Аскаров Е.С. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ Руководство для начинающего конструктора
Е. С. АСКАРОВ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ Руководство для начинающего конструктора Учебное пособие Издание 2 Алматы, 2021
УДК 621 (075) ББК 34.42 я 73 А 90 Рецензенты: Усупов С.С. докт. техн, наук, проф., зав. каф. «Механизация и автоматизация производственных процессов» Алматинского технологического университета, Сейткулов А.Р. канд. техн, наук, доц., зав. каф. «Станкостроения, материаловедения и технологии машиностроительного производства» Каз- НИТУ им. К.И. Сатпаева Аскаров Е.С. А90 Основы проектирования машин и механизмов. Руководство для начинающего конструктора. Учебное пособие.2-ое изд- Алматы: ТОО Лантар Трейд, 2021 -219 с. ISBN 978-601-329-010-2 Учебное пособие предназначено для изучения основ проектирования машин и механизмов. Пособие состоит из 21 раздела, в которых даны основные положения учебного курса. В пособии изложены основные положения конструкторской работы, этапы проектирования, методика компоновки и расчета создаваемой машины. В предлагаемом пособии автор попытался изложить методологию проектирования оригинальных конструкторских технических решений от составления технического задания до получения рабочих чертежей. Автор считает, что проектирование и вычерчивание машины на компьютере разные виды работ, поэтому вопросы вычерчивания машины с помощью разнообразных компьютерных программ в данном пособии не рассматриваются. Пособие предназначено для студентов технических ВУЗов, которые хотят стать настоящими конструкторами, но оно может быть полезно всем , кто занимается конструкторской проектной деятельностью. Уважаемые читатели, Ваши отзывы и предложения можно присылать по адресу erlan57@mail.ru, они помогут в совершенствовании учебного пособия в будущем. УДК 621 (075) ББК 34.42 я 73 Рекомендовано к изданию научно-методическим советом Института промышленной инженерии им. А. БуркитбаеваКазНИТУ' им. К. И. Сатпаева ISBN 978-601-329-010-2 © Аскаров Е.С. 2021 © ТОО Лантар Трейд, 2021
ВВЕДЕНИЕ Машиностроение является одной из ведущих отраслей промышленности. Это производство с высокой долей добавленной стоимости, что приносит государству большие доходы, создает множество качественных рабочих мест, развивает науку и образование. Машиностроение является одним из объективных индикаторов развития страны. Только развитые передовые государства в мире имеют эффективное машиностроение, которое создает новые машины и оборудование для народного хозяйства, увеличивает экспорт продукции в другие страны, создает славу и почет людям, умеющим создавать современные продукты машиностроительной отрасли- автомобили, локомотивы, самолеты, корабли, станки и т.д. Для работы машиностроительного комплекса очень важно иметь современные эффективные конструкторские разработки и технологии, которые эти разработки смогут воплотить в реальный металл. Конструирование машин и механизмов важнейшая часть современного машиностроения. Это профессиональные навыки, которые требуют длительного времени для обучения, творческих способностей, смелости мышления, знания методов работы и т.д. Работа конструктора всегда была почетна и престижна. Если изучать развитие современного машиностроения, видно, что многие основатели знаменитых машиностроительных брендов были конструкторами и изобретателями, например: Форд, Шевроле, Боинг, Харлей, братья Девидсон, Сикорский, Порше, Даймлер, Бенц, Феррари, Мазерати, Бугатти и т.д. В настоящее время заводы нашей страны остро нуждаются в грамотных конструкторах, которых катастрофически не 3
