Введение к работе
Актуальность темы. В технологическом оборудовании находят применение рычажные механизмы, кинематические пары которых обладают избыточными (зависимыми) связями, не оказывающими влияния на характер движения механизма. Число степеней подвижности указанных механизмов, рассчитанное по структурной формуле, меньше единицы. Известны работы, в которых силовой расчёт выполняется с помощью упрощённой модели путём отбрасывания избыточных связей. В связи с этим актуальной является задача разработки методики кинематического и силового расчёта рычажных механизмов без отбрасывания избыточных связей, что позволит повысить достоверность результатов расчётов, качество и надёжность работы указанных механизмов.
Рычажные механизмы с избыточными связями применяются в приводах сельскохозяйственных и полиграфических машин с использованием механизма Беннета, а также в смесительной установке турбулентного типа на основе пространственного шестизвенника. Смесительная установка содержит низшие кинематические пары и имеет уникальную возможность воспроизводить пиковые значения ускорений в различных направлениях при использовании одного привода, вращающегося с постоянной угловой скоростью.
Цель работы - разработка и обоснование методики кинематического и силового расчёта статически неопределимого механизма в особом положении на всём интервале проворачиваемости кинематической цепи.
Основные задачи исследования.
На основании структурного исследования разработать расчётную модель пространственного шестизвенника с избыточными связями.
В ходе геометрического исследования составить и решить групповые уравнения полученной расчётной модели механизма.
В рамках кинематического анализа определить зависимость рабочих характеристик механизма от обобщённой координаты.
Разработать методику силового расчёта механизма смесителя и выполнить исследование его модели с учётом упругости звеньев.
Выполнить компьютерное моделирование расчётной схемы механизма и сравнить его с результатами, полученными аналитически.
Положения, выносимые на защиту: - геометрический анализ механизмов в особом положении;
расчётная модель упругого пространственного механизма;
адаптация метода расчёта стержневых систем к силовому расчёту механизмов с избыточными связями.
Методы исследования. Применены математические методы теории механизмов и машин, теоретической и аналитической механики, сопротивления материалов. При выполнении математических расчётов и проведении численных экспериментов использовались пакеты программ Mathcad, Model Vision Studium, SolidWorks, COSMOS Works/Simulation и др.
Научная новизна:
на основании геометрического исследования установлено, что кинематическая цепь механизма смесителя находится в особом положении;
разработана расчётная модель упругого пространственного рычажного механизма с избыточными связями;
разработана методика анализа системы групповых уравнений в особом положении, основанная на модификации исходной постановки;
предложена методика силового анализа рычажного механизма смесителя с избыточной связью.
Практическая ценность. Разработанная методика кинематического и силового анализа позволяет рассчитывать усилия и поля допусков для рычажных механизмов с избыточными связями. Методика применена для смесительной установки С 2.0 «Турбула» конструкции ООО «Вибротехник», г. Санкт-Петербург.
Достоверность научных положений и выводов подтверждена корректным применением математического аппарата и совпадением полученных результатов с данными эксперимента и компьютерного моделирования.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международных научно-практических конференциях, таких как XXXIX, XL «Неделя науки СПбГПУ», «Современное машиностроение. Наука и образование», проходивших в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете в 2010 - 2011 гг. Результаты работы отмечены дипломом конкурса инновационных, научных и научно-технических работ по итогам XXXIX международной научно-практических конференции «Неделя науки СПбГПУ» по номинации «Научные результаты фундаментальных и прикладных поисковых исследований».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, из них 4
работы в рецензируемых журналах из перечня ВАК и приравненных к ним.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. Полный объём составляет 146 страниц. В работе содержится 48 рисунков. Библиография включает 62 наименования.
