Теория и практика структурного синтеза новых рычажных механизмов с совмещенными цилиндрическими шарнирами для разных областей техники

Структурный синтез разнообразных механизмов — первый этап в создании надежных и эффективных конструкций механизмов и механических приводов для работы в разных областях машиностроения. С одной стороны, структурный синтез различных подвижных механических систем является наиболее сложным и проблематичным этапом их проектирования вследствие неизвестного и большого числа (десятки тысяч) возможных структурных решений, а с другой — самым важным этапом, предопределяющим функциональные характеристики и срок службы создаваемых механизмов. Приведены примеры создания безызбыточных механизмов на основе целочисленных решений структурной математической модели всех возможных многоконтурных механизмов со сложными шарнирами разной кратности. Проведен структурный синтез и обоснована эффективность совмещенных цилиндрических шарниров при создании новых плоских и пространственных структур многозвенных механических устройств с разным числом степеней свободы, выполненных в виде многостороннего схвата робота, грузоподъемного механизма, шарнирно-сочлененных рычажных манипуляторов и подвижной механической системы активной сейсмической защиты зданий.

Литература

[1] Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Москва, ЛЕНАНД, 2019. 500 с.

[2] Глазунов В.А., ред. Новые механизмы в современной робототехнике. Москва, Техносфера, 2018. 316 с.

[3] Мудров А.Г., Мудрова А.А., Сахапов Р.Л. Пространственные аппараты с мешалкой и смесители. Москва, КноРус, 2021. 190 с.

[4] Марковец К.И., Полотебнов В.О. Синтез механизмов транспортирования материалов с прямолинейным участком траектории движения зубчатой рейки. Известия высших учебных заведений. Технология легкой промышленности, 2018, т. 39, № 1, с. 117–121.

[5] Брискин Е.С., Беляев К.В. Шагающая машина Восьминог-М. Прогресс транспортных средств и систем – 2005. Мат. межд. науч.-практ. конф. Волгоград, ВолГТУ, 2005, с. 611–612.

[6] Ceccarelli M. Fundamentals of mechanics of robotic manipulation. Springer, 2004. 312 p.

[7] Li G., Miao Z., Li B. et al. Type synthesis to design variable camber mechanisms. Adv. Mech. Eng., 2016, vol. 8, no. 8, doi: https://doi.org/10.1177/1687814016666003

[8] Peisakh E.E. Technique of automated structural synthesis of planar jointed mechanisms. J. Mach. Manuf. Reliab., 2009, vol. 38, no. 1, pp. 62–70, doi: https://doi.org/10.3103/S1052618809010129

[9] Zou Y., He P., Pei Y. Automatic topological structural synthesis algorithm of planar simple kinematic chains. Adv. Mech. Eng., 2016, vol. 8, no. 3, doi: https://doi.org/10.1177/1687814016638055

[10] Hwang W.M., Hwang Y.W. Computer-aided structural synthesis of planar kinematic chains with simple joints. Mech. Mach. Theory, 1992, vol. 27, no. 2, pp. 189–199, doi: https://doi.org/10.1016/0094-114X(92)90008-6

[11] Sun W., Kong J., Sun L. A joint-joint matrix representation of planar kinematic chains with multiple joints and isomorphism identification. Adv. Mech. Eng., 2018, vol. 10, no. 6, doi: https://doi.org/10.1177/1687814018778404

[12] Hasan A. Study of multiple jointed kinematic chains. IJCER, 2018, vol. 8, no. 1, pp. 13–19.

[13] Ding H.F., Hou F.M., Kecskemethy A. Synthesis of the whole family of 1-DOF kinematic chains. Mech. Mach. Theory, 2012, vol. 47 no. 1, pp. 1–15, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2011.08.011

[14] Norton R.L. Design in machinery. McGraw Hill, 2019. 896 p.

[15] Muller A. Kinematic topology and constraints of multi-loop linkages. Robotica, 2018, vol. 36, no. 11, pp. 1641–1663, doi: https://doi.org/10.1017/S0263574718000619

[16] Talaba D. Mechanical models and the mobility of robots and mechanisms. Robotica, 2015, vol. 33, no. 1, pp. 181–193, doi: https://doi.org/10.1017/S0263574714000149

[17] Babichev D., Evgrafov A., Lebedev S. Lever mechanisms: the new approach to structural synthesis and kinematic analysis. IFToMM WC-2019. Springer, 2019, pp. 1030–1050, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-20131-9_56

[18] Evgrafov A.N., Petrov G.N. Computer simulation of mechanisms. In: Advances in mechanical engineering. Springer, 2017, pp. 45–56, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-53363-6_6

[19] Pozhbelko V., Ermoshina E. Number structural synthesis and enumeration process of all possible sets of multiple joints of 1-DOF up to 5-loop 12-link mechanisms on base of new mobility equation. Mech. Mach. Theory, 2015, vol. 90, pp. 108–127, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2015.03.006

[20] Pozhbelko V. A unified structure theory of multibody open, closed loop and mixed mechanical systems with simple and multiple joint kinematic chains. Mech. Mach. Theory, 2016, vol. 100, no. 6, pp. 1–16, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2016.01.001

[21] Пожбелко В.И. Единая теория структуры механических систем. В: Методы решения задач синтеза механизмов. Челябинск, ЧГТУ, 1993, с. 19–56.

