úvod do teorie mechanismů, klasifikace mechanismů vazby, typy mechanismů,

Transkript

1 Mechanismy - klasifikace, strukturální analýza, vazby Obsah přednášky : úvod do teorie mechanismů, klasifikace mechanismů vazby, typy mechanismů,

2 Mechanismy - úvod Mechanismus je soustava těles, spojených navzájem vazbami. Mechanismus slouží k přenosu sil a k transformaci pohybu.

3 Mechanismy - úvod Základní pojmy. člen mechanismu - je jedno těleso, které nemění svůj tvar rám - je člen mechanismu pevně spojený se Zemí kinematická dvojice - je dvojice členů, spojených vazbou souřadnice vazby - je souřadnice, určující vzájemnou polohu členů dvojice vůči sobě navzájem hnací a hnaný člen - člen na straně pohonu a člen, jenž vykonává funkci, pro kterou byl mechanismus navržen vstupní a výstupní člen - člen na začátku a konci řetězce členů mechanismu počet stupňů volnosti - počet nezávislých pohybů které mechanismus může vykonávat souřadnice mechanismu - jedna nebo více nezávislých souřadnic, určujících polohu mechanismu kinematické schéma - v maximální možné míře zjednodušený náčrtek mechanismu

4 Mechanismy - úvod Kinematické schéma. V maximální možné míře zjednodušený náčrtek mechanismu, tak aby - byly zachovány ty rozměry, které jsou pro kinematiku podstatné, - byly potlačeny ty rozměry, které jsou pro kinematiku nepodstatné. píst rám ojnice délka ojnice délka kliky ojnice rám klika čep kliky Klikový mechanismus a jeho kinematické schéma. klika excentricita - funkční délka kliky Kinematické schéma může být od skutečného konstrukčního provedení mechanismu značně odlišné. Kliková hřídel jako excentr.

5 Mechanismy - úvod Třídění mechanismů. mechanismy rovinné všechny členy konají rovinný pohyb v navzájem rovnoběžných rovinách mechanismy prostorové alespoň jeden člen koná prostorový pohyb nebo členy konají rovinné pohyby v různoběžných rovinách 4 rovinný mechanismus prostorový mechanismus

6 Třídění mechanismů. podle počtu stupňů volnosti Mechanismy - úvod mechanismy rovinné všechny členy konají rovinný pohyb v navzájem rovnoběžných rovinách mechanismy prostorové alespoň jeden člen koná prostorový pohyb nebo členy konají rovinné pohyby v různoběžných rovinách Okamžitá poloha mechanismu je jednoznačně určena tolika nezávislými souřadnicemi, kolik stupňů volnosti mechanismus má. Mechanismus má tolik stupňů volnosti, kolik nezávislých souřadnic je zapotřebí k jednoznačnému určení jeho okamžité polohy. souřadnice mechanismu - jedna nebo více nezávislých souřadnic, určujících polohu mechanismu; souřadnic mechanismu je právě tolik, kolik stupňů volnosti mechanismus má

7 Třídění mechanismů. podle počtu stupňů volnosti mechanismy s stupněm volnosti Mechanismy - úvod mechanismy rovinné všechny členy konají rovinný pohyb v navzájem rovnoběžných rovinách mechanismy prostorové alespoň jeden člen koná prostorový pohyb nebo členy konají rovinné pohyby v různoběžných rovinách

8 Třídění mechanismů. podle počtu stupňů volnosti Mechanismy - úvod mechanismy rovinné všechny členy konají rovinný pohyb v navzájem rovnoběžných rovinách mechanismy prostorové alespoň jeden člen koná prostorový pohyb nebo členy konají rovinné pohyby v různoběžných rovinách mechanismy s stupněm volnosti mechanismy se stupni volnosti - diferenciály klec diferenciálu projíždí-li auto zatáčkou - otáčí se obě kola hnané nápravy různou rychlostí hnací hřídel satelity diferenciálu Mechanismus se dvěma stupni volnosti a - dvě souřadnice mechanismu hnaná kola

9 Třídění mechanismů. podle počtu stupňů volnosti Mechanismy - úvod mechanismy rovinné všechny členy konají rovinný pohyb v navzájem rovnoběžných rovinách mechanismy prostorové alespoň jeden člen koná prostorový pohyb nebo členy konají rovinné pohyby v různoběžných rovinách mechanismy s stupněm volnosti mechanismy se stupni volnosti - diferenciály mechanismy s více stupni volnosti počet stupňů volnosti mechanismu není nijak omezen mechanismus se sedmi stupni volnosti

