Лабораторные работы

 

 

Главная

Лабораторная работа №4

Cтруктурный анализ плоских механизмов

 

Цель работы: изучение принципов структурного построения и анализа механизмов.

 

1. Теоретическое обоснование

Приступая к анализу существующего или синтезу нового механизма, необходимо прежде всего определиться с его структурой, то есть составить кинематическую схему, подсчитать количество подвижных звеньев определить характер их соединения друг с другой, уяснить метод образования механизма и чётко представить себе схему передачи движения от ведущих звеньев к ведомым.

1.1. Механизмом называется искусственно созданная система, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел (звеньев). Определенность движения  звеньев в механизме обеспечивается тем, что они, соединяясь между собой кинематическими парами, образуют кинематические цепи.

1.2. Звеном называется деталь или несколько неподвижно соединенных друг с другом деталей, которые движутся как одно целое. В Приложении 1 показаны условные изображения различных звеньев механизма и их названия.

1.3. Кинематической парой называют соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение. При этом число возможных независимых движений H одного звена относительно другого называют числом подвижностей кинематической пары, а ограничения, наложенные на относительное движение звеньев в кинематической паре – условиями связи. Условные изображения наиболее распространенных кинематических пар даны в Табл.1.

1.4. Кинематические пары классифицируются по следующим признакам:

а) по числу степеней свободы H звена кинематической пары в относительном движении выделяют одноподвижные, двухподвижные, трехподвижные, четырехподвижные и пятиподвижиые. Подвижность кинематической пары определяется зависимостью H=6-S, где 6 – максимальное число возможных движений твердого тела в пространстве: трех поступательных по осям и трех вращательных вокруг осей координат XYZ; S – число условий связи, наложенных кинематической парой на относительное движение каждого звена.

б) по характеру соприкосновения звеньев кинематические пары различаются на низшие и высшие.

 

Таблица 1

п/п

Условное изображение кинематических пар

Возможные виды относительного движения

Название кинематической пары

1

Таблица1_1_1

В

Вращательная пара с одним неподвижным  звеном

2

Таблица1_2_1

В

Вращательная пара с двумя подвижными  звеньями

3

Таблица1_3_1

П

Поступательная пара с одним неподвижным  звеном

4

Таблица1_4

П

Поступательная пара с двумя подвижными  звеньями

5

Таблица1_5_2

В

Звено в различных вариантах, входящее одновременно в состав двух или трех одноподвижных  вращательных пар

6

Таблица1_6_1

ВВВ

Трехподвижная пара – сферический шарнир

7

Таблица1_7_1

ВВ

Двухподвижная пара – сферический шарнир с пальцем

Пояснения: В – вращательное относительное движение; П – поступательное относительное движение.

 

в) по характеру относительного движения звеньев одноподвижные кинематические пары подразделяются на вращательные – В, поступательные – П и винтовые.

Низшими парами называются такие пары, в которых соприкосновение элементов происходит по поверхности. Например, одноподвижные поступательная и вращательная пары, а также двухподвижная цилиндрическая и трехподвижная сферическая.

Высшими называются такие кинематические пары, у которых соприкосновение элементов пары происходит по линии или в точке. Например, кулачок и ролик толкателя кулачкового механизма (рис.1,а) и зубья зубчатых колес (рис.1, б).

В Приложении 2 представлены примеры различных кинематических пар. Возможные независимые движения показаны стрелками и буквенными сочетаниями.

Рис1_а              Безимени-3

а)                                               б)

Рис.1. Высшие плоские двухподвижные кинематические пары.

 

1.5. Кинематической цепью называют систему звеньев, соединенных между собой кинематическими парами. Кинематические цепи бывают замкнутыми (рис.2) и открытыми (рис.3), простыми и сложными, а по виду траекторий движения точек звеньев разделяются на плоские и пространственные. Наибольшее распространение на практике имеют плоские кинематические цепи.

Рис2_1

Рис.2. Простая плоская кинематическая цепь

 

Рис3_1

Рис.3. Простая пространственная кинематическая цепь манипулятора

 

Плоской называется кинематическая цепь, если точки ее звеньев описывают траектории, лежащие в параллельных плоскостях, то есть их траекториями являются плоские кривые. Естественно если точки звеньев описывают пространственные кривые, то такие кинематические цепи (как и кинематические пары) называются пространственными.

