Теория механизмов и машин — Лекция 1

Введение в дисциплину: история и задачи ТММ

02:54:52 Разделов: 23 Скриншотов: 6

Видеозапись лекции

1. Введение в дисциплину: история и задачи ТММ

Теория механизмов и машин (ТММ) — это наука об общих методах исследования свойств механизмов и машин и их проектирования.
История ТММ прошла путь от эмпирических наблюдений эпохи Возрождения (Леонардо да Винчи) до современного этапа интенсивного развития с применением компьютерных технологий.
Дисциплина базируется на знаниях теоретической механики, но фокусируется не на статике, а на трех ключевых разделах: структуре, кинематике и динамике механизмов.
В рамках ТММ выделяются две основные группы задач: анализ (изучение свойств существующих механизмов) и синтез (проектирование новых механизмов с заданными свойствами).
Ключевые понятия, вводимые в курсе, включают кинематическую пару, кинематическую цепь и кинематическую схему механизма.

2. Общее определение и классификация машин

Машина — это техническое устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов или информации с целью облегчения труда человека.
Принципиально важно, что любая машина выполняет полезную механическую работу.
Классификация машин по функции преобразования делит их на три основных класса: энергетические, рабочие и информационные машины.
Энергетические машины делятся на двигатели (преобразование энергии в механическую) и генераторы (механическая энергия в другой вид).
Рабочие машины подразделяются на технологические (преобразование формы/свойств материала) и транспортные (изменение положения материала в пространстве).

3. Детализация классов машин: информационные и кибернетические

Информационные машины служат для получения и преобразования информации; делятся на контрольно-управляющие (для управления другими машинами) и математические (получение математических образов).
Контрольно-управляющие машины включают системы автоматического контроля и регулирования рабочих процессов.
Математические машины преобразуют информацию для получения математических характеристик объекта (счетно-решающие, механические счетные машины).
В середине XX века появился новый класс — кибернетические машины, активно развивающийся в настоящее время.

Определение теории механизмов и машин (ТММ)

$$Теория механизмов и машин (ТММ) — наука об общих методах исследования свойств механизмов и машин и их проектирования.$$

$\text{ТММ}$: Аббревиатура от Теории Механизмов и Машин

Определение теории механизмов и машин (ТММ) как науки о методах исследования свойств механизмов и машин

4. Классификация машин и понятие машинного агрегата

Кибернетические машины имитируют функции живых организмов (например, искусственное сердце) или обладают элементами ИИ, преобразуя механическую энергию в гидравлическую.
Машинный агрегат — это техническая система, состоящая из нескольких машин различных классов (двигатель, рабочая машина, КУ-машина), соединенных последовательно или параллельно для выполнения совместной функции.
Передаточный механизм необходим в составе агрегата для согласования механических характеристик двигателя (высокие обороты) с потребителем (низкие обороты).
Механизм — это система взаимосвязанных тел, предназначенная исключительно для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое движение других тел.
В отличие от машины, механизм не совершает полезной работы; его назначение — воспроизведение закона движения, передача или преобразование движения и сил.

5. Типы тел в механизмах и понятие звена

В современных механизмах применяются упругие тела (деформация существенно влияет на работу, например, пружины), гибкие тела (передача энергии на расстояние, ремни, цепи) и среды (жидкости в гидравлике, газы в пневматике).
Для задач кинематики и динамики теорию механизмов и машин начинают с исследования механизмов, состоящих из абсолютно твердых (жестких) тел, так как упругие деформации обычно пренебрежимо малы по сравнению с перемещениями.
Деталь — это изделие, изготавливаемое без сборочных операций и не разобранное на составные части (валы, штифты).
Звено механизма — совокупность деталей, совершающих движение как одно целое (расстояние между любыми двумя точками звена неизменно).
На кинематических схемах звено изображают упрощенно: для простого звена — отрезком прямой с двумя элементами соединения, для сложного — треугольником из трех элементов.

6. Классификация звеньев и определение простого/сложного звена

Звенья классифицируются по подвижности: неподвижное (статор), подвижное (ротор), входное (ведущее) и выходное (ведомое).
Простое звено содержит не более двух элементов (узлов), с помощью которых оно присоединяется к другим звеньям механизма.
Сложное звено содержит более двух элементов соединения, что позволяет ему взаимодействовать с тремя или более другими звеньями одновременно.
На схеме сложного звена элементы соединения изображаются вершинами треугольника; заштрихованная область между элементами указывает на жесткое соединение (сварка, клепка).
Примером сложного звена может служить прицепной шатун в V-образных двигателях или компрессорах, имеющий три точки крепления.

7. Классификация и условное изображение сложных звеньев

Сложное звено представляет собой совокупность нескольких деталей (элементов А, В, С), жестко связанных между собой и образующих неизменную конфигурацию.
На схемах жесткая связь элементов сложного звена может изображаться либо через обозначение вершин треугольника (АВС), либо штриховкой контура, символизирующей его неподвижность относительно внутренних связей.
При линейном расположении элементов жесткую сцепку необходимо показывать непрерывной линией; разрыв на схеме трактуется как наличие двух отдельных звеньев.
В любом механизме всегда выделяется одно единственное неподвижное звено (стойка), совокупность всех неподвижных или условно фиксированных деталей, образующих одну жесткую систему.

8. Определение и классификация звеньев механизма

Неподвижное звено (стойка) обозначается на схемах арабской цифрой $0$ и штриховкой; оно служит опорой для всех остальных звеньев.
Подвижное звено — это деталь или группа деталей, совершающих движение как одно целое; все подвижные звенья обозначаются цифрами $1, 2, 3, \dots$.
Входное звено — это звено, которому задается движение (например, поршень в ДВС), преобразуемое механизмом.
Выходное звено совершает требуемое движение для выполнения назначения механизма (например, коленчатый вал, получающий вращение).
Ведущее звено — то, к которому приложена внешняя сила или момент с положительной элементарной работой ($dA > 0$), а ведомое — к которому работа внешних сил отрицательна или равна нулю.

Важно / на экзамене: Материал важен для экзамена: четкое различие между понятиями входное/выходное и ведущее/ведомое звено.

Условие положительной работы силы

$$\vec{F} \cdot \vec{v} > 0$ или угол между вектором силы $\vec{F}$ и вектором скорости $\vec{v}$ острый.$$

$\vec{F}$: Вектор приложенной внешней силы
$\vec{v}$: Вектор скорости точки приложения силы

Схема зубчатой передачи (привод стартера) с обозначением стойки и подвижных звеньев.

Схема механизма с обозначением входного (1) и выходного (3) звеньев.

9. Начальные звенья и введение кинематических пар

Начальное звено — это звено, которому задаются обобщенные координаты ($q_i$), однозначно определяющие положение всех остальных звеньев механизма.
Выбор начального звена обусловлен однозначностью решения: если задать линейную координату $S_1$, положение выходного звена может быть неоднозначным (два положения), поэтому выбирают звено с угловой координатой $\varphi$.
Кинематическая пара — это соединение двух звеньев, допускающее их заданное относительное движение.
Звенья механизма взаимосвязаны: подвижные звенья связаны между собой и с неподвижным звеном (стойкой).
В дальнейшем изучение будет сосредоточено на кинематических парах как элементах, обеспечивающих связь звеньев.

Обобщенная координата углового положения

$$\varphi_3$$

$\varphi_3$: Угловая координата, определяющая положение третьего (начального) звена относительно начальной линии отчета

Обобщенная линейная координата

$$S_1$$

$S_1$: Линейное перемещение первого (входного) звена

10. Анализ примера ДВС и переход к кинематическим парам

В примере двигателя внутреннего сгорания поршень (звено 1) является входным и ведущим звеном на такте расширения.
Коленчатый вал (звено 3) является выходным и ведомым звеном, передающим вращение на трансмиссию.
Шатун (звено 2) выступает в роли промежуточного (соединительного) звена.
Для описания движения механизма необходимо ввести понятие кинематической пары как соединения двух звеньев.

11. Введение в анализ механизмов: от реального агрегата к структурной схеме

Кинематическая пара — это подвижное соединение двух звеньев, допускающее их заданное относительное движение.
Для анализа механизмов используется модель, в которой абстрагируются конструктивные особенности и зазоры, рассматривая идеальное беззазорное движение.
Схема механизма — это графическое изображение модели звеньев и кинематических пар с использованием условных обозначений (ГОСТ 27768).
В зависимости от цели исследования различают три вида схем: структурную (безмасштабная, для анализа структуры), кинематическую (в масштабе) и динамическую.
Структурная схема предназначена исключительно для исследования строения механизма и не учитывает реальные размеры звеньев.

Важно / на экзамене: Материал важен для понимания структуры механизмов перед переходом к лабораторной работе.

Важно / на экзамене: Классификация кинематических пар (высшие/низшие, типы замыкания) будет на экзамене.

Классификация кинематических пар

$$K_{par} \in \{\text{высшие}, \text{низшие}\}$$

$K_{par}$: Обозначение кинематической пары
$\text{высшие}$: Класс кинематических пар с одной степенью свободы
$\text{низшие}$: Класс кинематических пар с двумя степенями свободы

Типы замыкания и соединения

$$K_{par} \in \{\text{геометрическое}, \text{силовое}\}$$

$\text{геометрическое}$: Замыкание парой поверхностей
$\text{силовое}$: Замыкание силами взаимодействия (например, зубья шестерен)

Сравнение трёх типов схем механизма: 3D-модель, условно-конструктивное изображение и кинематическая схема.

12. Типы схем механизма: от 3D-модели до условно-конструктивного изображения

Существует три уровня представления механизма: 3D-модель (полное изображение всех деталей), условно-конструктивное изображение и кинематическая схема.
Условно-конструктивное изображение показывает все элементы (двигатель, ремни, редукторы, валы, кривошипы, балансиры), но еще не является схемой механизма.
Кинематическая схема — это упрощенное представление, где показаны только основные звенья преобразования движения (кривошип, шатун, балансер).
При переходе от 3D-модели к условно-конструктивному изображению происходит абстрагирование от второстепенных деталей, но сохраняются все элементы конструкции.
Станок-качалка (привод скважинного штангового насоса) используется как пример для демонстрации перехода между типами изображений.
3D-модель} \rightarrow \text{условно-конструктивное} \rightarrow \text{кинематическая схема

13. Классификация кинематических пар: признаки и виды

Основными признаками классификации кинематических пар являются подвижность, вид замыкания и конструктивное исполнение.
По подвижности различают высшие (одна степень свободы) и низшие (две степени свободы) кинематические пары.
По виду замыкания пары делятся на геометрические (замыкание поверхностями) и силовые (замыкание силами взаимодействия).
По конструктивному исполнению различают сопряжения (непосредственный контакт поверхностей) и кинематические соединения.
Всего существует 5 классов кинематических пар, которые будут рассмотрены в дальнейшем.

Важно / на экзамене: Классификация кинематических пар по признакам (подвижность, замыкание) является ключевым материалом для экзамена.

14. Степени свободы и условия связи: основы классификации

Абсолютно твердое тело в свободном пространстве обладает шестью степенями свободы ($h=6$): тремя поступательными (координаты $x, y, z$) и тремя вращательными (углы $ heta_x, heta_y, heta_z$).
Количество условий связи ($S$) — это число ограничений, налагаемых кинематической парой на относительное движение звеньев; для свободного тела $S=0$.
Класс кинематической пары определяется количеством условий связи ($S$), которое варьируется от 1 до 5 (максимум 5, так как при $S=6$ тело становится неподвижным, а при $S=0$ — это два свободных тела).
Подвижность кинематической пары ($h_{kp}$) связана с числом связей обратной зависимостью: $h_{kp} = 6 - S$, что позволяет классифицировать пары как одно-, двух-, трех- и т.д. подвижные.
Первые два признака классификации (число связей и подвижность) математически взаимосвязаны, так как сумма условий связи и степеней свободы в паре всегда равна 6.

Важно / на экзамене: Материал важен для понимания классификации кинематических пар, которая будет использоваться в дальнейшем при анализе механизмов.

Важно / на экзамене: Формула $h_{kp} = 6 - S$ является фундаментальной для расчета подвижности любых соединений.

Степени свободы свободного тела

$$h = 6$$

$h$: число степеней свободы
$x, y, z$: линейные координаты (поступательные движения)
$\theta_x, \theta_y, \theta_z$: угловые координаты (вращательные движения)

Связь между условиями связи и подвижностью

$$h_{kp} = 6 - S$$

$h_{kp}$: подвижность кинематической пары
$S$: количество условий связи

15. Геометрический признак и виды замыкания

Геометрический признак классификации основан на элементе контакта: точке или линии — высшая пара; поверхности — низшая пара.
Высшие кинематические пары (например, зубчатые колеса, кулачковые механизмы с роликами) имеют контакт по точке или линии и характеризуются геометрическим замыканием за счет формы профиля.
Низшие кинематические пары (например, шарниры, цилиндрические соединения) имеют контакт по поверхности и также часто используют геометрическое замыкание.
Силовое замыкание реализуется за счет дополнительных сил (вес звена, пружины), необходимых для поддержания контакта в высших парах при высоких динамических нагрузках.
Примеры: зубчатая передача — высшая пара с геометрическим замыканием; кулачковый механизм с роликом и пружиной — высшая пара с силовым замыканием.

Важно / на экзамене: Важно различать геометрическое и силовое замыкание при анализе надежности механизмов.

Важно / на экзамене: Понимание разницы между высшими и низшими парами критично для выбора типа соединения в конструкции.

Условие существования кинематической пары

$$S \in [1, 5]$$

$S$: число условий связи
$[1, 5]$: диапазон значений от 1 до 5

Схема кинематических пар: геометрическое и силовое замыкание с примерами (зубчатые колеса, кулачковый механизм, пружинный контакт)

16. Конструктивное исполнение и примеры классификации

Кинематические пары делятся на сопряжения (непосредственный контакт звеньев) и соединения (с промежуточными телами).
Для плоскости и шара: одна связь ($S=1$), пять степеней свободы ($h=5$), класс 1, подвижность 5.
Замыкание в примере с шаром — силовое (за счет веса шара), контакт — точечный (высшая пара).
Передаваемые усилия возможны только вдоль направлений связей; усилие против связи разрывает пару.
Условные обозначения кинематических пар стандартизированы (ГОСТ) и учитывают тип контакта, вид замыкания и передаваемые усилия.

Важно / на экзамене: Пример с шаром и плоскостью иллюстрирует принцип работы высшей кинематической пары с силовым замыканием.

Важно / на экзамене: Важно помнить, что усилие можно передавать только в направлениях, где есть связь.

Параметры кинематической пары «плоскость-шар»

$$\begin{aligned} S &= 1 \\ h &= 5 \end{aligned}$$

$S$: число условий связи
$h$: подвижность пары

17. Классификация кинематических пар: переход от высших к низшим

Кинематическая пара (КП) классифицируется по числу связей (классу), подвижности и типу замыкания.
Высшие пары имеют контакт по точке или линии (элемент — точка/линия), низшие — по поверхности (элемент — поверхность).
Замыкание пары может быть силовым (под действием веса) или геометрическим (кинематическим, обеспечивающим устойчивость без внешних сил).
Передаваемые усилия зависят от класса пары: в высших парах передаются силы вдоль нормали к поверхности контакта и моменты относительно осей, перпендикулярных этой поверхности.
Примеры эволюции КП: от 5-й подвижности (шар-плоскость) через 4-ю (цилиндр-плоскость) к 3-й (параллелепипед-плоскость), где количество ограничений возрастает.