10 Třídění mechanismů. Mechanismy - úvod mechanismy rovinné všechny členy konají rovinný pohyb v navzájem rovnoběžných rovinách mechanismy prostorové alespoň jeden člen koná prostorový pohyb nebo členy konají rovinné pohyby v různoběžných rovinách podle počtu stupňů volnosti mechanismy s stupněm volnosti mechanismy se stupni volnosti - diferenciály mechanismy s více stupni volnosti podle charakteru převodu mechanismy s konstantním převodem p konst

11 Třídění mechanismů. podle počtu stupňů volnosti Mechanismy - úvod mechanismy rovinné všechny členy konají rovinný pohyb v navzájem rovnoběžných rovinách mechanismy prostorové alespoň jeden člen koná prostorový pohyb nebo členy konají rovinné pohyby v různoběžných rovinách mechanismy s stupněm volnosti mechanismy se stupni volnosti - diferenciály mechanismy s více stupni volnosti podle charakteru převodu mechanismy s konstantním převodem mechanismy s proměnným převodem podle počtu členů dvoučlenné mechanismy trojčlenné mechanismy čtyřčlenné mechanismy vícečlenné mechanismy 4

12 Mechanismy - úvod Počet stupňů volnosti mechanismu. Počet stupňů volnosti mechanismu stanovíme intuitivně nebo výpočtem. Mechanismus má tolik stupňů volnosti, kolik nezávislých souřadnic je zapotřebí k jednoznačnému určení jeho okamžité polohy. AB sin AB cos BC sin BC cos y C Jedna nezávislá a dvě závislé souřadnice klikového mechanismu. Jeden stupeň volnosti. y A B Výpočtem ze vzorce. i - počet stupňů volnosti, n - počet členů (včetně rámu), p - počet vazeb první třídy i i (odebírají stupeň volnosti), p -počet vazeb druhé třídy (odebírají stupně volnosti). Pro prostorový mechanismus. p j -počet vazeb j-té třídy (odebírají j stupňů volnosti). n p p i 6 5 n j j p j

13 Vazby Vazby se dělí na rovinné a prostorové. Rovinná vazba - spojuje dva členy mechanismu, konající rovinný pohyb v navzájem rovnoběžných rovinách. Prostorová vazba - spojuje dva členy mechanismu, z nichž alespoň jeden koná prostorový pohyb, nebo konající rovinný pohyb v různoběžných rovinách. Rozlišujeme též idealizované a reálné vazby. Idealizovaná vazba - zanedbáváme pasivní odpory (tření). Reálná vazba - bereme v úvahu pasivní odpory (tření). U každé vazby sledujeme její vlastnosti z hlediska statiky... Jaké síly nebo momenty vazba přenáší a jaké síly nebo momenty nepřenáší?... a její vlastnosti z hlediska kinematiky. Jaké vzájemné pohyby obou těles vazba umožňuje a jaké vzájemné pohyby neumožňuje? Vazba je j-té třídy jestliže znemožňuje j vzájemných pohybů (odebírá j stupňů volnosti).

14 rovinné vazby vazba. třídy idealizované Vazby dokonalé vetknutí vazba. třídy znemožňuje pohyby, neumožňuje žádný neumožňuje posuv ani rotaci přenáší síly a moment dokonalé vetknutí v kinematickém schématu těleso těleso rám těleso

15 rovinné vazby vazba. třídy vazby. třídy Vazby idealizované vazba. třídy znemožňuje pohyby, dokonalé vetknutí neumožňuje žádný kloubová vazba (rotační) vazba. třídy znemožňuje pohyby, umožňuje nezávislý pohyb neumožňuje posuv přenáší síly umožňuje rotaci nepřenáší moment kloubová vazba v kinematickém schématu těleso těleso těleso rám

16 rovinné vazby vazba. třídy vazby. třídy Vazby idealizované vazba. třídy znemožňuje pohyby, dokonalé vetknutí neumožňuje žádný kloubová vazba (rotační) vazba. třídy znemožňuje pohyby, posuvná vazba umožňuje nezávislý pohyb znemožňuje posuv a rotaci přenáší sílu a moment umožňuje posuv nepřenáší sílu posuvná vazba v kinematickém schématu

17 rovinné vazby vazba. třídy vazby. třídy valení bez prokluzu Vazby idealizované vazba. třídy znemožňuje pohyby, dokonalé vetknutí neumožňuje žádný kloubová vazba (rotační) vazba. třídy znemožňuje pohyby, posuvná vazba umožňuje nezávislý pohyb valivá vazba (bez prokluzu v bodě dotyku) nepřenáší moment přenáší síly r x umožňuje posuv a rotaci, avšak tyto pohyby nejsou nezávislé x r v r valivá vazba je z hlediska přenosu sil rovnocenná kloubové vazbě a r

