Учебная литература / n1

Это относится главным образом к тем случаям, когда транспортное средство движется не прямолинейно и с переменной скоростью.

Если рассмотреть криво- шипно-ползунный механизм (рисунок 1.2), предназначенный для преобразования вращательного движения кривошипа 1 в поступательное движение ползуна 3 (либо наоборот), то это будет четырех-

звенный механизм, состоящий из трех подвижных звеньев (1,2 и 3)

истойки .

Взависимости от вида движения звена относительно стойки его называют:

- кривошипом, если звено совершает полный оборот вокруг оси, связанной со стойкой;

- коромыслом, если звено делает неполный оборот вокруг оси, связанной со стойкой, совершая возвратные вращательные движения;

- шатуном, если звено соединено с подвижными звеньями и совершает сложное (плоское) движение (звено 2 на рисунке 1.2);

- ползуном, если звено совершает поступательное движение относительно стойки;

- кулисой, если это звено служит подвижной направляющей для другого звена;

- камнем кулисы или кулисным камнем, если это звено дви-

жется поступательно относительно кулисы.

Вмеханизме, показанном на рисунке 1.3, различают следующие звенья:

1 – кривошип,

2 – кулисный камень,

3 – кулиса-коромысло,

- стойка.

Рисунок 1.3

13

Кулачковым механизмом называют механизм, в состав которого входит кулачок (рисунок 1.5).

Кулачком называют звено со сложной формой рабочей поверхности (поверхность переменной кривизны), за счет которой обеспечивается требуемый закон движения выходного звена.

Выходное звено кулачкового механизма обычно называют толкателем.

Рисунок 1.5 Рассмотрим механизм, показанный на рисунке 1.6, и определим,

из каких звеньев он состоит. Укажем также вид движения этих звеньев.

Все звенья этого механизма пронумерованы. Мы видим, что это десятизвенный механизм, 9 звеньев подвижны.

Затушевка на звене1 показывает, что кривошип и кулачок движутся как одно целое, т.е. являются одним звеном.

На это же указывает штриховка звена 8, составленного из трех стержней.

Названия звеньев:

15

9 - ролик толкателя, движение сложное вращательное.

Рассмотрите механизм, показанный на рисунке 1.7, и назовите звенья этого механизма, а также вид их движения.

Не заглядывайте сразу в ответ!

Ответ:

1 - зубчатое колесо, движение вращательное;

2 - зубчатое колесокривошип, движение вращательное;

3 - кулисный камень, движение сложное;

4 - шатун-кулиса, движение плоское;

5 - кулисный камень, Рисунок 1.7

движение вращательное;

6- кулисный камень, движение сложное;

7- ползун-кулиса, движение поступательное;

- стойка.

Иногда возникают затруднения: какое звено в кулисной паре (кулиса – кулисный камень) назвать кулисой, а также – кулисным камнем (например, в кинематической паре 4-5 на рисунке 1.7). В дальнейшем из двух звеньев кулисной пары будем называть кулисой звено, имеющее большие линейные размеры.

Кинематическая пара, элемент пары

Любой механизм состоит из стойки и нескольких подвижных звеньев. Причем, звенья в механизме соединяются между собой таким образом, что всегда имеется возможность их движения относительно друг друга.

Подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев называется кинематической парой.

Иными словами, два звена, соединенные подвижно, образуют кинематическую пару.

16

Определим количество кинематических пар, образованных звеньями различных механизмов.

Звенья кривошипно-ползунного механизма (рисунок 1.2) образуют 4 кинематические пары: 0-1,1-2, 2-3, 3-0.

Такое же количество кинематических пар имеется в кулисном механизме, показанном на рисунке 1.3: 0-1, 1-2, 2-3, 3-0.

13 кинематических пар образованы звеньями механизма, пока-

занного на рисунке 1.6: 0-1,1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-0, 4-6, 6-0, 6-7, 7-8, 8-0, 8-9, 9-1.

Найдите самостоятельно 10 кинематических пар, образованных звеньями механизма, показанного на рисунке 1.7.

Ответ: 0-1, 1-2, 2-0, 2-3, 3-4, 4-5, 5-0, 4-6, 6-7, 7-0.

Характер относительного движения звеньев, образующих кинематическую пару, зависит от геометрии частей звеньев, находящихся в соприкосновении.

Совокупность точек, линий, поверхностей, по которым происходит касание звеньев, образующих кинематическую пару, называется элементами пары.

Можно говорить, что кинематическая пара – это совокупность двух элементов, каждый из которых принадлежит одному звену.

При изучении структуры и кинематики механизмов обычно принимают следующие допущения:

-звенья механизма являются абсолютно твердыми телами;

-элементы кинематических пар изготовлены абсолютно точно;

-в кинематических парах отсутствуют зазоры.

Для непрерывного контакта звеньев, образующих кинематическую пару, необходимо обеспечить замыкание кинематической пары.

Различают силовое и геометрическое замыкание кинематической пары.

