Ръководство по тмм

ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ - СОФИЯ
ФИЛИАЛ ПЛОВДИВ



гл. ас. д-р Николай Ст. Петришки
гл. ас. Георги Р. Атанасов






ТЕОРИЯ НА МЕХАНИЗМИТЕ
И МАШИНИТЕ

РЪКОВОДСТВО ЗА ЛАБОРАТОРНИ УПРАЖНЕНИЯ









2002
Издателство на ТУ – София Филиал Пловдив

В ръководството са представени лабораторни упражнения, необходими за по-
пълното усвояване на учебния материал, съгласно утвърдената учебна програма по
дисциплината “Теория на механизмите и машините” за специалностите
“Машиностроителна техника и технологии”, “Машино строене и уредостроене”,
“Транспортна техника и технологии” и “Авиационна техника и технологии” в Технически
университет – София Филиал Пловдив.
Във всяко лабораторно упражнение са дадени кратка теоретична постановка на
проблема, описание на опитната уредба и редът на работа. Този подход ще даде
възможност на всеки студент самостоятелно и задълбочено да проведе лабораторното
упражнение.
Настоящото учебно помагало е разработено на базата на опита от прилагането в
учебния процес на методични указания, разраб отени в катедра “Специално
машиностроене и уредостроене”, за всяко едно лабораторно упражнение, проведено в
последните години по същата дисциплина.




© Николай Стоянов Петришки
© Георги Русев Атанасов


ТЕОРИЯ НА МЕХАНИЗМИТЕ И МАШИНИТЕ
РЪКОВОДСТВО ЗА ЛА БОРАТОРНИ УПРАЖНЕНИЯ


Рецензент: доц. д-р Аспарух Любомиров Андонов





ISBN – 954 - 8779 – 33 - 1
Издание първо
Тираж 100

Издателство на ТУ – София Филиал Пловдив
бул. “Санкт Петербург” 61, Пловдив 4000
тел. /032/233 251 (228), факс /032/ 233 25

3

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 1

СТРУКТУРЕН АНАЛИЗ
НА РАВНИННИ И ПРОСТРАНСТВЕНИ МЕХАНИЗМИ


Целта на лабораторното упражнение е запознаване с основните положения на
структурния анализ и класификацията на равнинни и пространствени механизми.


ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТ


1. ОСНОВНИ ПОНЯТИЯ

Звеното е обобщено тяло, което при действието на механизма се движи като едно
цяло и се състои от една или повече машинни части, неподвижно съединени в една
кинематично неизменяема система.
Кинематична двоица е съединение от две допиращи се звена, допускащо
относително движение между тях.
Кинематична верига е съвкупност от звена и кинематични двоици, съединени
последователно или разклонено.
Механизъм е кинематична верига с едно неподвижно или прието за неподвижно
звено (стойка), предназначена да преобразува движението на едно или повече звена
(водещи звена) в необходимо движение на други звена (изпълнителни звена).
Кинематична схема на механизъм е условно мащабно изображение на механизма с
общоприетите символи за звена и кинематични двоици, което позволява да се изследва
движението на механизма.
Под степени на свобода на кинематична верига H се разбира броят на
независимите геометрични параметри, които еднозначно определят движението
(положението) на всички звена от веригата спрямо координатната система, която не е
свързана със звено от веригата, т.е. всички звена са подвижни.
Степени на свобода на механизъм h – броят на независимите геометрични
параметри, които определят движението (положението) на всички подвижни звена спрямо
неподвижното звено на механизма.


2. СЪСТАВЯНЕ НА КИНЕМАТ ИЧНИ СХЕМИ

Кинематичната схема се явява основа за анализа на механизмите. Тя се съставя в
следната последователност:
1. Изучава се принципът на действие на механизма, като се определят водещите и
изпълнителните звена.