18 rovinné vazby vazba. třídy vazby. třídy vazby. třídy Vazby idealizované vazba. třídy znemožňuje pohyby, dokonalé vetknutí neumožňuje žádný kloubová vazba (rotační) vazba. třídy znemožňuje pohyby, posuvná vazba umožňuje nezávislý pohyb valivá vazba (bez prokluzu v bodě dotyku) posuvný kloub umožňuje nezávislý posuv a rotaci vazba. třídy znemožňuje pohyb, umožňuje nezávislé pohyby neumožňuje posuv z posuvný kloub v kinematickém schématu

19 rovinné vazby vazba. třídy vazby. třídy vazby. třídy z Vazby idealizované vazba. třídy znemožňuje pohyby, dokonalé vetknutí neumožňuje žádný kloubová vazba (rotační) vazba. třídy znemožňuje pohyby, posuvná vazba umožňuje nezávislý pohyb valivá vazba (bez prokluzu v bodě dotyku) posuvný kloub obecná vazba (s prokluzem v bodě dotyku) umožňuje nezávislý posuv a rotaci vazba. třídy znemožňuje pohyb, umožňuje nezávislé pohyby prokluz v bodě dotyku neumožňuje posuv přenáší sílu nepřenáší sílu ani moment

20 rovinné vazby vazba. třídy vazby. třídy vazby. třídy Vazby idealizované vazba. třídy znemožňuje pohyby, dokonalé vetknutí neumožňuje žádný kloubová vazba (rotační) vazba. třídy znemožňuje pohyby, posuvná vazba umožňuje nezávislý pohyb valivá vazba (bez prokluzu v bodě dotyku) posuvný kloub obecná vazba (s prokluzem v bodě dotyku) vazba. třídy znemožňuje pohyb, umožňuje nezávislé pohyby Každá vazba přenáší takové síly (momenty), jakým vzájemným pohybům zabraňuje. zabraňuje-li vazba posunutí v jistém směru - přenáší sílu v tomto směru zabraňuje-li vazba natočení okolo jisté osy - přenáší moment k této ose umožňuje-li vazba posunutí - nepřenáší sílu umožňuje-li vazba natočení - nepřenáší moment neplatí zcela pro reálné vazby

21 prostorové vazby idealizované Vazby U prostorových vazeb nebude proveden úplný výčet, budou jen uvedeny příklady vazeb. Různých prostorových vazeb, z nichž každá některé z 6 pohybů umožňuje, jiné znemožňuje, je příliš mnoho.

22 prostorové vazby idealizované Vazby vazba 6. třídy dokonalé vetknutí přenáší síly a momenty neumožňuje posuv ani rotaci

23 prostorové vazby idealizované Vazby vazba 6. třídy vazby 5. třídy dokonalé vetknutí kloubová vazba (rotační) přenáší síly a momenty přenáší síly a momenty, nepřenáší moment k ose rotace umožňuje rotaci

24 prostorové vazby idealizované Vazby vazba 6. třídy dokonalé vetknutí přenáší síly a momenty vazby 5. třídy kloubová vazba (rotační) přenáší síly a momenty, posuvná vazba přenáší síly a momenty, nepřenáší sílu ve směru posuvu z umožňuje posuv

25 prostorové vazby idealizované Vazby vazba 6. třídy dokonalé vetknutí přenáší síly a momenty vazby 5. třídy kloubová vazba (rotační) přenáší síly a momenty, posuvná vazba přenáší síly a momenty, šroubová vazba umožňuje posuv a rotaci, avšak tyto pohyby nejsou nezávislé z z v a s s s s - stoupání závitu - posunutí při jedné otáčce (60º 6,8 rad)

26 prostorové vazby idealizované Vazby vazba 6. třídy dokonalé vetknutí přenáší síly a momenty vazby 5. třídy kloubová vazba (rotační) přenáší síly a momenty, vazby 4. třídy posuvná vazba šroubová vazba posuvná rotační vazba přenáší síly a momenty, přenáší síly a momenty, nepřenáší sílu ve směru posuvu, nepřenáší moment k ose rotace z

27 prostorové vazby idealizované Vazby vazba 6. třídy dokonalé vetknutí přenáší síly a momenty vazby 5. třídy kloubová vazba (rotační) přenáší síly a momenty, vazby 4. třídy posuvná vazba šroubová vazba posuvná rotační vazba dvojitý kloub (Hookův kloub) přenáší síly a momenty, přenáší síly a momenty, přenáší síly a moment, nepřenáší momenty ke osám rotace umožňuje dvě rotace

