1. Структурный анализ и синтез рычажных механизмов
В этой главе рассматриваются основные понятия, относящиеся к строению механизмов.
1.1. Основные определения
Самым мелким элементом механизмов в ТММ является звено – это деталь или группа деталей, соединенных между собой неподвижно, то есть звено представляет собой одно твердое тело. На рис. В.1а представлен пример четырехзвенного механизма, где 1 – кривошип, 2 – шатун, 3 – ползун, 4 – стойка.
Звенья образуют друг с другом подвижные соединения. Подвижное соединение двух звеньев называется кинематической парой. В примере на рис. В.1а звенья образуют четыре кинематические пары: 1-я – кривошип со стойкой (вращательная), 2-я – кривошип с шатуном (вращательная), 3-я – шатун с ползуном (вращательная), 4-я – ползун со стойкой (поступательная).
Кинематические пары классифицируют по двум признакам [1, 9, 14, 18].
1. По количеству ограничений, накладываемых кинематической парой на относительное движение звеньев, входящих в кинематическую пару. По этой классификации класс кинематической пары и равен количеству ограничений, накладываемых кинематической парой на относительное движение звеньев. Поскольку свободное тело в пространстве имеет 6 степеней свободы, то в принципе существует 5 классов кинематических пар. Однако практическое применение имеют, как правило, лишь пары 5, 4 и 3 класса.
2. По характеру контактазвеньев в кинематической паре. По этой классификации кинематические пары делятся на:
а) Низшие– такие, контакт в которых происходит по поверхности.
б) Высшие– такие, контакт в которых происходит по линии или в точке.
Здесь необходимо
уточнить, что при классификации
кинематических пар приняты следующие
допущения:
а) Форма контактирующих поверхностей идеальна.
б) В кинематических парах отсутствуют зазоры.
На рис. 1.1 представлены примеры. На рис 1.1а – кинематическая пара 5 класса, низшая. Она отнимает 5 степеней свободы, оставляя только одну – вращательную. Контакт между звеньями происходит по цилиндрической поверхности.
На рис 1.1б – кинематическая пара 4 класса, низшая. Она отнимает 4 степеней свободы, оставляя две – одну вращательную и одну поступательную. Контакт между звеньями происходит по цилиндрической поверхности.
На рис 1.1в –
кинематическая пара 4 класса, высшая
(зубчатое зацепление). Она отнимает 4
степеней свободы, оставляя две –
возможность вращения колес и скольжения
контактирующих поверхностей. Контакт
между звеньями происходит по линии.
На рис 1.1г – кинематическая пара 3 класса, низшая (шаровой шарнир). Она отнимает все 3 поступательные степени свободы, оставляя три вращательных. Контакт между звеньями происходит по сферической поверхности.
Следующая структурная единица это кинематическая цепь– связная совокупность звеньев, образующих кинематические пары. Кинематические цепи в зависимости от расположения звеньев могут быть:
а) Плоские, т.е. такие, все движения звеньев которых происходят в одной или параллельных плоскостях (рис. 1.2а).
б) Пространственные (рис. 1.2б).
Кроме того, они могут быть:
а) Замкнутые (рис. 1.2а).
б) Разомкнутые (рис. 1.2б).
Теперь можно дать структурное определение механизма:механизмом называется кинематическая цепь, одно звено которой считается неподвижным. То есть механизм образуется из кинематической цепи закреплением одного из звеньев (рис. 1.2в,г,д). Это неподвижное звено называют стойкой и относительно него рассматриваются движения остальных звеньев.