2.9 Задачі і методи кінематичного дослідження механізмів

При кінематичному дослідженні механізму розгля­дається рух його ланок без урахування сил, що діють на них, тобто розглядається рух ланок з геометрич­ної точки зору з урахуванням тільки фактора часу.

Як відомо, будь-який рух тіла характери­зується переміщенням його у просторі, швидкістю і пришвидшенням руху його точок. Звідси й випли­вають основні задачі кінематичного дослідження механізмів:

1) визначення положень ланок механізму, побу­дова траєкторій його окремих рухомих точок і зна­ходження переміщень окремих ланок;

2) визначення швидкостей окремих точок і ла­нок механізму;

3) визначення пришвидшень окремих точок і ланок механізму.

В результаті такого дослідження встановлюють відповідність кінематичних параметрів (переміщень, швидкостей і пришвидшень) заданим умовам роботи механізму, а також одержують вихідні дані для по­дальших розрахунків. Знання кінематичних пара­метрів потрібні для визначення динамічних сил (сил інерції, моментів сил інерції), кінетичної енергії та потужності механізму. Траєкторії окремих точок до­помагають встановити картину взаємного положення ланок під час руху машини і усунути можливість їх співударів. Дані кінематичного дослідження дуже час­то використовуються для розв'язання оберненої за­дачі  синтезу механізмів.

Більшість механізмів і машин має періодичний рух. Під періодом (циклом) руху розуміють проміжок часу, після закінчен­ня якого механізм повертається у початкове положення, а його кінематичні параметри набувають початкового значення, після цього рух повторюється за тим самим законом. Звідси випливає, що для кінематичного дослідження достатньо одного періоду роботи механізму. При цьому повинні бути задані кінематична схема механізму (розміри всіх його ланок) і закон руху початко­вої ланки. Якщо початкова ланка здійснює обертовий рух, то закон руху задають у вигляді рівняння  = (t), яке виражає за­лежність кута повороту (узагальненої координати) початкової ланки від часу. При поступальному русі цей закон можна вира­зити рівнянням s = s(t), тобто залежністю лінійних переміщень початкової ланки від часу.

Існують чотири методи кінематичного дослідження ме­ханізмів: графічний, графоаналітичний, аналітичний і експе­риментальний.

Графічні і графоаналітичні методи дають змогу розв'язувати майже всі основні задачі кінематичного дослі­дження механізмів. Для більшості практичних задач точність цих методів достатня. При дослідженні деяких механізмів во­ни значно спрощують розрахунки, економлять час, сприяють зменшенню помилок у результатах завдяки наочності досліджень.

Проте дуже часто аналітичний метод має не тільки суттєву перевагу над першими, але й є єдиним. Це насамперед стосуєть­ся широкого класу задач, коли ланки механізму повинні забез­печити рух за певним, наперед заданим законом. Для динаміч­ного розрахунку механізмів, коли необхідно, наприклад, про­аналізувати коливання, потрібні аналітичні залежності законів руху ланок механізму. Особливо широкого поширення набув останнім часом аналітичний метод, коли з'явились сучасні ЕОМ, які дають можливість здійснювати багатоваріантні дослідження механізмів і тим самим вибирати такі схеми ме­ханізмів і розміри їхніх ланок, що забезпечують найкращі умови роботи, тобто є можливість здійснити оптимальний синтез ме­ханізмів.

Найдостовірніші результати дає експериментальний метод дослідження механізмів. Це пояснюється тим, що для графічних і аналітичних методів розв'язання задач кінематики доводиться приймати ряд допущень (ланки вважаються абсолютно жорст­кими, у кінематичних парах відсутні зазори, всі ланки виготовлені абсолютно точно, головний вал машини обертається з постійною швидкістю тощо). Теоретичні залежності таких ідеалі­зованих механізмів інколи значно відрізняються від дійсних. Крім цього, у сучасних машинах здебільшого викорис­товуються механізми з пружними, гідравлічними, пневматич­ними зв'язками, теоретичні розрахунки яких вимагають ек­спериментальної перевірки. Отже, експериментальні дослід­ження сучасних швидкохідних машин часто дають єдину можливість одержати дійсні параметри машин.