-
Построение кинематической схемы и планов положений механизмов
Кинематические
схемы
механизмов необходимы для исследования
движения звеньев. Используя кинематические
схемы механизмов, строят планы скоростей
и планы ускорений точек звеньев, выводят
аналитические выражения для вычисления
линейных или угловых перемещений
звеньев, строят кинематические диаграммы
и траектории движения точек звеньев.
Кинематические схемы используются при
силовом расчете механизмов, при
исследовании механизмов на точность
их работы.
Кинематическая
схема (план) механизма строится для
конкретного положения входного звена.
На
кинематической схеме все необходимые
размеры звеньев механизма откладывают
в некотором выбранном масштабе длин
(м/мм), который означает, что один миллиметр
длины звена на схеме соответствует
метрам натуры.
Например,
масштаб
=
0,001 м/мм означает, что один миллиметр
длины звена на кинематической схеме
механизма соответствует 0,001 м натуры,
или одному миллиметру натуры. То есть
этот масштаб соответствует стандартному
чертежному масштабу М 1: 1.
Построим
кинематическую схему шестизвенного
плоского кулисного механизма, который
изображен на рис.1.5, а.
Работу выполняем
в следующем порядке:
1.
Измеряем постоянные истинные длины
звеньев, необходимые для построения
кинематической схемы механизма:
2.
Принимаем на схеме АЕ=25мм. Тогда масштаб
кинематической схемы механизма будет
=
Длины других
звеньев в этом масштабе:
3.
Начинаем построение кинематической
схемы механизма. Вначале на вертикали
откладываем принятое расстояние АЕ
между элементами стойки 0 (рис. 1.5, б).
4. Выбираем
произвольно положение ведущего звена
АВ и изображаем его в масштабе.
5.
Через точку В и Е проводим прямую линию
звена ЕС, изображаем ползун 2. Откладывая
расстояние ЕD,
получаем положение шарнира D.
Положение точки F
находим, используя метод засечек: через
точку E
проводим горизонталь, затем, устанавливая
ножку циркуля в точку D,
проводим дугу радиусом DF
до пересечения ее с этой горизонталью.
На схеме обозначаем номера всех звеньев
и все кинематические пары буквами.
6.
Устанавливаем названия всех звеньев
механизма: 0 — стойка, 1- кривошип, 2 —
ползун, 3 — кулиса, 4 — шатун, 5 — ползун.
Планы
положений механизма – это
обычно 12 совмещенных кинематических
схем механизма, построенных для 12
равноотстоящих положений входного
звена.
Планы положений
механизма необходимы для исследования
кинематических и силовых параметров,
изменяющихся за время цикла, соответствующего
обычно полному обороту входного звена
(кривошипа).
Рис. 1.5.
Шестизвенный плоский кулисный
механизм:
а)
демонстрационная модель механизма;
б)
кинематическая схема механизма
За
нулевое (начальное) положение механизма
принимают то положение, которое
соответствует крайнему положению
выходного звена. Начинают построение
планов положений механизма с построения
нулевого положения механизма.
Входным
звеном механизма обычно является
кривошип. Угол поворота кривошипа в
нулевом положении механизма принимают
равным нулю. Угол поворота кривошипа
(360 градусов), соответствующий полному
его обороту, делят на 12 равных частей,
начиная от нулевого положения кривошипа.
Затем в обычном порядке для каждого
положения входного звена строят
кинематическую схему (план) механизма.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
30.04.202214.56 Mб3517.doc
- #
- #
- #
30.04.2022672.77 Кб252.doc
- #
- #
- #
Построение кинематической схемы механизма
Итак, приступим к построению кинематической схемы механизма в графической части курсового проекта по Теории механизмов и машин
. Предварительно, посетите Youtube для освоения азов черчения в выбранной вами САПР. На первых порах скорость построения примитивов будет минимальна, но со временем выработаются навыки, и процесс значительно ускорится.
На данный момент имеем все длины звеньев механизма и выбранный масштаб для построения чертежа. Рассмотрим процесс построения на примере кривошипно-ползунного механизма. Для других механизмов процесс происходит по аналогии и состоит из простых шагов, которые входят в построение схемы для простейшего ползунного механизма.
Построение кинематической схемы кривошипно-ползунного механизма на чертеже
Алгоритм построения кинематической схемы a-d
- a. Из произвольной точки проводится окружность радиусом, равным длине кривошипа (R=l_1). Обозначается центр окружности, для этого есть специальный примитив на панели инструментов любой САПР.
- b. В центре окружности строится шарнир и стойка, обозначается ось вращения кривошипа, в данном случае — точка А (обозначения кинематических пар можно посмотреть в таблице). В тексте задания или на иллюстрациях в исходных данных указано начальное положение кривошипа и направление его вращения. В некоторых вариантах начальное положение определяется по мертвой точке или при анализе циклограммы работы машинного агрегата. Также в числовых данных указан угол для силового анализа, именно этот угол откладывается от начального положения по направлению вращения и отмечается точка В.
- c. Обозначается начало отсчета обобщенной координаты, указывается угол и его обозначение. Нумеруются построенные звенья: кривошип 1 и стойка шарнира 0.
- d. Начальное положение механизма обозначается позицией 0, через каждые (30 ^{circ}) откладывается положение точки B в зависимости от обобщенной координаты и нумеруется цифрами от 0 до 12. Последнее 12 положение совпадает с 0, т. к. начинается новый цикл работы механизма.
- e. От точки В откладывается отрезок длиной (l_2) так, чтобы вторая точка легла на ось Ох. При этом возможна только 1 точка пересечения С. Откладывается от точки B расстояние до центра масс шатуна (l_{S2}) и отмечается точка (S_2)
- f. Проводится построение для остальных 11 положений кривошипа. В результате образуются траектории центра масс шатуна и ползуна.
- g. Нумеруются положения точки С в соответствии с номером позиции кривошипа. Дополнительно можно пронумеровать положения центра масс шатуна, но это приведет к загромождению чертежа. Траектории вполне достаточно.
- h. Проверяется схема и проставляются недостающие элементы кинематической схемы.
Алгоритм построения кинематической схемы e
Алгоритм построения кинематической схемы f
Алгоритм построения кинематической схемы g
Проверка кинематической схемы механизма
Процесс построения кинематической схемы завершен. Обратите внимание, что для построения механизма используются направляющие. В данном примере кривошипно-ползунный механизм выполнен по соосной схеме, направляющая совпадает с осью Ох.
В случае четырехшарнирных механизмов направляющей для коромысла является дуга окружности с радиусом, равным длине коромысла. Откладывается отрезок от точки, принадлежащей кривошипу, длиной второго звена (l_2) до пересечения с направляющей-дугой. Дальнейший алгоритм полностью соответствуют приведенному выше.
Построение кинематической схемы четырехшарнирного механизма
При построении кинематической схемы сразу определите, по какой траектории двигаются точки звеньев механизма. Это поможет составить аналитические функции положения для нахождения передаточных функций механизма.
Для полного понимания последовательности работы отдельных элементов созданного агрегата разрабатывается специальная схема взаимодействия. Схема кинематическая позволяет не только определить структуру всего агрегата, но и характер взаимодействия отдельных элементов. Она является своеобразным описанием его работы.
Например, описание кинематической схемы станка включает все его элементы, способы соединения, принципы взаимодействия и точность работы каждой детали и конструкции в целом.
По назначению и выполняемым функциям схемы делятся на следующие типы:
- функциональные (поясняют основные функции каждой детали и всего механизма);
- структурные (предназначены для представления структуры всего агрегата);
- принципиальные (показывают последовательность различных связей между отдельными деталями).
Элементы, наносимые на чертёж, имеют стандартные обозначения. Зная назначения каждого из них можно понять особенности работы конкретного станка или агрегата.
Правила выполнения схем
Выполнение графических изображений кинематических схем производиться с использованием следующих правил:
- выбор правильного обозначения применяемой конструкции;
- точное указание места расположения отдельной детали;
- последовательность их взаимодействия;
- ширина линий (устанавливается существующими стандартами);
- правильность отображения сносок;
- нанесение необходимых надписей и символов.
Правила выполнения кинематических схем заключаются в описании следующих конструктивных единиц:
- отдельных элементов;
- линий кинематических связей;
- звеньев;
- кинематических пар (объединяют две или несколько элементов).
Разработчик вправе выбирать масштаб по своему усмотрению.Это разрешено утверждёнными стандартами. На чертеже допускается не соблюдение реального расположения конструктивных составляющих в корпусе агрегата.
