Устройство на механизмите.
Класификация на кинематични двойки
Кинематичните двойки (KP) се класифицират според следните критерии:
1) според вида на контактната точка (точката на свързване) на повърхностите на връзките:
Долните, при които контактът на връзките се осъществява по равнина или повърхност (плъзгащи се двойки);
По-високи, при които контактът на връзките се осъществява по линии или точки (двойки, позволяващи плъзгане с търкаляне). Те се срещат например в зъбни и гърбични механизми).
2) чрез относителното движение на връзките, образуващи двойка:
ротационен;
прогресивен;
Цилиндрична;
Сферични;
винт;
Плосък.
Механизъм, чиито връзки образуват само ротационни, транслационни, цилиндрични и сферични двойки, се нарича лост.
3) според метода на затваряне (осигуряване на контакт на връзките на двойката):
Мощност (поради действието на силите на тежестта или еластичната сила на пружина);
Геометричен (поради дизайна на работните повърхности на двойката).
Фиг.2.1 Фиг.2.2
4) по броя на мобилността в относителното движение на връзките.
5) от броя на условията за свързване, наложени върху относителното движение на връзките (броят на условията за свързване определя класа на кинематичната двойка);
Тялото, намирайки се в пространството (в декартовата координатна система X, Y, Z) има 6 степени на свобода. Той може да се движи по всяка от трите оси X, Y и Z, както и да се върти около всяка ос (фиг. 2.3). Ако едно тяло (връзка) образува кинематична двойка с друго тяло (връзка), тогава то губи една или повече от тези 6 степени на свобода.
ориз. 2.3.Степени на свобода на тялото в пространството
Всички двойки са разделени на пет класа, в зависимост от броя на връзките, наложени върху мобилността на всяка връзка. Например, ако телата (връзките), образували кинематична двойка, са загубили 5 степени на свобода всяко, тази двойка се нарича кинематична двойка от 5-ти клас. Ако се загубят 4 степени на свобода - 4 клас и т.н. Броят на степените на подвижност се означава с . Броят на наложените връзки е означен с . В този случай броят на степените на подвижност може да се определи по формулата: .
Двойка първи клас: ; .
Двойка втори клас: ; .
Двойка от трети клас: ; .
Двойка четвърти клас: ; .
Двойка пети клас: ; .
Примери за класификация по двойки:
Нека разгледаме кинематичната двойка „винт-гайка” (фиг. 2.4). Броят на степените на подвижност на тази двойка е 1, а броят на наложените връзки е 5. Тази двойка ще бъде двойка от пети клас; можете да изберете свободно само един тип движение за винт или гайка, а второто движение ще бъдете придружител.
Фиг.2.4
Класификация на кинематичните вериги
Няколко връзки, свързани помежду си чрез кинематични двойки, образуват кинематична верига.
Кинематичните вериги са:
Затворен (прост). IN затворена веригаВсяка връзка включва най-малко две кинематични двойки.
Отворено (просто).
Комплекс.
Въз основа на наличието на клоновеправи разлика между веригите просто(всяка връзка на веригата включва не повече от две кинематични двойки) и комплексили разклонени(някои връзки са включени в три или повече двойки); разклонените вериги могат да съдържат така наречените множество (двойни, тройни и т.н.) панти.
По зона на движение на връзкитеима вериги плосък(траекториите на движение на точки от всички връзки са плоски криви, разположени в успоредни равнини) и пространствен.
За да се получи механизъм от кинематична верига, е необходимо:
Направете една връзка неподвижна, т.е. образуват легло (стойка);
Задайте една или повече връзки към закона за движение (направете ги водещи) по такъв начин, че всички останали връзки да извършват необходимите подходящи движения.
Някои допълнителни определения:
Обобщена координация на механизма– всяка от независимите координати, които определят положението на всички връзки на механизма спрямо стелажа;
Брой степени на свобода на механизмае броят на степените на свобода на цялата кинематична верига спрямо фиксираната връзка (стойка).
За пространствена кинематична верига в общ изгледНека условно означим:
Брой движещи се части – n,
Броят на степените на свобода на всички тези връзки е 6n,
Брой кинематични двойки от клас 5 – P 5,
Броят на връзките, наложени от кинематични двойки от 5-ти клас върху връзките, включени в тях, е 5Р 5,
Брой кинематични двойки от 4 клас – P 4,
Броят на връзките, наложени от кинематични двойки от 4-ти клас върху връзките, включени в тях, е 4Р 4 и т.н.
Връзките на кинематична верига, образуващи кинематични двойки с други връзки, губят някои степени на свобода. Останалият брой степени на свобода на кинематичната верига спрямо стелажа може да се изчисли по формулата
това структурна формулапространствена кинематична верига, или формулата на Малишев, е получена от P.I. Сомов през 1887 г. и разработен от A.P. Малишев през 1923 г.
