Что такое кинематическая схема: Кинематическая схема

Содержание

Кинематические схемы механизмов. Схематическое изображение механизма двигателя, пространственного механизма

Чтобы разобраться в устройстве механизма, следует обратить внимание не на отдельно взятые звенья, а на характер их соединения. Подвижное соединение двух звеньев в механизмах называется кинематической парой. При этом следует интересоваться лишь кинематическими возможностями пар (то есть возможностью звеньев совершать определенные движения) и не принимать во внимание конструктивные особенности.

В кинематических парах звенья могут получать относительное, вращательное, поступательное или сложное движение. Соответственно и различают вращательные, поступательные и пары сложного движения. Например, зубчатые колеса образуют вращательную пару, ползун и направляющие устройства — поступательную пару, винт и гайка — пару сложного движения или винтовую пару.

Соединения кинематических пар, в свою очередь, образуют кинематическую цепь. Для изображения механизмов и их составных частей — звеньев и кинематических пар — пользуются стандартными условными обозначениями. Неподвижность звеньев в парах всех видов отмечается на схемах подштриховкой.

В качестве примера приведем последовательное изображение кинематической схемы двигателя внутреннего сгорания, конструкция которого показана на рис. 25.

Рис. 25

Ведущим звеном, конечно, является поршень 1, так как движение ему сообщают внешние силы (давление газа или пара). Поршень совершает возвратно-поступательное движение относительно стенок неподвижного цилиндра 2. Ведомое звено — вал с кривошипом 4 — совершает вращательное движение. Между ведущим и ведомым звеньями находится промежуточное — шатун 3, совершающий плоскопараллельное движение.

Поршень — это ползун, стенки цилиндра — направляющие, следовательно, эта кинематическая пара согласно стандартным условным изображениям изобразится как показано на рис. 26,I. Вал с кривошипом, совершающий вращательное движение относительно неподвижной опоры, изобразится как показано на рис. 26, II. Шатун — это стержень, концы которого связаны: один с ползуном, другой с кривошипом (рис, 26, III). Связав все звенья воедино, получим схематическое изображение механизма двигателя (рис. 26, IV).

Рис. 26

В этом механизме — четыре звена: ползун, шатун, кривошип и одно неподвижное звено, обозначенное в двух местах подштриховкой. Однако следует обратить внимание на то, что с кинематической точки зрения — это одно звено, хотя реальных деталей может быть несколько (цилиндр, корпус и т. д.). Кинематических пар также четыре — три вращательных и одна поступательная.

По структурно-конструктивным признакам различают механизмы плоские, у которых точки звеньев описывают траектории, лежащие в параллельных плоскостях, и пространственные, которые осуществляют взаимодействие между звеньями, расположенными в различных плоскостях.

На рис. 27 приведена схема пространственного механизма, у которого звенья (стержни) сочленены двумя парами шарниров: шарнирами с одной осью 1 и сферическими шарнирами 3. Как видно из схемы, ведущее 2 и ведомое 4 звенья могут совершать вокруг шарниров 1 только вращательное движение, каждое в своей плоскости. Промежуточное звено, заключенное между двумя сферическими шарнирами 3, будет совершать сложные колебательные движения.

Рис. 27

Плоский механизм (рис. 28) отличается от пространственного тем, что все его звенья, в том числе и опоры, и исполнительного звена (поступательной пары 4), лежат в одной плоскости. Изображенный на схеме механизм содержит шесть вращательных пар 2— шарниров, каждое из которых представляет сочленение двух звеньев 1 и 3 с одной осью, допускающей вращательное их движение только в одной плоскости.

Рис. 28

Звенья механизмов, в зависимости от их конструктивной особенности, могут быть неподвижны, совершать вращательные, поступательные и другие движения. Но в каждом механизме, преобразующем движение, имеются, как уже можно было увидеть из вышеприведенных примеров, шарниры с заданными наперед кинематическими свойствами.

На рис. 29 изображены конструктивные разновидности шарнирных сочленений. Поз. I и II — шарнирные сочленения с одной осью двух и трех звеньев, которые могут совершать только круговые движения в одной плоскости. Поз. III и IV — шарнирные сочленения, которые допускают вращательные движения своих звеньев во взаимно-перпендикулярных плоскостях.

Рис. 29

При разработке новых механизмов конструктор прочерчивает несколько вариантов кинематических схем и из них выбирает оптимальный. На основании отобранной схемы производится техническая и технологическая разработка деталей и их конструктивное формообразование. Именно кинематическая схема, разработанная на стадии эскизного проектирования, является отправной конструкцией будущего механизма.

Обозначения кинематических схем

В данной статье приведены наиболее употребительные условные обозначения элементов кинематических схем металлорежущих станков. Приведены изображения элементов различных кинематических схем и их описание. Условные обозначения элементов утверждены ГОСТ 2.770-68, ГОСТ 2.782-68 и ГОСТ 2.782-68.

Обозначения кинематических схем. Смотреть в увеличенном масштабе

общее обозначение двигателя без уточнения типа
общее обозначение электродвигателя
электродвигатель на лапах
электродвигатель фланцевый
электродвигатель встроенный
вал, ось, стержень, шатун и т. п.
конец шпинделя для центровых работ
конец шпинделя для патронных работ
конец шпинделя для работ с цанговым патроном
конец шпинделя для сверлильных работ
конец шпинделя для расточных работ с планшайбой
конец шпинделя для фрезерных работ

конец шпинделя для кругло-, плоско- и резьбошлифовальных работ
ходовой винт для передачи движения
неразъемная маточная гайка скольжения
неразъемная маточная гайка с шариками
разъемная маточная гайка скольжения
радиальный подшипник без уточнения типа
радиально-упорный односторонний подшипник без уточнения типа
радиально-упорный двусторонний подшипник без уточнения типа
упорный односторонний подшипник без уточнения типа
упорный двусторонний подшипник без уточнения типа
радиальный подшипник скольжения
радиальный самоустанавливающийся подшипник скольжения
радиально-упорный односторонний подшипник скольжения
радиально-упорный двусторонний подшипник скольжения
упорный односторонний подшипник скольжения
упорный односторонний подшипник скольжения
упорный двусторонний подшипник скольжения

упорный двусторонний подшипник скольжения
радиальный подшипник качения (общее обозначение)
радиальный роликовый подшипник
радиальный самоустанавливающийся подшипник качения
радиально-упорный односторонний подшипник качения
радиально-упорный односторонний подшипник качения
радиально-упорный двусторонний подшипник качения
радиально-упорный двусторонний подшипник качения
радиально-упорный роликовый односторонний подшипник
упорный односторонний подшипник качения
упорный односторонний подшипник качения
упорный двусторонний подшипник качения
свободное для вращения соединение детали с валом
подвижное вдоль оси соединение детали с валом
соединение детали с валом посредством вытяжной шпонки
глухое, неподвижное соединение детали с валом
глухое жесткое соединение двух соосных валов

глухое соединение валов с предохранением от перегрузки
эластичное соединение двух соосных валов
шарнирное соединение валов
телескопическое соединение валов
соединение двух валов посредством плавающей муфты
соединение двух валов посредством зубчатой муфты
соединение двух валов предохранительной муфтой
кулачковая односторонняя муфта сцепления
кулачковая двусторонняя муфта сцепления
фрикционная муфта сцепления (без уточнения вида и типа)
фрикционная односторонняя муфта (общее обозначение)
фрикционная односторонняя электромагнитная муфта
фрикционная односторонняя гидравлическая или пневматическая муфта (общее обозначение)
фрикционная двусторонняя муфта (общее обозначение)
фрикционная двусторонняя электромагнитная муфта
фрикционная двусторонняя гидравлическая или пневматическая муфта (общее обозначение)

фрикционная конусная односторонняя муфта
фрикционная конусная двусторонняя муфта
фрикционная дисковая односторонняя муфта
фрикционная дисковая двусторонняя муфта
фрикционная муфта с колодками
фрикционная муфта с разжимным кольцом
самовыключающая односторонняя муфта обгона
самовыключающая двусторонняя муфта обгона
самовыключающая центробежная муфта
тормоз конусный
тормоз колодочный
тормоз ленточный
тормоз дисковый
тормоз дисковый электромагнитный
тормоз дисковый гидравлический или пневматический
шарнирное соединение стержня с неподвижной опорой с движением только в плоскости чертежа
соединение стержня с опорой шаровым шарниром
маховик, жестко установленный на валу
эксцентрик, установленный на конце вала
конец вала под съемную рукоятку
рычаг переключения
рукоятка, закрепленная на конце вала
маховичок, закрепленный на конце вала
передвижные упоры

Обозначения кинематических схем. Смотреть в увеличенном масштабе

шарнирное соединение кривошипа

87а – шарнирное соединение кривошипа постоянного радиуса с шатуном
87б – шарнирное соединение кривошипа переменного радиуса с шатуном
87в – шарнирное соединение кривошипа постоянного радиуса с шатуном
87г – шарнирное соединение кривошипа переменного радиуса с шатуном

шарнирное соединение вала

88а – шарнирное соединение одноколейного вала с шатуном
88б – шарнирное соединение многоколенного вала с шатуном
88в – коленвал с жестким противовесом
88г – коленвал с маятниковым противовесом

кривошипно-кулисный механизм

89а – кривошипно-кулисный механизм с поступательно движущейся кулисой

89б – кривошипно-кулисный механизм с вращающейся кулисой
89в – кривошипно-кулисный механизм с качающейся кулисой

односторонний храповой зубчатый механизм с наружным зацеплением

двусторонний храповой зубчатый механизм с наружным зацеплением

односторонний храповой зубчатый механизм с внутренним зацеплением

мальтийский механизм с радиальным расположением пазов с наружным зацеплением

мальтийский механизм с радиальным расположением пазов с внутренним зацеплением

фрикционная передача с цилиндрическими роликами наружного зацепления (контакта)

фрикционная передача с цилиндрическими роликами внутреннего зацепления (контакта)

фрикционная передача с коническими роликами наружного зацепления

регулируемая фрикционная передача с коническими роликами внутреннего зацепления

регулируемая фрикционная передача с коническими шкивами и промежуточным кольцом

регулируемая фрикционная передача с подвижными коническими шкивами и клиновым ремнем

регулируемая фрикционная передача с тороидными шкивами и поворотными сферическими роликами

регулируемая фрикционная передача с полутороидными шкивами (типа Светозарова)

регулируемая торцовая фрикционная передача

регулируемая фрикционная передача со сферическими и коническими роликами

регулируемая фрикционная передача со сферическими и цилиндрическими роликами

фрикционная передача с цилиндрическими роликами

фрикционная передача с гиперболоидными роликами

шкив ступенчатый, закрепленный на валу

шкив холостой на валу

шкив рабочий, закрепленный на валу

указатели вращения вала соответственно: по часовой стрелке, против часовой стрелки и в обе стороны

открытая передача плоским ремнем

открытая передача плоским ремнем с натяжным роликом

перекрестная передача плоским ремнем

полуперекрестная передача плоским ремнем

угловая передача плоским ремнем

отводка ремня плоскоременной передачи

передача клиновидными (текстропными) ремнями

передача круглым ремнем или шнуром

общее обозначение цепной передачи без уточнения типа

роликовая цепная передача

бесшумная (зубчатая) цепная передача

цилиндрическая зубчатая передача с внешним зацеплением (общее обозначение)

цилиндрическая зубчатая передача с внешним зацеплением между параллельными валами, соответственно с косыми, прямыми и шевронными зубьями

цилиндрическая зубчатая передача с внутренним зацеплением между параллельными валами (общее обозначение)

коническая зубчатая передача

126а – коническая зубчатая передача между пересекающимися валами (общее обозначение без уточнения типа)
126б – коническая зубчатая передача соответственно с прямыми, спиральными и круговыми зубьями

коническая гипоидная зубчатая передача

зубчатая реечная передача, соответственно с шевронными, косыми и прямыми зубьями

общее обозначение зубчатой реечной передачи

реечная передача с червячной рейкой и червяком

реечная передача с зубчатой рейкой и червяком

винтовая зубчатая передача соответственно под прямым или острым углом

червячная передача

133а – червячная глобоидная передача
133б – червячная передача с цилиндрическим червяком

Пример кинематической схемы токарно-винторезного станка

Пример кинематической схемы токарно-винторезного станка. Смотреть в увеличенном масштабе

Кучер А. М., Киватицкий М. М., Покровский А. А. Металлорежущие станки (альбом кинематических схем и узлов). Изд-во «Машиностроение», 1972.

