Тубуса.нет

Основные понятия и термины при построении структурной и кинематической схем рычажных механизмов

Перед тем, как приступить к выполнению курсового проекта, необходимо вспомнить основные понятия и термины. Данный раздел содержит краткую теоретическую выжимку, которая позволит комфортно воспринимать дальнейшую информацию.

Основные понятия

Рычажным называют механизм, звенья которого образуют только вращательные, поступательные, цилиндрические и сферические пары.

Шарнирным называют механизм, звенья которого образуют только вращательные пары.

Структурная схема механизма – схема механизма, указывающая стойку, подвижные звенья, виды кинематических пар и их взаимное расположение. Может изображаться графически, либо цифровой, либо буквенно-цифровой записью.

Кинематическая схема механизма – структурная схема с указанием размеров звеньев, необходимых для кинематического анализа механизма.

Синтез механизма – проектирование механизма по заданным его свойствам, включая выбор структурной схемы и определение параметров механизма.

Структурный синтез – проектирование структурной схемы механизма.

Кинематический синтез – проектирование кинематической схемы механизма.

Динамический синтез – проектирование кинематической схемы механизма с учетом его динамических свойств, в том числе распределение масс звеньев.

Приближенный синтез механизма – синтез механизма с приближенным выполнением заданных условий.

Оптимизационный синтез механизма – синтез механизма по методу оптимизации, т. е. с определением выходных параметров синтеза из условия минимума (максимума) целевой функции при выполнении принятых ограничений.

Входные параметры синтеза механизма – независимые между собой постоянные параметры механизма, установленные заданием на его синтез.

Коэффициент изменения средней скорости выходного звена – отношение средних скоростей выходного звена за время его движения за период кинематического цикла в прямом (рабочем) и обратном (вспомогательном) направлениях.

Звено механизма – твердое тело, входящее в состав механизма. Звено может состоять из нескольких деталей, образующих неразъемное соединение, не допускающее между деталями относительного движения.

Стойка – звено, принимаемое за неподвижное.

Функция положения механизма – зависимость координаты выходного звена от обобщенных координат механизма.

Выходное звено – звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм.

Обобщенная координата механизма – каждая из независимых между собой координат, однозначно определяющих положение всех звеньев механизма относительно стойки при наименьшем их числе. Для механизма только с голономными связями число обобщенных координат совпадает с числом степеней свободы этого механизма.

Число степеней свободы– число независимых вариаций обобщённых координат (возможных перемещений) механизма. Структурные степени свободы механизма определяются геометрическими связями. Параметрические степени свободы зависят от массы, жесткости звеньев и параметров режима движения.

Связи – ограничения, налагаемые на положения и скорости твердого тела или материальной точки, которые должны выполняться при любых действующих на механическую систему силах. Всякую связь можно отбросить и заменить силой – реакцией связи или системой сил в общем случае. Связи в механизмах осуществляются с помощью элементов контактирующих звеньев в кинематической паре, гибких элементов, магнитного поля и др.

Связи геометрические – связи, уравнения которых содержат только координаты точек механической системы (и, возможно, время).

Связи дифференциальные – связи, уравнения которых содержат координаты точек и производные от этих координат по времени (и, возможно, время). Если уравнения дифференциальных связей могут быть проинтегрированы, т. е. могут быть приведены к геометрическим связям, то связи называются голономными.

Связи удерживающие и неудерживающие – различают в зависимости от ограничений на перемещение в противоположенных направлениях.

Кинематическая пара – соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение.

Приводная кинематическая пара – кинематическая пара, в которой звенья перемещаются принудительно посредством привода, смонтированного на них.

Входное звено – звено, которому сообщается движение для приведения в движение других звеньев механизма.

Начальная кинематическая пара – пара, звеньям которой приписывается одна или несколько обобщенных координат механизма.

Начальное звено – звено, которому приписывается одна или несколько обобщенных координат механизма.

Элемент кинематической пары – совокупность поверхностей, линий и отдельных точек звена, по которым оно может соприкасаться с другим звеном, образуя кинематическую пару.

Кинематическая цепь – система звеньев, связанных между собой кинематическими парами.

Контур – линия, очерчивающая расположение звеньев в механизме. Механизм может содержать один или несколько замкнутых или незамкнутых контуров.

Векторный контур механизма – контур, составленный из геометрических векторов, связанных со звеньями механизма.

Подвижность кинематической пары – число степеней свободы в относительном движении ее звеньев. Различают одно-, двух-, трех-, четырех- и пятиподвижные кинематические пары. В плоских механизмах подвижность пары не связана однозначно с ее классом.