хватает. В Университетах ведется подготовка специалистов машиностроения по специализации САПР ( Система автоматического проектирования). Но в данном случае произошел некоторый перекос акцентов обучения. Все увлеклись компьютерными программами и пакетами, их достаточно активно изучают, не плохо могут рисовать объемные картинки в 3D формате, создаются объемные анимации, ролики в Интернете и т.д. Но это не конструирование машины или механизма. Проектная работа - это несколько иная деятельность. Необходимо не рисовать красивые формы и элементы на экране компьютера, которые можно показывать своим друзьям и близким. Требуется спроектировать реальную машину в виртуальном виде на бумаге или в компьютере, но затем необходимо получить чертежи, которые поступают реальному рабочему на заводе, и он должен из вашей бумажной машины создать реальные металлические детали, которые другие рабочие соберут в машину. В конечном итоге эту машину включат, и она должна заработать и делать ту работу для, которой ее создавали. При этом машина должна работать много месяцев и лет, из нее не должны вылетать гайки и болты, она не должна трястись и грохотать, дымить и нагреваться до красноты и т.д. Некоторые молодые специалисты по САПР этого не понимают, вся их деятельность дальше красивых картинок в компьютере не идет. Автор много лет работал в области проектирования машин и механизмов. За эти годы было просмотрено множество книг по обучению конструкторской работе. В этой области у нас есть большие проблемы. Кажется, что книг написано не мало, но при близком изучении видно, что часть из них это обычные справочники, где дается нормативная информация по элемен4
там машин и механизмов, параметры геометрические и функциональные по подшипникам, прокату, двигателям, редукторам, шпонкам, болтам, гайкам и т.д. Другая часть книг дает только общие рекомендации, что такое ЕСКД, рабочий проект, какие виды проектных работ бывают, что надо много думать, быть аккуратным, много изучать специальной литературы и т.д. По таким книгам проектной работе не научишься. В основном проектной работе учатся на опыте старших товарищей, изучая их работы, помогая им в их работе, выполняя не большие ее фрагменты. Автор сделал попытку написать учебное пособие по данной теме. Для понимания данного пособия необходимо уже изучить курсы «Детали машин», «Сопротивление материалов» и «Теория механизмов и машин». Проектная работа представлена как изучение и выполнение последовательных этапов, каждый из которых расписан достаточно подробно.Изучение предложенных этапов позволит начинающему конструктору начать свою проектную работу и суметь спроектировать свою первую реальную машину, которая воплощенная в металл будет работать 5
1. ЧТО ТАКОЕ МАШИНА И МЕХАНИЗМ Машина - это сложное техническое устройство, которое создается для выполнения какой либо функции, необходимой для выполнения заданной работы. Машина состоит из механизмов. Человек создал множество механизмов, которых насчитывается несколько сотен [13]. Но если исследовать известные механизмы, их всех можно свести к нескольким элементарным типам. Это в первую очередь: - рычажные, - кулачковые, - гибкие, - зубчатые. Каждый механизм может выполнять свой определенный закон движения. Существует два типа законов движения - направляющий и передаточный. Направляющий закон определяет траекторию движению исполнительного органа машины. Передаточный закон - определяет колебательное или прямо- линейно-поступательное движение исполнительного органа. 1.1. Рычажные механизмы Рычажные механизмы состоят из подвижных звеньев. Эти механизмы могут передавать большие усилия, выполнять разные законы движения, комбинируя разные звенья можно создавать множество комбинаций с разными кинематическими параметрами. В основном применяются плоские рычажные механизмы, все звенья движутся в параллельных плоскостях. Также в основном применяются простейшие механизмы 2 класса с вращательными и поступательными кинематическими парами , имеющими одну степень подвижности.Замыкание 6