Стойността W се нарича степента на подвижност на механизма (ако механизъм е образуван от кинематична верига).
За плоска кинематична верига и съответно за плосък механизъм
Тази формула се нарича P.L. Чебишев (1869). Може да се получи от формулата на Малишев, при условие че в равнина тялото има не шест, а три степени на свобода:
Стойността на W показва колко задвижващи звена трябва да има механизмът (при W = 1 - едно, W = 2 - две задвижващи звена и т.н.).
Концепцията за структурен синтез и анализ
Всяка структура техническа системасе определя от функционално свързан набор от елементи и връзки между тях. В този случай за механизмите елементите се разбират като връзки, групи от връзки или стандартни механизми, а връзките са подвижни (MC) или фиксирани връзки. Следователно под структура на механизмасе разбира съвкупността от неговите елементи и връзките между тях, т.е. набор от връзки, групи или стандартни механизми и подвижни или фиксирани връзки. Геометричната структура на механизма е напълно описана чрез уточняване на геометричната форма на неговите елементи, тяхното разположение и посочване на вида на връзките между тях. Структурата на механизма може да бъде описана на различни етапи на проектиране с различни средства, с различни нива на абстракция: на функционално ниво - функционална диаграма, на ниво връзки и структурни групи - структурна диаграма и т.н. Блокова схема - графично изображениемеханизъм, направен с помощта на символи, препоръчани от GOST (виж например GOST 2.703-68) или приети в специализирана литература, съдържащи информация за броя и местоположението на елементите (връзки, групи), както и вида и класа на кинематични двойки свързване на тези елементи. За разлика от кинематичната схема на механизма, структурната схема не съдържа информация за размерите на връзките и е начертана без спазване на мащаби. (Забележка: кинематична диаграма- графичен модел на механизма, предназначен за изследване на неговата кинематика.)
Както на всеки етап от проектирането, по време на структурния синтез задачите за синтез се разграничават от задачите за анализ.
Задачата на структурния анализЗадачата е да се определят структурните параметри на даден механизъм - броят на връзките и структурните групи, броят и вида на управляващите апарати, броят на мобилностите (основни и локални), броят на веригите и броят на резервните връзки.
Задачата на структурния синтезЗадачата е да се синтезира структурата на нов механизъм, който има определени свойства: брой мобилност, липса на локална мобилност и излишни връзки, минимален брой връзки, с двойки от определен тип (например само ротационни, като най-напредналите в технологично отношение) и др.
Основни понятия на структурния синтез и анализ
Мобилност на механизма- броят на независимите обобщени координати, които еднозначно определят позицията на връзките на механизма в равнина или в пространството.
Връзка- ограничение, наложено върху движението на тяло по дадена координата.
Излишен (пасивен)- такива връзки в механизма, които повтарят или дублират връзки, които вече съществуват на дадена координата, и следователно не променят реалната мобилност на механизма. В този случай изчислената мобилност на механизма намалява и степента на статичната му неопределеност се увеличава. Понякога се използва друго определение: Излишни връзки- това са връзки, чийто брой в механизма се определя от разликата между общия брой връзки, наложени от кинематични двойки и сумата от степените на подвижност на всички връзки, локална подвижност и дадената (необходима) подвижност на механизъм като цяло.
Местна мобилност- мобилност на механизма, която не засяга неговата позиционна функция (и функции за прехвърляне), но се въвежда в механизма за други цели (например подвижността на ролката в гърбичния механизъм осигурява замяната на триенето при плъзгане с триенето при търкаляне в най-високата двойка механизми и машини. Структура, кинематика и динамика на шарнирно-лост механизми: Урок. ...
Кинематиченанализ механизъмпомпа
Курсова работа >>сгради ( структури) механизми; - дефиниране на провизии механизмии траектории... механизъм: I (4-1) → II (2-3) Механизъмсе отнася до механизми II клас съгл класификацииИ.И. Артоболевски. 1.2 Кинематичен... В кинематичен по двойки механизъмразположен...
Силов кинетостатичен анализ механизми
Лекция >> Физика... класификациясили, действащи в кинематичен по двойки механизми? - Изобразете реакциите в идеал кинематичен по двойкиплосък механизъм? - Избройте видовете изчисления на мощността механизми ...
Теория на якостта на материалите механизмии автомобили
Лекция >> Индустрия, производство... механизми. ТММ е наука, която изучава структура, кинематика и динамика механизми... автомобили и механизми. 14.1 Класификацияавтомобили и механизмиМашина е... те включват определението за реакция в кинематичен по двойки механизъм, както и балансиране на силите...
