تاریخچه شکل گیری. مفاهیم و تعاریف اساسی. درس تئوری مکانیزم ها و ماشین ها یادداشت های سخنرانی ادلشتاین در مورد tmm

1. نظریه ماشین ها و مکانیزم ها (TMM) یک رشته علمی در مورد روش های کلی تحقیق، ساخت، سینماتیک و دینامیک مکانیزم ها و ماشین ها و در مورد مبانی علمی طراحی آنها است.

به عنوان یک رشته علمی مستقل، TMM، مانند بسیاری دیگر از شاخه های کاربردی مکانیک، در پی انقلاب صنعتی به وجود آمد که آغاز آن به دهه 30 قرن 18 برمی گردد. ماشین- یک شیء فنی، متشکل از قطعات عملکردی به هم پیوسته (مجموعه ها، دستگاه ها، مکانیسم ها و غیره) که برای دریافت یا تبدیل انرژی مکانیکی به منظور انجام عملکردهای اختصاص داده شده به آن طراحی شده است.

مکانیسم - سیستمی از اجسام به هم پیوسته که برای تبدیل حرکت یک یا چند جسم به حرکت مورد نیاز اجسام دیگر طراحی شده است. مکانیزم اساس اکثر ماشین ها است.

بدن صلب که بخشی از مکانیسم است نامیده می شود ارتباط دادن. یک پیوند ممکن است از یک یا چند قسمت ثابت تشکیل شده باشد.

اتصال پیوندها که اجازه حرکت نسبی آنها را می دهد، جفت سینماتیکی نامیده می شود. رایج ترین جفت های سینماتیکی: لولا استوانه ای. مفصل توپ؛ نوار لغزنده و راهنما؛ انتقال پیچ. شکل‌ها تعیین‌های سه بعدی متعارف جفت‌های سینماتیکی معمولی را برای ساختن طرح‌های سینماتیک فضایی مکانیسم‌ها بر اساس SI نشان می‌دهند.

هنگام ساخت مکانیزم، پیوندها به زنجیره های سینماتیکی متصل می شوند. به عبارت دیگر، مکانیسم یک زنجیره سینماتیکی است که شامل یک پیوند ثابت (پست یا بدنه (پایه)) است که تعداد درجات آزادی آن برابر با تعداد مختصات تعمیم یافته است که موقعیت پیوندها را نسبت به پست. حرکت پیوندها در رابطه با پیوند ثابت - قفسه (بدنه، پایه) در نظر گرفته می شود.

2. تحلیل ساختاری مکانیسم ها

مدل های فیزیکی مکانیسم ها

مکانیسم سیستمی از اجسام متصل است که انتقال و تبدیل حرکات و نیروها را فراهم می کند. اجسامی که مکانیسم را تشکیل می دهند پیوندهای آن نامیده می شوند. یک پیوند ممکن است از یک یا چند جسم جامد متصل به هم تشکیل شده باشد که قطعات نامیده می شوند. همچنین مکانیسم هایی با پیوندهای انعطاف پذیر و مایع وجود دارد.

عناصر ساختاری که پیوندها را به هم متصل می‌کنند و محدودیت‌هایی (اتصال) بر حرکات نسبی آنها اعمال می‌کنند، اتصالات سینماتیکی نامیده می‌شوند. مطالعه مکانیسم با ساخت یک مدل فیزیکی آغاز می شود، به عنوان مثال. با ایده آل سازی خواص واقعی آن. انتخاب یک یا مدل دیگر در درجه اول به اهداف مطالعه بستگی دارد، به اینکه چه اطلاعاتی در مورد رفتار مکانیسم مورد نیاز است که در طول تجزیه و تحلیل به دست آید. در مراحل مختلف طراحی ماشین، مکانیزم یکسان توسط مدل های فیزیکی مختلف توصیف می شود. چندین مدل از مکانیسم ها را می توان در یک مرحله از مطالعه به دست آورد. اولین وظیفه دوره TMM آموزش قوانین اساسی برای انتقال از یک مکانیسم واقعی به طرح محاسباتی آن و همچنین الزامات یک مدل فیزیکی است: کفایت، حلالیت ریاضی، حداکثر سادگی و غیره. ساده ترین مدل مکانیزم واقعی مدلی به نام مکانیزم با پیوندهای صلب است. انتقال از یک مکانیسم واقعی به این مدل بر این فرض استوار است که همه پیوندها به عنوان اجسام غیرقابل تغییر شکل در نظر گرفته می شوند و اتصالات سینماتیکی آنها

محدودیت های هولونومیک، ثابت و مهار را اجرا کنید. در برخی موارد، هنگام مطالعه ماشین‌ها، از مدل‌های پیچیده‌تری از مکانیسم‌ها استفاده می‌شود، با در نظر گرفتن شکاف در اتصالات سینماتیک (پیوندهای غیر نگهدارنده)، حرکات در اتصالات کروی (پیوندهای غیرهولونومیک)، نیروهای اصطکاک (پیوندهای غیر ایده‌آل)، تغییر شکل‌های پیوند. (پیوندهای الاستیک) و غیره

درس تئوری مکانیزم ها و ماشین ها

مفاهیم اساسی تئوری مکانیزم ها و ماشین ها

مقدمه

دوره تئوری مکانیزم ها و ماشین ها یک مرحله انتقالی در زنجیره آموزش مکانیک یک مهندس است - بر اساس دانش اساسی دانش آموز در مطالعه ریاضیات، فیزیک، مکانیک نظری است و پایه ای برای مطالعه است. رشته های عملی (ویژه) بعدی چرخه مکانیک (در درجه اول برای دوره "جزئیات ماشین آلات و اصول طراحی).

هدف از مطالعه رشته "نظریه مکانیزم ها و ماشین ها" تشکیل دانش اولیه لازم در مورد روش های کلی تجزیه و تحلیل و سنتز سیستم های مکانیکی است که اساس تجهیزات تکنولوژیکی مورد استفاده در زمینه فعالیت حرفه ای آینده فارغ التحصیلان را تشکیل می دهد. موسسات آموزش عالی فنی

ماشین

ماشین وسیله ای است که حرکات مکانیکی برای تبدیل انرژی، مواد و اطلاعات به منظور جایگزینی یا تسهیل کار فیزیکی و ذهنی فرد انجام می دهد.

از نظر عملکرد انجام شده، ماشین ها را می توان به کلاس های زیر تقسیم کرد:

ماشین های قدرت (ماشین های موتوری، ماشین های ژنراتور).

ماشین آلات کار (حمل و نقل و فن آوری).

ماشین های اطلاعاتی (برای دریافت و تبدیل اطلاعات).

ماشین‌های سایبرنتیک (جایگزین یا تقلید از فرآیندهای مختلف مکانیکی، فیزیولوژیکی یا بیولوژیکی ذاتی انسان و حیات وحش و داشتن عناصر هوش مصنوعی - روبات‌ها، خودکارها).

یک دستگاه ماشین توسعه یافته، متشکل از یک موتور، مکانیزم های انتقال و یک ماشین کار (و در برخی موارد دستگاه های کنترل و مدیریت و محاسبات) واحد ماشین نامیده می شود.

مفاهیم اساسی عناصر ماشین

جزئیات - جزء یک دستگاه مکانیکی، ساخته شده بدون استفاده از عملیات مونتاژ (به عنوان مثال: پیچ، مهره، شفت، بستر ماشین، به دست آمده توسط ریخته گری و غیره).

پیوند بخشی یا گروهی از قطعات است که یک کل واحد را از دیدگاه سینماتیکی نشان می‌دهد (یعنی گروهی از قطعات که به طور صلب به یکدیگر متصل شده و به صورت یک جسم جامد حرکت می‌کنند).

نمودار سینماتیکی یک نمایش شرطی از پیوندها و کل مکانیسم است که دقیقاً در یک مقیاس ساخته شده است.

هنگام ترسیم یک نمودار سینماتیکی، عناصر اصلی پیوند متمایز می شوند که با آن به سایر پیوندهای مکانیسم (سوراخ ها، راهنماها و غیره) متصل می شود. این عناصر به صورت مشروط به تصویر کشیده می شوند (به عنوان مثال، سوراخ ها - به عنوان دایره هایی با شعاع دلخواه) و توسط میله های سفت و سخت به هم متصل می شوند.

تحت مقیاس در تئوری مکانیسم ها و ماشین ها "قیمت" یک میلی متر را درک کنید. این درک از مقیاس (گاهی اوقات ضریب مقیاس نامیده می شود) هنگام تجزیه و تحلیل عملکرد مکانیسم بسیار راحت است، زیرا جهانی است و به شما امکان می دهد هر کمیت فیزیکی را به عنوان یک بخش نمایش دهید، که هنگام استفاده از روش های تحقیق گرافیکی و تحلیلی نموداری بسیار مهم است.

به طور مشابه، هر کمیت (حرکت پیوندها، سرعت ها، شتاب ها، زمان، نیروها و غیره) را می توان به صورت بخش هایی روی پلان ها، نمودارها، نمودارهای مختلف و غیره نشان داد.

بسته به ماهیت حرکت، پیوندها ممکن است نام خود را داشته باشند، به عنوان مثال:

میل لنگ پیوندی است که حرکت چرخشی را حول یک محور ثابت انجام می دهد و در همان زمان یک چرخش کامل انجام می دهد.

راکر - پیوندی که یک حرکت چرخشی متقابل انجام می دهد.

لغزنده - پیوندی که به جلو حرکت می کند.

میله اتصال - پیوندی که یک حرکت پیچیده صفحه موازی را انجام می دهد.

پشت صحنه - یک راکر (یا گاهی اوقات میل لنگ) که در امتداد آن لغزنده حرکت می کند.

قفسه - پیوندی که به عنوان یک پیوند ثابت در نظر گرفته می شود (طبق تعریف یک پیوند، تنها یک قفسه در مکانیزم وجود دارد - تمام قطعات ثابت باید بر روی برخی قاب، بدنه، میل لنگ، پایه نصب شوند و یک ساختار سفت و سخت، یعنی یک پیوند را نشان دهند. ).

در نمودار سینماتیکی، قفسه معمولاً به عنوان قطعات جداگانه در آن مکان هایی که سایر پیوندهای مکانیسم به آن وصل شده اند نشان داده می شود که این نمودار را بسیار ساده می کند.

جفت سینماتیک - یک اتصال متحرک از دو پیوند.

جفت های سینماتیکی بر اساس معیارهای مختلفی طبقه بندی می شوند:

1) با توجه به تعداد پیوندهای قرار گرفته بر حرکت نسبی پیوندهای متصل در یک جفت سینماتیک. بر این اساس جفت های سینماتیکی به کلاس هایی تقسیم می شوند. نامگذاری های زیر پذیرفته می شود:

W تعداد درجات آزادی است

S تعداد پیوندهایی است که روی حرکت نسبی پیوندها قرار گرفته اند.

یک پیوند آزاد در فضا دارای شش درجه آزادی است. هنگامی که پیوندها متصل می شوند، برخی از این درجات آزادی از بین می رود ("اتصالات تحمیل می شوند"). رابطه بین تعداد پیوندهای روی هم قرار گرفته و تعداد درجات آزادی باقیمانده در حرکت نسبی پیوندها واضح است:

W=6-S یا S=6-W،

بنابراین، پنج کلاس از جفت های سینماتیکی وجود دارد (اگر تمام شش درجه آزادی را بردارید، یک اتصال ثابت خواهید داشت).

نمونه هایی از جفت های سینماتیکی:

توپ نسبت به هواپیما، بدون خروج از آن، می تواند حرکات چرخشی را حول هر سه محور مختصات انجام دهد و همچنین در امتداد محورهای "X" و "Y" حرکت کند. هنگام حرکت در امتداد محور "Z"، توپ از هواپیما خارج می شود، یعنی. دو پیوند رایگان وجود خواهد داشت - جفت سینماتیک وجود نخواهد داشت. بنابراین، یک اتصال بر روی حرکت نسبی پیوندها قرار می گیرد - این یک جفت سینماتیک کلاس I است.

