Лаб. 1

СТРУКТУРНИЙ АНАЛІЗ ШАРНИРНО-ВАЖІЛЬНИХ ПЛОСКИХ МЕХАНІЗМІВ

Структурна схема механізму – це графічне зображення без урахування масштабу, з використанням умовних позначень ланок і кінематичних пар, яке дозволяє встановити кількість ланок, кінематичних пар, їх вид і взаємне розташування.

Кінематична схема механізму відрізняється від структурної тим, що розміри ланок, необхідні для кінематичного дослідження, наведено у масштабі.

Механізм – це система тіл, що призначена для перетворення наперед заданого (відомого) руху, одного або кількох, у потрібні рухи інших тіл.

Ланка – це одне або кілька жорстко з’єднаних між собою твердих тіл, які утворюють механізм.

Кінематична пара – це з’єднання двох або декількох ланок, що дотикаються і можуть рухатися одна відносно іншої.

Залежно від характеру руху відносно нерухомої ланки механізму (стояка) інші ланки називаються:

кривошип – ланка, що здійснює обертальний рух навколо нерухомої осі; коромисло – ланка, що здійснює зворотно-коливальний рух навколо

нерухомої осі; шатун – ланка, що здійснює складний плоский або просторовий рух;

повзун – ланка, що здійснює зворотно-поступальний рух відносно нерухомої напрямної.

Одночасно названі ланки механізму можуть бути кулісами, якщо вони є рухомими напрямними для повзуна, який в свою чергу називається кулісним каменем.

Класифікація деталей машин

Не існує абсолютної, повної і завершеної класифікації всіх існуючих деталей машин, оскільки конструкції їх багатоманітні і, до того ж, постійно розробляються нові.

Для орієнтування в нескінченному різноманітті деталі машин класифікують на типові групи по характеру їх використовування.

передачі – передають рух від джерела до споживача.

вали і осі – несуть на собі деталі передач, що обертаються.

опори – служать для установки валів і осей.

муфти – сполучають між собою вали і передають обертаючий момент.

сполучні деталі (з'єднання) – сполучають деталі між собою і можуть бути нероз'ємними (заклепувальні, зварні і ін.) і роз'ємними (шпони, різьбові і ін.).

пружні елементи – пом'якшують вібрацію і удари, накопичують енергію, забезпечують постійне стиснення деталей.

22

корпусні деталі – організовують усередині себе простір для розміщення всієї решти деталей, забезпечують їх захист.

Класифікація кінематичних пар здійснюється за такими ознаками:

1.Число умов зв’язку, які накладаються кінематичною парою на відносний рух ланок;

2.Форма елементів ланок, що утворюють кінематичну пару;

3.Характер відносного руху ланок;

4.Спосіб замикання ланок.

За класифікацією І. І. Артоболевського залежно від числа умов зв’язку кінематичні пари діляться на п’ять класів: Р1, Р2, Р3, Р4, Р5. Кінематичні пари п’ятого класу (позначаються Р5) називаються однорухомими, тому що у двох ланок після утворювання такої кінематичної пари залишився один можливий відносний рух: обертальний або поступальний. Кінематичні пари четвертого класу (позначаються Р4) – дворухомими. Вони зустрічаються у плоских зубчастих та кулачкових механізмах.

У сучасних механізмах найпоширеніші кінематичні пари п’ятого класу (Р5), кінематичні пари четвертого класу (Р4) і кінематичні пари третього класу

(Р3).

Залежно від форми елементів кінематичних пар розрізняють: нижчі кінематичні пари, у яких ланки стикаються між собою поверхнями (обертальна, поступова, циліндрична) і виші , у яких ланки стикаються між собою по лінії (циліндр - площина) або в точці (куля - площина).

За характером відносного руху ланок, які утворюють кінематичні пари плоского механізму, кінематичні пари п’ятого класу можуть бути обертальними або поступальними.

За способом замикання ланок кінематичні пари бувають геометричними (коли замикання здійснюється відповідно геометричною формою елементів ланок) і силовими (замикання забезпечується, наприклад, силою пружності пружини).

