Структура и кинематика механизмов Основные понятия и определения
Механизмом называют механическую систему, предназначенную для преобразования движения одного или нескольких тел системы в требуемое движение других тел.
Одно или несколько жестко соединенных твердых тел, входящих в состав механизма, называют звеном. Звено, принимаемое в механизме за неподвижное, называют стойкой.
Кривошипом называют звено рычажного механизма, совершающее полный оборот вокруг оси, связанной со стойкой.
Коромыслом называют звено рычажного механизма, совершающее неполный оборот вокруг оси, связанной со стойкой.
Шатуном называют звено рычажного механизма, совершающее плоскопараллельное движение.
Ползуном называют звено рычажного механизма, поступательно перемещающееся относительно стойки или другого звена.
Кулисой называют звено рычажного механизма, являющееся направляющей для ползуна; кулачком – звено, профиль которого, имея переменную кривизну, определяет движение ведомого звена; зубчатым колесом – звено с замкнутой системой зубьев, обеспечивающее за свой полный оборот непрерывное движение парного звена.
Входным называют звено, которому сообщается движение от двигателя, преобразуемое механизмом в требуемое движение ведомых звеньев.
Выходным называют звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм. Между входными и выходным звеньями в механизме могут быть расположены промежуточные звенья.
К упругим звеньям относятся пружины, мембраны и другие тела, упругие деформации которых оказывают существенное влияние на работу механизма.
К гибким звеньям относят ремни, цепи, канаты и т.п.
К жидким и газообразным относят масло, воду, расплавленный металл, воздух и другие среды, перемещаемые по специальным коммуникациям внутри машины или прибора.
Кинематические пары
Кинематической парой называют соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение. Кинематическая пара, в которой требуемое относительное движение звеньев может быть получено постоянным соприкосновением ее элементов по поверхности, называется низшей парой. К низшим парам относятся: вращательная, поступательная, винтовая, цилиндрическая, сферическая и плоскостная.
Поверхности, линии и точки, по которым происходит соприкосновение звеньев в кинематических парах, называют элементами звеньев. Если элементами звена являются точки или линии, то пары называют высшими.
По числу ограничений или связей, накладываемых на движение соприкасающихся звеньев, кинематические пары разделяются на 5 классов. Каждое условие связи в кинематической паре не только устраняет относительную подвижность, но и позволяет передавать от звена к звену силу или момент.
Свободное твердое тело в пространстве применительно к декартовой системе координат имеет 6 степеней свободы: 3 поступательных вдоль координатных осей и 3 вращательных движения вокруг этих же осей.
Число степеней свободы W одного из звеньев кинематической пары, не связанного с неподвижной системой координат, определяется формулой
где U – число связей, налагаемых элементами пары на относительное движение ее звеньев.
При U=0 звено абсолютно свободно, пара отсутствует, а при U=6 два тела жестко связаны и образуют одно звено, следовательно, число условий связи пространственной кинематической пары может быть U=1…5.
Значение U – число условий связи определяет класс; род кинематической пары определяет число степеней свободы – W.
Существование кинематической пары обеспечивается условиями замыкания, сохраняющими постоянство контакта звеньев.
В низших парах обычно реализуется геометрическое замыкание, обусловленное формой соприкасающихся поверхностей, например охват втулкой пальца. В высших кинематических парах зачастую наблюдается силовое замыкание, при котором соприкасание элементов пары обеспечивают силы веса или пружины.
Кинематические пары могут быть плоскими или пространственными. Относительное движение сочлененных звеньев плоских кинематических пар возможно лишь в параллельных плоскостях, пространственных же пар и в непараллельных.
Условные обозначения кинематических пар представлены в табл. 3.