Что называется кинематической цепью звеном передачей

Кинематическая цепь

Связанная система звеньев, образующих между собой кинематические пары, называется кинематической цепью.

Кинематические цепи по характеру относительного движения звеньев разделяются на плоские и пространственные.

Кинематическая цепь называется тоской, если точки звеньев описывают траектории, лежащие в параллельных плоскостях. Кинематическая цепь называется пространственной, если точки ее звеньев описывают неплоские

траектории или траектории, лежащие в пересекающихся плоскостях. Наи­большее распространение на практике имеют плоские кинематические цепи.

По виду звеньев, входящих в кинематические цепи, последние разделя­ются на простые и сложные.

Простой кинематической цепью называется такая цепь, в которой каж­дое звено участвует в образовании не более двух кинематических пар (рис. 1.3, а).

Сложной кинематической цепью называется цепь, в которой имеется хотя бы одно звено, входящее более чем в две кинематические пары (рис. 1.3, б).

Все кинематические цепи, кроме того, подразделяются на незамкнутые и замкнутые.

Незамкнутыми кинематическими цепями называют такие цепи, в которых имеются звенья, образующие только одну кинематическую пару (см. рис. 1.3, а, б).

Рис. 1.3

Замкнутыми называ­ются кинематические цепи, в которых каждое звенообразует не менее чем две кинематические пары (рис. 1.3, в, г).

В технике обычно интересует движение звеньев кинематической цепи относительно одного из звеньев, которое является неподвижным и называется стойкой. Если одно звено кинематической цепи сделать неподвижным, то число степеней свободы уменьшится еще на три и относительно неподвижно­го звена (стойки) будет равно

W = H – 3 = 3(k–1) – 2p1 – p2 (1.2)

где W – число степеней свободы кинематической цени относительно неподвижного звена.

Обозначив к-1= п (количество подвижных звеньев кинематической цепи), окончательно получим выражение для числа степеней свободы кине­матической пени относительно неподвижного звена

Число степеней свободы кинематической цепи IV относительно непод­вижного звена (стойки) называется степенью подвижности кинематической цепи. Формула (1.3) впервые была получена русским ученым П. Л. Чебышевым и носит его имя. Следует отметить, что эта формула пригодна только для определения степени подвижности плоских кинематических цепей.

Механизмы

Дадим определение механизма на основании понятия о кинематической цепи. Предварительно отметим, что звенья кинематической цепи, законы движения которых являются заданными, называются ведущими, остальные звенья называются ведомыми.

Механизмом называется кинематическая цепь с одним неподвижным звеном (стопкой), в которой при заданном законе движения одного или нескольких ведущих звеньев все остальные (ведомые) звенья движутся вполне определенным образом.

Рассмотрим условия, при которых кинематическая цепь будет механиз­мом. Известно, что точка на плоскости имеет две степени свободы и для оп­ределения ее положения необходимо задать две координаты. В случае твер­дого тела, имеющего при плоском движении три степени свободы, для одно­значного определения его положения необходимо знать три координаты: две координаты точки, выбранной за полюс, и угол поворота некоторого отрезка, соединяющего две точки тела.

Аналогично и для кинематической цепи. Чтобы положения всех звень­ев кинематической цепи относительно стойки были вполне определенными, необходимо задать столько параметров, сколько степеней подвижности (степеней свободы относительно стойки) имеет кинематическая цепь. Параметры, которые задаются кинематической цепи, определяются заданным законом движения ведущего звена (или ведущих звеньев). Поэтому, чтобы движения ведомых звеньев кинематической цепи были вполне определенными, необходимо, чтобы количество ведущих звеньев цепи было равно степени подвижности этой цепи. Только в этом случае кинематическая цепь является механизмом.

В 1916 г. профессором Петербургского политехнического института Л. В. Ассуром был предложен следующий принцип образования механизмов: любой механизм может быть образован путем непосредственного присоединения («наслоения») сначала к ведущему звену и стойке, а затем и к любым другим звеньям кинематических цепей с нулевой степенью подвижности.

