tmmivan

44

По завершении эскизной компоновки машины (технического объекта) в целом, в соответствии с принципиальной схемой, практически одновременно производится конструирование агрегатов, входящих в состав машины (табл. 3.1 п.3).

Схема конструирования большинства агрегатов выполняется по единой схеме (табл. 3.1 п.п 3.1 - 3.7) с некоторыми дополнениями, отражающими их отраслевую принадлежность.

Конструирование каждого из агрегатов производится методом последовательного приближения, так как на первом из просчетов обычно отсутствует ряд геометрических, силовых и др. характеристик. Количество просчетов определяется необходимой, для проектируемой машины, степенью точности.

Завершающим подразделом конструирования отдельного агрегата является компоновка, этап, где проявляются противоречия между желаемыми (заявленными в техническом задании) техническими и эксплуатационными характеристиками агрегата и его компоновкой, с одной стороны, и условиями прочности и долговечности ее звеньев и деталей с другой.

В большинстве случаев размеры (сечения) деталей, полученные при расчете на прочность существенно отличаются от тех, которые были назначены (на основании статистики аналогов) при эскизной компоновке. Это приводит к необходимости проведения повторной компоновки – уже на основании действительных размеров звеньев.

При невозможности согласовать пространственную взаимосвязь звеньев, с полученными из расчета на прочность размерами, не-

45

обходимо проведение коррекции на одном из предшествующих этапов конструирования вплоть до изменения самой компоновки. Такая коррекция может быть достигнута назначением материалов деталей с другими механическими свойствами, изменением кинематических характеристик механизмов, влияющих на величины сил инерции звеньев, а также переходом к новым геометрическим размерам механизма и даже его новой кинематической схеме.

По окончании конструирования агрегатов производится компоновка машины в целом, обычно сопровождаемая коррекцией геометрических параметров и технических характеристик отдельных агрегатов. При необходимости компоновка может производиться в несколько этапов приближения.

Уже на стадии проектирования возможна и весьма целесообразна оценка технико-экономической эффективности и самой проектируемой машины, ее производства, эксплуатации и прочих аспектов. При этом ряд показателей эффективности может быть представлен в виде традиционных денежных оценок, но есть и такие показатели (техническая эстетика или дизайн, эргономика – рациональность посадки оператора и удобство управления, патентная чистота – исключение обязательств оплаты приоритета стороннему автору) которые базируются на экспертных оценках. По результатам экспертизы вырабатывается решение о целесообразности исполнения в материале спроектированной машины.

Машины опытной серии часто изготавливаются до ввода в

строй технологического оборудования, предназначенного для серийного производства, а потому выполняются вручную (например, выко-

46

лоткой на деревянном пуансоне панелей кузовов автомобилей вместо штамповки их на гидравлическом прессе).

Дорогие, представляющие опасность для оператора, пассажиров или окружающих, машины (из опытной серии) подвергают испытаниям и доработке. Например, в случае транспортных машин, одно или два изделия подвергаются статическому нагружению до полного разрушения от предельных нагрузок, одно или два изделия подвергаются стендовым виброиспытаниям для оценки долговечности, несколько изделий подвергают дорожным и ресурсным испытаниям. Для машин, эксплуатация которых предполагается в особых условиях, выполняются стендовые или дорожные климатические испытания.

После доработки машин опытной серии, правки технической документации, машина предъявляется приемочной комиссии, включающей в себя заказчика, разработчика и представителей надзорных органов.

Проект машины в виде технической документации и макета, принятый к производству, утверждается и передается предприятиюизготовителю.

47

4 Структурный анализ механизмов

Закономерности строения плоских механизмов были открыты русским ученым Л.В.Ассуром (1878-1920).Им же был разработан метод “особых точек” для кинематического анализа сложных рычажных механизмов. А.П.Малышев(1879-1962) предложил теорию структурного анализа и синтеза применительно к сложным плоским и пространственным механизмам, а И.И.Артоболевским(1905-1977) была усовершенствованна классификация плоских механизмов.

Работы и исследования этих и других ученых по этой тематике были выполнены в основном в период становления механики как теории машиностроения и имели в большей степени теоретический или поисковый характер. Однако, более чем столетие, прошедшее с момента разработки русским математиком П.Л.Чебышевым(18211894) структурной формулы плоских механизмов, позволяет оценить важность и значимость проблемы в современной механике.

4. 1. Цель и задачи структурного анализа.

При проектировании любой машины возникает необходимость уже на стадии разработки подтвердить работоспособность механизмов, входящих в состав машины. Работоспособность механизма может оцениваться не только с позиции перемещения по заданной траектории, с необходимыми скоростями и ускорениями, но и по возможности проворачиваемости (исключения заклинивания) и повторяемости движений.

48

Целью структурного анализа является оценка работоспособности кинематической схемы механизма.

Механизм или механизмы возможная, но не обязательная часть машины. Машина-это техническое устройство, предназначенное для преобразования энергии. Машины подразделяются на:

1 энергетические (двигатель внутреннего сгорания (ДВС), турбогенератор),

2 транспортные (автомобиль, аэроплан, корабль),

3 технологические (металло и деревообрабатывающие станки, швейные и ткацкие машины),

4 управления (автопилоты, системы управления ракетами),

5 кибернетические (компьютеры, электронные часы, роботы).

