Структурен анализ на механизми
1. Основни понятия и определения в теорията на механизмите
2. Кинематични двойки и тяхната класификация
3. Кинематични вериги
4. Степента на подвижност на плоска кинематична верига
Темата на контролната работа е „Конструктивен анализ на механизмите” по дисциплината „Теория на механизмите и машините”.
Целта на работата: формирането на знания за структурния анализ на механизмите.
Цели на работата: да се запознаят с принципите на формиране на механизмите и системата за тяхната класификация.
Основните въпроси на темата:
- Основни понятия и определения в теорията на механизмите;
- Кинематични двойки и тяхната класификация;
- Степента на подвижност на плоска кинематична верига;
- Принципът на формиране на механизмите.
1.Основни понятия и определения в теориятамеханизми
Теорията на механизмите и машините изучава структурата, кинематиката и динамиката на механизмите и машините.
Механизмът е изкуствено създадена система от тела, предназначена да преобразува движението на едно или повече тела в необходимите движения на други тела.
Твърдите тела, които изграждат механизма, се наричат връзки.
Всяка подвижна част или група от части, които образуват една твърда подвижна система от тела, се нарича подвижна връзка на механизма.
Всички неподвижни части образуват една твърда неподвижна система от тела, наречена неподвижна връзка или стелаж.
Следователно всеки механизъм има една фиксирана и една или повече подвижни връзки.
Връзката на две контактни връзки, позволяваща тяхното относително движение, се нарича кинематична двойка.
Повърхности, линии, точки на връзката, по които тя може да влезе в контакт с друга връзка, образувайки кинематична двойка,се наричат елементи на връзката.
Свързана система от връзки, които образуват кинематични двойки една с друга, се нарича кинематична верига.
Механизъм - има кинематична верига, използвана за извършване на необходимото движение.
Механизмите, които изграждат машината, са разнообразни. От гледна точка на тяхното функционално предназначение машинните механизми се разделят на следните видове:
а) механизми на двигатели и преобразуватели:
двигателните механизми преобразуват различни видове енергия в механична работа;
преобразувателните механизми извършват трансформацията на механичната работа в други видове енергия;
б) предавателни механизми, които предават движението от двигателя към технологичната машина или изпълнителен орган;
в) изпълнителни механизми, които пряко влияят върху обработваната среда или обект;
г) механизми за управление, контрол и регулиране, които контролират технологичния процес, контрол и др.;
д) механизми за автоматично броене, претегляне и опаковане, използвани в машини за производство на масови единични продукти.
2. Кинематични двойки и тяхната класификация
Основното свойство на двойката е броят на геометричните параметри, които могат да се използват за определяне на относителната позиция на свързаните връзки. Например, при докосване на повърхността на въртене, относителното положение на връзките се определя напълно чрез задаване само на един параметър - ъгълът на относителното въртене на връзките в равнината, перпендикулярна на оста на въртене.
При докосване на сферична повърхност вече има три такива параметъра - това са ъглите на въртене около три взаимно перпендикулярни оси, пресичащи се в центъра на сферата.
Следователно елементите на кинематичната двойканалагат някои ограничения върху относителното движение на връзките, свързвайки по определен начин координатите на точките на двете връзки.
Ограниченията, наложени от елементите на кинематична двойка върху относителното движение на връзките, образуващи двойката, се наричат ограничения, а контролите, изразяващи тези ограничения, се наричат уравнения на ограничения.
Нека разгледаме какви връзки и в какво количество могат да бъдат наложени върху относителното движение на връзките на кинематична двойка.
Както е известно, в общия случай всяко абсолютно твърдо тяло, свободно движещо се в пространството, има шест степени на свобода:
три завъртания около осите X, Y, Z и три транслационни движения по същите оси.
Ограниченията, наложени върху относителното движение на връзка от кинематична двойка, ограничават същите възможни относителни движения, които връзките имат в свободно състояние.
В резултат на тези ограничения някои от шестте възможни относителни движения на свободно движеща се връзка стават обвързани с нея. Останалите независими възможни движения определят броя на степените на свобода на връзките на кинематичната двойка при тяхното относително движение.
