Методика кинематического расчета кривошипно-ползунного механизма при заданном графике скорости ползуна

Николай Владиленович Захаренков; Игорь Николаевич Дроздов; Андрей Юрьевич Попов

doi:10.22213/2413-1172-2025-3-28-41

Авторы

Н. В. Захаренков Омский государственный технический университет
И. Н. Дроздов ООО «Омскэлектротех»
А. Ю. Попов Омский государственный технический университет

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2025-3-28-41

Ключевые слова:

кинематический расчет, метод графического дифференцирования, метод засечек, закон движения, кривошипно-ползунный механизм

Аннотация

Известные методы расчета и проектирования кривошипно-ползунных механизмов позволяют решать задачу их кинематического расчета в разных постановках, однако практически всегда при равномерно движущемся кривошипе. С появлением шаговых двигателей линейные перемещения реализуются чаще всего шарико-винтовыми передачами. Использование кривошипно-ползунного механизма позволяет обеспечить большие скорости линейного перемещения. В этой связи решение задачи кинематического расчета кривошипно-ползунного механизма при заданном графике скорости ползуна является актуальным. Изложена разработанная методика определения кинематических характеристик кривошипа. На примере рассмотрен порядок расчета кривошипно-ползунного механизма при заданном графике скорости ползуна, работающего по неравномерному закону движения кривошипа. Этот закон реализуется средствами шагового двигателя. Предложенная методика определения кинематических характеристик кривошипно-ползунного механизма проводится в несколько этапов в следующем указанном порядке. Находятся положения звеньев методом засечек, определяется требуемый закон движения кривошипа, при этом ползун принимается в качестве входного звена с заданным законом изменения скорости. Проводится расчет скоростей методом планов для всех положений механизма. Расчет углового ускорения кривошипа производится методом графического дифференцирования. Определяются ускорения всех характерных точек механизма методом планов. В статье проведено исследование кинематических характеристик кривошипно-ползунного механизма при заданном графике скорости ползуна на конкретном примере. Указанная методика позволяет определить кинематические характеристики механизма при заданном графике скорости ползуна и неравномерном движении кривошипа, закон движения которого будет обеспечен системой управления двигателем. На основании полученной зависимости производится проектирование системы управления двигателем для обеспечения заданного закона движения выходного звена.

Биографии авторов

Н. В. Захаренков, Омский государственный технический университет

кандидат технических наук, доцент кафедры машиноведения

И. Н. Дроздов, ООО «Омскэлектротех»

главный технолог

А. Ю. Попов, Омский государственный технический университет

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры металлорежущих станков и инструментов

Библиографические ссылки

Devyaterikov S., Krylov E., Gubert A., Nazarov A. (2023) Kinematical Analysis and Dimensional Synthesis of RRPR-Type Four-Bar Mechanism in MMS Study Course. Trends in Educational Activity in the Field of Mechanism and Machine Theory (2018-2022). ISEMMS 2022. Mechanisms and Machine Science, vol. 128, pp. 35-43. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-25730-8_4

Мухтаров А. Т., Мурзагалиев А. Ж., Нуралин Б. Н. Исследование кривошипно-кулисного механизма оппозитного типа // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 3 (71). С. 131-134. EDN XRTRMD

Дроздов И. Н., Попов А. Ю. Эффективность применения кривошипно-ползунного привода для фрезерования вафельного фона // Архитектура, строительство, транспорт. 2024. № 2 (108). С. 96-104. DOI: 10.31660/2782-232X-2024-2-96-104

Попов А. Ю., Дроздов И. Н., Попова Е. Е. Повышение точности микрофрезерования на станках с ЧПУ на основе разработки устройства с применением кривошипно-шатунного механизма // Вестник МГТУ «Станкин». 2024. № 3 (70). С. 31-37.

Девятов Д. А., Чернова А. А. Оценка возможности автоматизации формирования технологических процессов в мелкосерийном производстве // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2023. Т. 26, № 3. С. 67-74. DOI: 10.22213/2413-1172-2023-3-67-74

Волков Г. Ю., Алексеева Ю. В. Структурно-кинематические особенности трехзвенных центроидных механизмов и синтез некруглых зубчатых колес планетарно-роторной гидромашины // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2024. Т. 27, № 4. С. 22-30. DOI: 10.22213/2413-1172-2024-4-22-30

Prikhodko A.A., Smelyagin A.I. (2025) The concept of spaces in the structural analysis and synthesis of mechanisms and machines. Mechanism and Machine Theory, vol. 205:105889. DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2024.105889

Prikhod’ko A.A., Novitskiy A.V. (2024) Structural analysis of gear-lever cyclic mechanisms with noncircular gears.Russian Engineering Research, vol. 44, no. 12, pp. 1781-1783. DOI: 10.3103/S1068798X24702964

Ha J.-L., Fung R.-F., Chen K.-Yu., Hsien Sh.-Ch. (2006) Dynamic modeling and identification of a slider-crank mechanism. Journal of Sound and Vibration, vol. 289, no. 4, pp. 1019-1044. DOI: 10.1016/j.jsv.2005.03.011

Prikhodko A.A., Novitskiy A.V. (2024) Dynamic analysis of piston air compressor: 2024 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). IEEE, 2024, pp. 1048-1052.

Волков Г. Ю., Алексеева Ю. В. Особенности задачи синтеза некруглых зубчатых колес планетарных механизмов с плавающими сателлитами // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2024, № 9 (774). С. 10-18.

Гебель Е. С., Попов А. Ю., Дроздов И. Н. Привод подачи режущего инструмента фрезерного станка для обработки вафельного фона // Омский научный вестник. 2024. № 2 (190). С. 21-28. DOI: 10.25206/1813-8225-2024-190-21-28

Andrzej Urbaś, Jacek Stadnicki (2025) Applications of dynamics metamodels of an eccentric crank-slider mechanism in the initial phase of their design. Mechanism and Machine Theory, vol. 205, p. 105886. ISSN 0094-114X https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2024.105886

Дворников Л. Т., Большаков Н. С. Теория кривошипно-ползунных механизмов : монография. Новокузнецк : [б. и.], 2008. 138 с. ISBN 978-5-8441-0282-0

Бейер Р. Кинематический синтез механизмов. Основы теории метрического синтеза механизмов / пер. с нем. Я. Л. Геронимуса. М. : Машгиз, 1959. 318 с.

Артоболевский И. И., Левитский Н. И., Черкудинов С. А. Синтез плоских механизмов. М. : Физматгиз, 1959. 1084 с.

Артоболевский И. И., Блох З. Ш., Добровольский В. В. Синтез механизмов. Москва ; Ленинград : Гостехиздат, 1944. 387 с.

Chen Yu., Sun Yu., Yang D. (2017) Investigations on the dynamic characteristics of a planar slider-crank mechanism for a high-speed press system that considers joint clearance. Journal of Mechanical Science and Technology, vol. 31, no. 1, pp. 75-85. DOI: 10.1007/s12206-016-1209-z

Koser K. (2004) A slider crank mechanism based robot arm performance and dynamic analysis. Mechanism and Machine Theory, vol. 39, no. 2, pp. 169-182. DOI: 10.1016/S0094-114X(03)00112-5

Фаизов М. Р., Мудров А. П. Исследование движения сферического тренажера // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26, № 1. С. 182-191.

Бычков И. В., Дворников Л. Т., Жуков И. А. К исследованию кинематики металлургических ножниц с параллельными ножами // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2019. № 62 (4). С. 308-314. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-4-308-314