Кинематика плоских механизмов - Технология механической обработки металлов

Технологии обработки металлов
Перейти к контенту
Технологии Обработки Металлов
Кинематика плоских механизмов
Главная / Структура и классификация механизмов / Кинематика плоских механизмов
Кинематическая схема
Кинематическая схема механизма, кроме структурных характеристик, учитывает его основные размеры, т. е. размеры звеньев, влияющие на кинематику механизма (радиус кривошипа и длина
шатуна в центральном кривошипно-шатунном механизме и т. п.).
В схемах, служащих для пояснения устройства механизма или машины (инструкции по эксплуатации, паспорта машин), не всегда соблюдается правильное соотношение между основными размерами; в такие схемы обычно включаются некоторые сведения по устройству машины (типы подшипников, электродвигатели и т. п.).
Условные обозначения для кинематических схем механизмов и машин предусмотрены ГОСТ 3462-52.
Задачи и методы кинематического анализа механизмов
В задачу кинематического анализа входит:
1) определение положений всех звеньев механизма по заданным положениям ведущих звеньев;
2) определение линейных скоростей и ускорений характерных точек механизма, а также угловых скоростей и ускорений звеньев.
Результаты кинематического анализа:
а) позволяют судить о степени соответствия кинематических свойств механизма требуемым;
б) используются при динамическом, анализе механизма.
Кинематическое исследование механизма может быть произведено:
а) аналитически;
б) графически или графоаналитически по кинематической схеме;
в) экспериментально по имеющемуся образцу или специально изготовленной модели.
Аналитический способ, не требуя точно вычерченной кинематической схемы, может обеспечить любую наперед заданную степень точности. Его удобно применять для исследования движения ведомых звеньев в механизмах распространенных схем, для которых имеются готовые формулы. Для сложных механизмов аналитический способ мало пригоден. Графический способ дает меньшую точность результата, но характеризуется наглядностью.
Планы скоростей и ускорений графически дают векторы скоростей и ускорений характерных точек всех звеньев в одном или нескольких положениях механизма.
Кинематические диаграммы s=f1, v = f2 и a = f3 графически дают законы изменения
пройденного пути s, скорости и и ускорения а в движении одного звена непрерывно за весь цикл работы механизма.
Кинематические диаграммы находят применение главным образом для звеньев с вращательным или прямолинейно-поступательным движением:
а) при анализе и синтезе кулачковых механизмов,
б) реже при анализе механизмов с низшими парами, например, механизма качающейся кулисы поперечно-строгального станка.
Схемы установок для измерения механических величин
Рис 15. Схемы установок для измерения механических величин.
Диаграммы могут быть построены на основании аналитических расчетов или по изображениям механизма в последовательных положениях и по планам скоростей и ускорений.
Более простым, но значительно менее точным является построение по одной имеющейся диаграмме двух других способами графического дифференцирования и интегрирования.
При анализе обычно легко получить диаграмму s = f1 элементарными построениями на чертеже механизма; тогда две остальные диаграммы строятся путем двукратного графического дифференцирования. При синтезе кулачковых механизмов часто задается закон изменения ускорения а = f8, двукратным графическим интегрированием которого получают диаграммы
v = f2 и s = f1.  Последняя используется для профилирования кулачка.
Для кулачковых механизмов применяется также построение диаграммы пути или ускорения на основании аналитических подсчетов с последующим ее графическим интегрированием или
дифференцированием.
Более точные результаты получаются, если вместо графического интегрирования и дифференцирования пользоваться способами численного интегрирования и дифференцирования.
Экспериментальные методы исследования
Исследование упрощенной модели механизма обычно позволяет проверить
зависимость движения звеньев от основных размеров.
Исследование образца механизма позволяет выявить фактические характеристики движения звеньев при нормальных или искусственно созданных условиях работы механизма. При этом
учитываются факторы, влияние которых трудно поддается предварительной количественной оценке (жесткость звеньев, вибрация, влияние загрязнения, проскальзывание в парах трения, тепловые деформации, характеристика приводного двигателя и т. п.).
Цель исследования при нормальных условиях работы — проверка точности и устойчивости работы механизма в целом, выявление отклонений от расчетных данных и их причин. Цель исследования при искусственно созданных условиях работы — выявление работоспособности механизма на различных режимах, проверка отдельных частей механизма, изыскание способов улучшения механизма.

Испытательная аппаратура.
Вследствие дифференциальной зависимости между перемещением, скоростью и ускорением каждая из указанных величин может измеряться непосредственно или при помощи другой величины с последующим автоматическим дифференцированием или интегрированием в соответствующей аппаратуре. При отсутствии прибора для автоматического дифференцирования и интегрирования последующая обработка результатов измерения производится графическими или приближенными аналитическими способами.
При измерении переменных величин может потребоваться определение мгновенных или средних их значений, отнесенных к определенному промежутку времени.
