СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМ И СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

	ВВЕДЕНИЕ……………………………………………….
1.	СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМ И СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ………………………….
2.	ГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИКИ ПЛОСКИХ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ II КЛАССА.
3.	АНАЛИТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МОДЕЛИ МАШИНЫ С ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ КРИВОШИПНО-ПОЛЗУННЫМ МЕХАНИЗМОМ…………………………………………..
4.	СИНТЕЗ КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМОВ…………….
5.	КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И СИНТЕЗ КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМОВ………………………..
6.	КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗУБЧАТЫХ МЕХАНИЗМОВ……………………………………………
7.	РАСШИФРОВКА ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЗУБЧАТЫХ ЭВОЛЬВЕНТНЫХ КОЛЕС ПУТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ ОБЩЕЙ НОРМАЛИ…………….
8.	НАРЕЗАНИЕ ЭВОЛЬВЕНТНЫХ ЗУБЬЕВ МЕТОДОМ ОБКАТКИ…………………………………………………..
	СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Теория механизмов – наука, изучающая строение, кине­матику и динамику механизмов в связи с их анализом и синтезом.

Анализ механизмов позволяет установить структуру и закон движения ведомого звена по заданному движению начального звена или по заданным внешним силам.

Синтез механизмов позволяет проектировать механиз­мы с заданными структурными, кинематическими и динамическими свойствами для осуществления требуемых движений, а также решать другие вопросы, возникающие перед конструктором и исследователем при создании новых машин.

В связи с ростом рабочих скоростей и нагрузок на отдельные звенья машин все расчеты, связанные с их проектированием, необходимо выполнять как можно тщательнее, начиная с разработки расчетной модели механизма и кончая определением нагрузок.

Детальное изучение теории механизмов и машин особенно важно для конструкторов и инженеров-механиков, проектирующих или эксплуатирующих новое высокопроизводительное оборудование, удовлетворяющее повышенным требованиям точности.

Для закрепления, углубления и обогащения теоретического материала курса, обучения практическому применению методов кинемати­ческого и динамического анализа и синтеза механизмов, повышения интереса к изучению данной дисциплины предназначен комплекс лабораторных работ. В процессе их выполнения студент прорабатывает основные методы анализа и синтеза механизмов, углубляет и систематизирует теоретические знания, приобретает навыки исследования и проектирования механизмов, а также оформления технической документации.

Настоящее учебно-методическое пособие способствует развитию самостоятельности в работе студента. Пользуясь им, студент может без дополнительных пояснений преподавателя выполнить и оформить лабораторные работы, а также оценить уровень своей подготовки, ответив на вопросы для самоконтроля.

Лабораторный практикум является частью методических разработок кафедры «Теоретическая механика и теория механизмов и машин», поэтому авторы искренне благодарны сотрудникам, принимавшим участие в подготовке методического обеспечения данной дисциплины в Ижевском государственном техническом университете, в том числе Газизовой З.С., Езерской С.В., Мочалову В. Л, Аллилуевой Л.А. и другим.

СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМ И СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ

 

Цель работы заключается в изучении строения (структуры) конкретного механизма, заданного студенту в виде некоторой модели.

 

1.1. Основные сведения о строении механизмов

 

Механизм состоит из отдельных звеньев. Звеном называется жесткая деталь или несколько деталей, жестко связанных между собой и совершающих одно движение. Все неподвижные детали образуют неподвижное звено, или стойку. У одного механизма может быть только одна стойка. Подвижные звенья бывают входными (ведущими) и выходными (ведомыми). Звено, которому сообщается движение, называется входным. Звено, которое осуществляет требуемое движение, для которого предназначен механизм, называется выходным. Начальным называют звено, координаты которого являются обобщенными для данного механизма, т. е. определяют движение всех остальных звеньев (чаще всего за начальное принимают входное звено).

Кинематической парой называется соединение двух звеньев, имеющих относительное движение между собой. Кинематические пары классифицируются по трем признакам:

1) по характеру соприкосновения звеньев;

2) по характеру относительного движения звеньев,

3) по числу наложенных на относительное движение условий связи.

По первому признаку кинематические пары делятся на высшие и низшие. Если контакт звеньев точечный или линейный, то кинематическая пара является высшей, а если соприкосновение звеньев происходит по любой поверхности – низшей.

По характеру относительного движения звеньев кинематические пары делятся на плоские и пространственные. Если движение звеньев происходит в одной или параллельных плоскостях, то пара называется плоской, в противном случае – пространственной.

