Синтез механизмов. Основные задачи и методы синтеза

1. Тема 6

6. Синтез механизмов
6.1. Основные задачи и методы синтеза
Проектирование машин и механизмов
является комплексной
задачей, которая решается в три этапа:
1-й этап: установление кинематической схемы механизма, которая
обеспечивает требуемый вид и закон движения;
2-й
этап:
разработка
конструктивной
схемы
механизма,
обеспечивающей его прочность, жёсткость, долговечность, требуемый
КПД и др.;
3-й этап: разработка технологических технико-экономических
показателей механизма, определяемых его эксплуатацией, ремонтом и
обслуживанием.
В ТММ, в основном, решается задача первого этапа с учётом
вопросов, связанных со вторым и третьим этапами. Задача синтеза
кинематических схем механизмов многокритериальная, поскольку
механизм
должен
удовлетворять
различным
геометрическим,
кинематическим и динамическим условиям.

2. Тема 6

Для решения подобных задач используются различные численные
методы, основанные на применении ЭВМ: случайного поиска (метод
Монте-Карло); направленного поиска; комбинированного поиска;
наилучшего приближения функций (метод Чебышева П.Л.) и другие.
Задачи кинематического синтеза:
1.Преобразование вращательного движения вокруг одной оси во
вращательное движение вокруг другой оси;
2.Преобразование вращательного движения вокруг одной оси в
движение вдоль некоторой прямой и наоборот;
3.Преобразование поступательного движения вдоль одной прямой
в поступательное движение вдоль другой прямой;
4.Воспроизведение одной из точек механизма заданной траектории.
Для решения первых трех задач задаются требуемые законы
движения звеньев, а для решения четвертой задачи – траектория
движения (аналитическим или графическим способами).

3. Тема 6

Задаются углы поворота выходного звена в зависимости от угла
поворота, длительность периода остановки выходного звена и т.д. Кроме
того, указываются желаемые конструктивные формы механизмов и
некоторые условия динамического характера, включающие к.п.д.,
устойчивость, прочность.
Перечисленные задачи синтеза наиболее просто и точно решаются с
помощью механизмов, в состав которых наряду с низшими входят
высшие КП. Эти механизмы позволяют: изменять скорости и законы
движения звеньев и характер механического движения; осуществлять
раздачу и суммирование движений; передавать движения между осями,
произвольно
расположенными
в
пространстве;
осуществлять
бесступенчатое изменение скорости движения.
К механизмам с высшими КП относятся зубчатые, кулачковые,
фрикционные и волновые механизмы. К механизмам с низшими КП
относятся рычажные, кулисные и синусные механизмы. Они более
просты в
изготовлении, но не обеспечивают высокой точности
воспроизведения заданных законов движения. В дальнейшем будет
рассмотрен синтез только плоских механизмов с высшими КП.

4. Тема 6

В этих механизмах элементы высших КП являются
либо
центроидами, либо взаимоогибаемыми кривыми. В первом случае
механизмы получили название центроидных. К механизмам, в которых
элементы высших КП являются взаимоогибаемыми кривыми, относятся
зубчатые и кулачковые механизмы.
6.2. Синтез зубчатых механизмов
6.2.1. Общая характеристика зубчатых механизмов
К зубчатым механизмам относятся механизмы, звенья в которых
выполняются в виде зубчатых колес.
Зубчатыми колесами называются тела вращения (цилиндрические
диски), на которых расположены зубья.
Зубчатые механизмы предназначены для передачи движения с
одного вала на другой с постоянной либо переменной скоростями.
Их преимущества: компактность, минимальные
габаритные размеры; высокий КПД; практически любое
передаточное отношение (чаще всего постоянное);
высокая надежность, долговечность; простота эксплуатации.

5. Тема 6

Различают простые и сложные зубчатые механизмы.
Простые зубчатые механизмы состоят из двух зубчатых колес. Часто
их называют зубчатыми передачами или одноступенчатыми передачами
(большее из колес называется
зубчатым
колесом, меньшее –
шестерней).
Сложные зубчатые механизмы используются для получения больших
передаточных отношений и образуются путем соединения нескольких
одноступенчатых механизмов. Оси этих механизмов могут быть как
неподвижными, так и подвижными. Механизмы с подвижными осями
получили название планетарных.
Механизмы,
понижающие
угловую
скорость,
называются
редукторами, повышающие – мультипликаторами.
Все сложные зубчатые механизмы можно классифицировать по
характеру движения и подвижности осей валов, а также по величине
передаточного отношения.

6. Тема 6

Классификация простых зубчатых механизмов.
1. По характеру зацепления:
- с внешним зацеплением;
-
с внутренним зацеплением;
-
с реечным зацеплением.

7. Тема 6

2. По характеру расположения валов различают цилиндрические,
конические и гиперболоидные передачи.
В цилиндрических зубчатых передачах оси валов параллельны. В
конических передачах оси валов пересекаются, чаще всего под прямым
углом. В гиперболоидных передачах оси валов перекрещиваются.
Последние, в свою очередь, делятся на винтовые, червячные и
гипоидные.

8. Тема 6

3. По типу взаимоогибаемых кривых, которыми очерчиваются боковые
поверхности зубьев, передачи делятся на эвольвентные, циклоидальные
и передачи с круглым зубом.
Эвольвентный профиль – образуется как траектория точки касания
прямой с окружностью при перекатывании этой прямой по окружности
без скольжения. Передачи с циклоидальным зацеплением имеют
профиль зуба, состоящий из участков циклоид, эпициклоид и
гипоциклоид. Передачи с круглым зубом имеют профиль зуба в виде
круга. Они обладают малой точностью, но позволяют передавать
большие крутящие моменты.
4. По характеру расположения зубьев относительно образующей обода
колеса передачи с эвольвентным зацеплением подразделяются на
прямозубые, косозубые и шевронные.

9. Тема 6

5. По характеру передаточного отношения различают передачи с
постоянным и переменным передаточными отношениями.
Передаточное отношение является одной из основных
характеристик зубчатого механизма. Оно определяется как отношение
скорости ведущего звена 1 к скорости ведомого звена k