2 Структурный анализ механизмов

При структурном анализе механизма составляется его структурная схема, на которой показываются звенья, входящие в механизм и кинематические пары, соединяющие эти звенья. При этом размеры звеньев не учитываются. Структурный анализ механизма позволяет определить его технологичность и число независимых обобщенных координат однозначно определяющих положение всех звеньев механизма.

2.1 Классификация звеньев

Звенья можно классифицировать по следующим признакам:

1) по функциональному назначению (Рис 2.1);

а) Кривошип (1) – Образует вращательную кинематическую пару со стойкой (0) и совершает полный оборот.

б) Коромысло (1) - Образует вращательную кинематическую пару со стойкой (0) и совершает не полный оборот.

в) Ползун (1) – Образует поступательную кинематическую пару со стойкой (0).

г) Шатун (1) – Не образует кинематических пар со стойкой (0) и совершает плоскопараллельное движение.

д) Кулиса (1) – Образует вращательную кинематическую пару со стойкой (0) и поступательную пару с другим звеном (кулисным камнем) (2).

2) По силовому воздействию:

а) Ведущее - для которого работа внешних сил положительная.

б) Ведомое - для которого работа внешних сил отрицательная.

3) По числу геометрических элементов: простое, двойное, тройное и т.д.

Кроме того различают входное звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом. (их число равно числу степеней свободы механизма) и выходное, совершающее движение, для которого предназначен механизм.

Рис. 2.1

2.2 Классификация кинематических пар

1) По характеру соприкосновения звеньев.

а) Низшие – по поверхности

б) Высшие – по линии или в точке.

Низшие кинематические пары просты в изготовлении, но имеют значительные потери на трение и не могут обеспечить большого разнообразия движений.

Высшие кинематические пары могут обеспечить любой закон относительного движения звеньев, однако сложны в изготовлении, не технологичны, и в местах контакта образуются большие контактные напряжения.

2) По характеру относительного движения звеньев.

а) Плоские – движение звеньев происходит в одной или параллельных плоскостях.

б) Пространственные – движение звеньев пространственное.

3) По числу налагаемых ограничений.

Свободное тело (звено) в пространстве имеет шесть степеней свободы (Рис.2.2). Оно может перемещаться по осям X, Y, Z и вращаться вокруг этих осей.

Рис. 2.2

При вхождении звена в кинематическую пару с другим звеном степень подвижности этих звеньев уменьшается. Число налагаемых ограничений подвижности звеньев при их соединении в кинематической паре определяет Класс пары (S). При этом степень подвижности кинематической пары будет определяться как:

W=6-S. (2.1)

На Рис 2.3 показаны различные типы кинематических пар, а так же их условные обозначения , класс и степень подвижности.

Рис. 2.3

2.3 Кинематические цепи

Кинематическая цепь – подвижная система связанных между собой звеньев и кинематических пар.

С этой точки зрения механизм можно представить как кинематическую цепь, в которой упорядоченно движение звеньев и в которой присутствует неподвижное звено – стойка. Различают:

1) Открытые кинематические цепи – если существует, хотя бы одно звено, входящее в одну кинематическую пару.

2) Замкнутые – каждое звено ходит не менее чем в две кинематические пары.

3) Простые, – в которые звенья входят не более чем в две кинематические пары.

4) Сложные – если хотя бы одно звено входит в более чем в две кинематические пары.

5) Плоские – звенья перемещаются в параллельных плоскостях (участвуют в плоскопараллельном движении).

6) Пространственные, – в которых звенья совершают пространственные движения.