Все 4 лекции. Лекция 1 введение современная техника характеризуется большим разнообразием машин, приборов и устройств механического действия, главной особенностью которых является передача движения и энергии с помощью механизмов.
 Скачать 1.78 Mb.
|
|
5 S 1 . Если принять S=6, то звенья потеряют свою относительную подвижность (W=0), и кинематическая пара превратится в жесткое соединение двух звеньев. Если же допустить, что S=0, то звенья перестанут соприкасаться, и кинематическая пара перестанет существовать - будут два свободно движущихся независимо одно от другого тела в пространстве (W = 6). Следовательно, из шести возможных относительных движений звеньев в кинематической паре может быть исключено пять, четыре, три, два или одно движение в зависимости от способа соединения звеньев пары. Значит, число степеней свободы звеньев кинематической пары W может изменяться от единицы до пяти. В учебниках по ТММ можно встретить две классификации кинематических пар по числу степеней свободы звеньев (классификация В.В. Добровольского) и по числу условий связей (классификация И.И. Артоболевского). Можно пользоваться любой из этих классификаций, так как они равнозначные КЛАССИФИКАЦИЯ ВЛАДИМИРА ВЛАДИМИРОВИЧА ДОБРОВОЛЬСКОГО (1880-1956) Все кинематические пары делятся на пять родов по числу возможных относительных независимых движений звеньев, входящих своими элементами в пару (таблица 1.2). К парам первого рода относятся пары, звенья которых совершают одно относительное движение. Это одноподвиж- ные пары с вращательным (В) либо поступательным (Пот- носительным движением звеньев. К парам второго рода относятся двухподвижные пары, звенья которых совершают два относительных движения вращательное и поступательное (ВП). Это, например, цилиндрическая и сферическая с пальцем пары. В парах третьего рода звенья могут осуществлять три относительных движения. К таким парам относятся сферическая (ВВВ) и плоскостная (ВПП) пары. Пары четвертого рода - это четырехподвижные пары например, “цилиндр-плоскость"), звенья которых осуществляют четыре независимых относительных движения (ВВПП). В парах пятого рода звенья могут совершать пять независимых относительных движений три вращательных и два поступательных. В таких парах (например, "шар-плоскость") отсутствует лишь одно поступательное движение вдоль оси Z. В плоских механизмах с жесткими звеньями встречаются пары только первого и второго родов. Пары третьего, четвертого и пятого родов встречаются лишь в пространственных механизмах. 21 КЛАССИФИКАЦИЯ ИВАНА ИВАНОВИЧА АРТОБОЛЕВСКОГО (1905-1977) Согласно этой классификации все кинематические пары делятся на пять классов по числу связей (S), то есть по числу отсутствующих относительных движений звеньев. Сумма числа связей (S) и числа степеней свободы (W) в относительном движении звеньев любой пары всегда равна шести, то есть, равна числу степеней свободы твердого тела. Например, для пятиподвижной кинематической пары "шар- плоскость" число связей равно единице (отсутствует одно относительное перемещение вдоль оси Z ). Значит, такую пару можно назвать парой с одной связью или парой первого класса. Четырехподвижную пару ("цилиндр-плоскость"), у которой отсутствуют два относительных движения из шести (S = 2), относят к парам второго класса итак далее. Таким образом, номер класса пары совпадает с числом связей, то есть с числом отсутствующих относительных движений. Если сравнить две рассмотренные классификации, то увидим, что пары первого рода по Добровольскому - это пары пятого класса по Артоболевскому. Пары второго рода- это пары четвертого класса. Пары четвертого рода - это пары второго класса, а пары пятого рода соответствуют парам первого класса. В таблице 1.2 представлены наиболее распространенные кинематические пары сих условными обозначениями и классификацией по числу степеней свободы W и числу связей S. 22 X X П X В П X В Р и су но к Н а звание пары Число у слови й связи Род по Поступательная Вращательная Ви н т о в а я Ц и ли н д р и - ческа я 5 К л асс по 3 4 5 6 5 1 2 4 4 5 5 1 5 5 Таблица Классификация кинематических пар Условно е ч ен и е степеней свободы В.В.