Синтез рычажных механизмов

Рычажные механизмы часто применяются в различных машинах для перемещения некоторого объекта из одного положения в другое. Если этот объект связан со звеном, совершающим плоскопараллельное движение, т. е. с шатуном, то механизм называется перемещающим. Обычно при синтезе перемещающих механизмов заданы только два положения шатуна. В этом случае задача синтеза может быть решена при помощи элементарных построений. При синтезе рычажных механизмов по двум положениям шатуна учитывается дополнительное условие, сводящееся к получению углов давления, не превышающих допустимых значений.

Графическим путём может быть решена задача синтеза механизма и по трём положениям шатуна.

При синтезе механизмов по заданным положениям приходится учитывать дополнительные условия:

1) входное звено – кривошип;

2) заданные положения выходного звена – крайние;

3) задан коэффициент изменения средней скорости выходного звена;

4) углы давления ограничены допустимыми значениями.

Механизмы, преобразующие некоторое движение входного звена в требуемое движение выходного звена, называются передаточными. В передаточном механизме воспроизводится заданная функция перемещения выходного звена от перемещения входного звена. Задачи синтеза механизмов решаются методами высшей математики.

Рычажные механизмы, служащие для точного или приближённого воспроизведения заданной траектории некоторой точки, называются направляющими.

Общие методы синтеза точных направляющих механизмов основываются на методах преобразования кривых и на геометрических свойствах траекторий точек механизмов. При невысокой точности воспроизведения заданной траектории синтез механизма целесообразно выполнять методом графического поиска, при котором строится семейство траекторий и из него выбирается траектория, наиболее близкая к заданной.

Рычажные механизмы, выходное звено которых движется с периодическими остановками конечной продолжительности, называются механизмами с остановками.

Различают два типа рычажных механизмов с остановками. Первый тип механизмов называется механизмами типа Чебышева. Они образуются из четырёхзвенных механизмов, направляющих по дугам окружностей, присоединением двухзвенной группы к шатуну и стойке.

Синтез механизмов первого типа сводится к синтезу механизмов, направляющих по дугам окружностей, и выполняется методами высшей математики.

Второй тип механизмов образуется последовательным соединением четырёхзвенных механизмов в крайних положениях выходных звеньев. Приближённый выстой в этих механизмах получается на основании того, что в шарнирном четырёхзвеннике малым углам поворота выходного звена вблизи его крайнего положения соответствуют большие углы поворота входного звена. При большом угле поворота входного звена механизма, составленного из нескольких четырёхзвенников, его выходное звено остаётся почти неподвижным, совершая колебания на малый угол. Синтез механизмов этого типа выполняется путём графического или аналитического подбора параметров комбинированного механизма. В рассмотренных рычажных механизмах с остановками выходное звено имеет возвратное движение.

При проектировании нового механизма необходимо в первую очередь выбрать схему механизма. Схема выбирается в соответствии с заданными условиями по аналогии с существующими механизмами. После выбора схемы механизма необходимо установить основные размеры механизма, наиболее полно удовлетворяющие поставленным условиям. Только после этого можно приступить к конструктивному оформлению механизма, к его кинематическому и силовому исследованию и расчёту звеньев механизма на прочность.

Во многих машинах – автоматах требуется получить одностороннее прерывистое движение, которое наиболее просто воспроизводится с помощью мальтийского механизма, представляющего собой одну из разновидностей кулисного механизма. Мальтийский механизм содержит равномерно вращающийся кривошип с цевкой (входное звено) и крест с несколькими прорезями (выходное звено). Он проектируется по заданному коэффициенту движения, равному отношению времени движения выходного звена ко времени его остановки. К недостаткам мальтийских механизмов относится ограниченный выбор значений коэффициента движения, а также неблагоприятные динамические условия при входе цевки в паз и при выходе её из паза. От этих недостатков в значительной мере избавлены комбинированные зубчато – рычажные механизмы с остановками. Длины звеньев рычажного механизма и числа зубцов колёс могут быть подобраны так, что при равномерном вращении входного звена выходное звено будет совершать одностороннее движение с приближённой остановкой заданной продолжительности. Динамический синтез рычажных механизмов связан с нахождением распределения масс звеньев из условий уравновешивания сил инерции.

Простейшая задача этого типа – задача уравновешивания вращающегося звена (ротора). Различают два вида уравновешивания сил инерции вращающегося звена: статическое и динамическое.

Статическим уравновешиванием вращающегося звена называют такое распределение его массы, при котором ось вращения проходит через центр тяжести звена.

Динамическим уравновешиванием вращающегося звена называется такое распределение его массы, при котором ось вращения звена совпадает с одной из его центральных главных осей. Для устранения переменных воздействий на фундамент со стороны работающих механизмов производят их уравновешивание.

Уравновешиванием механизма называется такое распределение масс звеньев механизма, при котором главный вектор и главный момент всех внешних сил, действующих на стойку механизма, остаются постоянными при движении его звеньев.

Источник:

УДК 621.01

И. А. Жгурова. Теория механизмов и машин: Учебное пособие. – 3-е издание, перераб. и доп. – Тюмень, ТИУ, 2017. - 165 с.

Пособие представляет собой краткий курс лекций по теории механизмов и машин и содержит разделы: «Структурный анализ и классификация механизмов», «Кинематический анализ механизмов», «Динамический анализ механизмов», «Общие методы синтеза механизмов», «Основы теории машин». Теоретические основы курса сопровождаются практическими заданиями.

Третье издание (1-е издание 2004 г.) переработано и дополнено новыми материалами в соответствии с действующими стандартами. Приведён краткий обзор основных понятий по перечисленным темам и терминология дисциплины. Дана Рабочая программа дисциплины и основные требования к знаниям и умениям учащихся. Предназначено для обучающихся СПО по специальности среднего профессионального образования базовой подготовки 15. 02. 08 Технология машиностроения

Пособие может быть полезным для преподавателей СПО, изучающих теорию механизмов и машин, а так же для студентов высших учебных заведений в качестве практических упражнений.

4