I dinamika mehanizama i mašina tokom njihove analize i sinteze.

Zbog kratkoće našeg kursa, fokusiraćemo se samo na strukturno i kinematičko proučavanje mehanizama. Svrha ovih studija je proučavanje strukture mehanizama i analiza kretanja njihovih karika, bez obzira na sile koje uzrokuju ovo kretanje.

U TMM-u se proučavaju idealni mehanizmi: apsolutno nedeformabilni; bez praznina u pokretnim zglobovima.

Osnovne odredbe TMM-a zajedničke su mehanizmima za različite svrhe. Koriste se u prvoj fazi projektovanja, odnosno pri izradi dijagrama mehanizma i proračunu njegovih kinematičkih i dinamičkih parametara. Nakon završetka ove faze dizajna, vidite "kostur" vašeg budućeg proizvoda, ideje koje su ugrađene u njega. U budućnosti implementirajte svoje ideje u obliku projektne dokumentacije iu obliku stvarnih proizvoda.

Strukturna analiza mehanizama

Osnovni pojmovi i definicije

Detalj- poseban, nedjeljiv dio mehanizma (dio se ne može rastaviti na dijelove).

Veza- dio ili više dijelova međusobno čvrsto povezanih.

Kinematički par (KP)- pokretna veza dvije karike. KP nije materijalna veličina, ona karakteriše vezu dve karike koje su u direktnom kontaktu.

KP element- tačka, linija ili površina duž koje jedna karika dolazi u dodir s drugom. Ako element KP je tačka ili prava - da li je najviši CP, ako je površina najniži CP.

Po prirodi kretanja karika KP oni su: rotacijski, translatorni, sa pužnim gibanjem. Na osnovu vrste dodirnih površina mjenjača razlikuju se: ravni, cilindrični, sferni, itd.

Klasa menjača određuje se brojem ograničenja kretanja ili brojem nametnutih veza S.

Ukupno 6 stepeni slobode. Označimo N kao broj stupnjeva slobode. Možete zapisati

N + S = 6 ili N = 6 - S, ili S = 6 - N

Često je lakše odrediti koliko je stupnjeva slobode veza ostalo nego koliko je veza primijenjeno. Na primjer, koliko stupnjeva slobode imaju vrata ili prozor? jedan.Šta je element CP - površine(bez praznina). Koja je priroda pokreta? rotacija. Stoga je ovo donji, rotacioni menjač 5. klase.

Često se mora suočiti sa višim kontrolnim tačkama, na primjer: kontaktom zupčanici; cilindar se kotrlja duž ravnine; cilindar po cilindar; bregasta gurača itd. Takva veza je prikazana na slici 3.1.

Veza sadrži dvije komponente relativnog kretanja, odnosno dva stepena slobode. CP element je linija. Stoga je ovo Viši CP 4. raz.

Kinematički lanac- sistem karika povezanih kinematičkim parovima.

Mehanizam- kinematski lanac u kojem se za dato kretanje jednog ili više vodeći veze u odnosu na stacionarne

Slika 3.1 veza ( stalci), svi ostali linkovi ( robovi) napraviti određeni pokret. Slave naziva se karika koja čini kretanje za koje je mehanizam stvoren radni nivo.

Prilikom izrade dijagrama mehanizama i drugih kinematičkih lanaca koriste se konvencionalne slike u skladu s GOST 2.770-68. U ovom slučaju se označavaju kinematički parovi velikim slovima, a linkovi - brojevima. Vodeća veza je označena strelicom. Fiksni link ( stalak) označeno senčenjem u blizini kinematičkih parova.

Postoje koncepti strukturna šema I kinematicki dijagram mehanizam. Kinematički dijagrami mehanizama razlikuju se od strukturnih po tome što se moraju izvoditi strogo u mjerilu i na datom položaju vodeće karike. U stvarnosti, malo ljudi ispunjava ovaj zahtjev. Uzmite pasoš bilo koje mašine ili kućnog aparata. napisano - Kinematički dijagram- , ali nema govora o bilo kakvom obimu. Da ne bismo prekršili GOST 2.770-68, jednostavno ćemo ga nazvati - dijagram mehanizma.

IN mehanizmi sa šarkama linkovi imaju svoja imena:

Rotirajući link - Crank;

Ljuljajuća karika - rocker;

Izvođenje ravni paralelnog kretanja - klipnjača;

Kretanje naprijed - klizač;

Veze koje formiraju prevodni par sa klizačima - vodiči;

Pokretne vodilice - backstage.

Valjci su dijelovi rotirajućih karika koji prenose obrtni moment. Osa- cilindrični dio koji je prekriven elementima drugih karika i sa njima formira rotacijske parove - šarke. Osovine ne prenose obrtni moment.

Stepen kretanja mehanizma

Stupanj mobilnosti mehanizma je broj stupnjeva slobode mehanizma u odnosu na fiksnu vezu ( stalci).

Stepen pokretljivosti ravnog mehanizma (sve karike se kreću paralelne ravni) određuje se formulom P.L. Chebysheva

W = 3n - 2P 5 - P 4,

gdje je n broj pokretnih dijelova; P 5 - broj KP 5. razred; P 4 - broj KP 4. razred.

Rice. 3.2 Dijagrami mehanizama

Slika 3.2 prikazuje nekoliko dijagrama mehanizama. Zapišimo nazive karika, okarakteriziramo kinematičke parove i odredimo stupanj pokretljivosti svakog mehanizma.

Šema 1: 1 - postolje; 1 1 - vodič; 2 - radilica; 3 - klipnjača; 4 - klizač; A, B, C - donji rotacijski mjenjači 5. klase; D - niži progresivni CP 5. klase.

Šema 2: 1 - postolje; 2 - radilica; 3 - vezica; 4 - klackalica; A, C, D - donji rotacijski mjenjači 5. klase; B - niži progresivni CP 5. klase.

W = 3n - 2P 5 - P 4 = 3*3 - 2*4 = 1.

Šema 3: 1 - vodič; 2, 4 - klizači (gurači); 3 - klackalica; A, E - niži progresivni CP 5. klase; C - donji rotacioni menjač 5. klase; B, D - viši CP 4. klase.

W = 3n - 2P 5 - P 4 = 3*3 - 2*3 - 2 = 1.

Šema 4: 1 - postolje; 1 1 vodič; 2 - brega; 3 - valjak; 4 - klizač (gurač); A, C - donji rotacijski mjenjači 5. klase; D - niži progresivni CP 5. klase; B - viši CP 4. klase.

W = 3n - 2P 5 - P 4 = 3*3 - 2*3 - 1 = 2.

Šema 5: 1 - postolje; 1 1 vodič; 2 - brega; 3 - klizač (gurač); A - donji rotacioni menjač 5. klase; C - niži progresivni CP 5. klase; B - viši CP 4. klase.

W = 3n - 2P 5 - P 4 = 3*2 - 2*2 - 1 = 1.

Na dijagramima 4 i 5 prikazani su bregasti mehanizmi koji imaju 2 odnosno 1 stepen slobode, mada je očigledno da potiskivači ovih mehanizama imaju jedan stepen slobode. Višak stepena pokretljivosti mehanizma (dijagram 4) uzrokovan je prisustvom karike 3 (valjka), koja ne utiče na zakon kretanja radni nivo(gurač). Prilikom strukturalnih i kinematičkih analiza mehanizama, takve veze se uklanjaju iz dijagrama mehanizama.

Zamjena viših kinematičkih parova nižim

U strukturnim, kinematičkim i energetskim studijama mehanizama, u nekim slučajevima je preporučljivo zamijeniti mehanizam sa višim parovima 4. klase sa ekvivalentnim mehanizmom sa nižim parovima 5. klase. U ovom slučaju, broj stupnjeva slobode i trenutno kretanje karika ekvivalentan mehanizam zamjene trebalo bi da bude isto kao zamjenski mehanizam.

Slika 3.3, a) prikazuje zamenu zupčastog mehanizma, koji se sastoji od karika 1, 2, 3, sa šarkom sa četiri karike, sastavljenom od karika 1, 4, 5, 6. Viši kinematički par IN zamijenjen nižim parovima D, E. Na slici 3.3, b) bregasti mehanizam 1, 2, 3 je zamijenjen

Rice. 3.3 radilica 1, 4, 5, 3. Najviši par IN zamijenjen nižim parovima D, E.