В самом деле, присоединение к ведущему звену кинематических цепей с путевой степенью подвижности (W = 0) не изменит общей степени подвиж­ности механизма.

Кинематические цепи, обладающие нулевой степенью подвижности (степенью свободы относительно стойки), называются группами Аcсура. Все разнообразие групп Аcсура можно получить из формулы Чебышева.

Будем полагать, что кинематическая цепь состоит лишь из пар 1-го класса. Тогда для группы Аcсура с нулевой степенью подвижности (W = 0) получим

Так как количество звеньев и кинематических пар может быть только целым числом, то количество звеньев группы Ассура может быть только четным числом. Следовательно, равенству (1.5) могут удовлетворять следующие числа подвижных звеньев п и кинематических пар 1-го класса р1.

Рис. 1.4

В зависимости от количества звеньев и числа кинематических пар опре­деляется класс группы Ассура. Так, кинематическая цепь с количеством звеньев п = 2 и количеством кинематических пар р1 = 3 является группой Ассура 1-го класса. При п = 2 и р₁ = 3 будем иметь группу Ассура 2-го класса и т. д.

Примеры групп Ассура 1-го и 2-го классов представлены на рис. 1.5, а, 6.

Если присоединить любую группу Ассура к стойке, то получим кинематическую цепь с нулевой степенью подвижности, т. е. ферму (рис. 1.6, а), а если присоединить ее внешними кинематическими парами к ведущему звену и к стойке или к новым звеньям первоначального механизма, то получим новый механизм, степень подвижности которого не изменится (рис. 1.6, б).

Рис 1.5

В соответствии со строе­нием механизмы делятся на классы. Класс механизма за­висит от классов групп Ас­сура, входящих в его состав. Если в состав механизма входят группы Ассура раз­личных классов, то номер класса механизма определя­ется номером класса наи­высшей группы Ассура. На рис. 1.6. б изображен меха­низм, в состав которого входят группы Ассура 1-го и 2-го классов. Исходя из сказан­ного выше, данный меха­низм является механизмом 2-го класса.

Механизмы, не содержащие групп Ассура, а состоящие только из ведущего звена, относятся к механизмам нулевого класса. Такие механизмы встречаются на практике довольно часто. К ним, например, относятся механизмы электродвигателей, генераторов и так далее.

Рассмотренная классификация механизмов не является единственной. Существуют также другие виды классификаций. Широко ис­пользуется практическая классификация механизмов, ко­торая в общих чертах учитывает основные кинематические свойства и конст­руктивные особенности механизмов, а в отдельных случаях и функциональ­ное назначение.

В соответствии с практической классификацией механизмы делятся на следующие виды:

а) зубчатые передачи;

б) фрикционные передачи;

в) передачи с гибкой связью;

г) винтовые механизмы;

д) кулачковые механизмы;

е) рычажные механизмы;

ж)механизмы прерывистого действия;

з)электромагнитный механизмы и др.

На рис. 1.7 представлены кинематические схемы механизмов в соответствии с практической классификацией:

фрикционные механизмы: цилиндрический (а) и конический с постоянным передаточным отношением (б), с переменным передаточным отношением (в):

кулачковые механизмы: с поступательно движущимся (г) и качающимся (д) толка гелем;

Источник

iSopromat.ru

Рассмотрим понятия кинематической цепи и механизма:

Кинематическая цепь

Кинематическая цепь – это сочетание звеньев, соединенных в кинематические пары. Имеется определенная классификация кинематических цепей – цепи могут быть простыми и сложными, замкнутыми (закрытыми) и разомкнутыми (открытыми), пространственными и плоскими.

Ранее считалось, что механизм может быть сформирован только на основе замкнутой цепи. Однако с развитием робототехники в качестве механизмов стали широко применяться разомкнутые (открытые) цепи. Поэтому данная классификация в некоторой степени утратила свое первоначальное значение.