18. Низшие пары: сферическая, цилиндрическая и поступательная

Сферическая пара (низшая, 3-го класса) допускает только вращательные движения вокруг трех взаимно перпендикулярных осей.
Цилиндрическая пара (низшая, 4-го класса) допускает одно поступательное и одно вращательное движение вдоль общей оси.
Сферическая пара с пальцем (4-го класса) ограничивает вращение вокруг одной оси за счет контакта штифта с пазом, снижая подвижность до двух степеней свободы.
Вращательная пара (низшая, 5-го класса) допускает только одно вращательное движение; реализуется путем ограничения поступательного движения буртами или болтовым соединением.
Поступательная пара (низшая, 5-го класса) допускает только одно поступательное движение; реализуется при ограничении вращения плоскими гранями.

Важно / на экзамене: Материал важен для экзамена: классификация пар по ГОСТ и их условные обозначения.

Важно / на экзамене: Важно запомнить разницу между вращательной (шарнир) и поступательной парой, а также способы их конструктивного исполнения.

19. Анализ механизма: подсчет звеньев и кинематических пар

Количество звеньев механизма включает как подвижные, так и неподвижное (стойку) звено.
В рассматриваемом примере механизм состоит из 4 звеньев: 3 подвижных и 1 стойки.
Кинематические пары в механизме определяются по характеру контакта: вращательные (шарниры) и поступательные (направляющие).
Условное изображение вращательной пары зависит от ориентации оси шарнира относительно плоскости чертежа.
Конструктивные варианты реализации одной и той же КП (например, с буртами по краям или центральным отверстием) не меняют её кинематические свойства.

20. Классификация кинематических пар и их условные изображения

Кинематические пары классифицируются по виду относительного движения: вращательная, поступательная и винтовая (класс пятого класса).
Для анализа кинематики и динамики важно только вид относительного движения, а не конструктивное исполнение сопряжения (например, шпоночное соединение или шлицевое не влияют на класс пары).
Винтовая пара относится к пятому классу, так как одно движение (вращение) является производным от другого (поступательное), что ограничивает подвижность до одной степени свободы.
Условные изображения низших пар различаются тем, какое звено является направляющим (охватывающим): второе звено охватывает первое или наоборот.
Кинематическая пара — это подвижное соединение двух звеньев с контактом между ними и возможностью передачи усилия.

Важно / на экзамене: Материал важен для понимания классификации пар, которая будет использоваться в дальнейшем анализе механизмов.

Важно / на экзамене: Важно различать понятия «сопряжение» (прямой контакт) и «кинематическое соединение» (разделенные телами качения).

21. Сравнительный анализ высших и низших кинематических пар

Низшие пары имеют контакт по поверхности (точка или линия для высших), что приводит к большему удельному давлению и более быстрому износу в точках контакта.
Высшие пары (контакт в точке или линии) изнашиваются быстрее из-за концентрации усилий, но позволяют реализовать более разнообразное движение звеньев.
Низшие пары предпочтительны для передачи больших усилий и работы при высоких нагрузках благодаря меньшему износу поверхностей контакта.
Высшие пары широко применяются в цепях управления (например, кулачковые механизмы) там, где передаваемое усилие невелико, что позволяет упростить конструкцию механизма.
Для образования низших пар используется ограниченный набор поверхностей (плоские, цилиндрические, сферические), тогда как высшие пары допускают любые криволинейные поверхности.

Важно / на экзамене: Важно понимать компромисс между износостойкостью (низшие пары) и конструктивной простотой/разнообразием движения (высшие пары).

22. Сопряжения против кинематических соединений: подшипники качения

В высокоскоростных и высокоточных механизмах сопряжения заменяются кинематическими соединениями для снижения износа и повышения КПД.
Подшипник качения реализует вращательную пару без прямого контакта между основными звеньями, используя тела качения (шарики или ролики).
Коэффициент трения качения на порядок меньше коэффициента трения скольжения, что значительно снижает потери энергии и износ.
Направляющие качения заменяют направляющие скольжения в поступательных парах, обеспечивая движение с меньшим сопротивлением.
Винтовые пары качения заменяют винтовые пары скольжения, используя тела качения между винтом и гайкой.

Важно / на экзамене: Ключевой вывод: на уровне кинематической схемы мы всегда используем условные изображения пар независимо от того, сопряжение это или соединение с телами качения.

Схема цилиндрической кинематической пары с двумя подвижными звеньями (цилиндр и отверстие) и схематическое изображение сопряжения.

23. Структурный анализ приводов и итоговая классификация

При подсчете кинематических пар в механизме важно учитывать, что неподвижные детали образуют единое звено — стойку.
Любая пара сопряжения может быть заменена системой тел качения и дополнительных пар (например, двумя телами качения заменяют одну пару на три вращательные).
Итоговая классификация кинематических пар включает 5 классов по количеству связей, деление на высшие/низшие по виду контакта и сопряжение/соединение по конструкции.
Электронные вычислительные машины не являются машинами в строгом механическом смысле, так как не совершают механических движений и не преобразуют механическую энергию.
Задачи расчета роботов (степени свободы, прямая кинематика) требуют применения теории механизмов для определения количества моторов и геометрии.

Важно / на экзамене: Важно помнить: на уровне структурной схемы мы всегда используем стандартные условные изображения пар, не вдаваясь в детали конструктивного исполнения (сопряжение или соединение).

Полная транскрипция лекции с таймкодами (309 фрагментов)

Это учебник одного из ведущих технических вузов нашей страны МГТУ Минибаумана. 2009 здесь год указан. Есть и более свежие, конечно, издания. Они тоже периодически переиздаются. Еще и современных можно порекомендовать. Допустим, автор Тимофеев. Это заведующий кафедрой теории механизмов и машин в том же МГТУ Минибаумана.

Ну, 19-й год указан, на самом деле, тоже более свежие издания имеются. У меня тут иногда с клавиатурой проблемки возникают, поэтому иду где-то на минутку подвисать. Пока какие-то вопросы есть, может, с микрофоном там разобрался или еще в чате можно задать. Вот у меня тут чуть-чуть подвисло, сейчас разберусь. Презентация немножко вылетела. Понимаю, что у вас там все на один экран выводится, но, тем не менее, просьба как-то все равно подключаться всем хотя бы с телефонов.

Если какие-то вопросы возникают, чтобы оперативно я на них мог отвечать. Без обратной связи, но это, конечно, совсем не дело. У меня тут проблемка возникла техническая. Не отключайтесь, я сейчас буквально минутку перезагружусь, полтора, и вернусь. Не теряйте меня.

Когалым, чьи головокружительные перспективы теперь вырисовываются через небоскребы в стиле хай-тек, стремительно растет. В 2007 году сдан первый 16-этажный жилой дом, ставший символом инновационного подхода к градостроительству в Западной Сибири. Каждый Новый год в развитии Когалыма знаменует собой достижение значимых рубежей в различных... Начало второго десятилетия 21 века Когалым отмечает... Так, я снова здесь, меня слышно?

Хорошо, тогда я включаю запись для того, чтобы сохранилась эта декция и могли с ней потом поработать. Итак, развитие современного общества, но неразрывно связано с созданием различных технических устройств, которые бы облегчали, либо заменяли полностью труд человека, повышали его производительность, качество. К таким техническим устройствам относятся...

Машины, механизмы, аппараты, различные приборы. Аппараты и приборы изучаются в специальных курсах в зависимости от направления подготовки специалистов. Как следует из названия нашей дисциплины, у нас изучаются именно машины и механизмы. Для начала хотелось бы небольшую историческую справку привести о теории механизмов и машин, как о науке.

Поскольку она прошла уже достаточно продолжительный путь от самых разросленных наблюдений до уже самостоятельной научной дисциплины на сегодняшний день. Так, зарождение идеи, можно сказать, началось еще в эпоху Возрождения, когда Леонардо да Винчи систематизировал и зарисовал десятки типов различных механизмов. Это были уже и шарнирные, и кулачковые, и зубчатые.

Позже Фрэнсис Бэкон в своем трактате о достоинстве и преумножении наук включил в теорию машин список желаемых наук, то есть тех, которые еще предстоит создать, но в которых уже есть потребность. Ну или в XVIII веке Лейпольд в труде театра машин продолжил идею Де Винчи и выделил отдельные механизмы, при этом он особое внимание выделял зубчатым зацеплениям и редукторам.

Следующий период – это период эмпирического машиностроения, то есть до начала XIX века. Это время активного изобретения простых машин и механизмов, различных подъемников, мельниц, комедрабилов, ткацких катарных станков, паровых машин. Одновременно закладывались и теоретические основы новой науки. То есть формировалась теорема об изменении генетической энергии, механической работы.

золотое правило механики, законы трения, понятия передаточного отношения, основы геометрической теории циклоидального и эволюментного зацепления. В этот период работали такие ученые, как Ползунов, Джеймс Латт, Эйлер и так далее. Следующий этап – это уже этап начала формирования науки, первая половина XIX века.

Потребность в научном подходе к проектированию машин резко возросла в ходе промышленной революции. В этот период разрабатывается кинематическая геометрия механизмов. Это Савария, Шаль, Оливье. Формируется кинедостатика, собственно, Кориолис. Решается задача расчета маховика в панселле.

Гаспар Монш предложил в это время классификацию механизмов по функции преобразования движения и стал первым преподавателем теории механизмов. В это время издаются первые научные монографии по механике машин. Это Вилли, Бараньи. Читаются первые курсы, лекции, издаются учебники. Следующий период — это период фундаментального развития. Вторая половина XIX — начало XX века.

Этот этап характерен рядом ключевых открытий. Во-первых, отечественный ученый Чебышев заложил основы структурной теории, разработал теорию шарнированных механизмов и метрический синтез. Вышнеградский создал теорию автоматического регулирования машин. АСУР разработал структурную классификацию полских рычажных механизмов. Группа СУРа мы с вами будем изучать.

Жуковский исследовал динамику машин и прочность резьбовых соединений. Допустим, Кирпичев создал графические методы исследования статики, кинематики механизмов. Петров заложил основу гидродинамической теории Смански. Ну и, наконец, Риол ввел ключевые понятия, которые мы тоже с вами уже с первых лекций будем изучать, такие как кинематическая пара, кинематическая цепь, кинематическая схема механизма.

Можно сказать, что его труд, теоретическая кинематика, он стал фундаментальным для формирования нашей дисциплины. Ну и, наконец, современный этап, это с начала 20 века исчисляется.

То есть теория механизмов и машин, она продолжает интенсивно развиваться в этот период, как в России, так и за рубежом. В частности, в советский период значительный вклад внес Артабалевский классический учебник, которого я вам рекомендовал. Он создал современную теорию синтеза механизмов и написал классический учебник. В частности, он же...

В свое время, по-моему, 1969 год был, он инициировал создание вообще Международной Федерации по теории машин и механизмов. Ну а современные тенденции, они связаны с применением различных компьютерных технологий для анализа и синтеза механизмов, изучением динамики сложных систем, разработкой новых методов проектирования.

То есть таким образом можно сказать, что история теории механизмов и машин – это история перехода от разросленных инженерных решений к некому уже систематическому научному подходу, который позволяет создавать все более сложные и более эффективные машины.

В самом общем случае можно сказать, что ТММ, теория механизмов и машин, это наука, в которой изучаются общие методы исследования свойств механизмов и машин и их проектирования. То есть ключевые слова исследования и проектирования механизмов и машин.

Отсюда можно выделить две группы задач из определения. Первая группа задач — это исследование свойств уже существующих механизмов и машин, так называемая задача анализа механизмов и машин. И вторая группа задач — это проектирование механизмов и машин с заданными свойствами. Еще называют это синтез механизмов и машин.

Как учебная дисциплина теории механизмов и машин базируется на тех знаниях, которые студенты получают при изучении предшествующих дисциплин. Это, конечно, и математика, в частности, дифференциальные интегральные исчисления нас интересуют, элементы векторной алгебры. Это, конечно же, и физика, ну, понятно, я думаю, что раздел механики. Ну и, конечно, базу для нашей дисциплины создает теоретическая механика.

Если говорить о теоретической механике, которую вы уже должны были пройти, там вы проходили несколько основных разделов. Плохо без обратной связи, я всегда предпочитаю со студентами общаться, видеть, что меня понимают, слышат, ну и, собственно, какое-то свое впечатление тоже о группах, что складывалось.

Если вспомнить теоретическую механику, то там вы изучали три основных раздела. Это статика, кинематика и динамика. Поскольку это база для изучения теории механизмов и машин, то мы тоже уделяем три раздела. Но, в отличие от теоретической механики, как считаете, какой раздел не подходит к нашей дисциплине? Можно в чате написать, кто подключен.

Длительная тишина, я не буду на записи тогда долго же. Статика, конечно, не подходит. Почему? Потому что, я думаю, должно быть понятно, что хотя бы интуитивно, что работа механизма или машины обязательно связана с какими-то механическими движениями. То есть статика не подходит. Соответственно, раздел статики у нас заменяется другим разделом. Называется структура механизмов и машин. То есть в этом разделе, и вообще с изучением этого раздела мы с вами начинаем.

Это мы изучаем теорию строения, такую самую общую теорию строения механизмов и машин. Ну а все остальные разделы теоретической механики, конечно, нам подходят. Мы видим, что будет у нас и кинематика механизмов и машин, будет у нас и динамика механизмов и машин. Причем в каждом разделе, я подчеркну,

выделяют группы задач анализа и синтеза. То есть различают структурный анализ и синтез, кинематический анализ и синтез и динамический анализ и синтез. То есть разница в подходе, с какой точки зрения мы анализируем, изучаем, либо наоборот пытаемся проектировать новый механизм или машину. Из названия дисциплины, я думаю, очевидно, что основными понятиями у нас являются понятия механизма и машины. Начнем именно с машины.

Вообще, самим словом машина все, в принципе, с детства знакомы. И, как правило, оно ассоциируется с автомобилем, с каким-то транспортным средством. Значит, на самом деле мир машин, он значительно более разнообразен и обширен. Поэтому я приведу такое самое общее определение машины, в соответствии с которым под машиной понимается.

Техническое устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации в целью замены или облегчения физического или умственного труда человека, повышения его качества и производительности. Что принципиально важным является для понятия машины, я выделил, во-первых, красным. Обязательно выполняются механические движения в любой машине.

А для чего? Чтобы преобразовывать энергию, материал, либо информацию. С какой целью мы с этого и начали? Чтобы облегчить наш труд или полностью заменить его качество и производительность. Под материалами здесь энергия, думаю, понятно, что это такое информация. Под материалами мы понимаем обрабатываемые предметы, перемещаемые грузы и какие-либо другие объекты труда.

Что еще принципиально важно для понятия «я» машины, это то, что машина обязательно выполняет полезную механическую работу. Существует такая условная, обобщенная классификация машин на несколько классов по выполняемым функциям. Ну и, собственно, эта классификация соответствует определению машины. В зависимости от того.

для преобразования чего машина предназначена, то есть от ее функции, выделяют следующие классы. То есть в первую очередь машина может преобразовать энергию. Для этого служат так называемые энергетические машины. Энергетические машины предназначены для преобразования энергии. При этом в этом классе энергетических машин выделяют два подкласса. Первый подкласс – это машина-двигатель.

