Материал: Бурлака, Кучеренко, Мазоренко, Тищенко, Основы теории механизмов и машин
10Лекция 1
Вмеханизмах или машинах звенья между собой соединены таким образом, что всегда обеспечивается возможность их относительного движения.
Подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев называется кинематической парой.
Врассматриваемом механизме (рис.1.1,б) соединения звеньев в точках О (кривошип – стойка), А (кривошип – шатун) и В (шатун – ползун) допускают только вращение одного звена относительно второго. Такое соединение называется вращательной кинематической парой. Соединение в точке С
(ползун – стойка) допускает только поступательное движение одного звена относительно второго и называется
поступательной кинематической парой.
Втеории механизмов и машин анализ механизмов выполняется по их схемам. На схемах механизмов звенья и кинематические пары изображаются условными обозначениями. Звенья номеруются цифрами, а кинематические пары и различные точки звеньев – буквами. Например, на схеме двигателя внутреннего
сгорания (рис.1.1,в) цифрами 1, 2 и 3 обозначены соответственно кривошип, шатун и ползун. Неподвижному звену – стойке, как правило, присваивается номер 0. Вращательные кинематические пары О , А и В изображены кружочками, а поступательная кинематическая пара С – двумя параллельными направляющими для ползуна 3.
При изображении механизма на чертеже различают его структурную и кинематическую схемы.
Структурной называется схема механизма, выполненная условными обозначениями звеньев и кинематических пар без соблюдения линейных размеров.
Раздел 1. Структурный анализ плоских механизмов 11
Кинематической называется схема механизма, выполненная условными обозначениями звеньев и кинематических пар с соблюдением масштаба длин. По такой схеме можно производить кинематический и динамический анализ механизма.
Условные изображения перечисленных вначале раздела звеньев представлены в таблице 1.1. (Пунктирными линиями показаны присоединяемые к рассматриваемым звеньям кинематические пары или другие звенья).
1.2. Классификация кинематических пар
Кинематические пары классифицируются по следующим признакам:
числу степеней свободы;
характеру соприкосновения звеньев;
способу замыкания.
1.2.1. Классификация кинематических пар по числу степеней свободы
Из теоретической механики известно, что свободное тело в пространстве (рис. 1.2) обладает шестью степенями свободы, т.е. может совершать шесть независимых друг от друга движений:
z
O 
у
x
Рис. 1.2.
три перемещения в направлении осей Ох , Оу и
Oz;
три вращения вокруг осей
Ох , Оу и Oz.
12 |
Лекция 1 |
|
|
|
Таблица 1.1 |
Основные типы звеньев механизма |
||
Название |
Условное изображение |
Совершаемое |
|
звена |
движение |
стойка |
|
отсутствует |
кривошип |
|
|
|
вращательное |
|
коромысло |
|
колебательное |
|
||
|
|
|
шатун |
|
плоское |
|
||
|
|
|
|
8мм |
ползун |
поступательное |
|
12мм |
|
|
|
|
кулиса |
|
поступательное |
|
|
|
колебательное |
|
кулиса |
или |
||
|
|||
|
|
вращательное |
|
кулиса |
|
плоское |
|
|
|||
|
|
|
Раздел 1. Структурный анализ плоских механизмов 13
Поскольку кинематическая пара (в дальнейшем просто пара) – это подвижное соединение двух звеньев, то поверхность одного звена, входящая в соприкосновение с поверхностью второго звена, будет накладывать ограничения на возможные движения второго звена. Эти ограничения называют условиями связи S в кинематических парах.
Очевидно, что число условий связи S может быть только целым и меньшим шести. Если S 6, то кинематическая пара становится жестким соединением деталей, т.е. одним звеном. Число условий связи не может быть и меньшим единицы, так как в этом случае звенья не соприкасаются, т.е. существуют два тела, которые движутся независимо друг от друга.
Следовательно, число степеней свободы H звена входящего в кинематическую пару в относительном движении можно выразить зависимостью:
H 6 S , где |
1 S 5. |
В зависимости от налагаемых ограничений кинематические пары делятся на классы.
Класс кинематической пары определяется числом условий связи, которые накладываются на относительное движение звеньев, входящих в эту пару.
Так как число условий связи может быть от 1 до 5, то число классов пар равно пяти, в соответствии, с чем различаются кинематические пары I, II, III, IV и V классов.
Кинематическая пара, которую образуют шар и плоскость (рис.1.3), накладывает одно ограничение – нет возможности перемещаться шару в направлении оси z. При перемещении шара вверх, произойдет его отрыв от
14 |
Лекция 1 |
z
1 2
y
x
Рис. 1.3.
плоскости (исчезнет пара), а при перемещении вниз – разрушится пара.
Для такой пары условие связи – S 1, а число степеней свободы –
H 6 1 5.
Таким образом, это пара I класса.
Кинематическая пара образованная цилиндром и плоскостью (рис.1.4) накладывает два ограничения – нет возможности перемещения в направлении оси z и вращения вокруг оси у.
В этом случае S 2, а |
H 6 2 4. |
|
Следовательно, пара, изображенная на рис.1.4, |
||
относится к парам II класса. |
|
|
Вращательная кинематическая пара, изображенная |
||
на рис. |
1.5, ограничивает пять независимых движений |
|
(S 5), |
оставляя возможным только вращение вокруг оси |
|
х, следовательно, это пара V класса.
z |
4 |
3 |
2 |
z |
1 |
|
|
|
|
||
|
|
|
y |
|
y |
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
x |
|
|
|
|
Рис. 1.5. |
|
||
Рис. 1.4. |
|
|
|
||
В таблице 1.2. приведены наиболее часто применяемые в плоских механизмах кинематические пары и их условные обозначения.