Механизм

Механизмом называется кинематическая цепь, имеющая стойку (т.е. звено, принятое за неподвижное), в которой движение одного или нескольких звеньев полностью определяет характер движения остальных звеньев этой цепи.

Другими словами, — это кинематическая цепь, обладающая определенностью движения всех звеньев. Только одним звеньям дается принудительное движение (определенным образом задаются их законы движения, например, подсоединением к двигателю), а другие получают движение от этих звеньев. В итоге механизм можно трактовать как механическую систему тел, предназначенную для преобразования, движения одного или нескольких тел в требуемое движение других тел.

Звенья, законы движения которых заданы, называются входными.

Звенья, законы которых надо определить, называются выходными. Количество входных звеньев определяется числом степеней свободы кинематической цепи, положенной в основу данного механизма.

Понятия входное и выходное (вход и выход) – это кинематическая характеристика. Не надо путать с понятиями – ведущее звено и ведомое звено. Ведущим звеном называется звено, к которому подводится мощность;
ведомое звено – звено, с которого снимается мощность (для выполнения полезной работы).

Таким образом, понятия ведущее и ведомое звено – это силовая (энергетическая) характеристика. Однако в подавляющем большинстве случаев входное звено одновременно является и ведущим, выходное звено – ведомым.

Уважаемые студенты!
На нашем сайте можно получить помощь по техническим и другим предметам:
✔ Решение задач и контрольных
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах

Источник

Звенья и кинематические пары

Лекция 1

ВВЕДЕНИЕ

Теория механизмов и машин есть наука, изучающая строение, кинематику и динамику механизмов в связи с их анализом и синтезом.

Машина есть устройство, предназначенное для преобразования энергии, материалов, информации в целях замены или облегчения физического или умственного труда. С точки зрения выполняемых машиной функций их можно разделить на следующие классы:

a) энергетические машины;

c) информационные машины;

d) кибернетические машины.

Энергетической машиной называется машина, предназначенная для преобразования любого вида энергии в механическую (и наоборот), в первом случае она носит название машины-двигателя, во втором – машины-генератора.

Рабочей машиннойназывается машина, предназначенная для преобразования материалов. Рабочие машины подразделяются на транспортные и технологические. Транспортной машиной называется рабочая машина, в которой преобразование материала состоит только в изменении положения основного перемещаемого объекта. Технологической машиной называется рабочая машина, в которой преобразование материала состоит в изменении формы, свойств и состояния материала или обрабатываемого объекта (на пример металлообрабатывающие станки, прессы и т.д.).

Информационной машиной называется машина для получения и преобразования информации (на пример телефонные аппараты).

Кибернетической машиной называется машина, заменяющая или имитирующая различные механические, физиологические или биологические процессы, присущие человеку и живой природе, и обладающая элементами искусственного интеллекта (на пример компьютерная техника).

Машинным агрегатом называется совокупность механизмов двигателя, передаточных механизмов и механизмов рабочей машины.

Механизмом называется система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел (на пример зубчатые, рычажные, кулачковые механизмы и др.).

С точки зрения их функционального назначения механизмы машины обычно делятся на следующие виды:

a) механизмы двигателей и преобразователей;

b) передаточные механизмы;

c) исполнительные механизмы;

d) механизмы управления, контроля и регулирования;

e) механизмы подачи, транспортировки, питания.

Механизмы двигателей осуществляют преобразование различных видов энергии в механическую работу. Механизмы преобразователей (генераторов) осуществляют преобразование механической работы в другие виды энергии. К механизмам двигателей относятся механизмы двигателей внутреннего сгорания, паровых машин, электродвигателей, турбин и др. К механизмам преобразователей относятся механизмы насосов, компрессоров, гидроприводов и др.

