Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Санкт-Петербургский институт машиностроения (ВТУЗ-ЛМЗ)

Кафедра теории механизмов и деталей машин

 

СОСТАВЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ МЕХАНИЗМОВ.

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ

 

 

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

 

Санкт-Петербург 2009

Составление кинематических схем механизмов. Структурный анализ механизмов: Метод. указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех специальностей.

Изложены общие теоретические сведения для самостоятельной проработки соответствующих разделов курса ''Теория механизмов и машин''. Указан порядок выполнения работы и содержание отчёта, приведены контрольные задания и вопросы.

 

Составители: к.т.н., доц. В.А. Трубняков

ст. преп. Н.В. Дубошина

 

Рецензент: к.т.н., доц. А.А.Янсон

 

Методические указания утверждены на заседании кафедры

 

 

Редактор: Г.Л. Чубарова

 

П21(03)

__________________________________________________________________

Подписано в печать 24.03.2009 Формат 60х90 1/16

Бумага тип. №3 Печать офсетная Усл. печ. л. 1,75

Уч.-изд. л. 1,75 Тираж 120 экз. Заказ 8

Издание Санкт-Петербургского института машиностроения

195197, Санкт-Петербург, Полюстровский пр. 14

__________________________________________________________________

ОП ПИМаш

Лабораторная работа №1

 

СОСТАВЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ МЕХАНИЗМОВ

Цель работы – развитие навыка в составлении и чтении кинематических схем, ознакомление с различными типами механизмов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Механизм - это система подвижно связанных между собой материальных тел, предназначенная для преобразования движения и преодоления сил с помощью двигателя.

Механизм состоит из звеньев. Звено - это одна или несколько деталей, движущихся как одно целое. Деталь - это изделие, изготовленное без сборочных операций.

Два звена, подвижно связанных между собой, образуют кинематическую пару.

 

ВИДЫ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАР

 

По виду относительного движения звеньев кинематические пары делятся на плоские и пространственные.

По характеру контакта звеньев кинематические пары делятся на высшие и низшие. В высшей кинематической паре контакт звеньев происходит по линии или в точке. Одно звено относительно другого имеет возможность перекатываться и скользить. В низшей кинематической паре звенья касаются по поверхности (плоскость, цилиндрическая поверхность, сфера, винтовая поверхность).

В относительном движении звеньев при этом возможно лишь скольжение.

Кинематические пары классифицируют по числу Н степеней свободы в относительном движении (число независимых подвижностей) или по числу S условий связи (ограничений), накладываемой парой на движение одного звена относительно другого. Так как для свободного тела в пространстве число степеней свободы равно шести, то величины Н и S связаны соотношением Н = 6 - S, где S = 1,2,3,4,5. При S = 0 пары не существует, а имеются два независимых тела. При S = 6 пара становится жёстким соединением деталей, т.е. одним звеном.

Ниже даны примеры наиболее распространённых кинематических пар, варианты их условных изображений на схемах.

 

 

Одноподвижные кинематические пары (Н = 1)

а) плоская, низшая, вращательная пара (плоский шарнир)

 

Рис.1

 

б) плоская, низшая, поступательная пара

 

Рис.2

 

 

в) пространственная, низшая винтовая кинематическая пара

 

В данной паре (винт-гайка) вращательное и поступательное движения одного из звеньев связаны между собой.

 

Рис.3

 

Двухподвижные кинематические пары (Н = 2 )

 

а) плоская высшая кулачковая

кинематическая пара

 

Рис.4

 

б) пространственная низшая кинематическая пара –цилиндрический шарнир

Рис.5

 

Трёхподвижные кинематические пары (Н = 3)

 

а) пространственная низшая кинематическая пара - сферический

шарнир

 

Данная пара допускает три независимых вращательных движения вокруг осей x, y, z.

 

Рис.6

б) пространственная высшая кинематическая пара (образуется при касании по линии двух цилиндрических поверхностей)

 

 

Рис.7

 

Пространственная высшая четырёхподвижная кинематическая пара (Н=4)

Данная пара образуется при касании по линии цилиндрической поверхности и плоскости.

 

 

ческая пара (

 

Рис.8

 

Пространственная высшая пятиподвижная кинематическая пара (Н = 5)

 

Данная кинематическая пара образуется при точечном контакте двух сфер или сферы и плоскости.