Сложной называется кинематическая цепь, в которой имеется хотя бы одно звено, входящее более чем в две кинематические пары. Пример такой цепи дан на рис.4, д и рис.9.

1.6. Степенью подвижности кинематической цепи W называют число степеней свободы кинематической цепи относительно стойки – звена, принятого за не­подвижное. Для плоских механизмов применяется формула Чебышева

где n - число подвижных звеньев кинематической цепи; p1 число одноподвижных кинематических пар; р2число двухподвижных кинематических пар.

В пространственных кинематических цепях степень подвижности определяется по формуле Малышева

Здесь   р3число трехподвижных кинематических пар; р4 – число четырехподвижных кинематических пар; р5  число пятиподвижных кинематических пар.

Плоские кинематические цепи с нулевой степенью подвижности называются группами Ассура. Это такие группы звеньев, которые при соединении свободными кинематическими парами со стойкой превращаются в ферму. Группы Ассура имеют только одноподвижные кинематические пары, р2=0. Тогда степень подвижности выразится

откуда р1 = 3/2 n.

Возможное число звеньев и кинематических пар в группах Ассура приведено в Табл.2.

 

Таблица 2

Число звеньев n

2

4

6

8

и т.д.

Число кинематических пар

3

6

9

12

и т.д.

Класс старшего контура

II

III, IV

IV, V

V, VI

и т.д.

 

1.7. Группы Ассура делятся по классификации И.И. Артоболевского на классы, порядки и виды. Класс группы задается наивысшим замкнутым контуром, входящим в ее состав. Класс же контура определяется числом внутренних кинематических пар, образующих этот замкнутый контур. Можно сказать, что:

а) в группу Ассура II-го класса входит прямолинейный контур (табл.3);

б) в группу Ассура III-го класса – трехсторонний контур ABC (рис.4,б);

в) в группу Ассура IV-го класса – четырехсторонний подвижный контур BCDE.

 

Таблица 3

Классы контуров

II

III

III

IV

V

Таблица3_1_1

Таблица3_2_1

Таблица3_3_1

Таблица3_4_1

Таблица3_5_1

 

Модификации групп Ассура II, III, IV классов представлены на рис.4.

Рис4_а_1

а)

 

Рис4_б_1

б)

Рис4_в_1

в)

Рис4_г_1

г)

Рис4_д_1

д)

Рис.4. Группы Ассура: а) II-го класса; б) в) г)III-го класса; д) IV-го класса

 

Группы Ассура II класса содержат два звена и три кинематических пары. Разновидности групп Ассура II класса изображены на рис.5:

вид 1 – все кинематические пары вращательные;

вид 2 – одна крайняя кинематическая пара – поступательная, а все остальные – вращательные;

вид 3 – звенья соединены между собой поступательной кинематической парой, а крайние пары являются вращательными;

вид 4 – звенья соединены вращательной парой, а обе крайние кинематические пары – поступательные;

вид 5 – одна крайняя кинематическая пара – вращательная; все остальные – поступательные.

Вид 1

Рис5_1_1

Рис5_4_1

Вид 2

Рис5_2_1

Рис5_5_1

Вид3

Рис5_3_1

Рис5_6_1

Вид 5

Рис5_9_1

Рис5_10_1

Вид 4

Рис5_7_1

Рис5_8_1

Рис. 5. Группы Ассура II -го класса различных видов.

 

Порядок группы Ассура определяется количеством кинематических пар, которыми она присоединяется к другим звеньям, т.е. числом ее внешних (свободных) пар.

В группе Ассура на Рис.4-б звено 2, называемое базисным, входит в три внутренние кинематические пары со звеньями 1,3 и 4. Звенья 1,3,4 называются поводками и своими внешними кинематическими парами присоединяются к другим звеньям механизма. Эта группа называется трехповодковой, или группой Ассура III класса III порядка.

 

Лишние степени свободы и пассивные связи

При определении степени подвижности механизма необходимо учитывать наличие лишних степеней свободы и пассивных связей, которые не влияют на характер движения механизма в целом.

Звенья, вносящие пассивные связи, уменьшают степень подвижности механизма, поэтому при определении степени подвижности эти звенья не учитываются.