Передаточные механизмы (привод) имеют своей задачей передачу движения от двигателя к технологической машине или исполнительным механизмам. Так как вал двигателя обычно имеет более высокую частоту вращения, чем основной вал технологической машины, задачей передаточных механизмов является уменьшение частоты вращения вала двигателя до уровня частоты вращения основного вала технологической машины.

Исполнительными механизмами называются те механизмы, которые непосредственно воздействуют на обрабатываемую среду или объект. В их задачу входит изменение формы, состояния, положения и свойств обрабатываемых среды и объекта.

Тема 2: «СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ И КЛАССИФИКАЦИЯ

МЕХАНИЗМОВ»

Звенья и кинематические пары

Всякий механизм состоит из звеньев и кинематических пар. Звеньями называются подвижно соединенные части механизма. Звено представляет собой деталь или группу деталей механизма, которые образуют одну жесткую систему тел. Звенья бывают подвижными и неподвижными. Неподвижные звенья называются стойками. У любого механизма имеется лишь одно неподвижное звено, подвижных же звеньев может быть много. Звено, совершающее полный, оборот называется кривошипом (1 – кривошип рис. 2.1), плоскопараллельное движение – шатуном (2 – шатун рис. 2.1 а и б), качательное движение (перемещение на неполный оборот) – коромыслом (3 – коромысло рис. 2. а),

Рис. 2.1. Схемы рычажных механизмов:

а) шарнирный четырехзвенник; б) кривошипно-ползунный механизм

поступательное движение – ползуном (или для двигателей, насосов и компрессоров – поршнем) (3 – поршень рис. 2.1 б).

Кинематической парой называется соединение двух соприкасающихся звеньев, обеспечивающее определенное относительное движение. Все кинематические пары делятся по двум признакам.

Первый признак – по характеру соприкосновения кинематические пары делятся на высшие и низшие. К низшим парам относят кинематические пары, у которых звенья соприкасаются между собой по поверхностях (рис. 2.2 а) (поршень и цилиндр, вал и подшипник). К высшим – у которых звенья соприкасаются друг с другом в точках или по линиям (рис. 2.2 б) (зубья зубчатой передачи, толкатель и кулачок).

Рис. 2.2. Кинематические пары: а) низшая; б) высшая

Второй признак – все кинематические пары делятся на классы (см. табл. 2.1). По виду относительного независимого движения различают пять классов кинематических пар. Класс кинематической пары определяется числом условий связи (ограничений) S, налагаемых на относительное движение звеньев

,

где H – число степеней свободы звеньев кинематической пары.

Кинематическая цепь

Звенья, соединенные между собой кинематическими парами, образуют кинематическую цепь. Кинематические цепи могут быть простыми (рис. 2.3 a) и сложными (рис. 2.3 б), замкнутыми (рис. 2.3 в) и незамкнутыми (рис. 2.3 a). Различают пространственные и плоские кинематические цепи.

Простой кинематической цепью называется такая цепь, у которой каждое звено входит не более чем в две кинематические пары. Сложной кинематической цепью называется цепь, в которой имеется хотя одно звено, входящее более чем в две кинематические пары.

Замкнутой кинематической цепью называется кинематическая цепь, звенья которой образуют замкнутые контуры. Незамкнутой кинематической цепью называется кинематическая цепь, звенья которой не образуют замкнутых контуров.

Источник

Кинематическая цепь

Содержание

Кинематическая цепь [ править | править код ]

Открытая или незамкнутая кинематическая цепь [ править | править код ]

С точки зрения управления движением наиболее важен случай открытой кинематической цепи, при которой сохраняются возможности опорного энергетического взаимодействия с одновременными активными действиями высокомобильными периферическими звеньями. Степени свободы звеньев открытой кинематической цепи зависят от положения звена относительно опоры. Потенциально наиболее подвижны и энергонасыщенны периферические звенья кинематической цепи, например, рука метателя при броске. Вместе с тем чем больше степеней свободы у звена, тем выше риск двигательной ошибки. Одна из сторон кинематики опорно-двигательный аппарат связана с подвижностью в суставах, которая зависит от ряда факторов. Один из них носит принципиально морфологический характер: шаровидные суставы (плечевой, тазобедренный) допускают трехосное вращение звена, а блоковидные (локтевой) имеют лишь одну степень свободы.

