Структура и кинематика механизмов четвертого семейства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.18, кандидат технических наук Тимофеева, Ираида Станиславовна

• Тимофеева, Ираида Станиславовна
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тимофеева, Ираида Станиславовна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Особенности структуры и применимость в технике механизмов четвертого семейства

1.1. Сущность механизмов четвертого семейства. Историческая справка

1.2. Анализ исследований Добровольского В.В

1.3. Анализ исследований Артоболевского И.И

1.4. Другие исследования и основные проблемы

1.5. Техническая применимость механизмов четвертого семейства и необходимость разработки их теории

1.6. Постановка задач исследования

ГЛАВА 2. Классификация и структура механизмов четвертого семейства

2.1. Сущность теории профессора Дворникова Л.Т. по структурному синтезу механических систем

2.2. Структура кинематических цепей четвертого семейства с линейными звеньями

2.3. Структура механизмов четвертого семейства с треугольными звеньями

2.4.Структура механизмов четвертого семейства с четырехугольными звеньями

2.5. Общий теоретический подход к механизмам четвертого семейства

2.6. Структурная классификация механизмов четвертого семейства

2.6.1. Одноподвижные механизмы (И/=/)

2.6.1.1. Механизмы {}¥~1) с наиболее сложным одноугольным звеном ( т = I)

2.6.1.2. Структурная классификация одноподвижных механизмов с наиболее сложным линейным звеном (т = 2)

2.6.1.3. Структурная классификация одноподвижных механизмов с наиболее сложным треугольным звеном ( г = 5)

2.6.1.4. Структурная классификация одноподвижных механизмов с наиболее сложным четырехугольным звеном (т = 4)

2.6.1.5. Структурная классификация одноподвижных механизмов с наиболее сложным пятиугольным звеном (г = 5)

2.6.1.6. Структурная классификация одноподвижных механизмов с наиболее сложным шестиугольным звеном ( т - 6)

2.6.2. Структурная классификация групп Ассура (IV = 0)

2.7. Проблема исключения избыточности в механизмах четвертого семейства

4

6 12 22

29

35

36 39 41 48

58

60

62

67

70

74

ГЛАВА 3. Кинематика механизмов четвертого семейства

3.1. Общая постановка задачи

3.2. Методические обоснования к исследованию кинематики механизмов четвертого семейства

3.3. Кинематика одноподвижных механизмов

3.4. Кинематика механизмов с любой степенью подвижности

3.5. Графоаналитический метод кинематического анализа механизмов четвертого семейства

3.6. Проблема "заклинивания" и ее решение в механизмах с идеальными парами

3.7.0 передаточных отношениях

ГЛАВА 4. Редукторы поступательного движения как механизмы четвертого семейства

4.1. Идентичность винтовых и клиновых пар

4.2. Постановка задачи о создании редукторов поступательного движения (РПД)

4.3. Проблема работоспособности РПД

4.4. Метод разработки редуктора поступательного движения

4.5. Изобретение

4.6. Обоснование кинематической схмы и исследование бурильной машины вращательного действия, обеспечивающей постоянство

удельной подачи инструмента

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПУБЛИКАЦИИ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структура и кинематика механизмов четвертого семейства»

ВВЕДЕНИЕ

Развитие современной науки и техники неразрывно связано с разработкой и созданием новых машин, которые должны максимально увеличивать производительность труда, способствовать улучшению качества изготавливаемой продукции и снижению ее себестоимости. Основными тенденциями современного машиностроения являются повышение мощности и быстроходности, равномерности хода, автоматизации, длительной безотказной работе, удобству и безопасности обслуживания, экономичности при эксплуатации, обеспечения минимального веса и, возможно, наименьшей стоимости конструирования и изготовления машин.

Ведущей отраслью современной промышленности является машиностроение, т.к. основные процессы выполняют машины. Для того чтобы создать механизм и довести его до практического применения, необходимо сначала спроектировать, разработать его конструкцию и выбрать из представленных схем наиболее приемлемую с точки зрения оптимальных условий работы.

В настоящее время перед машиностроением возникает ряд проблем. Наиболее развита и изучена та часть машиностроения, которая носит называние "Теория механизмов и машин". Она изучает такие методы исследования свойств машин, которые являются общими для всех механизмов независимо от их назначения, рассматривает общие методы проектирования схем. Это наука, изучает строение, кинематику и динамику механизмов в связи с их анализом и синтезом. Проблемы теории механизмов могут быть разделены на две группы. Первая группа проблем посвящена исследованию существующих механизмов - анализу механизмов. Вторая группа проблем посвящена проектированию новых механизмов для существующих заданных движений - синтезу механизмов.