Читайте также: Регулирование токарно-винторезного станка 16К20

Полезные ссылки по теме. Дополнительная информация

Каталог-справочник металлорежущих станков

Паспорта и руководства металлорежущих станков

Справочник деревообрабатывающих станков

Купить каталог, справочник, базу данных: Прайс-лист информационных изданий

ГОСТ 2.703-2011 Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Правила выполнения кинематических схем, ГОСТ от 03 августа 2011 года №2.703-2011

ГОСТ 2.703-2011

Группа Т52

МКС 01.100.20
ОКСТУ 0002

Дата введения 2012-01-01

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 “Межгосударственная система стандартизации. Основные положения” и ГОСТ 1.2-2015 “Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены”

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием “Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении” (ФГУП “ВНИИНМАШ”), Автономной некоммерческой организацией “Научно-исследовательский центр CALS-технологий “Прикладная логистика”” (АНО НИЦ CALS-технологий “Прикладная логистика”)

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 12 мая 2011 г. N 39)

За принятие проголосовали:


Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Азербайджан	AZ	Азстандарт
Армения	AM	Минэкономики Республики Армения
Беларусь	BY	Госстандарт Республики Беларусь
Казахстан	KZ	Госстандарт Республики Казахстан
Киргизия	KG	Кыргызстандарт
Молдова	MD	Молдова-Стандарт
Россия	RU	Росстандарт
Таджикистан	TJ	Таджикстандарт
Узбекистан	UZ	Узстандарт
Украина	UA	Госпотребстандарт Украины

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 3 августа 2011 г. N 211-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 2.703-2011 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2012 г.

5 ВЗАМЕН ГОСТ 2.703-68

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Декабрь 2018 г.

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе “Национальные стандарты”, а текст изменений и поправок – в ежемесячном информационном указателе “Национапьные стандарты”. В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе “Национальные стандарты”. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования – на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает правила выполнения кинематических схем изделий всех отраслей промышленности.

На основе настоящего стандарта допускается, при необходимости, разрабатывать стандарты, устанавливающие выполнение кинематических схем изделий конкретных видов техники с учетом их специфики.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 2.051-2013 Единая система конструкторской документации. Электронные документы. Общие положения

ГОСТ 2.303-68 Единая система конструкторской документации. Линии

ГОСТ 2.701-2008 Единая система конструкторской документации. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению

Примечание – При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования – на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю “Национальные стандарты”, который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Общие положения

3.1 Схема кинематическая – документ, содержащий в виде условных изображений или обозначений механические составные части и их взаимосвязи.

Схемы кинематические выполняют в соответствии с требованиями настоящего стандарта и ГОСТ 2.701.

3.2 Схемы кинематические могут быть выполнены как бумажный и (или) электронный конструкторский документ.

Схемы в форме электронного конструкторского документа рекомендуется выполнять однолистными с обеспечением деления этого листа при печати на необходимые форматы.

Примечание – Если схема кинематическая выполняется как электронный конструкторский документ, следует дополнительно руководствоваться ГОСТ 2.051.

3.3 Сложные схемы для наиболее наглядного представления могут быть выполнены динамическими (с использованием мультимедийных средств).

3.4 Схемы кинематические в зависимости от основного назначения подразделяют на следующие типы:

– принципиальные;

– структурные;

– функциональные.

4 Правила выполнения схем

4.1 Правила выполнения принципиальных схем

4.1.1 На принципиальной схеме изделия должна быть представлена вся совокупность кинематических элементов и их соединений, предназначенных для осуществления, регулирования, управления и контроля заданных движений исполнительных органов; должны быть отражены кинематические связи (механические и немеханические), предусмотренные внутри исполнительных органов, между отдельными парами, цепями и группами, а также связи с источником движения.

4.1.2 Принципиальную схему изделия изображают, как правило, в виде развертки (см. приложение А).

Допускается принципиальные схемы вписывать в контур изображения изделия, а также изображать в аксонометрических проекциях.

4.1.3 Все элементы на схеме изображают условными графическими обозначениями (УГО) или упрощенно в виде контурных очертаний.

Примечание – Если УГО стандартами не установлено, то разработчик выполняет УГО на полях схемы и дает пояснения.

4.1.4 Механизмы, отдельно собираемые и самостоятельно регулируемые, допускается изображать на принципиальной схеме изделия без внутренних связей.

Схему каждого такого механизма изображают в виде выносного элемента на общей принципиальной схеме изделия, в которое входит механизм, или выполняют отдельным документом, при этом на схеме изделия помещают ссылку на этот документ.

4.1.5 Если в состав изделия входит несколько одинаковых механизмов, допускается выполнять принципиальную схему для одного из них в соответствии с требованиями раздела 6, а другие механизмы – изображать упрощенно.

4.1.6 Взаимное расположение элементов на схеме кинематической должно соответствовать исходному, среднему или рабочему положению исполнительных органов изделия (механизма).

Допускается пояснять надписью положение исполнительных органов, для которых выполнена схема.

Если элемент при работе изделия меняет свое положение, то на схеме допускается показывать его крайние положения тонкими штрихпунктирными линиями.

4.1.7 На схеме кинематической, не нарушая ясности схемы, допускается:

– переносить элементы вверх или вниз от их истинного положения, выносить их за контур изделия, не меняя положения;

– поворачивать элементы в положения, наиболее удобные для изображения.

В этих случаях сопряженные звенья пары, вычерченные раздельно, соединяют штриховой линией.

4.1.8 Если валы или оси при изображении на схеме пересекаются, то линии, изображающие их, в местах пересечения не разрывают.

Если на схеме валы или оси закрыты другими элементами или частями механизма, то их изображают как невидимые.

Допускается валы условно поворачивать так, как это показано на рисунке 1.

Рисунок 1

4.1.9 Соотношение размеров условных графических обозначений взаимодействующих элементов на схеме должно примерно соответствовать действительному соотношению размеров этих элементов в изделии.

4.1.10 На принципиальных схемах изображают в соответствии с ГОСТ 2.303:

– валы, оси, стержни, шатуны, кривошипы и т.д. – сплошными основными линиями толщиной ;

– элементы, показанные упрощенно в виде контурных очертаний, зубчатые колеса, червяки, звездочки, шкивы, кулачки и т.д. – сплошными линиями толщиной ;

– контур изделия, в который вписана схема, – сплошными тонкими линиями толщиной ;

– линии взаимосвязи между сопряженными звеньями пары, вычерченными раздельно, штриховыми линиями толщиной ;

– линии взаимосвязи между элементами или между ними и источником движения через немеханические (энергетические) участки – двойными штриховыми линиями толщиной ;

– расчетные взаимосвязи между элементами – тройными штриховыми линиями толщиной .

4.1.11 На принципиальной схеме изделия указывают:

– наименование каждой кинематической группы элементов, учитывая ее основное функциональное назначение (например, привод подачи), которое наносят на полке линии-выноски, проведенной от соответствующей группы;

– основные характеристики и параметры кинематических элементов, определяющие исполнительные движения рабочих органов изделия или его составных частей.

Примерный перечень основных характеристик и параметров кинематических элементов приведен в приложении Б.

4.1.12 Если принципиальная схема изделия содержит элементы, параметры которых уточняют при регулировании подбором, то на схеме эти параметры указывают на основе расчетных данных и делают надпись: “Параметры подбирают при регулировании”.

4.1.13 Если принципиальная схема содержит отсчетные, делительные и другие точные механизмы и пары, то на схеме указывают данные об их кинематической точности: степень точности передачи, значения допустимых относительных перемещений, поворотов, значения допустимых мертвых ходов между основными ведущими и исполнительными элементами и т.д.

4.1.14 На принципиальной схеме допускается указывать:

– предельные значения чисел оборотов валов кинематических цепей;

– справочные и расчетные данные (в виде графиков, диаграмм, таблиц), представляющие последовательность процессов по времени и поясняющие связи между отдельными элементами.

4.1.15 Если принципиальная схема служит для динамического анализа, то на ней указывают необходимые размеры и характеристики элементов, а также наибольшие значения нагрузок основных ведущих элементов.

На такой схеме показывают опоры валов и осей с учетом их функционального назначения.

В остальных случаях опоры валов и осей допускается изображать общими условными графическими обозначениями.

4.1.16 Каждому кинематическому элементу, изображенному на схеме, как правило, присваивают порядковый номер, начиная от источника движения, или буквенно-цифровые позиционные обозначения (см. приложение В). Валы допускается нумеровать римскими цифрами, остальные элементы нумеруют только арабскими цифрами.

Элементы покупных или заимствованных механизмов (например, редукторов, вариаторов) не нумеруют, а порядковый номер присваивают всему механизму в целом.

Порядковый номер элемента проставляют на полке линии-выноски. Под полкой линии-выноски указывают основные характеристики и параметры кинематического элемента.

Характеристики и параметры кинематических элементов допускается помещать в перечень элементов, оформленный в виде таблицы по ГОСТ 2.701.

4.1.17 Сменные кинематические элементы групп настройки обозначают на схеме строчными буквами латинского алфавита и указывают в таблице характеристики для всего набора сменных элементов. Таким элементам порядковые номера не присваивают.

Допускается таблицу характеристик выполнять на отдельных листах.

4.2 Правила выполнения структурных схем

4.2.1 На структурной схеме изображают все основные функциональные части изделия (элементы, устройства) и основные взаимосвязи между ними.

4.2.2 Структурные схемы изделия представляют либо графическим изображением с применением простых геометрических фигур, либо аналитической записью, допускающей применение электронной вычислительной машины.

4.2.3 На структурной схеме должны быть указаны наименования каждой функциональной части изделия, если для ее обозначения применена простая геометрическая фигура. При этом наименования, как правило, вписывают внутрь этой фигуры.

4.3 Правила выполнения функциональных схем

4.3.1 На функциональной схеме изображают функциональные части изделия, участвующие в процессе, иллюстрируемом схемой, и связи между этими частями.

4.3.2 Функциональные части изображают простыми геометрическими фигурами.

Для передачи более полной информации о функциональной части внутри геометрической фигуры допускается помещать соответствующие обозначения или надпись.

4.3.3 На функциональной схеме должны быть указаны наименования всех изображенных функциональных частей.

4.3.4 Для наиболее наглядного представления процессов, иллюстрируемых функциональной схемой, обозначения функциональных частей следует располагать в последовательности их функциональной связи.

Допускается, если это не нарушает наглядности представления процессов, учитывать действительное расположение функциональных частей.