Рис.9

 

 

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ЦЕПИ, ОБРАЗОВАНИЕ МЕХАНИЗМА

 

Система звеньев, соединённых с помощью кинематических пар, называется кинематической цепью.

В зависимости от строения различают открытые и замкнутые цепи. В открытой цепи имеются звенья, входящие лишь в одну кинематическую пару (рис.10, а). В замкнутой цепи (рис.10, б) каждое звено входит не менее чем в две кинематические пары.

Рис.10

 

Механизм можно получить из кинематической цепи, если одно из звеньев сделать неподвижным относительно всех других звеньев, входящих в состав данной цепи. Это звено называют стойкой (корпус, станина, рама).

В механизме имеются входные и выходные звенья. Входному звену сообщается движение от двигателя. Выходное звено реализует движение, для которого предназначен механизм.

Механизмы могут иметь несколько входных или выходных звеньев. Например, дифференциал автомобиля при одном входном звене, получающем движение от двигателя, имеет два выходных звена, приводящих в движение колёса.

 

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ МЕХАНИЗМОВ

 

В данных методических указаниях рассматриваются только жесткозвенные механизмы, в которых размеры звеньев в процессе работы не меняются (если не учитывать упругие деформации).

Исходя из кинематических, конструктивных и функциональных свойств их подразделяют на рычажные, кулачковые, фрикционные, зубчатые и винтовые.

 

РЫЧАЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

 

Эти механизмы образованы соединением звеньев с помощью вращательных (рис.1) и поступательных (рис.2) низших кинематических пар.

Далее приводятся схемы наиболее распространённых плоских рычажных четырёхзвенных механизмов. Более сложные механизмы могут быть получены путём присоединения к ним групп звеньев с помощью кинематических пар.

 

КРИВОШИПНО-ПОЛЗУННЫЙ МЕХАНИЗМ

 

Этот механизм может быть образован из замкнутой кинематической цепи (рис.10, б), если сделать неподвижным звено 4.

Рис.11

За наиболее часто применяемыми звеньями закреплены специальные названия:

1- кривошип, совершает вращательное движение;

2- шатун, совершает сложно-плоское движение, не имеет неподвижных точек. Он передаёт движение от входных (ведущих) звеньев к выходным (ведомым).

3- ползун, совершает возвратно-поступательное движение в неподвижных направляющих стойки 4.

Расстояние е называется эксцентриситетом. В частном случае, когда е=0, механизм называется центральным.

Эта схема наиболее распространена, так как используется в двигателях внутреннего сгорания.

При вычерчивании схемы механизма необходимо обеспечить возможность проворачивания кривошипа. Для этого должно быть выполнено условие: АВ > ( ОА + е). С целью улучшения условий передачи сил длину шатуна назначают в 3-4 раза больше (ОА + е).

 

КУЛИСНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Механизм может быть образован из замкнутой кинематической цепи (рис.10, б), если сделать неподвижным звено 1 (рис.12).

 

Звено 3 в таком механизме называется кулисой. Она образует низшую поступательную кинематическую пару со звеном 2, которое, в данном случае, называется кулисным камнем.

Если ОА < ОК, то кулиса совершает качательное движение, если ОА > ОК-вращателльное.

 

Рис.12

 

При замене вращательной пары 3 - 4 на поступательную получим кулисный механизм с поступательно движущейся кулисой (рис.13).

 

Рис.13

 

Если в кинематической цепи (рис.10, б) неподвижным сделать звено 2, то получается другой вариант (рис.14) кулисного механизма с качающейся кулисой 3.

 

Рис.14

 

 

МЕХАНИЗМ ШАРНИРНОГО ЧЕТЫРЁХЗВЕННИКА

 

Этот механизм образуется с использованием только низших вращательных кинематических пар. Выходное звено ВК в таком механизме может качаться или вращаться (в зависимости от выбранных размеров звеньев). В первом случае (рис.15) выходное звено 3 называется коромыслом. Во втором случае (рис.16) выходное звено также кривошип, а механизм называется двухкривошипным.

 

 

1-кривошип

2-шатун

3-коромысло

4-стойка

 

Рис. 15

1-кривошип

2-шатун

3-кривошип

4-стойка

 

 

Рис.16

 

КУЛАЧКОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ

 

На рис.17 представлены наиболее часто применяемые схемы плоских кулачковых механизмов. Входным (ведущим) звеном является вращающийся кулачок 1. Ведомое звено называется толкателем 3. Для уменьшения потерь на трение в конструкциях кулачковых механизмов часто предусматривают ролик 2, образующий вращательную пару с толкателем.

