Классификация механизмов

Введение

Актуальность работы. Механизм являет собой искусственно создаваемую кинематическую цепь, которая выполняет вполне определенные движения.
В простейшей интерпретации: механизм являет собой кинематическую цепь + двигатель. Из этого следует, что в любом механизме есть одна или несколько ведущих связей. Поэтому ясно, что сумма элементарных работ всех внешних сил, применяемых к ведущему звену, положительна, а для ведомого звена равна нулю.
Чтобы подробнее разобраться в деталях механизмов, необходимо разобрать в их типах, и для этого необходимо классифицировать механизмы.
Цель работы: рассмотреть классификацию механизмов.
Объект исследования: механизмы.
Предмет исследования: особенности классификации механизмов.
Для осуществления поставленной цели необходимо решить задачи:
- рассмотреть механизм и его элементы;
- выполнить классификацию механизмов и их особенности;
- сделать анализ классификации механизмов;
- разобрать формирование механизмов путем наложения структурных групп.


1.Механизм и его элементы
В различной литературе применяются множество формулировок механизма:
Во-первых: механизм являет собой систему твердых тел, предназначенную для передачи и передачи данных из одного или нескольких тел в желаемые движения других физических тел [4].
Во-вторых: механизм являет собой кинематическую связь, которая включает стационарное звено (положение), и вдобавок число степеней свободы и разделение указанных координат, объясняющих размещение сетей относительно столбца [1].
В-третьих: механизм является устройством для передачи и трансформирования энергий и движений всякого типа [3].
В-четвертых: Механизм являет собой систему твердых тел, какие подвижно соединенных контактом и движущихся определенным образом по отношению к одному из них, взятых за неподвижное [4].
В этих определениях использовались ранее не сформулированные термины:
Звено - это прочное тело или порядок прочно установленных тел, которая является механизмом.
Кинематическая цепь являет собой систему связей, образующих кинематические пары.
Кинематическая пара являет собой мобильную компоновку двух звеньев, что позволяет их соответственное движение.
Стойка - это звено, какое при рассмотрении механизма берется как стационарное.
Число степеней подвижности или свободы механизма - это число самостоятельных суммированных координат, которое однозначно определяет состояние всех его связей в пространстве или на плоскости.
Из теоретической механики: системы материальных тел (позиций), позиции и движения которых подчиняются политическим или кинематическим ограничениям, которые заранее предопределены и не зависят от исходных установленных сил и условий, называются не свободными. Эти ограничения, налагаемые на систему и делающие ее несвободными, называются соединениями. Размещение точек системы, разрешаемыми ограничениями, наложенными на нее, называются возможными. Значение q1, q2, ... qn, самостоятельны друг от друга, которые полностью и однозначно описывают систему в произвольное время, именуются суммарными координатами системы.
Недостатки этих определений: первое не отражает способность трансформировать не только движение, но и силу; второе не содержит указаний на функцию, выполняемую механизмом. Оба определения противоречат определению технической системы. Учитывая это, мы приводим следующую формулировку понятия механизма:
Механизм являет собой систему, состоящую из кинематических пар и звеньев, формирующих разомкнутые или замкнутые цепи, которые предназначены для преобразования и передачи движений в требуемые смещения и силы на выходных звеньях.
Тут: входные ссылки - это ссылки, на которые передается это перемещение, и подобные силовые факторы (моменты или силы); выходными звеньями являются те, на которых получены требуемое движение и силы.
Исходная ссылка - это ссылка, координата которой взята как обобщенная ссылка. Первая кинематическая пара - пара, относительное положение звеньев в какой схожее как обобщенная координата.

2. Классификация механизмов и их особенности
Механизмы делятся по нижеупомянутым характеристикам:
По сфере использования и функциональному применению:
механизмы станков;
механизмы летательных аппаратов;
механизмы двигателей внутреннего сгорания;
механизмы кузнечных машин и прессов;
механизмы компрессоров;
механизмы промышленных роботов (манипулятороы);
механизмы насосов и т.д.
по виду передаточной функции на механизмы:
с постоянной передаточной функцией;
с переменной передаточной функцией:
с нерегулируемой (тангенсные, синусные,);
с регулируемой:
с бесступенчатым регулированием (вариаторы);
со ступенчатым регулированием (коробки передач);
по виду преобразования движения на механизмы преобразующие :
вращательное во вращательное:
мультипликаторы wвх < wвых;
редукторы wвх > wвых;
муфты wвх = wвых;
поступательное во вращательное;
вращательное в поступательное;
поступательное в поступательное.
по движению и расположению звеньев в пространстве:
плоские;
пространственные;
сферические.
Все механизмы есть пространственными механизмами, некоторые из механизмов, чьи связи передвигаются в плоскостях, параллельных одной плоскости, одновременно плоские, иная часть механизмов, звенья каких перемещаются по сферическим поверхностям любой отдельной сферы, также являются сферическими.