По числу s наложенных на относительное движение условий связи пары делятся на пять классов. Класс кинематической пары определяется числом наложенных связей, вычисленных по формуле:

 

 

где 6 – число независимых движений свободного тела; Н – число оставшихся степеней свободы.

Для нахождения движения одного звена относительно другого необходимо отбросить внешние связи, оставив только эти два звена, и выбрать удобную систему координат. Затем одно из звеньев мысленно представляется неподвижным и определяется число независимых движений, которые имеет подвижное звено относительно неподвижного.

В качестве примера рассмотрим определение класса кинематической пары цилиндр – плоскость (рис. 1.1). При неподвижной плоскости цилиндр может иметь четыре относительных движения: два вращательных и два поступательных. Он не может вращаться вокруг оси Оу, так как нарушается линейный контакт, и не может перемещаться вдоль оси Oz, так как распадается связь (цилиндр отрывается от плоскости). В этом случае пара является парой II класса, так как число наложенных связей .

Условные обозначения некоторых кинематических пар показаны на рис. 1.2.

 

 

поступательная пара V класса	цилиндрическая пара IV класса
шар в цилиндре пара II класса
вращательная пара V класса	сферическая пара III класса
винтовая пара V класса	сферическая с пальцем в прорези пара IV класса

 

Рис. 1.2. Условные обозначения и класс кинематических пар

 

 

Система звеньев, соединенных между собой кинематическими парами, называется кинематической цепью.

Механизмом называется кинематическая цепь с одним неподвижным звеном, в которой заданному движению одного или нескольких звеньев соответствуют вполне определенные движения всех остальных звеньев.

Одной из основных задач структурного анализа механизма является определение числа степеней свободы и класса механизма. Для решения этих задач составляется структурная схема механизма. Конструктивные элементы звеньев, а также звенья и их связи, не оказывающие влияния на движение механизма, при структурном анализе на схеме не показываются. Так, на рис. 1.3,а ролик 3 создает избыточную степень свободы, он служит только для уменьшения трения, а на рис. 1.3,б звено 3 накладывает пассивное (избыточное) условие связи, увеличивая жесткость механизма (конструкции). В обоих случаях звенья 3 не изменяют законов движения выходных звеньев 2.

 

Степень свободы (степень подвижности) плоского механизма определяется по формуле академика П.Л. Чебышева:

где n – число подвижных звеньев; p ₄, p ₅ – число кинематических пар соответственно четвертого и пятого класса.

Степень подвижности W показывает число независимых движений, которые надо задать механизму для получения определенности движения всех его звеньев.

Группой Ассура называется простейшая незамкнутая кинематическая цепь с нулевой степенью подвижности. Она не изменяет степени подвижности основного механизма (1-го класса) после присоединения к нему. Таковой является система двух звеньев АВО ₂ на рис. 1.4.

Для группы Ассура

 

При структурном анализе плоских механизмов с высшими кинематическими парами IV класса их заменяют на низшие кинематические пары V класса. Каждая высшая кинематическая пара заменяется двумя низшими и дополнительным звеном. Тогда

 

и, следовательно

Так как n и р ₅ могут быть только целыми числами, то число звеньев n в группе Ассура должно быть четным, а число пар пятого класса р ₅ – кратно трем.

 

Простейшие группы Ассура состоят из двух звеньев, образующих между собой и с другими звеньями механизма три кинематические пары (рис. 1.4). Присоединив такую группу внешними парами А и О ₂ к кривошипу 1 и к стойке О (рис. 1.5), получим четырехзвенный механизм О ₁ АВО ₂ (рис. 1.6).

По классификации Л.В. Ассура – И.И. Артоболевского класс группы Ассура определяется числом кинематических пар, образующих наиболее сложный замкнутый контур. Если замкнутый контур отсутствует, то выбирается звено с наибольшим числом кинематических пар. Так, группа Ассура на рис. 1.4 является группой II класса, а на рис. 1.7 – III класса.

Порядок группы Ассура определяется числом кинематических пар, которыми группа присоединяется к имеющемуся механизму. Эти пары называются внешними.

Группы Ассура II класса второго порядка подразделяются на пять видов в зависимости от числа и расположения вращательных и поступательных пар. Наиболее часто встречающиеся виды показаны на рис 1.8.

 

Примеры групп Ассура различных классов и порядков представлены на рис.1.9.

 

Класс механизма определяется классом наиболее сложной группы Ассура. Знание класса механизма позволяет выбрать соответствующий метод кинематического и кинетостатического исследования данного механизма.

