5138

Структура механизмов. Классификация кинематических пар

Лекция

Производство и промышленные технологии

Структура механизмов. Классификация кинематических пар Кинематические пары (КП) классифицируются по следующим признакам: 1) по виду места контакта (места связи) поверхностей звеньев: - низшие, в которых контакт звеньев осуществляется по плоскости ил...

Русский

2012-12-03

330.69 KB

435 чел.

Структура механизмов.

Классификация кинематических пар

Кинематические пары (КП) классифицируются по следующим признакам:

1) по виду места контакта (места связи) поверхностей звеньев:

- низшие, в которых контакт звеньев осуществляется по плоскости или поверхности (пары скольжения);

- высшие, в которых контакт звеньев осуществляется по линиям или точкам (пары, допускающие скольжение с перекатыванием). Они имеются, например, в зубчатых и кулачковых механизмах).

2) по относительному движению звеньев, образующих пару:

- вращательные;

- поступательные;

- цилиндрические;

- сферические;

- винтовые;

- плоские.

Механизм, звенья которого образуют только вращательные, поступательные, цилиндрические и сферические пары, называют рычажным.

3) по способу замыкания (обеспечения контакта звеньев пары):

- силовое (за счет действия сил веса или силы упругости пружины);

- геометрическое (за счет конструкции рабочих поверхностей пары).

  

                          Рис.2.1                                                                   Рис.2.2

4) по числу подвижностей в относительном движении звеньев.

5) по числу условий связи, накладываемых на относительное движение звеньев (число условий связи определяет класс кинематической пары);

Тело, находясь в пространстве (в декартовой системе координат X, Y, Z) имеет 6 степеней свободы. Оно может перемещаться вдоль каждой из трёх осей X, Y и Z, а также вращаться вокруг каждой оси (рис. 2.3). Если тело (звено) образует с другим телом (звеном) кинематическую пару, то оно теряет одну или несколько из этих 6 степеней свободы.

                 

Рис. 2.3. Степени свободы тела в пространстве

Все пары делятся на пять классов, в зависимости от числа налагаемых связей на подвижность каждого из звеньев. Например, если телами (звеньями), образовавшими кинематическую пару, утрачено по 5 степеней свободы каждым, эту пару называют кинематической парой 5-го класса. Если утрачено 4 степени свободы – 4-го класса и т.д. Число степеней подвижности обозначается за . Число налагаемых связей обозначается за . При этом число степеней подвижности можно определить по формуле: .

Пара первого класса: ; .

Пара второго класса: ; .

Пара третьего класса: ; .

Пара четвёртого класса: ; .

Пара пятого класса: ; .

Примеры классификации пар:

Рассмотрим кинематическую пару «винт-гайка» (рис.2.4). Число степеней подвижности этой пары равно 1, а число налагаемых связей равно 5. Это пара будет являться парой пятого класса, свободным можно выбрать только один вид движения для винта или гайки, а второе движение будет сопутствующим.

                 Рис.2.4

Классификация кинематических цепей

Несколько звеньев, соединённых между собой кинематическими парами, образуют кинематическую цепь.

Кинематические цепи бывают:

- замкнутые (простые). В замкнутой цепи каждое звено входит не менее, чем две кинематические пары.

- разомкнутые (простые).

- сложные.

По признаку наличия разветвлений различают цепи простые (каждое звено цепи входит не более, чем две кинематических пары) и сложные или разветвленные (некоторые звенья входят в три, или более пары); в разветвленных цепях могут присутствовать так называемые кратные (двойные, тройные и т.д.) шарниры.

По области движения звеньев цепи бывают плоские (траектории движения точек всех звеньев - плоские кривые, лежащие в параллельных плоскостях) и пространственные.

Чтобы из кинематической цепи получить механизм, необходимо:

- одно звено сделать неподвижным, т.е. образовать станину (стойку);

- одному или нескольким звеньям задать закон движения (сделать ведущими) таким образом, чтобы все остальные звенья совершали требуемые целесообразные движения.

Некоторые дополнительные определения:

Обобщенная координата механизма – каждая из независимых координат, определяющих положение всех звеньев механизма относительно стойки;

Число степеней свободы механизма – это число степеней свободы всей кинематической цепи относительно неподвижного звена (стойки).

Для пространственной кинематической цепи в общем виде условно обозначим:

- количество подвижных звеньев – n,

- количество степеней свободы всех этих звеньев – 6n,

- количество кинематических пар 5-го класса – P5,

- количество связей, наложенных кинематическими парами 5-го класса на звенья, входящие в них, – 5Р5,

- количество кинематических пар 4-го класса – Р4,

- количество связей, наложенных кинематическими парами 4-го класса на звенья, входящие в них, – 4Р4 и т.д.

Звенья кинематической цепи, образуя кинематические пары с другими звеньями, утрачивают часть степеней свободы. Оставшееся число степеней свободы кинематической цепи относительно стойки можно вычислить по формуле

Это структурная формула пространственной кинематической цепи, или формула Малышева, получена П.И. Сомовым в 1887 году и развита А.П. Малышевым в 1923 году.

Величину W называют степенью подвижности механизма (если из кинематической цепи образован механизм).

Для плоской кинематической цепи и соответственно для плоского механизма

Эту формулу называют формулой П.Л. Чебышева (1869). Она может быть получена из формулы Малышева при условии, что на плоскости тело обладает не шестью, а тремя степенями свободы:

Величина W показывает, сколько должно быть у механизма ведущих звеньев (если W = 1 – одно, W = 2 – два ведущих звена и т.д.).

