Звенья и кинематические пары механизмов.

Звенья – твердые тела, участвующие в заданном преобразовании движения. Звеньев может быть одно или несколько, подвижно соединенных между собой деталей.

Различают:

- Входные (ведущие) звенья, получившие движение от внешних источников энергии

- Ведомые (выходные или рабочие), совершающие требуемое движение, которое получают с помощью механизма. (все остальные подвижные звенья, получившие определенное движения от ведущего звена):

а) упругие звенья (пружины, мембраны, металлы)

б) гибкие (пасеки, ленты)

Кинематические пары - соединение двух звеньев (твердых тел), допускающее их заданное относительное движение.

Порядок класса соответствует числу ограниченных движений.

Число условий связи не может быть меньше единицы, иначе звенья не соприкасаются и кинематическая пара перестает существовать.

По признакам:

а) В зависимости от числа отнятых кинематической парой независимых возможных перемещений звеньев, т.е. от числа отнятых степеней свободы, пары делятся на пять классов.

Порядок класса соответствует числу ограничений движения.

б) По характеру относительного движения звеньев кинематические пары делят на:

- плоские (относятся только пары 5-го, 4-го классов, и точки звеньев могут двигаться в одной или параллельных плоскостях)

- пространственные (пары описывают пространственные кривые)

в) По характеру соприкосновения звеньев в кинематической паре (сопряжения) последние делят на:

- низшие – пары, в которых соприкосновение звеньев происходит по поверхности. Преимущества: Способны воспринимать и передавать значительные нагрузки при меньшем износе.

- высшие – пары, в которых соприкосновение звеньев происходит по линии ( прямая) или в точке. Преимущества: Возможность воспроизводить достаточно сложные относительные движения, меньше потери и трения. Образуются боковыми поверхностями зубьев колес, находящихся в зацеплении, роликами фрикционных передач, кулачком и толкателем.

г) По способам замыкания, т.е. обеспечения постоянного соприкосновения элементов, кинематические пары классифицируют на:

- геометрические незамкнутые (силовые) – пара существует за счет прижатия одного звена к другому, силами тяжести, упругости пружин.

- геометрически замкнутые - соприкосновение звеньев обеспечивается геометрическими формами элементов

Кинематические цепи. Степень подвижности механизмов.

Кинематические цепи - звенья соединяются с помощью кинематических пар в кинематические цепи. В зависимости от характера движения звеньев различают:

- плоские - образуются звеньями, совершающими плоское движение

- точки звеньев пространственных цепей описывают пространственные траектории.

Также кинематические цепи делятся на:

- простые (замкнутые) – все звенья входят не менее чем в две кинематические пары.

- сложные (незамкнутые (открытые)) – есть звенья, входящие только в одну кинематическую пару.

Важнейшим свойством любого механизма является его подвижность, которая оценивается степенью подвижности (свободы) механизма.

Она равна числу независимых движений, которые нужно задать ведущему (ведущим) звену механизма, чтобы получить вполне определенное движение всех остальных подвижных звеньев.

Степень подвижности механизма должна быть не менее единицы и равна числу обобщенных координат механизма, т.е. числу независимых кинематических параметров (перемещений).

Степень подвижности механизма можно определить из его структурной формулы, связывающей подвижность с числом звеньев, числом и классом кинематических пар.

Число независимых возможных движений пространственного механизма, состоящего из n подвижных звеньев,

W= 6n– lp₁ - 2p₂ – 3p₃ – 4p₄ -5p₅ (формула Малышева)

Степень подвижности плоского механизма в этом случае определяется по формуле

W= 3n- 2р₅ – p₄ (формула Чебышева)

Формулы помогают оценить, можно ли использовать ту или иную кинематическую цепь в качестве структурной схемы механизма, а также число ведущих звеньев механизма.

Пассивные связи- связи, не влияющие на кинематику механизма, а формально уменьшающие степень его подвижности.

Классификация механизмов.

Механизмы, входящие в состав любой машины или прибора, весьма разнообразны. По функциональному назначению они делятся на следующие виды:

· механизмы двигателей и преобразователей;

· передаточные механизмы;

· исполнительные механизмы;

· механизмы настройки, подачи, транспортирования;

· механизмы управления, контроля и регулирования.