Algoritam za zamjenu viših kinematičkih parova nižim je sljedeći:

1) kroz tačku kontakta karika u najvišem menjaču povučena je normala;

2) na normalu na udaljenostima poluprečnika krivine (R1 i R2, sl. 3.3, a) postavljaju se donji CP;

3) rezultirajući CP povezani su vezama sa nižim CP koji su već bili u mehanizmu.

Strukturna sinteza i analiza mehanizama

Strukturna sinteza mehanizama je početna faza izrade dijagrama mehanizma koji zadovoljava određene uslove. Početni podaci su obično vrste kretanja pogonskih i radnih karika mehanizma. Ako elementarni mehanizam sa tri ili četiri šipke ne riješi problem potrebne transformacije kretanja, dijagram mehanizma se izrađuje povezivanjem nekoliko elementarnih mehanizama u seriju.

Osnovne principe strukturne sinteze i analize mehanizama sa CP klase 5 i klasifikaciju takvih mehanizama prvi je predložio ruski naučnik L.V. Assur 1914. godine, i razvio ideje L.V. Assura akademik I.I. Artobolevsky. Prema predloženoj klasifikaciji, mehanizmi su kombinovani u klase od prve i više prema strukturnim karakteristikama. Mehanizam prve klase sastoji se od pogonske karike i stalka povezanih kinematičkim parom 5. klase.

Mehanizmi viših klasa nastaju uzastopnim pričvršćivanjem na mehanizam prve klase kinematičkih lanaca koji ne mijenjaju stepen pokretljivosti originalnog mehanizma, odnosno imaju stepen pokretljivosti jednak nuli. Takav kinematski lanac se naziva strukturna grupa. Budući da strukturna grupa uključuje samo CP klase 5, a stepen mobilnosti grupe je nula, možemo napisati

W = 3n - 2P 5 = 0, odakle je P 5 = 3/2 n.

Dakle, strukturna grupa može sadržavati samo paran broj jedinica, jer P 5 može biti samo cijeli broj.

Strukturne grupe se razlikuju po klasa I u redu. Grupu 2. klase i 2. reda čine dvije veze i tri komandna mjesta. Grupni razred(iznad 2.) određen je brojem unutrašnjih CP koji formiraju pokretnu zatvorenu petlju najveći broj veze grupe.

Grupni red određuje se brojem slobodnih elemenata karika kojima je grupa vezana za mehanizam.

Na slici 3.4 prikazan je mehanizam 1. klase, kao i strukturne grupe 2. i 3. klase. Kao rezultat strukturne sinteze (pripajanje strukturnih grupa mehanizmu 1. klase), dobijeni su četvorolinki mehanizmi 2. klase i šesterolinki 3. klase (slika 3.4).

Strukturnom analizom utvrđuje se stepen pokretljivosti mehanizma i dekompozicija njegovog kinematičkog lanca na strukturne grupe i vodeće karike. U ovom slučaju uklanjaju se višak stupnjeva slobode (ako ih ima) i pasivne veze (ako ih ima).

Kinematička analiza mehanizama

Svrha kinematičke analize je proučavanje kretanja karika mehanizama bez obzira na sile koje na njih djeluju. U ovom slučaju su napravljene sljedeće pretpostavke: veze su apsolutno krute i nema praznina u kinematičkim parovima.

Rešeno je sledeće glavni ciljevi: a) određivanje položaja karika i konstruisanje trajektorija kretanja pojedinih tačaka ili karika u celini; b) pronalaženje linearnih brzina tačaka mehanizma i ugaonih brzina karika; c) određivanje linearnih ubrzanja tačaka mehanizma i ugaonih ubrzanja karika.

Početni podaci su: kinematička shema mehanizma; dimenzije svih karika; zakoni kretanja vodećih karika.

U kinematičkoj analizi mehanizama koriste se analitičke, grafičko-analitičke i grafičke metode. Obično se razmatra puni ciklus kretanje mehanizma.

Rezultati kinematičke analize omogućavaju, ako je potrebno, prilagođavanje konstrukcije mehanizma, a osim toga, neophodni su za rješavanje problema dinamike mehanizma.

Određivanje položaja i kretanja karika mehanizma

Zadatak ćemo riješiti grafičkim i analitičkim metodama. Kao primjer, uzmimo mehanizam klizača radilice.

Dato: dužina ručice r = 150 mm; dužina klipnjače l = 450 mm; pogonska poluga (ω = konst.)

Položaj poluge je određen uglom φ. Ciklus kretanja takvog mehanizma izvodi se u jednom punom okretu ručice - period ciklusa T = 60/n = 2π/ω, s. gdje je n broj okretaja u minuti; ω - ugaona brzina, s -1 . U ovom slučaju φ = 2π, rad.

Na odabranoj skali crtamo kinematičku shemu mehanizma (slika 3.5). Na slici 3.5, razmera je 1:10. Dijagram mehanizma gradimo u osam položaja ručice (što je više pozicija mehanizma, to je veća tačnost dobijenih rezultata). Označite poziciju klizača ( radni link). Na osnovu dobijenih podataka konstruišemo graf zavisnosti kretanja tačke B klizača od ugla rotacije poluge φ (S B = f(φ)). Ovaj graf se naziva kinematičkim dijagramom pomaka tačke B.

Analitička metoda

Kretanje klizača se računa od krajnje desne pozicije (slika 3.5). Analizirajući sliku, možemo napisati jednačine

S = (r + l) - (r * cosφ + l * cosβ) (3.1)

r * sin φ = l * sin β

Označavajući r/l = λ, možemo pisati

β = arcsin(λ * sinφ).

Stoga, za svaki ugao φ nije teško odrediti odgovarajući ugao β, a zatim riješiti prvu jednačinu sistema (3.1). U ovom slučaju, tačnost rezultata će biti određena samo navedenom tačnošću proračuna.

Za određivanje kretanja klizača data je približna formula

S = r*(1 - cos φ + sin 2 φ* λ /2) (3.2)

Određivanje brzina i ubrzanja tačaka i karika mehanizma

Brzine i ubrzanja pogonskih karika mehanizma mogu se odrediti metodama planova, kinematičkih dijagrama i analitičkih. U svim slučajevima kao početni moraju biti poznati: dijagram mehanizma na određenom položaju pogonske karike, njegova brzina i ubrzanje.

Razmotrimo primjenu ovih metoda na primjeru kliznog mehanizma radilice (slika 3.5) sa φ = 45 o I n = 1200 o/min, odnosno ω = π*n/30 = 125,7 s -1.

Plan brzina (ubrzanja) mehanizma.

Plan brzine (ubrzanja) mehanizma je figura koju čine vektori brzine (ubrzanja) tačaka karika na datom položaju mehanizma.

Izrada plana brzine

Poznato

Po veličini V AO = ω* r= 125,7*0,15 = 18,9 m/s.

Odaberite skalu konstrukcije, na primjer, 1m/(s*mm).

Označite neku tačku kao stub R prilikom izrade plana brzine (slika 3.6).

Odbacujemo vektor sa pola,

Rice. 3.6 okomito JSC. Vektor brzine tačke IN nalazimo grafičkim rješavanjem jednačine Smjer vektora je poznat. Vektor leži na vodoravnoj liniji, a vektor je okomit VA. Od pola i kraja vektora povlačimo odgovarajuće prave linije i zatvaramo vektorsku jednačinu. Mjerenje udaljenosti Pb I ba i, uzimajući u obzir razmjer, nalazimo

V V= 16,6 m/s, V VA= 13,8 m/s.

Izrada plana ubrzanja(Sl. 3.7)

Ubrzanje tačke A jednako od tada = 0. . Veličina normalnog ubrzanja a n AO = ω 2 * r =

= 125,7 2 *0,15 = 2370 m/s 2.

Tangencijalno ubrzanje a t AO = ε* r = 0, od ugaonog ubrzanja ε = 0, zbog ω = konst.