Проектиране и изследване на манивела-плъзгач механизъмрев
Курсова >> Промишленост, производствоВръзки за механизъм n =5; P5 – номер кинематичен пара V клас, P5 = 7; P4 – номер кинематичен пара IV клас... механизъмна структурни групи Според класификации I. I. Artobolevsky ще разбием изученото механизъмв структурни групи. Механизъм ...
Всяка кинематична двойка ограничава движението на свързаните връзки.
Ограничението, наложено върху движението на твърдо тяло, се нарича състояние на връзката .
По този начин, кинематичната двойка налага условия за свързване на относителното движение на две свързани връзки. Очевидно най-големият брой условия на свързване, наложени от кинематична двойка, е пет.
Различен брой условия на свързване, наложени върху относителното движение на връзките чрез кинематични двойки, ни позволява да разделим последните на 5 класове, така че k-тата двойка класове налага k условия на връзка, където k е от (1,2,3,4,5). От това следва, че кинематична двойка от k-ти клас позволява 6-k степени на подвижност при относителното движение на връзките.
Трябва да се отбележи, че механизмите използват само кинематични двойки от пети, четвърти и трети клас. Кинематичните двойки от първи и втори клас не са намерили приложение в съществуващите механизми.
Тъй като връзките са в контакт с геометрични елементи, тогава очевидно кинематичната двойка е набор от такива елементи на свързаните връзки. От това следва, че характер относително движениесвързаните връзки зависят от формата на геометричните елементи. Това относително движение на една връзка по отношение на друга може да се получи, ако една от двете свързани връзки се направи неподвижна, а на другата се даде движението, позволено от връзките, наложени от кинематичната двойка.
Всяка точка от движещата се връзка описва траектория при относително движение, което за краткост ще наричаме относителна траектория на движение. Ако траекториите на относителното движение на такива точки са равнинни криви и са разположени в успоредни равнини, тогава двойката се наричаплосък . В случайпространствен
кинематични двойки, посочените траектории на относително движение са пространствени криви. Освен разделянето на класове, кинематичните двойки се разделят и в зависимост от типагеометричен елемент
- двойки: топ двойки
- – това са двойки, в които при свързване на две връзки контактът се осъществява само по криви или точки; ниски чифтове
По-високи кинематични двойки се използват за намаляване на триенето в елементите на тези двойки и често се изпълняват като ролки или лагери. Но особеностите на вътрешната структура на такива елементи в общия случай не влияят на относителното движение на връзките, свързани с двойка. Съществуват и определени техники, които ви позволяват да замените механизми с по-високи кинематични двойки с техните аналози с по-ниски двойки (което ви позволява да опростите изучаването на кинематиката на механизма в бъдеще). Следователно по-нататък ще разгледаме само механизми с по-ниски двойки.
По-ниските кинематични двойки се използват най-често в практиката и имат по-проста вътрешна структура, в сравнение с по-високите двойки. Елементът на долната кинематична двойка се състои от две повърхности, плъзгащи се една върху друга, което, от една страна, разпределя натоварването в този елемент, а от друга страна, увеличава триенето по време на относителното движение на връзките. В тази връзка използването на по-ниски кинематични двойки дава възможност за прехвърляне на значително натоварване от една връзка към друга, поради факта, че в тези двойки връзките са в контакт по повърхността.
| Брой степени на свобода | Брой връзки (клас двойка) | Име на двойка | рисуване | Символ |
| 1 | 5 | Ротационен |
 |
|
| 1 | 5 | Прогресивен |
 |
|
| 1 | 5 | Винт | ||
| 2 | 4 | Цилиндрична |
 |
|
| 2 | 4 | Сферична с пръст |
 |
|
| 3 | 3 | Сферични |
 |
|
| 3 | 3 | Плосък |
 |
|
| 4 | 2 | Цилиндър-равнина |
 |
|
| 5 | 1 | Топка-самолет |
 |
Нарича се връзката на две контактни звена, позволяващи взаимното им движение кинематична двойка. На диаграмите са обозначени кинематичните двойки с главни буквилатиница.
Съвкупността от повърхности, линии и отделни точки на връзката, по които тя може да влезе в контакт с друга връзка, образувайки кинематична двойка, се нарича елементи на кинематична двойка.
Кинематичните двойки (KP) се класифицират според следните критерии:
1. По тип контактна точка (точка на свързване) на свързващите повърхности:
– долни, при които контактът на връзките се осъществява по равнина или повърхност с крайни размери (плъзгащи се двойки);
– по-високи, при които контактът на връзките се осъществява по линии или точки (двойки, позволяващи плъзгане и търкаляне).