استوانه نسبت به هواپیما است، بدون ایجاد اختلال در ماهیت تماس، سیلندر را نمی توان در امتداد محور "Z" حرکت داد و حول محور "Y" چرخاند، یعنی. تعداد اوراق قرضه دو است - یک جفت کلاس II.

یک صفحه نسبت به صفحه دیگر می تواند به صورت انتقالی در امتداد محورهای "X" و "Y" حرکت کند و همچنین بدون ایجاد اختلال در ماهیت تماس، حول محور "Z" بچرخد. حرکت انتقالی در امتداد محور "Z" و حرکات چرخشی حول محورهای "X" و "Y" امکان پذیر نیست. بنابراین، تعداد پیوندها سه است - یک جفت سینماتیک کلاس III.

W=5 W=4 W=3

کلاس S \u003d 1 \u003d\u003e I. کلاس S \u003d 2 \u003d\u003e II. کلاس S \u003d 3 \u003d\u003e III.

نمونه هایی از جفت های سینماتیکی

به عنوان مثال، یک پیچ و یک مهره یک جفت سینماتیکی کلاس پنجم را تشکیل می دهند. در این حالت، دو حرکت مهره با یک پیچ ثابت وجود دارد - حرکت چرخشی حول محور پیچ و حرکت انتقالی در امتداد این محور، اما نمی توانید مهره را بدون چرخاندن آن در امتداد محور حرکت دهید یا مهره را بچرخانید تا در امتداد محور حرکت نمی کند. این دو حرکت یک حرکت پیچیده (در این مورد، مارپیچ) را تشکیل می دهند. یک درجه آزادی را در حرکت نسبی این پیوندها تعیین می کند، یعنی. تعداد پیوندها پنج است.

2) با توجه به ماهیت تماس پیوندهای متصل در یک جفت سینماتیک. بر این اساس جفت های سینماتیکی به دو دسته بالاتر و پایین تر تقسیم می شوند. جفت های بالاتر دارای یک نقطه یا تماس خطی از پیوندهایی هستند که این جفت سینماتیکی را تشکیل می دهند. در جفت پایین، پیوندها در امتداد سطحی (در یک مورد خاص، در امتداد یک صفحه) با یکدیگر در تماس هستند.

جفت های سینماتیک پایین تر ظرفیت باربری بیشتری دارند، tk. سطح تماس زیادی دارند (در جفت بالایی، سطح تماس از نظر تئوری برابر با صفر است، اما در واقعیت به دلیل تغییر شکل عناصر جفت سینماتیک - "نقطه تماس") به دست می آید. اما در جفت های پایین تر. یک سطح در حین کار نسبت به دیگری می لغزد، در حالی که در جفت های بالاتر هم لغزش و هم غلتش ممکن است رخ دهد.

به عنوان یک قاعده، مقاومت در برابر لغزش بیشتر از مقاومت در برابر غلتش یک سطح نسبت به سطح دیگر است، یعنی. تلفات اصطکاک در جفت بالایی (اگر فقط از نورد استفاده شود) نسبت به جفت پایین کمتر است (بنابراین برای افزایش راندمان معمولاً به جای یاتاقان های معمولی یاتاقان های غلتشی نصب می شوند).

جفت های سینماتیک: یک توپ و یک هواپیما، یک استوانه و یک هواپیما بالاترین و یک جفت هواپیما و یک هواپیما پایین ترین هستند.

3) در طول مسیر حرکت نقاط متعلق به پیوندهایی که جفت سینماتیکی را تشکیل می دهند. بر این اساس، جفت های سینماتیکی فضایی و مسطح متمایز می شوند.

در یک جفت سینماتیکی تخت، همه نقاط در یک صفحه یا موازی حرکت می کنند و مسیر حرکت آنها منحنی های مسطح است. در جفت های فضایی، نقاط در صفحات مختلف حرکت می کنند و دارای مسیرهایی به شکل منحنی های فضایی هستند.

تعداد قابل توجهی از مکانیسم های مورد استفاده در عمل مکانیسم های مسطح هستند، بنابراین لازم است جفت های سینماتیکی مسطح با جزئیات بیشتری در نظر گرفته شوند.

یک پیوند آزاد که در یک صفحه قرار می گیرد دارای سه درجه آزادی است (حرکت انتقالی در امتداد محورهای مختصات و حرکت چرخشی حول یک محور عمود بر صفحه داده شده). بنابراین، قرار دادن یک پیوند در یک هواپیما سه درجه آزادی را از آن می گیرد (سه پیوند را تحمیل می کند). اما اتصال این پیوند با دیگری در یک جفت سینماتیک، اتصالات بیشتری را بر حرکت نسبی تحمیل می کند (حداقل عدد 1 است). در نتیجه، تنها جفت‌های سینماتیکی می‌توانند در صفحه وجود داشته باشند که دارای دو یا یک درجه آزادی در حرکت نسبی هستند.

طبق طبقه بندی کلی، این زوج های کلاس چهارم و پنجم هستند. ساده‌ترین جفت‌های کلاس پنجم فقط یک حرکت را ارائه می‌کنند - چرخشی یا انتقالی (یک جفت سینماتیک چرخشی در فناوری لولا نامیده می‌شود، یک جفت انتقالی، به قیاس با یک پیوند متحرک ترجمه، گاهی اوقات لغزنده نیز نامیده می‌شود).

دو درجه آزادی در حرکت نسبی روی یک صفحه معمولاً دو نمایه تماسی را فراهم می کند (در یک نمودار سینماتیک، تماس در یک نقطه؛ در یک مکانیسم واقعی، این می تواند خطی باشد که به یک نقطه نمایش داده می شود). بنابراین، جفت‌های سینماتیکی تخت کلاس پنجم (لولا و لغزنده) به طور همزمان جفت‌های پایین‌تر و جفت‌های سینماتیکی کلاس چهارم جفت‌های بالاتر هستند.

نمونه هایی از جفت های سینماتیکی:

4) با توجه به ماهیت بسته شدن پیوندهای متصل در یک جفت سینماتیک. دو نوع جفت سینماتیکی وجود دارد که از این نظر با یکدیگر تفاوت دارند. جفت های سینماتیکی با بسته شدن هندسی و جفت های سینماتیکی با بسته شدن نیرو.

در جفت با قفل مثبت، پیکربندی پیوندها از جدا شدن آنها در حین کار جلوگیری می کند. به عنوان مثال، اتصال شاتون به میل لنگ با استفاده از کلاهک شاتون، یا هر لولای دیگر (درب با پایه، پنجره با قاب پنجره و غیره).

در جفت با بسته شدن نیرو، تماس پیوندها در حین کار توسط یک نیروی دائماً عمل کننده تضمین می شود. وزن به عنوان نیروی بسته شدن عمل می کند. اگر وزن کافی نباشد، معمولاً از عناصر مختلف الاستیک (اغلب فنرها) برای ایجاد نیروی فشار استفاده می شود.

زنجیره سینماتیک ترکیبی از پیوندهایی است که به صورت جفت سینماتیک به هم متصل شده اند.

طبقه بندی خاصی از زنجیره های سینماتیکی وجود دارد - زنجیره ها می توانند ساده و پیچیده، بسته (بسته) و باز (باز)، فضایی و مسطح باشند.

مکانیزم یک زنجیره سینماتیکی است که دارای یک قفسه است (یعنی پیوندی که به صورت ثابت گرفته می شود) که در آن حرکت یک یا چند پیوند به طور کامل ماهیت حرکت حلقه های باقیمانده این زنجیره را تعیین می کند.

به پیوندهایی که قوانین حرکت آنها داده شده است، ورودی می گویند.

به پیوندهایی که قوانین آنها باید مشخص شود خروجی می گویند. تعداد پیوندهای ورودی بر اساس تعداد درجات آزادی زنجیره سینماتیکی زیر این مکانیسم تعیین می شود.

مفاهیم ورودی و خروجی (ورودی و خروجی) یک ویژگی سینماتیکی هستند. با مفاهیم اشتباه نگیرید - پیوند پیشرو و پیوند رانده. لینک اصلی لینکی است که برق به آن تامین می شود. پیوند رانده - پیوندی که از آن نیرو حذف می شود (برای انجام کار مفید).

بنابراین، مفاهیم یک پیوند پیشرو و رانده یک ویژگی قدرت (انرژی) است. با این حال، در اکثریت قریب به اتفاق موارد، لینک ورودی نیز رهبر است، لینک خروجی فالوور است.

انواع اصلی مکانیسم ها

با توجه به هدف عملکردی، مکانیسم ها معمولاً به انواع زیر تقسیم می شوند:

مکانیسم های موتورها و مبدل ها (تبدیل انواع انرژی به کار مکانیکی یا بالعکس)؛

مکانیسم های انتقال (انتقال حرکت از موتور به ماشین یا محرک تکنولوژیکی را انجام می دهد و این حرکت را به لازم برای عملکرد این ماشین یا محرک تکنولوژیکی تبدیل می کند).

مکانیسم های فعال سازی (تغییر شکل، حالت، موقعیت و ویژگی های محیط یا شیء پردازش شده)؛

مکانیسم های مدیریت، کنترل و تنظیم (برای اطمینان و کنترل اندازه اشیاء پردازش شده)؛

مکانیسم‌های تغذیه، حمل و نقل، تغذیه و مرتب‌سازی رسانه‌ها و اشیاء فرآوری‌شده (مکانیسم‌هایی برای مارپیچ‌های پیچ، اسکراپر و آسانسورهای سطلی برای حمل و نقل و تغذیه مواد فله، مکانیسم‌هایی برای بارگیری قیف‌ها برای قطعات خالی، مکانیسم‌هایی برای مرتب‌سازی محصولات نهایی بر اساس اندازه، وزن، پیکربندی، و غیره)؛

مکانیسم‌هایی برای شمارش خودکار، توزین و بسته‌بندی محصولات نهایی (که در بسیاری از ماشین‌ها استفاده می‌شود، عمدتاً برای تولید محصولات انبوه).

با توجه به روش های کلی سنتز و تجزیه و تحلیل کار، انواع مکانیسم های زیر متمایز می شوند:

مکانیسم هایی با جفت های پایین تر (مکانیسم های اهرمی)

مکانیزم های بادامک

مکانیزم های دنده

مکانیسم های اصطکاک

مکانیسم هایی با اتصالات انعطاف پذیر

مکانیسم هایی با پیوندهای تغییر شکل پذیر (انتقال موج)

مکانیزم های هیدرولیک و پنوماتیک

مسائل سینماتیک

تحلیل سینماتیکی مطالعه حرکت پیوندهای یک مکانیسم بدون در نظر گرفتن نیروهایی است که باعث این حرکت می شوند. آنالیز سینماتیک وظایف زیر را حل می کند:

تعیین موقعیت پیوندهایی که آنها در حین کار مکانیسم اشغال می کنند و همچنین ساخت مسیرهای حرکت نقاط منفرد مکانیسم.

تعیین سرعت نقاط مشخصه مکانیسم و ​​تعیین سرعت زاویه ای پیوندهای آن.

تعیین شتاب نقاط منفرد مکانیسم و ​​شتاب زاویه ای پیوندهای آن.

هنگام حل مشکلات تحلیل سینماتیکی، از تمام روش های موجود استفاده می شود - گرافیکی، گرافیکی-تحلیلی (روش طرح های سرعت و شتاب) و تحلیلی. در تحلیل سینماتیکی، پیوند ورودی (پیوندی که قانون حرکت آن داده شده است) به عنوان پیوند اولیه در نظر گرفته می شود، یعنی. پیوند ورودی با قفسه مکانیزم اولیه را تشکیل می دهد - حل مشکل با آن آغاز می شود.

دینامیک مکانیزم ها و ماشین ها

مشکلات دینامیک

در این بخش، حرکت پیوندهای مکانیسم با در نظر گرفتن نیروهای وارد بر آنها مورد بررسی قرار می گیرد. در این مورد، مشکلات اصلی دینامیک زیر در نظر گرفته می شود:

1) مطالعه نیروهای وارد بر پیوندهای مکانیسم و ​​تعیین نیروهای مجهول برای یک قانون حرکت معین در ورودی.