Приложение А (справочное). Пример выполнения принципиальной кинематической схемы

Приложение А
(справочное)

Приложение Б (справочное). Примерный перечень основных характеристик и параметров кинематических элементов

Приложение Б
(справочное)

Таблица Б.1


Наименование	Данные, указываемые на схеме
1 Источник движения (двигатель)	Наименование, тип, характеристика
2 Механизм, кинематическая группа	Характеристика основных исполнительных движений, диапазон регулирования и т.д. Передаточные отношения основных элементов. Размеры, определяющие пределы перемещений: длина перемещения или угол поворота исполнительного органа. Направление вращения или перемещения элементов, от которых зависят получение заданных исполнительных движений и их согласованность. Допускается помещать надписи с указанием режимов работы изделия или механизма, которым соответствуют указанные направления движения. Примечание – Для групп и механизмов, показанных на схеме условно, без внутренних связей указывают передаточные отношения и характеристики основных движений.
3 Отсчетное устройство	Предел измерения или цена деления
4 Кинематические звенья:
а) шкивы ременной передачи	Диаметр (для сменных шкивов – отношение диаметров ведущих шкивов к диаметрам ведомых шкивов)
б) зубчатое колесо	Число зубьев (для зубчатых секторов – число зубьев на полной окружности и фактическое число зубьев), модуль, для косозубых колес – направление и угол наклона зубьев
в) зубчатая рейка	Модуль, для косозубых реек – направление и угол наклона зубьев
г) червяк	Осевой модуль, число заходов, тип червяка (если он не архимедов), направление витка и диаметр червяка
д) ходовой винт	Ход винтовой линии, число заходов, надпись “лев.” – для левых резьб
е) звездочка цепной передачи	Число зубьев, шаг цепи
ж) кулачок	Параметры кривых, определяющих скорость и пределы перемещения поводка (толкателя)

Приложение В (рекомендуемое). Буквенные коды наиболее распространенных групп элементов

Приложение В
(рекомендуемое)

Таблица В.1


Буквенный код	Группа элементов механизмов	Пример элемента
А	Механизм (общее обозначение)
В	Валы
С	Элементы кулачковых механизмов	Кулачок, толкатель
Е	Разные элементы
Н	Элементы механизмов с гибкими звеньями	Ремень, цепь
К	Элементы рычажных механизмов	Коромысло, кривошип, кулиса, шатун
М	Источник движения	Двигатель
Р	Элементы мальтийских и храповых механизмов
Т	Элементы зубчатых и фрикционных механизмов	Зубчатое колесо, зубчатая рейка зубчатый сектор, червяк
X У	Муфты, тормоза


УДК 62:006.354	МКС 01.100.20	Т52	ОКСТУ 0002

Ключевые слова: конструкторская документация, кинематическая схема, принципиальная схема, структурная схема, функциональная схема

Электронный текст документа
подготовлен АО “Кодекс” и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2019

КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА – это… Что такое КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА?

КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА: схема, на к-рой с помощью условных обозначений изображаются звенья механизма и кинематические пары с указанием размеров, необходимых для кинематич. анализа (см. Кинематика).

КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ПАРА
КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ

Смотреть что такое “КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА” в других словарях:

кинематическая схема — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN diagram of gears … Справочник технического переводчика
кинематическая схема механизма — Структурная схема механизма с указанием размеров звеньев, необходимых для кинематического анализа механизма. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 99. Теория механизмов и машин. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1984… … Справочник технического переводчика
кинематическая схема механизма — kinematic diagram of a mechanism Схема механизма, выполненная в масштабе. Шифр IFToMM: Раздел: СТРУКТУРА МЕХАНИЗМОВ … Теория механизмов и машин
кинематическая схема механизма — Графическое изображение механизма с применением условных обозначений звеньев и кинематических пар и указанием размеров, необходимых для кинематического анализа механизма … Политехнический терминологический толковый словарь
Принципиальная кинематическая схема — Кинематическая схема револьверной головки токарного станка При … Википедия
Кинематическая пара — подвижное сопряжение двух твёрдых звеньев, налагающее ограничения на их относительное движение условиями связи. Каждое из условий связи устраняет одну Степень свободы, то есть возможность одного из 6 независимых относительных движений в… … Большая советская энциклопедия
пусковая система — Рис. 1. Схема воздушной пусковой системы многодвигательного самолёта. пусковая система газотурбинного двигателя совокупность устройств, предназначенных для принудительной раскрутки ротора газотурбинного двигателя при его запуске. П. с.… … Энциклопедия «Авиация»
пусковая система — Рис. 1. Схема воздушной пусковой системы многодвигательного самолёта. пусковая система газотурбинного двигателя совокупность устройств, предназначенных для принудительной раскрутки ротора газотурбинного двигателя при его запуске. П. с.… … Энциклопедия «Авиация»
Манипулятор — Кинематическая схема одноручного манипулятора с пятью степенями свободы. Стрелками показаны направления возможных перемещений звеньев. МАНИПУЛЯТОР, 1) управляемый механизм, повторяющий движения (действия, манипуляции) руки человека при… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Делительная головка — приспособление для станков (главным образом фрезерных), позволяющее периодически поворачивать обрабатываемое изделие на равные и неравные доли оборота. Различают Д. г. механические (в том числе простые и универсальные) и оптические.… … Большая советская энциклопедия

Обозначение элементов кинематических схем

Конструкторы, разрабатывающие различные машины и механизмы, часто выполняют кинематические схемы. При этом они руководствуются нормами и требованиями, изложенными в таком основополагающем документе, как ГОСТ 2.770–68.

В технике под схемой понимается графическое изображение, на котором показаны составные части изделия, их конструктивные особенности, а также существующие между ними связи с помощью упрощенных обозначений и символов. В составе пакетов конструкторской документации схемы играют достаточно важную роль. Они наличествуют как в общих описаниях изделий, инструкциях по их установке, наладке и эксплуатации. Схематические чертежи оказывают неоценимую помощь персоналу, занимающемуся монтажом, пуско-наладкой, ремонтом машин, механизмов и отдельных агрегатов. Схемы дают возможность быстро разобраться в том, каковы функциональные связи существуют между механическими, гидравлическими, электрическими и другими звеньями и системами технических устройств.

Когда разработка какой-либо машины только начинается, конструкторы от руки вычерчивают общий набросок будущего изделия, то есть составляют его первоначальную схему. На ней условно отображаются все основные узлы, а также показываются взаимосвязи между ними. Только после того, как принципиальная схема устройства отработана, начинается разработка чертежей и прочей конструкторской документации.

В современном машиностроении наибольшее применение находят те машины, в которых передача движения основывается на механическом, гидравлическом или электрическом принципе функционирования.

Кинематические схемы

Предназначением кинематических схем является отражение той связи, в которой состоят рабочий механизм и привод. Следует отметить, что в современных автомобилях, станочном и прочем технологическом оборудовании механические передачи отличаются большой сложностью и содержат множество элементов. Поэтому для того, чтобы правильно создавать схемы таких конструкций, нужно прекрасно знать все условности, которые используются для графического изображения принципа работы машины или механизма без того, чтобы уточнять их конструктивные особенности. К примеру, кинематические схемы станочного оборудования отражают то, каким именно образом вращательное движение вала электродвигателя сообщается шпинделю, причем контур станка показывается (или не показывается) тонкой линией.

Если на схемах используются нестандартизованые условные обозначения, то они требуют пояснений. Что касается внешних очертаний и схематических разрезов, то на схемах они изображаются упрощенно, в соответствии с тем, какую именно конструкцию имеет каждый элемент изделия.

На схематических изображениях от каждой составной их части проводятся линии-выноски. От сплошных линий они начинаются стрелками, а от плоскостей – точками. На полках линий-выносок указываются порядковые номера позиций. При этом для таких элементов, как валы, используются римские цифры, а для остальных – арабские цифры. Под полками линий-выносок указываются параметры и основные характеристики составных частей схем.

Кинематические схемы | Конструкция бурильных и бурильно-крановых машин

Кинематической схемой машины называется условное схематическое изображение ее механизмов, показывающее их взаимосвязь и способ передачи движения от двигателя рабочим механизмам. Условные обозначения различных элементов механизмов, принятые для упрощения чертежа, приведены в табл.2.

Рассмотрим кинематическую схему наиболее распространенной бурильно-крановой машины БМ-205 (рис. 13), представляющую собой привод бурильной штанги с бурильным инструментом и барабана лебедки грузоподъемного оборудования.

Рис. 13. Кинематическая схема бурильно-крановой машины БМ-205:
1 — двигатель, 2 — подвижная блок-шестерня, 3, 9, 16, 27, 37 — конические подшипники, 4, 24 — подвижная шестерня, 5, 8, 10, 14, 15, 17—19, 26 — неподвижные цилиндрические шестерни, 6, 11, 21, 23, 25, 33, 35 — шарикоподшипники, 7, 20 — паразитные цилиндрические шестерни, 12 — червячное колесо. 13 — червяк, 22 — фрикционная муфта, 28 — вал-шестерня, 29 — цилиндрический роликоподшипник, 30 — канат, 31 — крюк, 32 — бурильная штанга, 34 — коническая шестерня, 36— барабан; I, III—VIII — валы, II, IX — карданные валы

Привод бурильной штанги. От вала 1 отбора мощности трактора через карданный вал II вращение передается установленному на подшипниках 25 входному валу III с сидящей на нем шестерней 26 раздаточной коробки и далее через связанную с ней шестерню 15, вал VI, установленный на конических подшипниках 16, и сидящую на нем шестерню 14 — на шестерню 17 и вал V. Вместе с валом V вращаются неподвижно закрепленные на нем шестерни 18, 19, 5 и подвижная шестерня 4. Введение в зацепление подвижной блок-шестерни 2 с шестерней 5 или 17 обеспечивает две прямые передачи вращения валу IV, установленному на подшипниках 3 и 23. При зацеплении подвижной шестерни 24 с шестерней 18 валу IV передается третья прямая передача вращения, а с паразитной шестерней 20, сидящей на шарикоподшипнике 21 и связанной постоянно с шестерней 19,— обратное вращение. С вала IV через сидящую на нем фрикционную муфту 22 и карданный вал IX вращение передается валу-шестерне 28 вращателя, установленному на конических подшипниках 27 и цилиндрическом роликоподшипнике 29, и далее через шестерню 34 с проходным квадратным отверстием, сидящую на шарикоподшипниках 33 и 35, на бурильную штангу 32 квадратного наружного профиля с бурильным инструментом (на схеме не показан), имеющую возможность осевого перемещения в отверстии шестерни 34. Бурильная штанга получает три прямые и одну обратную передачи вращения в соответствии с вращением вала IV.

Привод барабана лебедки грузоподъемного оборудования. Получение вращения валом V было описано выше. При зацеплении подвижно сидящей на валу V шестерни 4 с шестерней 10 вал VII, сидящий на подшипниках 9 и 11, получает прямое вращение; при зацеплении шестерни 4 (через паразитную шестерню 7, сидящую на шарикоподшипнике 6) с шестерней 8 — обратное вращение. От вала VII через жестко сидящий на нем червяк 13 вращение передается червячному колесу 12, валу VIII, установленному на конических подшипниках 37, и барабану 36 лебедки с находящимся на нем канатом 30 и крюком 31.

В соответствии с направлением вращения вала VII вращается барабан 36, наматывая или стравливая канат 30. Нагрузка на лебедку ограничивается кулачковой муфтой, которую настраивают на момент, соответствующий максимальной грузоподъемности кранового оборудования машины.

Фрикционная муфта 22 предохраняет привод бурильной штанги 32 от перегрузки и отключает вращатель с бурильной штангой от раздаточной коробки при переключении ее передач.

Унифицированные бурильно-крановые машины БМ-202А, БМ-302А и БМ-305 имеют аналогичные кинематические схемы. Схемы остальных машин рассмотрены при описании их устройства (см. гл. IV).

Кинематическая схема мостового крана, схема механизма подъема

Кинематическая схема мостового крана позволяет понять принципы работы всех крановых узлов и механизмов. В целом принцип работы всего подъемно-транспортного оборудования одинаков: основой является одна или две металлических балки, на которых размещена грузовая лебедка, приводимая в движение электрическим двигателем.

Вид кранового оборудования зависит от типа конструкции и специфики поднимаемых грузов. Однако стоит отметить, что основные узлы грузоподъемных механизмов аналогичны.