звеньев в этих механизмах - кинематическое, постоянное. Кинематическое замыкание обеспечивает стабильную работу механизма при высоких скоростях движения. Недостаток рычажных механизмов - усилие передается не равномерно, оно зависит от угла передачи. Также в рычажных механизмах достаточно трудно получить требуемый закон движения исполнительного органа, например, равномерное движение. В существующих машинах в основном применяют три типа простейших четырехзвенных механизмов: 1. Кривошипно- коромысловый (шарнирный четырезвен- ник) 2. Кривошипно - ползунный 3. Кривошипно- кулисный. Рисунок 1.1- Шарнирный четырехзвенник 7
Рисунок 1.2- Кривошипно - ползунный механизм Рисунок 1.3- Кривошипно- кулисный механизм Шарнирный четырехзвенник является простейшим рычажным механизмом( Рисунок 1.1.), который находит применение в конструкциях многих машин. Достаточно часто конструктору машины необходимо получить движения коромысла механизма по определенному передаточному закону, определяемому как 8
где <р - угол поворота кривошипа, ф - угол поворота коромысла. В качестве примера предлагается синтезировать шарнирный передаточный четырехзвенник методом интерполяции с помощью метода обращения движения. В основе метода обращения движения лежат простые геометрические построения, которые могут быть выражены аналитически с последующим их расчетом на компьютере. Согласно этому методу, всему механизму сообщается вращение вокруг центра вращения кривошипа с угловой скоростью, равной скорости вращения кривошипа, но противоположной ей по направлению. В результате кривошип останавливается, стойка механизма приходит в движение и происходит преобразование положений механизма, связанное с обращением движения[16]. Сформулируем задачу синтеза. Дан ряд углов поворота кривошипа фі и коромысла фқ определяющие соответствующие заданные положения этих звеньев. Требуется определить размеры звеньев механизма. Синтез четырехзвенника по 3-м точкам (Рисунок 1.4.) Принимаем вращение кривошипа против часовой стрелки. В задании на проектирование механизма заданы углы поворота кривошипа ф2, фз и соответствующие им углы поворота коромысла ф2 ,фз. Произведем графический синтез. Построим отрезок DC произвольной длины. Из точки D строим дугу окружности С Сг Сз. Точки Сг и Сз ставим под углами ф2, фз относительно отрезка DC. Строим полюса S12 ; S23; S13 как вершины равнобедренных треугольников CS12C2 , угол при вершине равен ф2;Сг82зСз угол при вершине равен фз -ф2 ; CS1 зСз, угол при вершине равен фз. Через три точки S проводим окружность с центром в точке F. Каждая точка этой 9
окружности может быть выбрана как точка вращения кривошипа А. Выбираем на окружности произвольную точку А. Из точки А в обратном вращению кривошипа направлении поворачиваем точки С2 и Сз соответственно на углы ср? и <рз- Получаем точки С02 и Соз. Определяем точку В, как центр окружности проходящей через точки С , С02 и Соз • Точки А, В, С и D. Определяют размер искомого четырехзвенника. АВ - кривошип, ВС - шатун, CD - коромысло, AD — стойка. Для синтеза по 4 -м заданным положениям звеньев необходимо построить кривую Ц1234 - геометрическое место центров переноса четырех точек на окружность (Рисунок 1.5.).Эта кривая некий аналог кривой Бурместера. Построение указанной кривой ведется с помощью двух пар полюсов S12, S23 и S34, S14 . Рисунок 1.4 - Схема синтеза четырехзвенника по 3 -м точкам передаточной функции 10