Рисунок 1
По трансформации структуры механизма на механизмы:
с изменяемой структурой;
с неизменяемой структурой;
В ходе работы кривошипно-ползунного механизма насоса его структурная схема всегда является постоянной

. В механизмах манипуляторов во время работы структурная схема механизма может трансформироваться. Таким образом, если промышленный робот выполняет операции сборки, как пример, монтирует цилиндрическую деталь в отверстие, то при перемещении детали его манипулятор являет собой механизм с открытой или полуоткрытой кинематической цепью. В момент, когда деталь вставляется в отверстие, кинематическая цепь закрывается, структура механизма трансформируется, перемещаемость понижается на количество связей снова сформированной кинематической паре заготовки.


Рисунок 2

Структура манипулятора трансформируется также, когда в нескольких или одной кинематических парах запускается тормоз. Затем движущееся совмещение двух звеньев сменяется фиксированным, две звена трансформируются в одно. На рис.3 и 4 тормоз включен в пару С.

Рисунок 3
по числу подвижностей механизма:
с одной подвижностью W=1;
с несколькими подвижностями W>1:
разделяющие (дифференциальные);
суммирующие (интегральные);

Рисунок 4
по виду кинематических пар (КП):
с высшими КП ( хотя бы одна КП высшая );
с низшими КП ( все КП механизма низшие );
шарнирные (все КП механизма вращательные - шарниры).
по способу трансформации и передачи потока энергии:
зацеплением;
фрикционные ( сцепления );
волновые (формирование волновой деформации);
импульсные.
по форме, движению звеньев и конструктивному исполнению:
зубчатые ( рис.6);
рычажные ( рис.5);
планетарные ( рис. 8);
кулачковые ( рис. 7);
манипуляторы ( рис.2 -3).


Рис.5
Рис.6


Рис.7
Рис.8


3. Анализ классификации механизмов
На нынешний день в технике используются весьма огромное число механизмов, что их анализ неосуществим без классификации.
Механизмы возможно разделить по различным характеристикам:
По характеры перемещения звеньев в пространстве - пространственные и плоские механизмы.
По виду расположенных в них кинематических пар - механизмы с высшими и низшими парами.
По конструктивным признакам: механизмы с низшими парами - клиновые, винтовые, рычажные, с высшими парами - зубчатые, кулачковые, мальтийские, фрикционные, храповые.
По назначению - механизмы двигателей, передаточные механизмы и иные.
Случается в определениях механизмов видно принадлежность движения их звеньев, то есть классифицируют их по этому признаку. Например, кривошипно-коромысловый механизм: коромысло - качающее звено; кривошип - это звено, выполняющий полный оборот; кривошипно-ползунный.
Кулиса - подвижная ориентирующая для ползуна, может быть качающейся, вращающейся, поступательно движущейся.
Ползун - звено, выполняющее поступательное движение, кулисный механизм.
Все эти способы классификации механизмов делают легче задачу определения того или прочего типа механизма, облегчают его обобщенную оценку.
Но для силового и кинематического анализа механизма особо благоприятной есть структурная классификация механизмов, т.е. классификация по их структуре.
Особо обобщенная эта классификация спроектирована для плоских механизмов в работах Л. В. Ассура (1914-1918 г. г.) и И. И. Артоболевского.
Согласно с этой классификацией все механизмы, принадлежащих к одному классу, имеют единые методы силового и кинетического анализа, автономно от конструкции, специфики механизма.
Эта классификация основана на принципе формирования механизмов, сформулированных Л. В. Ассуром: всякий плоский механизм может быть сформирован путем поочередного присоединения к основному механизму и к стойке, а затем к ранее подключенным звеньям и к стойке кинематических цепей с нулевой степенью мобильности. Кинематическая цепь, для которой W = 0, называется структурной группой или группой Ассура. При подключении его со свободными элементами к стойке он превращается в неизмененную конструкцию (ферму).
Так как для структурной группы W=0 присоединение группы к механизму или её отсоединение не меняет степени подвижности механизма. В соответствии формулировки для структурной группы верно определение:
W= 3n- 2р5 = 0 (1)
(пары 4-го класса можно заменить звеном, входящим в 2 пары 5-го класса). Таким образом, количество звеньев в структурной группе и количество кинематических пар связаны уравнением:
р5 = 3n/2
Подставляя разные значения N, имеем:
N
2
4
6
И так далее
Р5
2
4
6
И так далее

Формируя кинематические цепи (группы) по этому принципу, можно выявить в их расположении простые замкнутые кинематические цепи - контуры (рисунок 9). Класс контура аналогичен числу кинематических пар, в какие входят звенья, формирующие контур.

Рисунок 9 - Примеры контуров.
На рисунке 9 АВС - контур 3-го класса, АВСД - контур 4-го класса