Структурный анализ механизмов Основные понятия
Система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел, называется механизмом.
Тела, из которых состоит всякий механизм, называются звеньями. Звенья механизма совершают различные, но взаимосвязанные движения. Это обуславливается тем, что они соединены друг с другом определенным образом.
Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение, называется кинематической парой. Поверхности, линии, точки звена, по которым оно может соприкасаться с другим звеном, образуя кинематическую пару, называются элементами звеньев. Кинематическая пара, выполненная соприкасанием элементов ее звеньев только по поверхности, называется низшей. Пара, выполненная соприкасанием элементов ее звеньев только по линиям или в точках, называется высшей. Связанная система звеньев, образующих между собой кинематические пары, называются кинематической цепью. В технике применяются кинематические цепи, у которых одно из звеньев принимается за неподвижное, т.е. является стойкой. Рассматривая механизм как частный случай такой кинематической цепи, можно дать следующее определение механизма: механизм – это такая кинематическая цепь, в которой при заданном движении одного или нескольких звеньев относительно любого из них все остальные звенья совершают однозначно определяемые движения [1].
Кинематические пары и их классификация
В зависимости от вида элементов звеньев в кинематической паре одно звено может совершать относительно другого определенное количество тех или иных движений. Кинематические пары ограничивают подвижность звеньев, накладывают на относительные движения звеньев определенные ограничения (условия связи), число которых не может быть больше пяти, т.к. при шести ограничениях звенья теряют относительную подвижность, т.е. кинематическая пара переходит в жесткое соединение. По числу таких налагаемых условий связи они делятся на пять классов. Номер класса кинематической пары определяется числом условий связи, которые наложены на движение одного звена пары относительно другого. Отсюда следует, что пара I класса может быть названа пятиподвижной, пара II класса – четырехподвижной и т.д.
Для решения вопроса, к какому классу относится та или иная кинематическая пара, следует поступать так: Одно из звеньев, входящих в кинематическую пару, представить неподвижным. Связать с ним систему координат OXYZ и, ориентируясь по ней проследить, какие движения другого звена пары невозможны из шести движений, которые оно имело бы возможность совершать, не входя в пару, т.е. в свободном состоянии.
На рис.1 а) изображена низшая (шарнирная) кинематическая пара. Элементом кинематической пары на первом звене является цилиндрическая поверхность, а на звене 2 – цилиндрическая поверхность того же радиуса, охватывающая цилиндрическую поверхность на звене 1. Проведя прямоугольную систему координат OXYZ, связанную со звеном 1 замечаем, что звено 2 может вращаться вокруг оси X, остальные 5-возможные перемещения ограничены. Следовательно, эту кинематическую пару надо отнести к пятому классу (пять из шести движений невозможны).
На рис.1 б) изображена низшая поступательная кинематическая пара. Проведя прямоугольную систему координат OXYZ, связанную со звеном 1 замечаем, что звено 2 может перемещаться поступательно вдоль оси X, остальные 5-возможные перемещения ограничены. Следовательно, эту кинематическую пару надо отнести к пятому классу (пять из шести движений невозможны).
Вращательная пара а) Поступательная пара б)
Рисунок 1
На рис.2 изображена низшая кинематическая пара. Элементами звеньев являются цилиндрические поверхности. В данном случае звено 1 относительно звена 2 может перемещаться вдоль оси Х и вращаться вокруг этой же оси. Следовательно, невозможны четыре из шести движений, кинематическая пара относится к четвертому классу.
IV |
4 |
2 |
|
|
Рисунок 2
Число этих невозможных движений представляет собой номер класса пары.
Кинематические пары (КП) классифицируются по следующим признакам:
по виду места контакта (места связи) поверхностей звеньев:
низшие, в которых контакт звеньев осуществляется по плоскости или поверхности (пары скольжения );
высшие, в которых контакт звеньев осуществляется по линиям или точкам (пары, допускающие скольжение с перекатыванием).
по относительному движению звеньев, образующих пару:
вращательные;
поступательные;
винтовые;
плоские;
сферические.
по способу замыкания (обеспечения контакта звеньев пары): рис.3
силовое (за счет действия сил веса или силы упругости пружины);
геометрическое (за счет конструкции рабочих поверхностей пары);