Каждый полюс Заявляется вершиной равнобедренного треугольника CiSyCj с углом q>ij = <pj — фі при вершине Sy, отсчитываемой от стороны CiSij к стороне CjSij по направлению вращения кривошипа АВ в действительном движении. Точки кривой 1Д1234 являются точками пересечения пар окружностей Li и L., проходящих соответственно через полюсы 812,823 и S34,Si4. Эти окружности должны иметь одинаковые центральные углы 3 , опирающиеся на указанные полюсы, причем треугольники F1S12S23 и F2S14S34 должны быть не только подобными, но и сходственно расположенными. Любая точка кривой Ц1234 может быть выбрана за центр переноса - точку А. Выбрав местоположение точки А, перенесем вокруг нее заданные положения точки С в действительном движении Ci ( i - 1,2,3,4 ) на соответствующие углы (- фі)в положения обращенного движения Соі. Определяем местоположение центра окружности, проходящей через положения Соі, которое определяет положение шарнира В. Полученные местоположения шарнирных точек А, В, С и D определяют положения механизма ABCD в начальном положении и размеры его звеньев. Аналитический синтез . Исходные данные : углы поворота кривошипа АВ ( Рисунок 1.5. ) - фі , ф? , фз , ф4 и соответствующие им углы поворота коромысла DC - фі ,фг ,фз ,ф4 при условии фі = 0 и фі = 0. Выбираем систему координат. Ось абсцисс совпадает с первым положением коромысла DC , начало координат находится в точке D, длина коромысла равна 1 ( с = 1 ). В отличие от общепринятых методик синтеза четы- рехзвенника за приведенное звено принято коромысло, а не стойка. Это значительно упрощает алгоритм синтеза. 1. Определяем координаты точек Сі( і = 1,2,3,4 ) X. = cost//} Y- = sim// • Z (1 ) 11
Z = 1 , если требуется получить передаточную функцию прямого хода механизма, кривошип и коромысло вращаются в одну сторону, Z= -1, если требуется получить передаточную функцию обратного хода. В данный алгоритм заложено условие, что кривошип вращается против часовой стрелки. 2. Определяем координаты полюсов S 12,823,834,814. Ху = 0,5 • (X,. + X, + • (Y, - Yj) j;. =o,5.(Kz + i;+rtg(^^-)-(^-2r,) (2) 3. Половины длин отрезков S12S23 и S34S14 £М, = 0,5 . JlVV+CW (3) LM2 = 0,5 • J(%J4-^N)!+(r34-^4)2 4. Задаемся значениями угла 5j в интервале от 0 до 180° , j =1,2,3,...,п , где п - количество пар точек кривой Ц1234. Для каждого значения 5j определяем: а) Координаты центров окружностей Li,L2 - Fij, F2j = 0,5 . [(Г|2 - Гв) .tgg, + Ха + Х22J = 0,5.1(Х2, - Х12). tg S, + Үа + Ү2, ] ХҒ2І = 0,5.[(Гм -r34)./g^. +Хи +.¥„] КҒг, =0,5»l(X3t-X,l).tg3J+Yu+Y,t\ (4) б) Длину отрезка Ғі jF2j -XF2jy+(YFtJ-YF2J)2 (5) в) Координаты точек пересечения окружностей Li, L2 в системе координат X'OY' ось X' совпадает с отрезком FijF2j , начало координат находится в точке F?j 12
cost), COSO Х'* =---- --------------- И, = У COSO, г) Ц1234 Окончательно определяем координаты точек кривой XF^Xl.-YF^Yl. LLj YFJ-X\rj+XFj.Y\rj LL] XFi • XI, + YF, • П . = -X------- Z-------L------ L + XF2. A2j LL 1 5. Определяем длины звеньев четырехзвенника. Для любой точки кривой Ц1234, обозначим ее как точку А с координатами Ха и Ya. Длины отрезков АС? и АСз LAC2 = ҒХл-іХ+^л-хҒ L,a = 7(У4-Қ)2+(Тл-Т,)2 (8) Вспомогательные углы DT? и DT3 tgiDT2) = -~^- Л А Л2 13
ү _ у tg(DY3)= А J X A ^3 Определяем координаты точек C02 и Соз в обращенном движении ^С02 = LAC2 * cos(^2 + DT2) • Z + XA XCm = LAC3 • cos(& + DT3) • Z + XA YC0, - -L ,C2 • sin(^, + DT,)»Z + YA KC03 = —LAC3 • sin(^3 + DT3) • Z + YA (9) Определяем координаты точки В центра окружности, на которой находятся точки Ci, С02, Соз, Сод в обращенном положении 1-ХС 2-YC г ! ҮС °2. (Ж 032 + ҮС 032 -ХС022 - ҮС 022) 02 02 ур У/Г' у __________________________________ 1V 03 ~ 02_______________ 2 ,((ХС03 -XC02).YC02 _хс ҮС03-ҮС02 ү .. ХС032 + ҮСО32 -ХС022 - ҮС 022 -2 • Хв • (ХС03 - ХС02) (10) в 2 • (ҮС 03 - ҮС 02) Окончательно определяем длины кривошипа а , шатуна b и стойки d Областью расположения центра вращения кривошипа шарнирного четырехзвенника ABCD, выполняющего основное условие синтеза, является кривая Ці234( для 4-х интерполяци- оннных точек передаточной функции) точек. Каждая точка 14
