Разработка методов и средств для структурно-кинематического проектирования рычажных механизмов машин легкой промышленности

• Автор: Кикин, Андрей Борисович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 362 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ КИНЕМАТИКИ МЕХАНИЗМОВ МАШИН ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИХ СТРУКТУРНО-КИНЕМАТИЧЕСКОГО СИНТЕЗА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ кинематики рычажных механизмов машин легкой

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1.1.1. Примеры использования рычажных механизмов (РМ) для привода рабочих органов машин

1.1.2. Классификация РМ. используемых для привода рабочих органов

1.2. Типовая задача синтеза приводного РМ и её формализация

1.2.1. Типовое техническое задание на синтез приводного РМ

1.2.2. Формализация задачи кинематического синтеза РМ

1.2.2.1. Классификация задач синтеза
1.2.2.2. Классификация условий синтеза
1.2.2.3. Классификация параметров синтезируемого РМ
1.2.3. Анализ особенностей задач кинематического синтеза РМ
1.3. Обзор известных методов автоматизации кинематического синтеза РМ
1.3.1. Методы структурного и структурно-кинематического синтеза РМ
1.3.2. Методы кинематического синтеза РМ
1.3.3. Методы синтеза передаточных РМ
1.3.4. Методов синтеза РМс одним или двумя выстоями
1.3.4.1. Механизмы, имеющие восемь или более звеньев
1.3.4.2. Шестизвенные функциональные генераторы
1.3.4.3. Шестизвенный механизм типа ШШМ-1 (Уатт 2)
1.3.4.4. Шестизвенный механизм типа ШШМ-2 (Стефенсон 3)
1.3.5. Методы синтеза направляющего шарнирного четырехзвепника
1.3.5.1. Методы, базирующиеся на кинематической геометрии
1.3.5.2. Аппроксимационные и смешанные методы
1.3.5.3. Численные методы
1.3.5.4. Графические методы
1.3.5.5. Использование компьютерных баз данных
1.3.5.6. Справочники и атласы механизмов
1.3.6. Методы решения задач синтеза направляющего ШЧ по видам воспроизводимой траектории
1.3.6.1. Воспроизведение прямой линии
1.3.6.2. Воспроизведение дуги окружности и других кривых
1.3.7. Методы синтеза многозвенных направляющих и перемещающих механизмов
1.3.7.1. Направляющие механизмы
1.3.7.2. Механизмы для точного воспроизведения траекторий

1.3.7.3. Перемещающие механизмы
1.3.8. Выводы по обзору методов кинематического синтеза
1.4. Обзор известных систем автоматизации проектирования и их
ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПО КИНЕМАТИЧЕСКОМУ СИНТЕЗУ РМ
1.4.1. Коммерческие машиностроительные САПР общего назначения
1.4.2. Специализированные САПР
1.4.3. Выводы по обзору САПР
1.5. Интерактивные инженерные прикладные программы для ПК
1.5.1. Структурная схема инженерной прикладной программы для ПК
1.5.2. Роль интерфейса в современных программах для ПК
1.6. Постановка задачи структурно-кинематического синтеза РМ
1.6.1. Предполагаемые подходы к решению задачи структурнокинематического синтеза РМ
1.6.2. Основные методологические принципы построения алгоритмического и программного обеспечения для структурно-кинематического синтеза РМ
ГЛАВА 2. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ АППРОКСИМАЦИОННОГО СИНТЕЗА РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ
2.1. Постановка задачи аппроксимационного синтеза
2.2. Общий случай: задача о соединении двух звеньев механизма, движущихся в одной плоскости, двухпарным звеном
2.3. Случай 1: совместное движение кривошипа (или коромысла) и точки -метод «Синхронного Движения Точек» (СДТ)
2.4. Случай 2: совместное движение коромысла (или кривошипа) и шатуна - метод «Синхронного Движения Точек» (СДТ)
2.5. Случай 3: совместное движение шатуна и точки - метод «Вставки Двухпарного Звена» (ВДЗ)
2.6. Программная реализация предлагаемых методов аппроксимациошюго синтеза
2.6.1. Описание интерфейса функции сПта 04 () для случая
2.6.2. Описание интерфейса функции сЧта02 () дляслучая 1а
2.6.3. Описание интерфейса функции сПтаОЗ () для случая 1Ь
2.6.4. Описание интерфейса функции сПта 0 8 () дляслучая2
2.6.5. Описание интерфейса функции сПта 01 () дляслучаяЗ
2.6.6. Описание интерфейса функции сПта 11 () для круговой точки
2.7. Пример решения практической задачи - синтез генератора прямолинейного равномерного движения
2.8. Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИОННОГО СИНТЕЗА РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ
3.1. Метод «Автоматического Сканирования Координат» (АСК)