Общая кинематическая схема мостового крана

Рис. 1. Кинематическая схема механизма передвижения мостового крана

На рисунке 1 представлена типовая кинематическая схема кранового механизма, включающая:

Электродвигатель (чаще всего используются асинхронные трехфазные двигатели).
Тормоз – обеспечивает остановку и фиксацию перемещаемого груза в любом положении.
Редуктор – понижает количество оборотов двигателя.
Барабан – служит для равномерного натяжения крановых тросов.
Полиспаст – одинарый или обойма из нескольких блоков, обеспечивающих эффективное распределение энергии от привода и выигрыш в скорости и силе.
Крюк – устройство для захвата груза.

Кинематическая схема механизма передвижения мостового крана

Рис. 2. Схема трансмиссии крана с индивидуальным приводом

Механизм движения крана может быть центральным или индивидуальным. В свою очередь центральное перемещение подразделяется на два вида: с быстроходным и тихоходным трансмиссионным валом.

Рис. 3. Кинематическая схема передвижения мостового крана с тихоходной трансмиссией

Привод крана с тихоходной трансмиссией устанавливается в середине моста и включает: двигатель 3, муфты-тормоза 2 и редуктор 1. Выходной вал редуктора связывается с валом трансмиссии 4, изготовлен из сборных секций, которые соединяются муфтами 5, установленными в подшипниках. Также муфты соединяют трансмиссионный вал с приводом ходовых колес 7, используя зубчатую передачу 6. Вал 4 вращается с той же скоростью, что и колеса, передавая максимальный крутящий момент.

Кинематическая схема механизма подъема мостового крана

В крановых конструкциях мостового типа грузоподъемный механизм размещается на грузовой тележке. Количество устройств для подъема зависит от максимального веса груза, который способна поднять машина.

Схема подъема подъемно-транспортного оборудования зависит от ряда факторов: типа захватного устройства, высоты и массы поднимаемого груза, длины пролета. При использовании крюка, грейфера или электромагнита используется один подъемный механизм.

Рис. 4. Кинематическая схема подъема мостового крана с крюком

Обозначения на рисунке:

Двигатель
Муфта
Тормоз
Редуктор
Барабан
Полиспаст
Неподвижный блок полиспасты

Для подъема в кранах применяются нормальные и укороченные крюковые подвесы.

Кинематическая схема тележки мостового крана

Рис. 5. Кинетическая схема тележки

Грузовая тележка отвечает за подъем и перемещение рабочего органа крана. Они конструируются с расчетом для использования как на однобалочных, так и на двухбалочных конструкциях.

На схеме с рисунка 5 показано принцип перемещения тележки. Электрический двигатель 1 передает крутящий момент на приводные колеса 11 через муфты 2,8,9,10. Для снижения количества оборотов предназначены зубчатые колесами с косыми зубьями 3-6. Тормоз 7 блокирует передачу крутящего момента и останавливает тележку.

Важность чтения кинематической схемы подчеркивается тем, что ее чтение обязательно для всех студентов направления «Подъемно-транспортные машины и оборудование». Проектирование и расчет кранов и написание курсовой работы невозможно без понимания принципов работы механизма.

Как нарисовать кинематическую схему 2. Механизм DOF 3

Презентация на тему: «Как нарисовать кинематическую диаграмму 2. Механизм DOF 3» – стенограмма презентации:

1 Как нарисовать кинематическую диаграмму 2. Механизм DOF 3
Как нарисовать кинематическую диаграмму 2.Механизм DOF 3. Планарные четырехзвенные связи.

2 Планарное соединение, раздел 2

3 Глава 2 Планарное соединение
Общие характеристики четырехзвенного рычага 2.1） Базовая форма четырехзвенного рычага 2.2） Критерий Грасгофа (условия кривошипа) 2.3） Инверсии четырехзвенного рычага 2.4) Кинематический дизайн четырехзвенного рычага.

4 Характер планарной связи 1. Преимущество
Линия стержневой формы, расстояние кинематической передачи может быть больше Низкое сопряжение, передаваемое усилие может быть очень большим Может иметь очень сложную кривую Различные движения 2. Короткое замыкание: низкая эффективность, сила инерции, непросто проектировать Проблема, подлежащая исследованию Кинематический анализ Кинематический дизайн

5 2.1 Базовая форма четырехзвенного рычага
2.1.1 Коромысло кривошипа 2.1.2 Двойной кривошип 2.1.3 Двойное коромысло

6 2.1.1 Коромысло кривошипно-рычажного механизма
1) Состав 2) Характер быстрого возврата 3) Угол давления и угол передачи 4) Положение мертвой точки

7 Состав четырехзвенного механизма
Кривошип Плавающее звено или муфта Боковые звенья Рама

8 2.1.1 Кривошипный коромысло Схема принципа быстрого возврата

9 Знак быстрого возврата коромысла кривошипа
Определение Коэффициент отношения времени возврата вперед K = Vmb \ r / Vma> = 1 K = （180º + q） / （180º-q） Конечное положение ： Крайнее положение кривошипа ведомой штанги угол между крайними положениями

10 Быстрый возврат Знак кривошипа
Быстрый возврат используется для описания характеристики ведомого стержня. Если q> 0, то есть: K> 0, тогда механизм имеет характер быстрого возврата. Обратите внимание на направление первичного двигателя при анализе. характеристика быстрого возврата

11 Угол давления a 、 угол передачи
Угол давления a: без учета силы трения, острый угол между линией действующей силы ведомого звена и направлением скорости действующей точки.Угол передачи g: составляющий угол давления. Представляют собой характеристики передачи. Чем больше g, тем лучше передача усилия. При разработке механизма ， g gmin Где наименьшее g?

12 Крайнее положение угла передачи

13 Мертвая точка Как избежать мертвой точки?
Когда угол передачи равен нулю, это положение называется мертвой точкой.При анализе мертвой точки вы должны знать, что является основным ходом. Мертвая точка – особое положение механизма. Он отличается от DOF равным нулю. Или механизм самоблокирующийся. Как избежать мертвой точки? Дублируйте рычажный механизм вне фазы 90 градусов С помощью летающего колеса Действие внешней силы Как использовать мертвую точку Посадочный механизм в самолете Зажимное устройство на станке

14 2.1.2 двойной кривошип Используйте характер быстрого возврата ведомого кривошипа
Параллельный рычаг Противопараллельный рычаг

15 2.1.3 Двойное коромысло Кран строительный
Посадочный механизм воздушного самолета

16 2.2 Критерий Грасгофа 1） Заданный вопрос, почему существует кривошип
2） Критерий Грасгофа (Условия наличия кривошипа) Предположим: l1 = min {l1, l2, l3, l4} l4 = max {l1, l2, l3 , l4} l1 + l 4 <= l2 + l3 кривошип должен быть самым коротким звеном стержня l1

17 2.3 Перевернутая форма четырехзвенного рычажного механизма
1) Изменение кинематического сопряжения a. Кривошипно-ползунковый механизм 2) Замена неподвижного звена а) механизм направляющей шины б) Качающийся блок и механизм фиксированного блока 3) Увеличение размера пары а) эксцентриковый колесный механизм

18 2.4 Кинематическая конструкция плоского четырехзвенного рычага
Для реализации движения ведомого звена Для реализации определенной кривой 1） графического дизайна Знать положения муфты ， Знать положения боковых звеньев Знать коэффициент быстрого возврата 2） через эксперимент 2） аналитический дизайн Знать положение боковых звеньев Знать точку трассировки ответвителя 4） Оптимизация

19 2.4.1 Зная движение ведомого звена
Знать передаточное число ведомого звена Зная ： коэффициент быстрого возврата K ， длину коромысла l3 Это угол качания f ， Спроектируйте этот механизм! Шаги: 1) Вычислите значение q 2. Нарисуйте равносторонний треугольник с длиной стороны l3 и верхним углом f 3. Нарисуйте прямоугольный треугольник, сторона с прямым углом имеет угол 90- q 4. В качестве диаметра возьмите гипотенус. , нарисуйте описанную окружность 5） Нарисуйте соответствующую точку, определите длину кривошипа и муфты

20 2.4.2 Задать движение ведомого звена
Знать положение муфты. Проектировать дверцу печи для термообработки 1) Проанализировать проблему 2) Оптимизировать результаты 3) Учитывая три положения муфты, Как решить проблему ? 4) Учитывая четыре или более положений муфты, как решить проблему?

21 год Exm.1 Концептуальный дизайн двери
Механическая дверь Биологическая дверь Магнитная жидкостная дверь Газовая дверь Флиуд дверь

22 Exm1.Механические пути двери
Вращающаяся дверь Складная дверь Мягкая дверь Двухстворчатая дверь Горизонтальная ось Вертикальная ось двойная одинарная

23 Открытые методы дверей с вертикальной осью
、 внутрь или наружу?

24 2.4 Кинематический расчет планарной четырехстержневой связи
Учитывая точки трассировки графического метода соединителя, экспериментального метода, метода виртуального эксперимента, аналитического метода, синтетического метода Шаги к оптимизации 1) Опишите проблему с помощью математической модели и уравнений ограничений 2) Выберите подходящий метод и программный пакет. 3) Проанализируйте результаты вычислений.

25 Домашнее задание сегодня Тетрадь, стр. 42, Проб. 2.16
Разработайте механизм привода двери, проанализируйте данные условия и способы их решения. Пожалуйста, укажите размер вашего дизайна

Мы не можем найти эту страницу

(* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})