этой кривой определяет параметры четырехзвенника - длину кривошипа а, шатуна Ь, стойки d , при длине коромысла с= 1. Рисунок 1.5 - Схема синтеза четырехзвенника по 4 -м точкам передаточной функции 15
Рисунок 1.6 - Расчетная схема кривошипно- ползунного механизма Довольно часто в машинах применяется кривошипноползунный механизм. Он позволяет преобразовать вращательное движение кривошипа в возвратно- поступательное перемещение ползуна. Этот механизм широко применяется как силовой, например в кривошипных прессах. Проведем кинематический силовой расчет этой схемы. Обозначим длину кривошипа АС - г, длину шатуна ВС - b , начальное положение кривошипа АВ - верхнее строго вертикальное, угол поворота кривошипа АВ отсчитываем от этого положения по часовой стрелке, угол обозначим ср ( Рисунок 1.6.) 1. Рассчитаем длину отрезка МВ MB = r *sin^ 16
2. Рассчитаем значение угла а. Это угол является углом передачи, если угол равен 90° , сила Ғ передается на звено b (шатун) полностью. Если угол передачи равен 0 или 180° силаҒ на шатун не передается. а = АМВС-(90°-^) ЛМВС= ARCCOSt^) 3. Рассчитаем значение угла 8 <5 = 90°-а 4. рассчитаем значение силы Q Q = F•COSS 5. Определим значение угла у (/ = 90° - Z.MBC 6. Определяем значение рабочей силы пресса Р P = Q*COSy/ Произведем расчет значения рабочей силы Р для следующих данных: г=40 мм, Ь=800 мм, F =50000 Н. Результаты расчета представлены в таблице 1.1. В данном расчете сила вращения кривошипа F постоянна, и зависит от мощности двигателя и частоты вращения кривошипа АВ. Таблица 1.1-Значения силы Р, Н Угол <р, градус 0 30 60 90 120 150 170 175 180 Р. н 0 23902 42139 49875 44301 26067 9109 4575 0 Угол <р, градус 185 190 210 240 270 300 330 360 Р, н -4575 ■9109 -26067 ■44301 ■49875 •42139 ■23902 0 17
Рисунок 1.7 - График изменения силы Р Машина создается для выполнения определенной работы. Заданная работа определяется рабочими параметрами, которые являются теми критериями, которые формулируют требования к машине, и определяют ее функциональные показатели. 1.2. Механизмы переменной структуры( МПС).Возможности и перспективы МПС Обычные рычажные механизмы, особенно низких классов, изучены уже достаточно хорошо, их функциональные и кинематические возможности не всегда удовлетворяют потребности конструктора новой машины, повышение класса механизма увеличивает возможности механизма, но механизмы высоких классов имеют сложную структуру , насчитывающую большое количество звеньев и шарниров. Все это уменьшает жесткость механизма, повышает его стоимость. Механизмы имеют жестко заданный закон движения, который не может измениться в процессе работы механизма, это сужает технологические возможности механизма. Механизмы переменной структуры (МПС) вследствие того, что они могут работать в разных режимах, в процессе работы менять длину своих звеньев , естественно имеют более 18
расширенные функциональные и кинематические возможности. МПС могут менять свои кинематические параметры как в процессе отработки цикла без внешнего воздействия, так и отрабатывать цикл в одном режиме , но после внешнего воздействия отрабатывать цикл уже в другой структуре или с измененными длинами звеньев . Такие качества МПС позволяют им иметь довольно сложные законы движения исполнительного органа, включающие фазы прямого, обратного хода и выстоев в разных сочетаниях и разной продолжительности, в ходе технологического процесса автоматически в зависимости от обстановки менять закон движения, отрабатывать заданную траекторию движения или передаточный закон движения с высокой точностью. Свойство МПС изменять свой закон движения в зависимости от внешнего фактора , например внешней силы, воздействующей на рабочий орган, повышает надежность работы всей машины в целом, обеспечивает целостность механизма, страхует его от поломок. Также подобное адаптивное качество механизма позволяет использовать его в качестве собственного простейшего командоаппарата в различных устройствах, требующих выполнения как минимум двух разных рабочих движений в зависимости от внешней технологической ситуации. МПС могут найти применение в следующих направлениях: - в механических системах , отрабатывающих заданный закон движения с различными фазами, в том числе фазами выстоев, - бесступенчатые коробки скоростей и вариаторы, - самоблокирующие механизмы, предохранительные системы аварийного перехода в другой режим работы, 19
