Filimonov_KONSPEKT_TMM

	11
Универсальная структурная формула механизмов:	(1.3)
W = 6 n −(5 p5 +4 p4 +3 p3 +2 p2 + p1 ) ,
здесь n - число подвижных звеньев механизма, n = m −1.
1

2

3

4

5

Рис. 1.3.

Для однозначного и закономерного движения звеньев необходимо чтобы число степеней W соответствовало бы числу одноподвижных приводов, дающих входное движение в механизме. При этом входные движения от приводов должны быть взаимно согласованы. Если этого не будет, то механизм вероятнее всего через некоторое время самозаблокируется. То же самое произойдет в том случае, если число одноподвижных приводов больше числа степеней подвижности. Если число приводов меньше степени подвижности, то звенья такого механизма движутся не закономерно, не предсказуемо.

Для упрощения конструкции, а, следовательно, и анализа механизма, необходимо минимизировать число W до единицы.

1.4.ВИДЫ ЗВЕНЬЕВ МЕХАНИЗМА

-Стойка – неподвижное звено. Стойка всегда одна, представляет собой корпус машины.

-Входные звенья - звенья, которым задают входное внешнее движение, либо сообщают обобщенную координату. Все остальные звенья – выходные.

-Ведущие звенья – звенья, которые соединены с внешним приводом или на которые действует внешняя движущая сила. Все остальные звенья являются ведомыми. Среди них выделим отдельно:

-рабочие звенья – звенья, на которые действует рабочая технологическая нагрузка, т.е. которые непосредственно выполняют цели функционального назначения.

Чаще всего входные и ведущие звенья совпадают. В качестве входного движения задается вращательное движение, описать которое легче всего.

12

Вращательное движение: угол поворота может изменяться до бесконечности, а координаты положений остальных звеньев имеют периодическую закономерность.

1.5. СЕМЕЙСТВА МЕХАНИЗМОВ

Очень часто кинематические пары механизмов имеют общие условия связей, например все звенья механизма не могут перемещаться вдоль оси z или не могут поворачиваться вокруг оси y. В зависимости от числа общих условий связей механизмы разделяют на семейства.

Номер семейства механизма равен числу условий связей. 0-е семейство – нет общих условий связей

	W = 6 n −(5 p5 + 4 p4 +3 p3 + 2 p2 + p1 ).
	1-е семейство – одно условие связи
	W = 5 n −(4 p5 +3 p4 + 2 p3 + p2 ).
	2-е семейство – два условия связи
	W = 4 n −(3 p5 + 2 p4 + p3 ).	(1.4)
	3-е семейство – три условия связи
	W = 3 n −(2 p5 + p4 ).
	4-е семейство – четыре условия связи
	W = 2 n − p5 .
	5-е семейство – пять условий связи
	W = n.

1.6. ПРИМЕРЫ МЕХАНИЗМОВ РАЗЛИЧНЫХ СЕМЕЙСТВ

5-е семейство.

Механизм электродвигателя, в котором одно подвижное звено движется относительно стартера электродвигателя.

4-е семейство.

Механизм клинового зажима (рис. 1.4.).

Q A

y

1

А

x

z

Рис. 1.4. Q – рабочая (технологическая) нагрузка.

Определим степень подвижности механизма:

W = 2 n − p5 = 2 2 −3 =1.

W =1 - означает, что в механизме одно независимое входное движение, следовательно, необходим один одноподвижный привод.

13

При выборе ведущего звена следует выбирать такое, которое в данном механизме дает наибольший КПД механизма.

3-е семейство.

Все плоские механизмы относятся к механизмам третьего семейства. Кривошипно-ползунный механизм (рис. 1. 5.).

	у
	2
1
j1	х
z	3

Рис. 1.5.

Степень подвижности механизма:

W = 3n − 2 pн − pв = 3 3 − 2 4 −0 =1.

W =1 - означает, что в механизме одно независимое входное движение, следовательно, необходим один одноподвижный привод.

2-е семейство.

Механизм винтового домкрата (рис. 1.6.).