Рис6_1

Рис. 6

 

На рис.6 изображен четырехзвенный механизм, у которого звено 3 вносит пассивные связи. Степень подвижности механизма с учетом пассивных связей составляет

Очевидно, что звено 3 введено конструктивно для увеличения жесткости звеньев 1 и 4. Поэтому без учета пассивной связи имеем:

Следовательно, данный механизм имеет степень подвижности W=1. В кулачковом механизме с роликовым толкателем (рис. 1,а) степень подвижности получается

Здесь наблюдается лишняя степень свободы, представляющая собой дополнительную подвижность ролика относительно толкателя. Она не сказыва­ется на степени подвижности кулачкового механизма и W=l.

 

Принцип образования механизмов

При изучении механизмов их представляют на чертеже в виде структурной или кинематической схем.

Структурной схемой механизма называется графическое изображение механизма с применением условных обозначений звеньев и кинематических пар. Кинематическая схема изображается в масштабе с указанием размеров, необходимых для кинематического расчета механизма. Звенья нумеруются арабскими цифрами в порядке их присоединения к входному звену. Кинематические пары обозначаются заглавными латинскими буквами в последовательности присоединения звеньев.

Входным звеном механизма называется такое звено, закон движения которого задан. Во всяком плоском механизме имеется одно или несколько входных звеньев в виде кривошипа или ползуна (рис.7,а, б). Количество входных звеньев определяется степенью подвижности механизма.

а)Рис7_а_1        б)Рис7_б_1

Рис.7

 

Группа звеньев, состоящая из входного звена и стойки, называется начальным механизмом или механизмом I-го класса. Начальный механизм обладает одной степенью подвижности и дальнейшее наслоение кинематических цепей не должно изменять степени подвижности всего механизма.

Основной принцип образования механизмов, предложенный Л.В. Ассуром, заключается в следующем: любой механизм может быть образован путем последовательного присоединения кинематических цепей с нулевой степенью подвижности сначала к входному звену и к стойке, а затем и к любым другим звеньям. И, наоборот, плоский механизм всегда можно разделить на механизм I-го класса и группы Ассура.

Рассмотреть строение механизма – это значит установить, из каких структурных групп состоит данный механизм, и в какой последовательности они присоединены друг к другу. Для выявления класса механизма необходимо расчленить его на группы Ассура, начиная отсоединение с наиболее удаленных от входного звена. При этом степень подвижности оставшейся части механизма не должна изменяться. Класс всего механизма определяется по наивысшему классу группы Ассура, входящей в механизм.

Рис8_1

Рис. 8

 

Строение механизма можно записать в виде структурной формулы, которая указывает состав и последовательность присоединения групп Ассура. Например, для механизма на рис.8, образованного путем присоединения к начальному меха­низму I-го класса группы Ассура II-го класса, II-го порядка, 2-го вида, структурная формула имеет вид:

где в числителе перечислены звенья, а в знаменателе указаны кинематические пары, входящие в группы звеньев:

I – начальный механизм первого класса;

II – группа Ассура второго класса.

Здесь ВА(1,4), ВВ(2,1), ВС(3,2) – индекс вращательных кинематических пар в точках, обозначенных на схеме, с указанием соединяемых звеньев;

ПС(3,4) – индекс поступательной кинематической пары, позволяющей поступательное относительное движение звеньев.

Данный механизм II класса, так как самый высокий класс группы Ассура – второй.

Рис9_1

Рис.9

 

Класс и порядок механизма в некоторых случаях может меняться в зависимости от того, какое звено принято в качестве входного. Если для шестизвенного механизма (рис.9) принять за входное звено 5 (возможно и 4), то весь механизм будет II класса, так как структурная формула имеет вид

а если принять за входное звено I, то невозможно выделить группу звеньев II класса и механизм разбивается на начальный механизм I класса и группу Ассура III класса. Структурная формула выглядит так

Рассмотренное строение плоских механизмов может быть распространено на механизмы, в составе которых имеются и высшие кинематические пары. Для этого каждая пара заменяется кинематической цепью, в состав которой входят только одноподвижные кинематические пары (шарниры и ползуны).

Целью структурного анализа механизмов является определение степени подвижности и его расчленение на группы Ассура.

 

Замена высших кинематических пар

В тех случаях, когда в механизм входят как высшие, так и низшие кинематические пары, для структурного анализа выполняют замену высших пар кинематической цепью, состоящей из звеньев, входящих только в пары 5-го класса. Одну высшую пару в простейшем случае можно заменить одним звеном, входящим в две низшие пары, расположенные в центрах кривизны профилей, образующих высшую пару. В результате такой замены будут выполнены следующие условия:

во-первых, сохранится прежняя степень подвижности механизма, в котором произведена замена;

во-вторых, характер относительного мгновенного движения звеньев не изменится.