Понятие о структурном синтезе и анализе

Cтруктура любой технической системы определяется функционально связанной совокупностью элементов и отношений между ними. При этом для механизмов под элементами понимаются звенья, группы звеньев или типовые механизмы, а под отношениями подвижные (КП) или неподвижные соединения. Поэтому под структурой механизма понимается совокупность его элементов и отношений между ними, т.е. совокупность звеньев, групп или типовых механизмов и подвижных или неподвижных соединений. Геометрическая структура механизма полностью описывается заданием геометрической формы его элементов, их расположения, указания вида связей между ними. Структура механизма может быть на разных стадиях проектирования описываться различными средствами, с разным уровнем абстрагирования: на функциональном уровне - функциональная схема, на уровне звеньев и структурных групп - структурная схема и т.п. Структурная схема - графическое изображение механизма, выполненное с использованием условных обозначений рекомендованных ГОСТ (см. например ГОСТ 2.703-68) или принятых в специальной литературе, содержащее информацию о числе и расположении элементов (звеньев, групп), а также о виде и классе кинематических пар, соединяющих эти элементы. В отличие от кинематической схемы механизма, структурная схема не содержит информации о размерах звеньев и вычерчивается без соблюдения масштабов. (Примечание: кинематическая схема - графическая модель механизма, предназначенная для исследования его кинематики.)

Как на любом этапе проектирования при структурном синтезе различают задачи синтеза и задачи анализа.

Задачей структурного анализа является задача определения параметров структуры заданного механизма - числа звеньев и структурных групп, числа и вида КП, числа подвижностей (основных и местных), числа контуров и числа избыточных связей.

Задачей структурного синтеза является задача синтеза структуры нового механизма, обладающего заданными свойствами: числом подвижностей, отсутствием местных подвижностей и избыточных связей, минимумом числа звеньев, с парами определенного вида (например, только вращательными, как наиболее технологичными) и т.п.

Основные понятия структурного синтеза и анализа

Подвижность механизма - число независимых обобщенных координат однозначно определяющее положение звеньев механизма на плоскости или в пространстве.

Связь - ограничение, наложенное на перемещение тела по данной координате.

Избыточные (пассивные) - такие связи в механизме, которые повторяют или дублируют связи, уже имеющиеся по данной координате, и поэтому не изменяющие реальной подвижности механизма. При этом расчетная подвижность механизма уменьшается, а степень его статической неопределимости увеличивается. Иногда используется иное определение: Избыточные связи - это связи число которых в механизме определяется разностью между суммарным числом связей, наложенных кинематическими парами, и суммой степеней подвижности всех звеньев, местных подвижностей и заданной (требуемой) подвижностью механизма в целом.

Местные подвижности - подвижности механизма, которые не оказывают влияния на его функцию положения (и передаточные функции), а введены в механизм с другими целями (например, подвижность ролика в кулачковом механизме обеспечивает замену в высшей паре трения скольжения трением качения).

Структура механизмов

Среди всего многообразия конструкций механизмов различают: стержневые (рычажные), кулачковые, фрикционные, зубчатые механизмы, механизмы с гибкими звеньями (например, ременные передачи) и др. виды.

Менее распространенные классификации подразумевают наличие механизмов с низшими или высшими парами в плоском или пространственном исполнении и т.д.

    

                                                                                 Рис.2.5

Учитывая возможность условного превращения практически любого механизма с высшими парами в рычажный, в дальнейшем наиболее подробно рассматривается именно эти механизмы, а структурные схемы других механизмов изложены в соответствующих разделах.

Среди рычажных механизмов наиболее распространенны так называемые четырехзвенные, примеры которых представлены на рис.2.5, а-г.

Виды звеньев (рис. 2.6 и рис.2.7):

                                         Рис.2.6           

                                                Рис.2.7

стойка – звено, принимаемое за неподвижное; такое звено в механизме может быть только одно;

кривошип – вращающееся звено рычажного механизма, которое может совершать полный оборот вокруг неподвижной оси;

коромысло – вращающееся звено рычажного механизма, которое может совершать только неполный оборот вокруг неподвижной оси;

шатун –  звено рычажного механизма, образующее кинематические пары только с подвижными звеньями;

кулиса –  звено рычажного механизма, вращающееся вокруг неподвижной оси и образующее с другим подвижным звеном поступательную пару; в зависимости от степени протяженности элемента поступательной пары различают «камень»  (звено меньшей протяженности) и «направляющую»;

ползун –  звено рычажного механизма, образующее поступательную пару со стойкой;

кулачок –  звено, имеющее элемент высшей пары, выполненный в виде поверхности переменной кривизны;

камень – звено, совершающее поступательное движение относительно подвижной направляющей, называемой кулисой;

зубчатое колесо – звено с замкнутой системой зубьев, обеспечивающее непрерывное движение другого зубчатого колеса или рейки.

Количество типов и видов механизмов исчисляется тысячами, поэтому классификация их необходима для выбора того или иного механизма из большого ряда существующих, а также для проведения синтеза механизма.