		7
2	8	6	5

1

3	лев	пр	4
	y

х

z

Рис. 1.6.

Степень подвижности механизма:

W = 4 n −(3 p5 + 2 p4 + p3 ) = 4 8 −3 10 = 2.

W = 2 означает, что механизм имеет два независимых входных движения, следовательно, требуется два одноподвижных привода, но в данном случае можно обойтись и одним вращающимся приводом.

Данный механизм относиться к симметричным механизмам. Входные движения в таких механизмах или абсолютно одинаковые или симметричны.

14

1-е семейство.

Пространственный ползунный механизм (рис. 1.7.). 1- кривошип, 2- шатун, 3- ползун.

Степень подвижности механизма:

W = 5 n − 4 p5 −3 p4 − 2 p3 − p2 = 5 3 − 4 2 −3 0 − 2 2 = 3.

z

1

x

2

|| y

3

Рис. 1.7.

W = 3 - означает, что механизму необходимо три входных движения, но в данном случае достаточно одного входного движения, связанного с внешним приводом, т.к. в данном механизме возникают «избыточные» степени подвижности, которые привнесены здесь сферическими шарнирами, каждый из этих шарниров дает по одной избыточной W. Если поставить сферический шарнир с пальцем, при этом канавка должна обеспечить требуемый закон перемещения звеньев, то получим пару четвертого класса с W=1.

0-е семейство.

Используется очень редко, как исключение.

Все перечисленные механизмы могут быть пространственными, но чаще исполняются как плоские.

1.7. ПЛОСКИЕ МЕХАНИЗМЫ

Плоские механизмы – механизмы, звенья которых движутся в одной или нескольких параллельных плоскостях (к ним относятся механизмы, передающие движение в ортогональных плоскостях).

Основные виды плоских механизмов:

-рычажные,

-зубчатые,

-кулачковые,

-зубчатые рычажные,

15

- механизмы с вынужденной остановкой рабочего звена (с периодической остановкой). Чаще всего к ним относятся мальтийские механизмы (рис. 1.8.). Вращающийся рычаг 1, зацепляясь роликом с пазом звена 2, обеспечивает поворот этого звена.

2

1

Рис. 1.8.

Плоские рычажные механизмы – механизмы, звенья которых имеют стержневую, рычажную конфигурацию или структуру. Исполняются как механизмы технологических машин, транспортных устройств и как механизмы приборов.

z

y		Механизм третьего семейства
		(рис. 1.9.):
||
		W = 3 n − 2 p5 − p4 = 3 n − 2 pн − pв
1	2	n = 3		W = 3 3 − 2 4 =1.
		p5 = p4
j1			= 4
		|
		|
|		x
		3
	Рис. 1.9.

Все плоские механизмы относятся к механизмам третьего семейства.

Для того чтобы создавать и синтезировать плоские рычажные механизмы, необходимо знать из каких первичных структур они состоят. Таких структур установлено две:

1. механизмы первого класса - представляют собой звено и стойку, входящие в КП пятого класса.

Приводом является электродвигатель, ДВС, гидроили пневмомотор, позволяющие получить полный оборот подвижного звена.

При неполном повороте подвижного звена используются шиберные гидроили пневмодвигатели (рис. 1.10.).

16

	1
р нагне-	р слива
тания

Рис. 1.10.

Для обеспечения вращения на несколько оборотов используются гидравлические или пневматические цилиндры, где сам цилиндр будет

неподвижным, а двигаться будет поршень со штоком (рис. 1.11.):

1

p нагне-

р слива

тания

а).

б).

Рис. 1.11.

2. группы Ассура.

1.8. ГРУППЫ АССУРА

Группа Ассура - плоская незамкнутая кинематическая цепь, состоящая из КП пятого класса, которая при присоединении крайними свободными элементами к стойке обладает нулевой степенью подвижности.

W = 3 n − 2 p5 = 0.

n 2 4 …

p5 3 6 …

Группа, состоящая из двух звеньев – группа Ассура второго класса – диада. Подавляющее большинство существующих рычажных механизмов состоит только из диад, оставшаяся часть механизмов включает в себя группы третьего класса. Группы четвертого класса в принципе не используются в механизмах, причина такого неравномерного распределения в резко возрастающей

структурной сложности механизма при переходе от класса к классу.