{{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}} *

{{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}

{{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}} {{addToCollection.description.length}} / 500 {{l10n_strings.TAGS}} {{$ item}} {{l10n_strings.PRODUCTS}} {{l10n_strings.DRAG_TEXT}}
{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}
{{l10n_strings.LANGUAGE}} {{$ select.selected.display}}
{{article.content_lang.display}}
{{l10n_strings.AUTHOR}}
{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}
{{$ select.selected.display}} {{l10n_strings.CREATE_AND_ADD_TO_COLLECTION_MODAL_BUTTON}} {{l10n_strings.CREATE_A_COLLECTION_ERROR}}
Как нарисовать кинематическую схему для роботизированной руки с 2 степенями свободы – Automatic Addison
В этом уроке мы научимся рисовать кинематическую диаграмму для роботизированной руки с двумя степенями свободы.
Кинематическая диаграмма показывает, как соединяются звенья (жесткие части робота) и шарниры (серводвигатели или линейные приводы ), когда каждое соединение находится под углом 0 градусов (или его положение 0 в случае линейного привода).
Помните, что градусные углы измеряются против часовой стрелки, начиная с положительной оси x (см. Рисунок ниже).
Во-первых, давайте начнем с создания нашего сустава (поворотного сустава… i.е. серводвигатель), а также два звена. Мы будем использовать букву а для обозначения длины ссылки.
Теперь нам нужно пометить соединение с направлением положительного вращения.
Мы используем правило правой руки, согласно которому ваш большой палец указывает в направлении оси вращения . В этом случае ваш большой палец будет направлен вверх (к потолку) из рожка сервопривода. Ваши пальцы будут сгибаться в направлении положительного вращения.
В этом случае θ ₁ показывает, что направление положительного вращения – против часовой стрелки, если вы смотрите сверху вниз на рупор сервопривода.
Теперь давайте добавим шарнир (например, серводвигатель) в конец звена 2.
Помните, мы будем рисовать диаграмму, предполагая, что каждое соединение находится под углом 0 градусов.
В предыдущем разделе мы добавили еще одно соединение (т. Е. Поворотное соединение, потому что движение влечет за собой вращение вокруг единственной оси).
Используя правило правой руки, возьмите большой палец и направьте его в направлении оси вращения (то есть вне центра верхней части серводвигателя. Ваши пальцы сгибаются в направлении положительного вращения (в данном случае против часовой стрелки). … Обратите внимание, что вращение по часовой стрелке будет отрицательным).
Нарисуем положительное вращение.
На этом этапе наша роботизированная рука (то есть «манипулятор») имеет две степени свободы (2 степени свободы), соответствующие двум серводвигателям. Концевой эффектор будет концом звена 4.
В робототехнике конечный эффектор – это часть робота, которая влияет на внешний мир.
Существует множество различных типов концевых эффекторов роботов-манипуляторов. Концевым эффектором также может быть захват, присоска, распылитель краски и т. Д.
Благодарим профессора Анджелы Содеманн за то, что она научила меня этому делу. Доктор Содеманн – отличный педагог (она ведет курс на RoboGrok.com). На своем канале YouTube она дает одни из самых ясных объяснений основ робототехники, которые вы когда-либо слышали.
Глава 4. Основная кинематика жестких тел с ограничениями
И Чжан
с
Сьюзан Фингер
Стефани Беренс
Содержание
4.1 Степени свободы твердого тела
4.1.1 Степени свободы твердого тела в плоскости
Определена степеней свободы (DOF) твердого тела. как количество независимых движений в нем. Рисунок 4-1 показывает твердое тело на плоскости. Чтобы определить глубину резкости этого тела мы должны учитывать, сколько различных способов можно перемещать полосу. В двухмерная плоскость, такая как этот экран компьютера, имеет 3 степени свободы. Штанга может быть перемещена на по оси x , перемещена вдоль оси y , а повернул на вокруг своего центра тяжести.
Рисунок 4-1 Степени свободы твердого тела в плоскости
4.1.2 Степени свободы твердого тела в пространстве
Безудержное твердое тело в пространстве имеет шесть степеней свободы: три поступательных движения по x , y и z осей и трех вращательных движений вокруг x , y и z осей соответственно.
Рисунок 4-2 Степени свободы твердого тела в пространстве
4.2 кинематические ограничения
Два или более твердых тела в космосе вместе называются жестким телом . система кузова . Мы можем препятствовать движению этих независимых жестких тела с кинематическими ограничениями . кинематическая ограничения – это ограничения между твердыми телами, которые приводят к уменьшение степеней свободы системы твердого тела.
Термин кинематические пары на самом деле относится к кинематические зависимости между твердыми телами.Кинематические пары делятся на младшие пары и старшие пары, в зависимости от того, как тела находятся в контакте.
4.2.1 Нижние пары в плоских механизмах
В планарных механизмах есть два типа нижних пар: вращательные пары и призматические пары.
У твердого тела на плоскости всего три независимых движения – два. поступательный и один вращательный – так что вводим либо вращательную пару или призматическая пара между двумя твердыми телами удаляет две степени Свобода.
Рисунок 4-3 Плоская пара вращения (R-пара)
Рисунок 4-4 Плоская призматическая пара (P-пара)
4.2.2 Нижние пары в пространственных механизмах
В категории пространственных механизмов существует шесть видов нижних пар. Типы: сферическая пара, плоская пара, цилиндрическая пара, вращающаяся пара, призматическая пара и винтовая пара.
Рисунок 4-5 Сферическая пара (S-пара)
Сферическая пара удерживает два сферических центра вместе.Два твердые тела, связанные этим ограничением, смогут вращает относительно осей x , y и z , но не будет относительного перевода ни по одному из этих топоры. Следовательно, сферическая пара устраняет три степени свободы в пространственный механизм. DOF = 3 .
Рисунок 4-6 Плоская пара (E-пара)
Пара плоскостей удерживает вместе поверхности двух твердых тел. Чтобы представить себе это, представьте книгу, лежащую на столе, где ее можно перемещать. в любом направлении, кроме стола.Два твердых тела, соединенных между собой такая пара будет иметь два независимых поступательных движения в плоскости, и вращательное движение вокруг оси, перпендикулярной к самолету. Следовательно, плоская пара удаляет три степени свобода в пространственном механизме. В нашем примере книга не будет может подниматься со стола или вращаться в столе. DOF = 3.
Рисунок 4-7 Цилиндрическая пара (C-пара)
Цилиндрическая пара удерживает две оси двух твердых тел. выровнен.Два твердых тела, которые являются частью такой системы, будут имеют независимое поступательное движение по оси и относительное вращательное движение вокруг оси. Таким образом, цилиндрическая пара удаляет четыре степени свободы от пространственного механизма. DOF = 2.
Рисунок 4-8 Вращающаяся пара (R-пара)
Вращающаяся пара удерживает оси двух твердых тел. вместе. Два твердых тела, стесненных парой вращения, имеют независимое вращательное движение вокруг своей общей оси.Следовательно, вращательная пара устраняет пять степеней свободы в пространственном механизм. DOF = 1.
Рисунок 4-9 Призматическая пара (P-пара)
Призматическая пара поддерживает совмещение двух осей двух твердых тел и не допускать относительного вращения. Два твердых тела, ограниченные этим видом ограничения сможет иметь независимое поступательное движение по оси. Таким образом, призматическая пара снимает пять степеней свобода в пространственном механизме. DOF = 1.
Рисунок 4-10 Винтовая пара (Н-пара)
Винтовая пара поддерживает совмещение двух осей двух твердых тел и допускает относительное движение винта. Два твердых тела, стесненных винтовая пара движение, которое представляет собой композицию поступательного движения вдоль оси и соответствующее вращательное движение вокруг оси. Таким образом, винтовая пара устраняет пять степеней свободы в пространственном механизм.
4.3 Жесткие тела с ограничениями
Жесткие тела и кинематические ограничения являются основными компонентами механизмы.Система твердых тел со связями может быть кинематической цепью, механизмом, конструкцией или ни одной из них. Влияние кинематических ограничений на движение твердых тел. имеет два внутренних аспекта: геометрический и физический. аспекты. Другими словами, мы можем анализировать движение стесненного твердые тела из их геометрических соотношений или с помощью Второго закона Ньютона.
Механизм – это система твердых тел с ограничениями, в которой одна из тела – это каркас. Степени свобода важна при рассмотрении системы жесткого тела со связями это механизм.Это менее важно, когда система конструкции или когда она не имеет определенного движения.
Вычисление степеней свободы системы твердого тела прямолинейно вперед. Любое неограниченное твердое тело имеет шесть степеней свободы в пространство и три степени свободы на плоскости. Добавление кинематики ограничения между твердыми телами соответственно уменьшат степени свободы системы твердого тела. Обсудим подробнее эта тема для плоских механизмов в следующем разделе.
4.4 степени свободы плоских механизмов
4.4.1 Уравнение Грюблера
Определение степеней свободы механизма – количество независимых относительных движений твердых тел. Например, на рис. 4-11 показано несколько случаев твердое тело, скованное разными парами.
Рисунок 4-11 Жесткие тела, ограниченные различными типами плоских пар
На рисунке 4-11a твердое тело ограничено парой вращения, которая допускает только вращение. движение вокруг оси.Имеет одну степень свободы, поворачиваясь точка А. Две утерянные степени свободы – это поступательные движения. по осям x и y . Только так твердое тело может move – вращение вокруг фиксированной точки A.
На рисунке 4-11b твердое тело ограничено призматической парой, которая позволяет только поступательное движение. В двух измерениях он имеет одну степень свобода, перемещающаяся по оси x . В этом примере тело потеряло способность вращаться вокруг любой оси, и оно не может двигаться по оси y .
На рис. 4-11c твердое тело ограничено парой более высокого уровня. Имеет две степени свобода: переводить по изогнутой поверхности и поворачивать мгновенная точка контакта.
Вообще твердое тело на плоскости имеет три степени свободы. Кинематические пары – это ограничения на твердые тела, которые уменьшают степени свободы механизма. На рисунке 4-11 показаны три вида пар в плоских механизмах. Эти пары уменьшают количество степеней свободы.Если мы создадим более низкую пару (Рис. 4-11а, б) степени свободы уменьшаются до 2. Аналогично, если мы создадим более высокую пару (рис. 4-11в) степени свободы уменьшаются до 1.
Изображение 4-12 Кинематические пары в плоских механизмах
Следовательно, мы можем написать следующее уравнение:
(4-1)
Где
F = общее количество степеней свободы в механизме
n = количество ссылок (включая рама)
l = количество нижних пар (одна степень свободы)
h = количество старших пар (две степени свободы)
Это уравнение также известно как уравнение Грюблера .
Пример 1
Посмотрите на фрамугу над дверью на Рисунке 4-13a. Открытие и закрывающий механизм показан на Рисунке 4-13b. Подсчитаем его степень свободы.
Рисунок 4-13 Механизм транца
n = 4 (звено 1,3,3 и кадр 4), l = 4 (в точках A, B, C, D), h = 0
(4-2)
Примечание: D и E функционируют как одна призматическая пара, поэтому они только считается одной младшей парой.
Пример 2
Рассчитайте степени свободы механизмов, показанных на Рисунке 4-14b.На рис. 4-14а показано применение механизма.
Рисунок 4-14 Самосвал
n = 4, l = 4 (в точках A, B, C, D), h = 0
(4-3)
Пример 3
Рассчитайте степени свободы механизмов, показанных на Рисунке 4-15.
Рисунок 4-15 Расчет степеней свободы
Для механизма, показанного на Рисунке 4-15a
п = 6, l = 7, h = 0
(4-4)
Для механизма, показанного на Рисунке 4-15b
п = 4, l = 3, h = 2
(4-5)
Примечание: Вращение ролика не влияет на взаимосвязь входного и выходного движения механизма.Следовательно, свобода ролика учитываться не будет; Это называется пассивный или резервный степень свободы. Представьте, что ролик приварен к звену 2 при подсчете градусов. свободы для механизма.
4.4.2 Критерий Кутцбаха
Количество степеней свободы механизма также называется мобильностью устройства. В мобильность – количество входных параметров (обычно пара переменные), которые должны контролироваться независимо, чтобы устройство в определенное положение.Критерий Кутцбаха , которое похоже на уравнение Грюблера, вычисляет подвижность .
Для управления механизмом количество независимых входов движения должны равняться количеству степеней свободы механизма. Например, транец на Рисунке 4-13a имеет одну степень свободы, поэтому ему нужен один независимый ввод движение, чтобы открыть или закрыть окно. То есть вы просто толкаете или тянете штангу 3 управлять окном.
Чтобы увидеть другой пример, механизм на рис. 4-15а также имеет 1 степень свободы.Если независимый вход применяется к звену 1 ( например, , двигатель установлен на соединении A для привода звено 1) механизм будет иметь заданное движение.
4,5 Конечное преобразование
Конечное преобразование используется для описания движения точки на твердое тело и движение самого твердого тела.
4.5.1 Конечное плоское вращательное преобразование
Рисунок 4-16 Точка на плоском твердом теле, повернутом на угол.
Предположим, что точка P на твердом теле совершает вращение описывающий круговой путь от P ₁ до P ₂ вокруг начала системы координат.Мы можем описать это движение с помощью оператора вращения R ₁₂ :
(4–6)
куда
(4-7)
4.5.2 Конечная плоская трансляционная Трансформация
Рисунок 4-17 Точка на плоском твердом теле, перенесенная на расстояние
Предположим, что точка P на твердом теле проходит через перевод, описывающий прямой путь от P ₁ до P ₂ с изменением координат (x, y).Мы можем описать это движение с переводчиком T ₁₂ :
(4-8)
куда
(4-9)
4.5.3 Конкатенация конечных плоских смещений
Рисунок 4-18 Конкатенация конечных плоских смещений в пространстве
Предположим, что точка P на твердом теле совершает вращение описывающий круговой путь от P ₁ до P ₂ ‘ вокруг начала системы координат, затем перевод, описывающий прямой путь от P ₂ ‘ до П ₂ .Мы можем представить эти два шага как
(4-10)
. и
(4-11)
Мы можем объединить эти движения, чтобы получить
(4–12)
где D ₁₂ – оператор общего плоского перемещения :
(4-13)
4.5.4 Преобразование плоского твердого тела
Мы обсудили различные преобразования для описания перемещения точки на твердом теле. Могут ли эти операторы быть применяется к перемещению системы точек, такой как жесткий тело?
Мы использовали однородную матрицу-столбец 3 x 1 для описания вектора представляющий одну точку.Выгодная особенность планара 3 х 3 матричные операторы поступательного, вращательного и общего смещения в том, что их можно легко запрограммировать на компьютере, чтобы управлять 3 Матрица x n из n векторов-столбцов, представляющих n точек твердого тела. Поскольку расстояние каждой частицы твердого тела друг от друга точка твердого тела постоянна, векторы, определяющие каждую точку твердого тела должно претерпеть такое же преобразование, когда твердое тело тело перемещается, и указывается правильная ось, угол и / или перенос представить его движение.(Шандор И Эрдман 84). Например, общее плоское преобразование для трех точек A, B, C на твердом теле можно представить к
(4-14)
4.5.5 Преобразование пространственного вращения
Мы можем описать оператор пространственного вращения для вращательного преобразование точки вокруг единичной оси u , проходящей через начало системы координат. Предположим, что угол поворота точки около у есть, оператор поворота будет выражен как
(4-15)
куда
u _x, u _y, u _z являются отографическими проекция оси агрегата u на x , y и z осей соответственно.
с = грех
с = cos
v = 1 – cos
4.5.6 Пространственное трансляционное преобразование
Предположим, что точка P на твердом теле проходит через перевод, описывающий прямой путь от P ₁ до P ₂ с изменением координат (x, y, z), мы можем описать это движение с переводчиком T :
(4-16)
4.5.7 Матрица пространственного переноса и вращения для оси Через происхождение
Предположим, что точка P на твердом теле вращается с угловым смещение относительно единичной оси u , проходящей через начало координат сначала система координат, а затем перевод D u по u . Эта композиция этого ротационного преобразование, и это трансляционное преобразование – винт движение. Соответствующий матричный оператор винт оператор , представляет собой конкатенацию оператора перемещения в уравнении 4-7 и оператора поворота в уравнении 4-9.
(4-17)
4.6 Матрица трансформации между твердыми телами
4.6.1 Матрица преобразования между двумя массивами Тела жесткие
Для системы твердых тел мы можем установить локальную декартову систему система координат для каждого твердого тела. Матрицы преобразования используется для описания относительного движения между твердыми телами.
Например, два твердых тела в пространстве имеют локальную координату системы x ₁ y ₁ z ₁ и x ₂ y ₂ z ₂.Пусть точка P будет прикреплен к корпусу 2 в месте (x ₂, y ₂, z ₂) в локальной системе координат тела 2. Чтобы найти расположение P относительно локальной системы координат тела 1, мы знаем, что точка x ₂ y ₂ z ₂ можно получить из x ₁ y ₁ z ₁ с помощью объединение перемещения L _x1 вдоль оси x и вращение z о z ось.Матрицу преобразования можно вывести следующим образом:
(4-18)
Если твердое тело 1 закреплено в виде каркаса, то На этом теле может быть создана глобальная система координат. Следовательно вышеупомянутое преобразование может использоваться для отображения локальных координат объекта точка в глобальные координаты.
4.6.2 Кинематические ограничения между двумя жесткими дисками Кузова
Матрица преобразования выше является конкретным примером для двух неограниченные твердые тела. Матрица преобразования зависит от взаимное расположение двух твердых тел.Если соединить два жестких тел с кинематической связью, их степени свободы будут уменьшены. Другими словами, их родственник движение будет в некоторой степени уточнено.
Предположим, мы ограничиваем два твердых тела выше вращающейся парой, как показано на рисунке 4-19. Мы можем по-прежнему запишите матрицу преобразования в той же форме, что и в уравнении 4-18.
Рисунок 4-19 Относительное положение точек на ограниченных телах.
Разница в том, что L _x1 – постоянная теперь, потому что пара вращения фиксирует начало системы координат x ₂ y ₂ z ₂ относительно системы координат x ₁ y ₁ z ₁.Однако вращение z по-прежнему является переменной. Следовательно, кинематические ограничения определяют матрица преобразования в некоторой степени.
4.6.3 Нотация Денавита-Хартенберга
Обозначение Денавита-Хартенберга (Денавит и Хартенберг 55) является широко используется при преобразовании систем координат рычагов и механизмов роботов. Может быть используется для представления матрицы преобразования между ссылками, как показано на Рисунок 4-20.
Рисунок 4-20 Обозначения Денавита-Хартенберга
На этом рисунке
z _i-1 и z _i – оси двух пар вращения;
_i – включенный угол осей x _i-1 и x _i;
d _i – расстояние между началом координат системы координат. x _i-1 y _i-1 z _i-1 и основание общего перпендикуляр;
a _i – расстояние между двумя футами общего перпендикуляра;
_i – включенный угол осей z _i-1 и z _i;
Матрица преобразования будет T _{(i-1) i}
(4-19)
Вышеупомянутая матрица преобразования может быть обозначена как T (a _i, _i, _i, d _i) для удобства.
4.6.4 Применение матриц преобразования к связям
Связь состоит из нескольких скованных твердых тел. Как механизм, навеска должна иметь каркас. Матричный метод может быть используется для вывода кинематических уравнений рычажного механизма. Если все ссылки образуют замкнутый цикл, объединение всех матрицы преобразования будут единичной матрицей. Если механизм имеет n ссылок, у нас будет:
Т ₁₂ Т ₂₃…T _{(n-1) n} = I
(4-20)
Содержание
Полное содержание
1 Введение в механизмы
2 Механизмы и простые машины
3 Подробнее о машинах и механизмах
4 Основная кинематика жестких тел с ограничениями
4.1 Степени свободы твердого тела
4.1.1 Степени свободы твердого тела в плоскости
4.1.2 Степени свободы твердого тела в пространстве
4.2 кинематические ограничения
4.2.1 Нижние пары в плоских механизмах
4.2.2 Нижние пары в пространственных механизмах
4.3 Жесткие тела с ограничениями
4.4 степени свободы плоских механизмов
4.4.1 Уравнение Грюблера
4.2.2 4.4.2 Критерий Кутцбаха
4,5 4,5 Конечное преобразование
4.5.1 Конечное плоское вращательное преобразование
4.5.2 Конечное плоское трансляционное преобразование
4.5.3 Конкатенация конечных плоскостей Смещения
4.5.4 Плоское преобразование твердого тела
4.5.5 Пространственное вращательное преобразование
4.5.6 Пространственное трансляционное преобразование
4.5.7 Матрица пространственного переноса и вращения для Ось через начало
4.6 Матрица трансформации между твердыми телами
4.6.1 Матрица преобразования между двумя массивами Твердые тела
4.6.2 Кинематические ограничения между Два жестких тела
4.6.3 Нотация Денавита-Хартенберга
4.6.4 Применение матриц преобразования к Связям
5 планарных рычагов
6 кулачков
7 передач
8 Прочие механизмы
Индекс
Ссылки