Закрытая или замкнутая кинематическая цепь [ править | править код ]

Такие замкнутые цепи разомкнуть невозможно. Незамк­нутые могут замыкаться, причем часто через опору. В слож­ной пирамиде, составленной несколькими акробатами, образу­ются даже своего рода «сети» (в плоскости) и «решетки» ( в пространстве) с очень сложной взаимной зависимостью дви­жений звеньев.

В замкнутой или замкнувшейся цепи невозможно изоли­рованное движение, т.е. движение в одиночном сочленении. Так, сгибая и выпрямляя ноги в выпаде, можно убедиться в том, что движение в любом суставе непременно вызывает дви­жения и в других.

Таким образом, движения в незамкнутых цепях характери­зуются относительной независимостью звеньев. В замкнутых же, а также замкнувшихся цепях движения одних звеньев влияют на движения даже отдаленных звеньев (помогают или мешают).

В замкнутых цепях возможностей движений меньше, но управление ими точнее, чем в незамкнутых.

Кости, соединенные подвижно, образуют основу биокине­матических цепей. Приложенные к ним силы (мышечные тяги и др.) действуют на звенья биокинематической цепи, как на рычаги. Это позволяет передавать действие силы по цепям, а также изменять эффект приложения сил. Таким образом, рычаг как простейший механизм служит для передачи дви­жения и силы на расстояние.

Рычаги [ править | править код ]

Вне зависимости от вида рычага в каждом из них выделяют:

С помощью рычага можно выиграть в силе. Для этого нужно действовать мышечной силой на более длинное плечо. Согласно «золотому правилу механики», выигрывая в силе, одновременно проигрываем в пути и в скорости. Наоборот, если действовать мышечной силой на короткое плечо, то мож­но выиграть в пути и в скорости за счет проигрыша в силе.

Можно указать еще и на третью причину некоторых по­терь в силе мышц. При больших нагрузках напрягаются все мышцы, окружающие сустав. Мышцы-антагонисты, создавая моменты сил, которые направлены противоположно, полезной работы не производят, а энергию затрачивают. Но в конечном счете в этом есть определенный смысл: хотя и возникают по­тери энергии, сустав во время больших нагрузок получает ук­репление напряжением мышц, которые его окружают.

В связи с особенностями приложения мышечных тяг к костным рычагам необходимы весьма значительные напря­жения мышц для выполнения не только силовых, но и скорос­тных движении. При этом следует помнить, что входящие в биокинематические цепи звенья тела образуют системы состав­ных рычагов, в которых «золотое правило» механики проявля­ется намного сложнее, чем в простых одиночных рычагах.

Амплитуда движений [ править | править код ]

Амплитуда движений в суставах зависит как от морфологии сустава (с пределами, определенными костной конструкцией сустава), так и от податливости мягких тканей, окружающих сустав (суставная сумка, прилегающий мышечно-связочный аппарат). Последняя может изменяться в процессе тренировки и является предметом специальных занятий на гибкость и подвижность в суставах. Одним из аспектов кинематики опорно-двигательный аппарат спортсмена является также аксиальная взаимосвязь движений в суставах пояса верхних конечностей. Так, одновременное сочетание движений на разгибание плеча с супинацией руки (или сгибания плеча с одновременной пронацией) позволяет осуществлять вращательные движения в поясе верхних конечностей без ограничений по углу поворота, что обеспечивает щадящий режим работы сустава. Противоположное сочетание движений (разгибание с пронацией, сгибание с супинацией) вызывает форсированную, предельную деформацию мягких тканей плеча, чреватую травмой. Вместе с тем именно такой режим работы может быть использован для развития подвижности в суставах.

