The “paradoxical” mechanism of P. L. Chebyshev
- Authors: Burian S.N.1
-
Affiliations:
- State Research Institute of Applied Problems
- Issue: Vol 24, No 4 (2024)
- Pages: 536-551
- Section: Mechanics
- URL: https://journals.rcsi.science/1816-9791/article/view/353452
- DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9791-2024-24-4-536-551
- EDN: https://elibrary.ru/NZJSQK
- ID: 353452
Cite item
Full Text
Abstract
The kinematics and dynamics of P. L. Chebyshev's “paradoxical” mechanism are considered. The point of interest in the dynamics of the “paradoxical” mechanism is connected with the fact that its configuration space contains six singular points. These points are successively passed through a full turn of the handle. Holonomic constraints which are imposed on the system become linearly dependent at singular points. Thus it is impossible to apply the standard methods of derivation of the motion equations at singular points. The properties of the “paradoxical” mechanism are based on the properties of the lambda mechanism. P. L. Chebyshev designed many mechanisms for particular types of motion by using the construction of the lambda mechanism. For example, it is possible to obtain an anti-rotation mechanism, a mechanism with two swings per revolution of the handle, or a mechanism with a stop of the driven link with certain parameters of the lambda mechanism. The trajectory of the vertex of the lambda mechanism in the “paradoxical” mechanism is located between two circles and touches each circle at three points. Therefore singular points arise in the configuration space. It is shown in the article that the configuration space consists of two “curves” that intersect at a nonzero angle in the neighbourhood of a singular point. In order to get a numerical and analytical model of the “paradoxical” mechanism, the main formulas from the works of P. L. Chebyshev are given. “Paradoxical” mechanism is represented as a combination of a lambda-mechanism and a singular pendulum, which motions are limited by two holonomic constraints. The equations of motion are written out and the reaction forces are found. It is shown that with a small increase in the length of the double pendulum rod the configuration space splits into two non-intersecting curves. The smaller the link perturbation becomes, the larger the Lagrange multipliers around singular configurations become.
About the authors
Sergey N. Burian
State Research Institute of Applied Problems
Author for correspondence.
Email: burianserg@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7795-6735
SPIN-code: 1839-6004
Scopus Author ID: 57202111750
29 Naberezhnaya Obvodnogo kanala, St. Petersburg 191167, Russia
References
- Чебышёв П. Л. О простейшей суставочной системе, доставляющей движения, симметричные около оси // Полное собрание сочинений П. Л. Чебышева : в 5 т. Т. 4. Теория механизмов. Москва ; Ленинград : Изд-во АН СССР, 1948. С. 167–211.
- Чебышёв П. Л. Теория механизмов, известных под названием параллелограммов // Успехи математических наук. 1946. Т. 1, вып. 1. C. 12–37.
- Научное наследие П. Л. Чебышёва. Вып. 2. Теория механизмов / под ред. И. Г. Бруевича, И. И. Артоболевского. Москва ; Ленинград : Изд-во АН СССР, 1945. 192 с.
- Поляхов Н. Н., Зегжда С. А., Юшков М. П. Теоретическая механика. Москва : Юрайт, 2016. 592 с.
- Зегжда С. А., Солтаханов Ш. С., Юшков М. П. Уравнения движения неголономных систем и вариационные принципы механики. Новый класс задач управления. Москва : Физматлит, 2005. 268 c.
- Кутеева Г. А. О кабинете практической механики в Санкт-Петербургском государственном университете // Механика. Научные исследования и учебно-методические разработки. 2013. №7. С. 177–185. EDN: XXEBHV
- Самсонов В. А., Михалев А. А. Перестройка пространства положений механической системы // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2005. № 4. С. 13–16. EDN: HRVSYR
- Закалюкин Г. А. Динамика балки с двумя коньками и системы неявных дифференциальных уравнений // Труды МАИ. 2011. № 42. С. 1–25.
- Борисов А. В., Мамаев И. С., Килин А. А. О проблеме Адамара–Гамеля и динамике колесных экипажей // Нелинейная динамика. 2016. T. 12, № 1. С. 145–163. https://doi.org/10.20537/nd1601009, EDN: VTZNOH
- Доронин Ф. А., Доев В. С. Исследование движения плоского механизма с помощью пакета программ Mathcad // Теория механизмов и машин. 2011. Т. 9, № 1. С. 77–87. EDN: NUZKFV
- Burian S. N., Kalnitsky V. S. On the motion of one-dimensional double pendulum // AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 1959, iss. 1. Art. 030004. https://doi.org/10.1063/1.
- Бурьян С. Н. Силы реакции сингулярного маятника // Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия. 2022. Т. 9, № 2. С. 278–293. https://doi.org/10.21638/spbu01.2022.209, EDN: GCBILE
- Бурьян С. Н. Особенности динамики прямолинейного движения механизма Дарбу // Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия. 2018. Т. 5 (63), вып. 4. С. 658–669. https://doi.org/10.21638/11701/spbu01.2018.412
Supplementary files