Odaberite skalu konstrukcije, na primjer, 100m/(s 2 *mm). Ostavite po strani od motke r a vektor, paralelan JSC od A To O. Vektor ubrzanja tačke IN nalazimo grafičkim rješavanjem jednačine. Vektor je usmjeren paralelno VA od IN To A, njegova vrijednost je jednaka a n VA = V VA 2 / l = 13,8 2 /0,45 = 423 m/s 2 .

a B = 1740 m/s 2 ; a t VA = 1650 m/s 2.

Metoda kinematskog dijagrama (slika 3.8)

Metoda kinematičkog dijagrama je grafička metoda. Uključuje grafičko razlikovanje najprije grafa pomaka, a zatim grafa brzine. U ovom slučaju, krivulje pomaka i brzine zamjenjuju se isprekidanom linijom. Vrijednost prosječne brzine na elementarnoj dionici staze može se izraziti kao

µ S - skala pomaka.

µ t - vremenska skala.

U našem slučaju

µ S = 0,01 m/mm;

µ t = 0,000625 s/mm.

Skala brzine je:

µ V = µ S /(µ t *H V) =

0,01/(0,000625*30) =

0,533 m/(s*mm).

Skala ubrzanja je:

µ a = µ V /(µ t * H a) =

0,533/(0,000625*30) =

28,44 m/(s 2 *mm).

Postupak za izradu dijagrama brzine.

Na rastojanju H V (20-40 mm) postavlja se tačka O - građevinski stub. Od pola se povlače prave linije, paralelne sa segmentima izlomljene linije grafa pomaka, sve dok ne preseku os ordinate. Ordinate se prenose na graf brzine u sredini odgovarajućih sekcija. Iz dobijenih tačaka se crta kriva - ovo je dijagram brzine.

Dijagram ubrzanja je konstruiran na sličan način, samo dijagram brzine postaje originalni graf, zamijenjen isprekidanom linijom.

Za označavanje numeričkih vrijednosti brzine i ubrzanja, skala crtanja se izračunava kao što je prikazano iznad.

Brzine i ubrzanja klizača mogu se odrediti i analitički, sekvencijalnim diferenciranjem približne jednačine (3.2).

Poznavanje brzina i ubrzanja karika mehanizma je neophodno za dinamička analiza mehanizam, posebno za određivanje sila inercije, koje mogu, pri velikim ubrzanjima(kao u našem slučaju) višestruko premašuju statička opterećenja, na primjer, težinu veze.

Zbog kratkoće našeg kursa, ne provodimo proučavanje mehanizama sile, ali se s njim možete upoznati iz literature, posebno one preporučene u ovom dijelu.

Teorija mehanizama i mašina bavi se pitanjima geometrije zupčanika, kao i pitanjima trenja u kinematičkim parovima. Ova pitanja ćemo takođe razmotriti, ali u odeljku „mašinski delovi“, u vezi sa konkretnim slučajevima i zadacima.

Književnost

1. Pervitsky Yu.D. Proračun i projektovanje preciznih mehanizama. - L.: Mašinstvo,

2. Zablonski K.I. Primijenjena mehanika. - Kijev: Vishcha School, 1984. - 280 str.

3. Korolev P.V. Teorija mehanizama i mašina. Bilješke sa predavanja. - Irkutsk: Izdavačka kuća

Razvoj čovječanstva je praćen kontinuirano stvaranje mašine, mehanizmi i zupčanici koji olakšavaju rad ljudi i životinja i povećavaju njihovu produktivnost. Stvaranje novih mašina, mehanizama, raznih uređaja i instalacija koje se susreću savremenih zahteva, zasniva se na dostignućima fundamentalnih i primenjenih nauka.

Teorija mehanizama i mašina– nauka koja proučava opšte metode za proučavanje svojstava mehanizama i mašina i njihovog dizajna. Metode navedene u teoriji mehanizama i mašina pogodne su za projektovanje bilo kojeg mehanizma i ne zavise od njegove tehničke namjene, kao ni od fizičke prirode radni proces mašine.

Auto– uređaj koji izvodi mehaničke pokrete za transformaciju energije, materijala i informacija kako bi se zamijenio ili olakšao ljudski fizički i mentalni rad. Pod materijalima se podrazumijevaju obrađeni predmeti, transportovani tereti i drugi predmeti rada.

Mašina svoj radni proces obavlja obavljanjem redovnih mehaničkih pokreta. Nosač ovih pokreta je mehanizam. dakle, mehanizam- sistem čvrste materije, pokretno povezani kontaktom i kreću se na određeni, traženi način u odnosu na jednu od njih, uzetu kao stacionarnu. Mnogi mehanizmi obavljaju funkciju transformacije mehaničkog kretanja čvrstih tijela.

Najjednostavniji mehanizmi (poluga, zupčanik, itd.) poznati su od davnina; proces njihovog istraživanja, usavršavanja i implementacije u praksu postepeno se odvijao kako bi se olakšao ljudski rad i povećala produktivnost rada.

Tako je poznato da je izuzetna kulturna ličnost renesanse i naučnik Leonardo da Vinci (1452–1519) razvio nacrte mehanizama tkalačkih razboja, štamparskih i mašina za obradu drveta i pokušao da eksperimentalno odredi koeficijent trenja. Italijanski lekar i matematičar D. Kardan (1501–1576) proučavao je kretanje satova i mlinskih mehanizama. Francuski naučnici G. Amonton (1663–1705) i C. Coulomb (1736–1806) prvi su predložili formule za određivanje sile statičkog i kliznog trenja.

Izvanredni matematičar i mehaničar L. Euler (1707–1783), rođeni Švajcarac, trideset godina je živeo i radio u Rusiji, profesor, a potom punopravni član Peterburška akademija nauka, autor 850 naučnih radova, riješio je niz problema u kinematici i dinamici krutog tijela, proučavao vibracije i stabilnost elastična tijela, bavio se pitanjima praktične mehanike, proučavao posebno različite profile zubaca zupčanika i došao do zaključka da je najperspektivniji profil evolventni.

Čuveni ruski mehaničar i pronalazač I.I. Polzunov (1728–1766) je prvi razvio dizajn mehanizma dvocilindrične parne mašine (koju, nažalost, nije uspeo da realizuje), dizajnirao je automatski regulator za napajanje kotla vodom, uređaj za dovod vode i pare i drugih mehanizama. Izvanredni mehaničar I.I. Kulibin (1735–1818) stvorio je čuveni sat u obliku jajeta, koji je bio najsloženiji automatski mehanizam za ono vrijeme.

U vezi sa razvojem mašinstva kao industrije, javlja se potreba za razvojem opšteg naučne metode istraživanje i projektovanje mehanizama uključenih u mašine. Ove metode su doprinijele stvaranju najnaprednijih mašina za svoje vrijeme, koje su obavljale najbolje definirane, tražene funkcije. Poznato je da je mašinstvo kao grana industrije počelo da se formira u 18. i 19. veku. počela je naglo da se razvija, posebno u Engleskoj i SAD.

U Rusiji su se prve fabrike mašina pojavile u 18. veku; 1861. već ih je bilo preko 100, a 1900. godine oko 1410. Međutim, početkom 20. stoljeća. domaće mašinstvo je zaostajalo i po razvoju i po obimu proizvodnje: polovina svih mašina uvezena je iz inostranstva. Tek 30-50-ih godina u našoj zemlji počelo se razvijati moćno mašinstvo, uspješno stvarajući različite strojeve i mehanizme koji nisu inferiorni u odnosu na najbolje svjetske modele, au nekim slučajevima i superiorniji od njih.

Visoko razvijeno domaće mašinstvo bilo je jedan od faktora koji su osigurali pobjedu u Velikom domovinskom ratu.

Kao nauka, teorija mehanizama i mašina pod nazivom „primenjena mehanika“ počela je da se formira početkom 19. veka, a tada su se uglavnom razvijale metode strukturne, kinematičke i dinamičke analize mehanizama. I to tek od sredine 19. veka. U teoriji mehanizama i mašina razvijaju se opšte metode za sintezu mehanizama. Tako je poznati ruski naučnik, matematičar i mehaničar, akademik P.L. Čebišev (1821–1894) je objavio 15 radova o strukturi i sintezi poluga mehanizama, dok je na osnovu razvijenih metoda izumeo i izgradio preko 40 različitih novih mehanizama koji izvršavaju zadatu putanju, zaustavljaju neke karike dok se druge kreću, itd.; strukturnu formulu ravni mehanizmi se sada nazivaju Chebyshev formula.

