Учредители
• Институт машиноведения им. А.А. Благонравова
Российской академии наук
• Московский государственный индустриальный университет
Издатель
Московский государственный индустриальный университет
Журнал зарегистрирован 30 декабря 2004 г. Федеральной службой
по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых
коммуникаций и охране культурного наследия
Свидетельство о регистрации ПИ ¹ ФС 77-19294
РЕДКОЛЛЕГИЯ ЖУРНАЛА
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Ганиев Р.Ф., академик РАН, директор Института машиноведения
им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ) РАН
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР
Скопинский Â.Í., ä.ò.í., профессор (ÌÃÈÓ)
ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА
Баранов Þ.Â., ä.ò.í., ïðîô. (ÈÌÀØ ÐÀÍ)
Овчинников Â.Â., ä.ò.í., ïðîô. (ÔÃÓÏ «ÐÑÊ ÌÈû)
ЧЛЕНЫ РЕДКОЛЛЕГИИ
Алешин Í.Ï., академик ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Асташев Â.Ê., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Беляков Ã.Ï., ä.ý.í., ïðîô. (Êðàñíîÿðñê)
Бобровницкий Þ.È., ä.ô.-ì.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Вайсберг Ë.À., ä.ò.í., ïðîô. (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã)
Горкунов Ý.Ñ., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Åêàòåðèíáóðã)
Григорян Â.À., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Дроздов Þ.Í., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Индейцев Ä.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ô.-ì.í., ïðîô. (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã)
Колесников À.Ã., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Кошелев Î.Ñ., ä.ò.í., ïðîô. (Í. Íîâãîðîä)
Лунев À.Í., ä.ò.í., ïðîô. (Êàçàíü)
Махутов Í.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Пановко Ã.ß., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Перминов Ì.Ä., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Петров À.Ï., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Полилов À.Í., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Поникаров Ñ.È., ä.ò.í., ïðîô. (Êàçàíü)
Приходько Â.Ì., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Резчиков À.Ô., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ñàðàòîâ)
Рототаев Ä.À., ä.ò.í., ïðîô., àêàä. РАРАН (Ìîñêâà)
Теряев Å.Ä., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Федоров Ì.Ï., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã)
Чаплыгин Þ.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Шляпин À.Ä., ä.ò.í, ïðîô. (Ìîñêâà)
Штриков Á.Ë., ä.ò.í., ïðîô. (Ñàìàðà)
ВНИМАНИЮ ПОДПИСЧИКОВ!
Подписка на журнал
«Машиностроение и инженерное образование»
проводится в издательстве МГИУ
Òåë.: (495) 674-62-50.
Å-mail: mio@msiu.ru
Подписной индекс Роспечати 36942
© ГОУ ÌÃÈÓ, 2010
МАШИНОСТРОЕНИЕ
И ИНЖЕНЕРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
¹ 1`2010
Выходит 4 раза в год
В номере
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ МАШИН
Ë. Í. Ãóäèìîâà, Ë. Ò. Дворников
Современное состояние изученности плоских
кинематических цепей ..................................................................... 2
ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
À. À. Áàðçîâ, À. Ë. Галиновский, Î. Þ. Елагина
Анализ возможностей применения ультраструйного диагностирования
для обеспечения промышленной безопасности ................................ 9
В. И. Сташенко
Скоростная термообработка током высокой плотности при производстве
высокопрочной проволоки из среднеуглеродистой стали ..................15
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Ê. Ì. Åðîõèí, Í. Ï. Калашников, À. Ñ. Ольчак
Разрушение металлов при нарушении условия суммарной
нейтральности зарядов ..................................................................22
Ä. À. Èâàíîâ, À. Þ. Îìàðîâ, À. Ä. Шляпин
Разработка технологии утилизации продукта отхода рабочего цикла
мобильных водородных генераторов ...............................................31
Þ. Ñ. Àâðààìîâ, Â. È. Êîøêèí, È. À. Кравченкова,
À. Í. Кравченков, À. Ä. Шляпин
О выборе элемента-лидера при поверхностном контактном
легировании сплавов на основе алюминия и меди из расплавов
тяжелых легкоплавких металлов ......................................................37
Â. Â. Овчинников, Ì. Â. Èâàíåíêî, Ñ. È. Феклистов
Влияние термического старения на свойства аустенитной
стали 08Õ18Í10Ò ...........................................................................42
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ МАШИН И СИСТЕМ
Â. Í. Скопинский, Í. À. Берков
К определению предельной нагрузки в пересекающихся
сферической и цилиндрической оболочках .......................................47
Â. Â. Ïîðîøèí, Ä. Þ. Богомолов, À. À. Сыромятникова
Численные исследования течения жидкости в герметизируемых
соединениях с заданной микротопографией поверхности ...................54
ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА ТРУДА
Â. Â. Ïëîøêèí, Ñ. È. Казак
К оценке профессиональных рисков
в литейном производстве ..............................................................63
Уважаемые читатели!
