2.2.2 Структурный анализ механизмов
Выбор структурной и кинематической схемы механизма производится из условия воспроизведения рабочим органом с необходимой точностью требуемого закона движения. При этом необходимо учитывать опыт эксплуатации подобных механизмов (машин) в отрасли.
Размеры (параметры) звеньев определяют методами синтеза механизмов. Как правило в качестве исполнительных механизмов применяют простые или сложные (т. е. составленное из простых) типовые механизмы.
Так, если рабочему органу необходимо передать вращательное движение с постоянной угловой скоростью поменяют зубчатые, червячные, фракционные, ременные, цепные механизмы. Если рабочий орган должен вращаться неравномерно, то целесообразно применять двухкривошипный или кривошпно-кулисный механизмы. В случае качательного движения рабочего органа выбирают кривошипно-коромысловый, кулачковый, эксцентриковый кулисный механизмы. Для сообщения рабочему органу возвратно- поступательного движения используют кулачковый, кривошипно-ползунный, кулисный и эксцентриковый механизм и т.д.
Структурный анализ механизмов связан с определением подвижности механизма.
Число степеней свободы механизма определяется по формуле:
а) для плоских механизмов
w=3n-2p3-p4,
б) для пространственных механизмов
w=6n-5p5- 3p3-4p4-р2 -p1
где n - число подвижных звеньев механизмов;
p5 – число кинематических пар пятого класса
р4 – число пар четвертого класса
р3 - число пар третьего класса
р2 - число пар второго класса
р1 - число пар первого класса
В качестве исполнительных в технологических машинах следует выбирать механизмы, имеющие одно ведущее звено и степень подвижности W=1.
Сведения по структурному анализу даны в литературе [1], [17].
2.2.3 Особенности кинематического анализа механизмов
Кинематический анализ исполнительных механизмов имеет целью по заданной схеме и заданному закону движения ведущего звена построить траектории, определить перемещения, скорости и ускорения различных точек всех звеньев механизма в пределах кинематического цикла.
Кинематическое исследование механизма можно выполнить аналитическим (а), графическим (б) и графико-аналитическим (в) методами.
А) Аналитический метод
Сущность этого метода заключается в аналитическом определении перемещений, скоростей и ускорений звеньев с помощью функции положения и передаточных функций механизма.
Положение любого механизма можно представить аналитической зависимостью геометрических параметров механизма и угла поворота ведущего звена. Эта функция называется функцией положения i-го звена
q1=Пi(
)
где q1-обобщенная координата i-го звена механизма;
Пi(
)-функция
положения i-го звена
механизма;
- текущий угол поворота ведущего звена.
Скорость любого эвена определится по первой передаточное функции
Wi=W1
Пi(
)=W1
,
где Wi-
скорость i-го звена; W1
–скорость вращения ведущего звена;
Пi(
)=W1
- первая передаточная функция i-го
звена.
Ускорение любого звена рассчитывается по второй передаточной
i=W12
Пi”+
1
Пi(
),
при
1=0
i=W12
Пi”=
W12
(
)2,
где
i
– ускорение i-го звена;
1
– ускорение ведущего звена; Пi”=
W12
(
)2
–вторая передаточная функция i-го
звена.
В случаях, когда аналитические зависимости имеют сложный вид целесообразно применить ЭВМ.
Исследование механизмов аналитическим методом описано в литературе (1), (3), (4), (17).
Методика применения ЭВМ дана в литературе (12).