Njemački naučnik F. Grashof (1826–1893) dao je matematičku formulaciju uslova za rotaciju karike u mehanizmu s ravnim polugom, koja je neophodna u njegovoj sintezi. Engleski matematičari D. Sylvester (1814–1897) i S. Roberts (1827–1913) razvili su teoriju polužnih mehanizama za transformaciju krivih (pantografa).

I.A. Vyshnegradsky (1831–1895), poznat kao jedan od osnivača teorije automatskog upravljanja, dizajnirao je niz mašina i mehanizama (automatska presa, mašine za podizanje, regulator pumpe) i, kao profesor u Sankt Peterburgu, bio je profesor u Sankt Peterburgu. Institut za tehnologiju, kreirano naučna škola dizajn mašine.

Metode sinteze zupčastih mehanizama, koji se koriste u raznim mašinama, odlikuju se određenom složenošću. Mnogi naučnici su radili u ovoj oblasti. Francuski geometar T. Olivier (1793–1858) utemeljio je metodu sinteze konjugiranih površina u ravnim i prostornim zahvatima pomoću generirajuće površine. Engleski naučnik R. Willis (1800–1875) dokazao je osnovnu teoremu o ravnom zupčaniku i predložio analitičku metodu za proučavanje mehanizama planetarnih zupčanika. Njemački mašinski inženjer F. Reuleaux (1829–1905) razvio je grafičku metodu za sintetizaciju konjugiranih profila, trenutno poznatu kao “metoda normala”. Releaux je i autor radova o strukturi (strukturi) i kinematici mehanizama. Ruski naučnik H.I. Gokhman (1851–1916) je bio jedan od prvih koji je objavio rad o analitičkoj teoriji zupčanika.

Značajan doprinos dinamici mašina dao je "otac ruske avijacije" N.E. Žukovski (1847–1921). Bio je ne samo osnivač moderne aerodinamike, već i autor niza radova o primijenjenoj mehanici i teoriji upravljanja mašinama.

Razvoj mašinske mehanike je olakšan radom N.P. Petrov (1836–1920), koji je postavio temelje hidrodinamičke teorije podmazivanja; V.P. Gorjačkin (1868–1935), koji je razvio teorijske osnove proračuna i konstrukcije poljoprivrednih mašina, čija je sva složenost proračuna u tome što njihovi aktuatori moraju reproducirati pokrete ljudske ruke.

Ruski naučnik L.V. Otkriven Assur (1878–1920). opšti obrazac u strukturi viševeznih ravnih mehanizama, koji se još uvijek koristi u njihovoj analizi i sintezi. Takođe je razvio metodu “singularne tačke” za kinematičku analizu složenih mehanizama poluge; A.P. Malyshev (1879–1962) predložio je teoriju strukturne analize i sinteze primijenjenu na složene ravninske i prostorne mehanizme.

Značajan doprinos razvoju mašinske mehanike kao integralne teorije mašinstva dao je I.I. Artobolevski (1905–1977). Bio je organizator nacionalne škole teorije mehanizama i mašina; Napisao je brojne radove o strukturi, kinematici i sintezi mehanizama, mašinskoj dinamici i teoriji automatskih mašina, kao i udžbenike koji su dobili univerzalno priznanje.

Učenici i sljedbenici I.I. Artobolevski - A.P. Bessonov, V. A. Zinovjev (1899–1975), N.I. Levitsky, N.V. Umnov, S.A. Čerkudinov i drugi - svojim radom u oblasti dinamike mašina (uključujući akustičku i neholonomsku), optimizacijske sinteze mehanizama, teorije automatskih mašina i u drugim oblastima teorije mehanizama i mašina, doprineli su njihovom daljem razvoju.

U 30-im i narednim godinama ogroman doprinos N.G. je svojim istraživanjem doprinio teoriji mehanizama i mašina. Bruevich (1896–1987), jedan od tvoraca teorije tačnosti mehanizama, G.G. Baranov (1899–1968), autor radova o kinematici prostornih mehanizama, S.N. Koževnikov (1906–1988), koji je razvio opšte metode za dinamičku analizu mehanizama sa elastičnim karikama i mehanizama teško opterećenih mašina.

Vrijedi napomenuti radove naučnika: F.E. Orlova (1843–1892), D.S. Zernova (1860–1922) – proširio teoriju zupčanika; N.I. Mertsalova (1866–1948) - dopunila je kinematičku studiju ravnih mehanizama teorijom prostornih mehanizama i razvila jednostavnu i pouzdanu metodu za proračun zamajca; L.P. Smirnov (1877–1954) – doveden do strogog unificirani sistem grafičke metode za proučavanje kinematike mehanizama i dinamike mašina; V.A. Gavrilenko (1899–1977) – razvio geometrijska teorija zupčanici; L.N. Rešetov (1906–1998) - razvio je teoriju korekcije zupčanika, kao i planetarne i bregasti mehanizmi i postavio temelj za teoriju mehanizama samousklađivanja.

Najvažniji koncept "mašine" je dat gore. Dodajmo da mašine ne samo da zamenjuju ili olakšavaju ljudski rad, već hiljadu puta povećavaju njihovu produktivnost. Bitno je da se transformacija energije, materijala i informacija dešava zahvaljujući mehaničkom kretanju. Imajući to na umu, istražimo pojam „mašine“ u detalje koristeći konkretne primjere.

Elektromotor uzima električnu energiju iz mreže i pretvara je u mehaničku energiju koju isporučuje potrošaču. To može biti kompresor koji primljenu mehaničku energiju pretvara u energiju komprimiranog zraka. Glavna stvar je da se pretvorba energije događa zbog mehaničkog kretanja radnih dijelova: u elektromotoru, to je rotacija rotora 1 (Sl. 1.1) u kompresoru - kretanje klipa 3 gore i dole (slika 1.2).

Rice. 1.1. Električni motor

Rice. 1.2. Kompresor

Potrošač mehaničke energije elektromotora može biti i alatna mašina, presa ili neka druga tehnološka mašina. U ovom slučaju se mehanička energija troši na obavljanje posla uzrokovanog tehnološkim procesom. Mašina ili presa takođe vrši transformaciju, ali ne energije, već veličine i oblika proizvoda koji se obrađuje: mašina - rezanjem, presa - pritiskom. I u ovim primjerima je pokazano da se transformacija vrši mehaničkim kretanjem: u stroju - rezni alat ili proizvod, u preši - žig.

U transporteru se mehanička energija koristi za pomicanje tereta. Proces transformacije svojstven stroju sastoji se od transporta tereta (promjene njegove lokacije) i odvija se, naravno, zahvaljujući mehaničkom kretanju transportne trake na kojoj teret leži.

Potrošačem mehaničke energije je i štamparska mašina. U njemu se informacije pretvaraju u višestruko reproducirane štampane proizvode mehaničkim kretanjem koje obavljaju radni dijelovi mašine.

Radni proces u mašini se odvija mehaničkim kretanjem, tako da ona mora imati nosač za to kretanje. Mehanizam je takav nosač. Shodno tome, koncept „mašine” je neraskidivo povezan sa konceptom „mehanizma”. Mehanizam, ma koliko jednostavan bio, nužno je dio mašine; to je njegova kinematička osnova, pa je stoga proučavanje mehanike mašina neraskidivo povezano sa proučavanjem svojstava njihovih mehanizama.

Podsjetimo da mehanizam, kao sistem pokretno povezanih i dodirujućih čvrstih tijela, pretvara kretanje jednih u potrebna kretanja drugih.

Hajde da detaljno istražimo ovu definiciju koristeći konkretne primjere.