2) مشکل تعادل انرژی دستگاه؛

3) ایجاد قانون واقعی حرکت تحت عمل نیروهای معین.

4) تنظیم دستگاه؛

5) متعادل کردن نیروهای اینرسی.

6) دینامیک درایو.

محاسبه نیرو مکانیسم ها

محاسبه نیرو مکانیسم ها به حل اولین مسئله دینامیک اشاره دارد. همانطور که از محتوای مسائل دینامیک ارائه شده در بالا مشاهده می شود، وظیفه اول شامل دو بخش است: مطالعه نیروهای وارد بر پیوندهای مکانیسم. تعیین نیروهای مجهول برای یک قانون حرکت معین در ورودی (این بخش دوم وظیفه محاسبه نیرو است).

به منظور درک بیشتر اصطلاحات و نظام مند کردن مطالب، توصیه می شود اطلاعات مربوط به نیروهای شناخته شده از فیزیک و مکانیک نظری را تکرار کنید و همچنین برخی از مفاهیم جدید (که در نظریه مکانیسم ها و ماشین ها استفاده می شود) معرفی شوند. از نقطه نظر حل مسائل دینامیک نیرو (در این مورد، نیرو به عنوان یک مفهوم کلی از یک عامل نیرو درک می شود - نیرو یا لحظه واقعی) را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد:

الف) در مورد تعامل پیوند مکانیسم با اشیاء دیگر. بر این اساس نیروها به خارجی و داخلی تقسیم می شوند:

نیروهای خارجی نیروهای برهمکنش یک مکانیسم با برخی اجسام یا میدان هایی هستند که بخشی از مکانیسم نیستند.

نیروهای داخلی نیروهای برهمکنش بین پیوندهای مکانیسم هستند (واکنش ها در جفت های سینماتیکی).

نیروی محرک نیرویی است که به حرکت پیوند کمک می کند و قدرت مثبت را توسعه می دهد.

ب) با قدرت ایجاد شده توسط نیرو. بر این اساس، نیروها به نیروهای محرک و نیروهای مقاومت تقسیم می شوند (شکل 16):

نیروی مقاومت از حرکت پیوند جلوگیری می کند و قدرت منفی ایجاد می کند.

به نوبه خود، نیروهای مقاومت را می توان به نیروهای مقاومت مفید و نیروهای مقاومت مضر تقسیم کرد:

نیروهای مقاومت مفید نیروهایی هستند که مکانیزمی برای غلبه بر آنها ایجاد شده است. با غلبه بر نیروهای مقاومت مفید، مکانیسم کار مفیدی ایجاد می کند (مثلاً با غلبه بر مقاومت برش بر روی دستگاه، تغییر لازم در شکل قطعه حاصل می شود؛ یا با غلبه بر مقاومت هوا در کمپرسور، آن را به میزان لازم فشرده می کنند. فشار و غیره)؛

نیروهای مقاومت مضر نیروهایی هستند که برای غلبه بر آنها قدرت صرف می شود و این قدرت به طور جبران ناپذیری از دست می رود. معمولاً نیروهای اصطکاک، مقاومت هیدرولیکی و آیرودینامیکی به عنوان نیروهای مقاومت مضر عمل می کنند. کار برای غلبه بر این نیروها به گرما تبدیل می شود و به فضا پراکنده می شود، بنابراین کارایی هر مکانیزم همیشه کمتر از یک است.

ج) نیروهای وزن - اینها نیروهای برهمکنش پیوندهای مکانیسم با میدان گرانشی زمین هستند.

د) نیروهای اصطکاک - نیروهایی که در برابر حرکت نسبی سطوح تماس مقاومت می کنند.

ه) نیروهای اینرسی - نیروهای ناشی از حرکت ناهموار پیوند و مقاومت در برابر شتاب آن (کاهش سرعت). نیروی اینرسی روی جسم وارد می شود که باعث می شود پیوند داده شده شتاب بگیرد (کاهش سرعت). در حالت کلی، با حرکت ناهموار، یک نیروی اینرسی و یک لحظه نیروهای اینرسی ایجاد می شود:

باله \u003d -m. به عنوان، Min=-Is . e

باله - بردار اصلی نیروهای اینرسی اعمال شده در مرکز جرم پیوند.

Min ممان اصلی نیروهای اینرسی است.

m جرم پیوند است.

آیا لحظه اینرسی پیوند نسبت به مرکز جرم است.

همانطور که شتاب مرکز جرم پیوند است.

e شتاب زاویه ای پیوند است.

علامت منفی در فرمول ها نشان می دهد که نیروی اینرسی بر خلاف شتاب مرکز جرم پیوند است و ممان نیروهای اینرسی مخالف شتاب زاویه ای پیوند است. علامت نیرو یا ممان فقط هنگام تعیین جهت واقعی نیرو یا گشتاور در طرح طراحی در نظر گرفته می شود و از مقادیر مطلق آنها در محاسبات تحلیلی استفاده می شود.

در تجزیه و تحلیل نیرو مکانیسم ها، موارد مختلفی ممکن است رخ دهد که یک یا هر دو عامل اینرسی نیرو ممکن است مقدار صفر داشته باشند. شکل 17 بالا مواردی از وقوع نیروها و گشتاورهای نیروهای اینرسی را در حین حرکت پیوندهای مکانیسم نشان می دهد.

محاسبه مستقیم نیرو به تعریف نیروهای ناشناخته ای که بر پیوندهای مکانیسم اثر می کنند کاهش می یابد. همانطور که از مکانیک نظری مشخص است، از معادلات استاتیک برای تعیین نیروهای مجهول استفاده می شود.

مکانیسم یک سیستم غیر تعادلی است، زیرا بیشتر پیوندهای آن دارای حرکت ناهموار هستند و نقاط متعلق به این پیوندها در امتداد مسیرهای منحنی خطی پیچیده حرکت می کنند (به یاد بیاورید: حالت تعادل حالت سکون یا حرکت یکنواخت مستطیلی است).

بنابراین برای حل مسئله از روش کینتوستاتیک استفاده می شود. روش کینتوستاتیک مبتنی بر اصل دالامبر است: اگر نیروهای اینرسی و گشتاورهای نیروهای اینرسی را به تمام نیروهای خارجی که بر روی پیوندهای مکانیسم اثر می‌کنند اضافه کنیم، آنگاه این مکانیسم در حالت تعادل ایستا قرار می‌گیرد. یعنی یک تکنیک مصنوعی است که یک سیستم غیرتعادلی را به حالت تعادل می رساند.

مصنوعی بودن دریافت در این واقعیت نهفته است که نیروهای اینرسی نه به آن دسته از اجسامی که باعث می شوند پیوندها سریعتر (آهسته تر) حرکت کنند، بلکه به خود پیوندها اعمال می شود.

با استفاده از این تکنیک، در آینده می توان با استفاده از معادلات استاتیک، محاسبه نیرو را انجام داد. با این حال، برای حل مشکل تنها با استفاده از معادلات تعادل، سیستم باید به صورت ایستا تعیین شود.

شرط قابل تعریف بودن استاتیک یک زنجیره سینماتیکی مسطح:

برای هر پیوند واقع در صفحه، سه معادله استاتیکی مستقل می توان تشکیل داد. اگر "n" پیوندهای متحرک در زنجیره سینماتیک وجود داشته باشد، در مجموع برای این زنجیره می توان 3n معادله مستقل استاتیک (تعادل) نوشت. این معادلات برای تعیین واکنش ها در جفت های سینماتیکی و نیروهای خارجی ناشناخته استفاده می شود.

در هواپیما فقط جفت های سینماتیک کلاس پنجم و چهارم وجود دارد. جفت های کلاس پنجم با یک جفت سینماتیک چرخشی (لولا) و یک جفت انتقالی (اتصال لغزنده با راهنما) نشان داده می شوند. در یک لولا، نیروی بین پیوندها می تواند در هر جهتی منتقل شود، بنابراین مقدار و جهت (دو جزء) واکنش در لولا ناشناخته است، یعنی. برای تعیین واکنش کل در یک جفت چرخشی باید از دو معادله استاتیک استفاده کرد.

در تقریب اول، محاسبه بدون در نظر گرفتن نیروهای اصطکاک انجام می شود. در این مورد، هیچ چیز مانع از حرکت لغزنده در امتداد راهنما نمی شود. لغزنده نمی تواند در سراسر راهنما حرکت کند و بچرخد، بنابراین، در جفت انتقالی، واکنش عمود بر راهنما هدایت می شود و یک گشتاور واکنشی ایجاد می شود که از چرخش لغزنده جلوگیری می کند.

در محاسبه نیرو، معمولاً گشتاور راکتیو تعیین نمی‌شود، اما نقطه اعمال مشروط واکنش پیدا می‌شود (محصول واکنش با فاصله تا نقطه اعمال شرطی آن، گشتاور راکتیو است). برای تعیین واکنش در یک جفت انتقالی، همچنین لازم است دو معادله استاتیک (برای تعیین دو جزء - بزرگی و نقطه کاربرد) صرف شود. بنابراین، برای تعیین واکنش کل در یک جفت سینماتیکی کلاس پنجم، لازم است از دو معادله استاتیک استفاده شود.

جفت های کلاس چهارم (جفت های بالاتر) در هواپیما نمایانگر پروفایل هایی هستند که با یکدیگر در تماس هستند. در جفت بالایی، نیروی بین پیوندها در امتداد نرمال مشترک به نیمرخ های مماس (به استثنای نیروهای اصطکاک) منتقل می شود. بنابراین، در بالاترین جفت کلاس چهارم، واکنش تنها از نظر اندازه ناشناخته است (نقطه اعمال واکنش در نقطه تماس پروفیل ها، جهت در امتداد نرمال مشترک به این نیمرخ ها).

بنابراین، برای تعیین واکنش در یک جفت کلاس چهارم، لازم است یک معادله استاتیک (برای تعیین یک جزء - بزرگی واکنش) صرف شود.

اگر در زنجیره سینماتیک تعداد جفت های کلاس پنجم برابر با Р5 باشد، برای تعیین واکنش ها در همه این جفت ها باید 2Р5 معادله استاتیک صرف شود. برای تعیین واکنش ها در تمام جفت های کلاس چهارم، از تعداد معادلات برابر با تعداد این جفت ها Р4 استفاده می شود.

بنابراین، از 3n معادله مستقل استاتیک، معادلات 2P5 برای تعیین واکنش در بخارات کلاس پنجم و P4 برای تعیین واکنش در بخارات کلاس چهارم استفاده می شود. معادلات باقیمانده برای تعیین نیروهای خارجی ناشناخته که بر روی پیوندهای مکانیزم عمل می کنند استفاده می شود.

پس فرض کنید X تعداد معادلات باقیمانده برای تعیین نیروهای خارجی مجهول باشد

X=3n–2Р5–Р4،

اما این فرمول با فرمول چبیشف برای تعیین تعداد درجات آزادی یک زنجیره سینماتیکی مسطح منطبق است. در نتیجه، می‌توانیم شرط تعریف‌پذیری استاتیک یک زنجیره سینماتیک را به صورت زیر فرموله کنیم: یک زنجیره سینماتیکی از نظر استاتیکی قابل تعریف است در صورتی که تعداد نیروهای خارجی ناشناخته‌ای که بر پیوندهای آن وارد می‌شوند از تعداد درجات آزادی این زنجیره تجاوز نکند. زنجیر.

از آنجایی که روش‌های حل برای گروه‌های Assur توسعه داده شده‌اند، لازم است شرطی برای تعریف استاتیکی گروه Assur تنظیم شود. گروه Assur یک زنجیره سینماتیک با درجه آزادی خاص خود برابر با صفر است. بنابراین، اگر هیچ نیروی خارجی ناشناخته ای بر پیوندهای آن وارد نشود، گروه آشوری به طور ایستا تعیین می شود. معادلات در گروه Assur فقط برای تعیین واکنش ها در جفت های سینماتیکی کافی است. این شرایط ترتیب محاسبه نیرو مکانیسم را از پیش تعیین می کند:

مکانیسم به گروه‌های Assur تقسیم می‌شود و پیوندی را که یک نیروی خارجی ناشناخته روی آن اعمال می‌کند، به عنوان پیوند اولیه در نظر می‌گیرد.

