
Основы теории механизмов
Подвижно соединенные между собой части механизма называются звеньями. В механизме различают неподвижное звено-стойку (станина станка, корпус прибора, шасси и т. п.) и подвижные звенья, которые могут совершать вращательное, поступательное и сложное движение. Звеном может быть одна или несколько жестко связанных между собой деталей.
В
зависимости от характера движения
и назначения звенья имеют определенные
названия. Например, в механизме
шарнирного четырехзвенника (рис.
1.1, а)
и его модификациях, являющихся
основой многих машин и приборов,
звено 1,
совершающее полный оборот,
называется кривошипом; звено 2,
совершающее
сложное плоскопараллельное движение,—
шатуном; звено 3,
совершающее
качательное движение,— коромыслом;
неподвижное звено 4
является
стойкой. На рис. 1.1 штриховыми
линиями изображены крайние положения
механизма.
Модификации шарнирного четырехзвенника образуются в зависимости от относительного расположения вращательно и поступательно движущихся звеньев и их размеров. Если крайнюю вращательную кинематическую пару D заменить на поступательную, то звено 3 (рис. 1.1, а) превращается в ползун, и такой механизм называется кривошипно-ползунным (рис. 1.1, б).
Рис. 1.1 Механизм четырёхзвенника и его модификации
Если в этом механизме стойкой сделать звено 1, то образуется кривошипно-кулисный механизм (рис. 1.1, в), звено 4 становится подвижной направляющей для ползуна 3 и называется кулисой. Кулисные механизмы, в состав которых входят два ползуна, образуют тангенсные (рис. 1.1, г) и синусные (рис. 1.1, д) механизмы.
Широкое применение в технике нашли также кулачковые механизмы, отличающиеся большим разнообразием форм кулачков (рис. 1.2, а, б, в, е), фрикционные (рис. 1.2, г) и зубчатые механизмы (рис. 1.2, д, ж, з), типы которых определяются количеством, формой и взаимным расположением звеньев.
1.1. Кинематические пары и цепи
Кинематическая пара. Соединение двух звеньев, обеспечивающее определенное относительное движение, образует кинематическую пару. Элементами кинематической пары называются поверхности, линии или точки, по которым происходит подвижное соединение двух звеньев и которые ограничивают относительное движение этих звеньев. В зависимости от вида элементов различают высшие и низшие кинематические пары. В высших кинематических парах элементами являются линии или точки (пара В, рис. 1.2).
Рис.1.2 Механизмы с высшими парами и способ их замыкания
Кинематические
пары, образованные
элементами в виде поверхностей,
называются низшими (пара А,
рис.
1.2). Замыкание кинематических пар
может быть геометрическим (рис. 1.2,
ё)
и
силовым (рис. 1.2, а,
б), например,
с помощью пружин. Условное обозначение
кинематических пар установлено
ГОСТ 2.770—68.
Класс пары. Свободное звено в пространстве обладает шестью степенями свободы. Звено, входящее в кинематическую пару, теряет от одной до пяти степеней свободы. Класс кинематической пары определяется числом условий связи S, налагаемых на относительное движение звеньев. Различают пять классов кинематических пар (рис. 1.3). Если Н — число степеней свободы звеньев кинематической пары, то
S = 6 — H. (1.1)
Например, в парах на рис. 1.3, г конструкции элементов позволяют осуществлять два независимых движения. Для них Н = 2 и S = 4; следовательно, эта пара—четвертого класса. Если же на звене цилиндрической пары установить бурты, препятствующие поступательному движению (рис. 1.3, д), то остается единственное возможное вращательное движение, следовательно, Н = 1 и 5 = 5 — пара пятого класса.
Можно подобрать такую форму элементов пары, чтобы при одном независимом движении возникло второе — производное: в винтовой паре (рис. 1.3, ж) вращательное движение винта вызывает поступательное перемещение его вдоль оси. Такую пару следует отнести к пятому классу, так как имеется всего одно независимое движение (Я = 1).
Кинематическая
цепь. Звенья,
соединенные
между собой кинематическими парами,
образуют кинематическую цепь.
Кинематические цепи могут быть простыми
(рис. 1.4, а),
сложными,
если хотя бы
одно звено входит больше чем в две
кинематические
пары (рис. 1.4, б),
замкнутыми
(рис. 1.4, в) и незамкнутыми, если
есть звенья, входящие в одну кинематическую
пару (рис. 1.4, а).
Рис.1.4. Кинематические цепи
Различают пространственные и плоские кинематические цепи. Все звенья плоской кинематической цепи размещаются в параллельных плоскостях и совершают плоскопараллельные движения. Поскольку на звенья плоских цепей налагаются три дополнительных общих условия связи, исключающих движение в других плоскостях, то в плоской цепи могут быть пары только четвертого или пятого класса. Пара четвертого класса в плоской цепи налагает на относительное движение звеньев одно условие, а пара пятого класса — два условия связи. Пары четвертого класса в плоских цепях высшие (см. рис. 1,6 пары F и L), пары пятого класса чаще всего низшие: вращательные (рис. 1.3, д) или поступательные (рис. 1.3, е).