Введение к работе
Для экономического развития государства необходимым условием является развитие машиностроительной отрасли, что требует создания новых машин и механизмов, наиболее полно удовлетворяющих нужды современного производства. Проектирование новых машин и механизмов возможно на основе серьёзного научного фундамента, позволяющего обеспечить высокую эффективность машин уже на ранней стадии их проектирования.
Актуальность темы. В ряде отраслей промышленности широко используются цикловые технологические машины-автоматы и манипуляторы, рабочие органы которых совершают возвратно-поступательные или возвратно-вращательные движения с выстоями в крайних положениях. В последние десятилетия в мировой практике произошёл качественный сдвиг в структуре и техническом уровне машин и оборудования в сторону применения лазерных, оптических, компьютерных и других устройств для управления движением и остановкой рабочих органов. Однако их применение, приводящее к усложнению и повышению стоимости машин, не всегда оправдано. Закон движения рабочих органов с выстоем выходного звена может быть обеспечен с помощью кулачковых механизмов, применение которых сдерживает ряд недостатков, в их числе малая износоустойчивость кулачков и склонность к размыканию при высоких угловых скоростях ведущего вала. Рычажные механизмы отличаются высокой надёжностью, долговечностью, высокой нагрузочной способностью и могут успешно применяться в быстроходных машинах-автоматах. Плоские рычажные механизмы, содержащие в своём составе шестизвенную четырёхповодковую структурную группу, обладают широкими кинематическими возможностями для получения различных законов движения одного или двух выходных звеньев, в том числе их выстоев. Однако их применение в практике ограничено в силу малой изученности, относительной сложности кинематического анализа и синтеза механизмов высоких классов и, как следствие, отсутствия научной базы для проектирования. В связи с этим становится актуальной задача исследования всего многообразия модификаций шестизвенной группы Ассура, разработка алгоритмов кинематического анализа механизмов, в состав которых она входит, и создание на этой основе системы алгоритмов кинематического синтеза плоских рычажных механизмов с выстоями одного и двух выходных звеньев.
Цель работы. Расширение технологических возможностей механизмов цикловых машин-автоматов с выстоями выходных звеньев на основе использования плоских рычажных механизмов с шестизвенной четырёхповодковой структурной группой.
Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:
определение числа модификаций шестизвенной четырёхповодковой структурной группы, их систематизация и классификация по виду кинематических пар;
определение критерия для выбора метода решения задачи о положениях звеньев шестизвенной группы Ассура различных модификаций;
разработка методов определения положений звеньев шестизвенных четырёхповодковых структурных групп различных модификаций с определением фактического числа сборок группы;
составление алгоритмов решения задачи о положениях механизмов с различными способами присоединения шестизвенной четырёхповодковой структурной группы к входным звеньям;
разработка алгоритмов синтеза восьмизвенных механизмов с выстоями одного и двух выходных звеньев;
разработка методики оценки работоспособности механизма со структурной группой третьего класса четвёртого порядка по условиям качества передачи движения.
Методы исследования. В работе использованы методы теории механизмов и машин, теоретической механики, аналитической геометрии, синтеза и анализа плоских рычажных механизмов высоких классов, приближённые итеративные методы решения параметрических уравнений.
Научная новизна работы состоит в следующем:
определено число модификаций шестизвенной четырёхповодковой структурной группы, проведена их систематизация и классификация по виду кинематических пар;
составлены алгоритмы решения задачи о положениях механизмов при различных способах присоединения шестизвенных четырёхповодковых структурных групп различных модификаций к входному звену;
разработаны алгоритмы синтеза восьмизвенных механизмов третьего класса с возвратно-вращательным и возвратно-поступательным движением выходных звеньев с выстоями одного выходного звена и двух выходных звеньев, происходящими одновременно или в противофазах;
предложены методы определения условий собираемости, существования кривошипа и углов давления, решения задач статического силового анализа в механизмах с шестизвенной четырёхповодковой структурной группой.
Достоверность научных положений подтверждается применением апробированных методов теории механизмов и машин. При решении задач кинематического анализа и синтеза механизмов использованы принципы, разработанные в трудах ведущих учёных в области теории механизмов и машин, плоских рычажных механизмов высоких классов, итеративные математические методы решения параметрических уравнений. Полученные в диссертационной работе результаты не противоречат положениям вышеперечисленных теорий.
На защиту выносятся следующие положения:
систематизация и классификация шестизвенных четырёхповодковых структурных групп по виду кинематических пар;
алгоритмы кинематического анализа плоских рычажных механизмов с шестизвенной четырёхповодковой структурной группой различных видов;
алгоритмы синтеза восьмизвенных плоских рычажных механизмов третьего класса с выстоем одного выходного звена, выстоями двух выходных звеньев одновременными и в противофазах;
синтезированные кинематические схемы кривошипно-коромысловых и кривошипно-ползунных рычажных механизмов с шестизвенной группой Ассура с приближённым выстоем одного и двух выходных звеньев.
Практическая значимость. Разработанные теоретические положения доведены до алгоритмов и конкретных практических рекомендаций, направленных на проектирование механизмов с шестизвенной четырёхповодковой структурной группой. Получен ряд кинематических схем восьмизвенных механизмов третьего класса с выстоями одного и двух выходных звеньев. Результаты диссертационной работы используются в качестве методических материалов в конструкторской практике предприятия ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина» при разработке специализированного экспериментального оборудования и внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет на кафедре «Теоретическая и прикладная механика».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:
десятой Международной конференции по научному обеспечению азиатских территорий «Научное обеспечение АПК Сибири, Монголии и Казахстана» 3-6 июля 2007 г., г. Улан-Батор;
ежегодной научно-практической конференции студентов и аспирантов Инженерного Института НГАУ 2 апреля 2008г., г. Новосибирск;
Международной научно-практической конференции «Машино-технологическое, энергетическое и сервисное обеспечение сельхозтоваропроизводителей Сибири», посв. 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ А.И. Селиванова 9–11 июня 2008 г., п.г.т. Краснообск ;
Международного научно-практического форума «Инновации в агропромышленном комплексе» 3-4 июня 2009 г., г. Новосибирск;
VII Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» 10-12 ноября 2009 г., г. Омск;
I Международной научно-технической интернет-конференции молодых учёных «Автоматизация, мехатроника, информационные технологии» 18-20 мая 2010 г., г. Омск.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 15 научных работах автора, из которых три работы опубликованы в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, две – в ведущих научных журналах, шесть – в сборниках трудов Международных научно-технических конференций, одна – в материалах ежегодной научно-практической конференции студентов и аспирантов Инженерного Института НГАУ, три патента на полезную модель.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (167 наименований), приложений. Объём работы 199 страниц основного текста, в том числе 88 рисунков и 4 таблицы.