То есть она осуществляет преобразование энергии какого-либо вида в механическую энергию. В качестве примеров здесь опять же различные двигатели. В зависимости от того, какая энергия преобразуется в механическую. Например, электрические двигатели. Преобразуется электрическая энергия в механическую. Гидравлические или пневматические двигатели.

преобразование соответственно гидравлической или пневматической энергии в механическую ну и наконец-то тепловые двигатели второй подкласс энергетических машин называют машины-генераторы здесь уже происходит обратное преобразование механическая энергия преобразуется в какой-либо другой вид энергии

Примеры аналогичны, в зависимости от того, механическая энергия в какую преобразуется. Можно привести примеры, как электрогенераторы, гидромассосы, компрессоры и так далее. Это все машиногенераторы. Далее, это первый класс машины, энергетические машины. Далее, если вернуться к определению машины, на втором месте у нас стоит возможно преобразование материалов.

Вот это как раз второй класс машин. Называют его рабочими машинами. То есть рабочие машины, они предназначены для преобразования материалов. Ну и также как в классе энергетических машин, рабочие машины подразделяют тоже на два подкласса. Первый подкласс, это, пожалуй, наиболее обширный вид машин, так называемые технологические машины. То есть они преобразуют форму, свойства и состояние материала или объекта.

Примеры можно привести различные. В качестве примеров металлодеревообрабатывающие станки. Каким образом они преобразуют материал. Есть некоторая заготовка, с которой станки, посредством инструмента, снимают часть материала, получая деталь требованной формы.

Современная классификация формообразования – это так называемое субтративное формообразование. Ну или еще пример, допустим, металлургические машины, прессы, молоты. Здесь тоже есть некоторая заготовка, которая нагревается, и за счет воздействия на нее инструмента преобразуется ее форма, но при этом в отличие от субтративного производства металлообрабатывающих станков.

Здесь не снимается лишний материал для изменения формы. Это один из примеров формативного производства. Есть еще современная технология адъективного производства. Это 3D-печать. Но это не является предметом изучения нашей дисциплины. Пример ближе к вашей специализации. Это различные буровые станки, горные машины и так далее. Все это относится к технологическим машинам.

Итак, первый подкласс рабочих машин – это технологические машины. Второй подкласс, относящийся к рабочим машинам, – это так называемые транспортные машины, обычно с которыми понятие самой машины и ассоциируется. Такая транспортная машина. Здесь преобразование материала заключается лишь в изменении положения его в пространстве. Примеров массу можно привести.

Автомобиль, транспортные средства вспоминали, вот такие менее явные. Допустим, это конвейеры, транспортеры различные, лифты, подъемные краны. То есть это все транспортные машины. Далее, если вернуться опять же к определению машины, преобразование может осуществляться с помощью машины еще и информации. Логично предположить, что такие машины называются информационные машины.

Машины, служащие для получения и преобразования информации. Информационные машины также подразделяют на два подкласса. Первый – это контрольно-управляющие машины. Они получают и преобразуют информацию для управления какой-то другой энергетической либо рабочей машиной. Это различные системы автоматического контроля и регулирования рабочих процессов.

Ну и наконец, к информационным машинам также относят и так называемые математические машины. Они преобразуют информацию с целью получения некоторых математических образов, которые соответствуют свойствам объекта. Это различные счетно-решающие машины, исторические, такая старинная машина, механическая счетная машина, чуть посовременнее электромеханический, рифмометр.

Ну и так далее. То есть преобразование информации в цели получения некоторых математических образов. Казалось бы, из-за определения машины они преобразуют энергию, материалу и информацию. У нас, собственно, классы машин должны закончиться. Но, тем не менее, в середине 20 века зародился еще один класс машин и активно развивается в настоящее время. Это кибернетические машины.

Кибернетические машины имитируют или заменяют человека в процессах деятельности, которые присущи только ему, на человеку, ну, либо другим объектам живой природы. И при этом кибернетические машины обладают элементами искусственного интеллекта. В качестве примеров можно привести, ну, например, промышленные роботы, различные манипуляторы, машины-автоматы.

которые способны еще самоподстраиваться под изменяющийся технологический процесс, различные изменения, которые заранее невозможно предусмотреть. Ну или если хотим заменить объект какой-то живой природы, или даже не человека целиком, а лишь его орган, вот пример это искусственное сердце. То есть с одной стороны искусственное сердце, оно по сути что делает? Преобразует механические движения в...

гидравлическую энергию потока жидкости то есть казалось бы такая машина это энергетическая машина преобразует механическую энергию в гидравлическую энергию какой подкласс энергетической машины у нас есть машина двигателя

Машиногенератор, конечно, по сути, как насос работает. Но заменяем мы этой машиной объект живой природы, орган человека. И при этом, естественно, без элементов искусственного интеллекта, оно, наверное, далеко не уйти на таком искусственном секторе. Так, еще небольшое отступление. Давайте на следующий раз, может даже со следующей парой, вы все-таки...

понимаю там экран у вас все подключено, но вы сами с телефонов тоже подключаетесь, чтобы как-то там оперативно реагировали мне, что там в чате писали на вопрос, отвечали, я видел, что я не в экран пустой вещаю. Это важно. Так, ну вот я сразу, когда вот эту классификацию приводил на 4 класса, да, энергетические, рабочие, информационные и кибернетические машины, я сказал сразу, что это достаточно условная классификация.

Условно и почему. Дело в том, что в настоящее время мы в основном имеем дело не с отдельными видами этих машин, а с такими достаточно развитыми техническими устройствами, которые в своем составе содержат машины различных видов. Все такие развитые технические устройства их называют машинными агрегатами.

Машинный агрегат это техническая система, которая состоит из нескольких машин различных классов. Все они естественно соединены между собой каким-то образом, последовательно или параллельно. Ну и предназначены для выполнения совместно каких-либо требуемых функций. В простейшем случае покажем структурную схему машинного агрегата. Ну во-первых естественно есть источник движения механического двигателя.

Механическая энергия двигателя через передаточный механизм, их может быть несколько, а может и не быть вообще, передается потребителю от механической энергии какой-то другой рабочей либо энергетической машине. В настоящее время также часто в состав машинного агрегата включают так называемую контрольно-управляющую машину, которая следит за выполнением какого-то технологического процесса и при необходимости вводит определенные коррективы в работу.

либо двигателя, либо передачного механизма, либо самой рабочей энергетической машины. То есть еще проще, повторюсь, поток механической энергии начинается в источнике механической энергии, то есть двигателя. Далее через передачный механизм направляется потребитель механической энергии, рабочая, либо энергетическая машина. Значит, то здесь мы уже пришли к...

Понятие механизма. Для начала поясню назначение передаточного механизма. Передаточный механизм в машинном агрегате необходим для того, чтобы можно было согласовать механические характеристики двигателя с механическими характеристиками рабочей либо энергетической машины. Простой пример приведу для понимания назначения передаточного механизма.

Допустим, источник движения это электродвигатель. Пусть будет трехфазный асинхронный электродвигатель. Как правило, в настоящее время электродвигатель высокооборотистый не выполняет. Он дешевле, компактнее. Высокооборотистый электродвигатель. Но при этом в составе машинного агрегата, допустим, на входном балу рабочей машины нам необходимо получить...

Частоту вращения значительно меньшую, чем частота вращения ротора электродвигателя. В таком случае нам понадобится передаточный механизм. Он будет понижать частоту вращения до требуемого уровня. Это может быть в простейшем случае временная передача, цепная передача. Более сложная это зубчатый механизм, какой-то редуктор. Все эти механизмы относятся к передаточным.

Согласуют механические характеристики. Ну и раз уж мы заговорили о передаточном механизме, то надо привести уже, пожалуй, определение механизма как такового. Причем вот механизмы, они лежат в основе вообще всех машин, всех машинных агрегатов, многих даже приборов и аппаратов, ну естественно, построенных на механическом принципе действия. Итак, механизм. Под механизмом понимают систему взаимосвязанных тел.

которая предназначена для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое движение других тел. В самом общем, на смысле определения механизма. Поначалу может показаться не совсем понятным, даже немного запутанным определением, но я думаю, к концу этой лекции мы уже с этим разберемся. Через еще одну пару там уже окончательно все будет понятно.

В отличие от машины, что принципиально важно для механизма, механизм не совершает полезной работы. Очевидно, из самого определения механизма, для чего он предназначен, назначение его это всего лишь воспроизведение заданного закона движения, передача или преобразования движения. Но преобразование движения неизбежно сопровождается еще и преобразованием силы и моментов сил.

Давайте потихоньку разбираться. Смотрим. Механизм это система взаимосвязанных тел. Что за тела? Надо разобраться. В современных механизмах применяются различные тела, которые условно на эти виды можно отнести. Это упругие тела, гибкие тела, жидкие, газообразные. Ну и условно абсолютно твердые или жесткие тела. Давайте по примерам пробежимся вот таких различных тел.

Во-первых, упругие тела было сказано. К упругим телам относятся элементы механизмов и машин, упругая деформация которых вносит существенные изменения в работу механизма. Конечно, наиболее распространенные это виды различных пружин. Ну и мембраны также не так часто, как пружины, но тоже встречаются в механизмах и машинах. Сопротивление материалов, кстати, у вас это уже пройдено.

Можно и об этом тоже немножко будет нам говорить. В частности, о пружинах. В зависимости от воспринимаемой нагрузки, различают пружины сжатия, различные конструкции. Далее, пружины растяжения, также различные конструкции. Пружины кручения, ну и, наконец, пружины изгиба. Все виды деформации вы изучали.

Далее было сказано, что помимо упругих тел применяют в современных машинах и механизмах еще называемые гибкие тела. Они обычно применяются в тех случаях, когда необходимо на достаточно большое расстояние передать механическую энергию с одной оси обычной пространства на другую. Примеры это, допустим, ременные передачи. То есть сам ремень, который наделен на шкивы, является гибким телом.

Тоже самых различных профилей. В настоящее время эти ремни применяют плоские, клиновые, поликлиновые, зубчатые и так далее. Ну и примером гибких тел еще является цепная передача. Здесь цепь является гибким телом. Также это различные нити, канаты, шарики и так далее. Все это к гибким телам относят. Далее отмечалось, что в машинных механизмах применяют также жидкие газообразные тела.

К ним относятся масло, воду, газ, воздух и различные другие вещества. Принципиальная разница в гидравлических механизмах. Рабочая среда является жидкостью. Как правило, это масло. В пневматических механизмах рабочая среда это какой-то газ сжатый. Чаще это воздух сжатый. И, наконец, последнее было отмечено, что в механизмах некоторые тела,

можно считать абсолютно твердыми или жесткими телами. После изучения дисциплины сопротивления материалов вы должны понимать, что в природе таких тел в принципе не существует. Все тела недеформируемы. Но с позиции задач теории механизмов и машин, то есть исследования кинематики, динамики, то есть если...

Примещение точек тел, которые возникают от упругих деформаций, они значительно меньше по сравнению с примещениями своих тел, то мы можем считать, что тела абсолютно твердые и абсолютно жесткие. Нет никакого смысла усложнять задачу решения кинематики или динамики, учитывая упругие деформации, которые могут составлять, допустим,

десятый сотый доли миллиметров, а само тело при этом перемещается на несколько метров в пространстве. Почему это учитывать? Совершенно ни к чему. И вот классическое изучение дисциплины теории механизмов и машин, оно как раз начинается с того, что исследуются именно такие механизмы, все тела, в составе которых можно считать абсолютно твердыми или жесткими.

Вот тут небольшие примерочки в анимации. Допустим, рычажно-храповый механизм. Все тела можно считать абсолютно твердыми. Пространственный кулачковый механизм или зубчатый механизм. Все тела здесь можно считать абсолютно твердыми. Постепенно разбираемся. Виды тел мы рассмотрели, которые в состав механизма могут входить. При этом говорим, что дальше мы изучаем.

Именно механизмы и машины, содержащие только тела, которые можно считать абсолютно твердыми, абсолютно жесткими. Дальше разбираемся в терминологии. Любое техническое устройство, будь то механизм, машина, аппарат, что угодно, чего-то собирается, чего-то состоит. Здесь в качестве примера разрез идет у нас машинного агрегата двигателя внутреннего сгорания.

что является элементарной составляющей любого технического устройства. Как это называется? С чего все собрано, сделано? С чего? Конечно, из отдельных деталей. По деталю понимается изделие, которое изготавливается без сборочных операций и не может быть разобрано без разрушения.

То есть это зубчатые колеса, валы, различные винты, гайки, штифты, шпонки и так далее, и так далее. То есть все, что как отдельное изделие изготовили, и при этом ни с чем больше местными связями не связывали, не собирали. Это деталь. Ну вот опять же с позиции задач нашей дисциплины.

то есть с точки зрения кинематики, динамики, ну и даже и теории строения, нам по большому счету не так уж и важно знать, какое количество каких деталей входит в состав исследуемого механизма, ну или проектированного механизма или машины. Детали вы в дальнейшем будете еще в одном курсе изучать детали машин, она у вас называется.

Там уже прям до каждой детали будете доходить. Нас же больше интересует информация о совокупностях вот этих деталей, которые при работе механизма или машины совершают движение как одно целое. Поэтому мы в дальнейшем с вами будем работать с понятием звена механизма или машины. То есть звено это совокупность деталей, которые совершают движение как одно целое.

участвуют в заданном преобразовании движения. В качестве примера V-образная анимация, это может быть и насос, и компрессор, а может и двигатель внутреннего сгорания из конструкции непонятно. Так упрочено показана часть какого-то машинного агрегата. Ну вот это звено, как называется. Я всегда подключался, там смелее говорите. Я всегда начинаю изучение. Да-да, говорите, не сняйтесь.

Изучение основных понятий. Можно сказать, у нас, в принципе, никакой не работает, поэтому я сейчас с взвучниками общаюсь с вами. В общем-то, аудитория мне говорит шатун. Я честно вам скажу, признаюсь, я не знаю, что это за палка. Шатун, шатун, говорят, все правильно. Властенство, аудитория. Итак, звено шатун, но это не отдельная деталь.

Шатун состоит еще из чего-то. Но как звено, это все одно название имеет. Это шатун. То есть звено может состоять как из одной, так и из нескольких деталей, но при этом не имеющие между собой относительного движения. То есть основной признак звена заключается в том, что расстояние между любыми двумя точками звена всегда остается неизменным.

Так, ну и вот я тоже начинал говорить о том, что основные понятия теории механизмов машин удобно рассматривать на примере простейшей конструкции торшневого двигателя внутреннего сгорания, поскольку его принцип работы и устройства на самом общем уровне рассматривают еще все физики в школе. То есть это понятный пример. Ну а потом мы уже там какие-то другие будем уходить вещи.

Опять же, возвращаясь к этому шатуну, что он собой представляет? Во-первых, есть у нас стержень, тело шатуна. На стержне у нас верхняя головка, нижняя головка. То есть это все одна деталь. Но при этом еще у нас запрестовывается верхнюю головку. Втулка поршневого пальца это другая деталь. Еще устанавливаются вкладыши между нижней головкой и крышкой.

Собственно, набор прокладок есть. С помощью болтов и корончатых гаек у нас соединяется нижняя головка с крышкой. И затем контрится от самооткручивания, стопорится с помощью шплинтов.