Механизмы решают задачи преобразования одних видов движений в другие, например вращательного в поступательное, и задачи изменения скорости при сохранении вида движения, например уменьшение числа оборотов двигателя до числа оборотов основного ведомого (рабочего) звена.

Если механизм служит для понижения угловой скорости, его называют редуктором, если для повышения, — мультипликатором. К параметрам механизма относят также КПД и коэффициент передачи сил - равные отношению соответственно мощностей и сил (моментов сил) на выходном и входном звеньях механизма.

В механизмах с КПД, равным единице, передаточное отношение и коэффициент передачи сил равны, т.е. что теряется в скорости, выигрывается в силе.

В зависимости от конструктивных особенностей и способа передачи движения между подвижными звеньями механизмы делят на:

· шарнирно-рычажные,

· фрикционные,

· зубчатые,

· кулачковые,

· винтовые,

· с гибкими звеньями.

Конструкционные материалы. Требования к конструкционным материалам.

Конструкционные материалы - материалы, из которых изготовляются детали конструкций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку.

Определяющими параметрами конструкционных металлов являются механические свойства, что отличает их от других технических материалов (оптических, изоляционных, смазочных, лакокрасочных, декоративных, абразивных и др.).

К основным критериям качества конструкционных металлов относятся параметры сопротивления внешним нагрузкам: прочность, вязкость, надежность, ресурс и др.

Основой К. м. стали металлические сплавы на основе железа (чугуны и стали), меди (бронзы и латуни), свинца и олова.

Виды повреждений зубьев.

Правильно спроектированная и изготовленная передача при выполнении всех правил эксплуатации не должна перегреваться и производить при работе сильного шума. Появление значительного перегрева и чрезмерного шума свидетельствует о недостатках в работе передачи, связанных с ее конструкцией, изготовлением, неправильным выбором смазочного материала или возможными повреждениями зубьев. Наблюдаются следующие виды разрушения зубьев:

- пластическая деформация рабочих поверхностей, их поломка - Этот вид разрушения зубьев полностью выводит передачу из строя. Чаще поломка наблюдается у основания зуба вследствие периодического действия переменной нагрузки, имеющей пульсирующий характер, а также в результате значительной кратковременной перегрузки (ударной нагрузки).

- изнашивание - чаще наблюдается в открытых передачах, чем в закрытых, заключается в истирании рабочих поверхностей вследствие попадания в зону зацепления металлических частиц, пыли, грязи (абразивное изнашивание). Встречается также и в закрытых передачах, но находящихся в засорённой среде: в горных, дорожных, строительных, транспортных машинах. Является основной причиной выхода из строя передач при плохой смазке.

- заедание - Наблюдается как в открытых, так и в закрытых высокоскоростных, тяжело нагруженных передачах. Этот вид повреждения зубьев заключается в том, что под действием высоких давлений сопряженные поверхности зубьев сцепляются одна с другой настолько сильно, что частицы металла с поверхности зубьев в зоне раздавленной масляной пленки отрываются и прихватываются к поверхности зубьев парного колеса; при последующем относительном движении зубьев эти частицы отрываются и делают на рабочих поверхностях борозды и задиры.

- выкрашивание рабочих поверхностей - Этот вид повреждения зубьев является наиболее серьёзным и распространённым дефектом поверхности зубьев даже для закрытых хорошо смазываемых и защищённых от загрязнения передач и нарушает нормальную работу всей передачи, но не выводит ее из строя полностью. Чаще это повреждение наблюдается в закрытых передачах, работающих при обилии смазочного материала. Выкрашивание носит усталостный характер и вызвано контактными напряжениями, которые изменяются по пульсирующему циклу.

15. Планетарные механизмы. Основные понятия. Схемы планетарных редукторов.

Эпициклические передачи, имеющие одну степень подвижности, называются планетарными. Планетарным называется механизм, в котором имеется хотя бы одно зубчатое колесо с подвижной в пространстве осью.

16. Определение числа зубьев колес планетарных редукторов.

17. Сформируйте условия синтеза планетарных механизмов (соосности, соседства, сборки).

