5 Синтез механизмов

5.1 Синтез плоских рычажных механизмов

5.1.1 Основные этапы синтеза

Проектирование механизмов представляет собой сложную ком­плексную проблему, решение которой разбивается на несколько этапов.

Первым этапом проектирования является выбор кинемати­ческой схемы механизма, которая бы обеспечивала требуемый вид движения и его закон.

Ко второму этапу проектирования относится разработка конструкторских форм механизма, обеспечивающих его прочность и долговечность.

Третьим этапом проектирования явля­ется разработка технологических и технико-экономических показа­телей проектируемого механизма.

В теории механизмов в основном рассматриваются и решаются задачи первого этапа проектирования, с помощью которых раз­рабатываются кинематические схемы механизмов, воспроизводя­щих требуемый закон движения.

Проектирование механизма начи­нается с выбора структурной схемы. Ее выбирают из справочных материалов или разрабатывают на основе анализа видов движения, которые должны быть реализованы. Этот этап проектирования называется структурным синтезом.

Если имеется несколько структурных схем различных механиз­мов, пригодных для реализации требуемых параметров, то из них следует выбрать наиболее подходящую. Разработчик должен, хотя бы в первом приближении, оценить кинематические, силовые, точ­ностные и другие характеристики механизма, что заранее сделать достаточно трудно. На практике выбор структурной схемы произ­водится чаще всего на основе предшествующего опыта, знаний или интуиции проектировщика. При огромном многообразии схем одних только рычажных механизмов такой эвристический подход к их выбору оправдан. Однако далеко не всегда проектировщик выбира­ет удачную структурную схему, о чем свидетельствуют конструкции некоторых существующих механизмов, применяемых в машинах и приборах. Вопрос о рациональном выборе структуры проектиру­емого механизма сравнительно сложен, поскольку он трудно подда­ется формализации.

После выбора структурной схемы механизма определяют геометрические размеры звеньев. При этом учитываются в основном кинематические функции, которые должен реализовать механизм. Этот этап проектирования называют этапом кинематического син­теза механизма, в рамках которого определяют относительные размеры звеньев, т. е. отношение геометрических размеров звеньев к размеру одного из них. Относительные геометрические размеры звеньев называют геометрическими параметрами механизма.

Структурный и геометрический синтез позволяет получить кинематическую схему механизма, отвечающую требованиям, предъяв­ляемым к проектируемому механизму. Кинематические функции, которые должен реализовать проектируемый механизм, воспроиз­водятся им с определенной точностью. Точность определяется усло­виями работы механизма, а также требованиями, обусловленными технологическим процессом. На основании анализа спроектирован­ного механизма по степени точности воспроизведения заданной функции решают, пригоден ли полученный механизм или необ­ходимо провести корректировку предыдущих этапов проектирова­ния с изменением исходных данных. Если и повторные расчеты не дают удовлетворительных результатов, то необходимо перейти к другой структурной схеме механизма и выполнить для нее соот­ветствующие расчеты. Этот этап проектирования называют этапом точностного проектирования.

Таким образом, задача проектирования механизма является сложной, многопараметрической, причем число исходных парамет­ров механизма, как правило, больше числа исходных данных, по­этому частью параметров приходится варьировать.

По принципу использования рычажные механизмы делятся на следующие группы.

1. Передаточные механизмы, реализующие заданную функциональную зависимость между положениями входного и выходного звеньев механизма или между их перемещениями.

2. Направляющие механизмы, в которых точка на звене, совершающем сложное движение, перемещается при движении механизма по заданной траектории.

Решение указанных задач синтеза рычажных механизмов с низ­шими парами может вестись как графическими, так и аналитичес­кими методами. Выбор метода в значительной мере зависит от тех условий, которые поставлены при проектировании (в частности, точность). Графические методы нагляднее и проще с точки зрения, но недостаточно точны. В последнее время достаточно развиты и широко используются аналитические методы с использованием ЭВМ.