Но при этом вся вот эта совокупность деталей, они все жестко связаны и при работе в составе механизма, или машинного агрегата, или машины, они все совершают движение как одно целое, поэтому мы называем это одним звеном шатун. При этом, ну что принципиально важно,

Несмотря на реальное конструктивное исполнение, насколько бы сложным звено не было, насколько много бы оно в целом составе деталей не содержало, мы с вами будем работать на преисследовании, на уровне их, для начала структурных, потом кинематических, затем динамических схем, то есть со схемами будем работать.

На схемах мы все эти нюансы конструктивные не будем показывать. Мы будем только отмечать то, что нам важно с точки зрения кинематики этого звена и его взаимодействия с другими звеньями. Что здесь важно? Во-первых, у этого штуна есть элемент А, с помощью которого он соединяется с другим звеном, с коленчатым валом. Есть у него еще элемент B.

с помощью которого он соединяется через поршневой палец с поршнем. С точки зрения кинематики, что здесь принципиально? Оба этих два элемента, А и Б, они расположены на одной прямой. Соответственно, на схеме мы будем показывать это звено упрощенно в виде отрезка прямой линии с двумя элементами А и Б, с помощью которых это звено соединяется с другими звеньями в составе.

Существует ГОСТ на условное обозначение, графическое условное обозначение элементов машин и механизмов, а также элементы их кинематики. Это ГОСТ 27768, но у вас не будет необходимости.

собственно, ГОСТ обращаться. То есть все условные обозначения, которые нам с вами понадобятся в рамках изучения этой дисциплины, я постепенно, последовательно буду на лекциях, на практиках вам приводить. Поэтому, думаю, и так и справимся. Кстати, сегодня тоже у нас, особенно, ну да, на второй паре, ряд условных обозначений из этого ГОСТа будем рассматривать. Итак.

Возвращаясь к определению механизма, можно уже его перефразировать. Что такое механизм? Механизм это система взаимосвязанных звеньев, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких звеньев в требуемое движение других звеньев. То есть все механизмы машины.

состоят из звеньев с точки зрения их исследования кинематики и динамики. Понятно, что для конкретного конструктивного исполнения, для реализации какие изделия в производстве, там еще декомпозиция пойдет у нас. Ну, это уже предмет изучения другой дисциплины деталей машины. Итак, мы с вами переходим к классификации звеньев.

Для начала, сразу говорю, что мы только основные признаки классификации рассматриваем, наиболее значимые. Во-первых, различают простые и сложные звенья. Я сразу приведу все варианты, что мы рассматривать будем, а потом подробно разберем. Далее, неподвижное, подвижное звенья, входное, выходное звено, промежуточное звено, ведущее звено и ведомое звено. С этими понятиями до конца лекции нам надо разобраться.

С точки зрения исследования механизма еще появляется начальное звено. Ну, давайте последовательно. Итак, простое сложное звено. В чем разница? Простое звено содержит не более двух элементов, с помощью которых оно может присоединяться к другим звеньям в составе механизма. Вот тот пример, что мы с вами рассматривали, шатуна. Как раз у нас пример простого звена. Здесь всего два элемента, с помощью которых мы можем связать его с другими звеньями.

Очевидно, что сложное звено будет содержать более двух элементов, с помощью которых оно присоединяется к другим звеньям. Раз уж мы на примере шатуна все начали, давайте еще вариант. Бывают тревожитно-шатунные механизмы с прицепным шатуном. На слайде показан основной шатун, который содержит элемент А.

с помощью которого он соединяется с коленчатым валом. Элемент B для соединения с поршневой палец. И есть еще элемент C, с помощью которого присоединяется к этому основному шатуну еще прицепной дополнительный шатун. Это из конструкции различных V-образных компрессоров, насосов. Встречаются такие конструкции.

При построении схемы это звено как можно показать? Во-первых, что здесь нам обязательно надо отразить на схеме? То, что есть три элемента, связывающих вот этот основной шатун с другими звеньями. При этом все вот эти три элемента А, В, С, они по сути лежат по вершинам треугольника. В виде треугольника мы можем это звено на схеме представить с элементами А, В, С.

И при этом обратите внимание, по вершинам треугольника, еще вот часть заштрихованная есть. Это на схемах указывает на жесткое соединение. Условно взяли один стержень, второй стержень, их между собой жестко соединили, допустим стержни стальные сварили.

Еще один стержень здесь тоже по вершинам проварили. Все, получили такой жесткий неизменный конфигурации треугольный контур с тремя элементами А, В, С. Еще примеры несколько сложных звеньев. Вот такое, допустим, это условно-конструктивное изображение сложного звена. Три элемента А, В, С содержат...

И варианты всегда, конечно, есть, поскольку мы работаем со схемами, то есть схематично по-разному можно одно и то же длино изобразить. Для начала будем разбираться, как схемы читаются, а потом еще в рамках лабораторной работы вы сами будете схемы строить по имеющимся модельным механизмам. Поэтому с этим надо разобраться. Ну, во-первых, как и в предыдущем случае, три элемента можно представить как лежащие по вершинам одного треугольника.

Обязательно показываем вот это жесткое соединение по вершинам АВС. Иногда на схемах можно встретить, если звено имеет какой-то жесткий замкнутый контур неизменной конфигурации, его могут даже вообще заштриховать, то есть не показывать по вершинам вот это жесткое соединение, а просто есть контур заштриховать. И все то же самое. Жесткий треугольный контур неизменной формы.

Если есть желание все-таки показать на схеме вот это звено условно, но при этом, чтобы ближе к его реальному конструктивному исполнению, да, похоже было, ну, можно вот так, допустим, в виде двух стержней, но между ними обязательно, опять же, показываем жесткую связь, да, что эти стержни жестко связаны между собой. Ну и три элемента А, Б, С.

В качестве примера три условных изображения одного и того же звена. Все они допускаются на схеме. Еще пример сложного звена. Что словно конструктивное его изображение. Три элемента также А, Б, С. Ну и как-то надо его представить на схеме. Все три элемента А, Б, С у нас расположены на одной прямой. Очевидно, что вот так надо показать. Можно так это звено показывать.

Жесткую сцепку как-то показать. Да, конечно, конечно. Иначе по схеме это неправильно будет трактоваться как два звена АВ, звено ВС, соединенные между собой, там где вот этот элемент В расположен. Конечно, такое условное изображение не допускается. Вот таким образом показывают АВС. И вот здесь вот это читается, что ВС у нас является продолжением АВ. Вот так можно показать.

так ладно это был первый признак классификации на простое сложная звена для того чтобы пояснить суть остальных признаков классификации я привел тут один примерчик еще опять же конструкция машинного агрегата двигателя внутреннего сгорания достаточно сложная естественно у него конструкция в своем составе машин агрегат различные виды механизмов содержит

Давайте пробегусь быстренько. В частности, здесь есть кулачковый механизм, вообще-то комбинированный, такой кулачковый рычажный механизм, приводоклапан, механизм газораспределения, допустим, зубчатая, передача простейшей, передача с внешним зацеплением привода стартера, допустим, еще одна зубчатая, но более сложная по нейтральному передачу есть, цепная передача.

Вот оно, механизм газораспределения, цепь это гибкое звено. Ременная передача привода, вентилятора, тоже механизм с гибким звеном, с ремнем. Но в основе все-таки принципа работы двигателя внутреннего сгорания лежит все-таки вот этот механизм, который называется рычажным или стержневым. В литературе его еще называют кривошипно-шатунным механизмом.

то есть какие он тут звенья содержит ну я все тут обозначил то есть первое у нас поршень который перемещается в направляющем вот этой камеры цилиндра сгорания очень два этаж соответственно шатун 3 это коленчатый вал в любом механизме таким машинном агрегате всегда можно выделить неподвижное звено которое еще называют стойкой

То есть по неподвижным звенам понимают все неподвижные или условно принимаемые за неподвижные детали механизма, которые образуют одну жесткую систему неизменной конфигурации. Сказано условно неподвижное или подвижное. Тоже поясню. Дело в том, что, допустим, в машинах-механизмах стационарного типа, которые неподвижные, жестко связаны с фундаментом,

с рамой со своей установленной фундаменте, допустим. То есть там все действительно неподвижные детали, они друг относительно друга не движутся, то есть они попадают под определение одного звена, поэтому его называют стойкой, неподвижным звеном. А если вот как в примере на слайде, мы, допустим, исследуем движение вот этого шипма с поршнем.

коленчатым валом относительно корпуса двигателя. Корпус двигателя, на самом деле, он вместе с транспортным средством может перемещаться, то есть являться системой подвижных.

Но поскольку мы изучаем законы движения поршня, шатуна, коленчатого вала относительно корпуса, то мы его мысленно условно фиксируем, условно принимаем за неподвижный, и относительно этого корпуса движения изучаем. То есть не обязательно только это неподвижное следо.

Условно, то звено, совокупность деталей, с которым мы связываем систему координат, относительно которой изучаем законы движения каких-то других звеньев. Это может быть и подвижное звено. Далее, к вопросу построения схем, механизмов, механизмов, лежащего в основе машинного агрегата построим.

Поршень, шатун, коленчатый вал. Во-первых, поршень у нас перемещается вдоль неподвижного корпуса на вот этой камере сгорания цилиндра. То есть она является по отношению к поршню стойкой, то есть неподвижным звеном. Неподвижное звено, вот рядом я начинаю схему строить, неподвижное звено на схеме мы обозначаем штриховкой по 2,45 градусов. Так, далее, что тут еще неподвижно для этого механизма?

Неподвижно вот ось вращения коленчатого вала. Он относительно неподвижной оси вращается, связанной с корпусом. Ну, условно неподвижная, связанная с корпусом двигателя. Значит, здесь мы тоже должны вести стойку. Все звенья в составе механизмов мы с вами будем обозначать латинскими...

Не, а латинскими буквами это так дальше. Пока арабскими цифрами будем обозначать все звенья. Причем стойку, как неподвижное звено, мы будем обозначать цифрой 0. 0. Это неподвижное звено. Два раза 0 я показал, потому что все неподвижные детали являются одним звеном, одной стойкой. Так, мы вот относительно вот этих неподвижных деталей, относительно стойки, мы изучаем законы движения подвижных звеньев.

Подвижное звено это подвижная деталь, или напоминаю, это может быть и совокупность деталей, образующих одну жесткую подвижную систему тел. К подвижному на что тут относится? Ну, во-первых, поршень, первый, звеном обозначен. Показали поршень, направляющий его движение вертикальное. И все подвижные звенья уже будем обозначать отличными от нуля цифрами. То есть это будет первое звено.

Дальше после поршня у нас пошел шатон. Показали шатон в виде отрезка прямой линии, как мы уже ранее говорили. Второе звено. Ну и далее коленчатый вал. В виде отрезка прямой линии показали это третье звено. Так, надо запомнить, иметь в виду, что в любом механизме всегда, говорил об этом еще раз повторяю, одно единственное неподвижное звено, ну и как минимум одно или несколько подвижных звеньев.

стойка всегда одна единственная и так вели еще мы понятия под не подвижного звена и подвижных звеньев дальше движемся в классификации звеньев значит в любом механизме самого понятия еще механизма когда мы вводили да мы говорили что назначение любого механизма преобразовывать движение одного или нескольких звеньев требуемое движение других звеньев

Отсюда следует, что в любом механизме должно быть звено, движение которому задается. Заданное движение будет преобразовываться в требуемое движение. Звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом, называется входным звеном. Если говорим об этом механизме, входным звеном какой является? Все звенья пронумерованы, можно либо в чате цифру написать.

либо у кого есть микрофон сказать входное. Третье получается звено? Нет, первое. Первое. Ну давайте вспоминать, как двигатель у нас вообще работает. Топливо подается, топливная смесь создается, ну давайте без деталей, понятно, что разного, а двух, а четырех, а так и так далее. Просто сам принцип работы.

Топливная смесь у нас есть в камере сгорания, подается искра. Топливная смесь у вас поменяется под действием расширяющихся газов. Они давят на поршень и приводят именно поршень в движение. Ему задается движение поступательное. То есть входное здесь первое звено.

Раз есть входное звено, есть, конечно, и выходное звено. То есть это именно то звено, которое совершает требуемое движение, для выполнения которого предназначен механизм. А выходное звено в этом механизме какое? Ну, тут уже без вариантов. Ну, да, третий получается. Третий, конечно, да. То есть для чего двигатель-то нужен? Ну, вот, чтобы получить вращательное движение на выходе из двигателя. Вот, выходное движение, вращение мы, как раз, вот здесь и получаем на голенчатом валу.

Назначение именно этого механизма, стержневого или рычажного, его еще называют, а конструктивная литература его называют кревышитно-шатунным. В данном случае это преобразование поступательного движения первого звена в вращательное движение третьего звена, ленчатого вала. В дальнейшем мы с вами другие названия будем использовать.

абстрагироваться от их функционального назначения, так и от конструктивного исполнения. Нас будет интересовать только вид движения в свинах. Об этом на последующих занятиях будем говорить. У нас механизм здесь не ограничивается только входным и выходным звеном. Есть еще и соединяющий их шатун. Это соединительное звено или промежуточное звено еще называют.

Опять же, возвращаясь к определению механизма, с учетом введенных этих определений, можно снова его перефразировать как механизм – это система взаимосвязанных звеньев, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких входных звеньев в требуемое движение выходных звеньев. Преобразование движения обязательно механизма.

Так, далее. Помимо входных-выходных промежуточных звеньев, еще выделяет механизм мне, во-первых, ведущее звено. Ведущее звено это то звено, для которого элементарная работа, приложенная к нему внешних сил и моментов сил, является положительной. Элементарная работа, приложенная к нему внешних сил и моментов сил, является положительной. Так, ваше предположение в этом механизме.

Опять же, тут куча механизмов. Мы конкретно обсуждаем основу превышенно шатунных механизмов. Здесь какое звено ведущее? Давайте я сразу еще ведомое приведу. Есть ведущее, есть ведомое. Ведомое все то же самое, что ведущее. То есть звено, для которого линкарная работа приложена к нему внешних сил и моментов сил, но является отрицательной или равна нулю. Вот о механизме. Ведущее какое?

мне кажется если в ведущие красным ну скорее всего первое значит нет я соответствую не проглядал был бы просто все слишком это как знаете детей какие-то ребусы я думаю поскольку на него же газ работает положительно передвигает его на второе? в общем же газ двигает какую-то работу ладно давайте не буду пытать тут на самом деле вопрос с подвохом

Если почвы были, мы бы быстрее все решили дистанционно, можем просто надолго затянуть. Во-первых, надо вспомнить, что значит элементарная работа силы положительной. То есть это когда у нас направление вектора силы совпадает с направлением вектора скорости точки приложения этой силы, либо эти два вектора составляют между собой острый угол.

Соответственно, отрицательно, если у нас противоположное направление вектора силы и вектора скорости точки приложения этой силы. Ну, либо тупой угол составляют. Так вот, подвох тут в чем заключается? Значит, давайте обсуждать. То есть, когда мы подали в камеру сгорания топлива, искра, у нас расширяющиеся газы давят на поршень. Вот это давление можно привести к сосредоточенной силе, как известно. То есть, она у нас направлена вниз.