Для изучения строения механизмов, исследования движения тел, независимо от сил их вызывающих, применяется структурный и кинематический анализ механизмов.

По предложению Артоболевского И.И. все механизмы подразделяются на "семейства". Наиболее широко в современной литературе изучены механизмы третьего семейства, т.е. плоские механизмы, допускающие три относительных движения в плоскости. Если возможно только поступательное движение звеньев , то их относят к механизмам четвертого семейства. К ним принадлежат плоские клиновые и пространственные винтовые механизмы. При этом винтовые механизмы являются частным случаем клиновых, так как любую винтовую поверхность можно представить в виде наклонной плоскости. Несмотря на большое количество рассмотренной литературы можно с уверенностью утверждать, что механизмы четвертого семейства не были достаточно изучены, а поэтому до технического воплощения дошли лишь простейшие из схем.

Артоболевский И. И. в работе [2] пытался систематизировать механизмы четвертого семейства. Автор привел примеры некоторых сложных групп с тремя и более звеньями, лежащими в основе таких механизмов, но все они были построены по одному подобию. Немецкий ученый Р. Краус [10] приводит большое количество схем и рассматривает их кинематику, но никакой закономерности при их построении не отмечает. Турпаев А.И. [16] проводил динамическое исследование механизмов четвертого семейства на примере винтовых.

После рассмотрения всего многообразия представленной литературы можно с уверенностью сказать, что никому из авторов не удалось провести последовательный синтез механизмов четвертого семейства, представить полную их классификацию, решить вопросы кинематики. Поэтому возникает задача в отыскании существующего многообразия схем, с целью создания оптимального механизма с заданными начальными параметрами.

В настоящей работе разработана принципиально новая методика к отысканию возможных схем механизмов. С использованием универсальной структурной системы, предложенной профессором Дворниковым Л.Т. в работе "Начала теории структуры механизмов" поставленная задача становится реальной. В основе этой системы лежит так называемое базисное звено (т- угольник), вносящее в цепь т кинематических пар.

Автором диссертации впервые приведена классификация исследуемых механизмов , начиная от т = / и до цепей, содержащих в своем составе базисное шестиугольное звено ( т.е. г = б ), переменными параметрами при этом считается число звеньев п (задаемся значениями от п — : и до п- & включительно). При этом следует отметить, что возможно отыскание схем механизмов с любым числом т и п. Также в работе изложена методика кинематического исследования механизмов четвертого семейства, решен вопрос отыскания условий, при которых происходит так называемое "заклинивание" механизма.

Практическое применение таких механизмов можно представить в виде редукторов поступательного движения. На один из таких редукторов получено авторское свидетельство.

Заключение диссертации по теме «Теория механизмов и машин», Тимофеева, Ираида Станиславовна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе универсальная структурная система, предложенная Дворниковым Л.Т., была применена к механизмам четвертого семейства. В основу универсальной структурной системы положен г- угольник (наиболее сложное звено цепи), к которому последовательно присоединяются звенья т, добавляющие в цепь / кинематических пар. Только использование данной системы позволило провести полную классификацию механических систем. Было показано, что для четвертого семейства классифицировать структурные группы Ассура не целесообразно, т.к. присоединив их к ведущему звену и замкнув оставшиеся звенья на стойку, выпадают некоторые схемы механизмов. Поэтому в работе была предложена только классификация механизмов четвертого семейства.

В представленном варианте классификации все механизмы, в зависимости от наиболее сложного звена цепи (т) и числа звеньев (п), делятся по количеству выходов (8) и количеству замкнутых изменяемых контуров (а). Максимально возможное число замкнутых изменяемых контуров определяется количеством замыкающих звеньев т. Звенья ао не могут быть использованы в качестве замыкающих, т.к. цепь оказывается разомкнутой, поэтому их предлагается на рассматривать. В работе классифицируются цепи до т = 6 и п = 8. Более сложные цепи менее применимы на практике из-за трудности их изготовления. Поэтому в работе их классификация не приведена. Ограниченность их применения обусловлена также и большим количеством избыточных связей. Появление избыточных связей создало проблему их устранения. Такие попытки предприняты в работе. Предложено кинематические пары пятого класса заменять квазивысокими классами пар четвертого и третьего классов. Теперь из всего многообразия схем можно выбрать наиболее приемлемые механизмы, подбираемые по числу выходов цепи.