راه حل با آخرین گروه پیوست شروع می شود و با پیوند اولیه به پایان می رسد.

با این رویکرد، همیشه تنها نیروهای خارجی شناخته شده بر روی گروه های اسور عمل می کنند و با در نظر گرفتن تعادل آنها، واکنش ها به صورت جفت سینماتیکی مشخص می شود و با در نظر گرفتن شرایط تعادلی پیوندهای اولیه، واکنش های باقی مانده و نیروهای خارجی ناشناخته مشخص خواهند شد.

از آنجایی که راه حل توسط گروه های Assur انجام می شود، اصل محاسبه نیرو گروه ها با استفاده از مثال گروه های کلاس دوم در زیر در نظر گرفته شده است.

گونه های گروه 1

نوشتن: ∑ mB(2)=0; ∑mB(3)=0; ∑F(2,3)=0; ∑F(2)=0

تعریف کنید: R12t R43t; R12n; R43n; R32

واکنش R12 را با اجزای R12n II AB و R12t⊥ AB جایگزین کنید

گونه های گروه 2

نوشتن: ∑ mB(2)=0; ∑F(2,3)=0; ∑mB(3)=0; ∑F(2)=0

تعریف کنید: R12t R12n; R43; R43; R32

واکنش R12 را با اجزای R12n II AC و R12t⊥ AC جایگزین کنید

گروه 3 گونه

نوشتن: ∑ mC(2,3)=0; ∑F(2)=0; ∑mC(3)=0; ∑F(3)=0

تعریف کنید: R12t R12n; R32n; h23; R43

گروه 4 گونه

نوشتن: ∑ F(2,3)=0; ∑mB(2)=0; ∑mB(3)=0; ∑F(2)=0

تعریف: R12; R43; h12 ; h43 ; R32

گروه 5 گونه

نوشتن: ∑ F(3)=0; ∑mA(2)=0; ∑mA(2,3)=0; ∑F(2)=0

تعریف: R23; R43; h32; h43 ; R12

نمادها و ساده سازی های زیر در جدول اتخاذ شده است:

پیوندهای گروه مورد مطالعه با شماره 2 و 3 مشخص شده است.

پیوند 1 از پیوند 2 جدا شده است، بنابراین واکنش R12 اعمال می شود (عمل پیوند قطع شده 1 در پیوند در نظر گرفته شده 2).

پیوند 4 از پیوند 3 جدا شده است، بنابراین واکنش R43 به پیوند 3 اعمال می شود.

یک خط روی نام واکنش به این معنی است که در این پاراگراف واکنش هم از نظر بزرگی و هم در جهت تعریف شده است (یعنی تصویری از این بردار در طرح نیرو وجود دارد).

به منظور کاهش بهم ریختگی نقاشی و بهبود دید، نیروهای خارجی اعمال شده به پیوندهای گروه مورد بررسی در شکل نشان داده نشده اند (فقط باید در نظر داشته باشید که تمام نیروهای خارجی که بر روی پیوندهای Assur عمل می کنند. گروه شناخته شده است - این با ترتیب محاسبه نیرو مکانیسم تعیین می شود).

محاسبه اصطکاک در مکانیسم ها

با توجه به ویژگی های فیزیکی، اصطکاک داخلی و خارجی متمایز می شود.

اصطکاک داخلی فرآیندی است که در اجسام جامد، مایع و گاز در هنگام تغییر شکل آنها رخ می دهد و منجر به اتلاف غیرقابل برگشت انرژی مکانیکی می شود. اصطکاک داخلی خود را در میرایی نوسانات آزاد نشان می دهد.

اصطکاک خارجی مقاومت در برابر حرکت نسبی است که بین دو جسم در نواحی تماس بین سطوح، یعنی به صورت جفت سینماتیکی رخ می دهد. با توجه به ویژگی سینماتیکی، آنها را متمایز می کنند: اصطکاک لغزشی، که زمانی رخ می دهد که یک جسم روی سطح بدن دیگری می لغزد، و اصطکاک غلتشی، که زمانی رخ می دهد که یک جسم روی سطح بدن دیگری می غلتد.

اصطکاک در بند

فرضیه اول. فشار خاص روی سطح نگهدارنده به طور مساوی توزیع می شود، یعنی. q=const (شکل 25a).

اجازه دهید یک عنصر بی‌نهایت کوچک از سطح را که با زاویه مرکزی dα در فاصله α از محور عمودی تعیین می‌شود، جدا کنیم. این عنصر تحت تأثیر واکنش طبیعی dRN است که از طریق فشار و ناحیه خاص عنصر انتخاب شده تعیین می شود:

مجموع واکنش‌های نرمال ابتدایی در برآمدگی روی محور عمودی، نیروی شعاعی وارد بر تنه را متعادل می‌کند:

یک نتیجه متوسط ​​به دست می آید که مقدار فشار خاص را تعیین می کند:

با این حال، این نتیجه از اهمیت مستقل زیادی برخوردار است. این نشان می دهد که فشار خاص (و در محاسبات قدرت، این تنش خرد شدن روی سطح قطعات در تماس است) با تقسیم نیروی شعاعی بر پرتاب ناحیه تماس بر روی صفحه قطری شفت (و نه با تقسیم نیروی شعاعی) تعیین می شود. ارزش کامل منطقه تماس). این ماده به طور گسترده در محاسبه قطعات ماشین استفاده می شود.

اجازه دهید مقدار نیروی اصطکاک اولیه وارد بر عنصر انتخاب شده و لحظه اولیه اصطکاک را از این نیرو تعیین کنیم:

با جمع‌بندی گشتاورهای اولیه نیروی اصطکاک در کل ناحیه تماس، مقدار گشتاور اصطکاک روی سطح برش را طبق این فرضیه به دست می‌آوریم:

در اینجا fI" ضریب اصطکاک کاهش یافته است که طبق فرضیه اول محاسبه می شود.

فرضیه دوم. محاسبه با در نظر گرفتن سایش سطح تماس انجام می شود. در این مورد، فرض زیر ساخته شده است - یاتاقان فرسوده می شود، و شفت بدون تغییر باقی می ماند. این فرض کاملاً با وضعیت واقعی سازگار است، زیرا شفت تمام بارها را از چرخ دنده ها می گیرد ، در کارهای سنگین کار می کند ، معمولاً از فولادهای با کیفیت بالا ساخته می شود ، سطوح یاتاقان اغلب با گرما سخت می شوند.

به منظور کاهش تلفات اصطکاک (برای تشکیل یک جفت ضد اصطکاک)، یاتاقان های ساده از مواد نرم تری ساخته می شوند که ضرایب اصطکاک کاهش یافته (برنز، بابیت و غیره) را با یک شفت فولادی جفت می کنند. واضح است که این ماده نرم تر است که ابتدا فرسوده می شود.

در نتیجه سایش یاتاقان، شفت به میزان معینی "افتاده" می شود (شکل 25b). از تئوری سایش مشخص شده است که میزان سایش متناسب با فشار خاص و سرعت نسبی سطوح مالش است. اما در این حالت سرعت نسبی عبارت است از سرعت محیطی روی سطح تروننیون که در تمام نقاط یکسان است. بنابراین، میزان سایش در مکان هایی که فشار ویژه بیشتر است، یعنی بیشتر خواهد بود. مقدار سایش متناسب با فشار خاص است.

شکل 25b دو موقعیت محور را نشان می دهد - در ابتدای کار و پس از سایش سطح. لایه فرسوده شکلی داسی شکل است. اما از آنجایی که سایش متناسب با فشار خاص است، این شکل هلالی را می توان به عنوان نمودار فشار خاص در مقیاس معین در نظر گرفت.

همانطور که مشاهده می شود، در نتیجه سایش، فشار خاص روی سطح اصطکاک دوباره توزیع می شود. حداکثر فشار qmax بر روی خط عمل بار شعاعی وارد بر شفت قرار دارد.

از آنجایی که شفت در اثر سایش یاتاقان به مقدار مشخصی فرو رفته است، فاصله عمودی برای هر نقطه از محور بین موقعیت اولیه و جدید آن یکسان است (و برابر qmax است). بنابراین، مقدار فعلی فشار خاص روی عنصر انتخاب شده را می توان تقریباً از یک مثلث قائم الزاویه منحنی بیان کرد (شکل 25 ب):

سیر بعدی حل مسئله با حل طبق فرضیه اول تفاوتی ندارد. در نتیجه، وابستگی های زیر برای تعیین گشتاور نیروهای اصطکاک طبق فرضیه دوم به دست می آید:

بنابراین، کاهش ضریب اصطکاک (حدود 20٪) و بر این اساس، کاهش تلفات اصطکاک و افزایش راندمان وجود دارد. به همین دلیل است که تمام خودروهای جدید باید با قدرت جزئی کار کنند.

در نتیجه دویدن، سایش اولیه سطح اتفاق می‌افتد (صاف کردن ریز زبری‌ها)، سطوح به هم می‌خورند (سطوح را روی هم می‌چرخانند). تنها در این صورت می توان از دستگاه با ظرفیت کامل استفاده کرد.

اصطکاک در پاشنه پا

فرضیه اول. از آنجایی که در این حالت سطح یاتاقان یک صفحه است، فشار مشخص ثابت (شکل 26a) با تقسیم نیروی محوری بر مساحت حلقه یاتاقان تعیین می شود:

اجازه دهید یک عنصر سطح حلقوی با ضخامت dρ را در فاصله ρ از مرکز پاشنه جدا کنیم (شکل 26c). واکنش عادی اولیه که روی این عنصر عمل می کند با ضرب فشار خاص در مساحت آن تعیین می شود:

نیروی اصطکاک اولیه و لحظه از این نیروی اصطکاک را تعریف می کنیم:

با ادغام در کل سطح یاتاقان، کل ممان اصطکاک را بدست می آوریم:

با جایگزینی مقدار q، در نهایت به دست می آوریم:

فرضیه دوم. همانطور که تمرین نشان می دهد، پس از انقضای زمان، سایش یکنواخت سطح حمایت کننده پاشنه پا رخ می دهد، یعنی. حاصل ضرب فشار خاص و سرعت نسبی یک مقدار ثابت است:

در این مورد، سرعت در نقاط مختلف سطح تماس متفاوت است:

اما از آنجایی که سرعت زاویه ای برای شفت یکسان است، سایش متناسب با حاصلضرب q⋅ρ خواهد بود، به عبارت دیگر، این محصول یک k ثابت معین است:

بنابراین، نمودار فشار خاص یک وابستگی هذلولی است (شکل 26b). در نتیجه سایش سطح، فشار ویژه به گونه‌ای دوباره توزیع می‌شود که هنگام نزدیک شدن به محور چرخش شفت، به شدت افزایش می‌یابد (از لحاظ نظری، تا بی نهایت در مرکز سطح یاتاقان افزایش می‌یابد). به همین دلیل است که کفش های پاشنه محکم عملاً در فناوری استفاده نمی شوند.

راه حل بعدی مشابه با حل طبق فرضیه اول انجام می شود. در نتیجه، وابستگی زیر برای تعیین لحظه از نیروهای اصطکاک روی سطح نگهدارنده پاشنه به دست می آید:

در شکل حاصل، مقایسه فرضیه ها با یکدیگر دشوار است. بنابراین، برای ارزیابی نتایج، پاشنه های محکم در نظر گرفته می شوند (d=0):

مقایسه نشان می دهد که با دویدن در سطوح پاشنه، اثری مشابه آنچه در ران ها اتفاق می افتد به دست می آید - بزرگی نیروهای اصطکاک 20 ... 25٪ کاهش می یابد.

اصطکاک اجسام انعطاف پذیر

نوارهای انعطاف پذیر، تسمه ها، طناب ها و سایر مواد مشابه با مقاومت خمشی کم به طور گسترده ای در ماشین ها به شکل تسمه و طناب محرک و همچنین در مکانیزم ماشین های بالابر، در ترمزهای نواری استفاده می شود.