До б р о- вольскому И.И.Ар то- б о лев с- кому Число 7о б о зн а 23 Х У Z В П П Х У Z В В В Х У Z В П В П Х У Z В В Х У Z В П В П В С ф ер и ч ес - ка я спал ь- ц ем С ф ер и ч ес - ка я П л о ск ост- на я Ц и ли н д р - плоскость Шар- плоскость Продолжение таблицы Следует пояснить, почему винтовая пара, звенья которой совершают два движения, относится к парам первого рода (пятого класса. Дело в том, что оба перемещения (вдоль и вокруг какой-либо оси) связаны между собой определенной зависимостью, и независимым считается только одно из них, а род пары определяется по числу только независимых относительных движений звеньев, образующих пару. Кроме двух рассмотренных выше классификаций кинематических пар пои существует также деление кинематических пар на две группы. Это деление предложил в свое время немецкий ученый Франц Рело (1829-1905). По Рело все пары делятся на низшие и высшие по характеру соприкосновения звеньев. К низшим относятся пары, элементы звеньев которых соприкасаются между собой по поверхности. В высших парах элементы звеньев соприкасаются по прямым линиям или в точках. Лекция 2 КЛАССИФИКАЦИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАР Все механизмы, составленные из твердых тел, делятся на две группы механизмы с низшими парами, которые называются стержневыми или рычажными, и механизмы с высшими парами. Те и другие могут быть плоскими и пространственными. Из механизмов с низшими парами наиболее распространены рычажные, клиновые, с высшими парами - кулачковые, зубчатые, фрикционные, мальтийские и храповые. Из рычажных механизмов наибольшее распространение имеют следующие. 24 Следует пояснить, почему винтовая пара, звенья которой совершают два движения, относится к парам первого рода (пятого класса. Дело в том, что оба перемещения (вдоль и вокруг какой-либо оси) связаны между собой определенной зависимостью, и независимым считается только одно из них, а род пары определяется по числу только независимых относительных движений звеньев, образующих пару. Кроме двух рассмотренных выше классификаций кинематических пар пои существует также деление кинематических пар на две группы. Это деление предложил в свое время немецкий ученый Франц Рело (1829-1905). По Рело все пары делятся на низшие и высшие по характеру соприкосновения звеньев. К низшим относятся пары, элементы звеньев которых соприкасаются между собой по поверхности. В высших парах элементы звеньев соприкасаются по прямым линиям или в точках. Лекция 2 КЛАССИФИКАЦИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАР Все механизмы, составленные из твердых тел, делятся на две группы механизмы с низшими парами, которые называются стержневыми или рычажными, и механизмы с высшими парами. Те и другие могут быть плоскими и пространственными. Из механизмов с низшими парами наиболее распространены рычажные, клиновые, с высшими парами - кулачковые, зубчатые, фрикционные, мальтийские и храповые. Из рычажных механизмов наибольшее распространение имеют следующие. 25 1. Шарнирный четырехзвенный механизм Различают три разновидности этого механизма рис двухкривошипный, в котором начальное звено 1 и выходное звено 3 совершают полный оборот (в этом случае звенья 1 и 3 называются кривошипами кривошипно- коромысловый, когда звено 1 совершает полный оборот (является кривошипом, а звено 3 совершает возвратные движения (является коромыслом двухкоромысловые, когда звенья 1 и 3 совершают ограниченные движения (являются коромыслами. Этот механизм служит для преобразования одного вида вращательного движения в другое и применяется в ковочных машинах, качающихся конвейерах, прокатных станах, муфтах сцепления, приборах. 1 2 3 4 В С D Шарнирный четырехзвенный механизм Рис. кривошип (или коромысло); 2-шатун; 3-коромысло (или кривошип); 4-стойка 26 2. Кривошипно-ползунный механизм Этот механизм (рис) служит для преобразования вращательного движения кривошипа в возвратно- поступательное движение ползуна, если начальным звеном является кривошип, и, наоборот, возвратно-поступательного движения во вращательное, если начальным звеном является ползун. Применяется такой механизм в паровых машинах, двигателях внутреннего сгорания (ДВС), поршневых насосах, поршневых компрессорах, приборах. 