динамическую пригодность электродвигателя по его стандартным характеристикам. Наряду с классическим курсом ТММ, где принято допущение о недеформированности звеньев, исследуется динамика машин с учетом их упругости, что позволяет решать новый класс задач, например виброгашение и виброизоляция механизмов.
Авторы выражают глубокую благодарность Гаращенко Ю.А. за техническую подготовку рукописи, а также рецензентам за труд по ее просмотру и критическим замечаниям.
1 Основные понятия и определения. Классификация механизмов
1.1 Основные понятия и определения
Механизмом называется совокупность подвижно соединенных между собой звеньев, совершающих под действием приложенных к ним сил, определенные целесообразные движения.
Машиной называется механизм, или комплекс согласованно работающих механизмов, для преобразования:
-энергии;
-материалов;
-информации, с целью облегчения физического или умственного труда человека.
В зависимости от выполняемых функций первые машины являются
энергетическими (машина-двигатель), вторые – технологическими, которые могут быть:
а) машины-орудия, т.е. производящие работу (рабочие машины, производственное оборудование);
б) транспортные (автомобили); в) транспортирующие (конвейеры).
Третьи машины, облегчающие умственный труд – вычислительные, логические, кибернетические.
Совокупность машины-двигателя, передаточного механизма и рабочей машины образуют машинный агрегат.
Если машинный агрегат снабжен системой автоматического управления, то имеем автомат. Совокупность нескольких автоматов образуют автоматическую линию. Совокупность нескольких автоматических линий – завод-автомат.
В ТММ вместо понятия твердого тела введено понятие звено.
Звеном называется совокупность деталей скрепленных друг с другом неподвижно.
Деталью машины называют простейшую ее часть, в которой нет разъёмных и неразъёмных соединений.
Например, шатун в сборе – звено, состоит из нескольких деталей (головка, серьга, болт, гайка).(рисунок 1.1а)
Любой механизм машины состоит из нескольких звеньев, подвижно соединенных друг с другом (например, шарнирно).
Подвижное соединение двух звеньев, допускающее их относительное движение, называется кинематической парой (рисунок 1.1б). Условное изображение звеньев и кинематических пар на рисунке 1.1в.
а) |
б) |
в) |
|
Рисунок 1.1 |
|
а) элемент КП – |
б) элемент КП - |
в) элемент КП - |
поверхность |
линия |
точка |
|
Рисунок 1.2 |
|
Рисунок 1.3 |
Рисунок 1.4 |
Поверхности, линии, точки соприкосновения звеньев, называются
элементами кинематической пары (рисунок 1.2).
Связанная система звеньев, образующих между собой кинематические пары, называется кинематической цепью.
Звенья 1, 2, 3, 4 (рисунок 1.3), соединенные кинематическими парами (шарнирами АВСД) образуют кинематическую цепь. Элементы кинематических пар – поверхности.
Кинематическая цепь хотя бы с одним неподвижным звеном образует механизм. Звено механизма, принимаемое за неподвижное, называется стойка.
Таким образом, в любом механизме имеется неподвижное звено (стойка) и одно или несколько подвижных звеньев.
Например, если на рисунке 1.3 закрепить неподвижно звено 4, получим простейших 4-х звенный механизм (рисунок 1.4).
Название звеньев определяется видом движения.
Звено 1 – кривошип, звено совершающие полный оборот вокруг оси
вращения – 01.
Звено 2 – шатун, звено, совершающее сложное плоско-параллельное движение.
Звено 3 – коромысло, звено, совершающее возвратно-вращательное движение вокруг оси О2.
Звено 4 – стойка.
Название механизма образуется из названий первого и последнего подвижных звеньев. Таким образом, на рисунке 1.4 дана схема кривошипнокоромыслового механизма.
1.2 Кинематические пары и их классификация
Кинематическая пара – это подвижное соединение двух звеньев, допускающее их относительное движение.
Если рассматривать звено свободно движущееся в пространстве, то оно, как и любое твердое тело, обладает шестью степенями свободы, Н = 6. Любое сложное движение звена состоит из 6-ти простейших, т.е. его можно представить как поступательное относительно трех произвольно выбранных
координатных осей Х, У и Z и вращательное относительно этих же осей (рисунок 1.5). Таким образом, под степенью свободы принято понимать простейшие движения, которыми может обладать точка или звено.
Любая кинематическая пара ограничивает те или иные относительные движения каждого звена.
Эти ограничения называют условиями связи или просто связями – S. Очевидно, что число условий связи находится в пределах 1 ≤ S ≤ 5, т.к.
при S = 0 звенья не соприкасаются и кинематическая пара перестает существовать, а при S = 6 переходит в жесткие соединения двух звеньев.
Тогда число степеней свободы звена кинематической пары равно Н = 6-S и изменяется так же в пределах 1 ≤ Н ≤ 5.
Число условий связи – S и число степеней свободы – Н являются структурными характеристиками кинематических пар.
Рисунок 1.5
Классификация кинематических пар:
а) |
по |
количеству |
условий |
связи |
кинематические |
пары |
классифицируются на 5 классов по И.И. Артоболевскому (таблица 1.1); б) по виду элементов кинематические пары классифицируются на:
высшие и низшие. Высшая кинематическая пара может иметь соприкосновение звеньев по линии или в точке (V и IV подвижные кинематические пары). Низшие по поверхности (III, II и I подвижные пары) (таблица 1.1).
Для того чтобы элементы кинематической пары находились в постоянном соприкосновении, они должны быть замкнуты. Низшие
кинематические пары имеют геометрическое замыкание. Для высших замыкание должно быть силовое (сила веса, пружина);
в) по виду траектории кинематические пары классифицируются на плоские – плоская траектория (II, I – подвижные кинематические пары) и пространственные – пространственная траектория (V, IV и III – подвижные кинематические пары).
__________________________________________________________________
Артоболевский Иван Иванович (1905-1977) академик АН СССР: работы по структуре, синтезу и динамике механизмов.
Таблица 1.1