Краткие теоретические сведения. Исследование структуры рычажных механизмов

Исследование структуры рычажных механизмов

Лабораторная работа № 1

Введение

Москва 2011

ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА

Буторин Л.В., Шевелев И.А., Балакин Ю.А.

Имени К.Г.Разумовского

Кафедра теоретической механики и инженерной графики

Лабораторный практикум для студентов специальности 220301 всех форм обучения

УДК 621.81.001

Ó Буторин Л.В., Шевелев И.А., Балакин Ю.А. Прикладная механика. Лабораторный практикум для студентов специальностей 220301 всех форм обучения. – М., МГУТУ, 2011.

В лабораторный практикум по дисциплине «Прикладная механика» для студентов специальности 220301 включены работы, связанные с изучением основных разделов курса. Для каждой работы представлены краткие теоретические сведения, контрольные вопросы, сформулированы задачи и порядок их выполнения, рекомендации по оформлению отчета, вопросы зачетного контроля.

Выполнение работ предусматривается на типовых учебных установках, выпускаемых для ВУЗов. Объем работ ограничен исходя из объема часов, предусмотренных учебным графиком.

Составители: Буторин Л.В., Шевелев И.А., Балакин Ю.А.

Рецензент: заведующий кафедрой теоретической механики и инженерной графики МГУТУ, профессор, доктор технических наук Харитонов А.О.

Редактор: Свешникова С.И.

Ó Московский государственный университет технологий и управления, 2011

109004, Москва, Земляной вал, 73.

Содержание

Введение……………………………………………………………………4

Лабораторная работа № 1………………………………………………….4

Лабораторная работа № 2……………………………………………….…9

Лабораторная работа № 3………………………………………………...13

Предлагаемое учебное пособие является элементом системы информационно-предметного обеспечения процесса обучения по дисциплине «Прикладная механика».

Обучение в форме лабораторного практикума позволяет студентам глубже понять физическую сторону явлений, излагаемых в курсе Прикладной механики, осмыслить методы их расчетов и, что особенно важно, развивает самостоятельность и творческую инициативу.

Цель работы: освоение методики исследования структуры механизмов.

Рис. 1.1

Механизм есть система тел, предназначенная для преобразования механического движения одного или нескольких твердых тел в требуемое движение других тел. Например, в механизме компрессора рис. 1.1 а вращательное движение кривошипа 1 преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня 3. Твердые и гибкие тела, входящие в состав механизма, и подвижно соединенные с другими твердыми телами называют звеньями механизма. В механизме рис. 1,1 звенья: корпус компрессора - 0, кривошип - 1, шатун - 2, поршень -3.

Несколько неподвижно соединённых между собой деталей считают одним твердым телом и, соответственно, одним звеном.

Неподвижное звено механизма называют стойкой. В механизме рис. 1.1 стойка-корпус компрессора 0.

Входное звено - звено, которому задаётся движение, преобразуемое механизмом в требуемое движение других звеньев. Входное звено механизма рис. 1.1- кривошип 1

Выходное звено - звено, совершающее движения, для выполнения которого предназначен механизм. Выходное звено механизма рис. 1.1 - поршень 3

Подвижное соединение двух звеньев называют кинематической парой. Кинематические пары механизма рис. 1.1: соединение кривошипа с корпусом, соединение кривошипа с шатуном, соединение шатуна с поршнем, соединение поршня с корпусом.

Система звеньев механизма, соединенных между собой кинематическими парами, образует структурную цепь.

Структурные цепи подразделяются на плоские и пространственные, разомкнутые и замкнутые, простые и сложные.

В плоской цепи все звенья движутся в плоскостях, параллельных одной и той же плоскости. Пример: механизм рис. 1.1.

В разомкнутой цепи есть звенья, входящие только в одну кинематическую пару. Пример: «рука» манипулятора. В замкнутой цепи все звенья входят в две или более кинематические пары. Пример: механизм рис. 1.1.

В простых цепях каждое звено входит не более чем в две кинематические пары. В сложных цепях звенья входят в три и более кинематические пары.

Графическое изображение структурной цепи- структурная схема.