Журнал «Машиностроение и инженерное
образование» входит в Перечень ведущих
рецензируемых научных журналов и изданий,
в которых должны быть опубликованы
основные научные результаты диссертаций
на соискание ученых степеней доктора
или кандидата наук.
1
ISSN 1815-1051
Стр.1
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ МАШИН
Ë. Í. Ãóäèìîâà, Ë. Ò. Дворников
УДК 621.01
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ
ПЛОСКИХ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Ë. Í. Ãóäèìîâà, Ë. Ò. Дворников
В статье проведен анализ четырех видов плоских шарнирных кинематических
цепей, таких как цепи Грюблера, группы Ассура, «фермы» Баранова и механизмы
в их ретроспекции и современном понимании. Рассмотрены и обоснованы основные
параметры цепей. Изложен новый метод для поиска любых плоских стержневых
кинематических цепей, в основе которого лежит универсальная структурная
система. Приведены примеры синтеза рассмотренных кинематических цепей по
предлагаемой методике.
Ключевые слова: цепи Грюблера, группы Ассура, «фермы» Баранова, базисное
звено, замкнутый контур, универсальная структурная система.
Введение
Известно, что процесс создания новых
машин и механизмов начинается с разработки
его структурной схемы, которая должна не
только удовлетворять условию задаваемого рабочего
движения, т.е. функционального назначения,
но и гарантировать работоспособность.
Последнее условие может быть обеспечено
лишь в том случае, если машина строится на
основе безупречных требований теории структуры
кинематических цепей.
При создании плоских стержневых механизмов
это требование сводится к удовлетворению
уравнения подвижности механической системы,
обоснованному еще академиком П.Л. Чебышевым
(1869 ã.) и имеющему вид
Wn p=− ,32 5
(1)
подвижных (в частности, шарниров) кинематических
пар.
При W = 1 в систему для получения механизма
достаточно установить одно звено с заданным
законом движения.
где W – число степеней подвижности системы;
n – число подвижных звеньев; р5
– число одноК
настоящему времени есть основания считать,
что теория структурного синтеза механизмов
практически нашла свое полное разрешение.
Это заключение не является общепризнанным
в силу того, что пока не предпринимались попытки
обобщить все полученные по этому направлению
результаты исследований. В настоящей
статье сделана попытка такого обобщения.
2
Ретроспективное исследование
результатов изученности
шарнирных кинематических цепей
Сравнительно недавно (2007 г.) профессором
Э.Е. Пейсахом в [1] было обосновано существование
четырех видов плоских кинематических
цепей, а именно – кинематических цепей
Грюблера, групп Ассура, «ферм» Баранова и,
собственно, механизмов. В статье [1] автором
приводится таблица реального количества перечисленных
цепей в зависимости от числа звеньев
в них (òàáë. 1).