По классификации Л.В. Ассура – И.И. Артоболевского простейший двухзвенный механизм состоит из одного подвижного входного звена, например кривошипа 1, и стойки О, соединенных одной низшей кинематической парой V класса О ₁ (рис. 1.5). Такой механизм называется механизмом I класса (первичным механизмом) и степень его подвижности равна единице:

Более сложные механизмы образуются присоединением к входному звену и стойке групп Ассура, обладающих нулевой степенью свободы. При этом число степеней свободы механизма W не изменяется.

Рассмотрим образование механизма на конкретном примере (рис. 1.10). К входному звену 1 и стойке О сначала присоединяется группа Ассура II класса, состоящая из двух звеньев 2, 3 и кинематических пар А, В, О ₂, образуя механизм О ₁ АВО ₂. Затем присоединяется другая группа Ассура также II класса, состоящая из звеньев 4, 5 и кинематических пар D, E, F, образуя более сложный механизм О ₁ АВО ₂ DEF.

Формула строения механизма имеет вид:

 

 

Рассмотренный в предыдущем примере механизм является механизмом II класса, так как обе присоединенные группы Ассура – группы II класса.

Класс механизма зависит от того, какое из звеньев является входным. Так, при входном звене 1 механизм на рис. 1.11 имеет одну группу Ассура III класса и принадлежит к III классу механизмов. При входном звене 5 это будет уже механизм II класса, образованный звеньями 1, 2 с кинематической парой А, В, О ₁ и звеньями 3, 4 с кинематическими парами D,C,O ₂.

В процессе структурного анализа механизма от него последовательно отсоединяются группы Асура, причем сначала отсоединяется группа, наиболее удаленная от входного звена. После отсоединения всех групп Ассура остаются входное звено и стойка. Отсоединение группы Ассура не изменяет степени подвижности оставшейся части механизма, то есть движение звеньев остается неизменным.

При выполнении структурного анализа в первую очередь отсоединяются простейшие группы Ассура II класса, состоящие из двух звеньев и трех кинематических пар. Если это невозможно, то отсоединяются более сложные кинематические цепи с нулевой степенью свободы. При этом надо помнить, что в группах Ассура всегда четное число звеньев, а число кинематических пар кратно трем.

Выполняя структурный анализ, необходимо иметь в виду, что входное звено и стойка не входят в группу Ассура, а каждое звено и каждая кинематическая пара входят только в одну группу Ассура.

 

1.2. Порядок выполнения лабораторной работы

 

1. Ознакомиться с механизмом, установить его назначение (например, преобразование вращательного движения в поступательное), определить число звеньев и кинематических пар.

2. Вычертить структурную схему механизма, направление движения входного звена показать стрелкой.

3. Пронумеровать звенья арабскими цифрами в порядке их присоединения к входному звену. Кинематические пары обозначить прописными буквами латинского алфавита. Кинематические пары со стойкой обозначаются, как правило, через О ₁, О ₂, О ₃…

4. Составить таблицу кинематических пар, в которой произвести их классификацию по трем признакам (см. табл. 1.1).

Таблица 1.1

Таблица кинематических пар

№ п/п	Номера звеньев, образующих пару	Условное обозначение	Вид относительного движения	Высшая или низшая пара	Класс пары, s
…	0 – 1   …	…	вращательное   …	Н   …	…

 

5. Определить степень свободы механизма по формуле Чебышева (при наличии избыточных связей и степеней свободы показать, в чем они заключаются).

6. Отделить входное звено и стойку, разложить оставшуюся кинематическую цепь на группы Ассура.

7. Составить формулу строения механизма, показывающую порядок присоединения групп Ассура.

8. Определить класс, порядок, вид (для групп II класса) групп Ассура и класс механизма в целом.

9. Выбрать в качестве входного другое звено и повторить структурный анализ.

10. Оформить отчет о работе.

 

1.3. Вопросы для самоконтроля

 

1. Что называется деталью, звеном, кинематической парой, кинематической цепью, механизмом?

2. По каким признакам классифицируются кинематические пары?

3. Как определить число степеней свободы плоского механизма?

4. Что называется пассивными связями и лишними степенями свободы? Приведите примеры.

5. Что называется группой Ассура?

6. В чем заключается основной принцип образования механизмов по Ассуру – Артоболевскому? Составьте механизм из водного звена со стойкой и нескольких групп Ассура.

7. Как определить класс, порядок и вид группы Ассура, а также класс механизма в целом?

8. В какой последовательности производится разложение схем механизма на структурные группы Ассура?

9. Как производится замена высших пар низшими?

10. Каков порядок структурного анализа механизма с высшими кинематическими парами?

11. В механизме с заданным входным звеном показать группы Ассура.