§ 2.6 Шарнир как вид подвижного соединения

Кинематические пары звеньев являются идеализированными твердыми телами. Но при создании реального робота вам придется работать не с теоретическими и абстрактными звеньями, а с настоящими деталями. Они могут быть изготовлены из разных материалов и однозначно имеют самую разнообразную геометрическую форму. Соответственно и по-другому называются.

Например, вращательная и сферическая кинематические пары реализуются в виде соединений деталей, которые называются шарнирами.

Шарнир — это такое соединение деталей, которое обеспечивает их вращение относительно друг друга. Бывают цилиндрический и сферический шарниры, исходя из количества степеней свободы вращающейся детали.

Цилиндрический шарнир — это самое распространенное и популярное подвижное соединение деталей. Без него невозможно обойтись ни в одной машине и ни в одном роботе.

Есть много способов собрать цилиндрический шарнир. У каждого из них есть свои достоинства и недостатки. Начнем с самой простой конструкции, которую назовем базовой. Представляет она собой две детали, соединенные с помощью одного винта и гайки. Причем детали могут быть любыми. Если они соединены одним винтом через свои отверстия, то вокруг оси этого винта они могут вращаться. А такое соединение можно называть шарнирным.

Возьмите, например, две пластины 1х4 и соедините их согласно схеме сборки, показанной на рисунке 2.6.1. Необходимо использовать гайку с пластиковым контрением, чтобы она не раскручивалась при вращении деталей. Вы получите самый простой цилиндрический шарнир, какой только возможно. Когда требуется применить максимально простую конструкцию подвижного соединения деталей, он является подходящим вариантом.

Рис. 2.6.1. Пример сборки базовой конструкции шарнира

 

Давайте посмотрим, что получилось. С точки зрения конструкции и степени свободы он в чистом виде повторяет вращательную кинематическую пару. Каждая деталь может вращаться относительно второй только вокруг одной оси и никаких других движений совершать не может. Иным движениям препятствует винт, гайка и вторая деталь. Если закрепить воображаемую систему координат на одной пластине так, как изображено на рисунке 2.6.2 (ось Z совпадает с осью вращения, а начало координат находится между деталями), то по сути положение второй детали можно задать только одной координатой. Это угол γ, на который деталь №2 может поворачиваться относительно детали №1.

 

Рис. 2.6.2. Координата, которая описывает положение одной детали относительно второй

 

А теперь попробуйте повращать пластины относительно точки их соединения. И сразу станет понятно, какой главный недостаток у такого варианта шарнира. Если вы сильно затянули гайку на винте, то детали будут вращаться очень тяжело. И наоборот — если затянули слабо, то одна деталь будет болтаться относительно второй. Получается, что такой шарнир требует регулировки степени затяжки резьбового соединения, чтобы детали и вращались относительно свободно и не болтались. Причем регулируется соединение в зависимости от своего назначения.

Это не единственный недостаток базовой конструкции шарнира. О других поговорим позже и рассмотрим варианты их устранения. А пока для того чтобы потренироваться с регулированием базового шарнира, соберите модель из шуточного проекта №2 под названием «Гусеница» (рис. 2.6.3). Эта модель имитирует обобщенную гусеницу, которая питается листвой растений и из которой впоследствии рождается бабочка.

 

Проект №2 «Гусеница»

 

Схему сборки указанной модели можно найти в сборнике проектов, который является приложением к данному учебному курсу. Или на сайте Академии «Эвольвектор» в разделе «Проекты».

После соединения всех деталей вы получите модель с 5-ю цилиндрическими шарнирами (рис. 2.6.3).

 

Рис. 2.6.3. Модель гусеницы, имеющая 4 цилиндрических шарнира в своей конструкции

 

При сборке «гусеницы» появляется новая пиктограмма действия (рис. 2.6.4). Она обозначает выполнение регулировки шарнира. Для гусеницы при регулировке должна быть подобрана такая сила трения между деталями, чтобы с одной стороны детали поворачивались относительно друг друга без большого усилия, а с другой — гусеница сохраняла форму после поворота ее частей. В этом случае вполне можно имитировать движения настоящей гусеницы и придавать ей разные позы (рис. 2.6.5).

 

Рис. 2.6.4. Пиктограмма действия «Выполнить регулировку шарнира» в сборочной операции

 

Рис. 2.6.5. Положения деталей «гусеницы» относительно друг друга для имитации ползания

 

Попробуйте поэкспериментировать с получившейся моделью, подвигать звенья относительно друг друга. Порегулируйте затяжку шарниров и исследуйте как меняется в нем сила трения при этом. Обратите внимание, как при этом меняется усилие поворота деталей в зависимости от угла их поворота. Очень важно почувствовать работу шарниров и научиться их настраивать нужным образом. Это чувство многократно пригодится при выполнении более сложных проектов.

Написать отзыв

Ваше Имя:


Ваш отзыв: Внимание: HTML не поддерживается! Используйте обычный текст.

Оценка: Плохо           Хорошо

Введите код, указанный на картинке: