Фролов К.В. и др. - Теория механизмов и машин, страница 5

Так„например, при работе механизма ДВС, изображенного на рис. 2.1, а, изнашиваются гильза цилиндра и поршневые кольца, коренная А и шатунная 8 шейки коленчатого вала 1 и т, д. Поэтому правильный выбор вида кинематической пары, ее геометрической формы, размеров, конструкционных и смазочных материалов имеет большое значение при проектировании машин. Систему звеньев, образующих между собой кинематические пары, называют ки нем атич ес к ой цен ью.

Различают замкнутые и незамкнутые кинематические цепи. В замкнутой цепи каждое звено входит не менее чем в две кинематические пары, в незамкнутой цепи есть звенья, входящие только в одну кинематическую пару. Применяя термин «кинематическая цепьэ, можно дать следующее определение механизма: м е х а н и з м — кинематическая цепь, в состав которой входит неподвижное звено (стойка) и число степеней свободы которой равно числу обобщенных координат, характеризующих положение цепи относительно стойки.

Например, на схеме кривошипно-ползунного механизма ДВС с одной степенью свободы ((г'=1) (рис. 2.1, б) показана одна обобщенная координата механизма в виде угловой координаты чч звена 1; производная гр~=ьи — угловая скорость звена !. Неподвижность звена показывают на схемах штриховкой. Различают входные и выходные звенья механизма. В ы х о д н ы м называют звено, совершающее движение, для которого предназначен механизм.

Входным называют звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемое движение выходного звена. Число входных звеньев обычно равно числу степеней свободы механизма, т. е. числу его обобщенных координат, но возможно и несовпадение их. При изображении механизма на чертеже различают его с т р у к т у р н у ю (принципиальную) схему с применением условных обозначений звеньев и пар (без указания размеров звеньев) и ки не мати чес кую схему с размерами, необходимыми для кинематического расчета. На схемах звенья обозначают цифрами, а пары и различные точки звеньев — буквами, например на рис.

2.1. б: А — вращательная пара 1-4, 5т — точка (центр масс) шатуна 2. 2.2 Классификация кинематических пар Кинематические пары различают (по Рело) по характеру соприкосновения звеньев: пару называют низшей, если элементы звеньев соприкасаются только по поверхности, и высшей, если только по линиям или в точках. При этом линейный или точечный контакт понимается как первоначальный — при соприкосновении звеньев без усилия, — а под нагрузкой звеньн, образующие высшую пару, будут соприкасаться по некоторой фактической поверхности, называемой пятном контакта. Кинематнческие пары классифицируют по числу Н с т е п е н е й с в о б о д ы в относительном движении звеньев (подвижность пары) и по числу 5 у с лови й с вязи (ограничений), накладываемых парой на движение одного звена относительно другого (по И.

И. Артоболевскому) [1]. При этом предполагается, что все связи — геометрические, налагающие ограничения только на координаты точек звена, входящего в кинематическую пару, в его относительном движении. Так как для свободного тела в пространстве число степеней свободы равно шести, то величины Н и 5 связаны соотношением: Н =6 — 5, где 5 = 1,2,3,4 нли 5. При 5 = 0 пары не существует, а имеются два тела, движущихся независимо друг от друга; при 5=6 кинематическая пара становится жестким соединением деталей, т. е.

одним звеном. По величине 5 определяют класс кинематической пары: различают одноподвижные пары (Н класса, Н=1, 5 = 5), двухподвижные (1Ч класса, Н = 2, 5 = 4), трехподвижные (!П класса, Н=3, 5=3), четырехподвижные (!1 класса, Н = 4, 5=2) и пятиподвижные (1 класса, Н=5, 5=1).

Ниже дано несколько примеров кинематических пар, нх условных изображений и обозначений на структурных схемах. В р а ща тел ьн а я па р а (рис. 2.2, а) — одноподвижная !условное обозначение 1 в), допуснает лишь относительное вращательное движение звеньев вокруг оси (показано стрелкой); звенья 1, 2 соприкасаются по цилиндрической поверхности; следовательно, это низшая пара, замкнутая геометрически. Роль такой кинематической пары выполняет и более сложная конструкция — шарикоподшипник. Поступательная пара (рис. 2.2,б) -одноподвижная (условное обозначение 1 и), с геометрическим замыканием, низшая, допускает лишь прямолинейное поступательное относительное движение звеньев. Цилиндрическая пара (рис.

