Войти
Проект-Технарь
Программы/утилиты
Прогараммы и утилиты для конструкторов и механиков
Все работы распространяются бесплатно и с согласия их авторов.
Если Вы обнаружили свою программу на нашем сайте и не
желаете, чтобы она была у нас опубликована - контакты ниже...
Наши контакты:
+7(903) 982 12 16, admin@studiplom.ru
Меню


Обратная связь

Избыточные связи и подвижность механизмов

При серийном производстве, особенно в автомобилестроении, технология сборки очень проста. Все, что требуется - это произвести сборку изделий путем их скрепления между собой, процесс не требует дополнительной ручной пригонки. Другое дело в индивидуальном производстве, даже несмотря на многопроходную обработку, точность деталей недостаточна и при сборочных операциях требует трудоемкой ручной пригонки. В таком случае процесс сборки (особенно крупных машин) становится очень продолжительным и зачастую неудачным - приходится сверлить новые отверстия, подстругивать, подтачивать и т.д. Особенно трудно точно выполнить размеры звеньев, так как звенья в большинстве случаев состоят из нескольких деталей и при их сборке допуски складываются. Важно выбирать схему механизма так, чтобы требования к точности звеньев была минимальны. Таким требованиям отвечают статически определимые механизмы (без избыточных связей), звенья которых самоустанавливаются.

Правило:
Избыточными связями называют такие связи, устранение которых не увеличивает подвижность механизма.


Во время работы размеры и положение звеньев может изменяться вследствие многих причин: температура, давление, неравномерность нагрузки, проседание почвы, нагрузки от ветра и т.д. Правильно спроектированные звенья, статически определимые, адаптируются к таким изменениям - в них не возникают дополнительные, трудноопределимые напряжения. Такие напряжения могут достигать больших величин и приводить к преждевременному выходу механизма из строя. Таким образом, статически определимые механизмы снижают трудоемкость при сборке, а также увеличивают надежность механизма в целом.
В кинематических парах избыточные связи безвредны, так как такие узлы, обычно, легко сделать с высокой точностью. Примерами таких механизмов являются зубчатые колеса с коэффициентом перекрытия >1, эвольвентные шлицевые соединения и т.д. Точность зубчатых колес, их шум и нагрузка, зависят от скорости вращения (в планетарных механизмах она очень велика). Правильным выбором кинематической схемы их можно значительно снизить.
В грузоподъемных механизмах такой принцип наиболее важен. В барабанах подъема, в опорах  необходимо установить сферические подшипники, самоустанавливающиеся, а приводной вал отделить от барабана. Передавать вращение от приводного вала к барабану следует через зубчатое зацепление по типу зубчатой муфты. Такая компоновка позволяет барабану правильно работать и адаптироваться к изменениям независимо от приводного вала, а зубчатое зацепление будет компенсировать перекосы.
Достоинства механизмов, где выгода от применения таких систем, без избыточных связей, велика - в курсах теории механизмов и машин вообще не преподается.
В настоящее время создается множество механизмов с избыточными связями, конструкторы которых не знакомы с теорией структуры механизмов.

Рассмотрим некоторые механизмы без избыточных связей на нескольких примерах:
1. Всем известный кривошипно-шатунный механизм любого двигателя внутреннего сгорания, в нем поршень прикреплен к одному шатуну. Шатун накладывает четыре связи на поршень, пятая приобретается малым осевым зазором между ним и поршнем. Этих связей достаточно для работы механизма, шестая связь будет блокировать вращение поршня в головке шатуна. Такая схема допускает изменения длины шатунов от номинала в пределах большого допуска, на работоспособность ДВС это не отразится. Допустим, по каким-то причинам нам потребовалось к поршню (ползуну) прикрепить несколько шатунов, тогда разница длины шатунов должна лежать в пределах нескольких микрон, иначе нагрузка между ними будет неравномерной, что приведет к лишним напряжениям и перекосам.

Подшипниковый узел
Рисунок 1


2. Еще пример, вал на нескольких (на двух) подшипниках (рисунок 1), такая компоновка требует, чтобы один подшипник был свободен (выносной элемент Б), а второй заневолен (выносной элемент А), как показано на рисунке. Такая схема позволяет установить их с большими допусками (несколько миллиметров). В этой схеме есть один недостаток - упорный буртик подшипника (выносной элемент А) выполнен в корпусе, что не позволяет изготовить отверстие подшипников за одно, в один проход.
Другое дело, если на один вал установлены три подшипника (рисунок 2). Когда вал установлен на три подшипника, то независимо от их исполнения точность установки измеряется уже микронами. Это получается потому, что каждая опора накладывает на вал четыре связи. В этом примере механизм является статически неопределимым. В нем передаваемые силы зависят от деформаций звеньев. Так как эти деформации очень малы, то размеры звеньев необходимо выполнять с большой точностью, иначе звенья будут работать навстречу друг другу и передавать очень большие усилия, что приведет к перегреву механизма, увеличению трения, снижению КПД, а иногда и к невозможности сборки.

Вал на трех опорах
Рисунок 2

В качестве примера такого механизма возьмем газораспределительный механизм, распределительный вал которого вращается на нескольких подшипниках (обычно 4 или 5). Нормальная работоспособность такого механизма достигается только высокой точностью изготовления как самого вала, так и подшипников, поэтому стоимость распределительного вала очень высока.

3. Многие знают, как качается на кухне стол и для того, чтобы он не качался, устанавливают под одну из ножек сложенную газету или спичечный коробок. Такое поведение стола как раз вызвано избыточностью одной ножки. Именно поэтому все рояли имеют три ножки.

Как показывает этот принцип, статически неопределимые звенья применять нежелательно. Исключение необходимо делать только в том случае, если в них установлены пружины или звенья работают на изгиб с большими деформациями.

Если механизм статически определим, то размеры звеньев  почти не влияют на передаваемые силы, поэтому допуски на размеры могут лежать в больших пределах. К этому необходимо стремиться всем конструкторам.

Приведенные примеры позволяют сформулировать два основных правила конструирования самоустанавливающихся механизмов:
Каждый вал необходимо устанавливать на два подшипника;
Недопустимо применять сдвоенные механизмы, при одинаковых начальных и конечных звеньях нельзя между ними устанавливать два передаточных механизма.

Автор статьи: Vdovinea
(Статья написана с использованием трудов Решетова Л.Н.)