Сред плоските най-ниските кинематични двойки включват транслационни и ротационни. (По-ниските кинематични двойки позволяват предаването на по-големи сили, по-технологично са напреднали и се износват по-малко от по-високите кинематични двойки).
2. Според относителното движение на връзките, образуващи двойка:
– ротационен;
– прогресивен;
– винт;
– плосък;
– пространствени;
– сферична.
3. Според метода на затваряне (осигуряване на контакт на връзките на двойка):
– мощност (фиг. 2) (поради действието на тежестни сили или еластичната сила на пружината);
– геометричен (фиг. 3.) (поради дизайна на работните повърхности на двойката).
На фиг. 3. ясно е, че при ротационни и транслационни кинематични двойки затварянето на свързаните връзки се извършва геометрично. В кинематични двойки "цилиндър-равнина" и "топка-равнина" (виж таблица 2) чрез сила, т.е. поради собствената маса на цилиндъра и топката или други дизайнерски решения (например в сферична връзка топката може да бъде притисната към околната повърхност поради еластичните сили на пружина, допълнително въведена в дизайна на топката на автомобила става). Елементите на геометрично затворена двойка не могат да бъдат отделени един от друг поради конструктивни характеристики.
4. Според броя на комуникационните условия, насложено върху относителното движение на връзките ( броят на условията на свързване определя класа на кинематичната двойка );
В зависимост от метода на свързване на връзките в кинематична двойка, броят на условията на свързване може да варира от едно до пет. Следователно всички кинематични двойки могат да бъдат разделени на пет класа.
5. Според броя на мобилността в относителното движение на връзките (броят на степените на подвижност определя вида на кинематичната двойка);
Кинематичните двойки са обозначени с P i , където i =1 - 5 е класът на кинематичната двойка. (Кинематична двойка от пети клас е двойка от първи вид).
Класификацията на CP по броя на мобилността и броя на връзките е дадена в таблица 2.
Таблицата показва някои видове кинематични двойки от всичките пет класа. Стрелките показват възможни относителни движения на връзките. Според вида на най-простите независими движения, реализирани в кинематични двойки, се въвеждат обозначения (означава се цилиндрична двойка PV, сферична – BBBи т.н., където П – прогресивен, IN – въртеливо движение).
Подвижност на кинематична двойка– броят на степените на свобода при относителното движение на връзките му. Има кинематични двойки с едно, две, три, четири и пет движения.
Таблица 2. Класификация на кинематични двойки
Единичен подвижен (Двойка от клас V) е кинематична двойка с една степен на свобода в относителното движение на нейните връзки и пет наложени условия на свързване. Едноподвижна двойка може да бъде ротационна, транслационна или спирална.
Ротационна двойкапозволява едно въртеливо движение на връзките около оста X. Следователно тези двойки се считат за по-ниски.
Прогресивна двойкасе нарича едноподвижна двойка, която позволява праволинейно-постъпателно относително движение на своите връзки. Транслационните двойки също са по-ниски, тъй като контактът на елементите на техните връзки се осъществява по протежение на повърхности.
Винтова двойкасе нарича едноподвижна двойка, която позволява спираловидно (с постоянна стъпка) относително движение на връзките си и принадлежи към броя на долните двойки.
При формирането на кинематична двойка е възможно да се избере формата на елементите на кинематичните двойки по такъв начин, че с едно независимо просто движение да възникне друго производно движение, като например при винтова двойка. Такива кинематични двойки се наричат траектория .
Двойно движеща се кинематична двойка(двойка от клас IV) се характеризира с две степени на свобода при относителното движение на връзките си и четири условия на свързване. Такива двойки могат да бъдат или с едно ротационно и едно транслационно относително движение на връзките, или с две ротационни движения.
Първият тип включва т.нар цилиндрична двойка, тези. най-долната кинематична двойка, позволяваща независими ротационни и осцилаторни (по оста на въртене) относителни движения на нейните връзки.
Пример за двойка от втория тип е сферична двойка с пръст. Това е най-долната геометрично затворена двойка, позволяваща относително въртене на връзките си около осите X и Y.
Тройка подвижна двойкасе нарича кинематична двойка с три степени на свобода при относителното движение на нейните връзки, което показва наличието на три наложени условия на връзка. В зависимост от характера на относителното движение на връзките се разграничават три вида двойки: с три ротационни движения; с две ротационни и едно транслационни движения; с една ротационна и две транслационни.
Основният представител на първия тип е сферична двойка. Това е най-долната геометрично затворена двойка, позволяваща сферично относително движение на връзките си.
Третият тип включва т.нар равнинна двойка , т.е. най-ниската кинематична двойка, позволяваща равнинно-паралелно относително движение на нейните връзки.
