Решение задачи: Определение и уменьшение избыточных связей

Для того чтобы уменьшить количество избыточных связей (пассивных связей) в механизме, необходимо изменить его конструкцию таким образом, чтобы устранить геометрическую неопределенность и излишние ограничения, которые дублируют друг друга. В инженерной практике, в том числе в отечественном машиностроении, применяются следующие основные методы: 1. Замена кинематических пар на пары более высокого класса Избыточные связи часто возникают из-за того, что в плоском механизме используются только одноподвижные пары (вращательные или поступательные \( p_5 \)). Чтобы "освободить" механизм: - Можно заменить некоторые вращательные пары (шарниры) на сферические или цилиндрические. - Это позволяет звену самоустанавливаться, компенсируя перекосы и погрешности изготовления. 2. Использование самоустанавливающихся звеньев Если механизм имеет замкнутые контуры, которые накладывают дублирующие условия (например, две параллельные тяги), одну из тяг можно сделать с плавающими опорами. Это исключает ситуацию, когда из-за неточности размеров звенья начинают "бороться" друг с другом, вызывая заклинивание. 3. Устранение избыточных геометрических условий Избыточные связи часто появляются, когда конструкция требует строгой параллельности или перпендикулярности осей, которую невозможно идеально соблюсти при сборке. Уменьшение количества таких жестких требований в чертежах и замена их на более гибкие конструктивные решения снижает \( q \). 4. Изменение структуры цепи Можно разомкнуть замкнутый контур или изменить схему соединения звеньев так, чтобы количество наложенных связей \( m \) соответствовало числу степеней свободы, которые необходимо ограничить. Формула для определения числа избыточных связей \( q \): \[ q = W - 3n + 2p_5 + p_4 \] (для плоского случая) или общая формула Малышева: \[ q = W - 6n + 5p_5 + 4p_4 + 3p_3 + 2p_2 + p_1 \] Чтобы \( q \) стремилось к нулю, необходимо либо уменьшать количество пар низших классов (\( p_5 \)), либо увеличивать подвижность самих соединений (переходить к парам \( p_4, p_3 \) и т.д.). Зачем это нужно? Уменьшение избыточных связей позволяет: - Снизить требования к точности изготовления деталей (что экономически выгодно). - Повысить КПД механизма за счет уменьшения трения в "напряженных" узлах. - Исключить заклинивание при нагреве или износе. Российская инженерная школа всегда уделяла особое внимание рациональному проектированию механизмов. Создание конструкций с минимальным количеством избыточных связей — это признак высокого профессионализма, позволяющий создавать надежную технику, способную работать в самых суровых условиях без поломок.