и туда же движется поршень, то есть вектор скорости точки приложения, то есть силы, такое же направление имеет, как и вектор силы. Соответственно, первое звено является ведущим звеном. При этом коленчатый вал

Но он же у нас не сам по себе обычно вращается. Допустим, если это транспортное средство, то через какую-то трансмиссию у нас еще на ведущие колеса уходит связь. То есть, условно, к нему будет приложена некая пара сил, момент сил сопротивления, так называемый, или момент сил полезного сопротивления. При этом направление вращения...

Коленчатого вала и направление вот этого момента сил сопротивления полезного, они будут противоположны. Здесь ведомым звеном является коленчатый вал. Но это на фазе сгорания топлива. Когда у нас обратный ход совершает, вверх поднимается, поршень, у нас уже ведущим звеном становится коленчатый вал, а поршень будет уже ведомым звеном.

То есть, надо понимать, что ведущее и ведомое звено, они могут быть блуждающими. Ну, конечно, все-таки в подавляющем большинстве случаев в машинах и агрегатах одно звено является одновременно и ведущим звеном. Поэтому иногда в литературе еще даже можно встретить такое, что их просто как-то отождествляют. Входное, ведущее путают вот эти понятия. Хотя на самом деле физический смысл-то у них не один и тот же.

входное может быть и ведущим и ведомым, но оно всегда входное. А вот ведущий и ведомый может быть блуждающим. Так, ладно, далее движемся. У нас по времени 16.30 перерыв, да? А я еще перерыв не устраивал внутри пары. Так, ладно, давайте сейчас заканчиваем с классификацией звеньев, а потом делаем перерыв между парами и, собственно, продолжим. Итак, далее, значит,

Еще начальное звено, так называемое, выделял, когда он в самом начале общую классификацию звеньев приводил. Понятие начального звена, оно связано с понятием обобщенные координаты. С обобщенными координатами вы должны были точно работать в теоретической механике. Вот приложение к механизму. Под обобщенные координаты понимаются, каждый из независимых между собой координат.

которые однозначно определяют положение всех звеньев механизма относительно стойки, то есть относительно неподвижной системы координат, связанной со стойкой. Как раз звенья, которым задаются вот эти обобщенные координаты при исследовании механизма, они называются начальными звеньями.

Причем в зависимости от вида механизма, от его строения, то есть структуры, может приписываться даже одному звену не одна, а сразу несколько обобщенных координат. Об этом мы на последующих занятиях будем говорить, пока мы еще с основными понятиями разбираемся. Причем если входные, выходные, ведущие, ведомые звенья...

подвижно неподвижно они вполне определенный кота физический смысл под собой имеют то за начальное звено вообще любое можем принять при исследовании механизма ну желательно конечно такое с которого проще начать нам анализ механизма но в частности вот для вот этого механизма входным то является конечно первое звено

В ведущем, в зависимости от фазы работы, там какое, может быть и первое и третье. А вот в качестве начального звена, ну, удобнее здесь принять третье звено. То есть, если третьему звену задать вот эту обобщенную координату, я бы сказал φ3, да, то есть, это угловая координата, определяющая его угловое положение относительно некоторой начальной линии отчета. Вот этот угол, он однозначно определяет положение всех остальных звеньев в составе этого механизма относительно стойки.

Тогда третье звено будет начальным звеном. Первое звено входное здесь. Почему неудобно принимать в качестве начального? Можно, конечно, его взять, но смотрите, если мы... Давайте попробую подчеркаться. Сейчас переключусь на первое. Так, например, резко это у нас начальная линия отчета. Я задаю... Ну, криво, конечно, рисую, но ничего. Думаю, смысл понятен.

Задаю линейную обобщенную координату S1, линейное перемещение его. В принципе, тоже одна обобщенная координата. Но проблема в том, что у нас вот этой одной обобщенной координате в данном механизме могут соответствовать, не могут, а точно будут соответствовать два различных положения звена 3 и 2. То есть, когда у нас с этой стороны располагается коренчатый вал и шатун, у нас неоднозначность получается.

У нас однозначно должно определяться положение всех звеньев относительно стойки. Поэтому лучше, конечно, в данном случае в качестве начального звена третье принимать. Итак, по всем признанам классификации мы с вами пробежались. Начну, напоминаю, простое звено. Содержит не более двух элементов, связывающих его с другими звеньями. Сложная, соответственно, более двух элементов. Неподвижная, это все неподвижные детали.

Ну, уже всловно неподвижное. Подвижное звено — это, соответственно, совокупность деталей, совершающих движение как одно целое. Начальное только что сказали, это звено, которому задаются обобщенные координаты, одна или несколько, при исследовании механизма. Входное звено, то есть звено, которому задается движение, преобразуемое механизмом. Входное — это звено.

которая совершает требуемые движения, для выполнения которых механизм и блок спроектирован между входом и выходом промежуточные или соединительные звенья. Ведущая, то есть звено, для которого элементарная работа, приложенная к нему внешних сил, положительна, для ведомого отрицательна. Так, ну и буквально тут под занавес нашей первой пары еще одно понятие введем, которому следующую пару как раз мы с вами посвятим.

Все механизмы состоят из звеньев. Но при этом звенья все определенным образом взаимосвязаны между собой. Подвижные звенья между собой связаны, еще связаны с неподвижным звеном. Вводим еще одно определение. Это определение кинематической пары.

От кинематической пары понимается соединение двух звеньев, допускающее их заданное относительное движение. Где у нас тут подвижные соединения? Во-первых, вот у нас стойка нулевая с первым звеном имеют подвижные соединения. Кинематические пары будем обозначать прописными латинскими буквами. А первое соединение. Затем первое подвижное звено у нас входит в подвижное соединение со вторым звеном.

Кинематическая пара. Далее второе звено у нас входит в подвижное соединение с третьим звеном. Кинематическая пара С. И наконец третье звено у нас входит в подвижное соединение со стойкой. Кинематическая пара D.

Итого, механизм у нас 4-л звенный, 3 подвижных звена и стойка неподвижные. И содержит 4 кинематические фары А, Б, С, Д. Схему составили. Ну и так немножко еще под конец в анимации. Ну понятно, что тут единственное еще чего не хватает. То есть здесь вот это вот неподвижная опора-то есть, а вот это неподвижное направляющее перемещения поршня не включили. Ну в суть, вот как я вашу нашу туны механизм.

Так, пока вопросы какие-то есть, все понятно, надеюсь. Нет, пока что. Замечательно. Так, я на всякий случай перезагружусь еще раз. Что-то у меня сегодня ноутбук устал. Не теряйте, туда же вернусь. Так, я снова с вами. Меня слышно? Да, слышно. Замечательно. Вот 1, 2, 3 до 16, 45 перерыв, это я тоже писал. Я всегда обязательно контрольное подключение делаю, чтобы...

видеть как у меня это все происходит что не зависает так тоже ревниционный вопрос я говорил что будут записи занятия но они не сразу будут появляться не какое-то время обрабатываются но условно на следующий день записи будут поэтому просьба старостам мне в контакте в личное сообщение отписаться что 5 ссылки мог высылать

Ну, либо, как вариант, если у вас на три группы есть какая-то общая беседа где-то в MSNG Reef.com или в социальной сети, то, в принципе, достаточно будет одному мне написать, завтра напомнить. Я ссылки вышлю на записи. Так, ну что, аудитория собралась, можем начинать? Прорвались ли? Вот, все, уже готовы слушать. Замечательно, тогда включаю запись. И продолжаем.

Так, на предыдущей паре мы с вами остановились на понятии кинематической пары. Поскольку законы движения звенья в составе механизмов и машин, они, собственно, определяются тем, как конструктивно выполнены эти самые подвижные соединения между звеньями, то для адекватного анализа

существующих механизмов и мышиных схем, но тем более для проектирования новых необходимо познакомиться с классификацией этих кинематических пар. Так, напоминаю, кинематическая пара это соединение двух звеньев, которые допускают их заданное относительное движение.

И как уже говорилось, мы будем работать на уровне схемы. Условные графические обозначения элементов машин и механизмов, а также элементы кинематики регламентируются соответствующим ГОСТом 27768. О схеме механизма мы с вами уже говорили. Даже для простого механизма построили на предыдущей паре схему. Ну и, собственно, еще раз поясню, что это такое.

Под схемой механизма понимается графическое изображение этого механизма, на котором посредством условных обозначений мы показываем принятые для исследования модели звеньев и кинематических паз. Мы работаем с моделью механизма, то есть не совсем с реальным механизмом.

Модели звеньев мы уже говорили, что мы абстрагируемся от конкретного конструктивного исполнения. Отмечаем только наиболее важные с точки зрения кинематики особенности звеньев. И также модели кинематических пар мы будем применять. Во-первых, мы будем полагать, что кинематические пары, подвижные между звеньями, они беззазорны.

то есть у нас реализуют они именно требуемое относительное движение. Если есть зазоры, то там неизбежны какие-то люфты. От всего этого мы абстрагируем, всего этого мы не учитываем. То есть мы идеальный вариант рассматриваем, модель кинематической пары. По схеме механизма, например.

3D-модель механизма, анимированная, даже машинный агрегат. Думаю, всем это знакомо. Называется станком-качалкой. Станком-качалкой, строго говоря, это привод скважинного штангового насоса. Есть у нас 3D-модель, анимированная. Видимо, движение, как все движутся детали, звенья. Можно на основе 3D-модели построить условно-конструктивное изображение.

чуть упростить но при этом это еще не схема механизма здесь у нас абсолютно все элементы показаны а но так если по позициям пробежаться то есть источник движения двигатель 1 с двигателя движения передается через ременную передачу 2 на то есть это передаточный механизм с гибким звеном с ремнем

Движение передается на входной вал редуктора 3. Это еще один передаточный механизм, то есть зубчатый механизм, служащий для понижения частоты вращения. И при этом повышается вращающий момент. Выходной вал редуктора связан с кривошипом 4, на конце которого установлен противовес 5. Кривошип, в свою очередь, у нас связан...

через такой шатун по сути с траверсой 7 траверса жестко связана у нас с балансиром 8 на конце которого установлена головка балансира 9 ну и собственно на головке балансира у нас закреплена троса на которой у нас где-то в скважине колонна штанг установлена

Машинный агрегат, то есть есть источник движения, есть два передаточных механизма. Основу преобразования движения здесь сам станок-качалка составляет. На схеме мы достаточно просто можем его показать в виде кривошипа с противовесом, шатун и балансира с головкой балансира. В зависимости от вида исследования мы с вами три вида схем, механизмов будем использовать.

Значит, первый раздел у нас с вами, это с чего мы начали изучать теорию строения механизмов, структура механизмов. И пока будем пользоваться структурными схемами. Структурная схема, вот она у нас здесь по сути представлена, это безмасштабная схема механизма. Здесь мы не учитываем размеры звеньев, они могут быть сколь угодно различными, главное, чтобы это не мешало пониманию.

структуры самого механизма, то есть предназначена для исследования строения механизмов. Затем, когда мы с вами теория строения закончим, в принципе у вас уже первая лаборатория на работе можно будет запускать, перейдем к разделу кинематики механизмов, вот там уже будем работать с кинематическими схемами. По сути это та же самая структурная схема, но уже выполняется в масштабе, то есть с учетом размера в звеньях.

ну и в дальнейшем еще и динамические схемы тоже будем использовать так но пока возвращаемся к кинематическим парами классификации так как со звеньями сначала все перечислю основные виды кинематических пар по тем признакам классификации которые мы рассматривать будем самом деле конечно больше

Во-первых, в 5 классах существует кинематических пар, 5 разных подвижностей различают высшие и низшие кинематические пары. По виду замыкания различают с геометрическим замыканием, с силовым замыканием. И по конструктивному исполнению мы будем различать сопряжения и кинематические соединения. Вот эти основные признаки классификации. Ну и давайте подробнее. Сначала по самим признакам пройдемся, а потом уже и...

Конкретные примеры будем разбирать. Итак, напоминаю, что мы с вами в односеместровом курсе изучаем только те механизмы, в составе которых звенья можно полагать абсолютно твердыми, жесткими. Свободное, абсолютно твердое тело в пространстве обладает каким количеством степеней свободы? Три поступающих, три вращательных.

Совершенно верно. 6 степеней свободы, что соответствует количеству возможных независимых относительных движений. То есть, какие? Во-первых, у нас 3 линейные координаты. Соответственно, 3 возможных поступательных движения относительно координатных осей. Имеем уже 3 степени свободы. Плюс еще по одному вращению вокруг каждой координатной оси. Итого.

6 степеней свободы. Число степеней свободы будем обозначать h. Для свободного, абсолютного твердого тела, вот это количество независимых движений, мы получаем 6. То есть x, y, z. 3 линейных обобщенных координаты и, собственно, 3 еще уголых обобщенных координаты, φ, φ, φ, φ, φ, φ, φ. Поскольку тело свободное, что значит свободное тело?

То есть на свободное тело у нас не наложено никаких связей со стороны других тел в пространстве. Количество связей будем обозначать S. До свободного тела у нас равно нулю. То есть нет никаких ограничений на движение этого тела в пространстве. Но звенья в составе механизма не являются свободными телами. Они все связаны между собой с помощью этих самых кинематических пар.

Количество этих условий связи является первым признаком классификации кинематических пар. То есть условия связи это ограничения, которые накладываются на относительные движения каждого звена кинематической пары.

В зависимости от того, как конструктивно выполнена кинематическая пара, она может накладывать различное количество этих ограничений на движение второго звена, входящего в одну кинематическую пару. То есть диапазон какой? Диапазон от 1 до 5. Это как раз признак классификации количества слоев связи и соответствует классу кинематических пар. Всего различают 5 классов кинематических пар.

обозначаются, как правило, римскими цифрами от 1 до 5. Почему связи от 1 до 5? Почему 0 связи не может быть? Это уже свободный тело, это уже не связь даже, по сути. Все верно. То есть, если связи 0, то мы не имеем кинематической пары. Мы имеем два свободных твердых тела в пространстве, никак друг с другом не связанных. Все верно.

При этом максимальное количество столовых связей равно 5. Почему не 6? Будут неподвижные тела, то есть никакой кинематики-то и не будет? Да, никакой кинематики не будет. Не будет кинематической пары, то есть если между двумя телами мы накладываем 6 связей, то мы получаем, что по сути мы просто две детали соединили в одно звено. И это будет как одно целое двигаться.

Очевидно, что для того, чтобы определить количество условий связи, необходимо из шести степеней свободы свободного тела вычесть количество возможных движений одного звена относительно другого, связанных с кинематической парой. И вот эта подвижность звена, входящего в кинематическую пару, как раз является вторым признаком классификации.

То есть количество степеней свободы или подвижность кинематической пары. То есть это количество независимых координат, необходимых для описания относительного положения звеньев кинематической пары. Ну и очевидно обратная связь, что подвижность кинематической пары равна разности числа степеней свободы свободного тела в пространстве и количества условий связи, которые накладывает кинематическая пара на относительное движение звеньев.

Вот по этому второму признаку классификации краски выделяют по подвижности от 1 до 5. Одно подвижные, двух подвижные, трех, четырех и пяти подвижные кинематические пары. То есть, по сути, первые два признака классификации связаны между собой. Класс определяется числом связи, ну и, собственно, число связи это обратное от подвижности. Далее, следующим признаком классификации является...

Ну, собственно, геометрический признак, как звенья контактируют друг с другом. То есть по элементу кинематической пары, под которым понимают общую поверхность, линию или точку, по которым происходит соединение двух звеньев, образующих кинематическую пару. То есть два звена, входящие в подвижное соединение, друг с другом могут контактировать либо по поверхности, либо в точке, либо по линии.

Могут и по нескольким точкам, или по нескольким линиям, но это все равно точки или линии, либо поверхность. Поэтому признаку классификации выделяют высшие, во-первых, кинематические пары. Элементом высшей кинематической пары является линия или точка. Если два звена контактируют с точки либо по линии, либо по нескольким точкам, нескольким линиям, то это высшая кинематическая пара. Раз есть высшая, значит должна быть и низшая кинематическая пара.

а в нише кинематической паре элементом ее является поверхность, то есть самые различные поверхности. Ну и примеры по этому признаку классификации. Первый пример анимированный для понимания. Одно звено у нас оканчивается сферической поверхностью, которую охватывает такая охватывающая сферическая поверхность второго звена. Я сам уже сказал, да, то есть...

поясняя, как это конструктивно выполнено, что контактируют они по поверхности, по сферической. Соответственно, по данному признаку классификации, данная кинематическая пара является низшей контакт по сферической поверхности. Еще простой пример. Условно, это такая петля дверная, дверной шарнир. Вот эта кинематическая пара является высшей или низшей? Здесь конструктивно не буду пояснять, что это как выполнено. Я думаю, так должно быть понятно, все сталкивались.

Наверное, низшая, потому что они по поверхности мышцовым соединяются не по какой-то точке. Хотя они связаны там, лосью какой-то получается. Но все равно не поверхностями. Контакт по цилиндрической поверхности. Там есть цилиндр, который охватывается цилиндрическим отверстием второго звена. По цилиндрической поверхности, конечно, это низшая кинематическая пара. Еще здесь на следующей анимации у нас показано...

зацепление зубьев двух зубчатых эволюментных колес. Причем сечение показано специально покрупнее, как это вот у нас последовательно зубья входят в зацепление. Вот эта кинематическая пара уже такой является. Сейчас тут как бы по прямой идет. Специально крупно показано, чтобы видно было, что сечение у нас контактирует в точке зубья между собой. Но поскольку...

Зубчатые колеса, они определенную толщину зубчатого венца имеют, то есть в совокупности они будут контактировать по линии. Линия это также как и точка, если элемент кинематической парой не является, это уже высшая кинематическая пара. Строго говоря, конечно, не совсем по линии контакт в реальных механизмах происходит, поскольку...

На самом деле звенья-то они все-таки деформируемые, там нагрузка какая-то передается, то есть там пол некоторое пятно контакта, он такой обычно ближе к электрической форме. Полагаю для упрощения решения всех наших задач, что звенья абсолютно твердые, здесь соответственно линия контакта, и это высшая кинематическая пара. Еще примерчик, тут кулачковый механизм, то есть кулачок у нас есть.

Есть толкатель, и нас интересует именно кинематическая пара в контакте между колочком и толкателем. Вот здесь какая кинематическая пара. Насколько я вижу по картинке, это заостренный, наверное, все-таки это точка, значит, это высшая кинематическая пара. Да, это остроконечный толкатель, контактирует в точке с профилем колочка, и это высшая кинематическая пара.

потом ближе к концу вот этой парой когда мы больше примеров разберем мы еще раз вернемся к лучшим ниши он до попытаемся их сравнить между собой там достоинства недостатки но пока дальше по признакам классификации следующим признаком классификация является вид замыкания элемента кинематической пары то есть о чем тут речь

У нас кинематические пары связывают между собой подвижно звенья в составе механизма или машинного агрегата. Все эти звенья перемещаются, причем порой с достаточно высокими скоростями. Как я в самом начале тоже отмечал, преобразование движения у нас неизбежно сопровождается преобразованием сил, моментов сил. То есть определенные усилия между звеньями возникают.

Для того, чтобы кинематическая пара не размыкалась, то есть для того, чтобы сохранить постоянство контакта между двумя звеньями в этом подвижном соединении. И при этом не просто постоянный контакт сохранить, но и неизменность характера контакта.

Если, допустим, у нас контактировали звенья в точке, то у нас в каком-то положении это не должно в поверхность переходить или наоборот, из какой-то поверхности в точку или в линию. Характер постоянный и неизменный должен сохраняться. Каким-то образом нам необходимо замыкать между собой два звена, их элементы кинематических пар.

Всего два способа существовать. Первый способ это геометрическое замыкание. Его еще называют кинематическим замыканием. Как я думаю, должно быть понятно из названия, геометрическое. То есть оно реализуется за счет геометрической формы звенья, за счет конструктивного исполнения. Ну и второй вариант. То есть так конструкцию выполнили, что у нас постоянно контакт сохраняется между собой. И форма контакта не меняется.

И второй вариант замыкания – это силовое замыкание. Думаю, тоже из названия должно быть понятно, что оно реализуется за счет дополнительных каких-то сил. Чаще всего геометрическое замыкание в механизмах и машинах реализуется за счет весов, звеньев. Если иногда этого недостаточно, особенно при высоких инерционных нагрузках, часто вводят в состав механизма еще дополнительные упругие элементы.

которые по сути не являются сведениями механизмов, поскольку они не участвуют в заданном преобразовании движения, а нужны они только для того, чтобы создать силу упругости, условно прижимающую одно звено к другому, вот в этом подвижном соединении для сохранения контакта. Но тоже примерчики. Простейшая зубчатая передача. Контакт вот здесь между зубьями зубчатого колеса мы говорили, высшая кинематическая пара.

а с точки зрения замыкания какая она какой вид замыкания геометрические геометрическая конечно за счет формы вот этих зубил да у нас контакт обеспечивается а еще один пример кулачковый механизм с поступательно движущимся кулачком да то есть кулачок представляется было звено с такой переменной кривизной формы профиля и вот здесь у нас по кулачку поэтому криволинейному катится ролик значит

между роликом и кулачком контакт у нас по линии, значит, это высшая пара, а замыкание какое? Силовое, но поскольку известно. Да, сила тяжести вот этого толкателя с роликом, она и прижимает у нас, собственно, ролик кулачком. Еще один кулачковый механизм, на этот раз с возвратно-вращательным движением выходного звена, как мысло называется, тоже на конце выходного звена.

установлен ролик, катящийся по профилю кулачка. Здесь тоже у нас высшая кинематическая пара. И дополнительно установлен упругий элемент, в данном случае в виде пружины. И вот как раз я тут пояснить хотел этим примером, то что пружина вот эта, она не является звеном механизма. То есть если мы пружину уберем, с точки зрения преобразования движения в этом механизме абсолютно ничего не изменяется.

То есть она нужна только для того, чтобы за счет силовой упругости гарантированно обеспечить контакт вот в этой высшей кинематической паре. При высоких скоростях, в зависимости от формы профиля кулачка, различные законы движения существуют в выходных звеньях. Это у нас отдельная тема будет, будем подробнее разбираться с этим. То есть тут достаточно высокие динамические нагрузки могут возникать.

В частности, там большие силы инерции, когда у нас просто будет разрываться контакт в этой высшей паре. То есть это к ударам будет приводить. Все это плохо сказывается на виброустойчивости, надежности, долговечности этого механизма. То есть вот установлен дополнительный упрок элемент. То есть силовое тоже замыкание. Или еще пример кулачкового механизма пространственного. Здесь по сути кулачок собой представляет вот такой криволинейный паз.

на цилиндрическом кулачке и внутрь этого пазла у нас входит беззазорно ролик установленный на коромыслие вот высшие пари между кулачком и роликом какой вид замыкания и тут вот специальная форма такая чтобы ну работала все вид замыкания какой-то и сказал ну у меня это как-то продиктило да конечно геометрическое замыкание за счет формы вот этого

паза и соответствующего радиуса или диаметра ролика. Два кулачковых механизма с силовым замыканием, один с геометрическим и зубчатой передачи с геометрическим замыканием. Ну и дальше, последний признак классификации, я говорил, это по конструктивному исполнению. Подробнее мы о нем тоже в конце пары поговорим. Различают сопряжения.

Когда у нас подвижное соединение, кинематическая пара, она выполнена непосредственным соединением двух звеньев. Вот они прям друг с другом контактируют как-то. И как вариант есть еще кинематическое соединение. То же самое подвижное соединение с нужными относительными движениями звеньев можно реализовать. Но при этом непосредственно звенья друг с другом не контактируют.

Вводятся дополнительные промежуточные твердые тела, которые не участвуют в заданном преобразовании движения, то есть они не являются звеньями, а нужны только для того, чтобы относительно движения нужно получить. Подробнее позже, даже к концу пара, я покажу примеры, и еще это обсудим. Так, ну в принципе мы с вами общие признаки классификации разобрали. Сейчас надо к примерам кинематических пар переходить. Ну, сразу оговорил, что...

Подвижность соединения, применяемые в технике, настолько многообразная, что не то что лекции, наверное, семестра не хватит это все перебрать. Возможно, варианты. Поэтому мы только примеры рассматриваем. Причем пойдем по классам. На класс, я напоминаю, соответствует количеству условий связи. Ну и в разных классах мы разные примеры будем рассматривать.

Итак, начинаем с простого примера. То есть есть у нас плоскость, на которой расположен шар, и шар может со споряжением перемещаться по этой плоскости. Вот рядом условно-конструктивно я показал один плоскость, два шара. Введем систему координат, и, пожалуй, начнем с того, какие движения у нас возможны в данной кинематической паре.

Во-первых, поступательное движение возможно вдоль осей, которая расположена у нас в плоскости. Шар может скользить по плоскости вдоль вот этих двух осей. Движение вдоль третьей оси, которая перпендикулярна плоскости, возможно.

нет но если он взлетать умеет то может полнося вверх только специально вот эту анимацию привел для того чтобы вы видели во первых при движении положительного направления то есть что происходит у нас контакты разрываются между звеньями то есть кинематическая пара перестает существовать в этот момент

уже нет кинематической пары движение в обратном направлении она ограничена плоскостью шар сквозь плоскость не может пройти они у нас абсолютно твердые тела то есть на поступательное движение вдоль третьей оси которая перпендикулярно плоскости наложена связь ограничено движение вращательное движение какие возможны вокруг каких осей все получается тут вроде не ограничиваются

Конечно, вокруг любой из координатных осей движение у нас допускается. Таким образом, мы приходим к выводу, что эта кинематическая пара к какому классу относится. Получается, класс у нас первый. Конечно, класс соответствует количеству вот этих граничных движений. Первый класс. Ну и сразу дальнейшие примеры вот в такой табличке буду приводить.

Здесь поясню, что имеем S равно 1, одна связь, то есть первый класс количество связей определяет. Далее H равно 5, то есть 5 подвижная кинематическая пара. Вид замыкания очевидно, что силовой, под силой тяжести. Вес у нас шара прижимает его в плоскости.

Далее, контакт, очевидно, в точке между шарами и плоскостью. Поэтому кинематическая пара еще и называется точечная кинематическая пара. Раз в точке контактируют звенья, значит, эта кинематическая пара является высшей элементом кинематической пары. Точка, силовое замыкание, это я сказал. Так, дальше. Иногда в литературе еще можно встретить...

Вот прям поясняют, какие допускаются движения в этой кинематической паре. Что это значит? Это три вращательных движения допускается, то есть вокруг каждой координатной оси, и два поступательных движения. Третье поступательное ограничено. Условное обозначение кинематических пар, но мы с вами рассматривать будем только те, которые...

распространены в технике наиболее и соответственно на все вот эти кинематические пары есть соответствующие условные обозначения в госте вот из госта я и привожу эти обозначения то есть вот у нас шар а это плоскость

Ну, естественно, что вот эти обозначают продолжение. То, что у нас сама по себе кинематическая пара, она, в принципе, не интересует. Она нас интересует составе фото механизма машины. Дальше пошли звенья, и там дальше еще какие-то свинения и так далее, и так далее. Ну, и последний столбец мы будем здесь, я тут буду приводить, возможные передаваемые усилия.

Что это значит? У нас в данном примере ограничено поступательное движение вдоль оси Y. Соответственно, вдоль этой оси, со стороны шара на плоскость, я могу передавать силу. Она будет передаваться на плоскость. Больше никакие усилия здесь невозможно передать. Поскольку у нас там связи не наложено, соответственно, там у нас просто это усилие будет приводить к движению какому-то. То есть передаваемое усилие возможно там, где связь.

И написано в одну сторону. Почему? Потому что если я сверху вниз направлю силу, я передаю усилие на плоскость. Если к шару приложу усилие в обратном направлении, я просто этот шар плоскости оторву, кинематическая пара перестает существовать. Так, вот это понятно. Я объяснил. Потому что еще будет у нас тут ряд примеров. Ну, как бы достаточно много примеров. Там по аналогии все будем разбирать. Нет вопросов? Ладно, идем дальше.

Следующий пример. Немножко вот эту же самую кинематическую пару рассматриваем, но немножко ее модифицируем. Изменение будет заключаться в том, что у нас еще сверху появляется плоскость. Причем, как видим, вот эти плоскости верхняя и нижняя, они связаны между собой еще вот этой боковой плоскостью. То есть это все одно звено. С точки зрения количества связи, у нас та же самая связь остается, не изменилась. Значит, класс, то же самое, первое.

Подвижность не изменилась. Пятиподвижная кинематическая пара. С точки зрения элемента кинематической пары была одна точка, а стала две точки. Все равно точки. Значит, это высшая кинематическая пара. Что же изменилось? Изменилось... Так, времени... А, у нас уже 20 минут. Так, давайте, ладно, тогда меньше вопросов, больше ответов. В записи потом, если что, посмотрите. Значит, что у нас здесь изменилось?

В предыдущем случае, когда верхней плоскости не было, у нас было силовое замыкание. То есть под действием силы тяжести прижимался шар плоскости. Сейчас же у нас еще и сверху плоскости есть. Нам никакого веса тут не надо, никакой силы не надо. У нас геометрически осуществляется замыкание. Еще кинематическим замыканием называют геометрическое замыкание одно и то же.

Далее, с точки зрения передаваемого усилия, если в предыдущем примере мы могли только в направлении отрицательной оси Y усилие передавать, сейчас за счет верхней плоскости мы в любом направлении вдоль этой оси можем сосредоточенную силу передавать. Сила вдоль оси Y в обе стороны может передаваться. Следующий пример. Также у нас одно из звеньев будет плоскостью, а на эту плоскость мы помещаем цилиндр.

В предыдущем случае шарбол. Шарб цилиндр плоскость. С точки зрения движения поступательной все те же самые остались. Два возможных на третье ограничение наложено. Но за счет вот этого цилиндра у нас еще невозможно стало вращение в данном случае вокруг оси Х. То есть одна дополнительная связь наложена. Соответственно две связи это уже второй класс. И кинематическая пара уже четырехподвижная. Условное обозначение ее приведено.

соответствует гостом элементом кинематической пары что является плоскость нет не плоскость по линии контактирует цилиндр с плоскостью по линии выше тогда да конечно линия алине это значит высшая кинематическая пара

В замыкании, ну так же как в самом первом примере, понятно, что силовое, под силой тяжести. И вот с точки зрения передаваемых усилий, во-первых, здесь у нас ограничено поступательное движение, значит сосредоточенную силу можем передавать, но в одну сторону вниз.

