9. Рычажные передачи (механизмы)

9.1. Структура механизмов

9.1.1. Основные понятия и определения

Проектирование новой машины или исследование уже имеющейся начинается с составления схем ее механизмов, изображающих механизмы в упрощенном виде. Различают структурную (принципиальную) схему с применением условных обозначений звеньев и кинематических пар (без указания размеров звеньев) и кинематическую схему с указанием размеров, необходимых для проведения кинематических расчетов.

Кинематическая пара – это подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев.

Кинематическая цепь – это связанная система звеньев, образующих между собой кинематические пары.

Различают плоские механизмы, все подвижные точки которых перемещаются в параллельных плоскостях. Механизм является пространственным, если подвижные точки его звеньев описывают не плоские траектории или траектории, лежащие в пересекающихся плоскостях.

Любой механизм состоит из подвижных и неподвижных деталей. Группа деталей, образующих одну общую жесткую систему, называется звеном. В механизме различают подвижные и неподвижные звенья. Неподвижное звено называется стойкой (звено 0, рис. 9.1). Звенья механизма, законы движения которых заданы, называются ведущими (звено 1, рис. 9.1), остальные звенья – ведомыми.

Первым этапом образования механизмов является соединение звеньев в кинематические пары.

Элемент кинематической пары – это совокупность поверхностей, линий и точек звена, входящих в соприкосновение (контакт) с другим звеном пары.

Для того чтобы элементы пары находились в постоянном соприкосновении, пара должна быть замкнута геометрическим (за счет конструктивной формы звеньев) или силовым (силой тяжести, силой упругости пружины, силой давления жидкости или газа) способом.

Кинематические пары во многом определяют работоспособность и надежность механизмов, поскольку через них передаются нагрузки от одного звена к другому, следовательно, элементы пары находятся в напряженном состоянии. В кинематических парах вследствие относительного движения возникает трение, приводящее к изнашиванию элементов пары. Поэтому правильный выбор вида кинематической пары, ее геометрической формы, размеров, конструкционных и смазочных материалов имеет большое значение при проектировании механизмов машин.

Вторым этапом образования механизмов является соединение звеньев в кинематические цепи.

Различают замкнутые и незамкнутые кинематические схемы. В замкнутой кинематической цепи каждое звено входит не менее чем в две кинематические пары. В незамкнутой кинематической цепи имеются звенья, входящие только в одну кинематическую пару. Большинство механизмов машин образовано замкнутыми кинематическими цепями. Манипуляторы промышленных роботов образованы незамкнутыми кинематическими цепями.

93