Фролов К.В. и др. - Теория механизмов и машин, страница 6

2.4,6 изображена структурная схема двухкоромыслового механизма портального крана со стрелой 2, точка г которой на рабочей части своей траектории перемещается по прямой гг', по характеру движения звенья 1, 3 — коромысла, 2 — шатун; 4 — стойка. К у л и с н ы й м е х а н и з м служит для преобразования одного вида вращательного движения (звеиа 1) в другое (звена 3 на рис.

2.4,в) или непрерывного вращательного движения (звена 1) в возвратно-поступательиое (звена 3 на рис. 2.4,д). Такие четырех- и шестнзвенные кулисные механизмы применяют в строгальных и долбежных станках, поршневых насосах и компрессорах, гидро- * Вместо термина «число степеней свободы механизма» примениот также термины «степень подвижности механизма» (1) и «подвижность механизма [У). приводах, приборах и т.

д. Кулисой обычно называют звено с пазом, по которому перемещается ползун (кулисный камень) 2. Кулиса 3 может быть качающейся, вращающейся, движущейся поступательно. В гидроприводах широко применяется разновидность кулисного механизма, в котором кулису с камнем заменяет цилиндр 3 с поршнем 2 (рис. 2.4.г). На рис. 2.4,д дана структурная схема шестизвенного кулисного механизма поперечно-строгального станка, в котором непрерывное вращательное движение входного звена (кривошипа !) посредством звеньев 2, 3, 4 преобразуется в возвратно-поступательное движение выходного звена (ползуна 5 с резцовой головкой); звено б — неподвижная часть станка (стойка). Примеры пространственных механизвюв с низшими парами.

На рис. 2.5 приведены: а,б — модель и схема четы рех з ве ни о го меха низ ма АВСР (звено ! — кривошип, 2 — шатун, 3 — коромысло, 4 — стойка); в, г — модель и схема к р и в ошипно-ползунного механизма АВС (звено! — кривошип, 2 — шатун, 3 — ползун, 4 — стойка); д, е — модель и схема м е х а н и з м а у н и в е р с а л ь н о г о ш а р н и р а (шарнира Гука, или карданной передачи), этот механизм служит для передачи вращательного движения между валами, оси которых пересекаются, и широко применяется в автомобилях, станках, приборах (входное и выходное звенья Е 3 выполнены в виде вилок, звено 2 — в виде крестовины, звено 4 — стойка; 0 — точка пересечения осей); ж — структурная схема ос но в н о го р ы ч а ж н ого м е ха н из м а одного из видов промышленного робота, это механизм с незамкнутой кинематической цепью АВСРЕЕ (звенья 1 — 5— подвижные, б — стойка, Š— схват) .

Промышленные роботы в настоящее время находят все более широкое применение для выполнения самых различных технологических и вспомогательных операций: сборки, сварки, окраски, загрузки и т. п. Примеры механизмов (плоских и пространственных) с высшими парами. Среди них наибольшее распространение получили зубчатые, кулачковые, фрикционные, мальтийские и храповые механизмы. В з у бчатых передачах различают внешнее (рис. 2,6, а), внутреннее (рис.

2,6, б) и реечное зацепление (рис. 2.6,а): звено 1 — шестерня, 2 — колесо (или частный случай колеса — рейка). В зависимости от расположения осей колес зубчатые передачи могут быть с параллельными осями (цилиндрические) (рис. 2.6.а, б). с пересекающимися осями (конические) (рис. 2.6, г) и со скрещивающимися осями или гиперболоидные передачи, вариантами которых являются винтовые (рис.

2.6, д), червячные (рис. 2.6, е) н гипоидные (рис. 2.6, ж) передачи [2). В винтовой передаче звенья 1, 2 — косозубые цилиндрические колеса; в червячной передаче звено 1 — червяк, 2 — червячное колесо; в гипоидной передаче звенья 1, 2 — конические колеса. Широко применяются многозвенные зубчатые передачи: редукторы (рис. 2.7,а) и планетарные зубчатые механизмы (рис. 2.7, б).

В состав планетарного редуктора входят не только колеса 1 и 4 с неподвижными осями, но и колеса 2, 3 с движущейся по окружности осью. В последнее время в устройствах приборов и сис- Рис. 2.8 Рис. 2.9 тем управления все более широкое применение находят вол н ов ы е з у 6 ч а т ы е и е реда ч и с гибкими звеньями, дающие возможность получать большие передаточные отношения, высокую кинематичсскую точность и передавать механическое движение через герметичную стенку; в этом случае (рис.

2.8) гибкое колесо 1 герметично закрепляется на стенке; передача движения осуществляется от генератора волн 3 через гибкое колесо 1 к жесткому колесу 2. Такая передача весьма целесообразна для управления агрегатами в космосе, в электронной, атомной и химической промышленности (смл Куклин В. Б., Шувалова Л. С. Волновые зубчатые передачи. М., )97!).

В кулачковых плоских и пространственных м е х а н и з м а х, широко применяемых в различных машинах, станках и приборах, высшая пара образована звеньями, называемыми — кулачок и толкатель (звенья 1 и 2 на рнс. 2.9). Замыкание высшей пары может быть силовое (например, пружиной 5 на рис, 2.9,б! или геометрическое (ролик У толкателя 2 в пазу кулачка 1 на рис. 2,9,а). Форма входного звена — кулачка определяет закон движения выходного звена — толкателя; ролик применяют с целью уменьшить трение в механизме путем замены трения скольжения в высшей паре на трение качения.

