Основы прикладной механики Классификация механизмов Основные понятия

Основы прикладной механики Классификация механизмов

Основные понятия прикладной механики Машины – устройства для обработки, преобразования материалов, энергии и/или информации с помощью определенных механических движений Технологические машины – изменение размеров, формы и агрегатного состояния обрабатываемых объектов Транспортные машины – перемещение объектов с требуемыми параметрами движения Энергетические и информационные машины – преобразование энергии и информации для контроля, регулирования и управления движением

Механизмы Механизм – носитель движения в машине. Машина состоит из сочетания механизмов Механизм – искусственно созданная система подвижно соединенных твердых тел называемых звеньями, предназначенная для преобразования заданного движения одного или нескольких из них, и/или сил, действующих на них, В требуемые движения других тел или силы Основные признаки механизма – подвижность звеньев и определенность в преобразовании движений

Виды звеньев Звенья – твердые тела, участвующие в преобразовании движения Звеном может быть одна, или несколько неподвижно соединенных между собой деталей Неподвижное звено механизма называется стойкой Различают: входные (ведущие) звенья – получают движение от внешних источников ведомые звенья – все остальные подвижные звенья, получающие определенное движение от ведущих звеньев Ведомое звено, совершающее требуемое движение, получаемое с помощью механизма, называют выходным (рабочим)

Физические свойства звеньев Абсолютно твердые Упругие Гибкие Ремень Нерастяжимая нить Лента Пàссик (Па ссик — резиновый или полимерный приводной ремень в ремённом приводе магнитофонов и электрофонов. Пассик передаёт вращение c ведущего шкива электродвигателя на ведомый шкив тонвала, подкассетника и т. п. Пассик эффективно сглаживает (демпфирует) колебания угловой скорости вращения электродвигателя, тем самым снижая детонацию. )

Изображение звеньев на чертежах Вал, стержень Ползун Неподвижное соединение изображается штриховкой части контура Неподвижное соединение звена Неподвижное соединение детали с валом

Кинематическая пара и виды соединений Кинематическая пара – соединение звеньев (твердых тел), допускающее их заданное относительное движение Виды соединений: Сопряжение – непосредственное соприкосновение Кинематическое соединение – подвижное соединение с помощью тел, не участвующих в заданном преобразовании движения, например, с помощью подшипника качения

Классификация кинематических пар 1 -я классификация – в зависимости от степени ограничения движения – числа степеней свободы, исключаемых из движения (5 классов) Порядок класса соответствует числу ограничений движения

a) Свободное тело; б) пара 3 класса; в) пара 4 класса; г) поступательная, д) вращательная, е) винтовая пары 5 класса

Классификация кинематических пар 2 -я классификация – по характеру соприкосновения звеньев: Низшие – соприкосновение звеньев по поверхности (достоинства: способность элементов воспринимать и передавать значительные нагрузки) Высшие – соприкосновение происходит по линии, или в точке (преимущества: возможность производить достаточно сложные относительные движения, меньшие потери на трение)

Примеры пар а, б) вращательные пары с неподвижным (О) и подвижными (1, 2)звеньями в, г) поступательная, д) винтовая, е) пара 4 класса в месте зацепления зубчатых колес

Высшие кинематические пары образуются боковыми поверхностями зубьев колес, находящихся в зацеплении, роликами фрикционных передач, кулачком и толкателем В плоских механизмах высшая пара относится к 4 классу по первой классификации и называется парой качения со скольжением (двухподвижной)

Классификация кинематических пар 3 -я классификация – по способам замыкания, т. е. обеспечения постоянного соприкосновения элементов геометрически незамкнутые (силовые): прижатие тел одного к другому посредством силы тяжести, сил упругости пружин, электромагнитного притяжения замкнутые: соприкосновение обеспечивается геометрическими формами элементов

Кинематические цепи Звенья соединяются с помощью кинематических пар в кинематические цепи По характеру движения звеньев Плоские Пространственные По структуре Простые (каждое звено входит не более, чем в 2 кинематические пары) Сложные

Кинематические цепи По включению звеньев в пары Незамкнутые (есть звенья, входящие только в одну кинематическую пару) Замкнутые (все звенья входят не менее, чем в две кинематические пары) Другое определение механизма: Механизм – кинематическая цепь со стойкой

Подвижность кинематической цепи Степень подвижности (подвижность) кинематической цепи W – число независимых движений (обобщенных координат, степеней свободы), которые нужно задать ведущему звену (звеньям), чтобы описать движение остальных звеньев

Структурная формула механизма Пусть n – число подвижных звеньев механизма Pk – число пар класса k Для пространственного механизма (формула Малышева) Для плоского механизма (формула Чебышева) Используются для оценки возможности использования той или иной цепи

Примеры механизмов Wa = 0, Wб = 1, Wв = 2 Wг = ? Связи, не влияющие на кинематику механизма, а формально уменьшающие степень его подвижности, называются пассивными

Классификация механизмов По функциональному назначению Механизмы двигателей и преобразователей Передаточные механизмы Исполнительные механизмы Механизмы настройки, подачи, транспортирования Механизмы управления, контроля и регулирования

Механизмы двигателей и преобразователей Преобразование одних видов движения в другие, например, поступательного во вращательное Изменение скорости при сохранении характера движения, например, вращения. В этом случае говорят о передаточном отношении i – отношение угловых скоростей входного и выходного k-го звеньев механизма: Редуктор – для снижения, мультипликатор – для увеличения

Другие характеристики двигателей и преобразователей Коэффициент полезного действия (кпд) Коэффициент передачи сил Коэффициент передачи моментов сил

Механизмы двигателей и преобразователей Механизмы, служащие для передачи вращательного движения с преобразованием скорости (фрикционные, зубчатые), называют также передачами

Классификация механизмов В зависимости от конструктивных особенностей и способа передачи движения между подвижными звеньями Шарнирно-рычажные Фрикционные Кулачковые Винтовые С гибкими звеньями

Шарнирно-рычажные механизмы Используются для преобразования вращательного или поступательного движения в любое движение с заданными параметрами Шарнирный четырехзвенник (слева) Звенья 1 и 3 – кривошипы, если они поворачиваются на угол 2 , коромысла – если они совершают качательное движение. Звено 2 называется шатуном

Кривошипно-ползунные механизмы Используются для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот Делятся на Внецентральные – линия движения ползуна смещена на эксцентриситет е Простые (е = 0)

Кривошипно-ползунные механизмы Примеры кулисных механизмов – ползун перемещается вдоль подвижной направляющей – кулисы. а) Кулиса может совершать вращательные, либо качательные движения б) Синусный механизм в) Тангенсный механизм

Фрикционные механизмы Используются в приводах и устройствах транспортных и информационных систем

Зубчатые механизмы

Зубчатые механизмы Классификация по передаточному отношению: По форме (применительно к специфическим требованиям, например, износостойкости или бесшумности) с постоянным и с переменным отношением прямые косые шевронные криволинейные Другие классификации: по числу подвижных звеньев по профилю боковых поверхностей зубьев и др.

Кулачковые механизмы Применяются в устройствах управления прерывистого движения

Винтовые механизмы Состоят из винта и гайки. Предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное и, наоборот Обеспечивают высокую точность поступательных перемещений и большой выигрыш в силе Большие потери в трении, низкий кпд

Механизмы с гибкими звеньями Применяются для передачи движения между валами при больших межосевых расстояниях и для преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот. Гибкое звено может быть замкнутым, либо разомкнутым

Механизмы с гибкими звеньями в)