Тимофеев Г.А. - Теория механизмов и машин. Курс лекций, страница 5

В зависимости от вида контакта элементов кинематических пар различают высшие и низшие кинематические пары. Кинематические пары, образованные элементами в виде линии или точки, называются высшими. Кинематические пары, образованные элементами в виде поверхностей, называются низшими. Чтобы пара существовала, элементы входящих в нее звеньев должны находиться в постоянном контакте, т.е. быть замкнутыми. Замыкание кинематических пар может быть геометрическим или силовым, осуществляемым, например, с помощью собственной массы, пружин и т.п.

Тиблици 2.1 Классификация кииематических пар Виды кинематических пар и. св о к и о и,."'>~" х мк к Х 11> Оянорялныс иы вин и впиыяпн и к о- воЙ Х о .я и и ы ою р ьК 3м Покоя>пик а о » ))римечалия Виды кинеиатичееких вар: !И поступательная; 1В - арагаательная: 1ВТ вЂ” вра>нательная точе >ная; 2)) — цилиндрическая; ' ЗСФ вЂ” сферическая; 3! )Л вЂ” плоскостная: 4 П вЂ” чет ырех подвижная е линекныы контактом; 5Т вЂ” пят иполвижная е точечна>и конник>он. к Ь' о ьи Й Д И.

зВ 3 и к а о о >> Г: к о Я. хс о а и о о 5' Эквивалентные, кинеиатичеекие <оединения и передаваемые нагрузки Я 7-' Па иковыо нап ваяв>щив Лещии г Прочность, износостойкость и долговечность кинематических пар зависят от их вида и конструктивного исполнения. Низшие пары более износостойкие, чем высшие. Это объясняется тем, что в низших парах контакт элементов пар происходит по поверхности, а следовательно, при одинаковой нагрузке в них возникают меньшие удельные давления, чем в высших. Износ, гри прочих равных условиях, прогорционален удельному давлению, поэтому низшие пары изнашиваются медленнее, чем высшие. Использование низших пар с целью уменьшения износа в машинах предпочтительнее, однако применение высших кинематнческих пар часто позволяет значительно упростить структурные схемы машин, что снижает их габариты и упрошает конструкцию. Поэтому правильный выбор кинематических пар является сложной инженерной задачей.

Кинематические пары разделяют также по числу степеней свободы (педеижпости), которые она предоставляет соединенным посредством нее звеньям, или по числу условий связей (хласс пары), налагаемых парой на относительное движение соединяемых звеньев. При использовании ~акой классификации разработчики машин получают сведения о возможных относительных движениях звеньев и о характере взаимодействия силовых факторов между элементами пары. Свободное звено, находящееся в общем случае в М-мерном пространстве, допускаюп>ем П видов простейших движений, обладает числом степеней свободы Н или '>т'-подвижно. Так, если звено находится в трехмерном пространстве, допускающем шесть видов простейших движений — три вращательных и три поступательных вокруг и вдоль осей Х, 1; е, то говорят, что оно обладает шестью степенями свободы, или имеет шесть обобщенных координат, или шести- подвижно.

Если звено находится в двухмерном пространстве, допускающем три вида простейших движений — одно вращательное вокруг У и два поступательных вдоль осей Х и Г, то говорят, что оно имеет три степени свободы, или три обобщенные координаты, или оно трехподвижно и т.д.

При объединении звеньев с помощью кинематических пар они лишаются степеней свободы, значит 5 — число связей, которые кпнематические пары налагают на соединяемые ими звенья. Классификации хииенатичесхих и В зависимости от числа степеней свободы, которым обладают в относительном движении звенья, объединенные в кинематическую пару, определяют подвижность пары ()У = Н).

Если Н вЂ” число степеней свободы звеньев кинематической пары в относительном движении, то подвижность пары определится следующим образом: Ь"= П вЂ” 5, где П вЂ” подвижность пространства, в котором существует рассматриваемая пара; 5 — число налагаемых парой связей. Следует заметить, что подвижность пары й', определенная по табл. 2.1, зависит не от вида пространства, в котором она реализуется, а только от конструкции. Например, вращательная (поступательная) пара (см. табл. 2.1) как в шести-, так и в трехподвижном пространстве все равно останется одноподвижной.