3. Кулисный механизм Кулисный механизм (рис, 2.4) служит для преобразования одного вида вращательного движения (звено 1) в другое (звено 3 на рис) или непрерывного вращательного движения (звено 1) в возвратно-поступательное движение звено 5 на рис. Рис 2 3 4 Кривошипно-ползунный механизм 1-кривошип; 2-шатун; 3-ползун (поршень); 4-стойка 27 Приведенные на рис и 2.4 механизмы являются механизмами с качающейся кулисой. Такие четырехзвенные и шестизвенные кулисные механизмы применяются в строгальных и долбежных станках, поршневых насосах, компрессорах, гидроприводах, приборах. 2 3 1 D B A C 4 Кривошипно-кулисный механизм Рис.2.3. 1-кривошип; 2-ползун (кулисный камень); 3-кулиса; 4-стойка Кулисно-ползунный механизм Е 5 4 2 3 6 1 D B A C 1-кривошип; 2-ползун; 3-кулиса; 4-шатун; 5-ползун; 6-стойка Рис. 2.4. 28 Существуют и другие разновидности кулисных механизмов (рис, 2.6, 2.7). В гидроприводах широко применяется конструкция коромыслово-кулисного механизма, в котором кулису с кулисным камнем заменяют цилиндр 3 с поршнем 2 (рис. 2.7). 3 2 1 А В D C 6 4 5 Кривошипно-кулисный механизм третьего класса 1-кривошип; 2-ползун; 3-шатун; 4-кулиса; 5-ползун; 6-стойка Рис.2.6. Механизм с вращающейся кулисой 5 E 3 A 1 2 B 1- кривошип; 2-ползун; 3-кулиса; 4-шатун; 5-ползун; 6-стойка Рис.2.5. 6 29 4. Пространственные механизмы с низшими парами К таким механизмам относится механизм универсального шарнира (шарнира Гука, или карданной передачи, изображенный на рисунках 2.8 и 2.9. Этот механизм предназначен для передачи вращательного движения между валами, оси которых пересекаются. Входное 1 и выходное 3 звенья выполнены в виде вилок, звено 2 - в виде крестовины (рис. Универсальный шарнир применяется в автомобилях, станках, приборах. 1 2 3 А В С 4 Рис.2.7. Коромыслово-кулисный механизм 1-коромысло; 2-ползун (поршень); 3-кулиса (гидроцилиндр); 4-стойка Рис. 2.8. Шарнир Гука 30 На рисунке 2.10 изображена структурная схема рычажного механизма промышленного робота. Это механизм сне- замкнутой кинематической цепью, состоящей из однопод- вижных кинематических пар. Структурная схема шарнира Гука 2 О 3 Рис. Структурная схема рычажного механизма промышленного робота 8 2 А В 3 С 5 4 6 Рис. 2.10. D 31 5. Кулачковые механизмы Кулачковый механизм-это механизм, в состав которого входит кулачок (рис, 2.12). Кулачок 1 имеет рабочую поверхность переменной кривизны и образует с взаимодействующим с ним звеном 2 двухподвижную пару (ВП). 2 1 3 2 1 3 1-кулачок; 2-толкатель; 3-стойка 1-кулачок; 2-коромысло; 3-стойка Структурные схемы кулачковых механизмов с вращающимся кулачком Рис.2.11. а) б) 2 1 3 2 1 3 а) б) Рис.2.12. Структурные схемы кулачковых механизмов с поступательно движущимся кулачком 1-кулачок; 2-толкатель; 3-стойка 1-кулачок; 2-коромысло; 3-стойка 32 Кулачковый механизм предназначен для преобразования вращательного движения кулачка в поступательное движение толкателя (риса) или качательное движение коромысла (рис.2.11,б), поступательного движения кулачка-в качательное движение коромысла (риса) или в поступательное движение толкателя (рис.2.12,б). Основное достоинство кулачковых механизмов состоит в том, что задавая соответствующий профиль кулачку, можно легко получить любой наперед заданный закон движения взаимодействующего с ним звена (толкателя, или коромысла. Кулачковые механизмы бывают плоскими (рис, 2.12) и пространственными (рис. Кулачковые механизмы широко применяются в машинах, станках-автоматах, приборах. В двигателях внутреннего сгорания кулачковые механизмы применяются для привода клапанов и размыкания контактов магнето. 