Чтобы заменяющий механизм был кинематически эквивалентным заменяемому, необходимо при замене придерживаться определенных правил, которые заключаются в следующем: если высшая пара представляет касание профилей 1 и 2 (рис.10), то в точке контакта В надо провести нормаль n-n к профилям. На этой линии найти центры кривизны профилей и установить в них шарниры D и Е, соединив их жестким фиктивным звеном  3. Соединяя шарниры D и Е с центрами А и С получим заменяющий механизм – шарнирный четырехзвенник ADEC.

Рис10

Рис.10

 

В случае, если один из профилей высшей пары будет прямой линией, центр кривизны его будет удален в бесконечность и фиктивное звено будет входить в одну вращательную и одну поступательную пару. Такая замена показана на рис.11.

 

Рис11_а

Рис11_б

а) заменяемый механизм

б) заменяющий механизм

Рис.11

 

Заменяющие механизмы строятся для структурного и кинематического исследования.

Рассмотрим несколько примеров замены высших пар.

Пример 1. На рис.12, а показан механизм, в котором звенья 1 и 2 образуют высшую пару. Для замены этой кинематической пары проводим общую нормаль в точке касания звеньев и находим центры кривизны, помещаем в них вращательные пары А и В 5-го класса и соединяем их прямой АВ ( и  – радиусы кривизны профилей). Заменяющий механизм представлен на рис.12, б.

Для основного механизма (рис.12, а) степень подвижности определяется по формуле Чебышева:

Для заменяющего механизма (рис.1.7, б) степень подвижности равна:

img5

Рис. 12

 

Пример 2. Рассмотрим механизм, изображенный на рис.13, а. Здесь

img6

Рис. 13. а) основной механизм;  б) заменяющий механизм

 

Этот механизм можно заменить другим рис.13, б, включающим только низшие кинематические пары. Степень подвижности заменяющего механизма . Заменяющий механизм, обладая той же степенью подвижности, что и основной, не изменяет характера мгновенного относительного движения звеньев.

 

2. Последовательность выполнения работы

Содержание работы. Студент должен рассмотреть два механизма, при этом следует определить число звеньев и кинематических пар, изобразить структурную схему механизма и составить структурную формулу.

Оборудование: для студентов всех специальностей механизм с низшими кинематическими парами, а для механиков, дополнительно, механизм с высшей кинематической парой.

Инструменты: линейка, треугольник, циркуль  и транспортир.

 

Порядок структурного анализа механизмов

1.     Ознакомиться с принципом действия механизма и установить его назначение (Например: преобразовать вращательное движение в поступательное).

2.     Определить: какие из звеньев являются кривошипом, шатуном, ползуном, кулисой, коромыслом. Наименование звеньев записать в таблицу основных результатов.

3.     Вычертить одно из положений механизма в виде структурной схемы, при  котором  достаточно  наглядно видны  все звенья (не будет наложения одного звена на другое). Указать стрелкой направление вращения входного звена – кривошипа.

4.     Пронумеровать звенья арабскими цифрами в порядке их присоединения к кривошипу (1,2,3  и т.д.).

5.     Обозначить кинематические пары заглавными латинскими буквами в последовательности присоединения звеньев.

6.     Определить:

а)      число подвижных звеньев (n);

б)      тип кинематических пар (В - вращательная, П- поступательная);

в)      количество одноподвижных (р1) и двухподвижных (р2) кинематических пар;

г)       степень подвижности W механизма;

д)      наличие пассивных связей и лишних степеней свободы; результаты занести в таблицу.

7.     Расчленить механизм на структурные группы Ассура и начальный механизм.

8.     Вычертить структурные группы Ассура и начальный механизм с правильным обозначением кинематических пар и звеньев механизма, начиная с наиболее удаленной группы.

9.     Определить для каждой группы Ассура: класс, вид, степень подвижности  и  составить структурную формулу механизма.

10.     Определить степень подвижности начального механизма и  составить структурную формулу.

11. Составить структурную формулу для механизма в целом.

12. Определить класс всего механизма.