17

В зависимости от количества кинематических пар, в которые входит данное звено, оно может быть:

-одноэлементным или однопарным, если оно входит в одну кинематическую пару (рисунок 1.9а);

-двухэлементным или двухпарным, если оно входит в две кинематические пары (рисунок 1.9б);

-трехэлементным или трехпарным, если оно входит в три кинематические пары (рисунок 1.9в или 1.9г) и так далее.

Совокупность звеньев, связанных кинематическими парами, называется кинематической цепью.

1.2 Классификация кинематических цепей. Механизм

Различают кинематические цепи:

-простые и сложные;

-замкнутые (закрытые) и незамкнутые (открытые);

-плоские и пространственные.

Кинематическая цепь называется простой, если каждое ее звено входит не более чем в две кинематические пары (рисунок

1.10а, рисунок 1.2, рисунок 1.3).

Кинематическая цепь называется сложной, если в ее составе имеется хотя бы одно звено, входящее более чем в две кинема-

тические пары (рисунок 1.10б, рисунок 1.7 – звено 4 - трехэлементное).

Замкнутой называется кинематическая цепь, в которой каждое звено входит, по крайней мере, в две кинематические пары

(рисунок 1.10а, рисунок 1.2, рисунок 1.3).

Незамкнутой или открытой кинематической цепью называется кинематическая цепь, в которой имеется хотя бы одно звено, входящее только в одну кинематическую пару (рисунок

1.10б).

18

Кинематическая цепь называется плоской, если все ее звенья движутся в параллельных плоскостях, в противном случае кинематическая цепь будет пространственной.

Так как механизм является совокупностью звеньев, связанных кинематическими парами, то его можно рассматривать как частный случай кинематической цепи и дать, в связи с этим, следующее определение:

Механизмом называется кинематическая цепь, в которой одно из звеньев сделано стойкой и в которой заданному движению одного или нескольких звеньев соответствует строго определенное движение всех остальных звеньев.

Звено или звенья, движения которых заданы, называются входными.

Звено, совершающее требуемое движение, для реализации которого был создан механизм, называется выходным.

Применяют также термины ведущее и ведомое звено.

Звено, к которому приложены движущие силы, называется ведущим.

Звено, к которому приложены силы полезного или производственного сопротивления, называется ведомым.

Очень часто, но не всегда, ведущее звено является входным, а ведомое – выходным.

Необходимо отметить, что понятие «входное звено» существует лишь в механизмах первого типа, т.е. в тех механизмах, когда задается движение звена, соединенного со стойкой.

На рисунках такие звенья помечаются круговыми стрелками, показывающими направление движения соответствующего звена.

19

Встречаются также механизмы второго типа, в которых задан закон относительного движения двух подвижных звеньев

(рисунок 1.11).

Такие механизмы используют в грузоподъемных, строительных машинах, манипуляторах и других устройствах.

В этих механизмах невозможно указать, какое из двух звеньев (1 или 2 на рисунке 1.11)

является входным.

Поэтому в механизмах второго типа говорят не о входных звеньях, а о входной кинематической паре (на рисунке 1.11

это пара 1-2).

Чаще встречаются механизмы первого типа, в которых задан закон движения звена относительно стойки.

Рисунок 1.11

1.3 Классификация кинематических пар

Кинематические пары принято классифицировать по следующим признакам:

-по характеру относительного движения звеньев;

-по характеру соприкасания звеньев;

-по числу ограничений (условий связи), налагаемых на относительное движение звеньев.

По характеру относительного движения звеньев кинематические пары делятся на плоские и пространственные.

Кинематическая пара называется плоской, если звенья, образующие пару, перемещаются в параллельных плоскостях, в противном случае кинематическая пара будет пространственной.

Так, вращательная пара, показанная на рисунке 1.12а, является плоской кинематической парой, а сферическая пара или шаровой шарнир (рисунке 1.12б) относится к пространственным кинематическим парам. (Стрелками показаны возможные перемещения одного звена относительно другого.)

20

Число H можно легко подсчитать, имея в виду, что свободное тело в пространстве обладает 6-ю степенями свободы и его движение может быть представлено в виде 3-х поступательных и 3-х вращательных движений относительно координатных осей x , y , z .

Например, в кинематической паре «шар-плоскость» (рисунок 1.13а) шар обладает пятью степенями свободы в относительном движении.

Следовательно, S = 6 −5 =1, т.е. эта пара является парой первого класса.

Кинематическая пара «цилиндр-плоскость» (рис.13б) будет па-

Рисунок 1.13 Возможны и такие кинематические пары, в которых два или не-

сколько движений связаны друг с другом определенной зависимостью. В этом случае независимым можно считать только одно из этих движений.

Примером такой кинематической пары может служить винтовая пара (см. табл.1), весьма часто входящая в состав различных механизмов.

Винт относительно гайки движется вращательно, поворачиваясь вокруг своей оси У на угол φ , и в то же время перемещается поступательно вдоль этой оси.

Однако при повороте на угол φ винт переместится вдоль оси У на строго определенное расстояние

У = 2hπ ϕ ,

где

h – шаг винта.

Поэтому в винтовой паре только одно движение (вращательное или поступательное) можно считать независимым. Следовательно,

22