Раздел I (основы теории механизмов)

1.2. Структура и классификация механизмов

Теория механизмов занимается структурой механизмов, где изучается их строение; кинематикой механизмов, где изучаются зависимости между перемещениями, скоростями и ускорениями образующих их звеньев (без учета действующих сил) и динамикой механизмов, где изучается движение звеньев, составляющих механизм (с учетом действующих сил). При этом считают, что звенья образующие механизм, абсолютно жесткие. Введем определения:

Механизмом называют искуственно созданную систему тел, предназначенных для преобразования механического движения одного или нескольких тел в движение других тел.

Твердые тела, составляющие механизм, называют звеньями. Звено может состоять из нескольких соединенных неподвижно друг с другом частей ¾ деталей. Деталью называют часть механизма, изготавливаемую без применения сборочных операций. Механизмы состоят из подвижных и неподвижных звеньев. Неподвижное звено называют стойкой. В механических устройствах РЭС чаще всего стойкой является корпус. Совокупность двух звеньев, имеющих ограниченное относительное движение, называют кинематической парой, а точки, линии или поверхности, по которым звенья соприкасаются, ее элементами. Системы звеньев, образующих кинематические пары, представляют собой кинематическую цепь. Цепь называется замкнутой, если каждое звено входит в не менее, чем две кинематические пары

замкн. незамкн.

и незамкнутой, когда имеются звенья входящие только в одну пару.

В зависимости от назначения звенья механизмов подразделяют на входные, выходные и соединительные.

Входным называют звено, которому сообщается преобразуемое движение. Выходным ¾ звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм. В динамике механизмов применяют термин “ведущее” и “ведомое” звенья. Ведущее ¾ звено, которому сообщают положительную работу, ведомое ¾ звено, которому сообщают отрицательную работу, приспособленные к ним внешние силы. На ведущее звено силы действуют по направлению скорости, на ведомое ¾ против направления скорости. По различию расположения траекторий движения звеньев механизмы делят на пространственные и плоские.

По виду элементов различают высшие и низшие кинематические пары. Низшими называют пары, элементы которых ¾ поверхности.

низшие высшая

Элементы высших пар линия или точка.

Низшие пары используют, где надо передать большие усилия. Высшие пары там, где необходимо обеспечить требуемое движение выходных звеньев, придавая элементам пар соответствующую форму.

Низшие пары обладают свойством обратимости, т. е. вид траектории точек звеньев при их относительном движении одинаков. Высшие пары этим свойством не обладают, даже при чистом качении (пример цилиндр-поверхность).

Числом степеней свободы тела называется число независимых параметров, ? определяющих его положение. Положение свободного звена на плоскости определяется тремя независимыми координатами.

Двумя координатами любой точки C и углом поворота продольной оси звена j.

В пространстве свободное звено имеет шесть степеней свободы: поступательное движение определяется координатами x_c, y_c, z_c, а вращательное ¾ углами j_x, j_y, j_z.

Звенья механизма, образуя кинематические пары тем самым утрачивают возможность того или иного относительного движения. Такое ограничение движения принято называть условием связи. Тогда обозначив число степеней свободы W, получим:

W = 3 - S для плоской кинематической пары

W = 6 - S для пространственной кинематической пары

Кинематические пары в зависимости от числа S условий связи, накладываемых на относительное движение звеньев делят на пять классов.