13. Показать на схеме расстояния в мм между неподвижными элементами кинематических пар (базовыми точками на стойке), приняв за начало системы координат центр вращения кривошипа. Определить все размеры между центрами шарниров и результаты записать в таблицу.

14.     Подписать и защитить отчет по лабораторной работе.

 

Форма отчета

 

"структурный анализ и классификация плоских механизмов"

Студент                       Группа                                 Руководитель            

 

Цель: Изучение принципов строения и структурного анализа механизмов.

Оборудование: I. Модель механизма с низшими кинематическими парами.

                          II. Модель механизма с высшей кинематической парой.

Инструменты: Линейка, треугольник, циркуль, транспортир.

 

I. АНАЛИЗ РЫЧАЖНОГО ШЕСТИЗВЕННИКА

1) Структурная схема.

Пример_1

Назначение механизма: преобразовать вращательное движение кривошипа в поступательное движение ползуна с усложненным законом движения.

 

2) Звенья механизма.

Номер звена

Наименование

Подвижность звеньев

Число подвижных звеньев

1

Кривошип

подвижное

n=5

2

Шатун

– « » –

3

Коромысло

– « » –

4

Шатун

– « » –

5

Ползун

подвижное

6

Стойка

неподвижное

 

3) Кинематические пары

Обоз-

наче-

ние

Соеди-

няемые

элементы

Тип пары

Индекс пары

Число пар

Вид

движения

Характер

соединения

Подвижность

одноподвижных

двухподвижных

O

A

B

C

D

E

E

1,6

2,1

3,2

3,6

4,2

5,4

5,6

вращат.

– « » –

– « » –

– « » –

– « » –

вращат.

поступ.

Низшая

– « » –

– « » –

– « » –

– « » –

– « » –

Низшая

Одноподвижн

– « » –

– « » –

– « » –

– « » –

– « » –

Одноподвижн

В(1,6)

В(2,1)

В(3,2)

В(3,6)

В(4,2)

В(5,4)

П(5,6)

p1=7

p2=0

4) Определение степени подвижности механизма

Лишних степеней свободы и пассивных связей нет.

 

5) Строение групп Ассура.

а)

Пример_1_а

Последняя группа Ассура

II класса, II порядка, 2-го вида

Структурная формула:

б)

Пример_1_б

Предпоследняя группа Ассура

II класса, II порядка, 1-го вида

Структурная формула:

в)

Пример_1_в

Начальный механизм I класса

Структурная формула:

 

6) Структурная формула всего механизма:

Данный механизм II класса, так как самый высокий класс группы Ассура – второй.   

 

Работу выполнил________________

Отчет принял__________________

 

II. МЕХАНИЗМ С ВЫСШЕЙ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ПАРОЙ.

 1) На схеме приведен механизм приемника давления электрического дистанционного манометра.

Пример_2

 

2) Звенья механизма.

Номер звена

Наименование

Подвижность звеньев

Число

подвижных

звеньев

1

Ползун

подвижное

n=4

2

Коромысло

– « » –

3

Шатун

– « » –

4

Шток

подвижное

5

Стойка

неподвижное

 

3) Кинематические пары

Обозначение

Соединяемые

элементы

Тип пары

Индекс пары

Число пар

Вид

движения

Характер

соединения

Подвижность

одноподвижных

двухподвижных

A

B

C

D

E

F

1,5

1,2

5,2

2,3

3,4

4,5

поступ.

вращат. вращат.

вращат.

вращат.

поступ.

Низшая

Высшая

Низшая Низшая

Низшая Низшая

Одноподвижн

Двухподвижн

Одноподвижн

Одноподвижн

Одноподвижн

Одноподвижн

П(1,5)

В(1,2)

В(5,2)

В(2,3)

В(3,4)

П(4,5)

p1=5

p2=1

 

4) Степень подвижности механизма.

5) Строим заменяющий механизм.

Пример_2_2

 

Здесь двухподвижная кинематическая пара в точке В заменена двумя одноподвижными в точках В и О путем введения жесткого фиктивного звена 6. Для заменяющего механизма имеем n =5, p1 =7, р2=0 и получаем:

 

6) Группы Ассура.

а)

Пример_2_2_а

Последняя группа Ассура

II класса, II порядка, 2 вида

n=2, p1=3 и .

Структурная формула:

б)

Пример_2_2_б

Предпоследняя группа Ассура

II класса, II порядка, 2 вида

n=2, p1=3 и .