В первом случае на нее будет наложено 5 связей, а во втором случае — 2 связи, соответственно, будем иметь: для шестиподвижного пространства: )У=6 — 5= 1, для трехподвижного пространства: )У=3 — 2=1. Как видим, подвижность кинематических пар не зависит от характеристик пространства, что является преимуществом данной классификации. Напротив, часто , встречаюшееся деление квнематичсских пар на классы страдает тем, что класс пары зависит от характеристик пространства, а значит, одна и та же пара в разных пространствах имеет разный класс. Это неудобно для практических целей, следовательно, такая классификация кинематических пар нерациональна, поэтому ее лучше не применять. Можно подобрать такую форму элементов пары, чтобы при одном независимом простейшем движении возникало второе — зависимое (производное).

Примером такой кинематической пары является винтовая (см. табл, 2,1). В этой паре врашательное движение винта (гайки) вызывает поступательное его (ее) перемешение вдоль оси. Такую пару следует отнести к одноподвижной, так как в ней реализуется всеп> одно независимое простейшее движение. Лекция 2 27 Юсвввные виды механизиав йинематические соединения Основные виды механизмов Рнс. 2.1 Кинематические пары, приведенные в табл.

2.1, просты и компактны. Они реализуют практически все необходимые при создании механизмов простейшие относительные перемещения звеньев. Однако при создании машин и механизмов они применяются редко. Это обусловлено тем, что в точках соприкосновения звеньев, образующих пару, обычно возникают большие силы трения. Это гриводит к значительному износу элементов пары и ее разрушению. Поэтому простейшую двухзвснную кинематическую цепь кинематической гары часто заменяют более длинными кинематическими цепями, которые в совокупности реализуют то же самое относительное движение звеньев, что и заменяемая кинематическая пара. Кинематическая цепь, предназначенная для замены кинематической пары, называется кинематическим соединением. Приведем примеры кинематических цсгей для наиболее распространенных на практике кинематических пар; вращательной, поступательной, винтовой, сферической и плоскость — плоскость.

В табл. 2 1 показано, что простейшим аналогом вращательной кинематической пары является подшипник с телами качения. Аналогично роликовые направляющие заменяют поступательную пару и т.д. Кинематичсские соединения удобнее и надежнее в эксплуатации, выдерживают значительно большие силы (моменты) и позволяют механизмам работать при высоких относительных скоростях звеньев.

Механизм можно рассматривать как частный случай кинематической цепи, у которой, как минимум, одно звено обращено в стойку, а движение остальных определено заданным движением входных звеньев. Отличительными особенностями кинематнческой цепи, гредставляющей механизм, являются подвижность и определенность движения ее звеньев относительно стойки. Механизм может иметь несколько входных и одно выходное звено, в этом случае он называется суммирующим механизмом и, наоборот, одно входное и несколько выходных, тогда он называется дифференцирующим механизмом. По своему назначению механизмы разделяются на передаточные и направляющие.

Передаточным называется механизм, предназначенный для воспроизведения заданной функциональной зависимости между перемещениями входного и выходного звеньев. Направляющим называется механизм, у которого траектория определенной точки звена, образующего кинематические пары только с подвижными звеньями, совпадает с заданной кривой.

Рассмотрим основные виды механизмов, нашедших широкое применение в технике. Механизмы, звенья которых образуют только низшие кинематические пары, называют шарнирно-рычажньиии. Эти механизмы нашли широкое применение благодаря тому, что они долговечны, надежны и просты в эксплуатации. Основным представителем таких механизмов является шарнирный четырехзвенник (рис. 2.1), состоящий из кривошппа (1), шатуна (2), коромысла (3). Названия механизмов обычно определяются по названиям их входного и выходного звеньев или характерного звена, входящего в их состав. В зависимости от законов движения входного и выходного звеньев, этот механизм может называться кривошипно-коромысловым, двойным кривошипным, двойным коромысловым, коромыслово-кривошипным.

Ленине 2 26 Основные еедм иененнзиов Рис. 2.2 б Рис. 2.3 Рис. 2.4 Шарнирный четырехзвенник применяется в станкостроении, приборостроении, а также в сельскохозяйственных, пищевых, снегоуборочных и других машинах. Если заменить в шарнирном четырехзвеннике вращательную пару например О, ца поступательную, то получим широко известный кривошипно-ползунный механизм, различные виды которого представлены на рис. 2.2, а, б, Главными составляющими кривошипно-ползунных механизмов являются: кривошип (1); шатун (2); ползун (3). Кривошипно-ползунный (ползунно-кривошипный) механизм нашел широкое применение в компрессорах, насосах, двигателях внутреннего сгорания н других машинах. Заменив в шарнирном четырехзвеннике вращательную пару С на поступательнуто, получим кулисньтй механизм (различные виды механизмов на рис.