В названии кулачкового механизма указывается вид движения толкателя и вид его рабочей поверхности.

На рис.17, а представлена схема кулачкового механизма с поступательным роликовым толкателем. В этом механизме ось вращения кулачка и линия перемещения центра ролика в общем случае смещены относительно друг друга. Расстояние е между ними называется эксцентриситетом. В частном случае, когда е = 0, механизм называют центральным кулачковым механизмом с поступательным роликовым толкателем.

Механизм на рис.17, б называется кулачковым механизмом с качающимся роликовым толкателем.

На рисунках 17, в и 17, г представлены механизмы с плоским толкателем: кулачковый механизм с поступательным плоским толкателем и механизм с качающимся плоским толкателем.

Рис.17

 

 

ФРИКЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ

 

 

В этих механизмах движение от входного звена к выходному передаётся за счёт сил трения, возникающих в результате контакта этих звеньев.

Простейшая фрикционная передача показана на рис.18. Она состоит из двух цилиндрических катков и стойки. Один каток прижимается к другому силой упругости пружины.

 

Рис.18

ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ

 

В технике различают трёхзвенные зубчатые передачи, многоступенчатые передачи и планетарные передачи. Трёхзвенная передача состоит из двух зубчатых колёс и стойки.

Передача, в которой угловая скорость ведомого звена меньше, чем угловая скорость ведущего звена, называется понижающей передачей (редуктор). Если в зубчатой передаче происходит увеличение угловой скорости ведомого звена, передача называется повышающей (мультипликатор).

На рис.19 приводятся условные изображения трёхзвенной цилиндрической зубчатой передачи внешнего зацепления (рис.19, а), цилиндрической передачи внутреннего зацепления (рис.19, б) и реечной зубчатой передачи.

На условных изображениях плоских и пространственных зубчатых пар колёса на виде с торца изображают штрихпунктирными линиями. Зубья изображают только на зубчатой рейке. На виде сбоку зубчатые колёса изображают сплошными линиями.

Рис.19

В некоторых случаях на кинематической схеме требуется различать прямозубые и косозубые колёса. Соответствующие условные обозначения представлены на рис.20, а и 20, б.

Для различения колёс, вращающихся на оси и закреплённых на валу, применяют условные обозначения колёс по рис.20, в и 20, г.

 

Рис. 20

На рис.21 показано в двух проекциях условное изображение конической зубчатой передачи, которая передаёт вращение между пересекающимися осями.

 

 

Рис.21

 

 

На рис.22 приводятся условные изображения червячной передачи с цилиндрическим червяком (рис.22, а) и винтовой зубчатой передачи (рис.22,б).

Рис.22

 

Оси колёс в этих передачах перекрещиваются. Червячная передача применяется для передачи вращения от червяка к червячному колесу в качестве понижающей передачи. При зацеплении зубья червяка и колеса находятся в линейном контакте. Винтовая зубчатая передача состоит из двух косозубых (винтовых) колёс. Ввиду того, что зубья в винтовой передаче касаются в точке, её нагрузочная способность ниже, чем нагрузочная способность червячной передачи.

На кинематических схемах червячных и винтовых передач должно быть задано направление винтовой линии червяка в червячной передаче и направление винтовой линии одного из зубчатых колёс винтовой зубчатой передачи. Различают правые и левые винтовые линии.

Для определения направления винтовой линии следует мысленно перемещаться по образующей цилиндрической заготовке червяка или косозубого колеса, начиная движение от любого из двух его торцов, до встречи с винтовой линией и, рассматривая винтовую линию как препятствие, продолжать движение по винтовой линии. Если при этом потребуется повернуть направо, винтовая линия называется правой, при повороте налево-левой винтовой линией. На кинематических схемах по рис.22 червяк и косозубое колесо винтовой передачи представляют собой соответственно правый червяк и левое косозубое колесо.

На рис.23 представлены условные изображения двух наиболее часто применяемых планетарных механизмов: плоской планетарной передачи (рис.23, а) и конической планетарной передачи (рис.23, б). Планетарными называются механизмы, которые имеют зубчатые колёса, оси которых вращаются в пространстве. Планетарные механизмы с одной степенью свободы (с одним двигателем) называются планетарными передачами.

