Опорные точки

• Обобщенными координатами механизма называют независимые между собой координаты, определяющие положения всех звеньев механизма относительно стойки.

• Число степеней свободы механизма (число независимых между собой возможных перемещений механизма относительно стойки) в механизмах с голономными связями совпадает с числом обобщенных координат.

• В механизмах встречаются местные, групповые и мгновенные подвижности (степени свободы).

Контрольные вопросы

• Что понимается под лишними степенями свободы?

• В каких случаях и почему в механизме могут появиться мгновенные подвижности?

• Что такое маневренность манипулятора?

Т еорию механизмов и машин изучают машиностроители всего мира. За рубежом широко распространена учебная специальность машиноведение, например, в США подавляющее большинство инженеров-механиков готовятся в 105 колледжах и университетах именно по этой специальности. Обучение инженера-механика в американском университете ориентировано не на определенную отрасль машиностроения, а на тот или иной комплекс научно-технических проблем, встречающихся в машиностроении. Упор делается на теоретическую подготовку, общенаучные и общетехнические дисциплины, в число которых входит и теория механизмов.

2.4. Плоские, поверхностные и пространственные механизмы

Л юбой механизм является трехмерным объектом. По виду траекторий точек звеньев механизмы разделяют на объемные и поверхностные. Из поверхностных выделяют плоские, сферические и цилиндрические механизмы. Плоским называют механизм, подвижные звенья которого совершают плоское движение, параллельное одной и той же неподвижной плоскости. Точки звеньев плоского механизма описывают траектории, лежащие в параллельных плоскостях. Сферическим называют механизм, в котором все оси вращения звеньев пересекаются в одной точке, а точки звеньев описывают траектории, лежащие на концентрических сферах. Шарнирный четырехзвенник будет плоским механизмом, если оси вращательных пар параллельны (рис. 2.10, а), и сферическим, если оси вращательных пар пересекаются в одной точке (рис.2.10, б). Цилиндрическим называют механизм, точки звеньев которого описывают траектории, лежащие на поверхностях коаксиальных (соосных) цилиндров, например, соосный винтовой механизм.

Н еобходимым условием существования плоского механизма является обеспечение всеми кинематическими парами относительного движения звеньев в параллельных плоскостях.

П

Рис. 2.10. Шарнирные четырехзвенники: а – плоский; б – сферический;

в – пространственный механизм Беннета

о виду движения звеньев механизмы разделяют также на плоские и пространственные, причем к пространственным относят любой неплоский механизм, например механизм Беннета (рис.2.10, в), сферические и цилиндрические механизмы.

Знаете ли вы, что возможность существования объемного четырехзвенника (механизма Беннета) была теоретически доказана спустя почти два десятилетия после его появления.

С амыми распространенными являются плоские механизмы, которые в основном и изучаются в курсе «Теория механизмов». При исследовании движения плоских механизмов достаточно использовать его плоскую структурную схему, на которой представлен не сам механизм, а его изображение на плоскости (рис. 2.11).

В плоской структурной схеме сферическая пара изображается как вращательная, а цилиндрическая в зависимости от ее ориентации в пространстве - как поступательная или вращательная. Это возможно потому, что связи, в том числе избыточные, в поверхностных механизмах разделяются н а нормальные, ограничивающие перемещения перпендикулярные к поверхности, и тангенциальные, ограничивающие движения изображений звеньев на поверхности. Т

Рис. 2.11. Пространственная и плоская структурные схемы механизма

ангенциальные связи накладываются в плоских механизмах двумерными изображениями подвижных соединений – плоскими кинематическими парами, а не самими соединениями. Поэтому в плоской структурной схеме механизма кинематические пары, накладывающие два условия связи на относительное движение в плоскости, считаются плоскими одноподвижными парами, а пары, накладывающие одно условие связи - плоскими двухподвижными парами. (табл.2.1)

Таблица 2.1