Elektromotorni mehanizam je sistem dva čvrsta tijela: rotor 1, rotirajući unutar stacionarnog statora, i sam stator 2 (vidi sliku 1.1); ove čvrste materije se nazivaju karike mehanizma. Rotor se rotira u odnosu na stator, što znači da su karike međusobno pokretno povezane. Ova veza je strukturno izvedena pomoću ležajeva i izvodi se kontaktom. Zaista, neka elektromotor ima klizne ležajeve; tada cilindrična površina osovine rotora dolazi u kontakt sa cilindričnom površinom stacionarnih obloga ležaja statora. Takva veza kontaktnih karika, koja omogućava njihovo relativno kretanje, naziva se kinematičkog para. IN u ovom slučaju rotor 1 i stator 2 formiraju kinematski par 1/2. Konačno, to primjećujemo rotaciono kretanje Rotor je pokret koji je potreban za prijenos mehaničke energije od motora do njegovog potrošača (kompresor, alatna mašina, kovačka mašina, dizalica, štamparska mašina itd.). Shodno tome, sistem rotor-stator ima sve karakteristike koje su, po definiciji, inherentne svakom mehanizmu i stoga je mehanizam.

Razmatrani primjer jasno pokazuje da mehanizam elektromotora, koji se sastoji od samo dvije karike - rotora i statora, ima jednostavnu strukturu ili, kako kažu, strukturu. Isto najjednostavnija struktura mehanizmi mnogih mašina: parne, gasne i hidraulične turbine, aksijalni kompresori, ventilatori, duvaljke, centrifugalne pumpe, električni generatori i druge mašine koje se tzv. rotacijski.

Imajte na umu da mnogi mehanizmi imaju složeniju strukturu. Potreba za komplikacijom nastaje kada, da bi izvršio potrebne pokrete, mehanizam mora obavljati funkcije prijenosa i pretvaranja pokreta. Da bismo to ilustrirali, pogledajmo još jedan primjer.

Za klipni kompresor, koji je dizajniran da proizvodi komprimirani zrak, mehanička energija potrebna za ovaj proces dovodi se do rotirajuće radilice. 1 i kroz klipnjaču 2 prebačen na klip 3, klipni gore-dole unutar radnog cilindra C(vidi sliku 1.2). Kada se klip kreće prema dolje, zrak se usisava iz atmosfere, a kada se kreće prema gore, zrak se prvo komprimira, a zatim upumpava u poseban rezervoar. Potrebna kretanja ovdje su kontinuirano rotacijsko kretanje osovine i povratno kretanje klipa. Stoga je za njihovu implementaciju potrebno transformirati kretanje osovine u kretanje klipa, koje izvodi kompresorski mehanizam, koji se naziva radilica-klizač. Stoga je mehanizam kompresora mnogo složeniji od mehanizma elektromotora, koji ne pretvara kretanje. Mehanizam radilice se više ne sastoji od dvije, već od četiri karike: tri pokretne 1, 2, 3 i jedna fiksna stvar, a to je telo 4 kompresor (vidi sliku 1.2).

Karike mehanizma radilica-klizač, međusobno povezane, čine parove 1/4, 1/2, 2/3, 3/4. Karike se međusobno dodiruju u ležajevima A, IN I WITH, a osim toga, klip je u kontaktu sa nepokretnom površinom radnog cilindra C. Sve ove veze omogućavaju da se veze pomeraju jedna u odnosu na drugu: link 1 rotira u odnosu na vezu 4, veza 2 rotira u odnosu na vezu 1, od ugla ABC promene tokom kretanja itd. Dakle, sistem krutih tijela (1 – 2 – 3 – 4) posjeduje sve karakteristike koje, po definiciji, moraju biti svojstvene mehanizmu, te je stoga mehanizam.

Razmatrani mehanizam klizača radilice se široko koristi: koristi se u stacionarnim i brodskim motorima unutrašnjim sagorevanjem, klipni ekspanderi i hidraulične pumpe, tehnološke, transportne (automobili, traktori, dizel lokomotive) i mnoge druge mašine.

Dakle, koncept "mehanizma" je širi od "kinematičke osnove mašine". Prije svega, mehanizam je kinematička osnova ne samo strojeva, već i mnogih instrumenata i aparata (žiroskopa, regulatora, releja, kontaktora, električnih mjernih instrumenata, automatskih zaštitnih uređaja itd.). Osim toga, mnogi mehanizmi postoje nezavisno, ne odnose se ni na jednu mašinu posebno, niti su njen sastavni dio. To uključuje mehanizme prijenosa (reduktori, varijatori, zupčanici i drugi prijenosi), koji povezuju pojedinačne strojeve u cijele jedinice.

U zaključku dajemo definicije nekih pojmova u teoriji mehanizama i mašina. Veza– kruto tijelo koje učestvuje u datoj transformaciji kretanja. Veza se može sastojati od jednog dijela ili više dijelova koji nemaju relativno kretanje među sobom. Detalj- proizvod koji se ne može podijeliti na manje dijelove, a da ih ne spriječi u obavljanju svojih funkcija. Element mehanizma- čvrsta, tečna ili plinovita komponenta mehanizma koja osigurava interakciju njegovih dijelova koji nisu u direktnom kontaktu jedni s drugima. Kinematički par– spoj dva kruta tijela mehanizma, koji omogućava njihovo određeno relativno kretanje.

Uvod……………………………………………………………………………………………….4

1. Osnovni koncepti i definicije TMM………………...…………………….5

2. Glavne faze projektovanja i izrade nove opreme……………..6

3. ….………………………..7

3.1. Klasifikacija kinematičkih parova…………………………………………………………7

3.2. Kinematički lanci i njihova klasifikacija………………………………………………..9

3.3. Koncept stepena pokretljivosti mehanizma……………………………………………….10

3.4. Strukturna analiza mehanizmi……………………………………………11

3.5. Vrste mehanizama i njihovi strukturni dijagrami……………………………………...13

4. Kinematička analiza polužnih mehanizama…….……………………..14

4.1. Izrada planova položaja mehanizma………………………………………………14

4.2. Određivanje brzina i ubrzanja mehanizma metodom plana…………..15

4.3. Proučavanje polužnih mehanizama metodom kinematičkih dijagrama..17

4.4. Kinematsko proučavanje polužnih mehanizama analitičkom metodom...18

5. Dinamička analiza mehanizama povezivanja……..…………………….....18

5.1. Klasifikacija sila djelovanja…………………………………………………………………………..18

5.2. Dovođenje sila i masa u mehanizam…………………………………………………………20

5.3. Jednačina kretanja mašine………………………………………………………………………….21

5.4. Koncept balansne sile. Teorema Žukovskog o krutoj poluzi…..22

5.5. Grafičko-analitička metoda za rješavanje jednačine kretanja mašine………..23

5.6. Neravnomjerno kretanje vozila. Zamašnjaci……………………………………………24

5.7. Izbor momenta inercijeJ m zamajca prema navedenom koeficijentu neravnine δ...25

5.8. Regulacija neperiodičnih fluktuacija brzine mašine…..26

5.9. Proračun snage polužnih mehanizama……………………………………….27

6. Sinteza poluga mehanizama………………………………………………...30

6.1. Prikaz problema, vrste i metode sinteze……………………………………………….30

6.2. Rješavanje problema optimalne sinteze štapnih mehanizama……………..30

6.3. Uvjeti za rotaciju poluge u zglobnoj karici sa četiri karike....31

6.4. Obračun uglova pritiska u štapnim mehanizmima……………………………………………32

6.5. Sinteza četvorokrake na bazi tri specificirana položaja klipnjače…………..32

6.6. Sinteza koljenastog mehanizma prema datom koeficijentu

promjene brzine putovanja………………………………………………………………………33

6.7. Sinteza koljenasto-kliznog mehanizma za određene zadate dimenzije......33

6.8. Koncept sinteze mehanizma prema datom zakonu kretanja izlazne veze......34

6.9. Koncept sinteze mehanizama duž date trajektorije…………………………………35

6.10. Opći postupak za projektovanje polužnog mehanizma………………………………35

7. Cam mehanizmi………………………………………………………...36

7.1. Klasifikacija zupčastih mehanizama………………………………………………...36

7.2. Kinematička analiza bregastih mehanizama……………………………….37

7.3. Neka pitanja dinamičke analize bregastih mehanizama……..39

7.4. Sinteza bregastih mehanizama………………………………………………..40

7.4.1. Izbor zakona gibanja potiskivača………………………………………………………..40

7.4.2. Profiliranje brega ………………………………………………………..41

7.4.3. Dinamička sinteza zupčastog mehanizma………………………………………………42

7.4.4. Analitička metoda za sintezu zupčastih mehanizama………..44

7.4.5. Koncept projektovanja prostornih grebenih mehanizama...45

7.4.6. Dizajn bregastih mehanizama sa pljosnatim (diskovim) potiskivačem...45

8. Frikcioni i zupčasti mehanizmi …...…………………………………...46 8.1. Opće informacije o rotacijskim zupčanicima…………………………………………………….46