3.1.1. Постановка задачи и принципы построения методики АСК
3.1.2. Возможности и принципы использования интерактивной методики АСК
3.1.3. Режимы работы интерактивного пакета АСК
3.1.4. Интерактивный графический интерфейс пакета А СК
3.1.5. Краткое описание программной реализация методики
3.1.6. Использования методики АСК для синтеза РМ
3.2. Метод многопараметрического оптимизационного синтеза
3.2.1. Решение задач синтеза РМ методом оптимизации
3.2.2. Особенности практического использования многопараметрического оптимизатора в программах синтеза РМ
3.2.3. Описание программного интерфейса функции (подпрограммы) оптимизационного синтеза
3.3. Методы аналитико-оптимизационного синтеза РМ
3.3.1. Сочетание аналитических методов синтеза и многопараметрической оптимизации
3.3.2. Сочетание аналитических методов синтеза и метода сканирования при небольшом числе параметров
3.4. Выводы ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ КИНЕМАТИЧЕСКОГО СИНТЕЗА РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ
4.1. Типовые задачи синтез а передаточных РМ
4.1.1. Локальные задачи аналитического синтеза РМ
4.1.2. Локальные задачи оптимизационного синтеза РМ
4.1.3. Специальные задачи синтеза РМ
4.1.4. Сводная таблица для локальных задач
4.2. Синтез передаточного РМ с учетом его функциональных возможностей
4.2.1. Функциональные возможности РМ
4.2.2. Типовые функции перемещения передаточных РМ
4.2.3. О движении выходной диады передаточного РМ
4.2.4. Зависимость функциональных возможностей РМ от формы траектории промежуточного шарнира
4.2.5. Функциональные возможности шестизвенного механизма типа ШШМ-2 и его синтез с учетом шатунной кривой
4.3. Кинематический анализ синтезированных РМ
4.3.1. Основные особенности используемого метода кинематического анализа РМ
4.3.2. Параметризация структурных групп плоских РМ
4.3.3. Матрица структуры и матрица параметров РМ
4.3.4. Алгоритм анализа п-звенного плоского РМ
4.3.5. Файл формата *. КШ для хранения данных о РМ

ваются вопросы программирования расчета и графического построения механических передач. В том числе, разбираются задачи проектирования шестизвенных, четырехзвенных и ряда других механизмов.
Заметим, что прямое приложение теории Бурместера в синтезе механизмов часто приводит к получению неработоспособных решений, обусловленных следующими нежелательными явлениями:
• отсутствием полноповоротности кривошипа механизма (обязательно необходима проверка условия Грасгофа);
• дефект ветвления — заданные положения не достигаются одной сборкой механизма, что коррелирует с предыдущим дефектом, причем данный дефект является общим для большинства методов синтеза;
• дефект порядка - нарушается предписанный порядок реализации заданных положения при одностороннем вращении входного звена.
Следует отметить, что направленность опубликованных научных статей, посвященных кинематическому синтезу РМ, практически прямо противоположна приведенному в п. О анализу использования РМ, как по виду и назначению механизмов, так и по числу их звеньев. Основная масса работ посвящена синтезу ШЧ, предназначенного для перемещения твердого тела, т.е. генерации плоскопараллельного движения, много работ посвящены четырехзвенным генераторам траекторий и относительно малое число работ затрагивает вопросы синтеза многозвенных передаточных РМ (генераторов функций). Причем во многих случаях декларируется метод синтеза якобы многозвенного механизма, но в качестве примера синтеза приводится все тот же ШЧ.
1.3.3. Методы синтеза передаточных РМ
Наибольший интерес в рамках данной диссертационной работы представляют методы синтеза передаточных РМ с числом звеньев равным шести и более. Работ, посвященных решению этой задачи относительно немного.
Одними из первых стали использоваться различные числовые оптимизационные методы решения задачи синтеза РМ с помощью ЭЦВМ. Например, в одной из ранних статей в этой области [42] выводятся уравнения для шесгизвенников ШШМ-1, ШШМ-2 и Стефенсон 2. Решение получается от первого приближения методом итераций. Исследуются вопросы сходимости алгоритма.
В статье [188] описан алгоритм синтеза плоских шестизвенных механизмов с вращательными парами пятого класса. Алгоритм основан на применении метода Монте-Карло. В процессе синтеза производится выявление относительных и абсолютного экстремумов функций нескольких переменных. Приведены блок-схема алгоритма синтеза и результаты расчетов.
В работе [189] предложен метод синтеза плоских шестизвенных механизмов с помощью процедуры итеративного оптимального синтеза последовательности групп звеньев. Основная идея метода состоит в следующем: механизм представляют состоящим из нескольких базисных синтезируемых групп звеньев. Все возможные группы делятся на пять независимых типов базисных групп для любых шестизвенных механизмов с двумя и тремя контурами. Синтез механизма сводит-