Отдельной составляющей схемы считается блок (устройство, агрегат). Он предназначен для выполнения определённых функций. Его особенностью является не возможность деления на более мелкие детали без потери функционального назначения. Такими элементами являются: набор шестерён, один или несколько валов, установленные подшипники, используемый электродвигатель. Линией связи между деталями обозначаются отрезком заданной длины и толщины. Он указывает на присутствие механизма связи между отдельными изделиями или устройствами. Если эта связь выполнена достаточно жёстко, конструкция объединяется в звено. Объединённые детали и звенья в единое целое называется установкой.
Для более подробного описания взаимодействующих элементов или звеньев, передачи направления движения допускается их объединение в так называемые кинематические пары. Особенности и порядок выполнения графических изображений зависит от их назначения.
На функциональных схемах отображают отдельные детали конструкции, которые задействованы в основном процессе передачи движения. Для удобства (по возможности) несколько деталей объединяют в отдельные функциональные группы. На чертеже обязательно отображают их функциональные связи. Каждый из них имеет собственный графический символ. Он установлен существующими стандартами и правилами оформления чертежей. Для лучшего понимания проходящего технологического процесса рекомендуется наносить технические характеристики использованных комплектующих. Кроме пояснительных надписей допускается размещение на свободном месте листа таблиц или диаграммы.
На принципиальных схемах отображают детали или их группы. Это могут быть, валы, передаточные механизмы или готовый двигатель. Они дают представление и понимание используемых принципов работы всего агрегата. Каждая деталь или узел изображается в отключённом состоянии (без указания порядка взаимодействия с другими деталями). Их составляются для проведения регулировок и отладки собранного агрегата. С этой целью изображаются все основные кинематические связи: механические и не механические. Эти связи наносятся между отдельными элементами, кинематическими парами или группами элементов. Графически они располагаются в границах контура, обозначающего корпус агрегата. Чертёж каждого механизма, состоящего из нескольких комплектующих, может исполняться отдельным документом. На основном листе делается соответствующая ссылка. Если в составе отдельного агрегата или целого устройства применяют несколько одинаковых деталей, допускается выполнение одного чертежа. Остальные изображаются с допустимыми упрощениями. Положение комплектующих изделий может быть выбрано на основании наиболее оптимального процесса взаимодействия. Если этого недостаточно разрешается изобразить пунктирными линиями конечное положение детали.
Для лучшего понимания разрешается переносить элементы по поверхности листа. Обязательным условием является сохранение кинематических и функциональных связей. При нехватке места на поле чертежа в рамках границ корпуса агрегата, допускается отдельную деталь вынести за границы. В этом случае обязательно должны быть выполнены пояснения для ссылок. Они должны обеспечивать сохранение кинематических связей.
На принципиальной схеме обязательно указывают:
- максимально допустимое число оборотов вращающихся валов, передаточных звеньев;
- допустимое отклонение детали от исходного состояния;
- справочные таблицы;
- графики и диаграммы;
- характеристики, полученные расчётным путём на этапе проектирования;
- надписи, для пояснения специфики отдельных изделий или кинематических пар.
Схема,разработанная для пояснения протекающих динамических процессов, включает размеры каждого изделия с указанием допустимых значений механических нагрузок. На ней подробно наносят характеристики валов, места расположения, применяемых опор. При пересечении различных деталей необходимо сохранять неразрывность начерченных линий. При наложении изображений различных конструкций дальнюю изображают как невидимую. Все линии и фигуры исполняются по правилам чертежной графики.
На кинематических схемах отображают:
- сплошными линиями установленной толщины –вращающиеся детали;
- линиями тоньше на половину–конструкции, которые указываются с упрощениями, например, червячные передачи или зубчатые колёса;
- взаимосвязи между отдельными составляющими, особенно кинематическими парами,выполняют пунктирными линиями;
- указание взаимосвязи между двигателем и передаточными механизмами–двойными пунктирными линиями;
- все связи, полученные расчётным путём, на этапе проектирования,при доработке наносятся тройными пунктирными линиями.
Кинематическим группам присваивают наименования. Оно поясняет тип и функциональное назначение. Могут быть указаны особенности привода подачи или специфику червячной передачи. Все эти пояснения делаются как вынесенные надписи на специально изображённой полке. Все эти надписи могут быть объединены в отдельный перечень. В нём делаются специальные пометки, указывающие на характеристики известные из справочников и стандартов, полученные расчётным путём и характеристики, получаемые в процессе отладки и регулировки всего механизма. В этом случае такие параметры помечаются специальной надписью, которая указывает, что они подбираются при регулировании.
