Конспект лекций по КММ

второго контура A5B2’C5’D5’

S2 3 (4 2)1 1.

Находим число избыточных звеньев каждого замкнутого контура, не влияющих на функциональные движения рабочих элементов захватного устройства. Такими элементами являются ролики 2 и 3, так как они не оказывают никакого влияния на движение рабочих элементов. Они только заменяют трение скольжения на трение качения, т.е. улучшают процесс взаимодействия кулачка и толкателя.

Вычисляем число степеней подвижности механизма:

Можно ролики 2 и 3 сохранить, но выполнить их сферической формы, т.е. пары B2 и B2’ (см. рис. 3.7, а) заменить на пары B1 и B1’ (рис. 3.7, г). Тогда число избыточных связей контуров станет:

первого контура A5B1C5D5

S1 3 (4 1)1 0;

второго контура A5’B1’C5’D5’

S2 3 (4 1)1 0.

Число степеней подвижности

W 6 5 1 2 5 5 2 1.

Таким образом, качество взаимодействия кулачка 1 с выходными звеньями 4 и 5 повыситься, но схема стала не основной, т.е. имеются два лишних звена – ролики 2 и 3.

Для приведения механизма в управляемое движение необходимо задать одну управляемую обобщенную координату – линейное перемещение кулачка 1.

Рассмотрим механизм мехатронного модуля захватного устройства робота, состоящего из зубчатой рейки 1, двух зубчатых колес 2 и 2’, к которым жестко прикреплены звенья 3 и 3’, звеньев 4 и 4’ с рабочими элементами и звеньев 5 и 5’, образующими два пантографа

(рис. 3.8, а).

Таким образом, механизм состоит из семи подвижных звеньев, двух пар второго класса и девяти пар пятого класса.

Определяем число замкнутых контуров механизма:

K 11 7 4

Вычисляем число избыточных связей: первого контура D5E2F5

S1 3 (4 2)1 1;

второго контура D5’E2’F5

S2 3 (4 2)1 1;

третьего контура A5B5C5D5

S3 3 (5 5)4 3;

четвертого контура A5’B5’C5’D5’

S4 3 (5 5)4 3.

Число избыточных связей контуров будет равно:

S1 3 (4 1)1 0;

S2 3 (4 1)1 0;

S3 3 (5 3)1 (5 4)1 0;

S4 3 (5 3)1 (5 4)1 0.

Число степеней подвижности механизма осталось прежним:

W 6 7 1 2 3 2 4 2 5 5 1.

Устранение избыточных контурных связей приводит к ликвидации заклинивания в кинематических парах и соответственно к снижению износа в них, увеличению точности работы механизма, его долговечности и надежности, т.е. к улучшению его качественных характеристик.

Рассмотрим мехатронный модуль двигателя внутреннего сгорания автомобиля, изображенный на рис. 3.9, а. Он состоит из трех звеньев 1, 2 и 3 и четырех пар пятого класса А5, В5, С5 и С5’.

Вычисляем число замкнутых контуров:

K 4 3 1.

Находим число избыточных связей замкнутого контура:

S 3 (5 5)4 3.

в)

Рис. 3.9

Определяем число степеней подвижности механизма:

W 6 3 5 4 3 1.

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ МЕХАТРОННЫХ МОДУЛЕЙ 77

Таким образом, механизм содержит одну степень подвижности А5 и три кинематические пары В5, С5 и С5’.

Для устранения избыточных контурных связей понижаем класс кинематических пар: В5 заменяем на В4 и С5 на С3 (рис. 3.9, б). Тогда

S 3 (5 3)1 (5 4)1 0.

Число степеней подвижности:

W 6 3 3 1 4 1 5 2 1.

Можно устранить избыточные связи заменой кинематической пары В5 на В4, а также введением кинематического соединения с одним дополнительным (лишним) звеном 4 и двумя вращательными парами D5 и C4, а также одной поступательной парой С4’ (рис. 3.9, в).