Структурную схему выполняют с использованием условных обозначений по ГОСТ 2.770-68. Звенья механизма обозначают в виде отрезков линий или неизменяемых геометрических фигур. Для обозначения неподвижности звена часть его контура покрывают штриховкой (рис. 1.2).

Рис.1.2

В обозначении кинематической пары должны быть отражены её функциональные признаки. Некоторые из обозначений кинематических пар приведены в таблице 1.1. Функциональное назначение кинематической пары, с одной стороны «удерживать» звенья в соприкосновении, с другой стороны, обеспечивать относительную подвижность. Этим функциям соответствует число налагаемых связей и число степеней свободы. По этим признакам пары классифицируют. Например, пара рис. 1.3 обеспечивает одно возможное перемещение - вращение звена 1 относительно звена 0. При этом число налагаемых связей Р = 6 - 1 = 5. (Свободное тело 1 имело бы 6 возможных перемещений).

Кроме указанного пары классифицируют по типу сопряжения звеньев: сопряжение по поверхности - низшая кинематическая пара; сопряжение по линии или в точке - высшая кинематическая пара. Рис.1.3

Разнообразие кинематических пар позволяет создавать различные по структуре (строению) механизмы. Структура механизма влияет на его кинематические характеристики.

Основными характеристиками структуры являются: тип цепи, число степеней свободы, наличие избыточных связей, наличие и тип структурных групп.

Одним из наиболее распространённых типов механизмов является рычажный механизм. Рычажным называют механизм с низшими кинематическими парами. Исследованию этого типа механизмов посвящена настоящая лабораторная работа.

Исследование механизма начинают с построения его структурной схемы. По результатам анализа структурной схемы делают заключение о типе структурной цепи механизма.

Число степеней свободы механизма и наличие избыточных связей определяют с помощью структурных формул. Структурные формулы связывают число степеней свободы W механизма с числом звеньев, числом и видом его кинематических пар. Формулы имеют вид:

- для пространственных механизмов:

; (1.1)

- для плоских механизмов

, (1.2)

где n - число подвижных звеньев механизма;

- число кинематических пар с одной, двумя и т.д. степенями свободы.

В механизм могут входить избыточные (повторные, дублирующие) связи, которые увеличивают жесткость конструкции, не изменяя подвижности механизма. Например, коленчатый вал четырехцилиндрового двигателя имеет три подшипника (см. рис. 1.4), хотя с точки зрения кинематики достаточно одного вращательного шарнира. В этом случае структурные формулы будут иметь следующий вид:

W=6п-5Р1-4Р2-ЗРз-2Р4 –Р5+q, (1.3)

W=Зп-2Р1-Р2 +q, (1.4)

где q - число избыточных связей.

В уравнения (1.3) и (1.4) входят по два неизвестных W и q, поэтому их решение требует дополнительных исследований механизма. В зависимости от постановки задачи формулы могут быть использованы для определения числа степеней свободы механизма или наличия и числа избыточных связей. Избыточные связи превращают систему в статически неопределимую, кроме того, ужесточают требования к точности изготовления механизма (в примере рис. 1.4 – требуется обеспечить соосность подшипников).

Задача синтеза и анализа многозвенных механизмов существенно упрощается при использовании понятия структурной группы (группы Ассура). Структурной группой называют структурную цепь, число степеней свободы, которой равно нулю и которая не раскладывается на более простые цепи с таким же свойством.

Структурные группы обладают важными свойствами:

- структурная группа статически и динамически определима;

- присоединение (изъятие) структурной группы не изменяет числа степеней свободы механизма.

Первое свойство позволяет разложить схему механизма на структурные группы и произвести анализ последовательно по группам. Второе свойство позволяет производить синтез механизмов методом присоединения структурных групп к входным звеньям, не изменяя при этом числа степеней свободы механизма.

Сложность структурных групп определяется её классом и порядком. Класс группы равен числу кинематических пар, образующих наиболее сложный замкнутый контур входящих в группу звеньев, а порядок группы - числом внешних кинематических пар, которыми группа присоединяется к механизму. Пример структурных групп приведен на рисунке 1.5.

Поиск и выделение структурных групп следует начинать с наиболее простых.

Группа II класса Группа III класса Группа IV класса

2-го порядка 3-го порядка 2-го порядка

Рис. 1.5

Дата добавления: 2014-12-08