В случае измерения быстро изменяющихся величин их мгновенные значения могут быть уловлены только при помощи регистрирующих устройств, записывающих кривую изменения исследуемой величины в зависимости от другой— обычно от времени или пути, проходимого другим звеном.
Всякая установка для измерения механических величин в общем случае состоит из трех функционально различных устройств: приемного, передаточного и отмечающего.
Приемное устройство (на рисунке 15) воспринимает измеряемую величину — перемещение х (рисунок 15, а), угловую скорость w (рисунок 15, б), ускорение а (рисунок 15, в) чувствительным
органом и в случае надобности преобразует ее в первичное перемещение х (рисунок 15, б).

Передаточное устройство (II на рисунке 15) передает первичное перемещение от приемного в отмечающее устройство. При этом первичное перемещение х может:
а) передаваться без изменений;
б) увеличиваться в механических передачах, т. е. в каскаде усиления Б (рисунок 15, а и б) до величины X;
в) преобразовываться в процессе передачи в удобное для передачи и регистрации перемещение жидкости, газа, луча света или изменения электрического тока (гидравлические, пневматические, оптические и электрические передаточные устройства);
г) преобразовываться и усиливаться в процессе передачи,, например проходя через каскад основного преобразования А, преобразующий первичное перемещение х в электрический сигнал у, каскад усиления Б, усиливающий сигнал у в сигнал Y, и каскад вспомогательного
преобразования В, преобразующий сигнал Y в удобный для регистрации сигнал Y1 (hbceyjr 15, в).
Отмечающее устройство (III на фиг. 15) регистрирует измеряемую величину, поступающую в виде перемещений X, электрических сигналов Y и т. п., посредством указателя и шкалы (устройства указывающего типа — рисунок 15, а и б) или путем записи ее в виде кривой (устройство записывающего типа — рисунок 15, в).
Указанные устройства и их элементы могут быть оформлены в виде одного прибора (рисунок 15, а и б) или в виде нескольких приборов и аппаратов (рисунок 15, в).
Приемное устройство и преобразующий элемент передаточного устройства, выделенные из общей системы в виде отдельного прибора, носят название датчика (рисунок 15, в).
Большее распространение имеют механические и электрические передаточные устройства, меньшее — оптические, пневматические и гидравлические.
Электрические датчики делятся на три основные группы:
1) параметрические, в которых первичное перемещение преобразуется
в соответствующее изменение одного из параметров электрического контура — индуктивного сопротивления, емкости, омического сопротивления;
2) генераторные, характеризующиеся тем, что первичное перемещение вызывает в них появление электродвижущей силы, величина которой соответствует этому перемещению (пьезоэлектрические и фотоэлектрические элементы) или его скорости (электродинамические постоянного и переменного тока);
3) импульсные, в которых первичное перемещение, например, вызывает попеременное замыкание контактов, обеспечивающее сначала зарядку, а затем разрядку конденсатора; сила тока на выходе изменяется в зависимости от скорости разрядки, а следовательно, и от скорости первичного перемещения.
В таблице 2 приведены основные типы электрических параметрических датчиков.
Включение датчиков обычно производится по схеме мостика Уитстона. При использовании принципа частотной модуляции наименьшая величина, измеряемая емкостным датчиком, уменьшается до 2х10—6 см, и диапазон измеряемых частот расширяется до предела 0—
20 000 гц. Такое же расширение диапазона дает включение датчика проволочного сопротивления в потенциометрическую схему.
Измерение перемещений
Измерение полной длины перемещения производится теми же способами, что и линейных размеров. Измерение перемещений в промежуточных положениях движущегося звена
производится в функции времени или перемещения другого подвижного звена.
Для записи больших перемещений во времени поступательно движущегося или поворачивающегося на неполный оборот звена применима простейшая установка, которая
состоит из неподвижного отметчика времени, производящего запись на прикрепленной к подвижному звену ленте, или из подвижного отметчика и неподвижной ленты. Недостаток — вынужденный масштаб записи, ограничивающий ее точность.
В качестве механического отметчика времени может быть использован не большой электродвигатель переменного тока (лучше синхронный) с отмечающим усом на валу. Чтобы избежать усталостного разрушения уса, последний рекомендуется делать из материала органического происхождения — щетины, стержня гусиного пера, дерева и т. п.
Лента или линейка для механической записи (желательно с миллиметровыми делениями) на нужном участке покрывается слоем легко снимаемой краски или копоти.
Для записи перемещений во времени посредством осциллографа пользуются электрическими датчиками. Для измерения угловых перемещений вращающегося звена обычно употребляют индуктивный датчик, сердечник которого замыкается и размыкается вырезами и выступами
стального диска, вращающегося вместе с исследуемым звеном. Роль диска может выполнять также зубчатое колесо, а при использовании этого способа для прямолинейно-поступательного движения— не вращающийся ходовой винт с подходящей по размеру резьбой.
