Алгоритм проведения структурного анализа

1 Начертить кинематическую схему механизма.

2 Обозначить все подвижные звенья механизма.

3 Заглавными буквами латинского алфавита обозначить все кинематические пары и класс кинематической пары.

4 Определить степень подвижности механизма.

5 Удалить лишние степени свободы (при их наличии).

6 Удалить пассивные связи (при их наличии).

7 Заменить высшие кинематические пары на низшие.

8 Отсоединить от механизма группу Ассура 2-го класса (два звена), так чтобы: оставшийся механизм продолжал работать, а степень его подвижности (W) не менялась (оставалась прежней).

9 Если нельзя отсоединить группу Ассура 2-го класса, то отсоединить группу Ассура 3-го класса (четыре звена) так, чтобы оставшийся механизм продолжал работать, а W не менялась.

10 Если нельзя отсоединить группу Ассура 3-го класса, то отсоединить группу Ассура 4-го класса так, чтобы оставшийся механизм продолжал работать, а W не менялась.

11 Класс механизма определяем по наивысшему классу группы Асура, входящей в состав механизма.

Кинематический анализ механизмов состоит в определении движения его звеньев по заданному движению начальных звеньев.

Основные задачи:

1. Определение положений звеньев и траекторий отдельных точек.

2. Определение линейных скоростей и ускорений точек и угловых скоростей и ускорений звеньев.

3. Определение передаточных функций или отношений между звеньями.

Методы кинематического анализа:

1) Графические.

2) Графо-аналитические.

3) Аналитические.

Выбор того или иного метода зависит как от необходимой степени точности решения, так и от цели расчета.

Первые два метода уступают по точности третьему, однако они наглядны и сравнительно просты.

Расчет начинают с группы, которая образует кинематические пары с ведущим звеном и стойкой. В этом случае положения, скорости и ускорения геометрических элементов крайних пар группы оказываются известными и, задача сводится к определению аналогичных параметров точек, принадлежащих внутренним парам. Это правило справедливо и для последующих групп механизма. Первую задачу кинематики например рычажного механизма можно сформулировать так: по известным размерам звеньев механизма, задаваясь положением его ведущего звена, найти положение всех остальных звеньев.

Динамический и силовой анализы

В машинах действуют следующие основные группы сил:

1) движущие силы – совершают положительную работу и приложены к ведущим звеньям;

2) силы технологического (полезного) сопротивления – совершают отрицательную работу и приложены к ведомым звеньям;

3) силы тяжести и упругости звеньев – совершают как положительную, так и отрицательную работу. За кинематический цикл их работа равна нулю;

4) силы взаимодействия между звеньями – реакции в кинематических парах – их нормальные составляющие работы не производят (реакции идеальных связей), касательные составляющие являются силами трения и обычно относятся к вредным сопротивлениям;

5) расчетные силы – силы инерции – для учета неравномерности.

Динамический анализ позволяет получить общие зависимости между кинематическими параметрами механизма (его обобщенными координатами, скоростями и ускорениями), массами его звеньев и действующими на него силами, выражающиеся дифференциальными уравнениями. Пользуясь этими уравнениями, решают две задачи динамики механизмов:

1) по заданному аналитически или графически закону движения механизма определяют силы, действующие на механизм;

2) по заданным силам определяется закон движения механизма.

Большинство механизмов, с жесткими звеньями обладают одной степенью свободы. Основные уравнения движения этих механизмов в конечной и дифференциальной форме вытекают из теоремы об изменении кинетической энергии. Эта теорема наряду с принципом Д′ Аламбера и дает возможность решать большинство практических вопросов. Сущность этого принципа заключается в следующем: если к звеньям механизма мысленно приложить еще и силы инерции, то сумма всех сил, действующих на механизм, будет равна нулю.

Цель динамического анализа механизмов – изучение движения звеньев механизма с учетом действующих сил.

При проектировании механизмов, выполнив сначала структурный и кинематический анализы механизма, приступают затем к решению первой задачи динамического анализа – силовому анализу механизма.

При этом считают, что угловая скорость ведущего звена постоянна и задаваемые силы известными или их можно определить по известным формулам.

Исходя из принятых выше предположений, определяют:

1) реакции в кинематических парах, позволяющие выбрать размеры и массу звеньев и подшипников механизма, т. е. провести расчет на прочность;

2) уравновешивающую силу, приложенную к ведущему звену механизма и позволяющему ему равномерно вращаться.

После этого приступают ко второй задаче – динамике механизма. Зная из решения первой задачи, размеры и массу, а следовательно и моменты инерции звеньев механизма и, все задаваемые силы – определяют истинный закон движения ведущего звена механизма (в реальных механизмах угловая скорость его непостоянна).

Если эти колебания угловой скорости ведущего звена в пределах допускаемых значений для данного типа машин – расчет завершается.

Если они превышают допускаемые пределы, то расчет продолжается. Суть его заключается в подборе размеров и массы маховика, устанавливаемого на ведущее звено механизма. маховик является аккумулятором кинетической энергии и уменьшает размах колебаний угловой скорости ведущего звена до допускаемых значений.