Зубчатые колеса а и в планетарных передач называются центральными. Колесо в в рассматриваемых схемах представляет собой неподвижное колесо. Колесо с с подвижной осью вращения называется планетарным (сателлит). Звено h называется водило.

В планетарных механизмах, представленных на рис.23, передача движения возможна от колеса а к водилу h и наоборот.

В первом случае планетарная передача является понижающей, во втором-- повышающей передачей.

Рис.23

ВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Простейший винтовой механизм (рис.24) состоит из винта 1, гайки 2 и стойки 3. Гайка является одновременно ползуном, который перемещается поступательно в неподвижных направляющих. Этот механизм называют также передачей ''винт-гайка''.

Рис.24

 

1. МЕТОДИКА СОСТАВЛЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ

РЫЧАЖНЫХ И КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМОВ

 

Кинематические схемы составляют с применением стандартных условных изображений звеньев и кинематических пар по моделям механизмов, чертежам и описаниям механизмов.

В описаниях механизмов применяют указанные выше общепринятые названия простейших механизмов, звеньев и кинематических пар. Описание обеспечивает возможность составления кинематической схемы механизма.

Пусть (по описанию) рычажный шестизвенный механизм образован на основе кривошипно-ползунного механизма путём присоединения к нему шатуна и коромысла. Присоединяемый шатун (по заданию) должен составлять вращательную пару с шатуном кривошипно-ползунного механизма и передавать движение коромыслу.

При составлении кинематической схемы заданного механизма вначале вычерчивается схема кривошипно-ползунного механизма. Учитывая, что коромысло должно составлять вращательную пару со стойкой механизма и выполняя условия, поставленные в описании механизма,

получаем кинематическую схему шестизвенного механизма (рис.25).

Рис. 25

Аналогичным способом составляются кинематические схемы многозвенных механизмов, получаемые путём усложнения простейших кулачковых механизмов.

Ниже приводятся типовые задания на составление кинематических схем рычажных и кулачковых механизмов по их описанию.

1.1. Составить кинематическую схему кривошипно-коромыслового механизма. Ось вращения кривошипа и ось качания коромысла расположить на общей вертикали.

1.2. Составить кинематическую схему кулисного механизма с вращающейся кулисой. Оси вращения кривошипа и кулисы расположить на общей горизонтали

1.3. Составить кинематическую схему двухкривошипного механизма. Оси вращения кривошипов расположить на общей вертикали. Дополнить механизм шатуном и ползуном. Ползун должен перемещаться в неподвижных вертикальных направляющих, расположенных ниже оси вращения ведомого кривошипа и получать от него движение при помощи шатуна, составляющего вращательные пары с кривошипом и ползуном.

1.4. Составить кинематическую схему кулисного механизма с качающейся кулисой. Ось вращения кривошипа расположить на общей вертикали с осью качания кулисы выше оси кулисы. Дополнить механизм шатуном и ползуном. Ползун должен перемещаться в неподвижных горизонтальных направляющих и получать движение от кулисы при помощи шатуна, составляющего вращательные пары с кулисой и ползуном.

1.5. Составить кинематическую схему центрального кулачкового механизма с поступательным роликовым толкателем. Толкатель должен перемещаться в горизонтальных направляющих.

1.6. Составить кинематическую схему кулачкового механизм с качающимся плоским толкателем. Ось качания толкателя расположить на общей вертикали с осью вращения кулачка выше оси кулачка.

1.7. Составить кинематическую схему кулачкового механизма с качающимся роликовым толкателем. Присоединить два звена: шатун и коромысло. Движение к коромыслу передаётся от толкателя при помощи шатуна. Ось вращения кулачка, оси качения толкателя и коромысла расположить на общей горизонтали.

1.8. Составить кинематическую схему кулачкового механизма с плоским поступательным толкателем. Толкатель перемещается в горизонтальных направляющих. Передать движение от толкателя качающейся кулисе при помощи кулисного камня, составляющего поступательную пару с кулисой и вращательную пару с толкателем.

.

 

2. МЕТОДИКА СОСТАВЛЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ

ЗУБЧАТЫХ И ВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ

В лабораторной работе проводят составление кинематических схем многоступенчатых передач, а также механизмов различных типов с зубчатым приводом. Многоступенчатой зубчатой передачей называется передача, в которой используется несколько зубчатых пар с неподвижными осями вращения зубчатых колёс.