Колебания тока, вызванные изменением индуктивного сопротивления датчика, записываются
осциллографом одновременно с записью 50-периодного тока для масштаба времени.
Кроме индуктивных датчиков, для указанной цели могут быть использованы также датчики других типов, включая электроконтактные, в виде коллекторного кольца и щетки по образцу
применяемых в электрических машинах.
Применение двух датчиков — на ведущем и ведомом валах — с одновременной записью их показаний позволяет:
а) весьма точно определять передаточное отношение передач (например, фрикционных) при различных нагрузках;
б) исследовать процессы неустановившегося движения при включении муфт и т. п.
Недостаток рассматриваемого способа — невозможность иметь очень малый шаг на диске датчика, что ограничивает точность измерений. Положительная особенность — независимость результатов от силы электрических сигналов, что повышает надежность измерений.
Для записи средних и малых перемещений во времени применяются:
а) при длине хода до 100 мм — емкостные датчики с изменением активной площади пластин;
б) при длине хода до I мм — емкостные датчики с изменением расстояния между пластинами, индуктивные и другие типы электрических датчиков;
в) механические самописцы;
г) оптические записывающие приборы. Точность измерений малых перемещений может быть доведена до 0,01—0,001 мм.
Для точного измерения больших и средних перемещений во времени или в зависимости от перемещения другого звена пользуются эталонным устройством, точно воспроизводящим такое же движение
(обычно равномерное), какое должно иметь исследуемое звено. При измерении перемещений в зависимости от движения другого звена эталонное устройство приводится от последнего, при
записи перемещений во времени — от синхронного электродвигателя (применяется реже). Контролю подвергается отклонение в положении исследуемого звена относительно эталона; ввиду малых значений этих отклонений их можно измерить весьма точно измерительными
приборами типа индикатора-миниметра или записать посредством установки с электрическими датчиками.
Измерение скоростей
Для непосредственного измерения скорости механическим путем используются:
а) изменение нормальных ускорений и сил инерции при вращательном движении — центробежные тахометры;
б) изменение сопротивления среды — крыльчатые тахометры, велосиметры для больших
скоростей. Для непосредственного измерения скорости электрическим путем используется зависимость от нее индуктируемой электродвижущей силы —таходинамо.
Для определения среднего числа оборотов в минуту за определенный промежуток времени используется счетчик оборотов, соединенный в один прибор с секундомером.
Измерение ускорений. Для непосредственного измерения ускорений, как прямолинейно-поступательных, так и вращательных движений, используется зависимость силы инерции или инерционного момента от ускорений.
Некоторая масса может перемещаться внутри корпуса прибора или датчика за счет деформации пружины. Величина деформаций пропорциональна силе инерции, а следовательно, и ускорению движения корпуса прибора. Для получения достаточной точности измерений необходимо иметь настолько малые смещения массы относительно корпуса, чтобы они не давали существенной разницы между абсолютными движениями корпуса и массы.
Перемещение массы относительно корпуса может фиксироваться при помощи механического самописца или осциллографа. В последнем случае применяются емкостные, индуктивные и др. датчики.
Возможна также постановка электрического датчика, реагирующего на усилие. В этом случае пружина не требуется.
Основные типы электрических параметрических датчиков
(преобразующий элемент).
Таблица 2
Индуктивный датчик
Индуктивный датчик.
Ме­няется коэффициент само­индукции (L гн) при изме­нении воздушного зазора (3 см) или перекрытия (Q см1) между якорем и сердечником
Индуктивный датчик, фото 2
Индуктивный датчик, фото 3
Магнитострикционный датчик
Магнитострикционный датчик.
Меняется коэффи­циент самоиндукции (L гн) за счет изменения маг­нитной проницаемости при изменении нагрузки на сердечник (Р кГ) и его относительной деформации.
Магнитострикционный датчик, фото 2
Магнитострикционный датчик, фото 3
Емкостный датчик
Емкостный датчик.
Меняется емкость конденсатора (С см) при изменении за­зора между пластинами (6 см) или рабочей пло­щади пластин (S см2)
Емкостный датчик, фото 2
Емкостный датчик, фото 3
Датчик угольного сопротивления
Датчик угольного сопротивления.
Меняется сопро­тивление угольного стол­ба (Р ом) при изменении нагрузки (Р кГ)-
Датчик угольного сопротивления, фото 2
Датчик угольного сопротивления, фото 3
Датчик проволочного сопротивления
Датчик проволочного сопротивления.
Меняется со­противление датчика (Р ом) при изменении его относительной деформации.
Датчик проволочного сопротивления, фото 2
Датчик проволочного сопротивления, фото 3
2019 - Технологии обработки металлов
При копировании материалов с сайта активная обратная ссылка на источник обязательна
Назад к содержимому