8.2. Frikcioni prijenosi…………………………………………………………48

8.3. Zupčanici. Vrste i klasifikacija…………………………………..49 8.4. Osnovna teorema povezivanja (Willisova teorema)……………………………51

8.5. Evolventa i njena svojstva………………………………………………………….53

8.6. Geometrija evolventnog zupčanika…………………………………………………………………53

8.7. Kvalitativni indikatori angažmana………………………………………………………54

8.8. Glavni parametri zupčanika…………………………………………………………55

8.9. Metode rezanja zupčanika………………………………………………………….56

8.10. Korekcija zupčanika………………………………………………………………………...57 8.11. Najmanji broj zubaca zupčanika. Podrezivanje i oštrenje zuba……58

8.12. Izbor izračunatih koeficijenata pomaka za vanjske zupčaste prijenosnike……60

8.13. Cilindrični točkovi sa kosim zupcima i njihove karakteristike………………60

8.14. Konični zupčanici………………………………………………………………………….62

8.15. Pužni zupčanici………………………………………………………...62

8.16. Kinematička analiza i klasifikacija tarnih zupčastih mehanizama...63

8.16.1. Kinematička analiza epicikličkih mehanizama…………66

8.16.2. Epiciklički mehanizmi sa kosim točkovima………………………………68

8.17. Neka pitanja sinteze zupčastih mehanizama…………………………68

8.17.1. Sinteza epicikličkih mehanizama sa cilindričnim točkovima. Uslovi

Preko sinteze……………………………………………………………………………………69

8.17.2. Metode sinteze epicikličkih mehanizama……………………………….71

9. Trenje u kinematičkim parovima ……………………………………………….72

9.1. Vrste trenja………………………………………………………………………………..72 9.2. Trenje klizanja u translacijskim parovima………………………………….73

9.3. Trenje klizanja u rotacijskim parovima…………………………………..74

9.4. Trenje kotrljanja…………………………………………………………………………..74

9.5. Osobine uzimanja u obzir sila trenja u proračunu koljenastih mehanizama……..75

9.6. Efikasnost mašine (efikasnost)…………………………….76

10. Balansiranje masa u mehanizmima i mašinama …………………………78

10.1. Djelovanje sila na temelj. Uslovi ravnoteže……………………………….78

10.2. Balansiranje pomoću protivtega na karikama mehanizma………79

10.3. Balansiranje rotirajućih masa (rotora)……………………………80

Spisak knjiga iz discipline “Teorija mehanizama i mašina”………………..…83

Uvod

Teorija mehanizama i mašina (TMM) je jedna od grana mehanike,

u kojem se proučavaju struktura, kinematika i dinamika mehanizama i mašina u vezi sa njihovom analizom i sintezom.

Primijenjena mehanika, koja trenutno kombinuje ovakve dis-

principi kao što su: TMM; čvrstoća materijala; mašinskih delova i dizanja

transportna vozila; je jedna od najstarijih grana nauke. Poznato je

na primjer, da je tokom izgradnje egipatskih piramida pro-

najjednostavniji mehanizmi (poluge, blokovi, itd.). Nauka se kao takva isticala okolo

prije 200 godina. Značajan doprinos razvoju praktične mehanike van

Ako takvi naučnici i pronalazači kao što su: M.V. Lomonosov; I.I. Polzunov – stvoren

tijelo parne mašine; I.P. Kulibin – kreator automatskih satova; mehanizam proteze, itd.; otac i sin Čerepanovci, koji su izgradili prvu parnu lokomotivu u Rusiji; L.

Euler, koji je razvio teoriju ravnog zupčanika i predložio evolventu

novi profil zupca kotača koji se trenutno koristi.

Akademici koji su doprinijeli razvoju nauke: P.L. Čebišev, I.A. Više

Negradsky, N.P. Petrov, V.P. Gorjačkin, M.V. Ostrogradsky; profesori: N.E.

Žukovski - otac ruske avijacije, V.L. Kirpičev, N.I. Mertsalov, L.A. assur,

I.V. Meshchersky, fizičar D. Maxwell, kao i savremeni naučnici kao što su:

I.I. Artobolevsky, N.G. Bruevich, D.N. Rešetov i drugi.

1. Osnovni koncepti i definicije TMM

Vodeća grana moderne tehnologije je mašinstvo, razvoj

čije je postojanje neraskidivo povezano sa stvaranjem novih mašina i mehanizama,

povećanje produktivnosti rada i zamjenu ručnog rada strojnim radom.

Pokretni uređaji se široko koriste u tehnici mehanički sistemi, pod-

podijeljeni na mašine, mašinske jedinice i mehanizme.

Uopšteno govoreći, mašina je uređaj umjetno napravljeno da koristi zakone prirode da olakša fizički i mentalni rad.

Prema funkcionalnoj namjeni, mašine se mogu podijeliti na:

energetika, transport, tehnologija, kontrola i upravljanje, lo-

gical (računari).

Uređaji koji uključuju određeni broj mašina i mehanizama nazivaju se strojevima.

krajnje jedinice (M.A.). Obično M.A. sastoji se (sl. 1) od motora – D, mjenjač

precizni mehanizam - P.M., radna mašina - R.M. au nekim slučajevima i kontrolu

ali upravljački uređaji (automatski upravljački sistemi) - ACS.

Slika 1 Dijagram jedinice mašine

Svaka pojedinačna mašina uključuje jednu ili više mehaniza-

Mehanizam je sistem materijalnih tijela dizajniran da transformiše kretanje jednog ili više tijela u potrebna kretanja glavnog tijela.

Sastav mehanizama– raznolik i uključuje mehaničke, hidrauličke

Kineski, električni i drugi uređaji.

Uprkos razlici u nameni mehanizama, njihova struktura, kinematika i dinamika imaju mnogo zajedničkog, stoga se proučavanje mehanizama odvija na osnovu osnovnih principa moderne mehanike.

Svaki mehanizam se sastoji od odvojenih tijela (dijelova) povezanih jedno s drugim.

Dio je proizvod proizveden bez montažnih operacija.

Dijelovi međusobno povezani bilo fiksno ili pomoću elastičnih veza čine zasebnu vezu.

Izvođenje veza iz više dijelova osigurava se njihovim povezivanjem

jesti. Postoje trajne veze (zavarene, zakovice, ljepljive) i odvojive

uklonjiv (sa ključem, urezan, navoj).

Ovisno o vrsti materijala, veze mogu biti tvrde ili fleksibilne.

(elastična).

Dvije karike, pokretno povezane jedna s drugom, čine kinematiku

par.

Fiksna veza koja se sastoji od jednog ili više dijelova naziva se

ustaje.

Dakle, svaki mehanizam ima postolje i pokretne karike, među kojima su ulazne, izlazne i međukarike.

Ulaznim (vodećim) karikama je dato kretanje, pretvoreno mehaničkim putem

premostiti u potrebna kretanja izlaznih (pogođenih) karika koristeći među-

jezive veze. Obično mehanizam ima jednu ulaznu i izlaznu vezu.

Ali u nekim slučajevima postoje mehanizmi s nekoliko ulaznih ili izlaznih veza, na primjer, diferencijal automobila.

Razvoj tehnologije odvija se u pravcu poboljšanja ranije poznatih mehanizama i stvaranjem fundamentalno novih tipova istih.

2. Glavne faze projektovanja i izrade nove opreme

Prilikom projektovanja nove opreme postoji potreba za obavljanjem poslova vezanih za analizu i sintezu novog dizajna.

Analiza se vrši za zadate dimenzije i masu karika, kada

potrebno je odrediti: brzine, ubrzanja, djelujuće sile, napone u karikama i njihove deformacije. Kao rezultat, može se napraviti probni proračun za snagu, izdržljivost itd.