Пусть требуется составить кинематическую схему понижающей трёхступенчатой передачи, в которой первая ступень (от двигателя) представляет собой цилиндрическую передачу, вторая - коническую, третья - червячную передачи.

При составлении кинематических схем многоступенчатых передач следует применять схемы трёхзвенных зубчатых механизмов (одноступенчатых передач). В нашем случае получаем схему, представленную на рис.26, а.

Усложним задачу. Пусть требуется, чтобы в этой передаче оси первого и последнего валов были параллельны и валы вращались в одну сторону.

Для получения схемы с параллельными осями первого и последнего валов изменяем в пространстве положение оси вращения вала червячного колеса (рис.26, б). Согласуем направления вращения первого и последнего валов. Назначим для пробы правый червяк. Задаём произвольно направление вращения ведущего колеса в первой зубчатой паре и определяем направление вращения последнего вала. Убеждаемся, что червячное колесо вращается в ту же сторону, что и входное колесо передачи.

В противном случае требуется изменить направление винтовой линии червяка.

Рис.26

На рис.27 представлена кинематическая схема трёхступенчатого механизма, включающего понижающую коническую планетарную передачу, цилиндрическую зубчатую передачу и винтовой механизм (передача “винт-гайка”). Условные изображения подшипников валов зубчатых колёс с неподвижными осями вращения рекомендуется штриховать аналогично тому, как это принято для рычажных, кулачковых и планетарных механизмов.

Рис.27

 

Ниже приводятся типовые задания на составление кинематических схем плоских зубчатых и комбинированных механизмов по их описанию.

 

2.1. Составить кинематическую схему понижающей зубчатой двухступенчатой плоской передачи, в которой первая ступень (от двигателя) представляет цилиндрическую передачу внешнего зацепления, а вторая ступень - внутреннего зацепления. Оси валов расположить на общей горизонтали.

2.2. Составить кинематическую схему двухступенчатой плоской зубчатой передачи, в которой первая ступень представляет собой понижающую цилиндрическую передачу внешнего зацепления, а вторая - реечную передачу. Рейка перемещается в вертикальных направляющих (схема реечного домкрата).

2.3. Составить кинематическую схему кривошипно-ползунного механизма с приводом от двигателя через цилиндрическую передачу внешнего зацепления.

2.4. Составить кинематическую схему кривошипно-коромыслового механизма с приводом от двигателя через цилиндрическую передачу внутреннего зацепления.

 

3. В следующих заданиях требуется составить кинематические схемы пространственных многоступенчатых зубчатых передач.

3.1. Составить кинематическую схему понижающей двухступенчатой передачи, в которой первая ступень цилиндрическая, вторая - коническая. Оси первого и последнего валов скрещиваются под углом 90о.

3.2. Составить кинематическую схему понижающей двухступенчатой передачи, в которой первая ступень червячная, вторая – винтовая зубчатая. Оси первого и последнего валов параллельны. Валы вращаются в одну сторону. Червяк первой ступени правый. Определить направление винтовой линии косозубых колёс винтовой зубчатой пары.

3.3. Составить кинематическую схему трёхступенчатой понижающей передачи, в которой первая ступень винтовая зубчатая, вторая – цилиндрическая, третья – коническая. Оси первого и последнего валов параллельны, валы вращаются в разные стороны. Определить направление винтовой линии для зубчатых колёс винтовой пары.

3.4. Составить кинематическую схему трёхступенчатой понижающей передачи, в которой первая ступень коническая, вторая винтовая, третья червячная. Оси первого и последнего валов параллельны. Ведущее колесо винтовой зубчатой пары левое, червяк правый. Задать направление вращения первого вала и определить направление вращения последнего вала.

 

4. В следующих заданиях требуется составить кинематические схемы механизмов, включающих в себя планетарные и винтовые механизмы (передачу “винт-гайка”).

4.1. Составить кинематическую схему понижающей двухступенчатой передачи, в которой первая ступень представляет собой червячную передачу, а в качестве второй ступени применена коническая планетарная передача.

4.2. Составить кинематическую схему двухступенчатой передачи, в которой первая ступень представляет собой коническую передачу, а в качестве второй применена плоская повышающая планетарная передача.