На примере энергетических машин можно заметить что если в Д.В.С. преобразование потенциальной энергии топлива в кинетическую энергию коленчатого вала обеспечивается несколькими механизмами: кривошипноползунным рабочих цилиндров, кулачковым газораспределения, зубчатым систем смазки и зажигания, то в бомбе преобразование потенциальной энергии взрывчатого вещества в кинетическую энергию ударной волны происходит без использования механизмов.

Механизм – это техническое устройство, предназначенное для преобразования движения. Наименование механизма определяется наименованием ведущего и ведомого звеньев.

Механизмы подразделяются на:

49

1 преобразователи вида движения (кривошипноползунный, кулачковый);

2 преобразователи скорости (кривошипно-кулисный, зубчатый);

3 передачи, как частный случай механизмов с коэффициентом передачи равным единице (зубчатые, с гибкими связями, цепные, валоприводы).

Механизмы, будучи техническими устройствами, состоят из деталей.

Деталь – это неделимая часть технического устройства. Функциональным, выполняющим конкретную задачу в составе механизма элементом является звено.

Звено это одна или несколько деталей, жестко соединенных между собой.

Звенья в свою очередь могут быть подвижными и неподвижными. В любом станке есть неподвижное (станина, корпус, стойка) и подвижные звенья (кривошип, шатун, шкивы, валы и т.д.).

Вслучае транспортной машины или мобильной (передвижной)

,технологической, звено, относительно которого перемещаются другие звенья, условно принимают за неподвижное. Когда рассматривается механика всего автомобиля за неподвижное звено принимается рама , когда же исследуется механика ДВС , за неподвижное звено принимается картер(корпус) ДВС.

Наименование подвижных звеньев определяется характером их движения

50

Кривошип – это звено, совершающее вращательное движение более чем на один оборот;

Коромысло – это звено, совершающее вращательное или воз- вратно-вращательное движение менее одного оборота;

Кулиса – это звено, совершающее вращательное движение и обеспечивающее поступательное или возвратно-поступательное движение сопряженному звену;

Шатун – это звено, совершающее плоскопараллельное движе-

ние.

Одна и та же кинематическая схема может представлять схемы механизмов, решающих совершенно разные задачи. В частности для преобразования вращательного движения в поступательное и преобразования поступательного во вращательное может быть использована единая схема.

Рис. 4.1. Кинематическая схема компрессора (а) и ДВС(б)

В схеме “a” на рис. 4.1. ведущим звеном является кривошип, а поршень исполнительным или ведомым звеном. Такая схема иллюстрирует машину-компрессор для сжатия газов. Схема “б“ где ведущим звеном является поршень, а кривошипный вал ведомым иллюстрирует машину-ДВС.

51

Следовательно, на кинематической схеме механизма обязательно обозначение ведущего звена. Символом ведущего звена является круговая стрелка для звена, совершающего вращательное движение и прямая стрелка для поступательного движения.

Ведущим называется то звено, закон движения которого задан. Подвижные звенья соединяются друг с другом и с неподвиж-

ным звеном посредством кинематических пар (шарниров). Кинематической парой называется подвижное соединение двух

звеньев.

Сложным шарниром называется соединение более чем двух звеньев.

Число кинематических пар в сложном шарнире на единицу меньше числа звеньев сходящихся в нём:

р = k-1 где р – число кинематических пар

k – число звеньев сходящихся в сложном шарнире. Например для схемы 2a:

р= k–1 = 3–1=2, следовательно в шарнире А имеют место 2 кинематические пары.

На рисунке 2б:

р= k–1 = 4–1 = 3,в шарнире В 3 кинематические пары.

По характеру контакта кинематические пары подразделяются

на высшие и низшие.

Низшими кинематическими парами называются такие, в кото-

рых контакт между звеньями осуществляется по поверхности.

52

Рис. 4.2. Сложный шарнир с двумя кинематическими парами (а) и тремя кинематическими парами (б).

Рис. 4.3. Кинематическая схема кривошипно-ползунного механизма с низшими кинематическими парами вращательными О1, А, В, и поступательной в направляющей О2.

Примером таких соединений является кинематическая пара

поршень-цилиндр (рис. 4.3.).

Здесь в шарнирах О, А, В и поверхность цилиндра с поршнем

образуют низшие кинематические пары.

Высшими кинематическим парами называются такие, в кото-

рых контакт между звеньями осуществляется по линии или в точке.

53

Рис. 4.4. Кулачково-коромысловый механизм с внешней кинематической парой А, зубчатый механизм с высшей парой Р, и гироскоп (волчок) с высшей парой К

Графические изображения технических объектов подразделя-

ются в зависимости от назначения на:

1.принципиальные схемы;

2.конструктивные схемы (машиностроительные чертежи);

3.кинематические схемы;

4.структурные схемы.

Рис. 4.5. Принципиальная схема строгального станка.

Принципиальные схемы отражают связи функциональных эле-

ментов машин между собой. На рис. 4.5. представлена принципиаль-

ная схема строгального станка.