Разработанные методы кинематического исследования механизмов показали их работоспособность. В работе предложены аналитический и графоаналитические методы кинематического анализа. Ранее не представлялось сложным построить планы скоростей для механизмов четвертого семейства без замкнутых изменяемых контуров. Теперь приведены методы для построения планов скоростей и ускорений для любых механизмов четвертого семейства .

Результатом работы явилось создание редуктора поступательного движения (патент № 2082047 от 20.06.97 г.) и разработки схемы бура вращательного длинноходового (БВД-1). Создание таких схем стало возможным только с применением универсальной структурной системы. Ранее построить такие механизмы можно было лишь случайно.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тимофеева, Ираида Станиславовна, 1998 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Артоболевский И. И. Структура, кинематика и кинетостатика многозвенных плоских механизмов. - М., Ленинград: Гос. объед. н.-т. изд-во НКПТ СССР, 1939 г.

2. Добровольский В.В. Система механизмов. -М.: Гос. н.-т. изд-во машиностроит. лит-ры, 1943 г.

3. Дворников Л.Т. Основания к методам установления групп Ассура и исключения избыточности связей в них. Материалы II научно-практической конференции. - Новокузнецк: СибМИ, 1991 г.

4. Добровольский В.В., Артоболевский И.И. Структура и классификация

механизмов. Изд-во Академии наук СССР, 1939 г.

5. Артоболевский И.И. К вопросу о структуре и классификации кинематических цепей с замкнутым контуром. Известия Академии наук СССР, 4, 1939 г.

6. Решетов Л.Н. Самоустанавливающиеся механизмы. - М.:

Машиностроение, 1979 г.

7. Кожевников С.Н. Основания структурного синтеза механизмов. - Киев: Наукова думка, 1979 г.

8. Озол О.Г. Основы конструирования и расчета механизмов. - Рига: Звайгзне, 1979 г.

9 . Артоболевский И.И. Теория механизмов. - М.: Наука, 1965 г.

10. Robert Kraus. Getriebeaufbau Verlag Technik. - Berlin: 1952r.

11. Дворников Л.Т. Начала теории структуры механизмов. - Новокузнецк: 1994 г.

12. Дворников Л.Т. Новые формализации в структуре механизмов. -Известия ВУЗов, Машиностроение, 1, 1993 г.

13. Дворников Л.Т. К вопросу о структуре механизмов с линейными звеньями. Материалы III научно-практической конференции СибМИ. -

Новокузнецк: 1993 г.

14. Дворников Л.Т., Тимофеева И.С. К решению задач структуры механизмов четвертого семейства. Материалы II научно-практической

конференции СибМИ. - Новокузнецк: 1991 г.

15. Дворников Л.Т., Тимофеева И.С. К вопросу о передаточных отношениях и к.п.д. механизмов четвертого семейства. Материалы III научно-практической конференции СибМИ. - Новокузнецк: 1993 г.

16. Турпаев А.И. Самотормозящие механизмы. - М.: Машиностроение, 1966 г.

17. Пясик И.Б. Шариковые механизмы. - М.: Машгиз, 1962 г.

18. Левитский Н.И. Теория механизмов и машин. - М.: Наука, 1990 г.

19. Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин. - М.: Машиностроение, 1973 г.

20. Ассур A.B. Исследование плоских стержневых механизмов с низшими парами с точки зрения их структуры и классификации. - М.: Изд.Ак.Наук СССР, 1952г.

21. Пейсах Э.Е., Нестеров В.А. Система проектирования плоских рычажных механизмов. - М.: Машиностроение, 1966 г.

22. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987 г.

23. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Том 2. Пособие для инженеров, конструкторов и изобретателей. - М.: Наука, 1971 г.

24. Кожевников С.Н., Есипенко Я.И., Раскин Я.М. Механизмы. - М.: Машиностроение, 1965 г.

25. Тимофеева И.С. Клиновые преобразователи усилий. Материалы И международной научно-практической конференции: экономика, экология и технология в металлургии. - Новокузнецк: 1996 г.

26. Баранов Г.Г. Курс теории механизмов и машин. - М.: Машиностроение, 1975 г.

27. Дворников Л. Т. Проблема исследования неодносемейственных механизмов Материалы шестой научно-практической конференции по проблемам машиностроения, металлургических и горных машин. -

Новокузнецк: 1997 г.