Считая весьма важным полученный
Э.Е. Пейсахом результат, отметим, что особенности
всех указанных четырех видов цепей к настоящему
времени еще недостаточно изучены
и использованы. Обратимся к подробному рассмотрению
перечисленных цепей, расположив
их в хронологическом порядке, по времени их
публикации в научной печати, а именно: цепи
Грюблера (1883 ã.), группы Ассура (1914–16 ãã.)
и «ôåðìû» Баранова (1951 ã.).
Свое исследование М.Ф. Грюблер [2] посвятил
замкнутым (принудительным) кинематическим
цепям, обладающим подвижностью
W = 4, ò.å. òàêèì, которые не имеют открытых
или свободных кинематических пар и обладают
в плоскости четырьмя подвижностями: три – совместных
для всей цепи – в плоскости и одну –
относительного движения звеньев. Таким образом,
в соответствии с (1) цепи Грюблера – это
такие цепи, которые удовлетворяют условию
32 4np
5
−= .
© Ë. Í. Ãóäèìîâà, Ë. Ò. Дворников, 2010
Стр.2
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ МАШИН
Современное состояние изученности плоских кинематических цепей
Таблица 1
Число
звеньев
Число различных кинематических цепей по Пейсаху
Число
групп Ассура
Число цепей
Грюблера
21 -
42 1
610
8
2
173
10
12
14
5442
251638
-
16
230
6856
318162
Например, если ввести в шарниры четыре
звена так, как это показано на рис. 1, то, в соответствии
с формулой Чебышева (1) эта цепь
будет иметь подвижность W = 12 – 8 = 4.
Эта четырехзвенная кинематическая цепь –
простейшая цепь Грюблера. Если в ней начать
останавливать, т.е. делать неподвижными
звенья 1, 2, 3 или 4, можно получать разные
механизмы – двухкривошипные, кривошипнокоромысловые
или двухкоромысловые. При
этом структурно они не будут отличаться друг
от друга – все они шарнирные четырехзвенники.
При
увеличении числа звеньев до шести
Учитывая это, Грюблером были введены два
уравнения, описывающие исследуемые цепи:
), четырехпарные (n4
=+ +
дважды.
, n4
nn n n
=+ +
2 2 3 4 ...,
...
pn n 52 3
234+
n4 +
(2)
вывается тем, что при сложении всех пар звеньев
n2
Двойка слева в первом уравнении обосно,
n3
и т.д. они (пары) просчитываются
все звенья, показанные на рис. 1, трехпарные
(n3
появятся шестизвенные цепи Грюблера. Чтобы
их найти, Грюблером было введено понятие
i-парных звеньев, т.е. звеньев различной сложности.
Звенья могут быть двухпарные (n2
), как
) и ò.ä.
Число
механизмов
-
1
9
153
4506
195816
11429024
«Фермы» Баранова
Число звеньев Число «ферм»
3
5
7
9
1
1
3
11
13
15
28
-
-
-
Рассмотрим шестизвенные цепи Грюблера.
В таких цепях могут присутствовать лишь звенья
n2
цепей Грюблера всего две (рис. 2).
Останавливая в этих цепях последовательно,
ò.å. делая неподвижными звенья 1, 2, 3, 4, 5 и 6,
можно получить всего пять структурно отличающихся
друг от друга шестизвенных механизмов,
показанных на рис. 3. Три механизма (см.
ðèñ. 3, à, á, â) получаются из öåïè, изображенной
на ðèñ. 2, à, и два – из цепи на ðèñ. 2, á.
Если обратить внимание на стрелки, определяющие
заданные движения звеньев на рис. 3,
то всего из этих пяти схем можно создать девять
отличающихся механизмов.
обосновано не было). Тогда, подставляя n = 6
в (1) и (2), получим ð5
и n3
(хотя это обстоятельство Грюблером
=7, n2
= 4, n3
Именно эти девять кинематических цепей, обладающих
подвижностью W = 1, являлись осно=
2. Таких
Рис. 1. Четырехзвенная замкнутая
кинематическая цепь
Рис. 2. Шестизвенные цепи Грюблера с изменяемыми замкнутыми контурами: а – α4 , α5
; б – α4
,α4
3
Стр.3