Структурная формула:

в)

Пример_2_2_в

Начальный механизм I-го класса

Структурная формула:

7) Структурная формула всего механизма:

Данный механизм II-го класса, т.к. наивысший класс групп Ассура, входящих в состав механизма – второй.

 

Контрольные вопросы

- Что такое механизм, звено, кинематическая пара, кинематическая цепь, кинематическая схема, структурная схема?

- Последовательность структурного анализа механизма.

- Формула строения механизма.

- Основной принцип образования механимза.

- По каким признакам делятся кинематические пары на классы и на виды: низшие, высшие?

- Дайте определение механизму, кинематической цепи.

- Чем отличаются плоские механизмы от пространственных?

- Как влияют пассивные связи на степень подвижности механизма?

- Какие звенья образуют механизм I-го класса?

- Как может быть образован механизм?

- Какие кинематические схемы называются группами Ассура (структурными группами)?

- Что характеризует число "степень подвижности механизма"?

- Каков принцип построения новых механизмов?

- По каким признакам классифицируются механизмы?

- По каким признакам классифицируются группы Accypa?

- Как определить класс группы Ассура, ее порядок и вид?

- Какие группы Ассура находят наибольшее распространение?

- Как определить класс всего механизма?

- В какой последовательности механизм разбивается на группы Ассура?

- Чему равна степень подвижности групп Ассура?

- Чему равна степень подвижности механизма I класса (ведущего звена со стойкой)?

- Какие группы являются группами второго, третьего, четвертого класса?

- Какие и сколько видов имеет группа Ассура второго класса?

- Как составляется структурная формула механизма?

- Приведите пример механизма с лишней степенью свободы.

- Укатите возможные причины появления избыточных связей.

- С какой целью производится замена высших пар кинематическими цепями с низшими. парами?

- Укажите условия замены высших пар.

- Приведите пример замены высшей пары.

 

Библиографический список

1. Фролов К.В., Попов С.А. и др.  Теория механизмов и механика машин – учебник для ВТУЗов. М., Высшая школа, 2003.

2. Марченко С.И., Марченко Е.П., Логинова Н.В.  Теория механизмов и машин. Ростов н/Д, Феникс, 2003.

3. Фролов К.В., Попов С.А., Мусатов А.К. и др.  Теория механизмов и машин. М., Высшая школа, 2001.

4. Артоболевский И.И.   Теория механизмов и машин. М., Наука, 1988.

5. Кореняко А.С. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин. Киев, «ВИЩА школа», 1976.

6. Левицкая О.М., Левицкий М.И.  Курс теории механизмов и машин. М, Высшая школа, 1978.

7. Артоболевский И.И., Эдельштейн Б.В.   Сборник задач по теории механизмов и машин. М, Наука, 1975.

8. Иосилевич Г.Б. и др.  Прикладная механика – учебник для ВУЗов. М., Высшая школа, 1989.

 

Приложение 1. Условные изображения и название звеньев механизма

Приложение_1_а

Приложение_1_б

Приложение_1_в

 

Стойка – это неподвижное звено. В зависимости от характера движения относительно стойки звенья называют:

- кривошипом (АО) – звено 1, которое образует вращательную пару со стойкой и совершает полный оборот вокруг неподвижной оси.

- шатуном (AB,CD) – звено 2 соединенное вращательными парами с подвижными звеньями, но не связанное со стойкой 6;

- ползуном (B, D, E) – звено 3 шарнирно соединенное со звеном 2 и поступательно перемещающееся по неподвижным направляющим;

- коромыслом (ВС) – звено 4, которое совершает неполный оборот вокруг оси, связанной со стойкой;

- кулисой (ВС) – звено 5 вращающееся вокруг стойки 6, которое является направляющей для кулисного камня;

- кулисным камнем (A) – звено 3`, образующее поступательную пару с кулисой.

 

Приложение 2. Примеры кинематических пар и  комбинации независимых движений

Тип

пар

Название

Возможные движения и условные обозначения

Примеры кинематических пар

Плоские

Одноподвижная, низшая

Приложение_2_1_аПриложение_2_1_1_б

Приложение_2_2_аБезимени-5

Двухподвижная высшая

ВП

Приложение_2_2

Пространственные

Винтовая – одноподвижная, низшая

Приложение_2_3_1

Приложение_2_3_2

Двухподвижная, низшая ­– цилиндрическая

Приложение_2_4_1

Приложение_2_4_2

Трехподвижная, низшая – сферическая

Приложение_2_5_1

Приложение_2_5_2

Четырехподвижная, высшая –

шар-цилиндр

Приложение_2_6_1

Приложение_2_6_2

Пятиподвижная, высшая –

шар-плоскость

Приложение_2_7_1

Приложение_2_7_2

 

 

Приложение 3. Основные понятия, определения и термины

МЕХАНИЗМ – система тел, созданная для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемые движения других тел.