Четворна двойка(двойка клас II) е кинематична двойка с четири степени на свобода при относителното движение на нейните връзки, т.е. с две наложени условия за свързване. Всички четири подвижни двойки са най-високи. Пример може да бъде двойка, която позволява две ротационни и две транслационни движения.
Пет подвижна двойка(двойка клас I) се нарича кинематична двойка с пет степени на свобода при относителното движение на нейните връзки, т.е. с едно наложено условие за връзка. Такава двойка, съставена от две сфери, позволява три ротационни и две транслационни движения и винаги ще бъде по-добра.
Кинематична връзка– кинематична двойка с повече от две връзки.
Класификация на кинематични двойки. Има няколко класификации на кинематични двойки
Има няколко класификации на кинематични двойки. Нека разгледаме някои от тях.
Чрез свързващи елементи на връзката:
- по-високо(намират се например в зъбни и гърбични механизми); в тях връзките са свързани една с друга по линия или в точка:
- непълноценен, в тях връзките са свързани помежду си по повърхността; те са:
– ротационен
– прогресивен
– цилиндрични
– сферична
По броя на насложените връзки:
Тялото, намиращо се в пространството (в декартовата координатна система X, Y, Z.) има 6 степени на свобода, а именно да се движи по всяка от трите оси X, YИ З, а също така се въртят около всяка ос (фиг. 1.2). Ако едно тяло (връзка) образува кинематична двойка с друго тяло (връзка), тогава то губи една или повече от тези 6 степени на свобода.
Въз основа на броя на загубените от тялото степени на свобода (връзка), кинематичните двойки са разделени на 5 класа. Например, ако телата (връзките), образували кинематична двойка, са загубили 5 степени на свобода всяко, тази двойка се нарича кинематична двойка от 5-ти клас. Ако се загубят 4 степени на свобода - 4 клас и т.н. Примери за кинематични двойки от различни класове са показани на фиг. 1.2.
ориз. 1.2. Примери за кинематични двойки от различни класове
Въз основа на структурни и конструктивни характеристики кинематичните двойки могат да бъдат разделени на:
– ротационен,
– прогресивен,
– сферична,
– цилиндрични
Кинематична верига.
Образуват се няколко връзки, свързани помежду си чрез кинематични двойки кинематична верига.
Кинематичните вериги са:
затворен
отворен
Към от кинематичната верига вземете екипировка, необходимо:
а) направете една връзка неподвижна - оформете легло (багажник),
б) задайте закона на движение на една или повече връзки (направете ги водещи) по такъв начин, че всички останали връзки да изпълняват изисква сеподходящи движения.
Брой степени на свобода на механизмае броят на степените на свобода на цялата кинематична верига спрямо фиксираната връзка (стойка).
За пространственкинематичната верига в общ вид условно ще обозначим:
брой движещи се части п,
броят на степените на свобода на всички тези връзки – 6n,
брой кинематични двойки от клас 5 – P5,
броят на връзките, наложени от кинематични двойки от 5-ти клас върху връзките, включени в тях - 5P 5 ,
брой кинематични двойки от 4-ти клас – R 4,
броят на връзките, наложени от кинематични двойки от 4-ти клас върху връзките, включени в тях - 4P 4,
Връзките на кинематична верига, образуващи кинематични двойки с други връзки, губят някои степени на свобода. Останалият брой степени на свобода на кинематичната верига спрямо стелажа може да се изчисли по формулата
Това е структурната формула на пространствената кинематична верига или формулата на Малишев. Получено е от П.И. Сомов през 1887 г. и разработен от A.P. Малишев през 1923 г.
Размер Унаречен степен на движение на механизма(ако се образува механизъм от кинематична верига).
Тази формула се нарича P.L. Чебишев (1869). Може да се получи от формулата на Малишев, при условие че в равнина тялото има не 6, а 3 степени на свобода:
W = (6 – 3)n – (5 – 3)P 5 – (4 – 3) P 4.
Стойността W показва колко задвижващи връзки трябва да има механизмът (ако У= 1 – едно, У= 2 – две водещи връзки и т.н.).
1.2. Класификация на механизмите
Броят на видовете и видовете механизми е в хиляди, така че тяхната класификация е необходима, за да се избере един или друг механизъм от голям брой съществуващи, както и да се извърши синтез на механизма.
Няма универсална класификация. Най-често срещаните 3 вида класификация:
1) функционален/2/ – според принципа на технологичния процес, а именно механизмите:
Привеждане в движение на режещия инструмент;
Захранване, зареждане, демонтаж на части;
транспорт;
2) конструктивни и конструктивни/3/ – предвижда разделяне на механизмите както по конструктивни характеристики, така и по структурни принципи, а именно механизми:
манивела-плъзгач;
рокер;
Лостово назъбен;
Гръбначен лост и др.