А вот здесь у нас еще одна связь появилась, причем ограничили не поступательное движение, а вращение. Соответственно, вокруг вот этой оси мы можем пару сил передавать уже. То есть возможны передаваемые усилия. Средоточенная сила вдоль оси Y в одну сторону и момент относительно оси X можем передавать.

То есть это высшая кинематическая пара второго класса с силовым замыканием, линейной ее называют или линейчатой по виду контакта, по виду элемента. Трех подвижная, два вращательных движения, два поступательных допускает. Следующий пример. Тоже по аналогии с первым. Одно из звеньев будет шар, а второе уже не плоскость, а как бы плоскость обернем вокруг шара. Вот такое цилиндрическое отверстие у нас получается.

И внутри этого цилиндрического отверстия без зазора расположен шар. Поступательное движение очевидно у нас здесь только вдоль оси, совпадающей с осью цилиндрического отверстия возможно. Вдоль двух других осей поступательное движение ограничено стенками. Трубчатая называется еще кинематическая пара. То есть как бы в трубку поместили шарик. Вращение возможно вокруг любой из координатных осей.

Два условия связи. Второй класс, кинематическая пара, она четырехподвижная. И условные изображения на схемах. Причем, обратите внимание, предыдущий пример у нас тоже был второго класса. Но там другие движения допускаются. Элементом кинематической пары что является? Возможности получается. Да, но это же линия.

Окружность. Это линия. Раз линия, значит это высшая кинематическая пара. По виду замыкания, я думаю, должно быть всем очевидно, что это кинематическое замыкание, оно же геометрическое. И по передаваемым усилиям у нас ограничения на поступательное движение вдоль оси X и Y. Соответственно, вдоль вот этих осей мы можем передавать сосредоточенную силу. Причем...

В обоих направлениях без проблем. ПХ, ПЮ. Обе стороны можем передавать. То есть это высшая кинематическая пара второго класса с геометрическим замыканием. Трубчато ее называют. Четырехподвижная. Три вращательных движения. Одно поступательное допускают.

Далее, у нас все примеры так связаны между собой, специально для понимания, преобразуем немножко геометрию, вообще уже другого класса пару получаем. Так же, как в первом примере, одно из звеньев у нас плоскость, а второе звено в виде такого параллелепипеда получается. Поступательные движения те же самые, вдоль осе параллельных плоскостей, вдоль осе перпендикулярной плоскости, связь.

А вот вращение у нас только вокруг этой оси, перпендикулярной плоскости возможно. Все остальные ограничены, то есть три ограничения, три связи. Значит, это третий класс и остается три возможных движения, то есть трепподвижная кинематическая пара. Ее условное обозначение в соответствии с ГОСТом, элементом кинематической пары, что является плоскость, как частный случай поверхности.

Это низшая кинематическая пара. Она, кстати, плоскостной называется по характеру контакта. Замыкание, так же, как в первом примере, это силовое замыкание по передаче усилия. Вдоль оси Y сосредоточенную силу можно передавать, а вокруг относительно оси Z и относительно оси X можно парой сил на моменты MX, MZ передавать.

То есть это низшая пара третьего класса с силовым замыканием, плоскостной называется, трехподвижная. Одно вращение допускает два поступательных движения. Следующий пример, кстати, я с вами уже приводил аналогичную анимацию. Какой класс? Ну, поскольку у нас поступательные заблокированы все, а вращаться вроде может, скорее всего, третий класс. Да, все верно.

То есть у нас на все поступательные движения наложены связи, а все вращения допускаются в третий класс. С точки зрения элемента кинематическая пара мы уже обсуждали. У нас здесь полосферическая поверхность, звенья контактируют, то есть это низшая кинематическая пара. Вид замыкания у нас здесь, это геометрическое замыкание, оно же кинематическое, и в любом направлении можно передавать.

Кинематическая пара называется сферической. Частые названия дают как раз по виду контакта, по виду элемента кинематической пары. Сферическая кинематическая пара или сферическим шарниром ее еще иногда называют. Достаточно распространенная пара. Ниша третьего полоса с силовым замыканием, сферическая, трехподвижная, все движения вращательные.

Поскольку ограничены только поступательные движения, значит вдоль всех осей мы можем в обоих направлениях передавать сосредоточенную силу. Еще одна разновидность сферической кинематической пары называется сферическая с пальцем. Разница в чем заключается? Во-первых, на охватываемой сферической поверхности второго звена жестко закреплен штифт. Палец называется.

которые входят в отверстия на охватывающей сферической поверхности первого звена. За счет дополнительного контакта пальца с пазом у нас еще одно движение вращательно ограничено относительно Z. То есть наложили еще одну дополнительную связь, соответственно кинематическая пара уже ушла в четвертый класс. И осталось двухподвижной кинематической пары.

Условное изображение, поскольку мы получили ее из сферической пары, то есть то же самое. Единственное, дополнительно указывается вот этот палец, для того, чтобы понимать, что это уже четвертый класс. По остальным признакам классификации ничего не изменилось. Сферическая поверхность, элемент пары, значит это низшее силовое замыкание. По передаваемым усилиям у нас еще дополнительно возможность появилась за счет вот этой связи.

передавать пару сил относительно оси ZMZ. То есть нижняя пара 4 класса, силуе замыкания, середическая с пальцем, двухподвижная, два вращения допускает. Следующий пример. Есть у нас цилиндр, который входит в цилиндрическое отверстие второго звена. Очевидно, движение всего лишь вдоль оси.

цилиндра, общей оси цилиндра и цилиндрического отверстия, поступательное движение и вращение вокруг этой же оси. Все остальные движения в связи наложены. То есть так же, как и предыдущий пример, это четвертый класс и двухподвижная пара, но движения другие возможны. Условное изображение в соответствии с ГОСТом, класс четвертый. Элементом кинематической пары является

Цилиндрическая поверхность начпара у нас низшая. По виду замыкания геометрическая, она же кинематическая. Ну и усилия, передаваемые вдоль Y, сила сосредоточена как и вдоль оси X, и моменты относительно Y и относительно X на обоих направлениях.

Низшая кинематическая пара 4 класса с кинематическим замыканием, цилиндрическое, двухподвижное, одно вращение, одно поступательное движение допускает. Таким образом, мы лишь примеры рассматриваем на кинематических пар различных классов.

Я специально в каждом классе, хотя бы по два варианта привожу, различных распределений движений, для понимания, что еще больше можно примеров в каждом классе приводить и приводить. Но мы движемся по пути увеличения количества наложенных связей, соответственно, уменьшения подвижности звеньев, входящих в эту кинематическую пара. То есть, очевидно, чем дальше мы по этому пути идем, тем меньше вариантов там остается в каждом классе.

Ну и остается нам рассмотреть пятый класс. А пятый класс, раз, значит, пять связей наложено, то есть это одно подвижная кинематическая пара. И там вариантов-то всего, да, ничего. Одно движение она должна допускать. Какие движения? Либо вращение, да, либо поступательное движение. И причем вот чем больше связи накладывает кинематическая пара, то есть чем она менее подвижна, тем она конструктивно проще.

тем она чаще встречается в технике. Не то, что в низших классах редко встречаются. Нет, они встречаются в подавляющем объеме всех подвижных соединений, применяемых в машинах и механизмах. Чем меньше подвижность соединения, тем оно надежнее, тем чаще оно встречается. И вот мы подошли к наиболее распространенным.

то есть парам пятого класса одно подвижное соединение. Первое соединение получили из той же цилиндрической кинематической пары, но за счет дополнительных вот этих буртов, выполненных на втором звене, мы ограничили возможность поступательного движения. Цилиндрическая пара уже стала одно подвижной, допускающей только вращение, и называют ее вращательной кинематической парой или иногда просто шарниром.

Условное обозначение, раз уж ее получили из цилиндрической пары, то дополнительно по бокам мы показали такие бурты, ограничивающие поступательное движение. Ну и вот условное изображение шарнира. Остальные признаки классификации в принципе те же самые. Это уже пятый класс, раз одно подвижное. Ниша цилиндрической поверхности элемент, кинематическое замыкание.

По передаваемым усилиям, здесь у нас еще добавилось вдоль оси X возможность передачи сосредоточенной силы. То есть только относительно оси X мы не можем пару сил передавать со стороны второго на первого или наоборот. То есть это просто приведет в движение к передаче усилия. Ниша и кинематическая пара. И, строго говоря, мы уже с ней тоже с вами сталкивались. Когда вот этот я пример приводил,

Шарнир отверной. Это по сути и есть вращательная кинематическая пара. Одно единственное движение она допускает. И на самом деле вариантов конструктивного исполнения каждой кинематической пара. Их можно достаточно много различных привести. В предыдущем случае вот здесь это с помощью двух бортов, ограничивающих поступательное движение. Еще вариант. Допустим, есть у нас одно звено.

имеющие цилиндрическое отверстие элемент кинематической пары вращательный для соединения со вторым звеном добавляем второе звено ну и соединяем их между собой допустим с помощью болта с одной стороны и гайки с другой стороны ну единственно тут как-то не перетянуть либо шайбы какие-то еще предусмотреть для того чтобы подвижность сохранялась относительно получили тоже вращательную пару

И что касается условных изображений в гости для вращательной кинематической пары. Условные изображения два, допускается. Либо вот это, это когда нам ось шарнира надо показать плоскости чертежа. Либо, если нам надо показать, что плоскость чертежа, она перпендикулярна оси шарнира, тогда показывают таким образом. Ну, то есть, если вот отсюда мы смотрим на шарнир, да.

На нас он должен смотреть. Что мы видим? По сути, мы видим какую-то окружность. Это и есть шарнир. А это у нас два звена. Первое и второе. И обратите внимание, когда мы с вами на первой паре тему рассматривали, как построить кревшипно-шатунного механизма, мы, по сути, уже пользовались этими условными обозначениями. Просто я не акцентировал внимание на это, поскольку еще мы понятие кинематической паре не рассмотрели.

Мы классификацию не разбирали. То есть мы с этими шарнирами уже сталкивались с вами. Так, ладно, вращательную привели. Второй вариант, тогда одну подвижная кинематическая пара, это поступательная. Вращательную мы с вами получили из цилиндрической пары, за счет того, что с помощью двух бортов по бокам ограничили возможность поступательного движения. Можно из цилиндрической и получить поступательную, ограничив вращательное движение. Каким образом?

Например, если у нас отверстие в охватывающем звене сечения не окружность, а какой-то прямоугольник, и соответствующими размерами у нас будет входить не цилиндр в это отверстие, а параллепипед, за счет вот этих граней у нас ограничена возможность вращения. Допускается только поступательное движение. Таким образом, получили одну подвижную поступательную кинематическую пару.

ее условное изображение наиболее распространенное в гости на самом деле там их несколько вариантов я чуть позже это буду приводить то же самое это 5 класс 5 связи одно подвижное контакт здесь у нас по граням плоским то есть по поверхности низшая пара геометрического замыкания возможно передавать абсолютно все кроме сосредоточенной силы вдоль оси z поскольку здесь есть у нас не наложено

Низшая пара пятого класса, геометрическое замыкание, поступательное называется. Буква P, но единственное движение допускает. И то же самое, что и с вращательной парой. Множество вариантов, как ее конструктивно можно реализовать. То есть, ну вот, тут мы и цилиндрической получили. Еще вариант, например, но тоже распространенный достаточно. Допустим, вот звено с охватывающим элементом поступательной пары у нас.

в виде таких трапециедальных направляющих выполнено, типа ласточкин хвост. Ну и соответствующая форма у нас сюда звено заходит, охватываемое. За счет вот этих граней, как мы видим, у нас возможно только поступательное движение. Больше никаких движений мы тут получить не можем. То есть это тоже поступательная пара. В случае, если у нас вот это звено, вдоль которого перемещается,

Вот это звено неподвижно, а это подвижно называют ползун. В целом звено, элемент поступательной опары, которого имеет большую протяженность, называют направляющей. Направляющая неподвижна, значит это у нас ползун. С названиями звеньев тоже будем разбираться на последующих лекциях. Понятно, все раз мы не успеем. Так, ну небольшой примерчик тоже в анимации с вопросом. Значит, ну меня интересует...

Сколько звенев он содержит? Можно в чате с цифрами, можно в графон голоса. Для начала количество звеньев. Три вижу ответ. Варианты есть. Стоп, пять, четыре, два. Ну все, ладно, достаточно вариантов. Давайте по цвету, хотя бы тут все специально разделено. Во-первых, подвижные звенья считаем. Два желтеньких звена, видимо, да? Третья, какой-то цвет розовый, что ли?

3 подвижных звена. Плюс серым цветом у нас стойка. А стойка это же тоже звено механизма. Так ведь без него не будет этот механизм работать. Итого 4 звены механизм. 3 подвижных, 1 неподвижное звено. Кого там был ответ 4, тот правильно. Значит дальше кинематические пары у нас тут есть. Какие? Ну видно, что только вращательные и поступательные. Больше нет никаких, да? Одно подвижное. Поступательных пар сколько? 2.

А, это количество звеньев там было. Ну ладно, сам уже. Каждый из желтых звеньев со стойкой образует поступательную пару. Видите, вдоль таких направляющих, типа Васачкин-Костерос, перемещается. То есть две поступательные пары. Каждый из желтых звеньев из этих ползунов со стойкой. Ну и далее вращательные пары. Опять же, каждый из этих ползунов с этим звеном розового цвета, которое ползко-параллельное движение совершает, тоже по одному шарниру содержит.

То есть две поступательных, две вращательных пары. Ну это так в качестве примера. Так, дальше идем. Ну вот я и говорил, что разнообразными способами конструктивно можно реализовывать одну и ту же кинематическую пару. Вот еще пример вращательной пары. Буртик вообще не по краям выполнили, охватывающие детали в центре. То есть тоже поступательное движение ограничено. Вот тут по краям. Но в любом случае шарнир.

Вращательная пара всегда у нас будет обозначаться либо вот так. Когда нам надо показать ось шарнира, вот она, ось шарнира, что она лежит в плоскости чертежа. Соответственно, вращение у нас происходит в перпендикулярной плоскости чертежа. А если ось шарнира, то надо показать, что она перпендикулярна плоскости чертежа.

Соответственно, звенья вращаются в плоскости чертежа или в параллельной плоскости чертежа. Тогда вот это условное изображение будем использовать. То есть всего два варианта. По поступательной кинематической паре еще один вариант. С помощью шпоночного соединения можно реализовать. То есть та же цилиндрическая пара, но дополнительно в отверстие еще вырезается так называемый шпоночный паз.

На охватываемом звене, в данном случае вал, тоже в пайсе вставляется шпонка, деталь такая призматическая. Ну, разные варианты есть, в деталях машин будете изучать подробнее, это не наш предмет. И вот за счет этого шпоночного соединения тоже только поступательное движение возможно. Либо шлицевое соединение можно выполнить и так далее, и так далее. То есть по поступательным парам ГОСТ больше допускает вариантов.

Но мы с вами будем пользоваться только двумя. Сейчас объясню, в чем между ними разница. Во-первых, вот это изображение мы не будем использовать. Это как раз к этому шпончному соединению. Нам для анализа кинематики, динамики вообще не важно, как там это выполнено конструктивно. Нам главное только вид относительного движения.

Вот это тоже не будем использовать. Здесь уточняется, что палец есть. То есть это по аналогии со сферической, с пальцем выполнено. Мы будем использовать либо вот это изображение, либо вот это изображение. В чем разница? Разница, смотрите, в чем заключается. Здесь направляющая. Направляющая это второе звено в данном случае, поскольку у него больше протяженность элемента поступательной пары.

