Μαθήματα:
- Βαθμοί ελευθερίας στην καθοδήγηση του τροχού
- Μεντεσέδες στον οδηγό τροχού
- Οδηγοί στον οδηγό τροχού
- Υπολογίστε τους βαθμούς ελευθερίας
Βαθμοί ελευθερίας στην καθοδήγηση του τροχού:
Η ανάρτηση ενός αυτοκινήτου περιέχει έναν αριθμό μεντεσέδων (συμπεριλαμβανομένων των ψαλιδιών και του αμορτισέρ) που παρέχουν τους βαθμούς ελευθερίας σε ολόκληρη την ανάρτηση. Η καθοδήγηση του τροχού διασφαλίζει ότι οι πιθανοί βαθμοί ελευθερίας των πιθανών κινήσεων του τροχού περιορίζονται μόνο σε έναν ή δύο. Εάν ένας τροχός δεν κρατιέται «σταθερός», θα μπορεί να περιστρέφεται ελεύθερα, να γέρνει (σε κατευθύνσεις x και y), να περιστρέφεται, να κινείται πάνω και κάτω. Ο τροχός είναι τότε κατ 'αρχήν "χαλαρό" από την ανάρτηση. Μπορεί να κινηθεί προς οποιαδήποτε κατεύθυνση χωρίς «καθοδήγηση». Κάθε κίνηση που μόλις αναφέρθηκε είναι ένας βαθμός ελευθερίας.
Η ανάρτηση του τροχού, δηλαδή η καθοδήγηση του τροχού, διασφαλίζει ότι η ελευθερία κινήσεων περιορίζεται σε 1 βαθμό ελευθερίας. Αυτό σημαίνει ότι ο τροχός μπορεί να κινηθεί «ελεύθερα» προς 1 μόνο κατεύθυνση, χωρίς επιρροή από τον οδηγό. Αυτή η ελεύθερη κίνηση είναι η κίνηση πάνω-κάτω της συμπίεσης και της ανάκαμψης. Ο τροχός μπορεί να αναπηδά μέσα και έξω ανεμπόδιστα πάνω από ένα ανώμαλο οδόστρωμα.
Η ανάρτηση τροχού ενός αυτοκινήτου είναι κατασκευασμένη με έναν αριθμό μεντεσέδων γραμμής, σφαιρικούς συνδέσμους και περιστροφικούς-συρόμενους μεντεσέδες. Όλοι αυτοί οι μεντεσέδες επηρεάζουν ο ένας τον άλλον. Ένας πάρα πολλοί μεντεσέδες δημιουργούν πάρα πολλούς βαθμούς ελευθερίας (άρα ο τροχός μπορεί να κινηθεί ακούσια σε διαφορετικές κατευθύνσεις) ή 0 βαθμούς ελευθερίας (ο τροχός δεν μπορεί να κινηθεί και επομένως δεν μπορεί να συμπιεστεί και να συμπιεστεί).
Μεντεσέδες στον οδηγό τροχού:
Μεντεσέ γραμμής:
Αυτή η άρθρωση γραμμής μπορεί να κινηθεί προς 1 κατεύθυνση. πάνω και κάτω. Αυτό παρέχει 1 βαθμό ελευθερίας.
Σφαιρική άρθρωση:
Με αυτόν τον μεντεσέ τα σχετικά μέρη μπορούν να κάνουν 3 κινήσεις μεταξύ τους. μια κίνηση γνέφματος, κύλισης και στροφής. Αυτή η άρθρωση έχει 3 βαθμούς ελευθερίας, γιατί όταν η άρθρωση είναι "χαλαρή", μπορεί να κάνει 3 ελεύθερες κινήσεις (βλ. βέλη).
Περιστρεφόμενος μεντεσέδες:
Αυτή η άρθρωση μπορεί να κάνει 2 κινήσεις. μια περιστροφική και μια ολισθαίνουσα κίνηση μέσα και έξω. Καταρχήν αυτό είναι ένα παράδειγμα αμορτισέρ (από γόνατο McPherson). Αυτές οι 2 κινήσεις διασφαλίζουν ότι η περιστροφική συρόμενη άρθρωση έχει 2 βαθμούς ελευθερίας.
Οδηγοί στον οδηγό τροχού:
Για να δημιουργήσετε μια ανάρτηση τροχού από διάφορους τύπους μεντεσέδων, μερικές φορές πρέπει να συνδυάζονται μεντεσέδες σε 1 αντικείμενο, π.χ. Στη συνέχεια ονομάζουμε αυτό το βραχίονα στήριξης οδηγό. Παρακάτω είναι μερικά παραδείγματα αυτών των αγωγών:
Γραμμή μεντεσέ με σφαιρική άρθρωση:
Αυτό είναι ένα τυπικό παράδειγμα ψαλιδιού, το οποίο συνδέεται με το σώμα (ή το υποπλαίσιο) στην πλευρά του μεντεσέ της γραμμής και συνδέεται με την άρθρωση του τιμονιού στην πλευρά της σφαιρικής άρθρωσης. Όταν ολόκληρη αυτή η άρθρωση είναι χαλαρή, μπορεί να κινηθεί τόσο προς την κατεύθυνση κίνησης της άρθρωσης γραμμής (1 κατεύθυνση) όσο και προς τις 3 κατευθύνσεις της σφαιρικής άρθρωσης. Εξάλλου, η άρθρωση της γραμμής έχει 1 βαθμό ελευθερίας και η σφαιρική άρθρωση έχει 3. Επειδή αυτό το τμήμα θεωρείται ως 1 αγωγός, οι βαθμοί ελευθερίας μπορούν να αθροιστούν μαζί. Το 1 και το 3 μετά το κάνουν 4 βαθμούς ελευθερίας.