Универсальной классификации нет, но наиболее распространены 3 вида классификации:

Функциональная. По принципу выполнения технологического процесса механизмы делятся на механизмы: приведения в движение режущего инструмента; питания, загрузки, съёма детали; транспортирования и т.д.;

Структурно-конструктивная. Предусматривает разделение механизмов как по конструктивным особенностям, так и по структурным принципам. К этому виду относят механизмы: кривошипно-ползунный; кулисный; рычажно-зубчатый; кулачково-рычажный и т.д.;

Структурная. Проста, рациональна, тесно связана с образованием механизма, его строением, методами кинематического и силового анализа, была предложена Л.В. Ассуром в 1916 году и основана на принципе построения механизма путем наслоения (присоединения) кинематических цепей (в виде структурных групп) к начальному механизму. Согласно этой классификации, любой механизм можно получить из более простого присоединением к последнему кинематических цепей с числом степеней свободы W = 0, получивших название структурных групп, или групп Ассура. Недостаток классификации – неудобство для выбора механизма с требуемыми свойствами.

Структурные группы для плоских рычажных механизмов

Условие существования любой структурной группы описывается формулой

Так как количество звеньев n и количество кинематических пар P5 – целые числа, то   

– кратно 2, то есть чётно,

– кратно 3.

Все структурные группы принято разделять на классы – со 2-го по 4-й.

Примеры структурных групп и начального механизма приведены на рис. 2.8.

- Двухповодковая структурная группа 2-го кл.

- Структурная группа 2-го кл.

- Структурная группа 3-го кл.

-  Структурная группа 4-го кл.

- Механизм 1-го кл. (начальный механизм)

     Рис. 2.8. Примеры структурных групп

При добавлении к механизму 1-го класса различных структурных групп можно получить механизм, состоящий из одной или нескольких структурных групп и механизма 1-го класса.

Механизмам присваивается определённый класс, соответствующий наивысшему классу входящих в него структурных групп. Примеры механизмов различных классов приведены на рис. 2.9.

Не путать класс механизма и класс структурной группы.

                    2-й кл.                                          3-й кл.                                                              4-й кл.

                                                    Рис. 2.9. Механизмы различных классов

Порядок структурной группы равен числу свободных кинематических пар, которыми группа присоединяется к более простому механизму. Свободные пары показаны стрелками (рис. 2.10).

Структурная группа 2-го кл., 2-го порядка (все структурные группы 2-го кл. имеют 2-й порядок)

Структурная группа 3-го кл., 3-го порядка

Структурная группа 4-го кл., 2-го порядка

Рис. 2.10. Примеры структурных групп различных классов

Наиболее распространённые структурные группы 2-го класса подразделяются на 5 видов (модификаций) (см.табл.).

Кинематическая схема структурной группы, вид

Механизм, содержащий такую структурную группу

    Примечание. 1 – ведущее звено; 2 и 3 – звенья, образующие структурную группу.

Для определения класса механизма его расчленяют на структурные группы, начиная с конца механизма. За начало механизма принимают ведущее звено (начальный механизм).

От конца механизма отделяются поочерёдно простейшие структурные группы до тех пор, пока не останется лишь механизм 1-го класса (начальный механизм, их может быть несколько).

По классу структурных групп определяют класс механизма. Количество начальных механизмов равно величине W.

Пример расчленения плоского рычажного механизма на структурные группы показан на рис. 2.11. Предварительно вычисляют степень подвижности механизма W по формуле

В данном случае W =1, а это значит, что в механизме должны быть одно ведущее звено и соответственно один начальный механизм.

                                         а                                                              б                                 в                                         г   

Рис. 2.11. Расчленение механизма на структурные группы: а – исходный механизм; б – начальный механизм;

в – 2-й класс, 1-й вид; г – 2-й класс, 2-й вид

Избыточные связи

В некоторых случаях при проектировании механизмов для повышения жёсткости конструкции, улучшения условий передачи сил вводятся так называемые избыточные (пассивные) связи (дополнительные звенья), (рис. 2.12).

           

Рис. 2.12. Механизм с избыточной связью

В этом случае степень свободы вычисляется по формуле

где q – число избыточных (пассивных) связей.

Лишние степени свободы

Лишние степени свободы используются для упрощения кинематической схемы механизма, сокращения потерь при передаче мощности, повышения механического коэффициента полезного действия механизма. Например, между кулачком 1 и толкателем 2 кулачкового механизма устанавливается ролик 3 для устранения трения (рис. 2.13).   

Рис. 2.13. Кулачковый механизм

   с роликовым толкателем

В этом случае степень подвижности механизма, вычисленная по формуле П.Л. Чебышева, будет равна 2:

Здесь явно присутствует лишняя степень свободы, а именно вращение ролика под действием силы трения качения. Её следует учитывать при проведении структурного анализа данного механизма. Ведь очевидно, что данный механизм может функционировать и без ролика 3. Но при этом трение качения будет заменено трением скольжения между кулачком и толкателем (высшей кинематической парой), что увеличивает потери мощности в механизме на преодоление сил трения.

Тогда степень свободы такого механизма вычисляется по формуле

где q – количество лишних степеней свободы.

Структурная формула плоского механизма

В плоском механизме для соединения звеньев можно использовать только плоские кинематические пары четвертого и пятого классов (рис.2.14 и рис.2.15).

       Рис.2.14. Пара IV класса

                     а)                                                   б)

Рис.2.15. Пары V класса: а – вращательная, б –  поступательная

Пусть плоский механизм состоит из n подвижных звеньев; для соединения их между собой и для их присоединения к стойке использовано пар четвертого и пар пятого классов.

Если на движение звена в плоскости не наложено никаких условий связи, то оно обладает тремя степенями свободы; следовательно, все подвижные звенья имеют (до их соединения кинематическими парами) 3n степеней свободы; каждая пара четвертого класса является двухподвижной, т.е. из трех возможных относительных движений изымает одно; аналогично, каждая пара пятого класса является одноподвижной и из трех возможных движений изымает два. Тогда степень подвижности плоского механизма (или его число степеней свободы относительно стойки)

                                     (1)

Таким образом, нами получена структурная формула П. Л. Чебышева.

При расчете степени подвижности механизма по формуле (1) необходимо учитывать следующие, нередко встречающиеся ситуации:

1) наличие кратных шарниров; так, соединение звеньев, показанное на рис. 2.16, необходимо считать как два шарнира, иначе расчет по (1) даст завышенное значение W;

Рис.2.16. Двойной шарнир

2) наличие местных подвижностей, т.е. таких, устранение которых не повлияет на кинематику механизма; у механизма по рис. 1.3 при любом положении кулачка 1 коромысло 3 может занимать только одно (единственно возможное) положение; следовательно, у этого механизма заведомо W=1, однако расчет по формуле (1) приводит к явно завышенному значению

для получения достоверного результата нужно ролик 2 мысленно объединить с коромыслом 3 в одно звено (рис. 2.17, б), тогда фактическая подвижность механизма

.

                     а)                                               б)

       Рис.2.17. Устранение местной подвижности

Отметим, что эти действия корректны только при круглом ролике, у которого геометрический центр совпадает с центром шарнира;

3) наличие пассивных (или избыточных) связей.

На рис. 2.18, а – г  показаны четыре варианта исполнения механизма эллипсографа (длины звеньев ).

Анализ кинематических свойств этих схем показывает следующее:

- у механизма по рис. 2.18, а  подвижность W=1, траектория точки B – горизонтальная прямая; следовательно, без ущерба для подвижности и кинематики механизма допускается включение в его схему ползуна 3 (как в схеме по рис. 2.18, г);

- аналогично у механизма по рис. 2.18, б также W=1, а траектория точки C – вертикальная прямая и его схему можно заменить той же схемой 2.18, г  постановкой ползуна 4;

- у механизма по рис. 2.18, в степень подвижности W=1 и траектория точки A – окружность радиуса OA; следовательно, без ущерба для подвижности и кинематики механизма в его схему можно включить кривошип 1 длиной , как в схеме по рис. 2.18, г.

Подытоживая, заключаем, что механизм по рис. 2.18, г кинематически эквивалентен любому из трех остальных механизмов; однако расчет по формуле (1) приводит к заведомо заниженному результату

т.е. формально – это не механизм, а ферма, что противоречит фактам. В таких случаях говорят, что механизм имеет избыточные или пассивные связи, которые, хотя и присутствуют в механизме, не влияют на его кинематику.

                               а)                                                                          б)

                                    в)                                                                                  г)

                                                                     Рис.2.18

От пассивных связей при структурном анализе механизмов следует избавляться: в данном случае, в зависимости от смысла решаемой задачи, цель достигается удалением одного из звеньев – 1, 3 или 4 (вместе с соответствующим кинематическими парами). Тогда

что соответствует истине.

Замена высших кинематических пар низшими

Для любого плоского механизма, содержащего высшие кинематические пары, можно построить так называемый заменяющий механизм, который не содержит высших пар, но эквивалентен заменяемому механизму по следующим показателям:

1) в структурном отношении (имеет ту же подвижность);

2) в отношении кинематики (при тех же законах движения входных звеньев остаются прежними законы движения выходных, сохраняются также траектории и законы движения всех точек);

3) в силовом отношении.

Если высшая пара образована профилями переменной кривизны, то вместо термина «заменяющий» используют «мгновенно-заменяющий».

При выполнении процедуры замены каждой высшей пары вводится так называемое фиктивное звено (на рис. 2.19 обозначено буквой Ф), участвующее в двух парах пятого класса: либо в поступательной и вращательной (если один из профилей – прямая), либо в двух вращательных парах.

Центры шарниров фиктивных звеньев всегда совпадают с центрами кривизны контактирующих профилей.

  

                     а)                                               б)  

      Рис.2.19. Принцип построения заменяющих схем

Классификация плоских механизмов по Л. В. Ассуру

Замечено, что к любому плоскому механизму можно присоединить такую кинематическую цепь, что степень его подвижности не изменится. Если эта цепь является кратчайшей (т.е. не распадается на более короткие и обладающие тем же свойством), и если при ее формировании использованы только низшие пары пятого класса, то такую цепь называют структурной группой или группой Ассура (в дальнейшем – просто группой). При наличии в механизме высших пар от них всегда можно избавиться с помощью описанной выше процедуры замены.

Из сказанного следует, что группа, присоединенная к стойке, имеет нулевую подвижность, но тогда она является и кинематически и статически определимой системой.

Пусть группа состоит из n звеньев; для соединения этих звеньев между собой и для присоединения группы к стойке или к подвижным звеньям механизма использовано пар пятого класса; тогда для группы, согласно (1), можно записать

                                     (2)

или

                                                          (3)

Из (3) заключаем, что группа может состоять только из четного числа звеньев, число пар пятого класса в группе всегда в полтора раза больше числа звеньев. Те пары, с помощью которых группа присоединяется к механизму, называют внешними, их количество определяет порядок группы; остальные пары, посредством которых звенья группы соединяются между собой, называют внутренними.

После отсоединения от механизма всех структурных групп останется стойка и начальные звенья в количестве W (речь идет о фактической степени подвижности механизма, рассчитанной после исключения пассивных связей и местных подвижностей). Каждое начальное звено со стойкой называют начальным механизмом; таким образом, механизм состоит из W начальных механизмов и некоторого количества структурных групп, присоединенных в строго определенном порядке, который отражают в специальной записи, называемой формулой строения. Например, механизм с двумя степенями свободы, содержащий шесть структурных групп, может иметь такое строение

            (4)

В зависимости от количества звеньев в группе и способа их соединения между собой группы делят на классы.