Условные обозначения кинематических пар

Число
степеней
свободы
Наименование
кинематической
пары
Обозначение Условное
графическое
обозначение
1 Вращательная 1в [100] Вращательная кинематическая пара
Поступательная 1п [010] Поступательная кинематическая пара
Винтовая 1ви [001] Винтовая кинематическая пара
2 Цилиндрическая 2ц [110] Цилиндрическая кинематическая пара
Сферическая
с пальцем
2сп [200] Сферическая с пальцем кинематическая пара
3 Сферическая 3с [300] Сферическая кинематическая пара
Плоскостная 3пл [120] Плоскостная кинематическая пара
4 Линейная 4л [220] Линейная кинематическая пара
Сфера-цилиндр 4сц [120] Сферически-цилиндрическая кинематическая пара
5 Точечная 5т [320] Точечная кинематическая пара

Поступательная пара – одноподвижная пара, допускающая прямолинейное-поступательное движение одного звена относительно другого.

Вращательная пара – одноподвижная пара, допускающая вращательное движение одного звена относительно другого.

Винтовая пара – одноподвижная пара, допускающая винтовое движение одного звена относительного другого.

Цилиндрическая пара – двухподвижная пара, допускающая вращательное и поступательное (вдоль оси вращения) движение одного звена относительного другого.

Сферическая (с пальцем) двухподвижная пара – двухподвижная пара, допускающая сферическое движение одного звена относительно другого.

Сферическая трехподвижная – трехподвижная пара, допускающая сферическое движение одного звена относительно другого.

Плоскостная пара – трехподвижная пара, допускающая плоское движение одного звена относительно другого.

Низшая пара – кинематическая пара, в которой элементы звеньев соприкасаются по поверхности постоянно, обеспечивая требуемое относительное движение звеньев.

Высшая пара – кинематическая пара, в которой элементы звеньев соприкасаются по линиям или в точках постоянно, обеспечивая требуемое относительное движение звеньев.

Кинематическое соединение – кинематическая цепь с числом звеньев более двух, эквивалентная заменяющей кинематической паре, но отличающаяся по своей конструкции.

Избыточные связи в механизме – повторяющиеся (или зависимые) связи, удаление которых не изменяет заданного числа степеней свободы механизма. Отклонения в расположении связей компенсируются деформацией звеньев, износом контактирующих поверхностей, зазорами между элементами пар, повышенной точностью изготовления и сборки звеньев, кромочным контактом элементов пар. Структурная схема механизма без избыточных связей называется основной схемой.

Структурная группа – кинематическая цепь, число степеней свободы которой равно нулю относительно элементов ее внешних пар и которая не может распадаться на более простые структурные группы. Структурные группы могут быть однозвенными (с двумя или большим числом кинематических пар разной подвижности), двухзвенными и многозвенными. Структурная группа удовлетворяет следующим условиям:

  • плоская группа 3n = 2p1-p2 ;
  • пространственная группа 6n = 5p1+4p2+3p3+2p4+p5.

Здесь n – число звеньев в группе; p1, p2, …, p5 – число кинематических пар, подвижность которых указана цифровым индексом.

Угол давления – угол между направлениями нормальной реакции в кинематической паре и скорости точки приложения этой силы. В зависимости от типа механизма при синтезе назначают допустимые значения угла давления [νдоп].

Целевая функция – линейная функция конечного числа переменных, которые удовлетворяют конечному числу дополнительных условий (ограничений), имеющих вид линейных уравнений или линейных неравенств. При формировании целевой функции при синтезе механизма учитывают главное, обязательное или желательные условия, связанные с обеспечением заданного движения звеньев, возможностью существования механизма при заданном диапазоне изменения обобщенной координаты механизма, с конструктивными ограничениями, с допускаемыми значениями углов давления.

Плоский механизм – механизм, подвижные звенья которого совершают плоское движение, параллельное одной и той же неподвижной плоскости. Все остальные механизмы относятся к пространственным.

Квазиплоский механизм – пространственный механизм, по своей структуре не имеющий контурных избыточных связей, однако элементы кинематических пар имеют такое расположение в пространстве, при котором звенья совершают сложное движение, достаточно близкое к плоскому движению, параллельному одной и той же неподвижной плоскости. Это позволяет при расчете кинематических и кинетостатических параметров характеристик механизма пользоваться с некоторыми допущениями двухмерными системами отсчета взамен трехмерной системы отсчета.

Масштаб – отношение линейных размеров изображения физической величины в виде отрезка (мм) к ее числовому значению в принятых единицах для этой величины.

Например,
длина – м;
время – с;
сила – Н;
угол – радиан или угловой градус;
скорость – м·с-1, рад·с-1;
ускорение - м·с2;
частота вращения - c-1;
работа - Дж;
момент силы - Н·м;
давление - Н/м2, Па.

Соответственно единицы для масштабов:

[ μl ] = 1 мм/м;
[ μt ] = 1 мм/с;
[ μF ] = 1 мм/Н;
[ μφ ] = 1 мм/рад;
[ μν ] = 1 мм/м·с-1;
[ μа ] = 1 мм/м·с-2;
[ μА ] = 1 мм/Дж;
[ μν ] = 1 мм/м·с-1;
[ μМ ] = 1 мм/Н·м;
[ μp ] = 1 мм/Па;
Обратите внимание:
[ μφ ] = 1 мм/рад;
В системе СИ мера угла - радиан.