Структурный анализ кинематических схем механизмов

Структурный анализ кинематических схем механизмов

В этом разделе науки Теория механизмов и машин даются определения понятий, рассматриваемых в курсе: машина, механизм, звено механизма, кинематическая пара и кинематическая цепь.

Термин «машина» означает устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации. В зависимости от основного назначения различают три вида машин: энергетические, рабочие и информационные. Механизмом называется система тел, предназначенная для преобразования заданного движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел. В преобразовании движения могут участвовать как твёрдые тела, так и жидкие или газообразные.

Одно или несколько неподвижно соединённых твёрдых тел, входящих в состав механизма, называется звеном. Звено, неподвижное, или принимаемое за неподвижное, называется стойкой. Подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение, представляет собой кинематическую пару. Кинематические пары классифицируются по числу относительных подвижностей (или числу условий связи), а также по виду элементов соприкосновения звеньев. Низшая кинематическая пара может быть выполнена соприкасанием её звеньев только по поверхности, а высшая – только по линиям или в точках. Поверхности, линии или точки звена, по которым оно может соприкасаться с другим звеном, образуя кинематическую пару, называются элементами звена.

Связанная система звеньев, образующих между собой кинематические пары, составляет кинематическую цепь. Различают замкнутые и незамкнутые кинематические цепи. Сложные кинематические пары эквивалентны кинематическим цепям, включающим более простые пары. Эти заменяющие цепи называются кинематическими соединениями. Звенья механизма подразделяются на входные и выходные, на ведущие и ведомые звенья.

Заданное движение совершает входное звено, требуемое – выходное звено. Ведущим (ведомым) называют звено, для которого сумма элементарных работ всех внешних сил, приложенных к нему, является положительной (отрицательной или равной нулю).

Структура кинематических цепей

Положение всех звеньев механизма однозначно определяется некоторым числом независимых величин, называемых обобщёнными координатами механизма. Число обобщённых координат механизма равно числу его степеней свободы. Число степеней свободы пространственного механизма зависит от числа подвижных звеньев механизма и числа кинематических пар различной подвижности и определяется по формуле А. П. Малышева. Эта формула даёт возможность выполнять структурный синтез пространственного механизма, т. е. подбирать возможные сочетания звеньев и кинематических пар различной подвижности при заданном числе степеней свободы. Число степеней свободы плоского механизма определяется по формуле П. Л. Чебышева.

Связи, накладываемые некоторыми кинематическими парами механизма, могут повторяться. Такие связи называются повторяющимися, избыточными или пассивными. Наличие избыточных связей в механизмах требует повышенной точности изготовления элементов кинематических пар и в то же время ухудшает условия передачи сил вследствие повышения нагрузок на звенья механизма и увеличения сил трения в кинематических парах. Рациональные (по терминологии Л. Н. Решетова) механизмы не должны содержать избыточных связей. Устранение избыточных связей выполняется путём изменения подвижностей отдельных кинематических пар, причём можно получить несколько вариантов механизмов без избыточных связей.

Структурные схемы различных плоских и пространственных механизмов могут быть образованы одним из способов:

1. из соответствующей кинематической цепи при различных звеньях, принятых за неподвижные;

2. путём наслоения структурных групп Л. В. Ассура.

Структурная классификация механизмов связана с методами кинематического и силового исследования внутри каждого семейства механизмов. В основу структурно-конструктивной классификации положены признаки конструктивного оформления механизмов. Классификация по функциональному признаку содержит разделы: механизмы передач движения, механизмы включения и выключения, механизмы блокировки, механизмы зажимов, механизмы захватов, механизмы подач, механизмы муфт, механизмы тормозов и т. д.

В данном разделе рассматриваются основные виды механизмов: плоские и пространственные рычажные механизмы, зубчатые механизмы,

фрикционные механизмы, кулачковые механизмы, механизмы с гибкими связями, волновые передачи, гидравлические и пневматические механизмы.

Источник:

УДК 621.01

И. А. Жгурова. Теория механизмов и машин: Учебное пособие. – 3-е издание, перераб. и доп. – Тюмень, ТИУ, 2017. - 165 с.

Пособие представляет собой краткий курс лекций по теории механизмов и машин и содержит разделы: «Структурный анализ и классификация механизмов», «Кинематический анализ механизмов», «Динамический анализ механизмов», «Общие методы синтеза механизмов», «Основы теории машин». Теоретические основы курса сопровождаются практическими заданиями.

Третье издание (1-е издание 2004 г.) переработано и дополнено новыми материалами в соответствии с действующими стандартами. Приведён краткий обзор основных понятий по перечисленным темам и терминология дисциплины. Дана Рабочая программа дисциплины и основные требования к знаниям и умениям учащихся. Предназначено для обучающихся СПО по специальности среднего профессионального образования базовой подготовки 15. 02. 08 Технология машиностроения

Пособие может быть полезным для преподавателей СПО, изучающих теорию механизмов и машин, а так же для студентов высших учебных заведений в качестве практических упражнений.

3