1 Структурная схема прстранственного кулачкового механизма с коническим вращающимся кулачком 1-кулачок; 2-толкатель; 3-стойка Рис.2.13 33 6. Зубчатые механизмы (передачи) Зубчатым механизмом (или зубчатой передачей) называется передаточный механизм, в котором подвижными звеньями являются зубчатые колеса, образующие со стойкой или водилом вращательные или поступательные пары. Зубчатые механизмы передают вращение от одного вала к другому посредством сопряжения зубчатых колеси изменяют величину угловой скорости, а также вращающего момента на ведомом валу. Зубчатые механизмы, понижающие угловую скорость, называются редукторами, а повышающие угловую скорость - мультипликаторами. Зубчатые механизмы бывают плоскими и пространственными. В плоских механизмах оси вращения звеньев параллельны. В таких механизмах применяются цилиндрические зубчатые колеса. Если оси вращения звеньев пересекаются или скрещиваются, тов первом случае зубчатые колеса образуют коническую зубчатую передачу, во втором - гиперболоидную зубчатую передачу (гипоидную, винтовую, червячную. Простейший (элементарный) зубчатый механизм состоит из одной пары зубчатых колеси стойки (рис. 2.14, 2.15, 2.16, 2.17) В механизме, показанном на рисунке 2.17, одно из звеньев (звено 2) выполнено в виде зубчатой рейки, которая относительно стойки может совершать только возвратно- поступательное движение. 34 1 2 3 3 Цилиндрическая передача с внутренним зацеплением Рис.2.16. 1 1 2 Цилиндрическая передача с внешним зацеплением Коническая передача Рис.2.15. 2 Рис 35 К более сложным зубчатым механизмам (рис. 2.18) относятся многоступенчатый редуктор (каждая пара зубчатых колес называется ступенью, рядовая зубчатая передача 1 Реечная передача Рис.2.17. r 1 O 1 1 2 2 3 3 Рис. Трехступенчатый цилиндрический редуктор 36 рис, сателлитные зубчатые механизмы (дифференциальные и планетарные. Сателлитными зубчатыми механизмами называются такие, в которых ось хотя бы одного зубчатого колеса является подвижной. Колеса с подвижными осями называются сателлитами. На риса изображен планетарный сателлитный механизм. В этом механизме колесо 2 (сателлит) вращается со своей осью по окружности вокруг неподвижной оси центральных колеси вращает (ведет за собой) связанное с ним звено H, называемое водилом. Колесо 3 (с внутренним зацеплением) жестко соединено со стойкой, то есть является неподвижным. В отличие от планетарных в дифференциальных механизмах все колеса вращаются (рис б. К зубчатым механизмам относятся и коробки скоростей, в которых в отличие от редукторов с постоянным передаточным отношением, производится ступенчатое изменение передаточного отношения (рис. Передаточное отношение показывает, во сколько раз с помощью зубчатого механизма снижается или повышается угловая скорость. На ведущем валу О 1 О 1 закреплены зубчатые колеса 1, 2, 3, на ведомом валу О 2 О 2 - тройной блок зубчатых колес 4, 5, 6. 1 2 3 4 5 Рис. Рядовая передача 37 О 1 О 1 О 2 О 2 1 2 3 4 5 Рис. Схема трехступенчатой коробки скоростей 3 2 2 1 Рис. Сателлитный механизм -планетарный; -дифференциальный а б а) б) 38 Перемещая ведомый вал в осевом направлении вместе с зубчатыми колесами 4, 5, 6, можно осуществить зацепление 1-4, 3-6, или 2-5 (изображено на схеме. В зависимости от зацепления будет изменяться величина передаточного отношения. Зубчатые механизмы применяются в станках, автомобилях, тракторах, счетно-решающих устройствах и приборах. Трудно назвать какой-либо сложный механизм или машину, где нет зубчатых механизмов. Например, в двигателе автомобиля зубчатые механизмы применяются для передачи движения от коленчатого вала ко всем другим валам, приводящим в движение клапаны, насосы, генераторы, компрессоры итак далее. Кроме того, в автомобиле есть коробка скоростей и дифференциальный механизм для передачи движения от двигателя на два независимых ведущих колеса. В последнее время в устройствах приборов и системах управления широкое применение находят волновые зубчатые передачи с гибкими звеньями (рис. 1 Рис. Волновая передача 1-гибкое колесо; 2-жесткое колесо; 3-генератор волн 39 Одно из зубчатых колес волновой передачи делается гибкими может деформироваться. Устройство, вызывающее деформацию гибкого колеса, называется генератором и может выполняться разными способами, например, в виде рычага с роликами. Волновые передачи позволяют осуществлять большие передаточные отношения, высокую кинематическую точность, а главное - передавать механическое движение через герметичную стенку. В изображенном на схеме (рис) механизме гибкое колесо 1 герметично закреплено на стенке передача осуществляется от генератора волн |