Sinteza se vrši pri datim brzinama, ubrzanjima, radnim

sile, naprezanja ili deformacije. U ovom slučaju, potrebno je utvrditi

potrebne dimenzije karika, njihov oblik i težina.

Prilikom sinteze često se rješava problem optimalnog dizajna konstrukcija.

rukovanja kada su potrebni pokazatelji performansi mašine pronađeni u najboljem slučaju

niži troškovi rada.

Obično su glavne faze stvaranja novog dizajna:

1) Izrada shematskog dijagrama;

2) Dizajn i proračun stroja i njegovih pojedinačnih komponenti;

3) Eksperimentalno istraživanje i razvoj prototipa.

Dizajn nove opreme uključuje sljedeće glavne faze:

a) razvoj tehničkih specifikacija, uključujući osnovne početne podatke;

b) izradu idejnog projekta, uključujući izbor kola i raspored opreme;

nove strukturne komponente;

c) izrada tehničkog projekta, gdje se izvode osnovni proračuni i predstavlja montažni crtež i druga dokumentacija.

Prilikom dizajniranja složenih mehanizama, oni obično pokušavaju izolirati opšta šema odvojeni, jednostavniji standardni mehanizmi, čiji dizajn ima svoje zakone. Takvi mehanizmi koji se naširoko koriste u tehnologiji uključuju: polugu (šip), greben, trenje,

zupčanik itd., a sa stanovišta strukture, kinematike i dinamike, svaki mehanizam se može zamijeniti konvencionalnim polužnim mehanizmom uz njegovu naknadnu analizu, stoga se struktura, kinematika i dinamika polužnih mehanizama razmatraju najdetaljnije.

3. Strukturna klasifikacija i vrste mehanizama

3.1. Klasifikacija kinematičkih parova

Najniža k.p.	Najviša k.p.

Pokretne veze dviju karika, koje se nazivaju kinematički parovi (kp), razvrstavaju se prema različitim kriterijima, na primjer, po prirodi kontakta karika - na niže, kada dolazi do kontakta na površini, i na više, kada kontakt između veze se javljaju duž linije ili u tački (sl. 2, a, b).

Prednost nižeg k.p. je sposobnost prenosa značajnih sila uz malo habanja, a prednost je veća efikasnost. sposobnost reprodukcije

prave prilično složene relativne pokrete.

Najniža k.p. mogu biti translatorni, rotacioni, ravni i prostorni, a mogu se klasifikovati i prema broju uslova povezivanja nametnutih karika kada se spajaju u spoj.

Svako tijelo u Dekartovom koordinatnom sistemu (slika 3) ima 6 stupnjeva slobode

baud ili mobilnost (W=6), od kojih su neki uništeni u k.p., dok je klasa k.p. određen brojem superponiranih veza (6-S),

gdje je S broj relativnih pomaka karika u mjenjaču. Na primjer, na sl. 4a-e pokazati k.č. razne klase.

k.p. 2. klasa

k.p. 3. klasa

Kinematički parovi i karike mehanizama prikazani su na pojednostavljen način (slika 5) u skladu sa GOST-om za označavanje karika i mjenjača.

3.2. Kinematički lanci i njihova klasifikacija

Svaki mehanizam je kinematski lanac (k.c.) karika,

spojeni u kinematičke parove (kp). K.ts. može biti jednostavna i složena

ny, otvoren i zatvoren, ravan i prostoran.

IN jednostavan c.c. svaka od njegovih karika je dio jedne ili dvije jedinice, i

V kompleks k.c. postoje linkovi uključeni u tri ili više jedinica.

IN open c.c. postoje karike koje su dio jednog mjenjača, i to u zatvorenom krugu

u tom lancu, svaka karika je dio 2 ili više jedinica. (Sl. 6, a-c).

Ako se tačke svih karika kreću u istim ili paralelnim ravnima,

zatim k.ts. se naziva ravan, inače k.ts. – prostorni (tačke veza opisuju ravne krive u neparalelnim ravnima ili prostornim

prirodne krive).

3.3. Koncept stepena pokretljivosti mehanizma

Ako u prostornom c.c., koji se sastoji od “n” pokretnih karika, postoje k.p. 1., 2.,... 5. razred, čiji je broj p1, p2,... p5,

zatim k.c. ima određeni broj stupnjeva slobode određenih formulom A.P. Malysheva. W=6n-5p5 -4p4 -3p3 -2p2 -p1 (3.1)

Budući da svaki mehanizam ima jednu fiksnu kariku (rack) i "n" pokretnih karika, formula (3.1) se može koristiti za određivanje W

prostorni mehanizam, gdje je n broj pokretnih karika, a W je stepen mobilnosti mehanizma, koji pokazuje koliko pogonskih karika treba da imate

(motori) da bi se postiglo određeno kretanje njegovih preostalih karika. Za ravni mehanizam, stepen mobilnosti je određen formulom

Chebysheva:
	W=3n-2p5 -p4 ,
			postoji u
		progresivan,			rotator-
		nykh i šraf.
		Na primjer, ručica
		klizanje
		niska (slika 7), u kojoj je n=3;
		p5 =4; p4 =0,
		ima W=3·3-2·4-0=1.
		definicija			neophodno
	uzeti u obzir mogućnost postojanja takvog
	takozvane “pasivne” veze, tj. linkovi,
	eliminisan bez formalnog oštećenja
	kinematika analiziranog mehanizma (slika 8).
	a) W=3·4-2·6-0=0 – sa pasivnom vezom,
	b) W=3·3-2·4-0=1 – u stvari.
	Osim toga, potrebno je uzeti u obzir
	priliku		redundantne veze
	koji nisu implementirani u pravi mehanizam,

a njihov broj q je određen razlikom između broja veza u k.p. stvarni i formalno mogući mehanizmi.

Na sl. 9, a prikazuje stvarni mehanizam, a na Sl. 9, b – formalno moguć mehanizam koji ima funkcionalnu svrhu sličnu onoj

Uvod

Predmet i proizvod teorije mehanizama i mašina (TMM) je kinematički ili drugi dijagram mašine. Dijagram odražava najvažnija, fundamentalna svojstva mašine.

Teorija mehanizama i mašina je nauka o većini opšte metode analiza i sinteza mehanizama i mašina. Analiza i sinteza se provode na nivou kola – kinematičke i dr.

Osnovni koncepti TMM

Mašina je uređaj koji kroz mehaničkim pokretima transformiše energiju, materijale i informacije. Shodno tome razlikuju: a) energetsku, b) tehnološko-transportnu, c) informacione mašine.

Mehanizam je pretvarač kretanja nekih čvrstih tijela u potrebna kretanja drugih.

Obično se mehanizam posmatra kao neka vrsta zglobnog lanca, pa se komponente mehanizma u njegovom kinematičkom ili drugom dijagramu nazivaju

podijeljeni su na linkove.

VEZA - dio ili grupa dijelova međusobno čvrsto povezanih (čvrsta veza). Osim toga, postoje i fleksibilne karike (kablovi, kaiševi, lanci).

Slika 1. Fiksna karika mehanizma naziva se stalak i označava se

broj 0 (slika 1). Veza na koju se prenosi kretanje naziva se ulazna veza, obično označena - 1 (slika 1). Veza sa koje se uklanja kretanje potrebno od mehanizma naziva se izlaz; po pravilu, njegova oznaka ima najveću algebarsku težinu (na slici 1 je označena - 3).

2 Predavač Sadovets V.Yu.

IN Ovisno o prirodi kretanja u odnosu na stalak, pokretne karike imaju sljedeće nazive:

CRANK - karika u polužnom mehanizmu koji čini kompletan

okreni se fiksna os(na sl. 1, a), b) i c) označeno – 1). KLUBNA RUKA - karika u polužnom mehanizmu koji čini parcijalni

rotacija oko fiksne ose (namenjena za ljuljanje; na sl. 1, c) označeno - 3).

KLIPNJAK - karika polužnog mehanizma koja vrši ravnoparalelno kretanje i formira kinematičke parove samo sa pokretnim karikama (nema parova povezanih sa postoljem; na sl. 1, a) i c) označeno - 2).

KLIZAC - karika polužnog mehanizma, koja formira translacijski par sa postoljem (na primjer, klip - cilindar u motoru sa unutrašnjim sagorijevanjem; na slici 1, a) označen je - 3).

