1.3. Классификация механизмов

Принципы классификации. Для удоб­ства изучения механизмов и разработки общих методов проектирования и рас­чета механизмы целесообразно класси­фицировать. Могут быть использованы разные признаки классификации: ха­рактер движения — плоские и прост­ранственные; вид кинематических пар — механизмы с низшими и высшими па­рами; назначение — механизмы прибо­ров для контроля давлений, темпера­туры, уровня и т. п.; принцип передачи усилий — механизмы трения и за­цепления; конструктивные признаки — шарнирно-рычажные, кулачковые, фрик­ционные, зубчатые, червячные и т. д. В зависимости от задач, поставлен­ных перед исследователем, пользуются той или иной классификацией, лучше всего удовлетворяющей решению этих задач.

Структурная классификация. Одной из распространенных классификаций плос­ких шарнирных механизмов с парами пятого класса является структурная классификация, предложенная И. И. Артоболевским на основании идей Л. В. Ассура.

Рис. 1.7. Контуры различных классов

Согласно этой классифи­кации механизмы объединяются в клас­сы от первого и выше по структурным признакам. Механизм первого класса состоит из ведущего звена и стойки, соединенных кинематической парой пя­того класса; механизмы более высоких классов образуются последовательным присоединением к механизму первого класса кинематических цепей, не изме­няющих степени подвижности этого ис­ходного механизма, т. е. имеющих сте­пень подвижности, равную нулю.

Группа. Кинематическая цепь, кото­рая, будучи присоединенной свободными элементами пар (внешние пары) к стой­ке, обладает нулевой степенью подвиж­ности, называется группой.

Полагая, что в состав группы входят только пары пятого класса (пары четвер­того класса можно условно заменить це­пями с парами пятого класса), для груп­пы, как частного случая цепи, получаем условие W = Зп — 2р₅ = 0, откуда

. (1.3)

Таким образом, группа может состо­ять из двух подвижных звеньев и трех кинематических пар пятого класса (рис. 1.7, а), четырех подвижных звеньев и шести пар пятого класса (рис. 1.7, г, д) и т. д.

Контур и вид группы. Группы делятся на классы в зависимости от класса кон­тура. Контуром называют замкнутую часть плоскости, занятую звеном или ограниченную со всех сторон звеньями. Класс контура определяется числом ки­нематических пар, входящих в этот контур. Контур, изображенный на рис. 1.7,6,— второго класса (эквивалентное изображение дано на рис. 1.7, в).

Рис. 1.8. Группы второго класса

а — 1-го вида; б — 2-го вида; в — 3-го вида; г — 4-го вида; д — 5-го вида

На рис. 1.7, а изображена группа, в состав которой входят три контура: ABC — контур третьего класса, BDFC — кон­тур четвертого класса, DEF — контур третьего класса. Класс группы опре­деляется наивысшим классом контура, входящего в ее состав. Группа второго класса представлена на рис. 1.7, а, группы третьего и четвертого классов — на рис. 1.7, г и 1.7, д соответственно.

Наиболее распространенными явля­ются группы второго класса, которые разделяют на пять видов. Вид группы второго класса определяется в зависи­мости от числа и относительного распо­ложения поступательных и враща­тельных кинематических пар в ней (рис. 1.8, а—д).

Класс механизма. По наивысшему классу группы, входящей в состав дан­ного механизма, определяется его класс. Для определения класса механизма не­обходимо выделить в нем группы, на­чиная с наиболее удаленных от веду­щего звена, в результате чего остается механизм первого класса. Выделив груп­пу, одновременно проверяют степень под­вижности W оставшейся части меха­низма.

Этот процесс исследования называется структурным анализом механизма.

Порядок проведения структурного анализа: а) определяется количество подвижных звеньев и кинематических пар; б) устанавливается наличие пас­сивных связей и лишних степеней свобо­ды; соответствующие звенья, вносящие их, исключаются; в) производится заме­на высших кинематических пар цепями с низшими парами; г) выделяются груп­пы и устанавливается их класс и вид; д) определяется класс механизма.

Рис.1.9. Структурный анализ привода конвейера

Пример. Провести структурный анализ ме­ханизма привода конвейера (рис. 1.9, а), который состоит из пяти подвижных звеньев (п = 5) и семи кинематических пар пятого класса (р₅ = 7); пары четвертого класса отсутствуют (р₄ = 0). Степень подвижности цепи по формуле (1.2) , следовательно, эта цепь будет механизмом при заданном законе движения одного звена (звено 1). В механизме пассивных связей и лишних степе­ней свободы нет.

Переходим к выделению структурных групп, начиная со звеньев, наиболее удаленных от ве­дущего звена (рис. 1.9, б). Выделенные группы и порядок их выделения представлены на рис. 1.9, в, г. Каждая группа состоит из двух звеньев и трех кинематических пар пятого класса и поэтому является группой второго класса; пер­вая группа (рис. 1.9, в) — второго вида (одна крайняя пара поступательная); вторая группа (рис. 1.9, г) — первого вида (все пары вращатель­ные). Следовательно, механизм привода конвейе­ра — второго класса, так как наивысший класс группы, входящей в состав этого механизма, второй.