28 prostorové vazby idealizované Vazby vazba 6. třídy dokonalé vetknutí přenáší síly a momenty vazby 5. třídy kloubová vazba (rotační) přenáší síly a momenty, vazby 4. třídy vazby. třídy posuvná vazba šroubová vazba posuvná rotační vazba dvojitý kloub sférický kloub přenáší síly a momenty, přenáší síly a momenty, přenáší síly a moment, přenáší síly, nepřenáší žádný moment

29 prostorové vazby idealizované Vazby vazba 6. třídy dokonalé vetknutí přenáší síly a momenty vazby 5. třídy kloubová vazba (rotační) přenáší síly a momenty, vazby 4. třídy vazby. třídy vazby. třídy posuvná vazba šroubová vazba posuvná rotační vazba dvojitý kloub sférický kloub posuvný sférický kloub přenáší síly a momenty, přenáší síly a momenty, přenáší síly a moment, přenáší síly, přenáší síly, nepřenáší sílu ve směru posuvu, nepřenáší žádný moment

30 prostorové vazby idealizované Vazby vazba 6. třídy dokonalé vetknutí přenáší síly a momenty vazby 5. třídy kloubová vazba (rotační) přenáší síly a momenty, vazby 4. třídy vazby. třídy vazby. třídy vazby. třídy posuvná vazba šroubová vazba posuvná rotační vazba dvojitý kloub sférický kloub posuvný sférický kloub obecná kinematická dvojice přenáší síly a momenty, přenáší síly a momenty, přenáší síly a moment, přenáší síly, přenáší síly, přenáší pouze sílu kolmou ke společné tečné rovině obou povrchů, nepřenáší síly (v této rovině), nepřenáší žádný moment umožňuje všechny pohyby s vyjímkou jednoho posuvu

31 prostorové vazby idealizované Vazby vazba 6. třídy dokonalé vetknutí přenáší síly a momenty vazby 5. třídy kloubová vazba (rotační) přenáší síly a momenty, vazby 4. třídy vazby. třídy vazby. třídy vazby. třídy posuvná vazba šroubová vazba posuvná rotační vazba dvojitý kloub sférický kloub posuvný sférický kloub obecná kinematická dvojice přenáší síly a momenty, přenáší síly a momenty, přenáší síly a moment, přenáší síly, přenáší síly, přenáší pouze sílu kolmou ke společné tečné rovině Každá vazba přenáší takové síly (momenty), jakým vzájemným pohybům zabraňuje. zabraňuje-li vazba posunutí v jistém směru - přenáší sílu v tomto směru zabraňuje-li vazba natočení okolo jisté osy - přenáší moment k této ose umožňuje-li vazba posunutí - nepřenáší sílu umožňuje-li vazba natočení - nepřenáší moment neplatí zcela pro reálné vazby

32 trojčlenné mechanismy Typy mechanismů vačkové mechanismy teoretický obrys Vačkový mechanismus s plochým zvedátkem Vačkový mechanismus s hrotovým zvedátkem Vačkový mechanismus s kladičkou Vačkový mechanismus excentrický Palcový mechanismus se zvedátkem

33 trojčlenné mechanismy Typy mechanismů mechanismy s obecnou kinematickou dvojicí tlačený člen tlačící člen Obecná kinematická dvojice Obecná kinematická dvojice

34 čtyřčlenné mechanismy Typy mechanismů klikový mechanismus 4 Centrický klikový mechanismus excentricita Excentrický klikový mechanismus 4 4 Excentrický klikový mechanismus

35 Typy mechanismů čtyřčlenné mechanismy čtyřkloubový mechanismus 4 Čtyřkloubový mechanismus, dvojvahadlové provedení B C B C 4 4 A D A D Čtyřkloubový mechanismus, provedení paralelogram Těhlice paralelogramu (člen ) koná posuvný kruhový pohyb

36 čtyřčlenné mechanismy Typy mechanismů kulisový mechanismus Centrický kulisový mechanismus Centrický kulisový mechanismus Pravoúhlá kulisa 4 excentricita 4 4 Excentrický kulisový mechanismus Centrický kulisový mechanismus Kosoúhlá kulisa

37 čtyřčlenné mechanismy Typy mechanismů Oldhamova spojka nesouosost 4 4 Oldhamova spojka, kinematické schéma Oldhamova spojka, provedení Slouží k přenosu rotačního pohybu beze změny (:) při jisté (ne příliš velké) nesouososti hnacího a hnaného členu.

38 vícečlenné rovinné mechanismy Typy mechanismů Mechanismus jehly šicího stroje

39 prostorové mechanismy Typy mechanismů 4 Prostorový klikový mechanismus

40 Typy mechanismů