- •4.3.Методы теории приближения функций в синтезе механизмов
- •4.3.1.Необходимость использования в синтезе механизмов приближенных методов
- •4.3.2.Сведения из теории приближения функций
- •4.3.2.1.Квадратичное приближение функций
- •4.3.2.2.Наилучшее приближение функций
- •4.3.3.Постановка задачи приближенного синтеза механизмов по Чебышеву
- •4.4.Синтез четырехзвенных механизмов с низшими парами
- •4.4.1.Постановка задачи синтеза передаточного шарнирного четырехзвенника
- •4.4.2.Вычисление трех параметров синтеза
- •4.4.3.Коэффициент изменения средней скорости выходного звена механизма
- •4.4.4.Синтез шарнирного четырехзвенника по коэффициенту увеличения средней скорости коромысла
- •4.5.Синтез направляющих механизмов и мальтийских механизмов
- •4.5.1.Точные направляющие механизмы
- •4.5.2.Методы синтеза приближенных направляющих механизмов
- •4.5.3.Механизмы Чебышева
- •4.5.4.Теорема Робертса
- •4.5.5.Мальтийские механизмы
- •5.Механизмы с высшими парами
- •5.1.Зубчатые механизмы
- •5.1.1.Общие сведения. Основная теорема зацепления.
- •5.1.2.Геометрические элементы зубчатых колес
- •5.2.Методы изготовления зубчатых колес
- •5.2.1.Передаточное отношение
- •5.3.Планетарные и дифференциальные механизмы
- •5.4.Кулачковые механизмы
- •5.4.1.Виды кулачковых механизмов
- •5.4.2.Проектирование кулачковых механизмов
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Приложение 1
- •Приложение 2
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
4.Синтез механизмов
4.1.Постановка задачи синтеза механизмов
4.1.1.Задачи синтеза механизмов. Требования экономики, охраны труда и окружающей среды, учитываемые при синтезе механизмов
Синтезом механизмов в широком смысле называется раздел «Теории механизмов и машин», рассматривающий совокупность задач, связанных с созданием механизмов, обеспечивающих заданные движения заданных звеньев или их точек и удовлетворяющих заданным требованиям.
Синтезом механизма называется проектирование механизма с заданными свойствами.
Требования к механизмам делятся на структурные, кинематические и динамические.
Структурные требования сводятся в основном к тому, чтобы структура механизма соответствовала его назначению. Они вызваны практикой эксплуатации механизмов, подобных проектируемому механизму.
Кинематические требования сводятся к тому, чтобы точки звеньев механизма описывали определенные траектории, а их скорости и ускорения лежали в заданных пределах.
Динамические требования ограничивают в заданных пределах неравномерность движения (или коэффициент динамичности) механизма, силы и моменты сил инерции, силы трения, углы давления, массы и моменты инерции звеньев и т.д.
Легко догадаться, что требования разных видов могут быть в прямой или косвенной связи между собой. Например, силы инерции зависят от ускорений.
При проектировании механизмов необходимо учитывать требования, наиболее важными из которых являются требования экономики, охраны труда и окружающей среды. Требования экономики направлены на создание механизмов, отличающихся малой собственной массой, высокой износостойкостью и долговечностью, малыми расходами на эксплуатацию, высокими производительностью и КПД и т.д.
Требования охраны труда направлены на обеспечение безопасных условий работы людей, использующих проектируемый механизм: снижение амплитуд и частот вибраций, автоматизация опасных для выполнения людьми процессов и т.д. Требования охраны окружающей среды направлены на устранение причин, возникающих при работе механизма и вызывающих ухудшение условий обитания в окрестности установления механизма. К числу таких причин относятся низкочастотные (инфразвуковые) вибрации, шумы, загрязнение окружающей среды исходными или конечными продуктами, используемыми механизмом, средствами смазки, технологическими жидкостями и другими веществами и т.д.
Требования экономики, охраны труда и окружающей среды выражаются через структурные, кинематические и динамические требования.
Синтез механизма можно начинать с удовлетворения любому виду требований. Однако, учитывая, что структура механизма во многом определяет его кинематические и динамические свойства, синтез механизма следует начинать с проектирования его структурной схемы с учетом структурных требований. Далее из конструктивных или каких-либо других соображений подбираются размеры и массы звеньев механизма, производится кинематический и динамический расчет механизма в первом приближении (без учета сил трения), а затем прочностной расчет и конструктивное оформление звеньев и кинематических пар. Проверяется выполнение кинематических и динамических требований и при необходимости уточняются массы, моменты инерции и размеры. Затем снова проводится кинематический и динамический анализ и т.д. до достижения требуемых результатов.
Таким образом, можно выделить два этапа синтеза механизма. На первом этапе, выполняемом методами структурного синтеза, выбирается структурная схема механизма на основе справочных данных по отдельным видам механизмов. Второй этап синтеза механизма начинается с кинематического синтеза, то есть с определения постоянных параметров кинематической схемы механизма по заданным его кинематическим свойствам. В общем случае, когда требуется создать механизм с заданными динамическими свойствами, производится и динамический синтез механизма. Под динамическим синтезом механизма понимается проектирование кинематической схемы механизма с определением параметров, характеризующих распределение звеньев и их моменты инерции.