В настоящее время при синтезе механизмов используют пять видов диад. Рассмотрим эти виды:

1). Диада первого вида - тип ВВВ (рис. 1.12.).

17

(1)

(2)

Рис. 1.12.

Группы Ассура вне механизма имеют три кинематических пары, из них две будут кажущимися (виртуальными). Они станут реальными при соединении этой группы к другой структуре.

2). Диада второго вида - тип ВВП (рис. 1.13.).

(1) (2)

Рис. 1.13.

Порядок обозначения в типе группы представляет собой последовательность передачи движения от входного движения (от одной КП к другой).

Частным случаем диады второго вида является тип ПВВ, который встречается реже.

3). Диада третьего вида - тип ВПВ (рис.1.14.).

(1)	(2)	(1)	(2)

а).	б).
Рис. 1.14.
4). Диада четвертого вида - тип ПВП (Рис. 1.15.).

(1)		(2)
		(2)	(1)
	а).	Рис. 1.15.	б).
5). Диада пятого вида.
Тип ВПП (рис. 1.16.).
(1)	(2)	(1)	(2)
	а).	Рис. 1.16.	б).

18

1.9.ПРИНЦИП СИНТЕЗА ПЛОСКИХ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Плоские рычажные механизмы образуются путем присоединения к механизму первого класса одной или нескольких групп Ассура, при этом одной потенциальной КП группа должна быть присоединена к стойке. Порядок присоединения групп друг другу может быть произвольным, с тем лишь условием, чтобы сохранялась возможность передачи движения, желательно с максимально возможным КПД.

1). Кривошипно-коромысловый механизм (рис. 1.17.). Образуется путем присоединения к механизму первого класса группы Ассура ВВВ. Кроме нумерации звеньев в группе введем нумерацию звеньев в механизме.

2 (1)

1	3

(2)

0 0

Рис. 1.17.

2). Кривошипно-ползунный механизм (рис. 1.18.). Образуется путем присоединения к механизму первого класса группы Ассура ВВП.

(2) 3

(1) 2

1

Рис. 1.18.

3). Кривошипно-кулисный механизм (рис. 1.19.). Образуется путем присоединения к механизму первого класса группы Ассура ВПВ.

19

(2)	3
(1) 2		2
		(1)
1	1	3

(2)

а).	б).
	Рис. 1.19.

Шарниры, связанные с ползунами целесообразно устанавливать на самом ползуне, причем так, чтобы ось этого шарнира проходила через центр масс ползуна на направляющей. При этом возрастает суммарное давление между звеньями, а значит и сила трения. Часто эта дополнительная сила трения становиться такой, что передача движения становиться невозможной, при любой движущей силе. Невозможность передачи движения называется самозаклиниванием, самоторможением (КПД=0).

4). Механизм первого класса + гр. ПВП (рис. 1.20.).

3

(2)

1 2

(1)

Рис. 1.20. 5). Тангенсный механизм (рис. 1.21.).

y	3
	2	H
	1
w		А
1	f
О	1	х
	Рис. 1.21.

20

yM = y0 +OAsinϕ1 .

Особенность тангенсного механизма в том, что входное звено 1 не может совершать более одного поворота и −900 <ϕ1 < +900 - никогда не принимает таких значений.

ϕ1 → 900 - приближенное условие передачи движения стремительно ухудшается.

6). Синусный механизм (рис. 1.22.).

y

А

Н

1

2

3

О

х

Рис. 1.22.

0 <ϕ1 < 3600 .

yM = y0 + rOA sinϕ1 .

7). Поступательный механизм (рис. 1.23.). Образуется путем присоединения к механизму первого класса группы Ассура ПВВ.

y

А

Н

3

2

1

О

х

Рис. 1.23.

Этот механизм хуже его антипода.

8). Поступательный механизм первого класса + гр. ВВВ (рис. 1.24.).

1

2

3