2.5. Структурный анализ плоских механизмов

1. При структурном анализе механизма необходимо:

2. Вычертить кинематическую схему механизма.

3. Назвать механизм.

4. Назвать звенья, определить ведущее (ведомое) и входное звенья.

5. Определить кинематические пары и классифицировать их.

6. Определить число степеней свободы.

Пример (Рис. 1.10):

Плоский рычажный механизм

(кривошипно – коромыслово – ползунный)

1 – кривошип;

2 – шатун;

3 – коромысло;

4 – шатун;

5 – ползун.

Рис. 1.10

Число одноподвижных кинематических пар (шесть вращательных, одна поступательная).

Все кинематические пары низшие:

Следовательно, для определения положения механизма необходимо знать одну обобщенную координату (например - ).

Примечание: некоторые механизмы имеют избыточные связи, т.е связи, устранения которых не влияет на движение механизма. Эти связи необходимо учитывать при определении степени подвижности механизма.

Рис. 1.11

(1.3)

Звено 4 с кинематическими парами В и Е образуют избыточную связь .

2.6. Замена в плоских механизмах высших пар низшими

При изучении структуры и кинематики плоских механизмов удобно заменять высшие пары низшими.

При этом необходимо, чтобы механизм, полученный после такой замены, обладал прежней степенью подвижности и чтобы сохранялись относительные в рассматриваемом положении движения все его звеньев.

Пример: Задана кинематическая схема кулачкового механизма (Рис. 1.12) имеющего высшую кинематическую пару образованную кулачком и острием толкателя. Необходимо осуществить замену высшей кинематической пары на низшую.

Рис. 1.12

Кулачковый механизм образован соприкосновением элементов кривой образующей кулачок и точкой толкателя.

Центр кривизны кулачка находится в точке , а центр кривизны толкателя в точке С.

Соединив центр кривизны с осью вращения кулачкаи с точкой, получим четырехзвенный механизм, имеющий три вращательные и одну поступательную кинематическую пары.

Подвижность кулачкового механизма:

,

а четырехзвенного механизма

,

то замена высшей пары низшими равнозначна.

2.7. Классификация механизмов (виды механизмов)

Образование механизмов путем наслоения структурных групп

Виды механизмов:

1 - Рычажные механизмы

2 - Кулачковые механизмы

3 - Зубчатые механизмы

4 - Клиновые механизмы

5 - Винтовые механизмы

6 - Фрикционные механизмы

7 - Гидравлические механизмы

8 - Пневматические механизмы

9 - Механизмы с электрическим устройством

Все механизмы, составленные только из твердых тел, разделяются на две большие группы: механизмы с низшими парами и механизмы с высшими парами.

Механизмы с низшими парами называют стержневыми или рычажными.

1. Рычажные механизмы

Простейшие рычажные механизмы состоят их 4-х звеньев, включая стойку и делятся на:

- кривошипно – коромысловые;

- кривошипно – ползунные;

- кулисные.

Шарнирный четырехзвенник может быть 3-х видов:

- кривошипно – коромысловый;

- двухкривошипный;

- двухкоромысловый.

Рис. 1.13

Заменяя в шарнирном четырехзвеннике одну вращательную пару на поступательную получим кривошипно-ползунный механизм (Рис. 1.14) и кулисный механизм (Рис. 1.15).

Рис. 1.14	Рис. 1.15

Остановимся на рассмотрении основного принципа образования механизмов, который был разработан русским ученым Л.В. Ассуром.

Нетрудно установить определенную закономерность процесса образования механизма.

Любой механизм имеет одно неподвижное звено (стойку).

Механизм должен иметь число ведущих звеньев, равное числу его степеней подвижности.

Рис. 1.16

В нашем механизме (Рис. 1.16) имеется одно ведущее звено 1, т.к. .

Так как после присоединения ведомых звеньев 2,3,4 и 5 число степеней подвижности всего механизма осталось равным , то, следовательно, кинематическая цепь, состоящая из ведомых звеньев 2,3,4 и 5, обладает нулевой степенью подвижности относительно тех звеньев, к которым эта цепь присоединяется.

Группой Ассура будем называть кинематическую цепь с нулевой степенью подвижности относительно тех звеньев, с которыми входят в кинематические пары свободные элементы ее звеньев, и не распадающиеся на более простые цепи, обладающие также нулевой степенью подвижности.

В нашем случае звенья 2,3,4 и 5 хотя и обладают нулевой степенью подвижности, но не является группой, т.к. распадается на две кинематические цепи, состоящие из звеньев 2,3 и 4,5 каждая из которых обладает нулевой степенью подвижности.

Следовательно, механизм образован присоединением к ведущему звену 1 и стойке 0 двух групп: первой группы, состоящей из звеньев 2 и 3 и второй группы, состоящей из звеньев 4 и 5.