SLINGER - karika polužnog mehanizma, koja se okreće oko fiksne ose i formira translacijski par sa drugom pokretnom karikom (na slici 1, b) označenom - 2).

ROCKET STONE - karika polužnog mehanizma, koja se progresivno kreće duž klackalice (na sl. 1, b) označeno - 3).

CAM-link, čiji profil, koji ima promjenjivu krivinu, određuje kretanje vođene veze (na slici 2, a) označen je - 1).

ZUPČANIK - naznačena je karika sa zatvorenim sistemom zuba koja osigurava kontinuirano kretanje druge karike (na sl. 2, b).

Slika 2. Pravi se razlika između ravnih i prostornih mehanizama. Mehanizam je

naziva se ravan ako se sve njegove karike kreću paralelno sa istom ravninom. Inače se mehanizam naziva prostornim

nom.

Predavač Sadovets V.Yu.

Planarni mehanizmi se mogu proučavati koristeći i trodimenzionalne i dvodimenzionalne modele. 3D model– ovo je sam mehanizam sa svim pojednostavljenjima koja ne utiču na broj dimenzija. 2D model– ovo je projekcija mehanizma na ravan paralelnu na koju se kreću karike mehanizma.

Zbog svoje jednostavnosti, dvodimenzionalni model se koristi kao prva faza analize i sinteze mehanizama. Za neke prostorne mehanizme mogu se izraditi i dvodimenzionalni modeli.

Pokretna veza koja se sastoji od dvije karike u direktnom kontaktu naziva se kinematičkog para. Na primjer, mehanizmi prikazani na slici 1 imaju četiri kinematička para. Formiraju ih veze 0-1, 1-2, 2-3, 3-0.

Prema prirodi kontakta karika, kinematski parovi se dijele na niže i više. Par se smatra inferiornim ako njegove karike dodiruju jedna drugu na jednoj ili više površina. Ovo su svi parovi poluga mehanizama prikazani na slici 1. Napomenimo usput da je neophodna karakteristika polužnog mehanizma prisustvo samo nižih parova u njemu.

Ako se kontakt karika javlja duž linija ili tačaka (ne duž površina), naziva se najvišim.

Najviši su parovi brega i zupčanika (sl. 2, a) i b)). Karike ovih parova dodiruju jedna drugu u pravoj liniji.

Pokretna veza više od dvije karike se naziva kinematičkog lanca. Lanac, čija svaka karika ne čini više od dva para sa susjednim karikama, naziva se jednostavnim (slika 3, a). Ako kinematski lanac uključuje kariku koja sadrži više od 2 kinematička para, onda se takav lanac naziva složenim (slika 3, b).

sve ostale veze (slave) izvode jedinstveno definisane pokrete.

Mehanizmi mogu biti formirani i zatvorenim i otvorenim kinematičkim lancima. Mehanizam kod kojeg izlazna karika (hvataljka) ne čini kinematski par sa postoljem naziva se mehanizam sa otvorenim kinematičkim lancem. Primjer je mehanizam elementarnog manipulatora (slika 4, a). Većina mehanizama se sastoji od zatvorenih kinematičkih lanaca, u kojima je izlazna karika povezana kinematičkim parom sa postoljem (slika 4b).

Slika 4. Kada razmatrate teoriju, morate analizirati kretanje ne

samo stvarne, ali i imaginarne tačke mehanizma. Pretpostavimo da je neko mjesto na dijagramu ili sa strane dijagrama označeno slovom K (slika 2, b). Tada je K 0 tačka K koja pripada vezi 0, K 1 je tačka K koja pripada vezi 1, itd. – koliko karika, koliko tačaka K može biti u mehanizmu.

Kretanje karika, posmatrano u odnosu na stalak, uzima se kao apsolutno u TMM-u. Prilikom navođenja apsolutnog i relativne brzine Pridržavat ćemo se sljedeće notacije:

v K 2 - apsolutna brzina tačke K 2 ;

v K 2 1 - brzina tačke K 2 u odnosu na vezu 1;

ω 2 - apsolutna ugaona brzina veze 2; ω 21 - ugaona brzina veze 2 u odnosu na vezu 1.

Linearna i kutna ubrzanja se označavaju slično - a i ε. Neki problemi vezani za teoriju zupčanika i zupčanika

mehanizmi se lakše rješavaju ako se viši parovi zamijene nižim. Pogledajmo pravila zamjene. Učinimo to koristeći dvodimenzionalne modele kao primjer.

1. Teorija mašina i mehanizama (TMM) je naučna disciplina o opštim metodama istraživanja, konstrukcije, kinematici i dinamici mehanizama i mašina i naučnim osnovama njihovog projektovanja.

Kao samostalna naučna disciplina, TMM je, kao i mnoge druge primenjene grane mehanike, nastao u jeku industrijske revolucije, čiji početak datira u 30-te godine 18. veka. Auto- tehnički objekt koji se sastoji od međusobno povezanih funkcionalnih dijelova (sklopova, uređaja, mehanizama itd.), dizajniranih da primaju ili pretvaraju mehaničku energiju radi obavljanja funkcija koje su mu dodijeljene.

Mehanizam je sistem međusobno povezanih tijela dizajniran da transformiše kretanje jednog ili više tijela u potrebno kretanje drugih tijela. Mehanizam čini osnovu većine mašina.

Čvrsto tijelo koje je dio mehanizma naziva se veza. Veza se može sastojati od jednog ili više fiksno povezanih dijelova.

Veza karika koja omogućava njihovo relativno kretanje naziva se kinematski par. Najčešći kinematski parovi: cilindrična šarka; kuglični zglob; klizač i vodilica; spiralni zupčanik. Na slikama su prikazane konvencionalne trodimenzionalne oznake tipičnih kinematičkih parova za konstruisanje prostornih kinematičkih dijagrama mehanizama prema SI.

Prilikom konstruisanja mehanizma, karike se povezuju u kinematičke lance. Drugim riječima, mehanizam je kinematski lanac, koji uključuje fiksnu kariku (post ili tijelo (bazu)), čiji je broj stupnjeva slobode jednak broju generaliziranih koordinata koje karakteriziraju položaje karika u odnosu na pošta. Kretanje karika razmatra se u odnosu na fiksnu kariku - postolje (telo, postolje).

2. Strukturna analiza mehanizama

Fizički modeli mehanizama

Mehanizam se zove povezani sistem tijela, osiguravajući prijenos i transformaciju pokreta i sila. Tijela koja formiraju mehanizam nazivaju se njegove karike. Karika se može sastojati od jednog ili više kruto povezanih čvrstih tijela zvanih dijelovi. Postoje i mehanizmi sa fleksibilnim i tekućim vezama.

Konstruktivni elementi koji povezuju veze i nameću ograničenja (veze) njihovim relativnim kretanjima nazivaju se kinematičke veze. Proučavanje mehanizma počinje konstrukcijom fizički model, tj. od idealizacije njegovih stvarnih svojstava. Izbor pojedinih modela prvenstveno zavisi od ciljeva studije, od toga koje informacije o ponašanju mehanizma treba dobiti tokom procesa analize. U različitim fazama dizajna mašine, isti mehanizam je opisan različitim fizičkim modelima. U jednoj fazi istraživanja može se dobiti nekoliko modela mehanizama. Prvi zadatak kursa TMM je naučiti osnovna pravila za prelazak sa realnog mehanizma na njegovu projektnu šemu, kao i zahtjeve za fizički model: njegovu adekvatnost, matematičku rješivost, maksimalnu jednostavnost itd. Najjednostavniji model pravog mehanizma je model koji se naziva mehanizam sa krutim karikama. Prelazak sa realnog mehanizma na ovaj model zasniva se na pretpostavci da se sve karike smatraju nedeformabilnim tijelima, a njihove kinematičke veze

implementirati holonomske, stacionarne i ograničavajuće veze. U nekim slučajevima, pri proučavanju mašina, koriste se složeniji modeli mehanizama koji uzimaju u obzir praznine u kinematičkim vezama (neodrživi spojevi), pomaci u kugličnim zglobovima (neholonomske veze), sile trenja (neidealne veze), deformacije karika (elastične veze) itd.