3.2 Конструирование рациональных механизмов

Рациональным (самоустанавливающимся) называется механизм без избыточных связей.

Незамкнутая кинематическая цепь по своей структуре не имеет избыточных связей, например, в структурных схемах обычных манипуляторов. Однако чаще схема механизма состоит из замкнутой кинематической цепи с низшими парами. Для нее ошибки изготовления звеньев создают статическую неопределимость. Это вызывает дополнительные деформации звеньев и изменение распределения нагрузки по ним, или превращает плоский механизм в пространственный. Избыточные связи вносят в систему статическую неопределимость.

Рис.3.5 Механизм двойного параллелограмма

Например, в механизме с одной ступенью свободы (двойного параллелограмма) на рис.3.5 звено 3 или 4 дает избыточную связь и их размеры не могут быть произвольными. Так как всегда детали изготовляются с погрешностями, то, если бы не было зазоров и податливости звеньев этот механизм собрать было бы невозможно.

Из-за избыточных связей плоский механизм становится пространственным. Например, в механизме шарнирного четырехзвенника рис.3.6 непараллельность опор приводит к избыточным связям и

Рис.3.6 Основная а) и с избыточными связями б) схемы

механизма

пространственной схеме. При непараллельности опор А и D (рис.3.6) механизм становится статически неопределимым. Число избыточных связей можно определить по формуле

где W – степень подвижности механизма без избыточных связей, n – число подвижных звеньев, р₅ …р₁ – число кинематических пар соответствующего класса.

Для статической определимости механизма необходимо изменить его структуру, например, поместить вместо вращательных пар В и С (по рис 3.6) сферические. Тогда вместо четырех пар пятого класса будет две пары пятого класса и две пары третьего класса. Кроме того, появляется одна лишняя степень подвижности – вращение шатуна 2 вокруг собственной оси и тогда уже W=2, а, в результате, избыточные связи исчезают и q=0.

Те, кого интересуют проблемы рациональных механизмов, могут воспользоваться работой: Решетов Л.Н. Самоустанавливающиеся механизмы: Справочник. М.: Машиностроение, 1985г.

Мы в соответствующих темах ещё будем касаться этих вопросов. Например, в многопоточных передачах, какие-то звенья делают «плавающими», которые самопроизвольно занимают такое положение, при котором система становится статически определимой; или балансирная подвеска лифтов и противовесов; и так далее.

4 Кинематический анализ механизмов

Кинематика рычажных механизмов. Задачи. Аналоги скоростей и ускорений. Понятие об аналитических методах кинематического исследования и применения ЭВМ. Графическое определение положений звеньев и траекторий звеньев. Определение скоростей и ускорений методом кинематических диаграмм и планов. [1, стр.67…107]

4.1 Задачи кинематического анализа

Задачами кинематического анализа являются: определение перемещений, скоростей и ускорений звеньев и отдельных точек звеньев механизма без учета сил, обусловивших это движение.

Перемещения, скорости и ускорения звеньев механизма завися от перемещения, скорости и ускорения звеньев, принятых за входные (ведущие). Как уже было отмечено в 1.2, такие звенья называют начальными. В механизме I-го класса всего одно звено и оно же является и входным, и начальным.