- ударные саморегулирующиеся механизмы, приспосабливающиеся к изменяющимся условиям работы, - механические логические элементы автоматики машин, простейшие командоаппараты, - исполнительные органы силовых машин, например прессов, - механизмы подающих устройств, например автооператоров и т.д. Методы создания МПС По характеру изменения своей структуры МПС делятся на три вида: 1. Изменение происходит автоматически во время цикла , вне зависимости от технологической ситуации. В качестве командоаппарата в таких механизмах выступает сама кинематика механизма. 2. Изменение структуры происходит от внешней команды оператора с использованием специальных командных устройств в виде выдвигаемых упоров, рычагов и т.д. 3. Изменение структуры происходит автоматически при изменении технологической ситуации, механизм сам адаптируется к изменившемуся режиму технологического процес- са[ 10]. Существует несколько методов создания МПС, которые рассмотрены ниже: 1. Использование в механизме жестких упоров, расположенных на стойке, добавление в механизм добавочной степени подвижности , движение которой ограничено сжатой пружиной или другим упругим элементом и упорами, расположенными в месте состыковки звеньев. До контакта звена механизма с жестким упором на стойке добавочная степень механизма не работает, при контакте звена, оно превращается в 20
стойку, и начинает двигаться добавочная степень подвижности , преодолевая сопротивление пружины . Механизм работает в двух режимах. До контакта с упором как обычный шарнирный четырехзвенник, после контакта - как 6 - тизвенныймеханизм , образованный последовательным присоединением двух шарнирных четырехзвенников[20]. Рисунок 1.8- Механизм с жестким упором Механизм состоит из кривошипа 1 ( Рисунок 1.8. ) , шатуна 2, звеньев 3 и 4 , стойки 5, которые составляют замкнутый шарнирный контур. На концах звеньев 3 и 4 имеется пара упоров М hN. К звену 3 и стойке 5 крепится двухпроводковая группа в составе звеньев 8 и 9. Механизм работает следующим образом. При вращении кривошипа 1 до контакта звена 4 с упором 6, механизм работает в режиме шарнирного четырехзвенника с коромыслом CED. звенья 3,4,8 и 9 представляют из себя жесткое звено, жесткость которого поддерживается действием пружины 7 и упорами М и N . После контакта звена 4 с упором 6, оно оста21
навливается и механизм начинает работать в режиме 6-ти звенного механизма со звеном 3 в качестве коромысла и звена 9 в качестве присоединенного звена . Звено 9 является исполнительным звеном в обоих режимах работы. В первом режиме работы получаем п интерполяционных точек передаточной функции, причем п- я точка соответствует положению механизма при контакте с упором 6. Задаваясь параметрами 6-ти звенногомеханизма , у которого заданы длина кривошипа, шатуна и угол между ними возможно получить еще п дополнительных интерполяционных точек. Совмещая две крайние интерполяционные точки в итоге получаем Z = 2 п - 1 интерполяционных точек. 2. Использование конверсионного звена, работающего на сжатие или растяжение и имеющего возможность в зависимости от величины этого воздействия изменять свою длину, чаще всего применяется упругий кривошип . На рисунке 1.9. показан механизм с составным кривошипом, состоящим из звеньев 1 и 2, между которыми имеется пружина 3. Уменьшение общей длины составного кривошипа 1-2 , позволяет получит выстой коромысла 5 при прохождении кривошипом положений В, В? Вз Рисунок 1.9- Механизм с конверсионным звеном 22