[22] Ассур Л.В. Исследование плоских стержневых механизмов с низшими парами с точки зрения их структуры и классификации. Москва, Изд-во АН СССР, 1952. 592 с.

[23] Кожевников С.Н. Основания структурного синтеза механизмов. Киев, Наукова думка, 1979. 232 с.

[24] Решетов Л.Н. Самоустанавливающиеся механизмы. Москва, Машиностроение, 1979. 334 с.

[25] Крайнев А.Ф. Механика машин. Москва, Машиностроение, 2001. 904 с.

[26] Умнов Н.В., Сильвестров Э.Е. Использование методов гомотопии при синтезе механизмов. Ст. док. межд. конф. по теории механизмов и машин. Краснодар, Кубанский ГТУ, 2006, с. 47–48.

[27] Романцев А.А. К вопросу создания структурных схем плоских шарнирных групп звеньев. Теория механизмов и машин, 2014, т. 12, № 1, с. 81–90.

[28] Несмеянов И.А., Герасун В.М., Дяшкин-Титов В.В. Структурно-геометрический синтез манипулятора-трипода с кинематическими парами 5 класса. Аграрная наука — основа успешного развития АПК и сохранения экосистем. Мат. межд. науч.-практ. конф. Т. 3. Волгоград, Волгоградский ГАУ, 2012, с. 236–240.

[29] Пейсах Э.Е. Классификация плоских групп Ассура. В: Академик Иван Иванович Артоболевский. Москва, Наука, 2007, с. 147–160.

[30] Пейсах Э.Е. Атлас структурных схем восьмизвенных плоских шарнирных механизмов. Теория механизмов и машин, 2006, т. 4, № 1, с. 3–17.

[31] Дворников Л.Т. Опыт структурного синтеза механизмов. Теория механизмов и машин, 2004, т. 2, № 2, с. 3–17.

[32] Смелягин А.И. Структура машин, механизмов и конструкций. Москва, Инфра-М, 2019. 387 с.

[33] Пейсах Э.Е. О структурном синтезе рычажных механизмов (комментарии к статье Л.Т. Дворникова. Опыт структурного синтеза механизмов. Теория механизмов и машин, 2004, № 2(4)). Теория механизмов и машин, 2005, т. 3, № 1, с. 77–80.

[34] Пейсах Э.Е. К дискуссии по проблеме структурного синтеза плоских шарнирных механизмов. Теория механизмов и машин, 2006, т. 4, № 1, с. 49–54.

[35] Коловский М.З., Евграфов А.Н., Семенов Ю.А. и др. Теория механизмов и машин. Москва, Академия, 2006. 560 с.

[36] Фролов К.В., ред. Теория механизмов и механика машин. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 664 с.

[37] Кун С., Госселин К. Структурный синтез параллельных механизмов. Москва, Физматлит, 2012. 275 с.

[38] Пожбелко В.И., Лившиц В.А. Теория механизмов и машин в вопросах и ответах. Челябинск, Изд-во ЮУргУ, 2004. 439 с.

[39] Куц Е.Н., Пожбелко В.И. Универсальный алгоритм синтеза структурных схем сложных одноподвижных и многоподвижных рычажных механизмов. Современное машиностроение. Наука и образование. Мат. 12-й Межд. науч.-практ. конф. Санкт-Петербург, Политех-Пресс, 2022, с. 91–100.

[40] Пожбелко В.И., Куц Е.Н. Целочисленный структурный синтез многоконтурных рычажных механизмов со сложными шарнирами для разных областей машиностроения. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2021, № 6, с. 23–36, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2021-6-23-36

[41] Куц Е.Н. Структурный синтез многоконтурных рычажных механизмов с многократными шарнирами и наиболее сложным двухшарнирным звеном. Современное машиностроение. Наука и образование. Мат. 8-й Межд. науч.-практ. конф. Санкт-Петербург, Политех-Пресс, 2019, с. 201–214.

[42] Куц Е.Н. Шарнирный грузоподъемный манипулятор. Патент РФ 2728850. Заявл. 08.10.2019, опубл. 31.07.2020.

[43] Пожбелко В.И., Куц Е.Н. Шарнирное зажимное устройство. Патент РФ 2729690. Заявл. 19.11.2019, опубл. 11.08.2020.

[44] Пожбелко В.И., Куц Е.Н. Подвижная механическая система сейсмозащиты зданий. Патент РФ 2742677. Заявл. 08.06.2020, опубл. 19.02.2021.

[45] Пожбелко В.И., Куц Е.Н. Платформенный механизм. Патент РФ 2737249. Заявл. 04.12.2019, опубл. 26.11.2020.

[46] Пожбелко В.И. Параллельный манипулятор с тремя степенями свободы. Патент РФ 2753217. Заявл. 08.12.2020, опубл. 12.08.2021