Основные понятия
Деталь — отдельная неделимая часть машины, состоящая из монолитного материала или из нескольких кусков, соединенных сваркой или другими подобными способами.
Звено — одна или несколько неподвижно скрепленных деталей. Твердые звенья принимаются за абсолютно жесткие по отношению к любым деформациям, гибкие звенья — за абсолютно
жесткие по отношению к некоторым деформациям (нерастяжимые нити и т. п.).
Кинематическая пара — подвижное соединение двух твердых звеньев, накладывающее ограничения на их относительное движение.
Элемент кинематической пары — поверхность или совокупность поверхностей каждого звена, входящих в соприкосновение при образовании кинематической пары. Таким образом, кинематическая пара имеет два элемента.
Кинематическая цепь — ряд звеньев, связанных между собой кинематическими парами.
Механизм — кинематическая цепь с одним неподвижно закрепленным звеном (стойкой), в которой при заданном движении одного или нескольких звеньев (ведущих) все остальные звенья (ведомые) получают вполне определенные движения. Ведущим звеном называется звено, закон движения которого задан.
Не следует смешивать ведущее звено с движущим, к которому прикладывается движущая механизм сила. Например, у поршневых двигателя и компрессора ведущими являются кривошипы, а их движущие звенья—разные: у двигателя—поршень, у компрессора —тот же кривошип.
Структура механизмов
Структура механизма определяется числом звеньев, числом и типами кинематических пар, порядком соединения звеньев между собой посредством пар, общими условиями на взаимное расположение кинематических пар в механизме.
Число степеней свободы W механизма равно числу независимо изменяемых координат положений ведущих звеньев или, иначе, числу обобщенных координат, определяющих положение всех звеньев механизма. Структурный анализ и синтез ставят своей основной задачей определение W механизма или составление структурной схемы механизма с заданным W.
Структурная формула определяет W в зависимости от числа подвижных звеньев (п) и числа пар различных классов (Р1, р2 – . .).
Структурная схема определяет число звеньев, порядок их соединения в механизме и типы применяемых для этого кинематических пар; размеры звеньев в структурной схеме не учитываются.
Кинематические пары в механизме накладывают определенные условия связи, стесняющие движения звеньев.
Каждая связь (точнее, условие связи) может быть выражена одним уравнением, которое устанавливает какую либо зависимость между координатами, характеризующими положения звеньев.
Если уравнение является следствием уже имеющихся, то новая связь никакого дополнительного условия на движение звеньев не накладывает, на число степеней свободы механизма не влияет и поэтому называется пассивной.
Классификация механизмов
Структурная классификация, основанная на учете общих условий связи, разработана советскими учеными. Общие условия связи исключают возможность некоторых движений одинаково для всех звеньев механизма. Некоторые из общих условий связи могут быть пассивными.
Индивидуальными условиями связи называются такие, которые не удовлетворяют определению общих. Они также могут быть активными и пассивными.
Влияние индивидуальных условий связи на W механизма учитывается структурной формулой, определяющей W механизма как разность между числом степеней свободы, оставшимся
после наложения на звенья общих условий связи, и числом индивидуальных условий связи.
Структурная формула для общего случая пространственных механизмов:
для пространственных механизмов с поступательным движением звеньев, для общего случая плоских механизмов и для сферических механизмов:
для плоских механизмов с поступательным движением звеньев и для винтовых механизмов с соосным расположением пар:
В приведенных формулах: n — число подвижных звеньев (стойка не учитывается); pi, p2, … Р5 — число кинематических пар, налагающих соответственно одно, два, . . ., пять индивидуальных условий связи (в формуле для общего случая пространственных механизмов индекс при р соответствует классу кинематической пары). Индивидуальные пассивные условия связи разделяются на структурные, пассивный характер которых определяется структурными признаками механизма, и размерные, которые могут стать пассивными только при определенных соотношениях между основными размерами механизма. Структурные пассивные связи учитываются дополнительным членом структурной формулы.
Например, в формуле для плоских механизмов с одними низшими парами
где ϒ — число структурных пассивных связей или число в схеме замкнутых контуров из звеньев, связанных одними поступательными парами.
Размерные пассивные связи могут быть обнаружены только по кинематической схеме механизма, учитывающей основные размеры звеньев.
Наибольшее распространение в современном машиностроении имеют плоские механизмы.
Пространственные механизмы применяются главным образом в машинах со сложным движением рабочих органов, например в сельскохозяйственных машинах.
Основоположником теории пространственных механизмов является Н. И. Мерцалов.