3. Использование вхождения механизма в мертвое положение, и как следствие остановка некоторых его звеньев , механизм имеет выстой , а в некоторых случаях меняет свою структуру. Механизм состоит из двух последовательно соединенных четырехзвенников( Рисунок 1.10.) [19 ] , первый четырехзвен- ник - стойка 1, ведущий кривошип 2, коромысло 3 и шатун 4 ; второй четырехзвенник - стойка 5, звено 6, выполненное заодно с коромыслом 3, коромысло - исполнительное звено 7 и шатун 8. Длина звена 6 равна длине звена 8, а длина стойки 5 равна длине звена 7, то есть контур звеньев 6-8-7-5 является ромбоидом. Стойка 1 выполнена с возможностью поворота вокруг шарнира D и фиксации винтом 9. На шатуне 8 установлен стержень 10, а на стойке неподвижно закреплен кулачок 11, рабочий контур которого выполнен по эквидистанте траектории движения конца стержня 10, также имеется неподвижный упор 12, взаимодействующий со звеном 7. Механизм работает следующим образом. Круговое движение кривошипа 2 преобразуется в колебательное движение коромысла 3 с углом размаха равным у . Прямая DF делит угол ц/ на угол выстояув и угол движения \рд. Звено 6 совершает колебание вместе со звеном 3. Когда звено 6 совмещено с прямой DF, второй четырехзвенник 6-8-7-5 находится в мертвом положении и все его звенья находятся на одной прямой. При повороте звена 6 против часовой . . стрелки от линии DF вместе с ним поворачивается и шатун 8, а коромысло 7, упираясь в упор 12, остается на месте. При повороте коромысла 3 со звеном 6 по часовой стрелке до возвращения на линию DF коромысло 7 по прежнему неподвижно. После прохождения звеном 6 и шатуном 8 линии DF конец стержня 10 набега23
ет на кулачок 11, благодаря чему шатун 8 выводит коромысло 7 из мертвого положения , и при дальнейшем повороте звена 6 на угол ц/д коромысло 7 совершает рабочее колебание. Рисунок 1.10 - Механизм с входом в мертвое положение 4. Использование изменения геометрических параметров механизма, в котором имеется добавочная степень подвижности, которая не работает до тех пор пока углы передачи движения звена не благоприятны , также здесь применяется упругий элемент, который также содействует блокировке звена . При достижении угла передачи некоторого значения степень подвижности начинает действовать, а другая степень подвижности , которая до этого работала наоборот получает слишком малое значение угла передачи и останавливается. 24
Рисунок 1.11- Механизм с добавочной степенью подвижности Конструкция механизма аналогична конструкции механизма показанного выше. Механизм также представляет из себя кулисный механизм с качающимся кулисным камнем 4 ( Рисунок 1.11.) [18], стойкой 1, кривошипом 2, кулисой 3, звеном 5. На конце кулисы 3 имеется упор 6. На камне 4 жестко установлен стержень 7, взаимодействующий с пружиной 8. Имеется пара упоров 9-10, установленных на сопряженных концах кулисы 3 и звена 5. Длина кривошипа 2 равна длине звена 5, а длина кулисы 3 равна длине стойки 1. Механизм работает в трех режимах. Во время выстоя он работает как механизм 1 - го класса, во время движения как шарнирный и кулисный четырехзвенник . Механизм работает следующим образом. Действие пружины 8 постоянно способствует смыканию упоров 9-10. Шарнир В не имеет подвижности. При движении кривошипа 2 из положения А1 в положение А2 механизм работает как кулисный с кулисой, состоя25