3) структурен– тази класификация е проста, рационална, тясно свързана с формирането на механизма, неговата структура, методите за кинематичен и силов анализ.
Предложено е от L.V. Assur през 1916 г. и се основава на принципа за конструиране на механизъм чрез наслояване (прикрепяне) на кинематични вериги (под формата на структурни групи) към първоначалния механизъм.
Според тази класификация всеки механизъм може да бъде получен от по-прост чрез прикрепване на кинематични вериги с редица степени на свобода към последния У= 0, наречени структурни групи или групи на Assur. Недостатъкът на тази класификация е, че е неудобно да се избере механизъм с необходимите свойства.
Движение твърди веществав механизмите те се разглеждат спрямо връзка, която условно се приема за стационарна и се нарича изправи се(легло на машината, корпус на двигателя, шаси). Всички други твърди тела, които се движат спрямо стойката, се наричат движещи се части.Всяка връзка може да се състои от една или повече части, но в рамките на връзката те не могат да имат относително движение, т.е. образуват постоянни или разглобяеми връзки на отделни части.
Според изпълняваните функции връзките могат да бъдат входни и изходни, водещи и задвижващи, начални и междинни. Връзка за въвежданедвижението се съобщава, преобразувано от механизма в необходимото движение на други връзки. Водеща връзка– връзка, за която елементарната работа на приложените към нея външни сили е положителна. Изходна връзка- връзка, която извършва движението, което механизмът е проектиран да изпълнява. роб връзка– връзка, за която елементарната работа на приложените към нея външни сили е отрицателна или равна на нула.
Ако на връзката са дадени една или повече обобщени координати, които определят позицията на всички механизми спрямо стелажа, тогава връзката се нарича началенОбобщена координация на механизма– това е всяка от взаимно независимите координати, които определят позицията на всички връзки на механизма спрямо стелажа.
В зависимост от предназначението на механизма, на връзките се присвояват функционални имена: манивела, свързващ прът, кобилица, бутало, прът, плъзгач, кобилица, гърбица, тласкач, зъбно колело, носач, сателит, лост, вилка, колянов вал, разпределителен вали т.н.
В конкретни механизми входната връзка може да бъде както водеща, така и задвижвана на отделни етапи на движение, в зависимост от приложените сили и въртящи моменти, например вал на двигателя в режими на ускорение и спиране, вал на електродвигател в режими на двигател и генератор.
Нека ви го напомним кинематична двойканаричаме връзката на две твърди тела на механизъм, позволяваща определеното им относително движение (виж раздел 1.1). В двойка, когато нейните елементи взаимодействат, възниква относително движение на връзките. Брой степени на свободав относителното движение на връзките определя вида на двойката по мобилност . Правете разлика между двойките едноподвижен, двойно подвижен, триподвижен, четириходенИ пет-подвижен. Видът на двойката зависи от геометричните връзки между елементите на двойката, т.е. условия, ограничаващи движението на връзките. Броят на ограничителните уравнения в една двойка се приема като номер на класа на двойката.
Всеки кинематична двойка съединителен елементе съвкупност от повърхности, линии и отделни точки, образувани от елементите на две твърди тела. елемент – обобщен термин, отнасящ се до номиналната повърхност , чиято форма е посочена в чертежа или друга техническа документация. Реалните повърхности и реалните профили на двойки елементи могат да имат отклонения във формата и местоположението . Числената стойност на максималните отклонения се нормализира от допустимите отклонения на цилиндричност, закръгленост, плоскост, праволинейност, паралелност в зависимост от степента на точност и диапазона на размерите. Една повърхност е общата част на две съседни области на пространството. В теорията на механизмите се разглеждат повърхности с идеална форма и идеално разположение. Ако това условие не е изпълнено, излишните локални връзки се появяват по двойки , тъй като ограничителните уравнения не са идентични и двойката става статично неопределена. Ако свързващите се елементи в кинематична двойка са конгруентни, т.е. повърхности съвпадат във всичките си точки, тогава двойката се нарича непълноценен. Двойките, които имат двойки, чийто елемент е линия или точка, се наричат най-високо.Линията е общата част от съседни области на повърхността.
Нарича се система от връзки, свързани една с друга по двойки кинематична верига. Има плоски и пространствени, затворени и отворени, прости и сложни кинематични вериги.