4.3. Составить кинематическую схему передачи “винт-гайка” с приводом от двигателя через понижающую плоскую планетарную передачу.

4.4. Составить кинематическую схему винтового механизма (передача “винт-гайка”) с приводом от двигателя через понижающую червячную передачу. Ползун-гайка перемещается по вертикальным направляющим (схема винтового домкрата).

 

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. Перед началом выполнения работы преподаватель проверяет подготовленность студентов, используя контрольные вопросы, приводимые ниже.

2. Усвоить методику составления кинематических схем путём составления их под руководством преподавателя.

3. Составить 3 - 4 кинематические схемы по приведённым выше описаниям схем или по моделям механизмов, имеющимся в лаборатории.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

 

Отчет выполняется на листах формата А4 с соблюдением требований ЕСКД.

Задания на составление кинематических схем вписываются (разборчиво) от руки.

Составленные схемы вычерчиваются при помощи циркуля и линейки. Необходимо пронумеровать все звенья и дать им названия.

Допускается применение компьютерной графики.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Звено - это:

а) любая деталь механизма;

б) одна или несколько деталей, движущихся как одно целое.

2. Кинематическая пара - это:

а) два звена, совершающих, одинаковые движения;

б) подвижное соединение двух звеньев;

в) два звена, движущиеся с одинаковыми скоростями.

3. Звенья в низшей кинематической паре соприкасаются:

а) по линии; б) в точке в) по поверхности.

4. Звенья в высшей кинематической паре соприкасаются:

а) по линии или в точке;

б) по цилиндрической поверхности;

в) по плоскости.

5. Число степеней свободы тела в пространстве равно:

а) одна; б) шесть; в) три;

6. Число степеней свободы тела на плоскости равно:

а) одна; б) две; в) три.

7. Кинематическая пара, имеющая пять связей это:

а) одноподвижная; б) пятиподвижная; в) трёхподвижная.

8. Кинематическая пара, имеющая одну связь это:

а) двухподвижная; б) одноподвижная; в) пятиподвижная.

9. Движение для приведения в работу других звеньев механизма сообщается:

а) входному звену; б) выходному звену; в) вращающемуся звену.

10. Кривошип - это звено, совершающее:

а) сложно - плоское движение;

б) вращательное движение;

в) поступательное движение.

11. Шатун - это звено, совершающее:

а) вращательное движение;

б) сложно-плоское движение;

в) качательное движение.

12. Ползун - это звено, которое:

а) совершает плоское движение;

б) движется поступательно в неподвижных направляющих;

в) совершает качательное движение.

13. Кулиса - это:

а)подвижное звено, образующее поступательную кинематическую пару с другим подвижным звеном механизма;

б) ведомое звено механизма;

в) звено, совершающее сложно-плоское движение.

14. Кулисный камень - это:

а) звено, совершающее возвратно-поступательное движение;

б) неподвижное звено механизма;

в) звено, образующее поступательную пару с кулисой.

15. Коромысло – это звено, совершающее:

а) вращательное движение; б) качательное движение;

в) сложно-плоское движение.

16. Нарисуйте схему кривошипно-ползунного механизма.

17. Нарисуйте схему механизма шарнирного четырёхзвенника.

18. Нарисуйте схему кулисного механизма с качающейся кулисой.

19. Нарисуйте схему кулисного механизма с поступательно

движущейся кулисой.

20. Нарисуйте схему цилиндрической зубчатой передачи

внешнего зацепления.

21. Нарисуйте схему цилиндрической зубчатой передачи

внутреннего зацепления.

22. Нарисуйте схему конической зубчатой передачи.

23. Нарисуйте схему червячной передачи.

24. Нарисуйте схему винтовой зубчатой передачи.

25.Нарисуйте схему кулачкового механизма с поступательным

роликовым толкателем.

26. Нарисуйте схему кулачкового механизма с поступательным

плоским толкателем.

27. Нарисуйте схему кулачкового механизма с коромысловым

роликовым толкателем.

28. Нарисуйте схему кулачкового механизма с коромысловым

плоским толкателем.

 

Лабораторная работа №2

 

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ

 

Цель работы - усвоение и применение методики структурного анализа механизмов.

Структурный анализ позволяет вскрыть закономерности строения механизмов и представить их в систематическом порядке.