МАШИНА – устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда.

ЗВЕНО – одна или несколько неподвижно соединенных друг с другом деталей, входящих в механизм и движущихся, как одно целое.

КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ПАРА – соединение двух звеньев, допускающее их относительное движение. В плоских механизмах встречаются одноподвижные кинематические пары с касанием звеньев по поверхности (низшие – вращательные и поступательные), а также двухподвижные с касанием звеньев в точке (высшие – в зубчатых зацеплениях и кулачковых механизмах).

ЭЛЕМЕНТ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ПАРЫ –совокупность поверхностей, линий и точек звена, по которым оно может соприкасаться с другим звеном, образуя кинематическую пару.

СТЕПЕНЬ ПОДВИЖНОСТИ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ПАРЫ – целое число, показывающее сколько независимых движений позволяет делать данная пара одному звену относительно другого. По степени подвижности пары делят на: одноподвижные, двухподвижные, трехподвижные, четырехподвижные и пятиподвижные.

ОДНОПОДВИЖНАЯ ПАРА – кинематическая пара с одной степенью свободы в относительном движении ее звеньев. Одноподвижными являются поступательная, вращательная и винтовая пары.

ДВУХПОДВИЖНАЯ ПАРА – кинематическая пара с двумя степенями сво­боды в относительном движении ее звеньев. Двухподвижными парами в пло­ских механизмах считают все высшие пары (зуб+зуб и кулачек+толкатель)

ВРАЩАТЕЛЬНАЯ ПАРА – одноподвижная пара, допускающая вращатель­ное движение одного звена относительно другого [см. кинематическая пара].

ПОСТУПАТЕЛЬНАЯ ПАРА – одноподвижная пара, допускающая прямолинейно-поступательное движение одного звена относительно другого.

ПЛОСКИЙ МЕХАНИЗМ – механизм, точки звеньев которого описывают траектории, лежащие в параллельных плоскостях.

ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ – механизм, точки звеньев которого описывают пространственные траектории или траектории, лежащие в пересекающихся плоскостях.

ШАРНИРНЫЙ МЕХАНИЗМ – механизм, звенья которого образуют только вращательные пары. Примерами шарнирных механизмов являются кривошипно-коромысловый механизм, двухкоромысловый механизм и др.

ШАРНИРНЫЙ ЧЕТЫРЕХЗВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ (шарнирный четырехзвенник) – шарнирный механизм, содержащий три подвижных звена и стойку.

РЫЧАЖНЫЙ МЕХАНИЗМ – механизм, звенья которого образуют только вращательные, поступательные, цилиндрические и сферические пары. Примерами рычажного механизма являются кривошипно-ползунный механизм, кулисный механизм и др.

КРИВОШИПНО-КОРОМЫСЛОВЫЙ МЕХАНИЗМ – шарнирный четырехзвенный механизм, в состав которого входят кривошип и коромысло.

КРИВОШИПНО-ПОЛЗУННЫЙ МЕХАНИЗМ – рычажный четырехзвенный механизм, в состав которого входят кривошип и ползун. Кривошипно-ползунный механизм служит для преобразования вращательного движения кривошипа в возвратно-поступательное движение ползуна или, наоборот, возвратно-поступательного движения ползуна во вращательное движение кривошипа.

КРИВОШИПНО-КУЛИСНЫЙ МЕХАНИЗМ – рычажный четырехзвенный механизм, в состав которого входят кривошип и кулиса. Кривошипно-кулисный механизм служит для передачи и преобразования вращательного движения кривошипа во вращательное или качательное движение кулисы и, наоборот, движение кулисы во вращение кривошипа.

СТОЙКА (редко: корпус, рама, станина, основание) – звено, принимаемое за неподвижное.

КРИВОШИП (иногда: коленчатый вал, коленвал, эксцентрик, водило) – вращающееся звено, которое может совершать полный оборот вокруг неподвижной оси.

