The “paradoxical” mechanism of P. L. Chebyshev

Cover Page

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

  1. 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.
  2. Чебышёв П. Л. Теория механизмов, известных под названием параллелограммов // Успехи математических наук. 1946. Т. 1, вып. 1. C. 12–37.
  3. 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.
  4. Поляхов Н. Н., Зегжда С. А., Юшков М. П. Теоретическая механика. Москва : Юрайт, 2016. 592 с.
  5. 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.
  6. 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
  7. Самсонов В. А., Михалев А. А. Перестройка пространства положений механической системы // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2005. № 4. С. 13–16. EDN: HRVSYR
  8. Закалюкин Г. А. Динамика балки с двумя коньками и системы неявных дифференциальных уравнений // Труды МАИ. 2011. № 42. С. 1–25.
  9. 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
  10. 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
  11. 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.
  12. 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
  13. 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

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».