Здесь направляющий является охватываемым звеном. Первое охватывает его. Это вот прям этому случаю соответствует. Вот это будем использовать изображение. А здесь у нас разница. Опять же, направляющий – это второе звено. Больше протяженной элементопоступательной пары. И вот именно направляющий охватывает первое звено. Это вот как в том примере, где мы с вами схему строили.

Привошу к нашатуновому механизму двигателя внутреннего сгорания. Там у нас поршень, он является охватываемым звеном. Вот как раз это тот вариант. Ну, остальные мы не будем использовать. Так, еще у меня один вопросик на понимание. Тоже широко распространенная кинематическая пара в технике. Зазывается бинтовая кинематическая пара. То есть первое звено это у нас винт, второе гайка. К какому классу следует ее отнести?

Вот смотрим по картинке четвертый класс. Четвертый класс. Ну нет, не четвертый класс. Ну, казалось бы, да. То есть, если на картинку посмотреть. Ну, у вас там у всех ручки, наверное, в руках есть, да? То есть, ручки ведь тоже.

Как правило, колпачок с ручкой на резьбовом. Можно? Я понял, пятый класс, потому что мы когда крутим, она поступательно перемещается как раз таки. Конечно. Мы, когда говорим о подвижности, мы имеем в виду независимое движение. Здесь у нас производные движения. Мы не можем просто вращать, чтобы при этом поступательное движение не было. Либо наоборот поступательно перемещать, чтобы не было вращательного движения.

То есть у нас одно движение является производным от второго движения задаваемого. Поэтому на самом деле это все-таки пятый класс. Одно подвижная кинематическая пара. Ниша, контакт здесь по винтовой поверхности. Замыкание геометрическое. Ну и передаваемое усилие соответственно. То есть у нас поступательное перемещение вдоль оси Y. Оно является функцией вот этого угла Фи, которому задаем поворот.

зависит от среднего диаметра резьбы d2 и тангенс лугла наклона резьбы в принципе вот эти нюансы это тоже детали машины это у вас позже будет дисциплина кстати тоже караваев дмитрий михалыч у вас там ее ведет так это понятно смотрите а то есть если

К другим классам, там 1, 2, 3, 4, там еще можно примеров накидать. К пятому классу, как наиболее распространенным кинематическим парам, всего три вида относятся. Вращательная, поступательная и винтовая. Все, больше никаких вариантов нет.

Это функциональная зависимость. За один полный оборот винта относительно гайки, а наоборот в осевом направлении они относительно другой переместятся на величину соответствующую шагу этой нарезанной резьбы. По примерам, пожалуй, достаточно. Дальше я говорил, что мы немножко еще обсудим. Высшие и низшие мы говорили. Кинематическая пара это у нас подвижное соединение.

то есть у нас есть контакт между звеньями но есть относительное движение еще при этом усилие какое-то там через это подвижное соединение передается то есть очевидно что здесь неизбежно возникновение сил трения контакты между звеньями силу трения это хорошо или плохо плохо на самом деле здесь надо уточнять о чем вообще речь-то идет для тормозов наверно сила трения это хорошо

каких-нибудь фрикционных механизмов где движение за счет как раз вот силу трения передается это тоже хорошо но тем не менее соглашусь действительно что все-таки большинстве случаев на вот этих подвижных соединениях кинематических парах но это плохо то есть это и к износу приводит кпд снижается то есть масло механической энергии тепловую переходит нагревается заклинить вообще может соединения на то есть там

Мерзи изменяются при нагреве. В большинстве случаев все-таки это плохо. Но с точки зрения износа, как вы считаете, изнашиваться сильнее будут какие пары, высшие или низшие? Аудитория говорит низшие, но я скажу то, что сказала аудитория. А что они сказали-то? Низшие. Низшие. Так, вы, наверное, не согласны с ними. На самом деле я с аудиторией тоже не соглашусь. Почему?

смотрите у нас разница между высшими и низшими в чем заключается том что высший контакт в точке либо линия в низшей по поверхности и там что мы одно и то же усилия передаем до между двумя звеньями точку либо на поверхности распределяем удельное давление будет там больше где в точку моего сосредотачиваем на вот это усилия ну а

В низших кинематических парах поверхность контакта больше, поскольку сила трения пропорциональна удельному давлению на поверхности. Я вижу в чате и пишу. Я уже поясняю. Удельное давление пропорционально, сила трения, вернее, пропорциональна удельному давлению. Соответственно, там, где больше давления, давление будет больше в высшей паре. Там и больше износ будет.

то есть элементы выше кинематических пар они изнашиваются быстрее чем низших то есть с точки зрения износостойкости применение все-таки низших пар предпочтительнее но если бы только все так было однозначно то наверно выше и пара бы не использовали то есть если у них доступа нету низших кинематических пар а в чем именно вот для образования низших кинематических пар

применяется достаточно ограниченный набор поверхностей. То есть это цилиндрические поверхности, ну, собственно, плоскости, цилиндрические поверхности, сферические поверхности. В то время как для образования высших кинематических пар можно самые разнообразные криволинейные поверхности использовать, ну и плоские кривые.

За счет этого в механизмах с высшими кинематическими парами позволяется обеспечить более разнообразное относительное движение звеньев. И в конечном счете это все нам что дает, что использование низших кинематических пар предпочтительнее в цели уменьшения износа.

Применением высших пар, за счет того, что они более разнообразны относительно движения, можно значительно упростить схему механизма структурную. При меньшем количестве звеньев и кинематических пар получить то же самое преобразование движения в сравнении с механизмом, построенным только на низших парах. Соответственно, можно уменьшить габариты и упростить конструкцию механизма.

Но при этом надо понимать, что такой механизм уже нельзя использовать в кинематических цепях, по которым проходит большой поток механической энергии. То есть, как правило, это используют уже в цепях управления. В частности, те же кулачковые механизмы широко распространены в энергетических машинах. Мы сегодня с вами к ним обращались, говорили, что между кулачком и роликом, либо остроконечным толкателем высшая пара. То есть там большое усилие невозможно передать.

но их широко в энергетических машинах используют для привода движения клапанов в тех же насосах, компрессорах, двигателях внутреннего сгорания. Там нет большого усилия, чтобы клапан открыть, поэтому хорошо себя зарекомендовали. Тема кулачковых механизмов у нас отдельно будет, как и зубчатых, там с ними подробнее будем разбираться.

так еще у нас был вариант который в принципе особо не пояснял сопряжение кинематическое соединение как раз сейчас пришло время об этом поговорить сопряжение я говорил что она реализуется при непосредственном контакте между звеньями входящими в кинематическую пару а вот кинематические соединения там звенья друг с другом не контактируют

Они разделены какими-то дополнительными телами, не являющимися звеньями механизма. По большому счету все те примеры различных классов, которые мы с вами сегодня рассматривали, они являлись примерами сопряжения. И вот сопряжения, да, все здорово, они простые, компактные, и они позволяют реализовать практически все необходимые относительно перемещения звеньев, но имеют большой плюс.

В зависимости от того, выше топора сопряжение или низшее, все равно контакт между звеньями есть. И все равно там силы трения будут возникать, что к значительному износу приводит. Поэтому на практике в настоящее время, особенно в машинах, механизмах высокоскоростных, или там, где высокая точность требуется, либо где большие усилия передаются, их практически не применяют. При конструировании их заменяют кинематическими соединениями.

которая реализует те же самые относительные движения звеньев, что и заменяемость сопряжения. Давайте на примерах, чтобы понять не было. На примерах наиболее распространенных, наиболее распространенные, я говорил, это пары пятого класса, как наиболее простые. Вращательная пара, шарнир. Как можно реализовать конструктивно? Например, в виде подшипника скольжения, когда у нас два звена непосредственно друг с другом контактируют.

Понятно, смазку сюда еще пытаются подавать, но не пытаются, а подают. Все равно вариант с точки зрения износостойкости не очень. Есть у него зато свои достоинства, но это опять же уже к деталям машин отсылка. Итак, в виде кинематического соединения, какого можно заменить от всем известного подшипника качения.

Здесь два звена, но в данном случае у нас есть два кольца, внутренняя и внешняя, с беговыми дорожками, по которым у нас перекатываются тела качения, в данном примере это шарики, и они разделены между собой сепаратором. Непосредственного контакта между звеньями нет, дополнительные твердые тела здесь в вилле. В чем же достоинство, чем лучше будет подшипник качения, чем подшипник скольжения.

У нас получается вместо контакта именно поверхности у нас теперь точки. Ну, только мы говорили, что точка это не очень хорошо. Нет. Смотрите, тут ответ вообще в самом названии подшипник скольжения и подшипник качения. То есть виды трения разные. Как известно, коэффициент трения качения, он на порядок меньше коэффициента трения скольжения. Отсюда и значительно меньшее силу трения у нас будет возникать.

Поэтому, собственно, и коэффициент полезного действия выше, и меньше износ будет. Ну да, конструктивно это чуть посложнее, чуть подороже, но в большинстве случаев все оправдывает. По аналогии с поступательной парой, то есть тоже можно реализовать в виде направляющих скольжения. Причем, обратите внимание в анимации, как показано, есть цилиндр, и какое-то звено с цилиндрическим отверстием перемещается.

То есть, по сути, это цилиндрическая кинематическая пара, она двухподвижная. То есть, она еще вращение должна допускать. Но за счет того, что у нас две таких направляющих, цилиндрических, у нас уже вращение-то невозможно. И, по сути, цилиндрическая кинематическая пара, она преобразовалась в поступательную пару. Есть двухподвижные, одно подвижное стало.

Здесь непосредственный контакт между поверхностями, в виде сопряжения это все реализовано. Тоже коэффициент полезного действия, не очень, износ и так далее. В настоящее время в различном технологическом оборудовании, в станках высокоточных металлорежущих в частности, применяют направляющие качения.

Суть та же самая. Между звеньями вводятся тела качения в виде роликов либо шариков, циркулирующие в замкнутом канале. И у нас трение скольжения, трение качения заменилось. То же самое с третьим видом к этому классу относящихся. Это винтовая кинематическая пара. Традиционно везде использовалась винтовая пара скольжения.

Все недостатки я уже на предыдущих примерах говорил. И также в современном высокотехнологичном, высокоточном оборудовании все это заменяется на винтовые пары качения. Свинт-гайка непосредственно своими винками и цветками не контактирует. Примещаются тела качения, есть канал возврата тел качения, но конструкция тоже. Отдельный вопрос, не эта дисциплина. Трение скольжения на трение качения заменили.

Еще примерчик, скоро мы заканчиваем с вами. Привод распространенный, достаточно простой, на поступательное движение. То есть есть источник движения, есть перемещаемый узел. Значит, сколько каких тут кинематических пар? Вращательных пар сколько? Можно считать за вращательную? Ну, нет, это разные кинематические пары. Ну, они, правда, одного класса, да, но разные.

Ну винтовую увидели хорошо, то есть это у нас соединение между винтом и гайкой вот этого подвижного органа. Вращательная у нас где, ну вот же у нас тут опора винта есть. Винт в принципе он мог бы быть и консольным, да, но жесткость конечно меньше, но тогда в любом случае у нас здесь вращательная пара была бы. А поступательных пар тут сколько? Вот если два цилиндра вместе считать, то одна будет по сути. Если бы просто один цилиндр был, то она бы и вращалась тогда.

Одна поступательная пара. Почему? С одной стороны у нас идет соединение подвижного звена с неподвижной направляющей. С другой стороны соединение подвижного звена с неподвижной направляющей. Мы с вами говорили, что все неподвижные детали образуют одно звено, которое называется стойкой. Это одна и та же поступательная пара, просто ее элементы в обстранстве разнесены.

Ну и любая, в принципе, кинематическая пара, выполненная в виде сопряжения, ну вот, например, асферическая пара, она всегда может быть заменена на кинематическое соединение. Вот, например, за счет введения двух твердых тел, которые с двеньями не будут являться, да, и трех вращательных пар по каждой из осей. То же самое получим движение, возможно. Ну и подытожим, да, сегодняшнее занятие уже время у нас там подходит.

Кинематические пары классификацию мы с вами рассмотрели. То есть, во-первых, 5 классов по количеству условий наложенных связей. По подвижности, соответственно, 1, 2, 3, 4 и 5 подвижные. Высшая и низшая это по виду элемента кинематической пары. Высшая точка либо линия в низшей поверхности. По виду замыкания геометрическое либо силовое.

Ну и с точки зрения конструктивного исполнения сопряжения или кинематического соединения. По последнему признаку я еще раз повторюсь. Вне зависимости от того, как выполнена пара в виде сопряжения либо кинематического соединения, поскольку мы работаем на уровне схемы, структурно-кинематической или динамической, мы всегда одинаково, не имея тем же условными изображениями, будем пользоваться.

А вот это, как уже реально это все сконструировать, это уже дальше у вас дисциплина, детали машин. Мы пока на уровне схем еще должны разобраться с этим всем. Так, вопросы? Вопросы нет, просто классификация вот этого всего, прям жесткого чего-то еще не началось. Нет, мы с основных понятий пока начинаем, пока жесткого-то ничего не было. Ну, жестко будет дальше, не сразу, но обещаю.

Так, еще вопросы. У меня есть один вопрос. Вот насчет инфрационных машин. Ну, ЭВМки, они что же машины, да? Но поскольку они там ничего механического не совершают, то они машинами и не являются по определению. Ну, вообще вот этот вопрос я сам всегда студентам задаю.

когда с аудиторией работаю. Сегодня я вас не вижу, поэтому проблематично как-то общаться. Ну, под конец вроде пошло. Да, действительно, электронная вычислительная машина, она машиной не является, поскольку там никаких движений механических не происходит, нет преобразования механической энергии для того, чтобы преобразовать информацию. То есть, по сути, на сегодняшний день они являются не машинами, а электронными приборами. Так ведь?

Почему машина? Потому что так исторически сложилось. Прообразы первые, они действительно что-то решающие, были построены чисто на механическом принципе действия. Они машинами назывались. Потом развивалось и развивалось, и осталось такое название исторически. Как, не знаю, у меня всегда, допустим, я с машиностроением работаю, у меня всегда слух режет почему-то.

столовые приборы названия какие же это приборы логичный как елку с ложкой назвать не осужден нет предположения да да можете повторить это отвлекают тут люди просто аудитория уходила столовые приборы называть приборами это нелогично не как их назвать ложку с елкой на инструменты вот да Глеб пишет ну вот так исторически сложилось еще вопросы есть?

Вот насчет кибернетики, кстати. У нас в образовательном центре есть отдельный кабинет с роботами. Мы с другом ими занимаемся иногда. И вот нам Дмитрий Михайлович предлагал индивидуальное задание через роботов как раз, то есть с роботами связать теорию механизма.

Единственное, что именно вы предлагаете. То есть если вы хотите программирование робота, то нет механика.

Именно расчет. Расчет. У него там сколько моторов, сколько степени свободы у каждого, получается, ну, у руки, у головы. Сколько степеней свободы посчитать, я вам посчитаю. Я сегодня даже не могу, покажите, это не проблема. Ну, да. Если решить задачу кинематики прямоеобразную, ну, это да, можно. Вот, да, там еще как раз у нас малибулятор есть, он как бы сам решает.

все тогда благодарю у меня больше вопросов конец