28. Тимофеева И.С. Анализ развития понятий, связанных с так: называемыми механизмами четвертого семейства. Материалы шестой научно-практической конференции по проблемам машиностроения, металлургических и горных машин. - Новокузнецк: 1997 г.

29. Дворников Л.Т., Тимофеева И. С. Систематизация механизмов четвертого семейства. Материалы пятой научно-практической конференции по секции машиностроения и горных машин. - Новокузнецк: 1996 г.

30. Дворников Л.Т., Тимофеева И.С. К вопросу о совершенствовании винто-поворотных механизмов буровых агрегатов. Материалы конференции, посвященной 70-летию со дня рождения Катанова Б.А.

Механизация горных работ. - Кемерово: 1997 г.

31. Малышев А.П. Кинематика механизмов. - М.: Гос. изд-во легкой промышленности, 1933 г.

32. Тайнов а.И. Основы теории структуры механизмов. - Минск: 1959 г.

33. Дворников Л.Т., Тимофеева И.С., Адамович Н.О. Синтез клиновых и плоских неассуровых механизмов, проблемы их исследования. The Seventh IFToMM International Symposium on Linkages and Computer Aided Design Methods Theory and Practice of Mechanisms - Bucharest ROMANIA, 1997.

34. Дворников Л.Т.,Тимофеева И.С., Кадочников П.Ю., Литвенко К.А. Обоснование кинематической схемы и исследование бурильной машины вращательного действия, обеспечивающей постоянство удельной подачи инструмента. Материалы восьмой научно-практической конференции по секции машиностроения, металлургических и горных машин. Новокузнецк: 1998 г.

35. Тимофеева И.С., Дворников Л.Т. О кинематическом исследовании сложных механизмов четвертого семейства. Материалы седьмой научно-

практической конференции по секции машиностроения, металлургических и горных машин. - Новокузнецк: 1998 г.

36. Дворников Л.Т., Тимофеева И.С., Кадочников П.Ю., Литвенко К.А. Обоснование кинематической схемы и исследование бурильной машины вращательного действия, обеспечивающей постоянство удельной подачи инструмента. Материалы восьмой научно-практической конференции по проблемам машиностроения, металлургических и горных машин. -Новокузнецк: 1998 г.

ПУБЛИКАЦИИ

1. К решению задач структуры механизмов четвертого семейства. Материалы II научно-практической конференции СибМИ. - Новокузнецк:

1991 г. (Соавтор Дворников Л.Т.)

2. К вопросу о передаточных отношениях и к.п.д. механизмов четвертого семейства. Материалы III научно-практической конференции СибМИ. -Новокузнецк: 1993 г. (Соавтор Дворников Л.Т.)

3. Клиновые преобразователи усилий. Материалы II международной научно-практической конференции: экономика, экология и технология в

металлургии. - Новокузнецк: 1996 г.

4. Анализ развития понятий, связанных с так называемыми механизмами четвертого семейства. Материалы шестой научно-практической конференции по проблемам машиностроения, металлургических и горных

машин. - Новокузнецк: 1997 г.

5. Систематизация механизмов четвертого семейства. Материалы пятой научно-практической конференции по секции машиностроения и горных машин. - Новокузнецк: 1996 г. (Соавтор Дворников Л.Т.)

6. К вопросу о совершенствовании винто-поворотных механизмов буровых агрегатов. Материалы конференции, посвященной 70-летию со дня рождения Катанова Б.А. Механизация горных работ. - Кемерово: 1997 г. (Соавтор Дворников Л.Т.)

7. Синтез клиновых и плоских неассуровых механизмов, проблемы их исследования. The Seventh IFToMM International Symposium on Linkages and Computer Aided Design Methods Theory and Practice of Mechanisms -Bucharest ROMANIA, 1997. (Соавторы Дворников Л.Т., Адамович И.О.)

8. О кинематическом исследовании сложных механизмов четвертого семейства. Материалы седьмой научно-практической конференции по проблемам машиностроения, металлургических и горных машин. -Новокузнецк: 1998 г. (соавтор Дворников Л.Т.)

9. Обоснование кинематической схемы и исследование бурильной машины вращательного действия, обеспечивающей постоянство удельной подачи инструмента. Материалы восьмой научно-практической конференции по проблемам машиностроения, металлургических и горных машин. -Новокузнецк: 1998 г. (Соавторы Дворников Л.Т.,Кадочников П.Ю., Литвенко К.А.)

10. Патент №2082047 от 20.06.97 г. (Соавтор Дворников Л.Т.)