Регламентирующие документы
Порядок и правила обозначения всех деталей, из которых состоит механизм,на всех типах схем установлены принятыми государственными стандартами. Эти правила, регламентируют порядок оформления графических элементов (фигур, надписей, обозначений)на кинематических схемах. Они являются обязательными для выполнения чертежей для любых механизмов и агрегатов.
В этот перечень входят:
- стандарт, определяющий перечень основных типов пояснительных надписей – ГОСТ 104-68;
- ГОСТ 2.701-84, включает пояснение основных видов и типов разрабатываемых схем;
- перечень установленных обозначений, разрешенных для использования ГОСТ 2.721–74;
- список обозначений: условные графические и общего назначения ГОСТ 2.747–68;
Скачать ГОСТ 104-68
Скачать ГОСТ 2.747-68
Скачать ГОСТ 2.701-84
Скачать ГОСТ 2.721-74
Они определяют место расположения и правила графического изображения (выбор толщины линий, формы значков, изображение сносок).
Область применения
Для понимания взаимосвязей отдельных деталей в полной структуре агрегата составляются кинематические схемы. На них отображают последовательность передачи различных видов перемещения деталей: вращательного или поступательного движения. Например, можно последовательно проследить передачу вращения от электродвигателя через передаточные звенья к конечному устройству. Например, кинематическая схема токарного станка наглядно показывает, как передаётся вращательное движение якоря двигателя, к редуктору и к исполнительному механизму (передней бабке). На ней отображается путь поступательного движения подачи заготовки и режущего инструмента. На каждой схеме все детали машин объединены в единый стройный механизм.
Подобные схемы позволяют понять принцип работы самых сложных механизмов. К таким системам относится газораспределительный механизм (ГРМ) двигателей внутреннего сгорания. При рассмотрении системы сжатия педального механизма можно определить физические параметры каждого элемента, величину и направление сил действующих на них. Важное значение имеют подробные кинематические схемы, составленные для комплексных обрабатывающих центров. Схемы механизмов типа бипод обладают гибридной кинематической структурой. Они объединяют: станину, механизмы параллельной кинематики, систему удержания заготовок и подачи режущего инструмента. Механизм подачи инструмента специальный многоцелевой механизм для содержания различного режущего инструмента и подачи его в необходимое время к поверхности заготовки для осуществления обработки поверхности.
Чтение кинематических схем
Система отечественных стандартов определяет перечень и правила обозначения каждой используемой детали. Таких изображений существует более двух сотен.Все знаки располагаются с соблюдением последовательности передачи движения от элемента к элементу. Они имеют своё графическое изображение. Например, подшипники качения и скольжения обозначаются двумя параллельными линиями заданной толщины. Муфта отображается в виде системы зубьев, которые входят в зацепление. В зависимости от применяемого знака, можно определить, какая муфта изображена: предохранительная или кулачковая.
Для станков, вал обозначается длиной сплошной линией, на котором располагаются различные элементы. Обозначение червячной передачи позволяет определить направление передачи обоих видов движений: поступательного и вращательного.
Для удобства чтения кинематической схемы любого оборудования все элементы нумеруются. Нумерация производится последовательно, начиная от двигателя и заканчивая конечным элементом. В соответствие с требованиями ЕСКД валы могут быть пронумерованы римскими цифрами, а остальные элементы схемы арабскими. Графические изображения (надписи или пояснения) располагают с помощью линий выноса. Каждая заканчивается небольшим отрезком (полкой) над которым наносят необходимые надписи. Их размещают на любом удобном свободном пространстве.
Чтение названий осуществляется на основании принятых наименований.Каждое имеет свою аббревиатуру. Она состоит из одной заглавной буквы и одной цифры. Вид обозначается заглавными буквами, например,К – кинематические, Г – гальванические. Тип цифрами, например, 1 – структурные, 2 – функциональные, 3 – принципиальные. Более подробный перечень таких обозначений можно найти в соответствующих таблицах. Таким образом, название может состоять из нескольких обозначений: ЭЗ – это схема электрическая принципиальная; К3 – кинематическая принципиальная.