На рис. 2.9,а вращательное движение входного звена (кулачка 1) преобразуется в возвратно-поступательное движение выходного звена (толкателя 2) . В механизме, изображенном на рис. 2.9,б, толкатель 2 — коромысловый, совершающий возвратно-вращательное движение вокруг оси Од. На рис. 2.9,а изображена модель пространственного кулачкового механизма с вращающимся цилиндрическим кулачком 1 и поступательно движущимся роликовым толкателем 2, замыкание высшей пары — геометрическое. На рнс.

2.!.а дан пример применения кулачкового механизма с коромысловым (качающимся) роликовым толкателем 5 для привода выхлопного клапана 6, через который производится очистка цилиндра двигателя дизеля от продуктов сгорания. В фрикционном механизме передача вращательного движения осуществляется посредством трения между звеньями, образующими высшую пару.

Простой фрикционный механизм (рис. 2.10„а) состоит из двух вращающихся круглых цилиндров 1, 2 и стойки 3. Силовое замыкание высшей пары осуществляется пружинами 4. Фрикционные механизмы используют и в бесступенчатых передачах (рис. 2.10,6). При постоянной угловой скорости диска 1 посредством перемещения колеса -- катка 2 вдоль своей оси можно плавно изменять его угловую скорость и даже направление вращения. Мальтийский мех а н и з м (рис. 211) преобразует непрерывное вращение входного звена кривошипа ! в прерывистое (с остановами) вращение выходного звена — креста 2. Механизм имеет стойку 3 и высшую пару, образованную цевкой В кривошипа и пазом креста.

Хра павой механ и з м с ведущей собачкой и стойкой 4 (рис. 2.12) служит для преобразования возвратно-вращательного движения коромысла 1 с собачкой 2 в движение (в одном направлении) храпа с пружиной б не дает колесу вращаться шая пара здесь образована собачкой и низм может иметь входное звено и с движением. Мальтийские и храповые м няются в станках и приборах. Рис. 2.12 прерывистое вращательное ваго колеса 3. Собачка 5 в обратную сторону. Вырхраповым колесом. Меха- возвратно-поступательным еханизмы широко приме- Рассмотренные выше механизмы наиболее типичны. Описание значительно большего числа механизмов приводится в специальных справочных изданиях (смл Артобалевский И.

И. Механизмы. В 4-х т. М., 1947 — 1951; Кожевников С. Н. и др. Механизмы. Справочное пособие. М., !976). 2.4 Структурные формулы механизмов Существуют общие закономерности в структуре (страении) самых различных механизмов, связывающие число степеней свободы )Р' механизма с числом звеньев и числом и видом его кинематических пар. Эти закономерности носят название структурных формул механизмов: Для пространственных механизмов в настоящее время наиболее распространена фа р м у л а Ма л ы шее а, вывод которой производится следующим образом.

Пусть в механизме, имеющем т звеньев (включая стойку), р>. рт, рт, рм рв — число одно-, двух-, трех-, четырех- н пятипадвижных пар. Число подвижных звеньев обозначим п=т — 1. Если бы все подвижные звенья были свободными телами. общее число степеней свободы было бы равна 6п. Однако каждая одноподвижная пара >! класса накладывает на относительное движение звеньев, образующих пару, 5 связей, каждая двухподвижная пара 1у' класса -- 4 связи и т. д. Следовательно, общее число степеней свободы, равное шести, будет уменьшено на величину = — 5 Х (6 — !)р; = 5р>+4рт+Зра+2р4+рв, м (к' = 6п — [ Ъ' (6 — !)р, — д ); (2.1) прн >! = О механизм — статически определимая система, при д ) О -- статически не<>пределимая система".

' Есть вариант формулы (2.!) е применением класса кннематичеекой пары: в=в — и 13,1.. 33 где 1= Н вЂ” подвижность кинематнческой пары, р, — число пар, подвижность которых равна !. В общее число наложенных связей может войти некоторое число д и з б ы т о ч н ы х (повторных) с в я з е й, которые дублируют другие связи, не уменьшая подвижности механизма, а только обращая его в статически неопределимую систему [7). Поэтому число степеней свободы пространственного механизма, равное числу степеней свободы его подвижной кинематической цепи относительно стойки.

определяется па следующей формуле Малышева: В'= бп — (5р>+4рт+Зра+2р .+рв — >)), или в краткой записи В общем случае решение уравнения (2.1) -- трудная задача, поскольку неизвестны (Р и ц; имеющиеся способы решений сложны и не рассматриваются в данном учебнике. Однако в частном случае, если (Р, равное числу обобщенных координат механизма, найдено из геометрических соображений, из этой формулы можно найти число избыточных связей (см.: Решетов Л.

Н. Конструирование рациональных механизмов. М., 1972) ц = )Р' — 6п+2„(6 — 1)р, (2.2) и решить вопрос о статической определимости механизма; или же, зная, что механизм статически определимый, найти (или проверить) )«'. Важно заметить, что в структурные формулы не входят размеры звеньев, поэтому при структурном анализе механизмов можно предполагать их любыми (в некоторых пределах). Если избыточных связей нет (ц =О), сборка механизма происходит без деформирования звеньев, последние как бы самоустанавливаются; поэтому такие механизмы называют самоустанавливающимися [7!.