Число ступенів вільності (W) плоского механізму визначається за допомогою структурної формули, яка називається формулою Чебишова:

W=3∙n-2∙P5-P4 (1)

де n – число рухомих ланок механізму; Р5 – число кінематичних пар п’ятого класу;

Р4 – число кінематичних пар четвертого класу;

23

Основний принцип утворювання механізмів за Л. В. Ассуром: будь який механізм можна одержати послідовним приєднанням до механізму І класу (або до механізмів І класу) одної (або більше) групи Ассуру.

Механізмом І класу умовно називають сукупність стояка та ведучої ланки, що утворюють кінематичну пару п’ятого класу.

Групою Ассуру називається кінематичний ланцюг, який після приєднання його вільними елементами до стояка має нульовий ступінь вільності і який не можна розбирати на простіші кінематичні ланцюги, ступінь вільності яких дорівнює нулю.

Якщо врахувати, що пари четвертого класу (Р4) можна замінити парами п’ятого класу (Р5) [1, с.44], а також те, що W=0 є умовою існування групи Ассуру, то з рівняння (1) можна записати залежність між кількістю ланок і кінематичних пар п’ятого класу у структурних групах Ассуру:

Найпростіше сполучення чисел ланок і пар п’ятого класу, які задовольняють умову (2), буде n=2 i Р5=3. Групу, що має дві ланки і три пари п’ятого класу, називають групою ІІ класу другого порядку (ІІ кл. 2 пор.). Залежно від кількості обертових і поступальних пар та їхнього взаємного розташування розрізняють п’ять видів груп Ассуру ІІ класу 2 порядку:

Група Ассуру з трьома поступальними парами неможлива, бо, якщо її приєднати до стояка, вона не матиме нульової рухомості і може переміщуватися.

Клас механізму визначається найвищим класом груп Ассуру, що входять до його складу. В техніці найбільшого розповсюдження набули механізми ІІ класу.

24

Приклад:

Рис. 2 1. Структурний аналіз плоского шарнірно-важільного механізму за його структурною схемою (рис. 2).

1– кривошип (ведуча ланка); 2– кулісний камінь;

3– коромисло-куліса;

4– шатун;

5– повзун;

6– нерухома ланка, стояк.

В механізмі рухомих ланок: n=5.

2. Класифыкацыя кынематичних пар

Кінематична пара О (утворена ланками 6 і 1), клас кінематичної пари Р5 , за характером відносного руху обертальна;

к. пара В (1; 2), Р5, обертальна; к. пара С (2; 3), Р5, поступальна; к. пара А (3; 6), Р5, обертальна; к. пара Д (3; 4), Р5, обертальна; к. пара Е (4; 5), Р5, обертальна; к. пара К (5; 6), Р5, обертальна.

В механізмі кінематичних пар: Р5=7; Р4=0.

3. W=3n-2P5-P4=3∙5-2∙7=1

25

4. Ведучою ланкою механізму є кривошип 1 (на структурній схемі показана кутова швидкість ω), тому назначаємо один механізм І класу (згідно з тим, що число ступенів вільності W=1).

Механізм І класу складається із: стояка 6 і кривошипу 1 (рис.3.), які утворюють кінематичну пару О,

І кл. (ланки 6 і 1).

Першою групою Ассуру, яка приєднана до механізму І класу є група ІІ класу – ланки 2 і 3 і кінематичні пари:

В(1; 2), С(2; 3), А(3; 6), (рис.4.).

Ця група ІІ кл. 2 пор. 3 виду (ланки 2; 3) є “першою” тому, що вона своїми зовнішніми кінематичними парами В і А приєднується до двох різних ланок механізму І класу.

Залишилося ще дві ланки 4 і 5 та три кінематичні пари:

Д (3; 4), Е(4; 5), К(5; 6), (рис. 5.),

які утворюють групу Ассуру ІІ класу:

ІІкл. 2 пор. 2 вид (ланки 4; 5).

5.Склад і послідовність приєднання структурних груп механізму виражаємо формулою будови механізму : І кл. (6; 1)→ІІкл. 2пор. 3 вид (2; 3)→ІІ кл. 2 пор. 2 вид (4; 5).

6.Клас механізму – ІІ кл.

26

ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ

27