Кинематичните двойки, в зависимост от броя на условията на свързване, наложени върху относителното движение на връзките му, се разделят на пет класа:
- двойка от клас I - (фиг. 1 а) двойка с пет движения, има брой степени на свобода на връзките, равни на пет, и брой условия на свързване, равни на 1;
- двойка от клас II - (фиг. 1b) четири движеща се двойка, броят на степените на свобода на връзката на кинематична двойка е четири, броят на условията на свързване е 2;
- двойка клас III - (фиг. 1 c, i, d) двойка с три движения, броят на степените на свобода на връзката на кинематичната двойка е три, броят на условията на свързване е 3;
- двойка от клас IV - (фиг. 1 e, i,е) двуподвижна двойка, броят на степените на свобода на връзката е 2, броят на условията на свързване е 4;
- двойка V клас - (фиг. 1 g, h. i) едноподвижна (въртяща се двойка), броят на степените на свобода на връзката е равен на едно, броят на условията на свързване е 5.
Кинематичните двойки са разделени на пространствени и плоски. Пространствените кинематични двойки са двойки, чиито точки на връзка в относително движение описват пространствени криви. Равнинни кинематични двойки се наричат такива двойки, точките на връзките на които при относително движение се движат в успоредни равнини, т.е. техните траектории са равнинни криви. В съвременното машиностроене особено широко се използват плоски механизми, връзките на които са включени в двойки от класове IV и V.
Кинематичните двойки също се различават по естеството на контакта на връзките. Ако елементите на кинематична двойка са такива, че за всяка относителна позиция на връзките имат контакт на повърхността, тогава двойката се нарича най-ниска. Ако докосването се случи в отделни точки или по линии, тогава двойката се нарича най-висока.
С относителното движение на връзките, образуващи долната двойка, повърхностите на техния контакт се плъзгат една върху друга. Ако връзките образуват по-висока двойка, тогава тяхното относително движение може да се случи както с плъзгане на елементите на двойката, така и без него - чрез търкаляне.
3. Кинематични вериги
Кинематичните вериги според естеството на относителното движение на връзките се разделят на плоски и пространствени. Кинематичната верига се нарича плоска, ако точките на нейните връзки описват траектории, лежащи в успоредни равнини. Кинематичната верига се нарича пространствена, ако точките на нейните връзки описват неравнинни траектории или траектории, лежащи в пресичащи сесамолети.
Според вида на връзките, включени в кинематичните вериги, последните се делят на прости и сложни.
Проста верига е такава верига, в която всяка връзка е включена в не повече от две кинематични двойки (фиг. 2).
Сложна кинематична верига е верига, в която има поне една връзка, включена в повече от две кинематични двойки (фиг. 3).
Кинематична верига се нарича затворена, всяка връзка от която е включена в две или повече кинематични двойки.
Отворена кинематична верига е кинематична верига, в която има връзки, включени само в една кинематична двойка.
При равен брой движещи се връзки затворените вериги имат по-малко степени на свобода от отворените. Затворените вериги се използват широко в кинематичните вериги на работни машини, металорежещи машини, автомати и др., отворените вериги - в схемите на манипулатори и роботи.
В машините обикновено се използват такива кинематични вериги, в които една от връзките е неподвижна, т.е. е стойка. Например в механизма на двигател с вътрешно горене манивелата, свързващият прът, буталото и цилиндърът образуват кинематична верига, в която цилиндърът с рамката на двигателя е неподвижна връзка (рейка) (фиг. 4 а, б).
Връзката на механизма, която се влияе от външни сили, които го привеждат в движение, се нарича водеща връзка. Връзката, към която се прилагат полезни съпротивления, за преодоляването на които е изграден механизмът, се нарича задвижвана връзка.
При изучаване на кинематиката на механизма движението на една от връзките се счита за дадено. Нарича се вход. Връзката, чието движение искат да определят в зависимост от движението на входа, се нарича изход. В нашия пример плъзгачът е изходната връзка, манивелата е входната връзка.
4.Мобилен апартаменткинематичнаверига
кинематичен плосък механизъм на парната верига
Всяко свободно тяло по време на равнинно-паралелно движение има три степени на свобода, следователно, преди свързването на K-връзките в кинематични двойки, всички те са имали 3K степени на свобода.
При свързване на връзки в кинематични двойки, последните отнемат от тях определен брой степени на свобода: двойки от V-ти клас в плоски механизми отнемат две степени на свобода (от три), оставяйки една; двойките от клас IV отнемат една степен на свобода, оставяйки две.