1.4. Структурный анализ плоских рычажных механизмов

Под структурным анализом понимают определение количества звеньев и кинематических пар, классификацию кинематических пар, определение степени подвижности механизма, класса и порядка механизма.

Пример 1. Определить степень подвижности механизма игловодителя и нитепритягивателя швейной машины, число, класс и порядок присоединенных к исходному механизму структурных групп, записать формулу строения механизма и определить класс механизма (рис. 3)

Решение:

1. Количество подвижных звеньев n = 5;

2. Составляем таблицу кинематических пар:

Обозначение кинематической пары	О	А	А	В	В	С
Звенья, образующие пару	0-1	1-2	2-4	2-3	3-0	4-5	5-0
Наименование пары	Одноподвижная
	Низшая вращательная				Низш. вращат.	Низшая вращательная
Класс пары	V	V	V	V	V	V	V

3.Количество кинематических пар p₅ =7, p₄ = 0;

4.Подвижность механизма по Формуле Чебышева

W = 3n – 2p₅ – p₄ =3∙5 – 2∙7 – 0 = 1;

5.Раскладываем механизм на структурные группы, каждая из которых должна иметь нулевую подвижность (W = 0);

6.формула строения данного механизма имеет вид

Таким образом, механизм является механизмом второго класса, так как в его состав входят только группы второго класса.

Вопросы для самопроверки:

1. Приведите определения машины и механизма.

2. На какие виды делятся машины по своему функциональному назначению?

3. Назовите основные виды механизмов.

4. Какие механизмы называют рычажными?

5. Приведите определения звена, кинематической пары, кинематической цепи.

6. По какому признаку кинематические пары делятся на классы, высшие и низшие?

7. Каковы достоинства и недостатки высших и низших кинематических пар?

8. Объясните физический смысл числовых коэффициентов в структурных формулах

9. Почему большинство механизмов имеют одну степень свободы (подвижность равная единице)?

10. Можно ли в механизме с одной степенью свободы изменить положение звеньев, не меняя положение входного звена?

11. Сформулируйте принцип образования механизма

12. Приведите примеры структурных групп второго и третьего классов .

13Каким образом определяется порядок группы?

14. Что определяет класс механизма?

15. Для чего необходимо знать класс механизма?

16. Назовите передачи вращательного движения?

17. В чем состоит отличие гидравлических и пневматических механизмов от механизмов с твердыми звеньями?

2. Кинематический анализ плоских рычажных механизмов

2.1. Задачи и методы

Рычажные механизмы используются в качестве передаточных механизмов, воспроизводящих заданную функциональную зависимость между перемещениями входных и выходных звеньев. Они часто используются также и для перемещения некоторого объекта из одного положения в другое. Механизмы, в состав которых входят только вращательные пары, называются шарнирными. Если в шарнирном четырехзвенном механизме заменить одну или две вращательные пары на поступательные, то можно получить: кривошипно-ползунный механизм, кулисный, синусный, механизм эллипсографа.

Задачами кинематического анализа рычажных механизмов являются: определение положений звеньев механизма; траекторий отдельных точек звеньев механизма; скоростей и ускорений точек звеньев механизма; угловых скоростей и ускорений звеньев.

Для решения этих задач используются аналитические, графоаналитические, графические и экспериментальные методы исследования. Задача об аналитическом определении скоростей и ускорений решается дифференцированием по времени уравнений для определения положений звеньев, что приводит к системе линейных уравнений относительно искомых величин. Более просто, однако с меньшей точностью, задачи кинематического анализа решаются графическим способом. Положения звеньев механизма находятся с помощью простейших графических построений. Скорости и ускорения определяются с помощью кинематических диаграмм, полученных графическим дифференцированием диаграммы перемещения заданной точки звена.

Достаточно простым и вместе с тем достаточно точным и наглядным является графоаналитический метод (метод планов скоростей и ускорений). Он основан на графическом решении векторных уравнений, составленных для определения искомых скоростей и ускорений. Составление векторных уравнений связано с использованием уравнений двух типов: одного - связывающего скорости (ускорения) двух точек, принадлежащих одному звену, и второго - связывающего скорости (ускорения) двух точек, совпадающих в данный момент, но принадлежащих разным звеньям поступательной пары.