sfinger @ ri.cmu.edu
Основы кинематики | Безграничная физика
Определение кинематики
Кинематика – это исследование движения точек, объектов и групп объектов без учета причин их движения.
Цели обучения
Определить кинематику
Основные выводы
Ключевые моменты
Для описания движения кинематика изучает траектории точек, линий и других геометрических объектов.
Изучение кинематики можно абстрагировать в чисто математических выражениях.
Кинематические уравнения могут использоваться для расчета различных аспектов движения, таких как скорость, ускорение, смещение и время.
Ключевые термины
кинематика : Раздел механики, связанный с движущимися объектами, но не с задействованными силами.
Кинематика – это раздел классической механики, который описывает движение точек, объектов и систем групп объектов без ссылки на причины движения (т.е., силы). Изучение кинематики часто называют «геометрией движения».
Объекты вращаются вокруг нас. Все, от теннисного матча до полета космического зонда над планетой Нептун, связано с движением. Когда вы отдыхаете, ваше сердце перемещает кровь по венам. Даже в неодушевленных предметах есть непрерывное движение в колебаниях атомов и молекул. Могут возникнуть интересные вопросы о движении: сколько времени потребуется космическому зонду, чтобы добраться до Марса? Куда приземлится футбольный мяч, если его бросить под определенным углом? Однако понимание движения также является ключом к пониманию других концепций физики.Например, понимание ускорения имеет решающее значение для изучения силы.
Для описания движения кинематика изучает траектории точек, линий и других геометрических объектов, а также их дифференциальные свойства (такие как скорость и ускорение). Кинематика используется в астрофизике для описания движения небесных тел и систем; и в машиностроении, робототехнике и биомеханике для описания движения систем, состоящих из соединенных частей (таких как двигатель, роботизированная рука или скелет человеческого тела).
Формальное изучение физики начинается с кинематики. Слово «кинематика» происходит от греческого слова «kinesis», означающего движение, и связано с другими английскими словами, такими как «cinema» (фильмы) и «kinesiology» (изучение движения человека). Кинематический анализ – это процесс измерения кинематических величин, используемых для описания движения. Изучение кинематики можно абстрагировать в чисто математических выражениях, которые можно использовать для расчета различных аспектов движения, таких как скорость, ускорение, смещение, время и траектория.
Кинематика траектории частицы : Кинематические уравнения могут использоваться для расчета траектории частиц или объектов. Физические величины, относящиеся к движению частицы, включают: массу m, положение r, скорость v, ускорение a.
Системы отсчета и смещение
Чтобы описать движение объекта, необходимо указать его положение относительно удобной системы отсчета.
Цели обучения
Оценить смещение в системе координат.
Основные выводы
Ключевые моменты
Выбор системы отсчета требует решения, где находится исходное положение объекта и какое направление будет считаться положительным.
Допустимые системы отсчета могут отличаться друг от друга перемещением друг относительно друга.
Рамки отсчета особенно важны при описании смещения объекта.
Смещение – это изменение положения объекта относительно его системы отсчета.
Ключевые термины
смещение : векторная величина, которая обозначает расстояние с направленным компонентом.
рамка отсчета : система координат или набор осей, в пределах которых можно измерить положение, ориентацию и другие свойства объектов в ней.
Чтобы описать движение объекта, вы должны сначала описать его положение – где он находится в любой конкретный момент времени. Точнее, нужно указать его положение относительно удобной системы отсчета.Земля часто используется в качестве системы отсчета, и мы часто описываем положение объектов, связанных с их положением на Землю или от нее. Математически положение объекта обычно представлено переменной x .
Код ссылки
Есть два варианта, которые вы должны сделать, чтобы определить переменную позиции x . Вы должны решить, где поставить x = 0 и какое направление будет положительным. Это называется выбором системы координат или выбором системы отсчета.Пока вы последовательны, любой фрейм одинаково действителен. Но вы не хотите менять систему координат во время расчета. Представьте, что вы сидите в поезде на станции и вдруг замечаете, что станция движется назад. Большинство людей сказали бы, что они просто не заметили, что поезд движется – только казалось, что движется станцией. Но это показывает, что существует третий произвольный выбор , который входит в выбор системы координат: действительные системы отсчета могут отличаться друг от друга, перемещаясь относительно друг друга.Может показаться странным использовать систему координат, движущуюся относительно земли, но, например, система координат, движущаяся вместе с поездом, может быть гораздо более удобной для описания вещей, происходящих внутри поезда. Рамки отсчета особенно важны при описании смещения объекта.
СПРАВОЧНИКИ профессора Хьюма и профессора Дональда Айви из Университета Торонто
В этом классическом фильме профессора Хьюм и Айви умело иллюстрируют системы отсчета и различают фиксированные и движущиеся системы отсчета.

