Многоконтурная теория образования самоустанавливающихся механизмов в машиностроении и практика построения полного атласа K-цепей двухподвижных механизмов

Изложен новый подход к построению механизмов на основе целочисленных решений структурной математической модели — своеобразной внешней оболочки многоконтурной кинематической цепи, заполняемой всеми возможными расчетными наборами взаимно независимых замкнутых контуров для создания разнообразных механизмов без избыточных связей. Эффективность предлагаемого подхода подтверждена примерами его применения в конструкциях, созданных на уровне изобретений: в механизме манипулятора для выполнения групповых операций и в четырехъемкостном вибрационном смесителе, синтезированном на основе плавающего параллелограмма без особых неуправляемых и мертвых положений. Приведен пример построения и комплексного анализа систематизированного полного атласа из шестидесяти замкнутых цепей для создания двухподвижных самоустанавливающихся рычажных механизмов в машиностроении, содержащего двадцать новых структурных схем без избыточных связей. Работоспособность новых двухподвижных рычажных механизмов подтверждена экспериментально и расчетами их степени подвижности на основе новых универсальных структурных формул.

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] Смелягин А.И., Приходько А.А. Структурный синтез сложного исполнительного механизма возвратно-вращательного перемешивающего устройства. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология, 2014, № 5–6, с. 85–88.

[6] Пожбелко В.И. Единая теория структуры, синтеза и анализа многозвенных механических систем с геометрическими, гибкими и динамическими связями звеньев. Часть 1. Базовые структурные уравнения и универсальные таблицы строения. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2020, № 9, с. 24–23, doi: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2020-9-24-43

[7] Несмеянов И.А. Структурный синтез самоустанавливающихся механизмов с параллельной кинематикой. Вестник Брянского ГТУ, 2019, № 4, с. 4–13, doi: https://doi.org/10.30987/article_5cb58f4ed2c444.85435034

[8] Pozhbelko V. Type synthesis method of planar and spherical mechanisms. In: IFToMM WC-2019. Springer, 2019, pp. 1517–1526, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-20131-9_150

[9] Sun W. A joint-joint matrix representation of planar kinematic chains. Adv. Mech. Eng., 2018, vol. 10, no. 6, doi: https://doi.org/10.1177/1687814018778404

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

[11] Ding H.F., Hou F.M., Kecskemethy A. et al. Synthesis of the whole family of 1-DOF kinematic chains. Mech. Mach. Theory, 2012, vol. 47, pp. 1–15, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2011.08.011

[12] Pozhbelko V. A unified structure theory of multibody open-, closed-, and mixed-loop 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

[13] Rao A.C. Loop based detection of isomorphism among chains, inversions and type of freedom in multi degree of freedom chain. J. Mech. Des., 2000, vol. 122, no. 1, pp. 31–42, doi: https://doi.org/10.1115/1.533543

[14] 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

[15] 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

[16] 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

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

[18] Решетов Л.Н. Самоустанавливающиеся механизмы. Москва, Машиностроение, 1991. 288 с.

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

[20] Крайнев А.Ф. Механика машин. Фундаментальный словарь. Москва, Машиностроение, 2000. 904 с.

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

[22] Тимофеев Г.А., ред. Теория механизмов и машин. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 566 с.

[23] Пожбелко В.И. Платформенный механизм относительного манипулирования. Патент РФ 2758391. Заявл. 25.02.2021, опубл. 28.10.2021.

[24] Пожбелко В.И. Механизм плавающего шарнирного параллелограмма. Патент РФ 2765387. Заявл. 19.08.2021, опубл. 28.01.2022.

[25] Пожбелко В.И. Универсальный алгоритм синтеза структурных схем сложных одноподвижных и многоподвижных рычажных механизмов. Современное машиностроение. Наука и образование, 2022, № 11, с. 91–100.

[26] Pozhbelko V.I., Kuts E.N. A new general methodology for the topological structure analysis of multiloop mechanisms with multiple joints and crossing links. In: MTM&Robotics 2020. Springer, 2020, pp. 155–163, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-60076-1_14

[27] Pozhbelko V. Advanced technique of type synthesis and construction of veritable complete atlases of F-DOF generalized kinematic chains. In: EnCoMes-2018. Springer, 2019, vol. 59, pp. 207–214, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-98020-1_24