Все двузвенные группы (n=2; P5=3) являются группами II класса  второго порядка; дополнительно эти группы, в зависимости от количества поступательных пар, использованных при их формировании, делятся на виды (рис. 2.20).

          1 вид                  2 вид                          3 вид                         4 вид                        5 вид

                                                  Рис. 2.20. Группы II класса

Класс групп, состоящих более чем из двух звеньев, определяется числом вершин (или сторон) многоугольника, образуемого внутренними кинематическими парами на структурной схеме группы, которая строится по следующим правилам:

- все вращательные и поступательные пары пятого класса изображают на этой схеме как вращательные;

- звенья, участвующие в нескольких кинематических парах, изображаются в виде соответствующих многоугольников.

На рис. 2.21 и 2.22 для удобства сопоставления помещены рядом друг с другом кинематические и структурные схемы двух групп различных классов.

                

                       а)                                                       б)

Рис. 2.21. Группа III класса 3 порядка: а – кинематическая схема, б – структурная схема

                 

Рис. 2.22. Группа IV класса 2 порядка: а – кинематическая схема, б – структурная схема

На структурной схеме для большей наглядности можно те шарниры, которым на кинематической схеме соответствуют поступательные пары, помечать буквой «п».

В структурных схемах групп III класса внутренние шарниры образуют один или несколько треугольников жесткой (неизменяемой) конфигурации; в схемах групп более высоких классов встречаются многоугольники (изменяемой конфигурации) с четырьмя и большим числом сторон, которое и определяет класс группы.

Отметим, что классификации Л.В.Ассура подчиняются только те плоские механизмы, у которых начальные звенья образуют кинематические пары со стойкой.

Порядок структурного исследования плоского механизма

1) Пронумеровать все звенья механизма (если номера звеньев не указаны); неподвижному звену (стойке) обычно присваивают последний номер.

2) Рассчитать степень подвижности механизма  и проанализировать полученный результат; при наличии местных подвижностей и (или) пассивных связей избавиться от них, и повторить расчет – в результате должна получиться фактическая степень подвижности механизма.

3) Произвести замену всех высших кинематических пар фиктивными звеньями и низшими парами (замену следует производить непосредственно на кинематической схеме механизма, используя контактные нормали и центры кривизны профилей); подтвердить расчетом величину – она должна остаться прежней.

Если кинематическая схема сложна для анализа, можно для облегчения изобразить структурную схему по описанным ранее правилам (при этом нумерация звеньев обязательно должны быть сохранена).

4) Выбрать начальные звенья механизма (если они не были заданы условием задачи): если после структурного исследования механизма будет выполняться его кинематический расчет, то начальные звенья совпадают с входными, т.е. с теми, которым заданы законы движения; при последующем силовом анализе механизма за начальные звенья принимают те, к которым приложены неизвестные внешние силы или вращающие моменты.

Написать формулу строения механизма по типу (4); каждому варианту выбора начальных звеньев соответствует единственный вариант этой формулы.

Вопросы для самопроверки

- Перечислите признаки по которым классифицируются кинематические пары?

- Что называется моделью машины или механизма? Перечислите виды моделей механизмов?

- Что называют структурным анализом и структурным синтезом?

- Какие связи в механизме называются избыточными?

- Какие подвижности в механизме называются местными или локальными?

- Дайте определение понятия "подвижность механизма"?

- Напишите формулы для подсчета подвижности механизма для плоскости и для пространства?

- Напишите формулу для подсчета избыточных связей в механизме?

- Укажите элементы из которых состоит механизм в структурной классификации Ассура?

- Какие задачи решаются при структурном анализе механизма по Ассуру?

- Как определяется класс и порядок механизма по Ассуру и по Артоболевскому?

- Дайте определения понятиям: механизм; звено; кинематическая пара; кинематическая цепь; кинематическое соединение.

- Определите понятие «обобщенная координата механизма».

- Что такое «степень подвижности механизма»? В каких случаях возникают местные подвижности и пассивные связи? Как влияет на степень подвижности механизма наличие в его схеме кратных шарниров?

- Опишите цели замены высших кинематических пар низшими и порядок такой замены.

- Что представляют собой структурная группа и начальный механизм?

- По каким признакам устанавливают класс и порядок структурной группы?

- Какие звенья выбирают в качестве начальных при кинематическом анализе механизма? То же – при силовом анализе?

- Опишите последовательность структурного анализа плоского механизма.

- Что такое звено механизма?

Ответ: твердое тело, состоящее из одной или нескольких деталей.

- Что такое анализ механизма?

Ответ: исследование структурных, кинематических или динамических свойств механизма.

- Из чего состоит механизм?

Ответ: из отдельных звеньев.

- Как называется каждая подвижная деталь или группа деталей, образующих одну жесткую систему тел в механизме?

Ответ: неподвижное звено (стойка).

- Сколько неподвижных звеньев в механизме?

Ответ: 1.

- Чем отличается механизм от кинематической цепи?

Ответ: наличием стойки.

- Как называется соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение?

Ответ: кинематическая пара.

- Как называется система звеньев, связанная между собой кинематическими парами?

Ответ: кинематическая цепь.

- Чему равен максимальный класс кинематической пары?

Ответ: 5.