Обучающий фильм (1960) Обучающий фильм : Справочные материалы – образовательный фильм 1960 года, созданный Комитетом по изучению физических наук. Фильм предназначен для показа на курсах физики в средней школе. В фильме профессора физики Университета Торонто Паттерсон Хьюм и Дональд Айви объясняют различие между инерциальной и неинтерциальной системами отсчета, демонстрируя эти концепции с помощью юмористических трюков с камерой. Например, фильм начинается с Доктора.Хьюм, который кажется перевернутым, обвиняет доктора Айви в том, что он перевернут. Только когда пара подбрасывает монету, становится очевидно, что доктор Айви – и камера – действительно перевернуты. Юмор фильма служит как для заинтересованности студентов, так и для демонстрации обсуждаемых концепций. В этом фильме PSSC используется увлекательный набор, состоящий из вращающегося стола и мебели, занимающих неожиданно непредсказуемые места в зоне просмотра. Прекрасная кинематография Авраама Морочника и забавное повествование профессоров Университета Торонто Дональда Айви и Паттерсона Хьюма – прекрасный пример того, как творческая группа кинематографистов может весело провести время с предметом, который другие, менее творческие люди могут найти в прохожих.Продюсер: Ричард Ликок Продюсерская компания: Educational Development Corp. Спонсор: Эрик Престамон
Рабочий объем
Смещение – это изменение положения объекта относительно его системы отсчета. Например, если автомобиль движется из дома в продуктовый магазин, его перемещение – это относительное расстояние продуктового магазина до системы отсчета или дома. Слово «смещение» означает, что объект переместился или был перемещен. Смещение – это изменение положения объекта, которое математически можно представить следующим образом:
[латекс] \ Delta \ text {x} = \ text {x} _ \ text {f} – \ text {x} _0 [/ latex]
, где Δ x – смещение, x _f – конечное положение, а x ₀ – начальное положение.
показывает важность использования системы координат при описании перемещения пассажира в самолете.
Перемещение в системе ведения : Пассажир перемещается со своего места на заднюю часть самолета. Его расположение относительно самолета указано x. Смещение пассажира на -4,0 м относительно самолета показано стрелкой в направлении задней части самолета. Обратите внимание, что стрелка, обозначающая его перемещение, вдвое длиннее стрелки, обозначающей перемещение профессора (он перемещается вдвое дальше).
Введение в скаляры и векторы
Вектор – это любая величина, которая имеет как величину, так и направление, тогда как скаляр имеет только величину.
Цели обучения
Определите разницу между скалярами и векторами
Основные выводы
Ключевые моменты
Вектор – это любая величина, имеющая величину и направление.
Скаляр – это любая величина, которая имеет величину, но не имеет направления.
Смещение и скорость – это векторы, а расстояние и скорость – скаляры.
Ключевые термины
скаляр : величина, имеющая величину, но не направление; сравнить вектор.
вектор : Направленная величина, имеющая как величину, так и направление; между двумя точками.
В чем разница между расстоянием и смещением? В то время как смещение определяется как направлением, так и величиной, расстояние определяется только величиной. Смещение – это пример векторной величины. Расстояние – это пример скалярной величины.Вектор – это любая величина, имеющая как величину, так и направление. Другие примеры векторов включают скорость 90 км / ч на восток и силу 500 ньютонов прямо вниз.

Скаляры и векторы : Г-н Андерсен объясняет различия между скалярными и векторными величинами. Он также использует демонстрацию, чтобы показать важность векторов и сложения векторов.
В математике, физике и технике вектор – это геометрический объект, который имеет величину (или длину) и направление и может быть добавлен к другим векторам в соответствии с векторной алгеброй.Направление вектора в одномерном движении задается просто знаком плюс (+) или минус (-). Вектор часто представлен отрезком линии с определенным направлением или графически в виде стрелки, соединяющей начальную точку A с конечной точкой B, как показано на.
Векторное представление : Вектор часто представляется отрезком линии с определенным направлением или графически в виде стрелки, соединяющей начальную точку A с конечной точкой B.
Некоторые физические величины, например расстояние, либо не имеют направления, либо не имеют определенного направления.В физике скаляр – это простая физическая величина, которая не изменяется при поворотах или перемещениях системы координат. Это любая величина, которая может быть выражена одним числом и имеет величину, но не направление. Например, температура 20ºC, 250 килокалорий (250 калорий) энергии в шоколадном батончике, ограничение скорости 90 км / ч, рост человека 1,8 м и расстояние 2,0 м – все это скаляры или количества, не указанные. направление. Обратите внимание, однако, что скаляр может быть отрицательным, например, температура –20ºC.В этом случае знак минус указывает точку на шкале, а не направление. Скаляры никогда не изображаются стрелками. (Сравнение скаляров и векторов показано на рис.)
Скаляры и векторы : Краткий список величин, которые являются либо скалярами, либо векторами.
Для каждого из механизмов нарисуйте кинематическую схему, укажите количество звеньев и шарниров, а …
Нарисуйте кинематическую схему эскизов швейной машины ниже. Промаркируйте все краски и стыки.Рассчитать …
Нарисуйте кинематическую схему эскизов швейной машины ниже. Промаркируйте все краски и стыки. Рассчитайте степени свободы (или подвижности). (18)
1. (40%) Для каждого механизма, показанного ниже, определите количество звеньев, количество шарниров и …
1. (40%) Для каждого механизма, показанного ниже, определите количество звеньев, количество шарниров и степени свободы. (a) (b) (c) (d) Ползунок с подвижным контактом (C, E, G-ползунки)
Как рассчитать количество степеней подвижности самолета а пространственные механизмы? Дай…
Как рассчитать количество степеней подвижности самолета а пространственные механизмы? Дайте пояснения к формулам. Нарисуйте схемы механизмы с пассивными ограничениями (ссылки) и локальными (избыточными) степени подвижности.
кинематическое проектирование машин. Для каждого из механизмов, показанных ниже, определите кинематические пары, нарисуйте кинематику …
кинематическое проектирование машин . Для каждого из механизмов, показанных ниже, определите кинематические пары, нарисуйте кинематические диаграммы и рассчитайте подвижность.(Ответьте в отведенных местах. При необходимости приложите отдельные листы) a) Ножовка по металлу. Шарнир звена 5 на O5 L2 75 мм L3 170 мм 4 2 45 мм V-образный ход резания O2 и Os заготовка . Для каждого из механизмов, показанных ниже, определите кинематические пары, нарисуйте кинематические диаграммы и рассчитайте подвижность. (Ответьте в отведенных местах ….
1. Для каждого из механизмов, показанных ниже, определите кинематические пары, нарисуйте кинематические диаграммы. И вычислите моби …
1. Для каждого из механизмов, показанных ниже, определите кинематические пары, нарисуйте кинематические схемы.и рассчитать мобильность. (Ответьте в отведенных местах. При необходимости приложите отдельные листы) a) Ножовка по металлу. Поворот звена 5 на O5 L2 75 мм L3 = 170 мм как Vblade 2 Ход реза 45 мм 2 и заготовка Os 1. Для каждого из механизмов, показанных ниже, определите кинематические пары, нарисуйте кинематические диаграммы и рассчитайте подвижность. (Ответьте в отведенных местах. При необходимости приложите отдельные листы) …
1) Для двух механизмов ниже укажите ссылки и рекомендации. Определите количество…
1) Для двух механизмов ниже укажите ссылки и рекомендации. Определите количество степеней свободы каждого механизма и объясните, является ли их движение определяющим для показанных входов. Предположим, что проскальзывание и отсутствие проскальзывания между кулачком и роликом. Нагрузка Гидравлический цилиндр (входной) ролик Вход вилки
Пожалуйста, объясните решение подробнее, наш профессор только что дал нам ответы. пл Финал-2 …
Пожалуйста, объясните решение подробнее, наш профессор только что дал нам ответы.Ple Final-2 [Режим совместимости] – Word ИЗОБРАЖЕНИЕ ИНСТРУМЕНТЫ МАКЕТ ССЫЛКИ ФОРМАТ ОБЗОРА ПОЧТЫ Акцент 1 Заголовок 1 1 Заголовок 2 Параграф ОТКРЫТАЯ КНИГА, ОТКРЫТЫЕ ЗАМЕТКИ Выход / имя ВАШЕ ИМЯ 1 (S0 БАЛЛОВ) Для следующих двух механизмов определите: а. Количество звеньев () (7 баллов) b. Количество стыков 6) (7 баллов) c. Число мобильности (а) (7 баллов) d. Количество степеней свободы для каждого сустава (7 баллов) …
Проблема 1 (70) Для каждого показанного механизма:. Укажите количество звеньев, элементов, соединений и степеней свободы…
Проблема 1 (70) Для каждого показанного механизма:. Укажите количество звеньев, элементов, соединений и степень свободы 2. Укажите тип звена: двоичное, тройное, n-элементное и т. Д. (B) (a) 4 + C3 3 Роликовый контакт 6 2 2 (d)
Нарисуйте механизмы каждой реакции и укажите, какие rxn они под. пожалуйста и спасибо!!…
Нарисуйте механизмы каждой реакции и укажите, какие rxn они под. пожалуйста и спасибо!! Н C = C / н транс-присоединение H – Br Br Н- – Br H Br (1R, 2S) -мезо-стильбен дибромид т.пл. 236-237 ° C, MW 340.07 Пиридиний гидробромид пербромид MW 319,86 E-Стилбен MW 180,24 – Br Н- HOCH, CH, OCH, CH, OCH, CH, OH Триэтиленгликоль т.кип. 290 ° C + 2 КОН Br Н- MW 56,00 (IR, 2S) – дибромид мезо-Стилбена MW 340,07 Дифенилацетилен т.пл. 61 ° C, MW 178,22 по сравнению с окислением
2) (120 баллов) После успешной посадки на планету Марс некоторые ученые хотят экспериментально проверить механизм компрессора, представленный ниже. Показанный ниже механизм компрессора приводится в действие по часовой стрелке …
2) (120 баллов) После успешной посадки на планету Марс некоторые ученые хотят экспериментально проверить механизм компрессора, представленный ниже.Механизм компрессора, показанный ниже, приводится в действие электродвигателем постоянного тока по часовой стрелке с постоянной скоростью 800 об / мин и ускорением 1000 рад / с. В показанном положении давление в цилиндре составляет 70 фунтов на квадратный дюйм, а вес поршня составляет 2 фунта. Коэффициент трения между поршнем и цилиндром компрессора составляет 0,5. Вес всех остальных …
станков | Бесплатный полнотекстовый | Автоматический кинематический анализ механизмов планарных звеньев с замкнутым контуром
1. Введение
Анализ движения механических звеньев – одна из наиболее важных задач, требуемых при проектировании изделий с их помощью.Для некоторых известных и популярных механизмов они уже разработаны экспертами-исследователями. Однако анализ многих других малоизвестных механизмов еще не завершен. Для исследователя нереально всесторонне исследовать анализ движения для всех этих механизмов для использования пользователем. Следовательно, если разработчики продукта рассматривают возможность использования нескольких типов механизмов, они должны провести собственный кинематический анализ. Существуют некоторые методы кинематического анализа для механизма с обратной связью, такие как решение уравнения с обратной связью этого механизма, вычисление положения алгебраически с использованием геометрии и систематический анализ.
В общем, уравнение замкнутого цикла механизмов замкнутого цикла становится системой трансцендентных уравнений, которые нелегко решить. Вампер [1], Нильсен и Рот [2] представили метод расчета, основанный на определителе Диксона [3], чтобы превратить проблему в проблему собственных значений, и получили численное решение. Численные решения были получены путем итерационного расчета. Однако решения включали размеры с мнимым числом или ненужные решения, так что механизм принимал невозможную конфигурацию.Кроме того, такие обширные итерационные вычисления обычно требуют достаточно компьютерных ресурсов и вычислительного времени. Программное обеспечение для автоматизированного проектирования, такое как SolidWorks [4], Autodesk Fusion360 [5] и Open Cascade [6], которые часто используются для разработки механических изделий, на самом деле выполняют кинематический анализ нескольких тел с итеративным расчетом. Однако, поскольку вычисление является просто числовой операцией и скрыто в черном ящике, пользователь не может явно понять процесс анализа и, к сожалению, результат вычисления может сходиться к значению, которое указывает положение механизма, отличное от требуемого пользователем.Если механизм представляет собой простую цепочку с одним циклом, выход может быть описан как функция входного значения с помощью геометрического анализа алгебраически. Книги, написанные JSME [7] и McCarthy [8], показывают геометрический анализ четырехзвенной связи. Поскольку выходные данные описываются как алгебраическое выражение, они вычисляются напрямую, и итерационные вычисления не требуются. Однако во многих случаях выход многопетлевой связи не может быть описан как алгебраическое выражение. Многие исследователи работали над анализом смещения для кинематических цепей, которые классифицируются в группу Ассура [9,10,11,12].Группа Ассура – это набор кинематических цепей, разработанный Леонидом Ассуром, степень свободы которых равна нулю. Сложная структура может быть построена путем удлинения гарантированной кинематической цепи, другими словами, сложный механизм связи может рассматриваться как происходящий из некоторых гарантированных кинематических цепей [13]. Следовательно, ожидается, что анализ общих механизмов сцепления станет возможным за счет анализа кинематических цепей, принадлежащих к группе Ассура. Однако невозможно проанализировать все бесчисленные кинематические цепочки Ассура.Кроме того, необходимо выяснить, какая кинематическая цепь Ассура составляет механизм связи для анализа, и этот метод требует огромной базы данных группы Ассура. Фунабаши [14] и книги [7,15] представили метод систематического анализа. В этом методе механизмы рассматриваются как состоящие из нескольких типов базовой разомкнутой цепи, а их перемещения рассчитываются с помощью функций преобразования. Функция преобразования может вычислять смещение и производную по времени для каждого типа базовой открытой цепи без итерационных вычислений.Даже для механизма со сложной конфигурацией смещение всего механизма в конечном итоге получается путем разделения его на несколько основных открытых цепочек и их последовательного вычисления с функциями преобразования. Расчеты цепочек выполняются по заранее подготовленной методике, состоящей из сложной комбинации функций преобразования. Таким образом, обращаясь к процедуре, можно в явной форме раскрыть статус механизма и процесс анализа. Однако процедуры анализа различаются для каждого типа механизма, и неопытным инженерам сложно найти процедуру.Мюллер, Мангейм, Хюзинг и Корвес разработали программное обеспечение для проектирования рычажных механизмов и кулачков, а именно Mechanism Developer (MechDev), которое поддерживает инженеров-проектировщиков машин в процессе проектирования [16]. Плагины для кинематического анализа основаны на сочетании аналитических и численных методов расчета. Хотя это программное обеспечение является удобным для пользователя дизайном, подробная процедура процесса анализа не ясна для пользователей. В этой статье предлагается алгоритм, который автоматически выделяет процедуру для метода систематического кинематического анализа для плоских механизмов связи.Алгоритм извлечения процедуры упрощен до простого алгоритма поиска двухзвенной цепочки за счет сокращения типов функций преобразования. Описывая конфигурацию механизма связи в нотации нового формата матрицы, он позволяет автоматически искать двухзвенные цепи с помощью компьютерной программы. Чтобы протестировать этот алгоритм, извлекаются процедуры анализа для двух механизмов связи в плоскости с обратной связью. Кроме того, предлагается способ выбора подходящей процедуры из нескольких доступных кандидатов.Наш подход реализует автоматическое извлечение процедур, что затруднительно для предыдущего метода, при этом сохраняя преимущество методов систематического анализа, то есть он может четко показать процесс анализа, который не может быть понят другим программным обеспечением. Движение механизма можно рассчитать аналитически без численных итерационных вычислений, которые выполняются в другом программном обеспечении, за исключением механизмов, которые удовлетворяют определенному условию. Это расширенная версия доклада конференции на 25-м симпозиуме Jc-IFToMM [17].Основное расширенное содержание: (i) реализованный алгоритм процесса Решателя; (ii) пример анализа механизма, включающего призматический шарнир; и (iii) способ выбора подходящих временных ограничений, которые будут применяться к механизму, чтобы анализ был проведен.
2. Общее матричное представление связей
Механизмы описываются как общая форма, которая представляет топологические конфигурации механизмов. Существует несколько видов представления: двумерный (2D) граф [18,19], матрица смежности [20,21] и так далее.При автоматизации извлечения процедуры анализа конфигурация механизма должна быть выражена в матрице для обработки на компьютере. Кроме того, необходимо описать, какой сустав с каким звеном соединен, чтобы найти двухзвенную цепь, описанную ниже. Следовательно, в этой статье конфигурации механизмов описываются в виде матрицы, «LJ-матрицы», которая основана на матрице инцидентности, которая обозначает взаимосвязь между звеньями и соединениями. LJ-матрица предлагается в следующем виде.
mi, j = 0 (JinotonLj) a (JionLj)
(2)
где Ji – это i-я пара, а Lj – это j-е звено для i = 1, 2,…, NJ и j = 1, 2,…, NL. NJ и NL – количество пар и звеньев. a определено в таблице 1.
Известные пары означают фиксированные пары или пары, положение которых уже рассчитано. Неизвестные пары означают не рассчитанные пары.
После этого, чтобы упростить обсуждение процесса извлечения процедуры анализа, которая будет представлена позже, механизмы упрощаются в соответствии со следующими тремя правилами предварительной обработки.(i) Все ссылки представлены как двоичные ссылки или составленные из них структуры. Связь из нескольких пар переписывается как компонент фермы, состоящий из двоичных связей (рисунок 1). (ii) Активная пара переписывается как ссылка, длина которой зависит от входа активной пары. Это звено соединяет оба конца звеньев, подключенных к активной паре (рисунок 2). (iii) Перекрывающиеся несколько пар распознаются как одна пара.
Всем звеньям и парам упрощенного механизма присвоены индексы L1, L2, L3, ⋯ и J1, J2, J3, ⋯ соответственно.В последующем обсуждении анализируемый механизм будет рассматриваться так, как если бы он уже был упрощен этими правилами.
4. Блок-схема
На рисунке 9 показана блок-схема предложенного алгоритма, извлекающего процедуру систематического кинематического анализа. Алгоритм состоит из четырех подпроцессов, а именно: «Генератор LJ-матрицы», «Процесс решения», «Процесс добавления ссылки» и «Решатель избыточных ограничений».
Каждый раз, когда подпроцесс завершается, его действия записываются в журнал процедуры анализа.
Сначала генератор LJ-матрицы автоматически генерирует LJ-матрицу анализируемого механизма. Введите схематическую диаграмму механизма, нарисованную пользователями свободно и определяющую активные пары и фиксированные ссылки в графическом интерфейсе (рисунок 10), они автоматически преобразуются в LJ-матрицу этим процессом. Впоследствии генератор LJ-матрицы создает журналы процедуры о сгенерированной LJ-матрице, фиксированных связях и активной паре. Сгенерированная LJ-матрица вводится в процесс Solver, который вычисляет совместное положение и скорость с помощью Solver (раздел 3.1). При вычислении положения решатель двухзвенных цепей (i) или (ii) (раздел 3.1) может принимать два симметричных решения положения. Он автоматически определяется согласно входной принципиальной схеме, что решение было принято. После этого процесс Solver создает журналы процедур о целевом соединении, которое необходимо вычислить, размерах двухзвенной цепочки и обновлении LJ-матрицы. В случае, если процессу Solver не удалось завершить извлечение процедуры, то есть целевой механизм неразрешимой, процесс добавления ссылок устанавливает дополнительные ссылки в механизм и его LJ-матрицу.На рисунке 11 показана блок-схема процесса добавления ссылки.
Впоследствии процесс добавления ссылки создает протокол процедуры об установленной ссылке добавления.
Измененная LJ-матрица снова вводится в процесс Решателя. Если Solver завершает извлечение процедуры, распознаватель избыточных ограничений повторно вычисляет длину добавляемых ссылок на основе итеративного расчета (раздел 3.3.2). После этого распознаватель избыточных ограничений создает журналы процедуры о пересчитанных ссылках добавления и функции оценки.Сходимость вычислений на резолвере чрезмерных ограничений означает, что кинематический анализ и извлечение процедуры завершены. После того, как алгоритм закончен, генерируются читаемое руководство по процедуре и программа MATLAB кинематического анализа.
6. Время обработки алгоритма в зависимости от выбора ссылки добавления
Существует несколько вариантов добавления ссылки, которые будут установлены в механизм, чтобы помочь процессу Решателя, как указано в Разделе 3.3.1. Поскольку предложенный алгоритм анализа рассматривает установленные ссылки добавления как одну из исходных ссылок в механизме, механизмы, в которые были установлены разные ссылки добавления, но изначально были одной и той же цепочкой ссылок, обрабатываются в алгоритме как совершенно разные механизмы.Следовательно, конфигурация двухзвенных цепей и порядок вычислений, которые определяет процесс Solver для каждого механизма, различны. Это означает, что каждый кандидат на добавление ссылки, наконец, получает разные процедуры анализа. Механизм связи с шестью стержнями, упомянутый в разделе 5.2, имеет девять доступных кандидатов на добавление ссылки L12, включая принятый, соединяющий J1 и J4. Они удовлетворяют обязательному условию для добавления ссылки, заключающемуся в том, что они конфигурируют вычислимые двухзвенные цепи с исходной ссылкой механизма.В таблице 2 показаны все кандидаты на добавление ссылки L12 и соединенные соединения на обоих концах, и они будут выводить девять типов различных процедур анализа.
Лучший выбор определяется как кандидат, который сводит к минимуму время обработки анализа для выбора одной ссылки Add из кандидатов. Конечно, время обработки алгоритма анализа зависит от процедуры анализа, и это приводит к подходящим Add-ссылкам.
На рисунке 16 показан график разброса для времени обработки программы анализа.Данные графика получены при запуске программы фактического анализа шестистержневого рычажного механизма, показанного на рисунке 14, где угол активной пары принимает целочисленное значение в диапазоне от -10 градусов до 10 градусов от начального угла. Сотни измерений времени обработки выполняются для каждого входного значения и кандидатов на добавление ссылок, и их среднее время вычисляется как данные для построения графика. Этот график предполагает, что существует сильная положительная корреляция между временем обработки и количеством итерационных вычислений в преобразователе избыточных ограничений.Поскольку количество вычислений уникально для комбинации выбора Add-link и активного парного угла, необходимая ситуация для наилучшего Add-link состоит в том, чтобы минимизировать количество итеративных вычислений. На рисунке 17 показано количество итерационных вычислений и норма значений функции f расстояния между парами, которая используется для получения длин ссылок добавления, упомянутых в разделе 3.3.1, для каждого кандидата на добавление ссылки, указанного в таблице 2. Первый представлен в виде диапазонов входных смещений -10 градусов <Δθ <10 градусов и их среднего значения с полосами.Последний обозначается как «x». Кроме того, норма f вычисляется перед выполнением распознавателя избыточных ограничений, а входное смещение составляет +5 градусов от начального смещения. Признано, что вокруг начального ввода эти графики почти напоминают, и когда принимается кандидат на добавление ссылки, который делает норму f минимальной, количество итерационных вычислений также принимает минимальное значение.
Следовательно, чтобы выбрать лучшую ссылку добавления, которая минимизирует время обработки процедуры анализа, (i) получить всех кандидатов, которые удовлетворяют требуемому условию для ссылки добавления; (ii) для каждого кандидата выполнить процесс Решателя и вычислить форму механизма до тех пор, пока не будет запущен преобразователь избыточных ограничений; (iii) вычислить норму f и найти лучшего кандидата, который минимизирует норму; и (iv) принять этого кандидата в качестве дополнительной ссылки.