2.2,в) — двухподвижная (2 ц). с геометрическим замыканием, низшая, допускает независимые вращательное и поступательное относительные движения звеньев. С ф е р и ч е с к а я п а р а (рис. 2.2, е) — трехподвижная (3 с), допускает три независимых относительных вращения звеньев вокруг осей х, у, г; пара — низшая, с геометрическим замыка- нием.

На рис. 2.3, а дан пример конструкции сферической пары, применяемой в прессах. В некоторых механизмах (промышленные роботы, манипуляторы) шаровой шарнир между звеньями 1 и 2 заменяют кинематическим соединением с двумя дополнительными звеньями и тремя вращательными парами (рис. 2.3, б).

Примеры четырех- и пятиподвижной пар и их условные обозначения (4 л и 5 т) даны на рис. 2.2, д, е. Возможные независимые относительные движения звеньев (вращательные и поступательные) показаны стрелками. Это высшие пары, поскольку контакт элементов звеньев линейный (шар в цилиндре) и точечный (шар на плоскости). Пара 4л — с геометрическим замыканием, а пара Б т требует силового замыкания. Одно из преимуществ низших кинематических пар по сравнению с высшими — возможность передачи больших сил, поскольку контактная поверхность соприкасающихся звеньев низшей пары может быть весьма значительна.

Применение высших пар позволяет уменьшить трение в машинах (классический пример — шарикоподшипник) и получать нужные, самые разнообразныс законы дви. жения выходного звена механизма путем придания определенной формы звеньям, образующим высшую пару. 2. 3 Виды механизмов и их структурные схемы $ Механизмы классифицируют по различным признакам, и в первую очередь их делят на механизмы с низшими и высшими ларами; те и другие могут быть плоскими и пространственными. П л о с к и м называется механизм, все подвижные точки которого движутся а параллельных плоскостях. Механизм является п рост р а н ст не н н ы м, если подвижные точки его звеньев описывают неплоские траектории или трасктории, лежащие в пересекающихся плоскостях.

Наиболее распространенные механизмы с низшими парами— рычажные. клиновые и винтовые; с высшими парами — кулачковые, зубчатые, фракционные, мальтийские и храповые. В названиях ряда механизмов отражены их конструктивные признаки и характер движения входного и выходного звеньев. Например, термин «кривошипно-коромысловый механизм» означает, что механизм преобразует непрерывное вращательное движение входного звена (кривошипа) в возвратно-вращательное движение выходного звена (коромысла). В названиях иногда учитывается число степеней свободы механизма. Например, различают «зубчатый редуктор» — зубчатый механизм с одной степенью свободй и «зубчатый дифференциал»вЂ” механизм с двумя (или более) степенями свободы*.

Механизмы классифицируют и по их назначению: «кривошипно-ползунный механизм поршневого компрессора», «кулачковый механизм двигателя» и т. д. Ниже даны примеры механизмов, применяемых в различных машинах. Примеры плоских механизмов с низшими парами. К р и в ошипно-ползунный механизм (см. рис. 2): а — конструкция; б — схема) — один из самых распространенных, он является основным механизмом в поршневых машинах (двигатели внутреннего сгорания, компрессоры, насосы), в ковочных машинах и прессах и т.

д. На рис. 2.1, в изображена схема внеосного (дезаксиального) кривошипно-ползуниого механизма. Шарнирный четырехзвенный механизм (рнс. 2.4,а) служит для преобразования одного вида вращательного движения в другое и может быть в зависимости от размеров звеньев кривошипно-коромысловым, двухкривошипным н двухкоромысловым; применяется в прессах и ковочных машинах, качающихся конвейерах, прокатных станах, муфтах сцепления, приборах и т. д. На рис. 2.4,а звено 1 — кривошип, 2 — шатун, 3 — коромысло, 4 — стойка. Шарнирный четырехзвенник применяют и для случая, когда одна нз его точек должна двигаться по заданной траектории; например, на рис.