КОРОМЫСЛО (редко рычаг) – вращающееся звено, которое может совершать только неполный оборот вокруг неподвижной оси.

ПОЛЗУН (поршень – в двигателях и компрессорах, толкатель – в кулачковых механизмах, суппорт – в станках, кулисный камень) – звено образующее поступательную пару с другим звеном (чаще всего со стойкой).

КУЛИСА – звено, вращающееся вокруг неподвижной оси и образующее с другим подвижным звеном поступательную пару.

ШАТУН – звено, образующее кинематические пары только с подвижными звеньями.

ШАТУННАЯ КРИВАЯ – траектория, описываемая какой-либо точкой шатуна.

ДВУХКРИВОШИПНЫЙ МЕХАНИЗМ – шарнирный четырехзвенный механизм, в который входят два кривошипа. Двухкривошипный механизм служит для передачи и преобразования вращательного движения. За один оборот одного кривошипа другой кривошип совершает также один оборот. Равномерному вращению одного кривошипа соответствует обычно неравномерное вращение другого кривошипа.

ДВУХКОРОМЫСЛОВЫЙ МЕХАНИЗМ – шарнирный четырехзвенный механизм, в состав которого входят два коромысла. Двухкоромысловый механизм служит для преобразования качательного движения одного коромысла в качательное движение другого коромысла.

ВХОДНОЕ ЗВЕНО – звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемые движения других звеньев. Входное звено соединено с двигателем либо с выходным звеном другого механизма.

ВЫХОДНОЕ ЗВЕНО – звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм. Выходное звено соединено с исполнительным устройством (рабочим органом, указателем прибора), либо со входным звеном другого механизма.

     ВЕДУЩЕЕ ЗВЕНО – звено, для которого сумма элементарных работ внешних сил, приложенных к нему, положительна. Для вращающихся ведущих звеньев (схема а) момент Т и угловая скорость , а для поступательно движущегося ведущего звена проекция силы F на направление движения и линейная скорость V (схема б) направлены в одну сторону.

а)

Приложение_3_1_а

б)

Приложение_3_1_б

 

Обычно ведущее звено совпадает с входным звеном, но в процессе движения одно и то же входное звено может быть ведущим или ведомым. Например, поршень в двигателе внутреннего сгорания при сгорании смеси – ведущее звено, но при всасывании и сжатии смеси, а также при выпуске отработанных газов – ведомое звено.

ВЕДОМОЕ ЗВЕНО – звено, для которого сумма элементарных работ внешних сил, приложенных к нему, отрицательна. Для вращающегося ведомого звена (схема а) момент силы Т и угловая скорость ω, а для поступательно движущегося звена (схема б) проекция силы F на направление движения ведомого звена и линейная скорость V направлены в противоположные стороны.

а)

Приложение_3_2_а

б)

Приложение_3_2_б

Обычно ведомое звено совпадает с выходным звеном, но в процессе движения одно и то же выходное звено может быть ведомым или ведущим, например, колесо электровоза при разгоне – ведомое звено, а при замедлении на ровном участке – ведущее звено (двигатель, соединенный с колесом через редуктор превращается в генератор и отдает энергию в сеть).

СТЕПЕНЬ ПОДВИЖНОСТИ МЕХАНИЗМА – целое число (W), показывающее сколько независимых движений нужно подвести к механизму, чтобы на выходе получить одно или наоборот. Большинство механизмов имеет степень подвижности W = 1; у дифференциальных механизмов W = 2; у роботов и манипуляторов W = 4 – 8 (чаще всего у них W = 4), также как и у основного механизма экскаватора.

СИНТЕЗ МЕХАНИЗМОВ – проектирование схемы механизма по заданным его свойствам. Синтез включает в себя выбор структурной схемы и определение постоянных параметров выбранной схемы механизма по заданным его свойствам. Различают: структурный синтез механизмов – выбор его схемы; метрический синтез – нахождение размеров звеньев и динамический синтез – распределение масс звеньев.

СИНТЕЗ МЕХАНИЗМОВ ПО ЧЕБЫШЕВУ – синтез механизмов по методу наилучшего равномерного приближения функций.


email: KarimovI@rambler.ru

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

 

Теоретическая механика   Сопротивление материалов

Прикладная механика  Детали машин  Строительная механика

 

 

 

 

00:00:00