- Чему равно число условий связи, если число степеней свободы звеньев кинематической пары равно 5?

Ответ: S=6-H=6-5=1.

- Чему равно число условий связи, если число степеней свободы звеньев кинематической пары равно 4?

Ответ: S=2.

- Чему равно число условий связи, если число степеней свободы звеньев кинематической пары равно 3?

Ответ: S=3.

- Чему равно число условий связи, если число степеней свободы звеньев кинематической пары равно 1?

Ответ: S=5.

- Назовите максимальное число условий связи?

Ответ: S=5.

- Назовите максимальное число степеней свободы звена кинематической пары в относительном движении?

Ответ: H=5.

- Чему равно число степеней свободы, если число условий связи равно 1?

Ответ: H=5, так как H=6-S.

- Чему равно число степеней свободы, если число условий связи равно 2?

Ответ: H=4.

- Чему равно число степеней свободы, если число условий связи равно 4?

Ответ: H=2.

- Чему равно число степеней свободы, если число условий связи равно 5?

Ответ: H=1.

- Как называется кинематическая пара, если ее звенья соприкасаются по поверхности?

Ответ: низшая кинематическая пара.

- Как называется кинематическая пара, если ее звенья соприкасаются по линии или в точке?

Ответ: высшая кинематическая пара.

- Напишите формулу Чебышева П.Л.

Ответ: W=3n-2p5-p4

- Как называется кинематическая цепь, степень свободы которой равна нулю?

Ответ: ферма.

- Как влияют лишние степени свободы на закон движения ведомого звена и однозначность его перемещения?

Ответ: никак.

- Напишите название кинематической пары, которая представляет собой шар, перекатывающийся со скольжением по плоскости?

Ответ: шар-плоскость.

- Напишите класс кинематической пары, которая представляет собой шар, перекатывающийся со скольжением по плоскости?

Ответ: 1 класс.

- Как называется кинематическая пара, представляющая собой цилиндр, лежащий на плоскости?

Ответ: высшая кинематическая пара 2-го класса.

- Напишите формулу Сомова-Малышева.

Ответ: W=6n-5p5-4p4-3p3-2p2-p1.

- Начертите условное изображение пары шар-плоскость.

- Начертите условное изображение пары сферическая (шаровая).

- Начертите условное изображение пары: плоскостная.

- Начертите условное изображение пары: цилиндрическая.

- Начертите условное изображение пары: сферическая с пальцем.

- Начертите условное изображение пары: поступательная.

- Начертите условное изображение пары: вращательная.

- Начертите условное изображение пары: винтовая.

- Как классифицируют кинематические пары?

Ответ: по числу S (условий связи).

- Название пары, допускающей относительное вращательное движение звеньев вокруг оси.

Ответ: вращательная пара.

- Название пары, допускающей лишь прямолинейное поступательное относительное движение звеньев.

Ответ: поступательная пара.

- Название пары, допускающей независимое вращательное и поступательное относительные движения звеньев.

Ответ: цилиндрическая пара.

- Название пары, допускающей три независимых относительных вращения звеньев, вокруг осей x, y, z.

Ответ: сферическая пара.

- Как называется механизм, все подвижные звенья которого движутся в параллельных плоскостях?

Ответ: плоский механизм.

- Как называется механизм, подвижные звенья которого описывают траектории, лежащие в пересекающихся плоскостях?

Ответ: пространственный механизм.

- Что произойдет, если S=6?

Ответ: кинематическая пара становится жестким соединением деталей, т.е. одним звеном.

- Что произойдет, если S=0?

Ответ: пары не существует, а имеются два тела, движущихся независимо друг от друга.

- Что представляет собой механизм 1-го класса?

Ответ: это механизм, состоящий из подвижного звена и стойки.

- Чему равно число механизмов 1-го класса в механизме?

Ответ: число механизмов 1-го класса равно числу степеней свободы механизма.

- Как называется звено, совершающее полный оборот вокруг неподвижной оси?

Ответ: кривошип.

- Как называется подвижное звено (вращающееся, качающееся или движущееся возвратно-поступательно), которое является направляющей ползуна.

Ответ: кулиса.

- Что такое группа Асура?

Ответ: это кинематическая цепь с нулевой степенью подвижности, которая не распадается на более простые кинематические цепи, также обладающие нулевой степенью подвижности.

- Какое число звеньев должно быть в группе Асура?

Ответ: четное (2 или 4).

- На что подразделяются группы Асура?

Ответ: на классы, порядки и виды.

- Чем определяется порядок групп Асура?

Ответ: числом элементов, которыми она присоединяется.

- В каком году Ассур сформулировал принцип образования плоских механизмов?

Ответ: в 1914 г.

- Для каких механизмов подходит формула Чебышева для подсчета степени подвижности?

Ответ: для плоских.

- Что можно определить при помощи следующей формулы W=3n-2p5-p4?   

Ответ: степень подвижности плоского механизма.

- В каких механизмах все звенья перемещаются в одной или параллельных плоскостях?

Ответ: в плоских.

- В каких механизмах звенья перемещаются в пересекающихся плоскостях?

Ответ: в пространственных.

- Что в формуле Чебышева обозначается как p4?      

Ответ: число кинематических пар 4-го класса.

- Что в формуле Чебышева обозначается как p5?      

Ответ: число кинематических пар 5-го класса.

- Что определяет формула Сомова-Малышева?

Ответ: степень подвижности пространственного механизма.

- Как определить число кинематических пар в сложном шарнире?

Ответ: подсчитать число соединяемых звеньев (подвижных и неподвижных) и вычесть единицу.

