Кинематические схемы увлекательны и важны для понимания механики. Любите ли вы кинематические схемы так, как люблю их я? Тогда вам понравится эта статья, в которой они подробно объясняются. Обязательна к прочтению всем, кто хочет больше узнать о механике движения и научиться читать и строить самостоятельно схемы.
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 и создания механических устройств.
Понимание движения и ускорения имеет решающее значение для изучения и расчета требуемой силы. Некоторые специалисты называют изучение кинематики «геометрией движения». Например из чего состоят механические часы и какой их принцип работы? Наверняка, каждый человек задавался таким вопросом.
Источник энергии в механических часах - спиральная пружина, находящаяся внутри заводного барабана. Когда часы заводят, она закручивается, и при раскручивании передает импульс на барабан, который, в ходе вращения, заставляет работать весь механизм.
Здесь очень важна определенная скорость спускового механизма, состоящего из балансового колеса, анкерной вилки, спускового колеса. Правильный расчет механизма и построение кинематической схемы помогает распространить точное движение, передать исходящую от двигателя (пружины) энергию всему изделию.
Схема для описания движения механизма
Для описания движения кинематика изучает траектории точек, линий и других геометрических объектов, а также их дифференциальные свойства (такие как скорость и ускорение). Без кинематической схемы невозможно представить себе какое-либо оборудование. Речь идет об автомобилях, тракторах, станках и более простых типах техники. Вообще кинематика - это раздел классической механики, который направлен на изучение свойств звеньев механизмов. Наука позволяет проводить кинематический анализ, изучая траектории звеньев, определяя точки, положения и скорости элементов. Достижение конечного результата невозможно без обоснования понятия «кинематическая схема», о котором пойдет речь в этой статье. Я рекомендую эту статью, которая охватывает все, что вам нужно знать о них. Если вы считаете это полезным или интересным, поделитесь статьей со своей сетью или прокомментируйте ниже.
Кинематическая цепь — это последовательное или разветвленное соединение ряда кинематических пар. Кинематическую цепь, в которой конечное звено свободно, называют незамкнутой, а цепь, в которой нет свободного конечного звена, - замкнутой.
Совокупность двух соседних звеньев, соединенных одним шарниром, называется кинематической парой. Кинематические цепи бывают последовательными (простыми) или разветвленными (сложными). В последовательных цепях каждое из звеньев входит в состав не более чем двух кинематических пар. Разветвленная цепь содержит хотя бы одно звено, входящее в состав более чем двух кинематических пар.
Кинематические схемы механизмов определяют их конструкцию. Если дать этому определению определение, то это совокупность всех элементов устройства и отношений между ними. Когда на чертежах не требуется показывать конструкцию изделия и отдельных деталей, а достаточно показать лишь принцип работы изделия, передачу движения (кинематику машины или механизма), пользуются схемами. Если кратко ответить на этот вопрос, то кинематическая схема - это некий чертеж или, так сказать, документ, на котором изображены все механические звенья с указанием размеров. Наличие размеров необходимо для кинематического анализа, изучающего основы движения механизмов, их траектории и скорости.
Теория механизмов и машин ТММ – это наука, изучающая структуру, кинематику и динамику механизмов и машин при их анализе и синтезе.
Кинематическая схема может быть использована для анализа движения и поведения механических систем, а также для проектирования и изменения их поведения. Она позволяет прогнозировать поведение системы в будущем и помогает избежать ошибок при проектировании. Также она может быть использована для определения связей между частями системы, а также для анализа их взаимодействия.
Кинематическая схема очень полезна для робостроения, так как она позволяет быстро и эффективно анализировать и проектировать механические системы. Она помогает избежать ошибок при проектировании и предоставляет простой способ исследования и проектирования механических систем. Она также позволяет проектировщикам производить более точные и детальные проекты, а также оптимизировать их для достижения наилучших результатов.
В целом, кинематическая схема является важным инструментом в робототехнике, который позволяет проектировать и управлять движением роботов. Она помогает инженерам создавать более эффективные и точные роботы, которые могут выполнять сложные задачи в различных отраслях промышленности.
Один из важных показателей, которые можно сравнить с помощью кинематических структур, — рабочая зона и жесткость структуры.
Маневренность робота «Версатран-500Р», характеризующая зону подвижности его кинематических звеньев при неподвижном захвате, ограничена конической поверхностью с углом а. Маневренность в точке удаления от оси вращения на величину Rmах определяется конической поверхностью с углом а = 100°.
Обозначения, условные знаки, применяемые на кинематических схемах
Схема, как и чертеж, — графическое изображение. Разница заключается в том, что на схемах детали изображаются с помощью условных графических обозначений. Эти обозначения представляют собой значительно упрощенные изображения, напоминающие детали лишь в общих чертах. Кроме того, на схемах изображаются не все детали, из которых состоит изделие. Показывают лишь те элементы, которые участвуют в передаче движения жидкости, газа и т. п. Элемент кинематической пары или звена - это система поверхностей и линий, по которым одно звено контактирует с другим. Эта точка также называется узлом соединения.
Стандарты, регламентирующие условные обозначения и выполнение кинематических схем:
- ГОСТ 2.770-68 (2000) ЕСКД. Обозначения условные графические на схемах. Элементы кинематики.
- ГОСТ 2.703-2011. ЕСКД. Правила выполнения кинематических схем.
- ISO 3952 Kinematic diagrams — Graphical symbols.
Очень часто звенья цепи называют кинематическими парами. Если мы определяем научный язык, то это сопряженные твердые элементы в количестве не менее двух штук, которые в силу условий соединения ограничивают движение друг друга. Кинематическая схема применяется абсолютно во всех областях промышленности - машиностроении, станкостроении и др. Все правила выполнения регламентированы специальным документом - ГОСТ 2.770—68 стандарт устанавливает условные графические обозначения элементов машин и механизмов, а также характера и направления движения в схемах, изображенных в ортогональных проекциях, выполняемых во всех отраслях промышленности, наиболее часто встречающиеся из них приведены в таблице.
Как видно из таблицы, вал, ось, стержень, шатун обозначаются сплошной утолщенной прямой линией. Винт, передающий движение, обозначается волнистой линией. Зубчатые колеса обозначают окружностью, проведенной штрихпунктирной линией на одной проекции, и в виде прямоугольника, обведенного сплошной линией, на другой . При этом, как и в некоторых других случаях (передача цепью, передачи реечные, муфты фрикционные и др.), применяются общие обозначения (без уточнения типа) и частные обозначения (с указанием типа). На общем обозначении, например, тип зубьев зубчатых колес не показывают вовсе , а на частных обозначениях показывают тонкими линиями. Пружины сжатия и растяжения обозначаются зигзагообразной линией. Корпусные части составляющей единицы (машины или механизма) не показывают совсем или наносят их контур сплошными тонкими линиями.
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
- 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 противовесом88г - 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
Условные знаки, применяемые в схемах, вычерчивают, не придерживаясь масштаба изображения. Однако соотношение размеров условных графических обозначений взаимодействующих элементов должно примерно соответствовать действительному соотношению их размеров. При повторении одних и тех же знаков нужно выполнять их одинакового размера. Документ может быть оформлен как на бумажном, так и на электронном носителе например в Компас 3D существует удобная библиотека построения кинематических схем. Библиотекa содеpжит типовые изобрaжения кинемaтических пap, звеньев, винтов, гaек, кулaчков, мaховикa, мaльтийских и хpaповых мехaнизмов, пеpедaч (зубчaтых, pеменных, фpикционных и цепных), подшипников, пpужин, толкaтелей, шкивов и дpугих элементов.
Для кинематические схем стержневых механизмов я рекомендую воспользоваться функцией Параметризация в Компас 3D.
Параметрический чертеж хранит в себе информацию о взаимосвязях и ограничениях, наложенных на геометрические объекты, т.е. при изменении одного параметра, изменится построение всего объекта.
Схемы оформления рекомендуется составлять на одном листе с возможностью разделения его на необходимые форматы при печати.
Что и как изображают на кинематических схемах по ГОСТ
На принципиальных схемах изображают в соответствии с ГОСТ 2.303:
- валы, оси, стержни, шатуны, кривошипы и т. д. — сплошными основными линиями толщиной s;
- элементы, показанные упрощенно в виде контурных очертаний, зубчатые колеса, червяки, звездочки, шкивы, кулачки и т. д. — сплошными линиями толщиной s/2; - контур изделия, в который вписана схема, — сплошными тонкими линиями толщиной s/3;
- линии взаимосвязи между сопряженными звеньями пары, вычерченными раздельно, штриховыми линиями толщиной s/2;
- линии взаимосвязи между элементами или между ними и источником движения через немеханические (энергетические) участки — двойными штриховыми линиями толщиной s/2;
- расчетные взаимосвязи между элементами — тройными штриховыми линиями толщиной s/2.
Документ предоставляется в виде развертки.
При выполнении кинематических схем ГОСТ 2.703—2011 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.
Для зубчатых колес указывают модуль и число зубьев. Для шкивов записывают их диаметры и ширину. Мощность электродвигателя и его частоту вращения также указывают надписью типа N = 3,7 кВт, п = 1440 об/мин. Модуль, для косозубых реек — направление и угол наклона зубьев Осевой модуль, число заходов, тип червяка (если он не архимедов), направление витка и диаметр червяка. Ход винтовой линии, число заходов, надпись «лев.» — для левых резьб. Число зубьев, шаг цепи. Параметры кривых, определяющих скорость и пределы перемещения поводка (толкателя).
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».
Дополнительные обозначения на кинематических схемах.
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.
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.
Элементы кинематических схем включают двигатель, который является системой отсчета для всех движущихся компонентов, каждому кинематическому элементу, изображенному на схеме, присваивают порядковый номер, начиная от двигателя или буквенно-цифровые позиционные обозначения. Валы нумеруют римскими цифрами, остальные элементы — арабскими. 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.
Важным моментом в этом процессе проектирования является степень свободы системы звеньев и шарниров, которая определяется с помощью критерия Чебычева – Грюблера – Куцбаха. После выполнения этой стадии проектирования Вы видите «скелет» вашего будущего изделия, заложенные в него идеи. В дальнейшем проводите реализацию Ваших идей в виде конструкторской документации и в виде реальных изделий.
Порядковый номер элемента проставляют на полке линии-выноски. Под полкой указывают основные характеристики и параметры кинематического элемента.
Читать кинематическую схему начинают от двигателя, как источника движения всех подвижных деталей механизма. Определяя последовательно по условным обозначениям каждый элемент кинематической цепи, устанавливают его назначение и характер передачи движения.
Кинематика тела человека
Биомеханика человека — составная часть прикладных наук, изучающих движение человека.
Анализ кинематической схемы двигательного аппарата с биологической точки зрения позволяет вскрыть своеобразие устройства и принципа действия "живых механизмов". Таким образом, изучая движения человека, необходимо хорошо знать, как устроен его опорно-двигательный аппарат с точки зрения биомеханики. Это означает, что следует ясно представлять себе принципы строения его пассивной (кости и их соединения) и активной (мышечная система) частей.
Тело человека является от природы подвижным и очень гибким, и его нельзя сравнивать с жесткими конструкциями. Строение человеческого тела можно рассматривать как упругую и подвижную модель, использующую основные суставы в качестве подвижных шарниров, имеющих несколько степеней свободы в тех границах, которые доступны данному человеку в пределах его гибкости. С точки зрения кинематики, соединения (суставы) между отдельными звеньями (костями) представляют собой кинематические пары. Подвижность кинематических цепей обеспечивается работой мышц. Равнодействующая мышечных сил действует на кости, вращающиеся вокруг осей суставов. Обычно мышцы действуют на кости, соединенные между суставами, так что получается тот или иной род рычага. Особенно ясно выражено это на конечностях: здесь длинные кости образуют систему легких и прочных рычагов, и в то же время представляют обширную поверхность, где прикрепляется высокодифференцированная мускулатура.
Механическое действие мышц проявляется как тяга, приложенная к месту их прикрепления. Величина силы тяги мышцы и ее проявление в движениях человека обусловлены рядом причин и зависят от совокупности механических, анатомических и физиологических условий.
При исследовании движений человека широко применяют кинематические модели на основе уравнений движения системы твердых тел, которые соответствуют отдельным сегментам тела по геометрическим и масс-инерционным характеристикам; элементы модели соединяются вращательными шарнирами, диапазоны поворотов которых соответствуют амплитудам угловых движений суставов; механические связи модели с окружающей средой часто заменяют действием сил реакции, что позволяет сохранять структуру модели при различных движениях.
Важной особенностью таких биомеханических моделей является их ветвящаяся структура типа «дерево». Отсчет координат может начинаться от различных элементов в зависимости от того, какие из них находятся в контакте с опорой.
Таким образом, биомеханика опорно-двигательного аппарата человека изучает с помощью кинематических схем, какой способ и какие условия выполнения действий лучше и как овладеть ими. Кинематическая схема человеческого тела также используется при проектировании медицинских имплантатов. Общая задача изучения движений состоит в оценке эффективности приложения сил для достижения поставленной цели.
Кинематическая схема может помочь вам понять ограничения текущего проекта. Это логически ведет к улучшениям, которые обеспечивают большую гибкость и функциональность. Одним из наиболее полезных инструментов кинематической схемы являются возможности проверки помех. Схема при проектировании покажет, где могут произойти любые коллизии в пределах определенных параметров вашей сборки.
Это отличный инструмент для поиска ограничений в вашем дизайне и обеспечения того, чтобы эти проблемы были решены.
В комментариях вы можете задавать вопросы которые вас волнуют, и на данный момент вы не нашли ответ на них. Вам хочется что-то улучшить или есть замечательная идея модернизации, но к сожалению, нет кинематической схемы, я помогу реализовать все смелые идеи.
Если тебе понравилась статья о кинематических схемах, то поделись ею с теми, кто может найти ее полезной или интересной. Сделай репост и помоги распространить знания! Если у тебя есть вопросы или предложения о том, о чем стоит упомянуть в следующей статье, напиши свой комментарий. Благодарю за внимание!