ТЕОРИЯ НА МЕХАНИЗМИТЕ И МАШИНИТЕ
РЪКОВОДСТВО ЗА ЛАБОРАТОРНИ УПРАЖНЕНИЯ

4
2. Разграничават се звената в механизма и се определя видът на връзките между
тях.
3. Отчитат се излишните и недостатъчните степени на свобода.
4. Изяснява се движението на механизма и геометричните параметри, необходими
и достатъчни за построяване на кинематичната схема на механизма.
5. Изобразява се мащабна кинематична схема на механизма, като се нанасят
размерите на звената.


3. СТЕПЕНИ НА СВОБОДА

Степените на свобода се определят по следните зависимости:
 пространствена кинематична верига

H = 6k - 5p5 - 4p4 - 3p3 - 2p2 - p1,

където k - брой на звената в кинематичната верига;
pi - брой на кинематичните двоици от i
-ти
клас (i=1,2,...,5).
 равнинна кинематична верига

H = 3k - 2p5 - p4
 пространствен механизъм

h = 6n - 5p5 - 4p4 - 3p3 - 2p2 - p1,

където n - брой на подвижните звена в механизма.
 пространствен механизъм с отворена кинематична верига

h = p5 - 2p4 - 3p3 - 4p2 - 5p1
 равнинен механизъм

h = 3n - 2p5 - p4
 пространствени и равнинни механизми със затворени контури

h = f - r fb,

където f - сумарен брой на степените на свобода на всички кинематични двоици в
механизма;
r - брой на затворените контури;

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 1
СТРУКТУРЕН АНАЛИЗ НА РАВНИННИ И ПРОСТРАНСТВЕНИ МЕХАНИЗМИ

5
fb - брой на степените на свобода на свободно звено в тримерно и двумерно
пространство.

В някои механизми, с цел да се замени триенето при плъзгане с триене при
търкаляне, се включват цилиндрични ролки, които се въртят около геометричната си ос
(концентрични ролки). Те внасят една допълнителна степен на свобода - възможността на
ролката да се върти около собствената си ос. Това движение на ролката не влияе на
положението на останалите звена и затова внесената степен на свобода се нарича излишна.
При някои механизми, с цел да се разпредели по-благоприятно натоварването на звената и
двоиците, се въвежда втора, трета или повече повтарящи се кинематични двоици. Тези
допълнителни, повтарящи се двоици не влияят на кинематиката на механизма и не трябва
да се отчитат при определяне на степените на свобода, но ако се вземат под внимание
всяка една от тях ще отнеме степени на свобода – т.е. получава се механизъм с
недостатъчна степен на свобода.


4. КИНЕМАТИЧНО ПРЕОБРАЗ УВАНЕ НА КОНТУРНИ ДВ ОИЦИ

За провеждане на някои изследвания на механизмите се прави условна замяна на
контурните двоици с елементарни. Тази замяна се нарича кинематично преобразуване.
Необходимо условие за замяната е кинематичната еквивалентност между изходния и
приведения механизъм (hиз = hпр). При преобразуването една контурна двоица се заменя с
едно ново звено и две елементарни (от пети клас) двоици. Полученият механизъм е
еквивалентен на изходния само за начертаното положение. В зависимост от вида на
контурната двоица са възможни следните варианти на замяна (фиг. 1), като новите звена и
новите плъзгащи кинематични двоици са изобразени чрез прекъснати линии, а новите
въртящи двоици – с тънки линии.
12
2 3
4
5
1
3
1
1
2

3
3
1
2
3
2

а) б) в) г) д)

Фиг. 1. Кинематично преобразуване на контурни двоици


5.СТРУКТУРЕН АНАЛИЗ

Всеки механизъм се състои от водещи (начални) звена, броят на които е равен на
броя на степените на свобода на механизма и кинематични вериги с нулева степен на