В этом случае число замкнутых контуров будет равно:

K 5 4 1.

Число избыточных контурных связей:

S1 3 (5 4)3 0.

Число степеней подвижности мехатронного модуля останется прежним:

W 6 4 4 3 5 2 1 1.

Рассмотрим винтовой дифференциальный механизм мехатронного модуля (рис. 3.10, а). Он состоит из винта 1, имеющего два участка с резьбой разных шагов одного направления, гайки 2, стойки 3 и шариковой направляющей 4. Таким образом механизм содержит два подвижных звена 1 и 2, две пары пятого класса А5 и В5 и одну пару второго класса С2.

При вращении шариковой направляющей 4 винт 1 совершает угловое и линейное движения. При этом гайка 2 совершает 2 поступательных движения: переносное движение вместе с винтом относительно стойки 3 и движение относительно винта 1.

Рис. 3.10

Число замкнутых контуров механизма:

K 3 2 1.

Число избыточных связей:

S 3 (4 2)1 1.

Число степеней подвижности:

W 6 2 2 1 5 2 1 1.

Механизм состоит из одной степени подвижности C2 и двух кинематических пар пятого класса A5 и B5.

Для устранения избыточных связей необходимо контакт по линии заменить на точечный контакт, т.е. пару второго класса С2 заменить на пару первого класса С1 – в направляющей 4 ряды шариков заменить на одиночные шарики (рис. 3.10, б).

Вычисляем число избыточных связей:

S 3 (4 1) 0.

Тогда число степеней подвижности механизма будет равно:

W 6 2 1 1 5 2 1.

Таким образом, для приведения механизма в управляемое движение необходимо задать одну управляемую обобщенную координату – угловое движение направляющей 4, т.е. установить один привод.

На рис. 3.11 представлен мехатронный модуль кисти робота, состоящий из трех подвижных звеньев, одной кинематической пары второго класса и трех кинематических пар пятого класса.

Рис. 3.11

Число замкнутых контуров модуля:

K 4 3 1.

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ МЕХАТРОННЫХ МОДУЛЕЙ 79

Число избыточных контурных связей:

S 3 (4 2)1 1.

Число степеней подвижности:

W 6 3 2 1 5 3 1 2.

Для устранения избыточных связей необходимо кинематическую пару второго класса С2 заменить на кинематическую пару первого класса С1.

Тогда число избыточных контурных связей механизма будет равно:

S 3 (4 1) 0;

Число степеней подвижности мехатронного модуля не измени-

лось:

W 6 3 1 1 5 3 2.

Механизм робота, изображенный на рис. 3.12, состоит из семи подвижных звеньев, одной пары третьего класса, двух пар четвертого класса и шести пар пятого класса.

Вычисляем число замкнутых контуров:

Рис. 3.12

второго контура D4F5G3M5

S2 3 (5 3)1 (5 4)1 0.

Определяем число степеней подвижности механизма:

W 6 7 3 1 4 2 5 6 2 3.

Таким образом, для приведения механизма в движение необходимо установить три привода в парах А5, Е5, М5.

Устранить избыточные связи в первом контуре можно заменой пары пятого класса В5 на пару третьего класса В3. Тогда получим:

S1 3 (5 3)1 (5 4)1 0.

При этом число степеней подвижности механизма не изменится:

W 6 7 3 2 4 2 5 5 3.

Рассмотрим исполнительный механизм робота, состоящий из семи подвижных звеньев, двух пар третьего класса, одной пары четвертого класса и шести пар пятого класса (рис. 3.13, а).

Число замкнутых контуров:

K 9 7 2.

Число избыточных связей первого контура B5,C5,D5’’,D4’:

S1 3 (5 4) 1 2.

Число избыточных связей второго контура С5’,E3,D3,D5”:

S2 3 (5 3) 2 1.