Условие соосности входного и выходного валов. Выполнение этого условия предполагает, что входной и выходной валы планетарного механизма находятся на одном уровне. Другими словами, расстояние от входного и выходного валов до оси пальца водила должно быть одинаковым. Для каждой из кинематических схем механизмов это условие записывается по- разному. Так, если зубчатые колеса нулевые, то r ₁+ r ₂= r ₃- r ₂ ; Z₁ + Z ₂= Z ₃- Z ₂ (примерная формула)

Условие соседства учитывает необходимость свободного размещения нескольких сателлитов. При этом окружности вершин соседних сателлитов не должны касаться друг друга. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы расстояние между осями вращения соседних сателлитов было бы больше двух радиусов окружностей вершин этих сателлитов.

Условие сборки проверяется обязательно, так как из чертежа механизма не является очевидным тот факт, что механизм соберется без натягов или соберется ли вообще.

Для однорядного планетарного механизма проверку выполнения условия сборки осуществляют по формуле: ( Z_{3 –}Z₁) / K = целое число;

18. Какие зубчатые механизмы являются механизмами планетарного типа (эпициклическими)? В чём состоит основное достоинство механизмов планетарного типа? Назовите элементы типовой схемы механизма планетарного типа.

Эпициклические передачи, имеющие одну степень подвижности, называются планетарными.

Для чего применяются зубчатые механизмы? Что такое передаточное отношение? Какие зубчатые механизмы называют редукторами, мультипликаторами? Как определяется передаточное отношение в механизмах с рядовым и ступенчатым соединениями колёс?

Волновые зубчатые передачи.

Классификация резьб.

Основным элементом соединения является резьба, т.е. поверхность, которая образуется при винтовом движении плоской фигуры по цилиндрической или конической поверхности. Различают соответственно цилиндрическую резьбу и коническую.

По профилю выступа и канавки резьбы в плоскости осевого сечения резьбы делятся на

· треугольные,

· трапецеидальные симметричные,

· трапецеидальные несимметричные (упорные),

· прямоугольные и круглые.

По назначению резьбы разделяют на

· крепежные,

· крепежно-уплотнительные

· ходовые.

Крепежные резьбы применяют для соединения деталей, а ходовые — в передаточных механизмах.

Крепежные резьбы имеют, как правило, треугольный профиль с притуплёнными вершинами и дном впадин. Это повышает прочность резьбы и стойкость инструмента при получении резьбы. Крепежная резьба бывает метрической, дюймовой и трубной.

Основными крепежными деталями резьбовых соединений являются болты, винты, шпильки, гайки, шайбы и стопорные устройства, предохраняющие гайки от само отвинчивания.

Классификация механизмов?

Функциональная. По принципу выполнения технологического процесса механизмы делятся на механизмы:

· приведения в движение режущего инструмента

· питания, загрузки, съёма детали

· транспортирования

Структурная. Проста, рациональна, тесно связана с образованием механизма, его строением, методами кинематического и силового анализа, была предложена Л.В. Ассуром в 1916 году и основана на принципе построения механизма путем наслоения (присоединения) кинематических цепей (в виде структурных групп) к начальному механизму. Согласно этой классификации, любой механизм можно получить из более простого присоединением к последнему кинематических цепей с числом степеней свободы W = 0, получивших название структурных групп, или групп Ассура.

• Недостаток классификации – неудобство для выбора механизма с требуемыми свойствами.

Структурно-конструктивная. Предусматривает разделение механизмов как по конструктивным особенностям, так и по структурным принципам. К этому виду относят механизмы:

· кривошипно-ползунный

· кулисный

· рычажно-зубчатый

· кулачково-рычажный

29. Как определить угловые скорости и ускорения звеньев механизма на основании планов скоростей и ускорений?

Относительная скорость вектора направлена на плане скоростей перпендикулярно самому вектору.

Скорость и ускорение направлены параллельно.

Тангенциальное ускорение направлено перпендикулярно радиусу по угловому ускорению

Классификация групп Ассура.

Недостаток классификации – неудобство для выбора механизма с требуемыми свойствами.

Может ли один и тот же механизм быть и не быть механизмом II класса? Пример.

Кинематическая пара 2-го класса ограничивает два простейших движения, т.е. накладывает два условия связи. Возможны четыре относительных движений, т.е. пара имеет четыре степени свободы и является четырёхподвижной. Пример: кинематическая пара «цилиндр - плоскость»

Структурная группа 2-го кл., 2-го порядка (все структурные группы 2-го кл. имеют 2-й порядок)