- Что такое машина?

Ответ: устройство для преобразования энергии, информации и материала.

- Что такое механизм?

Ответ: система звеньев, которая предназначена для преобразования одного движения в другое.

- Какое звено называется шатун?

Ответ: звено, совершающее сложное плоскопараллельное движение.

- Какое звено называется ползун?

Ответ: звено, совершающее поступательное прямолинейное движение.

- Какое звено называется коромысло?

Ответ: звено, которое совершает неполный оборот вокруг оси, связанной со стойкой.

- Чем отличается звено механизма от детали механизма?

Ответ: звено механизма состоит из одной или нескольких деталей.

- Что такое кинематическая цепь?

Ответ: система звеньев, связанных между собой кинематическими парами.

- Что такое кинематическая пара?

Ответ: подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев.

- Сколько классов кинематических пар вы знаете?

Ответ: 5 классов.

- Напишите алгоритм определения класса кинематической пары.

Ответ: подсчитать число простейших движений, которыми обладает звено кинематической пары в относительном движении;

вычесть полученное число из шести, получив при этом число связей, налагаемых данной кинематической парой на относительное движение ее звеньев, и этим определим класс пары.

- Определить класс кинематической пары, образованной звеньями: шар-плоскость.

Ответ: S=6-H=6-5=1,  1 класс.

- Определить класс кинематической пары, образованной звеньями: плоскость-цилиндр.

Ответ: S=6-H=6-4=2,  2 класс.

- Алгоритм замены высшей кинематической пары на низшую.

Ответ: проводим нормаль через точку касания кривых и отмечаем на ней центры кривизны кривых, образующих вращательные пары, в которых соединяются условные звенья.

- С какой целью удаляют из механизма пассивные связи?

Ответ: чтобы упростить механизм, так как пассивные связи не оказывают никакого влияния на характер движения механизма.

- С какой целью удаляют из механизма лишние степени свободы?

Ответ: чтобы упростить механизм.

- С какой целью конструктора применяют в механизмах пассивные связи?

Ответ: для повышения его жесткости или для устранения неопределенности движения звеньев в некоторых положениях.

- С какой целью конструктора применяют в механизмах лишние степени свободы?

Ответ: для уменьшения сил трения и износа звеньев.

- Принцип образования плоских механизмов.

Ответ: последовательное присоединение кинематических цепей, являющихся группами Асура.

- Что такое механизм первого класса?

Ответ: это механизм с одной степенью свободы, состоящий из стойки и подвижного звена.

- Цель структурного анализа механизма.

Ответ: определить класс механизма.

- Алгоритм определения степени подвижности плоского механизма по формуле Чебышева.

Ответ: определить число подвижных звеньев, определить число кинематических пар, определить среди них высшие и низшие, посчитать по формуле Чебышева степень подвижности.

- Как определяется класс механизма.

Ответ: по максимальному классу группы Ассура, входящей в механизм.

- Что это значит, если по формуле Чебышева вы определили степень подвижности и она равна 0?

Ответ: это значит, что ни одно звено не может двигаться относительно неподвижного звена, и кинематическая цепь превращается в ферму.

- Что это значит, если по формуле Чебышева вы определили степень подвижности и она равна +2?

Ответ: это значит, что у механизма два ведущих звена.

- Из скольких звеньев состоит группа Асура 2-го класса?

Ответ: 2

- Из скольких звеньев состоит группа Асура 3-го класса?

Ответ: 3

- Из скольких звеньев состоит группа Асура 4-го класса?

Ответ: 4

- Как определяется порядок группы Асура?

Ответ: порядок равен числу поводков, которыми группа Асура присоединяется.  

- Нарисуйте группу Асура 4-го класса.

Ответ:    

- Нарисуйте группу Асура 3-го класса.

Ответ:    

- Нарисуйте группу Асура 2-го класса 1-го вида.

Ответ:    

- Нарисуйте группу Асура 2-го класса 2-го вида.

Ответ:    

- Нарисуйте группу Асура 2-го класса 3-го вида.

Ответ:    

- Нарисуйте группу Асура 2-го класса 4-го вида.

Ответ:    

- Нарисуйте группу Асура 2-го класса 5-го вида.

Ответ:    

Задачи для самостоятельного решения

Задача 1

Установить класс кинематической пары, образуемой плоской (1) и конической (2) поверхностями (конус касается плоскости только вершиной). По отношению к координатным осям xyz перечислить все виды допускаемых движений конуса относительно плоскости.

Задача  2

Для плоской кинематической пары, представленной на рисунке, установить:

- высшая пара, или низшая;

- класс кинематической пары;

- число подвижностей в относительном движении звеньев 1 и 2.

Задача  3

Конус 2 касается плоскости 1 своей образующей. Для кинематической пары, образуемой указанными звеньями, установить класс и число подвижностей в относительном движении звеньев 1 и 2 (назвать эти подвижности по отношению к какой-либо системе координат, связанной с плоскостью).

Задача 4

Конус 2 касается плоскости 1 кромкой своего основания, вершина конуса s удалена от плоскости на расстояние , где – проекция вершины конуса на плоскость. Для кинематической пары, образуемой указанными звеньями, установить класс и число подвижностей в относительном движении звеньев 1 и 2 (назвать эти подвижности по отношению к какой-либо системе координат, связанной с  плоскостью).

Задача 5

Для механизма с одной степенью свободы указать номера звеньев, образующих группу III класса 3-го порядка при начальном звене 9.