و دینامیک مکانیسم ها و ماشین ها در تجزیه و تحلیل و سنتز آنها.

با توجه به کوتاه بودن دوره ما، ما فقط بر مطالعه ساختاری و سینماتیکی مکانیسم ها تمرکز خواهیم کرد. هدف از این مطالعات بررسی ساختار مکانیسم ها و تجزیه و تحلیل حرکت پیوندهای آنها بدون توجه به نیروهایی است که باعث این حرکت می شود.

در TMM، مکانیسم های ایده آل مورد مطالعه قرار می گیرند: کاملا غیر قابل تغییر شکل. بدون شکاف در مفاصل متحرک

مفاد اصلی TMM برای مکانیسم هایی برای اهداف مختلف مشترک است. آنها در مرحله اول طراحی، یعنی هنگام توسعه نمودار مکانیزم و محاسبه پارامترهای سینماتیکی و دینامیکی آن استفاده می شوند. پس از اتمام این مرحله طراحی، "اسکلت" محصول آینده خود را می بینید، ایده های تعبیه شده در آن. در آینده، ایده های خود را در قالب مستندات طراحی و در قالب محصولات واقعی پیاده سازی کنید.

تحلیل ساختاری مکانیسم ها

مفاهیم و تعاریف اساسی

جزئیات- یک بخش جداگانه و غیر قابل تقسیم از مکانیسم (قسمت را نمی توان به قطعات جدا کرد).

ارتباط دادن- یک قسمت یا چند قسمت بدون حرکت به یکدیگر متصل شده اند.

جفت سینماتیک (KP)- اتصال متحرک دو لینک. KPیک کمیت مادی نیست، بلکه مشخص کننده اتصال دو پیوندی است که در تماس مستقیم هستند.

عنصر KP- نقطه، خط یا سطحی که در طول آن یک پیوند با پیوند دیگر در تماس است. اگر عنصر KPیک نقطه است یا یک خط است بالاترین CP،اگر سطح باشد CP پایین تر

با توجه به ماهیت حرکت پیوندها KPوجود دارد: چرخشی، انتقالی، با حرکت مارپیچ.با توجه به نوع سطوح تماس گیربکس، عبارتند از: مسطح، استوانه ای، کروی و غیره

کلاس KPتعیین شده توسط تعداد محدودیت های حرکتی یا تعداد اتصالات تحمیلی S.

در کل 6 درجه آزادی وجود دارد. بیایید H - تعداد درجات آزادی را نشان دهیم. می توان نوشت

H + S \u003d 6 یا H \u003d 6 - S یا S \u003d 6 - H

تعیین اینکه یک پیوند چند درجه آزادی باقی مانده است، اغلب آسان تر از تعداد پیوند تحمیل شده است. برای مثال، چند درجه آزادی در در یا پنجره وجود دارد - یکیعنصر KP چیست - سطح(بدون شکاف). ماهیت حرکت چیست چرخش. بنابراین، این است گیربکس پایین تر و چرخشی کلاس 5.

اغلب باید با CPهای بالاتر سروکار داشت، به عنوان مثال: تماس چرخ دنده. سیلندر در هواپیما می چرخد. سیلندر به سیلندر; فشار دهنده روی بادامک و غیره. چنین اتصالی در شکل 3.1 نشان داده شده است.

دو جزء حرکت نسبی در اتصال وجود دارد، یعنی دو درجه آزادی. عنصر CP یک خط است. بنابراین، این است بالاترین CP کلاس 4.

زنجیره سینماتیک- سیستمی از پیوندها که توسط جفت های سینماتیکی به هم متصل شده اند.

سازوکار- یک زنجیره سینماتیکی که در آن برای یک حرکت معین یک یا چند منتهی شدنپیوندهای نسبت به ثابت

پیوندهای شکل 3.1 ( قفسه ها)، تمام لینک های دیگر ( بردگان) حرکت خاصی انجام دهید. راندهپیوندی که حرکتی را که مکانیسم برای آن ایجاد می شود ایجاد می کند نامیده می شود لینک کار.

هنگام ترسیم نمودارهای مکانیسم ها و سایر زنجیره های سینماتیکی، از تصاویر شرطی مطابق با GOST 2.770-68 استفاده می شود. در این مورد، جفت های سینماتیکی با حروف بزرگ و پیوندها با اعداد نشان داده می شوند. لینک اصلی با یک فلش نشان داده می شود. لینک ثابت ( دندانه دار کردن)با سایه زدن در نزدیکی جفت های سینماتیکی نشان داده می شود.

تمایز مفاهیم طرح ساختاریو طرح حرکتیسازوکار. طرح‌های سینماتیکی مکانیسم‌ها با طرح‌های ساختاری متفاوت است، زیرا باید دقیقاً در یک مقیاس و در یک موقعیت معین از پیوند پیشرو انجام شوند. در واقع، افراد کمی از این الزام پیروی می کنند. پاسپورت هر ماشین یا لوازم خانگی را بگیرید. نوشته شده است - طرح حرکتی- اما بحث هیچ مقیاسی وجود ندارد. برای اینکه GOST 2.770-68 را نقض نکنیم، ما به سادگی تماس خواهیم گرفت - نمودار مکانیزم

AT مکانیسم های اهرمی مفصلیپیوندها نام خود را دارند:

پیوند چرخشی - میل لنگ؛

لینک چرخشی - یوغ;

انجام حرکت صفحه موازی - شاتون;

جنبش مترقی - خزنده;

پیوندهایی که یک جفت ترجمه را با لغزنده تشکیل می دهند - راهنماها؛

راهنماهای متحرک - پشت صحنه.

غلطک هاقسمت هایی از پیوندهای دوار که گشتاور را منتقل می کنند نامیده می شوند. محور- یک قسمت استوانه ای که توسط عناصر پیوندهای دیگر پوشانده شده و با آنها جفت های چرخشی تشکیل می دهد - لولاها. محورها گشتاور را منتقل نمی کنند.

درجه تحرک مکانیسم

درجه تحرک مکانیسم تعداد درجات آزادی مکانیسم نسبت به پیوند ثابت است ( قفسه ها).

درجه تحرک مکانیسم تخت (همه پیوندها در صفحات موازی حرکت می کنند) با فرمول P.L تعیین می شود. چبیشف

W \u003d 3n - 2P 5 - P 4،

که در آن n تعداد پیوندهای متحرک است. P 5 - شماره KPکلاس پنجم؛ P 4 - شماره KPکلاس چهارم.

برنج. 3.2 نمودار مکانیسم ها

شکل 3.2 چندین طرح از مکانیسم ها را نشان می دهد. بیایید نام پیوندها را بنویسیم، جفت های سینماتیکی را مشخص کنیم و میزان تحرک هر مکانیزم را تعیین کنیم.

طرح 1: 1 - قفسه؛ 1 1 - راهنمای; 2 - میل لنگ؛ 3 - شاتون; 4 - نوار لغزنده؛ A، B، C - گیربکس های چرخشی پایین تر از کلاس 5. د - پایین ترین CP پیشرونده کلاس 5.

طرح 2: 1 - قفسه. 2 - میل لنگ؛ 3 - بال؛ 4 - راکر; A، C، D - گیربکس های چرخشی پایین تر از کلاس 5. ب - پایین ترین CP پیشرونده کلاس 5.

W \u003d 3n - 2P 5 - P 4 \u003d 3 * 3 - 2 * 4 \u003d 1.

طرح 3: 1 - راهنمای. 2، 4 - لغزنده (هلنده)؛ 3 - راکر; A، E - پایین ترین CP پیشرونده کلاس 5. C - پایین ترین گیربکس چرخشی کلاس 5. C، D - بالاترین CP از کلاس 4.

W \u003d 3n - 2P 5 - P 4 \u003d 3 * 3 - 2 * 3 - 2 \u003d 1.

طرح 4: 1 - قفسه. راهنمای 1 1; 2 - بادامک 3 - غلتک؛ 4 - لغزنده (هلنده)؛ A، C - گیربکس های چرخشی پایین تر از کلاس 5. D - پایین ترین CP پیشرونده کلاس 5. ب - بالاترین CP کلاس 4.

W \u003d 3n - 2P 5 - P 4 \u003d 3 * 3 - 2 * 3 - 1 \u003d 2.

طرح 5: 1 - ایستاده. راهنمای 1 1; 2 - بادامک 3 - لغزنده (هلنده)؛ الف - پایین ترین گیربکس چرخشی کلاس 5. C - پایین ترین CP پیشرونده کلاس 5. ب - بالاترین CP کلاس 4.

W \u003d 3n - 2P 5 - P 4 \u003d 3 * 2 - 2 * 2 - 1 \u003d 1.

طرح های 4 و 5 مکانیسم های بادامکی را به ترتیب دارای 2 و 1 درجه آزادی نشان می دهند، اگرچه بدیهی است که فشار دهنده های این مکانیسم ها دارای یک درجه آزادی هستند. میزان تحرک اضافی مکانیسم (طرح 4) به دلیل وجود پیوند 3 (غلتک) است که بر قانون حرکت تأثیر نمی گذارد. لینک کار(هلنده). در تحلیل ساختاری و سینماتیکی مکانیسم‌ها، چنین پیوندهایی از طرح مکانیسم حذف می‌شوند.

جایگزینی جفت های سینماتیکی بالاتر با جفت های پایین تر

در مطالعات ساختاری، سینماتیکی و نیروئی مکانیسم‌ها، در برخی موارد توصیه می‌شود مکانیسمی با جفت‌های بالاتر کلاس 4 با مکانیزمی معادل با جفت‌های پایین‌تر کلاس 5 جایگزین شود. در این حالت تعداد درجات آزادی و حرکت آنی پیوندها دارند مکانیزم جایگزینی معادلباید همان باشد مکانیزم جایگزینی

شکل 3.3، الف) جایگزینی مکانیسم بادامک، متشکل از پیوندهای 1، 2، 3، با یک چهار پیوند لولایی، متشکل از پیوندهای 1، 4، 5، 6 را نشان می دهد. جفت سینماتیک بالاتر ATبا جفت های پایین تر جایگزین می شود دی، ای. در شکل 3.3، ب) مکانیسم بادامک 1، 2، 3 جایگزین شده است

برنج. 3.3 مکانیزم لنگ 1، 4، 5، 3. جفت بالا ATبا جفت های پایین تر D، E جایگزین شده است.

الگوریتم جایگزینی جفت های سینماتیکی بالاتر با جفت های پایین تر به شرح زیر است:

1) یک نرمال از طریق نقطه تماس پیوندها در CS بالاتر ترسیم می شود.

2) روی نرمال ها در فواصل شعاع انحنا (R1 و R2، شکل 3.3، a) کمترین CP تنظیم می شود.

3) CP های دریافتی با پیوندهایی با CP های پایین تر که قبلاً در مکانیسم قرار دارند متصل می شوند.

سنتز ساختاری و تجزیه و تحلیل مکانیسم

سنتز ساختاری مکانیسم ها مرحله اولیه ترسیم نمودار مکانیزمی است که شرایط داده شده را برآورده می کند. داده های اولیه معمولاً انواع حرکت پیوندهای پیشرو و کاری مکانیسم هستند. اگر یک مکانیسم ابتدایی سه یا چهار پیوندی مشکل تبدیل حرکت مورد نیاز را حل نکند، نمودار مکانیسم با اتصال چندین مکانیسم ابتدایی به صورت سری جمع‌آوری می‌شود.

اصول اولیه سنتز ساختاری و تجزیه و تحلیل مکانیسم ها با کلاس 5 CP و طبقه بندی چنین مکانیسم هایی برای اولین بار توسط دانشمند روسی L.V. Assur در سال 1914، و ایده های L.V. آشورا آکادمیک I.I. آرتوبولفسکی. طبق طبقه بندی پیشنهادی، مکانیسم ها با توجه به ویژگی های ساختاری به کلاس های اول و بالاتر ترکیب می شوند. مکانیسم کلاس اول شامل یک پیوند پیشرو و یک قفسه است که توسط یک جفت سینماتیک کلاس 5 متصل شده است.