ТЕОРИЯ НА МЕХАНИЗМИТЕ И МАШИНИТЕ
РЪКОВОДСТВО ЗА ЛАБОРАТОРНИ УПРАЖНЕНИЯ

6
свобода. Кинематичните вериги с нулева степен на свобода, съдържащи звена и
елементарни кинематични двоици, се наричат асурови групи. Асуровите групи не
включват контурни двоици. Асуровите групи биват от II
-ри
(фиг. 2), III
-ти
(фиг. 3) и по-
висок клас (фиг. 4). Така дефинираните асурови групи служат за основа при структурния
анализ на механизмите.
Структурният анализ на механизмите се извършва в следната последователност:
1. Определя се стойката и задвижващото (задвижващите) звена.
2. От кинематично най-отдалечените звена (спрямо началното) се отделя асурова
група от възможно най-ниския клас, без да се наруши връзката между останалите звена
(остатъкът да бъде механизъм със същата степен на свобода, като първоначалния).
3. След отделянето на първата асурова група, от останалата част от механизма в
същия ред се отделят втора и следващи асурови групи, докато от механизма останат само
стойката и задвижващото (задвижващите) звена.
при
не е асурова група
h=0; (=1)
h=0
1
21 2
1 2
1
21
2
1
1
1
1
2
2
2 2
1
2

а) б) в) г) д) е)

Фиг. 2. Асурови групи от II клас
2
3
1
1
2
3
4
3 2
4
1
4
4
41
2 3
1
2 1
5
6
6
23
7
4
5
8

n=4; p5=6 n=4; p5=6 n=4; p5=6 n=4; p5=6 n=6; p5=9 n=8; p5=12

Фиг. 3. Асурови групи от III клас

IV клас: nmin=4

n=4; p5=6 n=4; p5=6 n=6; p5=9 n=8; p5=12 n=8; p5=12


V клас: nmin=6 VI клас: nmin=6 VII клас: nmin=8 VIII клас: nmin=8

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 1
СТРУКТУРЕН АНАЛИЗ НА РАВНИННИ И ПРОСТРАНСТВЕНИ МЕХАНИЗМИ

7

n=8; p5=12 n=8; p5=12 n=8; p5=12 n=8; p5=12

Фиг. 4. Асурови групи от IV и по-висок клас
Класът на механизма се определя от асуровата група с най-висок клас, която той
съдържа. Механизми от един клас се изследват и синтезират по един общ за класа метод.
Според структурата си механизмите се класифицират по следния начин:
 Елементарни механизми - състоят се от начално звено и една асурова група от
II или по-висок клас.
 Съставни механизми - съдържат две или повече асурови групи само от един
клас.
 Смесени механизми - съдържат асурови групи от различни класове.


ПРАКТИЧЕСКА ЧАСТ

1. СТРУКТУРЕН АНАЛИЗ НА МЕХАНИЗЪМ ПО ЗАДАДЕН А
КОНСТРУКТИВНА СХЕ МА И ОПИСАНИЕ НА ДЕЙ СТВИЕТО

На всеки студент се задават по една конструктивна схема и описание на действието
на механизма. Работи се в следната последователност:
1.1. Разучава се предназначението, устройството и действието на механизма.
Определят се задвижващото и изпълнителното звено (звена). Разграничават се
междинните звена и се изясняват връзките между тях.
1.2. Избира се координатна система и се измерват координатите на кинематичните
елементи на стойката и се определя направлението на плъзгащите двоици. Измерват се
разстоянията между центровете на въртящите двоици на подвижните звена.
1.3. Изобразява се кинематичната схема на механизма.
1.4. Определят се степените на свобода на механизма.
1.5. Извършва се кинематично преобразуване на контурните двоици (при наличие
на такива).
1.6. Определя се класът на механизма.

2. СТРУКТУРЕН АНАЛИЗ НА РЕАЛЕН МЕХАНИЗЪМ

На група студенти се дава по един реален механизъм. Последователността на
работа е както в първата част.

Конструктивните схеми, кинематичните схеми и всички пресмятания се оформят в
протокол.

8
ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 2


КИНЕМАТИЧЕН АНАЛИЗ
НА РАВНИННИ ГЪРБИЧНИ МЕХАНИЗМИ


Целта на упражнението е запознаване с различ