В една затворена верига връзките образуват една или повече вериги . Контурът може да бъде твърд или да има степени на свобода. Броят на степените на свобода определя класа на контура . В плоска верига всички движещи се звена извършват равнинно движение, успоредно на една и съща фиксирана равнина. В проста верига една връзка е включена в една или две кинематични двойки. В сложна верига има поне една връзка, която образува повече от две кинематични двойки.
Аналози на кинематичните двойки са кинематични връзки, съставен от няколко подвижни части с повърхностен, линеен или точков контакт на елементи под формата на компактна структура и осигуряващ възможност за разлагане на относителното движение на компоненти, еквивалентни на двойки от съответния тип.
Диаграма на механизъм, съдържащ стойка, движещи се връзки, кинематични двойки с обозначение на техния тип и указващо относителното разположение на елементите на механизма, направени без мащаб, се нарича блокова схема на механизма.
Най-широко приложение в механизмите на машини, инструменти и други устройства. ротационни двойки (IN), които позволяват само едно въртеливо движение на една връзка спрямо друга. На структурни и кинематични схемите имат символи в съответствие с препоръките на международните стандарти (фиг. 2.1, А). Номинални повърхнини на елементи 1, 2 ротационната двойка обикновено е цилиндрична (фиг. 2.1, b), но може да има и други форми (например конична, сферична). На фиг. 2.1, VПоказана е блокова схема на промишлен манипулатор на роботи, която показва шест ротационни двойки: ЗА(0–1 ),А(1–2 ),IN(2–3 ),СЪС(3–4 ),г(4–5 ),д(5–6 ), свързващи връзки със съответните номера. Грабнете 6 / има шест степени на свобода, което е равно на броя на едноподвижните двойки на отворена кинематична верига. В реалните конструкции често се използват кинематични връзки, които съдържат няколко движещи се връзки и няколко кинематични двойки, но в този аналог на въртяща се двойка само две връзки са свързани с други връзки на механизма. Конструкцията на търкалящ лагер с външен 1 и вътрешни 2 пръстени с топчета между тях 3, държани на определено разстояние една спрямо друга с помощта на сепаратор 4 са показани на фиг. 2.2, А.
ориз. 2.1. Блокова схема на промишлен робот манипулатор
ориз. 2.2. Търкалящи лагери и техните символи
В зависимост от посоката на възприеманата радиална или аксиална сила се разграничават радиалните лагери (фиг. 2.2, b), тяга (фиг. 2.2, V) и радиален контакт (фиг. 2.2, Ж). Диаграмите използват съответните символи (фиг. 2.2, d). Работните повърхности в плъзгащите лагери могат да имат директен контакт (сухо триене), да бъдат разделени от течност (течни, хидростатични, хидродинамични лагери), газ (аеродинамични, аеростатични газови) или разделени от магнитни сили (магнитни лагери).
Когато се използват кинематични връзки вместо въртяща се двойка, загубите от триене се намаляват, технологията на производство на компоненти се опростява поради използването на стандартни лагери и се увеличава носещата способност на машинните компоненти. Извиква се диаграма на кинематична двойка, която отразява само необходимия брой геометрични връзки основен. Основната схема на двойката не съдържа излишни връзки. Диаграмата на действителната двойка може да съдържа допълнителни връзки, но те трябва да са идентични (съвпадащи). Премахването на излишните локални връзки в кинематичното свързване при монтаж на валове и оси на няколко лагера се осигурява чрез правилна точност при производството на части и монтаж на монтажни единици. На фиг. 2.3 показва дълъг вал, монтиран на три сачмени лагера А, А / , A // .Коаксиалност на основните повърхности (фиг. 2.3, А) на лагерите зависи от точността на пробиване на отвори в частите на корпуса и може да се регулира чрез монтиране на корпуси на лагери върху рамката (фиг. 2.3, b) при отклонения от праволинейността на общата ос А А / А //поради изместване или накланяне на осите на отделните лагери. При разработването на техническа документация за кинематични връзки, съгласно GOST 24642-81 и 24643-81, обикновено се посочват максималните отклонения от паралелността на повърхностите на въртене, отклоненията от коаксиалността (радиално биене), отклоненията от концентричността, отклоненията от перпендикулярността.
ориз. 2.3. Вал, монтиран на три търкалящи лагера
Например на фиг. 2.4 показва диаграма на двоен опорен вал с указание за шийките АИ INдопустими отклонения на цилиндричността (поз. 1 И 5 ), подравняване (поз. 2 И 6) и перпендикулярност на краищата (поз. 3 И 4 ), които трябва да се поддържат при шлайфане на вала.
ориз. 2.4. Диаграма на двоен лагерен вал
Подобни изисквания се налагат и при направата на отвори в основната част (корпуса). При някои конструкции (фиг. 2.5) отклоненията от праволинейността се дължат на несъответствие на отворите на тялото (фиг. 2.5, А) или наклон на осите (фиг. 2.5, б, V) се компенсират от сферичната външна повърхност на външния пръстен на сачмен лагер и сферичната повърхност в корпуса на лагера. При правилно сглобяване на възлите се осигурява праволинейността на оста на кинематичната връзка и идентичността на геометричните връзки чрез елиминиране на излишните връзки.
ориз. 2.5. Схеми за монтаж на валове за малки отклонения от праволинейността
В случай на значителни отклонения на оста на вала от праволинейността (фиг. 2.6), валът се монтира върху специални лагери със сферична външна повърхност на външния пръстен. Тази кинематична връзка осигурява въртене на вала при наличие на отклонение на шийката АИ А/ вал от подравняване (фиг. 2.6, А) и праволинейност (фиг. 2.6, b, c).
ориз. 2.6. Схеми за монтаж на валове при значителни отклонения от праволинейността
Извиква се броят на допълнителните връзки в действителния дизайн на двойка или кинематична връзка степента на статична неопределеност на двойката.
Конзолен вал 1 с цилиндрична опора 2, зареден в точка СЪСнасила Е, показано на фиг. 2.7, А. В подкрепа АИзползвайки статични методи, можете да намерите реактивния момент и реакция, както и отклонения във всяка точка на вала. Деформация в точка СЪСпредвид това А = bможе да се намали осем пъти, ако в дизайна се въведат еднакви елементи А/ с пет допълнителни връзки (фиг. 2.7, b). Броят на идентичните локални връзки може да бъде намален, ако в десния край на вала е монтиран плаващ сферичен лагер (фиг. 2.7, b), давайки само две допълнителни връзки в поддръжката А/ . Ако валът е монтиран под формата на кинематична връзка с два сферични лагера, единият от които е плаващ, а вторият е неподвижен в аксиална посока (фиг. 2.7, Ж), тогава валът става статично определен, докато реактивните моменти в опорите са равни на нула. Въпреки това, отклонението на такъв вал в точката СЪС(при А = b) деформацията за конзолен вал е само два пъти по-малка. Липсата на излишни локални връзки прави дизайна на двойката нечувствителен към температурни и силови деформации на вала и корпуса, както и отклонения в местоположението на осите на свързващите елементи.
ориз. 2.7. Схеми за монтиране на валове при изчисляване на реакции в опори
Така че, в случай на използване на идентични елементи, допустимите отклонения на формата и местоположението на свързващите повърхности се намаляват, което осигурява сглобяване без деформация на връзките в кинематичната верига и елиминиране на допълнителни сили в кинематични двойки. С увеличаването на точността на съединяване производствените разходи се увеличават, но се увеличава твърдостта и носещата способност на валовете и осите, както и надеждността и издръжливостта на машината. Следователно въпросът за допустимостта на идентични връзки, които могат да бъдат излишни, когато подпората или други връзки са деформирани, се решава, като се вземат предвид условията на работа на кинематичната двойка, разходите за производство, ремонт и експлоатация на машината.
Оптималният дизайн на двойка или връзка е относителна концепция: дизайн, който е оптимален за някои условия, може да бъде неприемлив за други. Оптимизацията често се свързва с технологичността, която се разбира като набор от конструктивни свойства, проявяващи се в оптималните разходи за труд, материали, средства и време за дадени показатели за качество, обем на продукцията, условия на производство, експлоатация и ремонт на машината. Дизайн, който е технологично напреднал при единично производство, често се оказва нискотехнологичен при масово производство и напълно нискотехнологичен при автоматизирано производство и обратно.
Схеми и символи на основните видове кинематични двойки са дадени в таблица. 2.1. Всяка двойка в реални конструкции може да съответства на конструктивни варианти на кинематични връзки под формата на няколко части, които имат различна комбинация от локална подвижност, която не засяга основната подвижност на двойката. Например, ролков лагер е еквивалентен на двуподвижна цилиндрична двойка; сферичен сачмен лагер, позволяващ несъосност на осите в определени граници, е еквивалентен на сферична триподвижна двойка; Аксиален сачмен лагер със сферична външна повърхност, монтиран върху заострена повърхност, е еквивалентен на двойка плъзгащи се точки с пет точки.
Таблица 2.1
Основни видове кинематични двойки
Кинематичните връзки обикновено имат голям бройизлишни локални връзки. Те могат да бъдат елиминирани с помощта на принципа на многопоточността. В такива конструкции, поради високата производствена точност (например топки и пръстени в сачмени лагери), излишните локални връзки са идентични. В този случай статичната неопределеност на връзката не оказва вредно въздействие върху функционирането на въртящата се двойка.