مکانیسم های کلاس های بالاتر با اتصال سریال به مکانیسم زنجیره های سینماتیک کلاس اول شکل می گیرند که درجه تحرک مکانیسم اصلی را تغییر نمی دهند، یعنی داشتن درجه تحرک برابر با صفر. چنین زنجیره سینماتیکی نامیده می شود گروه ساختاریاز آنجایی که گروه ساختاری فقط شامل CP های کلاس 5 است و درجه تحرک گروه صفر است، می توانیم بنویسیم.

W = 3n - 2P 5 = 0، از این رو P 5 = 3/2 n.

بنابراین، تنها تعداد زوجی از واحدها را می توان در گروه ساختاری گنجاند، زیرا P 5 فقط می تواند یک عدد صحیح باشد.

گروه های ساختاری توسط کلاسو سفارش. گروه کلاس 2 و مرتبه دوم از دو لینک و سه CP تشکیل شده است. کلاس گروهی(بالای 2) با تعداد CPهای داخلی تعیین می شود که یک مدار بسته متحرک را از بیشترین تعداد پیوندهای گروه تشکیل می دهند.

سفارش گروهیبا تعداد عناصر آزاد پیوندهایی که گروه به مکانیسم متصل است تعیین می شود.

شکل 3.4 مکانیسم کلاس 1 و همچنین گروه های ساختاری کلاس های 2 و 3 را نشان می دهد. در نتیجه سنتز ساختاری (اتصال گروه های ساختاری به مکانیسم کلاس 1)، مکانیسم های چهار پیوندی کلاس 2 و مکانیزم شش پیوندی کلاس 3 به دست آمد (شکل 3.4).

تحلیل ساختاری میزان تحرک مکانیسم و ​​تجزیه زنجیره سینماتیکی آن را به گروه های ساختاری و پیوندهای پیشرو تعیین می کند. در همان زمان، درجات آزادی اضافی (در صورت وجود) و محدودیت های غیرفعال (در صورت وجود) حذف می شوند.

تحلیل سینماتیکی مکانیسم ها

هدف تحلیل سینماتیکیمطالعه حرکت پیوندهای مکانیسم، بدون توجه به نیروهای وارد بر آنها است. در این مورد، مفروضات زیر مطرح می شود: پیوندها کاملاً صلب هستند و هیچ شکافی در جفت های سینماتیکی وجود ندارد.

به شرح زیر اهداف اصلیالف) تعیین موقعیت پیوندها و ساختن مسیر حرکت تک تک نقاط یا پیوندها به طور کلی. ب) یافتن سرعت های خطی نقاط مکانیسم و ​​سرعت های زاویه ای پیوندها. ج) تعیین شتاب های خطی نقاط مکانیسم و ​​شتاب های زاویه ای پیوندها.

اطلاعات اولیهعبارتند از: طرح حرکتی مکانیسم. ابعاد همه پیوندها؛ قوانین حرکت پیوندهای پیشرو

در تحلیل سینماتیکی مکانیزم ها از روش های تحلیلی، گرافیکی- تحلیلی و گرافیکی استفاده می شود. معمولاً چرخه کامل حرکت مکانیسم در نظر گرفته می شود.

نتایج تجزیه و تحلیل سینماتیک امکان تصحیح طرح مکانیسم را در صورت لزوم فراهم می کند؛ علاوه بر این، آنها برای حل مشکلات دینامیک مکانیسم ضروری هستند.

تعیین موقعیت و حرکات پیوندهای مکانیسم

با روش های گرافیکی و تحلیلی مشکل را حل خواهیم کرد. به عنوان مثال، یک مکانیسم لغزنده میل لنگ را در نظر می گیریم.

داده شده: طول میل لنگ r = 150 میلی متر; طول میله اتصال l = 450 میلی متر؛ میل لنگ رانندگی (ω = ثابت.)

موقعیت میل لنگ با زاویه φ داده می شود. چرخه حرکت چنین مکانیزمی در یک چرخش کامل میل لنگ انجام می شود - دوره چرخه T = 60/n = 2π/ω، s. جایی که n تعداد دور در دقیقه است. ω - سرعت زاویه ای، s -1. در این مورد، φ = 2π، راد.

ما یک نمودار سینماتیکی از مکانیسم در مقیاس انتخاب شده ترسیم می کنیم (شکل 3.5). در شکل 3.5، مقیاس 1:10 است. ما طرحی از مکانیسم را در هشت موقعیت میل لنگ می سازیم (هر چه مکان مکانیسم بیشتر باشد، دقت نتایج به دست آمده بالاتر است). موقعیت لغزنده را علامت بزنید ( لینک کار). بر اساس داده های به دست آمده، وابستگی جابجایی نقطه B لغزنده را به زاویه چرخش میل لنگ φ (S В = f (φ) رسم می کنیم. این نمودار را نمودار جابجایی سینماتیک نقطه B می نامند.

روش تحلیلی

حرکت نوار لغزنده از موقعیت منتهی به سمت راست شمارش می شود (شکل 3.5). با تجزیه و تحلیل شکل می توان معادلات را نوشت

S = (r + l) - (r * cosφ + l * cosβ) (3.1)

r * sin φ = l * sin β

با نشان دادن r/l = λ، می توانیم بنویسیم

β = arcsin (λ * sin φ).

بنابراین، برای هر زاویه φ تعیین زاویه مربوطه β و سپس حل اولین معادله سیستم (3.1) دشوار نیست. در این صورت، صحت نتایج تنها با دقت مشخص شده محاسبات مشخص خواهد شد.

یک فرمول تقریبی برای تعیین جابجایی های لغزنده ارائه شده است

S = r*(1 - cos φ + sin 2 φ* λ /2) (3.2)

تعیین سرعت و شتاب نقاط و پیوندهای مکانیزم

سرعت و شتاب پیوندهای رانده مکانیسم را می توان با روش های پلان، نمودارهای سینماتیک و روش های تحلیلی تعیین کرد. در همه موارد، موارد زیر باید به عنوان موارد اولیه شناخته شوند: طرح مکانیسم در یک موقعیت خاص از پیوند پیشرو، سرعت و شتاب آن.

کاربرد این روش ها را در مثال مکانیزم لغزان میل لنگ (شکل 3.5) با φ \u003d 45 در موردو n = 1200 دور در دقیقه، به ترتیب ω \u003d π * n / 30 \u003d 125.7 s -1.

طرح سرعت (شتاب) مکانیسم.

طرح سرعت (شتاب) مکانیسم شکلی است که توسط بردارهای سرعت (شتاب) نقاط پیوندها در یک موقعیت معین از مکانیسم تشکیل می شود.

ساختن طرح سرعت

شناخته شده

با اندازه V AO = ω* r\u003d 125.7 * 0.15 \u003d 18.9 متر بر ثانیه.

مقیاس ساخت و ساز را انتخاب کنید، برای مثال، 1m/(s*mm).

هر نقطه ای را به عنوان یک قطب علامت گذاری کنید آرهنگام ساخت یک طرح سرعت (شکل 3.6).

ما بردار را از قطب به تعویق می اندازیم،

برنج. 3.6 عمود بر JSC. بردار سرعت نقطه ای ATپیدا کردن با حل گرافیکی معادله جهت بردارها مشخص است. بردار روی یک خط افقی قرار دارد و بردار عمود است VA.خطوط مستقیم مربوطه را از قطب و انتهای بردار رسم کنید و معادله بردار را ببندید. فاصله را اندازه می گیریم سربو baو با در نظر گرفتن مقیاس، پیدا می کنیم

V V= 16.6 متر بر ثانیه، VVA= 13.8 متر بر ثانیه.

ساختن طرح شتاب(شکل 3.7)

شتاب نقطه ای ولیبرابر است زیرا = 0. . بزرگی شتاب معمولی a n AO = ω 2 * r =

= 125.7 2 * 0.15 \u003d 2370 m / s 2.

شتاب مماسی a t AO = ε* r = 0،از شتاب زاویه ای ε = 0, زیرا ω = ثابت.

ما مقیاس ساخت و ساز را انتخاب می کنیم، به عنوان مثال، 100m / (s 2 * mm). قطب را کنار بگذارید r aبردار، موازی JSCاز جانب ولیبه O. بردار شتاب نقطه ای ATبا حل گرافیکی معادله پیدا می کنیم. بردار به صورت موازی هدایت می شود VAاز جانب ATبه ولی، مقدار آن برابر است با a n VA \u003d V VA 2 / l \u003d 13.8 2 / 0.45 \u003d 423 m / s 2.

a B = 1740 متر بر ثانیه 2; a t VA = 1650 متر بر ثانیه 2.

روش نمودارهای سینماتیکی (شکل 3.8)

روش نمودار سینماتیکی یک روش گرافیکی است. این شامل تمایز گرافیکی ابتدا نمودار جابجایی و سپس نمودار سرعت است. در این حالت، منحنی‌های جابه‌جایی و سرعت با یک خط شکسته جایگزین می‌شوند. مقدار سرعت متوسط ​​در یک بخش ابتدایی از مسیر را می توان به صورت بیان کرد

μ S - مقیاس جابجایی.

μ t - مقیاس زمانی.

در مورد ما

µS = 0.01 m/mm;

µ t = 0.000625 s/mm.

مقیاس سرعت:

µ V = µ S / (µ t *H V) =

0,01/(0,000625*30) =

0.533 m/(s*mm).

مقیاس شتاب:

µ a = µ V / (µ t * H a) =

0,533/(0,000625*30) =

28.44 m/(s 2*mm).

ترتیب ترسیم نمودار سرعت.

در فاصله H V (20-40 میلی متر)، یک نقطه O قرار می گیرد - قطب ساخت و ساز. خطوط مستقیم از قطب، موازی با بخش هایی از خط شکسته نمودار جابجایی، تا زمان تقاطع محور y کشیده می شوند. مختصات به نمودار سرعت در وسط بخش های مربوطه منتقل می شوند. منحنی در امتداد نقاط به دست آمده رسم می شود - این نمودار سرعت است.

نمودار شتاب به روشی مشابه ساخته شده است، فقط نمودار سرعت که با یک خط شکسته جایگزین شده است به نمودار اصلی تبدیل می شود.

برای نشان دادن مقادیر عددی سرعت و شتاب، مقیاس ساخت و ساز مطابق شکل بالا محاسبه می شود.

سرعت ها و شتاب های لغزنده را می توان به صورت تحلیلی با تمایز متوالی معادله تقریبی (3.2) تعیین کرد.

آگاهی از سرعت و شتاب پیوندهای مکانیزم برای تحلیل دینامیکی مکانیسم، به ویژه برای تعیین نیروهای اینرسی ضروری است، که می تواند در شتاب های بالا،(مثل مورد ما) به طور مکرر از بارهای ایستا تجاوز می کند، به عنوان مثال، وزن یک پیوند.

به دلیل مختصر بودن دوره ما، ما مطالعه نیرو در مورد مکانیسم ها انجام نمی دهیم، اما شما می توانید به طور مستقل با آن در ادبیات، به ویژه توصیه شده در این بخش، آشنا شوید.

در تئوری مکانیزم ها و ماشین ها، سؤالات هندسه چرخ دنده و همچنین سؤالات اصطکاک در جفت های سینماتیکی در نظر گرفته می شود. این موارد را نیز بررسی خواهیم کرد، اما در قسمت "قطعات ماشین آلات" در رابطه با موارد و وظایف خاص.

ادبیات

1. Pervitsky Yu.D. محاسبه و طراحی مکانیزم های دقیق. - L .: مهندسی مکانیک،

2. Zablonsky K.I. مکانیک کاربردی - کیف: مدرسه ویشچا، 1984. - 280 ص.

3. کورولف P.V. نظریه مکانیزم ها و ماشین ها. یادداشت های سخنرانی - ایرکوتسک: انتشارات

مقدمه…………………………………………………………………………………….4

1. مفاهیم و تعاریف اساسی TMP………………...…………………….5

2. مراحل اصلی طراحی و ایجاد فناوری جدید……………..6

3. ….………………………..7

3.1. طبقه بندی جفت های سینماتیکی………………………………………………………

3.2. زنجیره‌های سینماتیکی و طبقه‌بندی آنها………………………………………..9

3.3. مفهوم درجه تحرک مکانیسم……………………………………………….10

3.4. تحلیل ساختاری مکانیسم ها………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………….

