Кинематические пары механизмов и классификация

Структурный анализ плоских механизмов

 

Методическое пособие к курсовой работе

по дисциплине "Теория механизмов и машин"

 

 

Екатеринбург 2014г.

УДК 631.3.004.67

 

Структурный анализ механизмов. Методическое пособие к курсовой работе по дисциплине "Теория механизмов и машин" для студентов, направления обучения «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» /сост. Ольга Владимировна Бердюгина, - Екатеринбург, Урральский ГАУ, 2014 – 16с.

 

 

Одобрено на заседании кафедры ГР и ДМ протокол № 2 от 17.10.2014г.

 

 

Составитель: доцент Бердюгина Ольга Владимировна

 

 

Методическое пособие предназначено для студентов направления обучения «Агроинженерия» заочного образования.

 

 

ЛР №020769 © Уральский государственный

аграрный университет, 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1.1.Общие понятия................................................................................. 4

1.2. Название звеньев в механизме....................................................... 5

1.3. Кинематические пары механизмов и классификация................ 6

1.4. Степень подвижности плоских рычажных механизмов W....... 9

1.5. Структурная классификация плоских рычажных механизмов (группы Ассура). 9

1.6. Пример структурного анализа плоского рычажного механизма 12

1.7. Контрольные вопросы при защите структурного анализа механизма. 14

1.8.Список литературы........................................................................ 14

 

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ

 

Цель структурного анализа механизма - определить число звеньев механизма, название звеньев, число и класс кинематических пар, степень подвижности механизма, класс и вид структурных групп, класс механизма в целом, структурную формулу механизма (порядок сборки).

Общие понятия.

Механизмом - называется совокупность подвижно соединенных между собой звеньев, совершающих под действием приложенных к ним сил, определенные целесообразные движения. Механизм предназначен для преобразования заданных движений одного или нескольких тел в требуемое движение других тел.

Деталью называется простейшая часть механизма (звена) изготовленная без применения сборочных операций (т.е. изделие, которое не может быть разделено на более мелкие части без нарушения возможности исполнения ими своих функций).

Любой механизм состоит из неподвижного звена (стойка) и подвижных звеньев.

Звеном называется одна деталь или несколько деталей, соединённых друг с другом неподвижно.

Стойкой называется неподвижная часть механизма (неподвижное звено).

Ведущими или входными звеньями в механизме называют звенья, к которым приложены силы, приводящие механизм в движение.

 

! На схемах звенья механизма нумеруются арабскими цифрами, начиная с ведущего звена. Порядок нумерации звеньев производится по ходу передачи движения в механизме.

1.2 Название звеньев в механизме.

! Название звена в механизме определяется видом движения, которое совершает звено.

 

Кривошип – это звено механизма, которое совершает вращательное движение вокруг оси, связанной со стойкой механизма. Кривошип делает полный оборот вокруг оси.

Шатун - звено механизма, совершающее плоскопараллельное движение и образующее соединения только с подвижными звеньями механизма.

Коромысло - звено механизма, которое совершает вращательное движение вокруг неподвижной оси, связанной со стойкой. Коромысло, в отличие, от кривошипа делает неполный оборот вокруг оси, т.е качается вокруг стойки.

Ползун - звено, совершающее поступательное движение по неподвижной стойке (направляющей).

Кулисой называется подвижная направляющая для ползуна, в этом случае ползун называется - кулисным камнем и он совершает сложное движение.

Качающийся ползун – это ползун, вращающийся вокруг оси, связанной со стойкой, и в котором поступательно двигается кулиса.

Шток - звено, входящее в поступательную пару с качающейся шайбой.

! Название механизма образуется из названий первого и последнего подвижных звеньев механизма.

 

Пример 1 (рис.1.1):

В

Звено 1– кривошип О₁А (вращательное движение),

Звено 2 – шатун АВ (плоское движение),

Звено 3– коромысло ВО₂ (вращательное движение).

 

 

Рис 1.1- Кривошипно-коромысловый механизм

Пример 2 (рис.1.2):

Звено1 - кривошип О₁А (вращательное движение),

Звено 2 – шатун АВ (плоское движение),

Звено 3 –ползун В (поступательное движение).

 

Рис.1.2 – Кривошипно-ползунный механизм.

 

Пример 3 (рис.1.3):

 

Звено1 – кривошип О₁А (вращательное движение),

Звено 2 – кулисный камень (сложное движение),

Звено 3 – кулиса (вращательное движение).

 

 

Рис.1.3 – Кривошипно-кулисный механизм

Кинематические пары механизмов и классификация.

Кинематическая пара -это подвижное соединение двух звеньев, допускающее их относительное движение. Поверхности, линии, точки соприкосновения звеньев называются элементами кинематической пары.

Если рассматривать звено, как тело, свободно движущееся в пространстве, то оно обладает шестью степенями свободы (подвижности), т.е. может совершать 6 движений (рис.1.4):

Н = 6

· З вращательных движения относительно осей

· 3 поступательных движения вдоль осей x,y,z.

z

y

x рис.1.4.

Любое соединение тел, т.е. образование кинематической пары ограничивает те или иные относительные движения каждого звена. Эти ограничения называют условиями связи, или просто связями – S. Число условий связи в кинематической паре находится в пределах 1 ≤S ≤ 6,так как:

S = 6 - H

· при S =0 звенья не соприкасаются, и кинематическая пара перестает существовать,

· при S =6 пара переходит в жесткое соединение двух звеньев.

Число условий связи S и число степеней свободы H являются структурными характеристиками кинематических пар.

! На кинематических схемах кинематические пары обозначаются прописными буквами латинского алфавита. Соединение подвижных звеньев со стойкой буквами О₁, О₂ и т.д.

Классификация кинематических пар производится по следующим признакам:

1. по числу условных связей - на 5 классов (I., II., III, IV, V);

2. по виду элементов - низшие и высшие пары;

3. по типу замыкания пары - силовые и геометрические.

! Класс кинематической пары определяется числом связей, наложенных на движения в паре.

Число связей определяется по формуле:

S = 6 – H,

где, S – число условных связей;

H – количество возможных движений;

6 – число движений свободного тела в пространстве.

В расчётах и формулах кинематические пары обозначаются строчной буквой «р», в нижнем индексе буквы указывается класс пары, например:

р₃ – кинематическая пара 3 класса;

р₅ - кинематическая пара 5 класса.

В таблице 1.1. приведены кинематические пары, их условные изображения на схемах, определены подвижность в парах и их класс по числу условных связей.

Низшей кинематической парой называется пара, в которой соприкосновение элементов звеньев происходит по поверхности (р_3, р₄, р₅) (см. таблицу 1.1).

Высшей кинематической парой называется пара, в которой соприкосновение элементов звеньев происходит по линии (р₂) или в точке (р₁) (см. таблицу 1.1).

Таблица 1.1

Для того чтобы элементы кинематических пар находились в постоянном соприкосновении, они должны быть замкнуты (т.е. звенья должны всегда соприкасаться).

Геометрическими парами называют пары, в которых замыкание осуществляется существующими геометрическими формами элементов звеньев (р₅, р₄, р₃) (смотри таблицу 1.1).

Силовыми парами называются пары, в которых замыкание осуществляется силой веса – это пары 1 и 2 класса (смотри таблицу 1.1) и силой упругости пружины, например пара «толкатель - кулачок» и т.п.