Целочисленный структурный синтез многоконтурных рычажных механизмов со сложными шарнирами для разных областей машиностроения

Рассмотрена задача структурного синтеза разнообразных рычажных механизмов со сложными шарнирами. Структурный синтез многозвенных механизмов, с одной стороны, является первоочередным и наиболее сложным вследствие большого количества вариантов структурных решений, а с другой — самым важным этапом проектирования. Для решения поставленной задачи предложена теорема целочисленного структурного синтеза многоконтурных кинематических цепей со сложными шарнирами. На ее базе установлено все конечное множество структурных решений для направленного синтеза на уровне изобретений разнообразных работоспособных многоконтурных рычажных механизмов со сложными шарнирами разной кратности. Предложен алгоритм структурного синтеза многоконтурных рычажных механизмов заданной подвижности с разнообразными сложными шарнирами. Эффективность предлагаемого алгоритма подтверждена примерами его применения для целочисленного структурного синтеза схвата манипулятора, щековой дробилки, прямолинейно-направляющего шарнирного грузоподъемного механизма манипулятора и универсального многоточечного шарнирного зажимного устройства, а также результатами экспериментальных исследований их действующих макетов.

Литература

[1] Ассур Л.В. Исследование плоских стержневых механизмов с низшими парами с точки зрения их структуры и классификации. Москва, Изд-во АН СССР, 1952. 529 с.

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

[3] Крайнев А.Ф. Механика (искусство построения) машин. Фундаментальный словарь. Москва, Машиностроение, 2000. 904 c.

[4] Смелягин А.И. Структура машин, механизмов и конструкций. Москва, ИНФРА-М, 2019. 387 c.

[5] Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Москва, URSS, 2019. 640 c.

[6] Тимофеев Г.А. Теория механизмов и механика машин. Москва, Юрайт, 2019. 368 c.

[7] Коловский М.З., Евграфов А.Н., Семенов Ю.А., Слоущ А.В. Теория механизмов и машин. Москва, Академия, 2008. 560 с.

[8] Kolovsky M.Z., Evgrafov A.N., Semenov Yu.A., Slouschm A.V. Advanced theory of mechanism and machines. Springer, 2000. 396 p.

[9] Uicker J.J., Pennock G.R., Shigley J.E. Theory of mechanisms. Oxford University Press, 2016. 976.

[10] Марковец А.В., 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, c. 117–121.

[11] Решетов Л.Н. Конструирование рациональных механизмов. Москва, Машиностроение, 1967. 208 c.

[12] Дворников Л.Т. Опыт структурного синтеза механизмов. ТММ, 2004, т. 2, № 2, с. 3–17.

[13] Пейсах Э.Е. Атлас структурных схем восьмизвенных плоских шарнирных механизмов. ТММ, 2006, т. 4, № 1(7), с. 3–17.

[14] Романцев А.А. К вопросу создания структурных схем плоских шарнирных групп звеньев. ТММ, 2014, т. 12, № 1(23), с. 81–90.

[15] 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

[16] Butcher E.A., Hartman C. Efficient enumeration and hierarchical classification of planar simple-jointed kinematic chains: application to 12- and 14-bar single degree-of-freedom chains. Mech. Mach. Theory, 2005, vol. 40, no. 9, pp. 1030–1050, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2004.12.015

[17] Ding H., Hou F., Kecskemethy A., Huang Z. Synthesis of a complete set of contracted graphs for planar non-fractionated simple-jointed kinematic chains with all possible DOFs. Mech. Mach. Theory, 2011, vol. 46, no. 11, pp. 1588–1600, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2011.07.012

[18] Yan H.-S., Chiu Y.-T. On the number synthesis of kinematic chains. Mech. Mach. Theory, 2015, vol. 89, no. 9, pp. 128–144, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2014.08.012

[19] Ding H., Yang W., Huang P., et al. Generation of planar kinematic chains with one multiple joint. Proc. ASME 2013 Int. Design Eng. Tech. Conf. & Comp. Inform. Eng. Conf. IDETC/CIE, 2013, paper no. DETC2013-12915, V06AT07A053, doi: https://doi.org/10.1115/DETC2013-12915

[20] Ding H., Yang W., Huang P., et al. Automatic structural synthesis of planar multiple joint kinematic chains. J. Mech. Des., 2013, vol. 135, no. 9, art. 091007, doi: https://doi.org/10.1115/1.4024733

[21] Pozhbelko V., Ermoshina E. Number structural synthesis and enumeration process of all possible sets of multiple joints for 1-DOF up to 5-loop 12-link mechanisms on base of new mobility equation. Mech. Mach. Theory, 2015, vol. 90, no. 8, pp. 108–127, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2015.03.006

[22] 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

[23] Kuts E., Kuts D., Pozhbelko V. Structural synthesis of 1-DOF up to 5-loop kinematic chains with multiple joints and its analysis in robotics. In: Mechanism, machine, robotics and mechatronics sciences. Springer, 2019, pp. 201–212.

[24] Pozhbelko V., Kuts E. A new general methodology for the topological structure analysis of multiloop mechanisms with multiple joints and crossing links. In: New advances in mechanisms, mechanical transmissions and robotics. Springer, 2021, pp. 155–163.

[25] Пожбелко В.И. Единая теория структуры, структурный синтез и анализ статически определимых механических систем на основе новой формулы подвижности. ТММ, 2013, т. 11, № 2(22), с. 15–37.

[26] Куц Е.Н. Шарнирный грузоподъемный манипулятор. Патент РФ 2728850. Заявл. 06.08.2020, опубл. 24.11.2020.

[27] Пожбелко В.И., Куц Е.Н. Грузоподъемный манипулятор. Патент РФ 2728851. Заявл. 08.10.2019, опубл. 31.07.2020.

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

[29] Пожбелко В.И., Куц Е.Н. Грузоподъемный манипулятор. Патент РФ 2737012. Заявл. 08.06.2020, опубл. 24.11.2020.

[30] Пожбелко В.И. Пространственный платформенный VIP-манипулятор. Патент РФ 2722165. Заявл. 19.11.2020, опубл. 27.05.2020.

[31] Харари Ф. Теория графов. Москва, URSS, 2018. 304 с.

[32] Chen Li M. Digital and discrete geometry. Springer, 2014. 339 p.