3.5. انواع مکانیزم ها و بلوک دیاگرام های آنها………………………………………………………………………

4. تحلیل سینماتیکی مکانیسم های اهرمی…….……………………..14

4.1. ساخت نقشه ها برای موقعیت مکانیزم…………………………………………………………………………

4.2. تعیین سرعت و شتاب مکانیزم به روش پلان…………..15

4.3. بررسی مکانیسم های اهرمی به روش نمودارهای سینماتیکی..17

4.4. بررسی سینماتیکی مکانیسم های اهرمی با استفاده از روش تحلیلی ... 18

5. تجزیه و تحلیل دینامیکی مکانیسم های پیوند……..…………………….....18

5.1. طبقه بندی نیروهای عامل………………………………………………………………………………………

5.2. آوردن نیروها و توده ها در مکانیسم…………………………………………………………………………………………

5.3. معادله حرکت ماشین………………………………………………….21

5.4. مفهوم نیروی متعادل کننده قضیه ژوکوفسکی روی یک اهرم صلب …..22

5.5. روش نموداری-تحلیلی برای حل معادله حرکت ماشین………..23

5.6. حرکت ناهموار وسیله نقلیه چرخ طیار…………………………………………………………………………………

5.7. انتخاب لحظه اینرسیJفلایویل متر با توجه به ضریب ناهمواری داده شده δ ... 25

5.8. تنظیم نوسانات غیر دوره ای سرعت وسایل نقلیه ... ..26

5.9. محاسبه توان مکانیزم های اهرمی………………………………………………………………………………

6. سنتز مکانیسم های اهرمی………………………………………………...30

6.1. بیان مسئله، انواع و روش‌های سنتز………………………………………………

6.2. حل مسائل سنتز بهینه مکانیزم های میله ای………………..۳۰

6.3. شرایط برای لنگ لنگ در چهار لینک مفصلی….31

6.4. محاسبه زوایای فشار در مکانیسم های میله ای……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

6.5. سنتز یک چهار پیوند برای سه موقعیت معین شاتون…………..32

6.6. سنتز مکانیزم میل لنگ راکر با توجه به یک ضریب معین از

تغییر سرعت…………………………………………………………………33

6.7. سنتز مکانیزم میل لغزنده برای برخی از ابعاد ...... 33

6.8. مفهوم سنتز مکانیسم برای قانون حرکت داده شده پیوند خروجی ...... 34

6.9. مفهوم سنتز مکانیزم در طول یک مسیر معین……………………………………………………………………………………

6.10. روال کلی طراحی مکانیزم اهرمی………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

7. مکانیزم های بادامک………………………………………………………...36

7.1. طبقه بندی مکانیزم های بادامک…………………………………………………………………………………………………………………………………………

7.2. تحلیل سینماتیکی مکانیزم‌های بادامک………………………………….37

7.3. برخی از مسائل تحلیل دینامیکی مکانیزم های بادامک ………..39

7.4. سنتز مکانیزم های بادامک…………………………………………………………………………………………………………

7.4.1. انتخاب قانون حرکت هل دهنده……………………………………………..40

7.4.2. پروفایل دوربین…………………………………………………..41

7.4.3. سنتز دینامیکی مکانیزم بادامک…………………………………………………………………

7.4.4. روش تحلیلی برای سنتز مکانیزم های بادامک………………………..44

7.4.5. مفهوم طراحی مکانیزم بادامک فضایی ... ۴۵

7.4.6. طراحی مکانیزم بادامک با فشار دهنده تخت (ظرفی) ... ۴۵

8. مکانیزم های اصطکاک و دنده ………………………………………...46 8.1. اطلاعات کلی در مورد چرخ دنده ها………………………………………………………………………………

8.2. چرخ دنده های اصطکاکی…………………………………………………………………………………………………………………………

8.3. انتقال دنده. انواع و طبقه بندی…………………………………………..49 8.4. قضیه پایه پیوند (قضیه ویلیس)……………………………………………51

8.5. پیچک و خواص آن…………………………………………………………………

8.6. هندسه چرخ دنده های پیچشی……………………………………………………………

8.7. شاخص های کیفی چرخ دنده…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………….

8.8. پارامترهای اصلی چرخ دنده ها…………………………………………

8.9. روش‌های برش دنده…………………………………………….56

8.10. تصحیح چرخ دنده……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. کمترین تعداد دندانه های چرخ دنده. زیر برش و تیز کردن دندان ……58

8.12. انتخاب ضرایب جابجایی محاسبه شده برای دنده های خارجی……60

8.13. چرخ‌های استوانه‌ای با دندانه‌های مورب و ویژگی‌های آنها……………………

8.14. چرخ دنده های اریب…………………………………………….62

8.15. چرخ دنده های حلزونی…………………………………………………………………………………………

8.16. تجزیه و تحلیل سینماتیک و طبقه بندی مکانیزم های دنده اصطکاکی…63

8.16.1. تحلیل سینماتیکی مکانیسم‌های اپی حلقه‌ای………………………66

8.16.2. مکانیسم‌های اپی‌چرخه‌ای با چرخ‌های مخروطی……………………….68

8.17. چند سوال از سنتز مکانیزم چرخ دنده……………………………………………………………

8.17.1. سنتز مکانیسم های اپی سیکلیک با چرخ های استوانه ای. مشروط

سنتز………………………………………………………………………69

8.17.2. روش‌های سنتز مکانیسم‌های اپی حلقه‌ای……………………………………….

9. اصطکاک در جفت سینماتیک ……………………………………………….72

9.1. انواع اصطکاک………………………………………………………………..72 9.2. اصطکاک لغزشی در جفت های انتقالی………………………………………………….73

9.3. اصطکاک لغزشی به صورت جفت چرخشی……………………………………………………………………………………

9.4. اصطکاک غلتشی……………………………………………………………………..74

9.5. ویژگی های محاسبه نیروهای اصطکاک در محاسبه نیرو مکانیسم های مکانیکی……..75

9.6. ضریب کارایی (بازده) ماشین…………………………………….76

10. تعادل توده ها در مکانیزم ها و ماشین ها …………………………78

10.1. عمل نیروها بر شالوده. شرایط تعادل……………………….78

10.2. تعادل با کمک وزنه های تعادل روی پیوندهای مکانیسم ………79

10.3. تعادل توده های دوار (روتورها)……………………………………………………………………………………………………………………………………

فهرست کتاب های رشته «نظریه مکانیزم ها و ماشین ها»………………………83

مقدمه

نظریه مکانیزم ها و ماشین ها (TMM) یکی از شاخه های مکانیک است.

که ساختار، سینماتیک و دینامیک مکانیزم ها و ماشین ها را در ارتباط با آنالیز و سنتز آنها مطالعه می کند.

مکانیک کاربردی، که در حال حاضر ترکیبی از این موارد

ciplins مانند: TMM; مقاومت مصالح؛ قطعات ماشین آلات و بالابر

وسایل نقلیه حمل و نقل؛ یکی از قدیمی ترین شاخه های علم است. این شناخته شده است

به عنوان مثال، حتی در طول ساخت اهرام مصر، طرفدار

ساده ترین مکانیسم ها (اهرم ها، بلوک ها و غیره). علم، به این ترتیب، مورد توجه قرار گرفت

200 سال پیش سهم قابل توجهی در توسعه مکانیک عملی در خارج

اگر دانشمندان و مخترعانی مانند: M.V. لومونوسوف; I.I. پولزونوف - ایجاد شد

بدنه موتور بخار؛ آی پی Kulibin - خالق ساعت های اتوماتیک؛ مکانیسم پروتز و غیره؛ پدر و پسر Cherepanovs که اولین لوکوموتیو بخار را در روسیه ساختند. L.

اویلر، که تئوری چرخ دنده تخت را توسعه داد و یک چرخ دنده را پیشنهاد کرد

پروفایل دندان چرخ جدید در حال حاضر در حال استفاده است.

دانشگاهیان به توسعه علم کمک کردند: P.L. چبیشف، I.A. بالاتر-

نگرادسکی، N.P. پتروف، V.P. گوریاچکین، ام.و. اوستروگرادسکی؛ اساتید: N.E.

ژوکوفسکی - پدر هوانوردی روسیه، V.L. کرپیچف، N.I. مرتسالوف، L.A. مطمئن،

I.V. مشچرسکی، فیزیکدان D. Maxwell، و همچنین دانشمندان مدرن مانند:

I.I. آرتوبولفسکی، N.G. بروویچ، D.N. رشتوف و دیگران.

1. مفاهیم و تعاریف اساسی TMP

شاخه پیشرو فناوری مدرن مهندسی مکانیک است که توسعه یافته است

که توسعه آن به طور جدایی ناپذیر با ایجاد ماشین ها و مکانیسم های جدید مرتبط است،

افزایش بهره وری نیروی کار و جایگزینی کار دستی با کار ماشینی.

در فناوری، سیستم های مکانیکی متحرک به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند.

به ماشین ها، واحدهای ماشینی و مکانیزم ها تقسیم می شوند.

در شکل تعمیم یافته، ماشین وسیله ای است که توسط انسان برای استفاده از قوانین طبیعت به منظور تسهیل کار فیزیکی و ذهنی ایجاد شده است.

با توجه به هدف عملکردی دستگاه را می توان به طور مشروط به موارد زیر تقسیم کرد:

انرژی، حمل و نقل، فناوری، کنترل و مدیریت،

منطقی (کامپیوتری).

دستگاه هایی که شامل تعدادی ماشین و مکانیزم هستند ماشین نامیده می شوند.

سنگدانه ها (MA). معمولا M.A. شامل (شکل 1) موتور - D، انتقال

مکانیزم دقیق - P.M., ماشین کار - R.M. و در برخی موارد کنترل

دستگاه های اما کنترل (سیستم های کنترل خودکار) - ATS.

شکل 1 طرح واحد ماشین

هر ماشین جداگانه شامل یک یا چند مکانیسم است

مکانیزم سیستمی از اجسام مادی است که برای تبدیل حرکت یک یا چند جسم به حرکات مورد نیاز یک os- طراحی شده است.

ترکیب مکانیزم ها- متنوع و شامل مکانیکی، هیدرولیک

اسکای، برق و سایر دستگاه ها.

با وجود تفاوت در هدف مکانیسم ها، ساختار، سینماتیک و دینامیک آنها اشتراکات زیادی دارند، بنابراین مطالعه مکانیسم ها بر اساس اصول اولیه مکانیک مدرن انجام می شود.

هر مکانیزم از بدنه های جداگانه (قطعات) به هم پیوسته تشکیل شده است.

قطعه محصولی است که بدون عملیات مونتاژ ساخته شده است.

قطعات متصل به یکدیگر بدون حرکت یا با کمک پیوندهای الاستیک یک پیوند جداگانه را تشکیل می دهند.

اجرای لینک ها از چندین قسمت با اتصال آنها تضمین می شود

خوردن تمایز بین اتصالات یک تکه (جوشی، پرچ، چسب) و قابل جدا شدن

قابل جابجایی (کلیدی، شکاف دار، رزوه ای).

پیوندها بسته به نوع مواد آنها می توانند محکم و انعطاف پذیر باشند.

(کشسان).

دو پیوند متصل به یکدیگر به طور متحرک یک سینماتیک را تشکیل می دهند

زوج آسمان

یک پیوند ثابت، متشکل از یک یا چند قسمت، نامیده می شود

راست می ایستد

بنابراین، هر مکانیزم دارای یک قفسه و پیوندهای متحرک است که در میان آنها پیوندهای ورودی، خروجی و میانی وجود دارد.

لینک های ورودی (پیشرو) از حرکت مطلع می شوند که توسط مکانیکی تبدیل می شود

نیسم به حرکات مورد نیاز پیوندهای خروجی (برده) با کمک

لینک های ترسناک معمولاً یک لینک ورودی و خروجی در مکانیزم وجود دارد.

اما در برخی موارد مکانیسم هایی با چندین لینک ورودی یا خروجی وجود دارد، به عنوان مثال، دیفرانسیل خودرو.

توسعه فناوری در راستای بهبود مکانیسم های شناخته شده قبلی و با ایجاد انواع اساسی از آنها انجام می شود.

2. مراحل اصلی طراحی و ایجاد فناوری جدید

هنگام طراحی تجهیزات جدید، انجام کارهای مربوط به تجزیه و تحلیل و سنتز یک طراحی جدید ضروری است.

تجزیه و تحلیل در ابعاد معین و حجم پیوندها، زمانی که انجام می شود

تعیین سرعت، شتاب، نیروهای عامل، تنش ها در پیوندها و تغییر شکل آنها ضروری است. در نتیجه می توان یک محاسبه تایید برای قدرت، استقامت و غیره انجام داد.

سنتز در سرعت ها، شتاب ها، عمل کردن انجام می شود

نیروهای جاری، تنش ها یا کرنش ها. در این صورت لازم است تعیین شود

ابعاد مورد نیاز پیوندها، شکل و جرم آنها.

در سنتز، مشکل طراحی بهینه consts اغلب حل می شود.

دستورالعمل ها، زمانی که شاخص های عملکرد لازم دستگاه در بالاترین میزان یافت می شود

هزینه های نیروی کار کمتر

به طور معمول، مراحل اصلی در ایجاد یک طراحی جدید عبارتند از:

1) توسعه مفهوم؛

2) طراحی و محاسبه ماشین و اجزای جداگانه آن؛

3) تحقیق و توسعه تجربی یک نمونه اولیه

طراحی فناوری جدید شامل مراحل اصلی زیر است:

الف) توسعه شرایط مرجع، از جمله داده های اولیه اصلی؛

ب) توسعه یک طراحی اولیه، از جمله انتخاب طرح و طرح سیستم عامل

واحدهای ساختاری جدید؛

ج) توسعه یک پروژه فنی، که در آن محاسبات اصلی انجام می شود و نقشه مونتاژ و سایر اسناد ارائه می شود.

هنگام طراحی مکانیسم های پیچیده، آنها معمولاً سعی می کنند مکانیسم های معمولی فردی و ساده تر را از طرح کلی جدا کنند که طراحی آن الگوهای خاص خود را دارد. چنین مکانیزم هایی که به طور گسترده در فناوری مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: اهرم (میله)، بادامک، اصطکاک،

چرخ دنده و غیره، و از نظر ساختار، سینماتیک و دینامیک، هر مکانیزمی را می توان با مکانیزم اهرمی شرطی با تجزیه و تحلیل بعدی آن جایگزین کرد، بنابراین ساختار، سینماتیک و دینامیک مکانیزم های اهرمی با جزئیات بیشتر مورد توجه قرار می گیرد.

3. طبقه بندی سازه و انواع مکانیسم ها

3.1. طبقه بندی جفت های سینماتیکی

k.p پایین تر	k.p بالاتر

اتصالات متحرک دو پیوند، که جفت سینماتیکی (kp) نامیده می شوند، بر اساس معیارهای مختلفی طبقه بندی می شوند، به عنوان مثال، با توجه به ماهیت تماس پیوندها - به اتصالات پایین تر، زمانی که تماس در امتداد سطح رخ می دهد، و اتصالات بالاتر طبقه بندی می شوند. ، هنگامی که تماس پیوندها در امتداد یک خط یا در یک نقطه انجام می شود (شکل .2، a، b).

مزیت k.p پایین تر. امکان انتقال نیروهای قابل توجه با سایش کم و مزیت راندمان بالاتر است. توانایی تولید مثل

برای انجام حرکات نسبی نسبتاً پیچیده

k.p پایین تر می تواند انتقالی، چرخشی، مسطح و فضایی باشد و همچنین می تواند بر اساس تعداد شرایط اتصال تحمیل شده بر روی پیوندها هنگام اتصال آنها در c.p طبقه بندی شود.

هر جسمی در دستگاه مختصات دکارتی (شکل 3) دارای 6 درجه است

بادها یا تحرک (W=6)، که برخی از آنها در ایست بازرسی از بین می روند، در حالی که کلاس ایست بازرسی تعیین شده توسط تعداد اوراق قرضه روی هم قرار داده شده (6-S)،

که در آن S تعداد حرکات نسبی پیوندها در c.p است. به عنوان مثال، در شکل. 4a-e k.p داده می شود. کلاس های مختلف

c.p. 2 کلاس

c.p. کلاس سوم

جفت‌های سینماتیکی و پیوندهای مکانیسم‌ها به روشی ساده‌شده به تصویر کشیده شده‌اند (شکل 5)، مشمول GOST برای تعیین پیوندها و k.p.

3.2. زنجیره های سینماتیکی و طبقه بندی آنها

هر مکانیزم یک زنجیره سینماتیکی (c.c.) از پیوندها است،

متصل به جفت سینماتیک (kp). K.ts. می تواند ساده یا پیچیده باشد

ny، باز و بسته، مسطح و فضایی.

AT سی سی ساده هر یک از پیوندهای آن بخشی از یک یا دو k.p است و

که در مجتمع c.c. پیوندهایی وجود دارند که بخشی از سه یا چند c.p هستند.

AT c.c را باز کنید پیوندهایی وجود دارد که بخشی از یک kp و در بسته هستند

از آن زنجیره، هر پیوند بخشی از 2 یا بیشتر k.p است. (شکل 6، الف-ج).

اگر نقاط همه پیوندها در یک صفحه یکسان یا موازی حرکت کنند،

سپس c.c. مسطح نامیده می شود وگرنه k.c. - فضایی (نقاط پیوندها منحنی های صفحه را در صفحات یا فضا غیر موازی توصیف می کنند

منحنی های طبیعی).

3.3. مفهوم درجه تحرک مکانیسم

اگر در یک c.c فضایی، متشکل از "n" پیوندهای متحرک، c.p وجود دارد. پایه اول، دوم،… پنجم که تعداد آنها به ترتیب p1 ,p2 ,… p5 ,

سپس k.c. دارای تعداد درجات آزادی است که با فرمول A.P تعیین می شود. مالیشف. W=6n-5p5 -4p4 -3p3 -2p2 -p1 (3.1)

از آنجایی که هر مکانیزم دارای یک پیوند ثابت (رک) و پیوند متحرک "n" است، فرمول (3.1) می تواند برای تعیین W استفاده شود.

مکانیسم فضایی، که در آن n تعداد پیوندهای متحرک است، و W درجه تحرک مکانیسم است، که نشان می دهد چند لینک پیشرو باید داشته باشید.

(موتورها) برای به دست آوردن حرکت معینی از پیوندهای باقیمانده آن. برای یک مکانیسم تخت، درجه تحرک با فرمول تعیین می شود

چبیشف:
	W=3n-2p5 -p4،
			وجود دارد در
		ترقی خواه،			چرخاننده-
		nyh و پیچ.
		مثلا میل لنگ
		خزنده
		nism (شکل 7)، که در آن n=3;
		p5=4; p4=0
		دارای W=3 3-2 4-0=1.
		تعریف			لازم است
	امکان داشتن را در نظر بگیرید
	پیوندهای "غیرفعال" نامیده می شوند، یعنی. پیوندها،
	بدون تعصب رسمی حذف شد
	سینماتیک مکانیسم تحلیل شده (شکل 8).
	الف) W=3 4-2 6-0=0 - با پیوند غیرفعال،
	ب) W=3 3-2 4-0=1 – در واقع.
	علاوه بر این، باید در نظر گرفته شود
	امکان پذیری		لینک های اضافی،
	که در یک مکانیسم واقعی اجرا نمی شوند،

و تعداد q آنها با تفاوت بین تعداد پیوندها در f.p تعیین می شود. مکانیسم های واقعی و رسمی ممکن

روی انجیر 9a مکانیسم واقعی را نشان می دهد و شکل. 9، ب - یک مکانیسم رسمی ممکن است که هدف عملکردی مشابه عمل دارد

به عنوان یک رشته علمی مستقل، TMM، مانند بسیاری دیگر از شاخه های کاربردی مکانیک، در پی انقلاب صنعتی به وجود آمد که آغاز آن به دهه 30 قرن 18 برمی گردد، اگرچه ماشین ها مدت ها قبل از آن ساخته شده بودند و مکانیسم های ساده ای داشتند. (چرخ، چرخ دنده پیچ و غیره) در دوران مصر باستان به طور گسترده استفاده می شد.

یک رویکرد علمی عمیق به نظریه مکانیسم ها و ماشین ها از ابتدای قرن نوزدهم به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. کل دوره قبلی در توسعه فناوری را می توان دوره ای از ایجاد تجربی ماشین ها در نظر گرفت که در طی آن اختراعات زیادی از ماشین ها و مکانیسم های ساده انجام شد که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ماشین آلات بافندگی و تراشکاری;

نظریه مکانیسم ها و ماشین ها در توسعه خود بر مهمترین قوانین فیزیکی - قانون بقای انرژی، قوانین آمونتون و کولن برای تعیین نیروهای اصطکاک، قانون طلایی مکانیک و غیره تکیه داشت. قوانین، قضایا و ... روش های مکانیک نظری به طور گسترده در TMM استفاده می شود. موارد مهم برای این رشته عبارتند از: مفهوم نسبت دنده، مبانی تئوری چرخ دنده و غیره.

می توان به نقشی که دانشمندان زیر در ایجاد پیش نیازهای توسعه TMM ایفا کردند اشاره کرد: ارشمیدس، جی. کاردانو، لئوناردو داوینچی، ال. اویلر، دی. وات، جی. آمونتون، اس. کولمب.

یکی از پایه گذاران نظریه مکانیزم ها و ماشین ها پافنوتی چبیشف (1812-1894) است که در نیمه دوم قرن نوزدهم مجموعه ای از آثار مهم را در مورد تجزیه و تحلیل و سنتز مکانیسم ها منتشر کرد. یکی از اختراعات او مکانیسم چبیشف است.

در قرن 19، بخش هایی مانند هندسه سینماتیکی مکانیسم ها (ساواری، چال، اولیویه)، کینتوستاتیک (G. Coriolis)، طبقه بندی مکانیسم ها بر اساس تابع تبدیل حرکت (G. Monge)، مشکل محاسبه توسعه یافت. چرخ طیار حل شد (J. V. Poncelet) و غیره. اولین تک نگاری های علمی در مورد مکانیک ماشین ها نوشته شد (R. Willis، A. Borigny)، اولین دوره های سخنرانی در TMM خوانده شد، اولین کتاب های درسی منتشر شد (A. Betancourt، D. S. Chizhov، Yu. Weisbach).

در نیمه دوم قرن نوزدهم، آثار دانشمند آلمانی F. Relo منتشر شد که در آن مفاهیم مهم یک جفت سینماتیک، یک زنجیره سینماتیک و یک طرح سینماتیک معرفی شده است.

در زمان اتحاد جماهیر شوروی، بزرگترین سهم در توسعه نظریه مکانیسم ها و ماشین ها به عنوان یک رشته جداگانه توسط Artobolevsky I.I. او چند اثر اساسی و کلی منتشر کرد.

در سال 1969، او مبتکر ایجاد فدراسیون بین المللی تئوری ماشین ها و مکانیسم ها (IFToMM) بود که 45 کشور عضو دارد و چندین بار به عنوان رئیس آن انتخاب شد.

مفاهیم اساسی

هنگام ساخت مکانیزم، پیوندها به زنجیره های سینماتیکی متصل می شوند. به عبارت دیگر، مکانیسم یک زنجیره سینماتیکی است که شامل یک پیوند ثابت (قفسه یا بدنه (پایه)) است که تعداد درجات آزادی آن برابر با تعداد مختصات تعمیم یافته است که موقعیت پیوندها را نسبت به دندانه دار کردن. حرکت پیوندها در رابطه با پیوند ثابت - قفسه (بدنه، پایه) در نظر گرفته می شود.