щей из звеньев 3-5. При достижении кривошипом 2 положения А2, определяемом углом <рв , упор 6 упирается в камень 4 и не дает кулисе 3 свободно перемещаться в нем. Шарнир В в этот момент находится на дуге окружности с радиусом равном длине стойки 1. Механизм начинает работать в режиме шарнирного четырехзвенника. Упоры 9-10 начинают расходится, преодолевая сопротивление пружины 8. При достижении кривошипом 2 положения АЗ, кулиса 3 совпадает со стойкой 1, а кривошип 2 совпадает со звеном 5. Все эти звенья находятся на одной прямой. Упоры 9-10 максимально разведены. При движении кривошипа в положение А4 звенья 3,4,7 неподвижны, происходит выстой. Кривошип 2 движется со звеном 5 как одно целое, механизм работает как механизм 1 -го класса. При достижении кривошипом 2 положения А4 упоры 9-10 смыкаются, механизм вновь работает в режиме кулисного. Угол размаха механизма определяется из выражения : \|/ = 2 arcsin (а) угол смещения (А 1DB1) . , <7 sin(180 - <А?) Ч у/см - arcsin(-------. —) Vl-a2 5. Использование параллельного соединения контуров в механизме, у которого одно или два подвижных звена делаются общими, в контуры вводится дополнительная степень подвижности и упоры, ограничивающие область действия этой подвижности определенным пределом. Причем механизм компонуется так, что при работе механизма при блокировке одной степени подвижности, другая работает и наоборот, одновременная работа двух степеней подвижности невозможна. Такое построение МПС дает возможность применять упоры на подвижных звеньях, их контакт происходит в движении и после этого звенья продолжают двигаться, то есть имеем 26
мягкий удар, что несомненно повышает динамические качества механизма. Механизм представляет из себя параллельное соединение двух механизмов, описанных в п.1. 5.4. Механизм состоит из кривошипа 1 (Рисунок 1.12. )[21], шатуна 2, кулисы 3, кулисного камня 4, стойки 5. На сопряженных концах шатуна 2 и кулисы 3 имеется пара упоров М и N. К камню 4 жестко крепится стержень 6, взаимодействующий с неподвижным упором 7. Со стержнем 6 взаимодействует пружина 8, стремящаяся прижать его к упору 7. К камню 4 соосно и жестко крепится кулисный камень 9, взаимодействующий с кулисой 10, связанной с шатуном 11, связанным с кривошипом 12, который имеет кинематическую связь 13 с кривошипом 1, например посредством ременной передачи. На сопряженных концах кулисы 10 и шатуна 11 имеется пара упоров Ғ и Е. Рисунок 1.12- Механизм с параллельными контурами 27
Механизм работает следующим образом. Кривошип 1 получает вращение от привода, через кинематическую связь 13 получает вращение кривошип 12. Контуры механизмов OABDC и O'A'B'DC имеют соответственно функцию перемещения стержня 6 : \|/11 = Ғ(ф11) и ф21 = Ғ(ф21) где -фі 1 ,ф 21 - угол поворота стержня 6, ф 11, ф 21 — угол поворота кривошипов 1 и 12. В предлагаемом механизме оба контура работают одновременно, но ведущим в каждый конкретный момент может быть только один контур , тот который в этот момент имеет большее значение функции ф . Его пара упоров в это время сомкнута, а у другого контура пара упоров размыкается. Контур , у которого пара упоров разомкнута, является ведомым. Его кулиса 3 или 10 , имея возможность свободного перемещения в камне 4 или 9, не заклинивает механизм . Если представить функции ф11=Ғ(ф11)иф 21 = Ғ( ф 21 ) в виде графиков ( Рисунок 1.13. ), то график функции движения механизма в целом выглядит как линия, очерчивающая внешний контур полученных двух кривых. В точках пересечения кривых происходит смена ведущего контура. Подбирая параметры контуров механизма и передаточное отношение кинематической связи 13, возможно получение разнообразных законов движения. В частности, как показано на рисунке 1.13а, псевдохаоти- ческого, полученного путем установки некратных друг другу периодов обращения кривошипов 1 и 12 - Т1 и Т2. Период цикличности такого закона движения будет очень большим и равен т = 7] • Т2. Закон движения такого механизма будет включать фазы прямого и обратного ходов с разной амплитудой, а там где фазы выстоев обоих контуров будут наклады28
atu.kzRkJQdWJsaXNoZXIy MTExODQxMg==