Задача  6 (см. рисунок к задаче 5)

Для механизма с одной степенью свободы указать номера звеньев, образующих группу III класса 3-го порядка при начальном звене 4.

Задача  7 (см. рисунок к задаче 5)

Для механизма с одной степенью свободы написать формулу строения механизма при начальном звене 5.

Задача  8

Для механизма с одной степенью свободы пронумеровать звенья и написать формулу строения механизма при начальном звене OA.

Задача 9

Считая звено 1 начальным, указать структурную группу, которую можно отсоединить от механизма, не нарушая его подвижности (ответ обосновать).

Задача 10 (см. рисунок к задаче 9)

Считая звено 2 начальным, указать структурную группу, которую можно отсоединить от механизма, не нарушая его подвижности (ответ обосновать).

Задача 11

Для механизма с одной степенью свободы указать номера звеньев, образующих группу III класса 3-го порядка при начальном звене 9.

Задача 12 (см. рисунок к задаче 11)

Для механизма с одной степенью свободы указать номера звеньев, образующих группу III класса 3-го порядка при начальном звене 5.

Задача 13 (см. рисунок к задаче 11)

Считая звено 9 начальным, указать структурную группу, которую можно отсоединить от механизма, не нарушая его подвижности (ответ обосновать).

Задача 14

Считая звено 1 начальным, указать две первые структурные группы, которые можно поочередно отсоединить от механизма, не нарушая его подвижности (ответ обосновать).

Задача 15

Для механизма с одной степенью свободы указать номера звеньев, образующих группу III класса 3-го порядка при начальном звене 4.

Задача 16 (см. рисунок к задаче 15)

Для механизма с одной степенью свободы указать номера звеньев, образующих группу III класса 3-го порядка при начальном звене 6.

Задача 17 (см. рисунок к задаче 15)

Считая звено 1 начальным, указать структурную группу, которую можно отсоединить от механизма, не нарушая его подвижности (ответ обосновать).

Задача 18

Считая звено 1 начальным, указать две первые структурные группы, которые можно поочередно отсоединить от механизма, не нарушая его подвижности (ответ обосновать).

Задача 19 (см. рисунок к задаче 18)

Считая звено 5 начальным, указать две первые структурные группы, которые можно поочередно отсоединить от механизма, не нарушая его подвижности (ответ обосновать).

Задача 20 (см. рисунок к задаче 18)

Считая звено 3 начальным, указать две первые структурные группы, которые можно поочередно отсоединить от механизма, не нарушая его подвижности (ответ обосновать).

Задача 21 (см. рисунок к задаче 18)

Считая звено 5 начальным, указать номера звеньев, образующих группу III класса 3-го порядка.

Задачи 22 – 24

Для механизма с высшей кинематической парой построить заменяющий механизм; замену высшей пары произвести непосредственно на кинематической схеме. Написать формулу строения заменяющего механизма при начальном звене 4.

Задачи 25 – 30

Если изображенная кинематическая цепь является структурной группой, указать ее класс и порядок (в противном случае объяснить, почему цепь не является группой).

                                                                             Направляющая 1 в состав

                                                                         кинематической цепи не входит


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58675. Вибір місця встановлення металевої тимчасової печі, її встановлення 191 KB
  Мета уроку: навчити учнів правильно вибирати місця для встановлення тимчасової печі. Розвити навики та вміння отримані на попередніх уроках теоретичного та виробничого навчання; Виховувати бережне ставлення до інструменту, охайність, відповідальність за виконану роботу.
58676. Подорож по Великій Британії 49 KB
  Цілі: розвиток навичок усної комунікації: в монологічному та діалогічному мовленні, аудіюванні, читанні, письмі; підвищення інтересу до країни вивчаемої мови.
58677. Складывание «Рыбки». Работа с бумагой 43 KB
  Цель урока: познакомить с искусством складывания бумаги оригами. Задачи: формировать навыки сгибания складывания бумаги дать понятие оригами; развивать внимание исполнительские умения мелкую моторику...
58678. Цветочная клумба. Объёмная аппликация 31 KB
  На какие группы мы можем разделить эти цветы. Можем ли мы этими цветами украсить наш класс сделать клумбу Но чтобы сделать клумбу она должна быть на улице и есть ли место в нашем классе чтобы разбить здесь клубу Тогда как же украсить нам наш класс если разбить клумбу...
58679. Преподавание в начальных классах 225 KB
  Издание содержит основные требования к урокам технологии в начальной школе нормы оценок работ учащихся схемы анализа и самоанализа уроков. Этапы планирования урока и подготовки к нему студента Успех пробного урока технологии зависит от своевременной...
58680. Обрывная аппликация. Цыплёнок 41 KB
  Цель урока: Выполнить работу в технике обрывной аппликации Задачи: Образовательная: отработать навыки работы с бумагой клеем. Оборудование урока: для учителя: образцы различных видов аппликаций этапы изготовления цыплёнка шаблоны.
58682. Уроки трудового обучения. Структура урока технологии (труда) 69.5 KB
  Структура урока технологии труда Уроки трудового обучения по своим дидактическим целям содержанию методам обучения могут быть очень разнообразны. Для того чтобы учителю в должной мере овладеть методикой организации и проведения уроков необходимо прежде всего знать общие этапы...
58683. Мозаика «Собака» 42.5 KB
  Цель: выполнить проектную работу в технике мозаика Собака. Обучать выполнению аппликации мозаика. Но давайте сначала разберемся: знаете ли вы в какой технологии сделана эта работа Мозаика правильно А теперь посмотрите на экран.