Ковровская государственная технологическая академия
имени В.А. Дегтярева»
Козлова С.Н., Третьяков В.М., Шенкман Л.В.
ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН.
ДЕТАЛИ МАШИН И
ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
Учебно-методическое пособие
Ковров 2014
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, выполняющих самостоятельную работу по курсам:
– «Теория механизмов и машин» по специальности 170400 – Стрелково-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие и по направлениям 190100 – Наземные транспортно-технологические машины и комплексы; 151000 – Технологические машины и оборудование; 151900 - Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств;
– «Детали машин и основы конструирования» по направлению 230100 – Информатика и вычислительная техника.
В пособие представлены исходные данные к домашним заданиям и расчетно-графическим работам, подробно изложена последовательность выполнения заданий, даны примеры расчета, порядок оформления и перечень рекомендуемой литературы.
Структурный анализ механизма
Основные положения и определения
Механизм – это система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое движение других тел.
Одно или несколько жестко соединенных твердых тел, входящих в состав механизма, называют звеном. Звено, принимаемое за неподвижное, называется стойкой.
Кинематической парой называется соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение.
Совокупность поверхностей, линий, точек звена, по которым оно может соприкасаться с другим звеном, образуя кинематическую пару, называется элементом звена (элементом кинематической пары).
Узел сопряжения – это совокупность поверхностей, линий, точек звена, по которым оно в данный момент соприкасается с другим звеном, образуя кинематическую пару. Узел сопряжения – это часть элемента звена, которая непосредственно соприкасается с другим звеном.
Элементами звеньев четырехподвижной кинематической пары (показанной на рис. 1.1, а) служат наружная цилиндрическая поверхность одного звена и плоскость второго. Узлами сопряжения являются два отрезка прямых, принадлежащие элементам звеньев и находящиеся в непосредственном контакте. Для кинематической пары (приведенной на рис. 1.1, б) элементы звеньев – это наружная и внутренняя цилиндрические поверхности. Для втулки узел сопряжения и элемент кинематической пары совпадают – это ее внутренняя цилиндрическая поверхность. Для вала узлом служит та часть элемента звена (его внешней цилиндрической поверхности), которая в данный момент непосредственно контактирует с узлом сопряжения втулки.
а б)
Рис. 1.1. Образованные звеньями кинематические пары,
элементы и узлы сопряжения звеньев
Кинематические пары бывают высшие и низшие. Низшие кинематические пары – это пары, звенья которых соприкасаются по поверхности (узлы сопряжения представляют собой поверхности). Низшие кинематические пары бывают вращательные и поступательные и в плоских механизмах допускают только одну подвижность. Высшие кинематические пары – это такие пары, звенья которых имеют контакт по линии или в точке (узлы сопряжения звеньев – точки или линии).
Совокупность звеньев, соединенных кинематическими парами, представляет собой кинематическую цепь. Кинематические цепи подразделяются на простые и сложные, замкнутые и незамкнутые.
Механизмы, применяющиеся в инженерной практике, образованы замкнутыми кинематическими цепями. Поэтому механизмом называется замкнутая кинематическая цепь, в которой при заданном движении одного или нескольких звеньев (ведущих) относительно стойки все остальные звенья (ведомые) совершают однозначно определенные движения.
Для изучения механизма необходимо знать число и виды кинематических пар, число звеньев, их основные размеры и взаимное расположение. Все это изображается на кинематической схеме механизма условными обозначениями пар и звеньев. Условные обозначения установлены ГОСТ 2.770. Основные виды звеньев даны в табл. 1.1, характеристика кинематических пар приведена в табл. 1.2.
Таблица 1.1
Основные виды звеньев, используемых в механизмах
| Наименование | Определение | Внешний вид и условное обозначение на кинематической схеме |
| Стойка | Звено, принимаемое за неподвижное. | 
|
| 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. | 
|
| Кулиса | Звено рычажного механизма, вращающееся вокруг неподвижной оси и образующее с другим подвижным звеном поступательную пару. | 
|
| Ползун | Звено рычажного механизма, образующее поступательную пару со стойкой. | 
|
| Шатун | Звено рычажного механизма, образующее кинематические пары только с подвижными звеньями. | 
|
| Кулачок | Звено, имеющее элемент высшей пары, выполненный в виде поверхности переменной кривизны. | 
|
Кинематическая схема – это модель механизма, отражающая его строение и основные геометрические свойства его звеньев.
Таблица 1.2
Характеристика кинематических пар
| Число степеней свободы | Число связей (класс) | Название и условное обозначение | Рисунок | Матрица подвижностей |
Вращательная
| 
|  ,
где rx = 1
| ||
Поступательная
| 
| 
где tx = 1
| ||
Цилиндрическая
| 
| 
где tx = 1;
rx = 1
|
Окончание табл. 1.2
| Число степеней свободы | Число связей (класс) | Название и условное обозначение | Рисунок | Матрица подвижностей |
Сферическая
| 
|  ,
где rx = 1;
ry = 1;
rz = 1
| ||
Цилиндр-плоскость
| 
|  ,
где tz = 0;
ry = 0
| ||
Шар-плоскость
| 
|
 ,
где tz = 0
|