Методы кинематического и силового расчёта механизмов основаны на их структурном анализе.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Числом степеней свободы механизма называется число независимых геометрических параметров, однозначно определяющих положение всех его подвижных звеньев в пространстве.

Для определения числа степеней свободы пространственного механизма можно использовать формулу Малышева:

 

W = 6(n -1) - 5 p 1 - 4 p 2 - 3 p 3 - 2 p 4 - p 5. (1)

 

Здесь: n - число звеньев механизма, включая неподвижное.

Тогда 6(n -1) - общее число степеней свободы подвижных звеньев до соединения их в кинематические пары.

Соединение звеньев в кинематические пары накладывает связи на относительное движение звеньев и ограничивает их подвижность.

Например, каждая одноподвижная пара (рис.1), (рис.2) отнимает у механизма пять степеней свободы, пятиподвижная пара (рис.9) отнимает одну степень свободы. Соответственно:

р 1 – число одноподвижных кинематических пар;

р 2 – число двухподвижных кинематических пар; и так далее…

р 5- число пятиподвижных кинематических пар.

Примеры наиболее распространённых пар приведены на рис.1- рис.9.

Для плоских механизмов, звенья которых двигаются в параллельных плоскостях, используется формула Чебышева:

 

W = 3(n -1) - 2 p 1 - p 2 . (2)

 

Если при расчёте по формулам (1) или (2) получается w ≤ 0, это означает, что данная конструкция не механизм, а статически определимая или неопределимая ферма.

Большинство механизмов, используемых в технике, имеют одну степень свободы, то есть приводятся в движение одним двигателем. Механизмы с двумя степенями называются дифференциальными. Механизмы роботов и манипуляторов имеют четыре и более степеней свободы. Вариант такого механизма показан на рис.28.

 

 

Рис.28

 

Формулы (1) и (2) получены из предположения, что все связи, наложенные на механизм, независимы.

В некоторых механизмах эти условия не выполняются. В общее число наложенных связей может войти q избыточных (пассивных) связей, которые не уменьшают подвижностей механизма. По формулам получается w.≤.0, но механизм (при определённых условиях) является работоспособным.

В качестве примера можно рассмотреть широко распространённый плоский кривошипно-ползунный механизм (рис.11). В нём все четыре кинематические пары являются одноподвижными. При расчёте по формуле Чебышева (2) W = 3 ∙ 3 – 2 ∙ 4 = 1.

Если тот же механизм рассматривать как пространственный, то по формуле Малышева (1) W = 6 ∙ 3 – 5 ∙ 4 = -2.

Т.е. в плоском работающем механизме имеются три избыточных (пассивных) связи. Их появление объясняется там, что оси шарниров А, О, В строго параллельны между собой и перпендикулярны плоскости движения ползуна. Если эти условия не выполняются, то работа механизма возможна лишь при изменении подвижностей кинематических пар. Например, если шарнир В заменить на сферический (рис.6), а шарнир А на пространственный (рис.5), тогда по формуле Малышева (1) W = 6 ∙ 3 – 5 ∙ 2 – 4 ∙ 1 – 3 ∙ 1 = 1.

Такое устранение избыточных связей снижает требования к точности изготовления и монтажа звеньев. Однако при этом происходит усложнение конструкции и снижение жёсткости системы.

В ряде случаев избыточные связи вводят специально для повышения жёсткости механизма или устранения неопределённости движения звеньев в некоторых его положениях. Примером может служить плоский механизм сдвоенного параллелограмма (рис.29).

 

Рис.29

 

При расчёте по формуле (2) W = 3 ∙ 4 – 2 ∙ 6 = 0.

А фактически механизм имеет одну степень свободы. Для этого необходимо строгое соблюдение геометрических соотношений:

АВ = СD = ОК, ОА = ВК, = ВD и высокой точности изготовления механизма. При этом дополнительное звено СD не вносит новых геометрических связей. Оно введено для увеличения жёсткости механизма и не даёт возможности во время его работы превращаться из механизма параллелограмма в антипараллелограмм.

В некоторых случаях в механизм вводят лишние (пассивные) степени подвижности. Примером может быть установка ролика между толкателем и кулачком для уменьшения износа в кинематической паре (рис.17, а). При расчёте по формуле Чебышева (2) для плоского механизма: n = 4, р 1 = 3, р 2 = 1

В этом случае W = 3 ∙ 3 – 2 ∙ 3 – 1 = 2, однако, вторая степень свободы является пассивной (вращение круглого цилиндрического ролика вокруг своей оси).