Διπλή σφαιρική άρθρωση:
Παράδειγμα οδηγού με διπλή σφαιρική άρθρωση είναι η ράβδος σύνδεσης με τις εσωτερικές και τις εξωτερικές σφαίρες της ράβδου σύνδεσης. Κάθε σφαιρική άρθρωση έχει 3 βαθμούς ελευθερίας, επομένως επειδή είναι 1 αγωγός, πρέπει να προστεθούν μαζί. Ωστόσο, έχουν την ίδια αυτοπεριστροφή, γιατί αν 1 σφαιρική άρθρωση κάνει περιστροφική κίνηση, τότε κάνει και η άλλη. Άρα 1 βαθμός ελευθερίας της αυτοπεριστροφής δεν μετράει (δείτε τα κόκκινα βέλη). Οι βαθμοί ελευθερίας για αυτόν τον αγωγό είναι συνολικά 6, αλλά στον υπολογισμό που ακολουθεί, πληκτρολογήστε τον αριθμό 1 κάτω από «αυτοπεριστροφές r». Αυτό το 1 αφαιρείται στη συνέχεια στον υπολογισμό.
Περιστρεφόμενος συρόμενος μεντεσέ με σφαιρικό σύνδεσμο:
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ένα αμορτισέρ είναι μια περιστροφική συρόμενη άρθρωση. Ωστόσο, κάθε γόνατο McPherson έχει επίσης μια σφαιρική άρθρωση από πάνω του, παρόλο που δεν θα νόμιζες έτσι στην αρχή. Υπάρχει άλλο ένα λάστιχο στο πάνω μέρος του αμορτισέρ. Αυτό το καουτσούκ παρέχει κάποια ελευθερία κινήσεων για το αμορτισέρ και επομένως έχει επίσης τις ιδιότητες μιας σφαιρικής άρθρωσης. Επομένως, ένα αμορτισέρ έχει και τους 2 βαθμούς ελευθερίας της περιστροφικής συρόμενης άρθρωσης και τους 3 βαθμούς ελευθερίας της σφαιρικής άρθρωσης, που μαζί κάνουν 5. Και εδώ υπάρχει μια φυσική περιστροφή, επειδή η περιστροφική κίνηση του περιστροφικού-συρόμενου μεντεσέ είναι η ίδια κίνηση με την περιστροφική κίνηση της σφαιρικής άρθρωσης. Άρα 1 θα πρέπει να προστεθεί στο «r» της αυτο-περιστροφής.
Υπολογίστε τους βαθμούς ελευθερίας:
Ο αριθμός των βαθμών ελευθερίας μπορεί να υπολογιστεί με βάση τα δεδομένα της ανάρτησης. Για να ολοκληρωθεί σωστά η φόρμουλα, οι μεντεσέδες και οι οδηγοί πρέπει να χωριστούν σε κατηγορίες:
- L για τον αριθμό των αγωγών
- g για τον αριθμό των αρθρώσεων και των μεντεσέδων
- r για τον αριθμό των φυσικών περιστροφών (όπως με τη διπλή σφαιρική άρθρωση σε 1 οδηγό)
Επιπλέον, οι επιστολές:
- k για τον αριθμό των φορέων τροχών (στις περισσότερες περιπτώσεις 1, επειδή αυτή είναι η άρθρωση του τιμονιού)
- εfi για τον αριθμό των βαθμών ελευθερίας για τον συνολικό αριθμό των αρθρώσεων και των μεντεσέδων που αθροίζονται μαζί.
F = 6 (k + L – g) -r + εfi
Παράδειγμα:
Μια ανάρτηση τροχού περιέχει: k 1 φορέα τροχού (άρθρωση), L 2 οδηγούς, g 5 συνδέσμους, r 2 αυτοπεριστροφές, εfi 15 συνολικούς βαθμούς ελευθερίας
Σε μορφή τύπου αυτό είναι:
F = 6 (1 + 2 – 5) – 2 + 15
F = 6 x (-2) – 2 + 15
F = 1
Τώρα λοιπόν υπάρχει 1 βαθμός ελευθερίας, άρα αυτό είναι καλό. Ο τροχός μπορεί να κάνει μια καθαρή κίνηση πάνω και κάτω.
Για να διευκρινιστεί αυτό, ακολουθεί ένα παράδειγμα με μια εικόνα ανάρτησης τροχού:
Η παρακάτω εικόνα είναι ένα γόνατο McPherson με τον αντίστοιχο μύθο. Τα γράμματα A, B και C αντιπροσωπεύουν τους οδηγούς και οι αριθμοί 1 έως 6 αντιπροσωπεύουν τους μεντεσέδες / αρθρώσεις.
εfi είναι οι βαθμοί ελευθερίας των μεντεσέδων αθροισμένοι. άρα 3 βαθμοί ελευθερίας ανά σφαιρική άρθρωση (άρα 4 x 3), 1 βαθμός ελευθερίας της άρθρωσης γραμμής και 2 βαθμοί ελευθερίας του περιστροφικού-ολισθαίνον μεντεσέ.
Ο τύπος μπορεί να συμπληρωθεί με αυτό:
F = 6 (k + L – g) -r + εfi
F = 6 (1 + 3 – 6) – 2 + 15
F = 6 x (-2) – 2 + 15
F = -12 – 2 + 15
F = -14 + 15
F= 1 βαθμός ελευθερίας