Источник

Основные понятия и определения. К основным понятиям данной темы курса относятся: машина, механизм, звено, кинематическая пара, кинематическая цепь

К основным понятиям данной темы курса относятся: машина, механизм, звено, кинематическая пара, кинематическая цепь.

Механизмом называется устройство, предназначенное для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемые движения других твердых тел.

Твердое тело, входящее в состав механизма, называется звеном. Звено может состоять из одной или нескольких неподвижно соединенных деталей, движущихся как одно целое.

Подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев называется кинематической парой. Кинематические пары различают по характеру соприкосновения звеньев: пару называют низшей, если элементы звеньев соприкасаются по поверхности, и высшей, если только по линиям или в точках. Одно из преимуществ низших пар по сравнению с высшими – возможность передачи больших сил, поскольку контактная поверхность соприкасающихся звеньев низшей пары может быть весьма значительна. Применение высших пар позволяет уменьшить трение в машинах и получать нужные, самые разнообразные законы движения выходного звена механизма путем придания определенной формы звеньям, образующих высшую пару.

Кинематические пары классифицируют по числу условий связи S (по числу ограничений, накладываемых кинематической парой на относительные движения звеньев, образующих данную кинематическую пару). По значению S определяют класс кинематической пары. При S=0 пары не существует, а имеются два тела, движущихся независимо друг от друга; при S=6 кинематическая пара превращается в жесткое соединение двух деталей. Чаще всего в механизмах встречаются вращательные и поступательные кинематические пары 5-го класса

Совокупность звеньев, образующих между собой кинематические пары, называется кинематической цепью. Различают замкнутые и незамкнутые, плоские и пространственные кинематические цепи. В каждом механизме есть одно неподвижное (или принимаемое за неподвижное) звено, называемое стойкой. Различают входные и выходные звенья механизма. Входным называют звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемые движения других звеньев. Выходным называют звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм. По характеру движения звенья называют: кривошип – вращающееся звено рычажного механизма, которое может совершать полный оборот вокруг неподвижной оси; коромысло – вращающееся звено рычажного механизма, которое может совершать только неполный оборот вокруг неподвижной оси; шатун – звено рычажного механизма, образующего кинематические пары только с подвижными звеньями; ползун – звено рычажного механизма, образующего поступательную пару со стойкой; кулиса – звено рычажного механизма, вращающееся вокруг неподвижной оси и образующее с другим подвижным звеном поступательную пару.

Механизмы делятся на плоские и пространственные. Плоским называется механизм, точки звеньев которого движутся в одной или параллельных плоскостях.

К основным видам механизмов относятся: рычажные, кулачковые, зубчатые, фрикционные, цепные, ременные, гидравлические, пневматические и волновые.

Рычажными называют механизмы, в состав которых входят только низшие кинематические пары. Эти механизмы могут обеспечивать передачу значительных сил, т.к. в этих кинематических парах звенья соприкасаются по поверхностям. В виду ограниченного числа видов низших кинематических пар многие важные законы преобразования движения звеньев не могут быть получены с помощью рычажных механизмов. В этом плане большими возможностями обладают механизмы с высшими парами, которые, однако, менее износостойкие, чем низшие.

В системах управления широко применяются кулачковые механизмы. Кулачок – это звено, которому принадлежит элемент высшей пары. Разнообразие форм, которые можно придать кулачку, определяют большое разнообразие возможных преобразований движения. Одна из особенностей кулачковых механизмов состоит в том, что может быть обеспечено движение выходного звена с остановками за конечный промежуток времени при непрерывном движении входного.

При изображении механизма на чертеже различают его структурную (принципиальную) схему с применением условных обозначений звеньев и пар (без указания размеров звеньев) и кинематическую схему с размерами, необходимыми для кинематического расчета. На схемах звенья обозначают цифрами, а пары и различные точки звеньев – большими буквами латинского алфавита.

Источник