Этот же механизм может служить примером устранения избыточных связей. Если его рассматривать как пространственный, то при предполагаемом линейном контакте ролика с толкателем по формуле Малышева (1): n = 4, р 1 = 3, р 3 = 1. W = 6 ∙ 3 – 5 ∙ 3 – 3 ∙ 1 = 0. Это означает, что из-за неточностей изготовления (непараллельность осей ролика и кулачка) линейный контакт цилиндрических поверхностей ролика и кулачка может превратиться в кромочный. Нормальная работа механизма при этом нарушается. Устранить это можно путём применения бочкообразного ролика (рис.30), имеющего точечный контакт с кулачком.

 

Рис.30

 

Тогда получаем при n = 4, р 1 = 3, р 5 = 1, W = 6 ∙3 – 5 ∙ 3 – 1 = 2, т. е. формула даёт тот же результат, что и для плоского механизма. Однако при этом следует учитывать, что точечный контакт ролика и кулачка, снижая требования к точности изготовления и монтажа, одновременно уменьшает величину передаваемых нагрузок.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. Перед выполнением работы преподаватель проверяет подготовленность студентов. Для этого используются приводимые ниже контрольные вопросы.

2. Усвоить методику определения числа степеней свободы плоских и пространственных механизмов. Проанализировать варианты появления в механизме избыточных связей и пассивных подвижностей.

3. Решить две-три задачи, приводимые ниже, на определение числа степеней свободы механизма.

 

 

5. ЗАДАНИЯ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ МЕХАНИЗМА

 

5.1. Определить по формуле Малышева (1) число степеней свободы конической зубчатой передачи. Контакт зубьев колёс считать точечным.

5.2. Определить по формуле Чебышева (2) число степеней свободы плоской цилиндрической передачи (рис.19, а).

Для этой же передачи, считая её пространственной, определить число степеней свободы по формуле Малышева (1). Предполагается, что зубья колёс образуют высшую кинематическую пару с линейным контактом (рис.7). Определить, какую кинематическую пару должны образовывать зубья колёс, чтобы число степеней свободы по формуле Малышева (1) было равно 1.

5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8, 5.9, 5.10. Определить с помощью расчета число степеней свободы плоского механизма, составленного по заданиям 1.3, 1.4, 1.7, 1.8., 2.1, 2.3, 2.4 соответственно.

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

 

Отчёт выполняется на листах формата А4 с соблюдением требований ЕСКД.

Задание на определение числа степеней свободы вписывается разборчиво от руки. Составленные кинематические схемы вычерчиваются с помощью циркуля и линейки. Все звенья нумеруются, им даются названия. Приводятся используемые формулы с необходимыми пояснениями. Далее приводятся цифровые расчёты по формулам. Каждую кинематическую пару классифицировать, например, (3 - 4) - одноподвижная, плоская, низшая кинематическая пара.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Число степеней свободы механизма равно:

а) числу подвижных звеньев;

б) числу видов движения звеньев;

в) числу независимых координат, определяющих положение всех подвижных звеньев в пространстве.

2. Свободное тело в пространстве имеет шесть степеней свободы. Может ли число степеней свободы механизма быть больше шести?

а) да; б) нет.

3. В пятиподвижной кинематической паре звенья касаются:

а) по поверхности; б) по линии; в) в точке.

4. В одноподвижной кинематической паре звенья касаются:

а) по поверхности; б) по линии; в) в точке.

5. Звено трёхподвижной кинематической пары может совершать:

а) только плоское движение;

б) пространственное движение.

6. Свободное тело на плоскости имеет три степени свободы.

Может ли число степеней свободы плоского механизма быть больше трёх?

а) да; б) нет.

7. Повышенные требования к точности изготовления и монтажа

предъявляются к механизмам, имеющим при структурном анализе:

а) избыточные связи; б) пассивные степени подвижности.

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

 

1. Теория механизмов и машин / Под ред. К.М. Фролова - М.: Высш. шк., 1987.

2. Прикладная механика / Под ред. Г.Б.Иосилевича - М.:Высш.шк., 1989.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Определение физико-химических показателей маргарина | Теоретическая часть. Методы и средства программирования для Интернет


Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных