6. Структурные группы. Структурный синтез механизмов.

Структурный синтез механизмов с помощью структурных групп сводится к тому, что к входному механизму или к нескольким входным механизмам присоединяются структурные группы. При этом, поскольку число степеней свободы группы Ассура W = 0, то её присоединение к механизму не меняет числа степеней свободы. На рис. 1.7 приведены примеры такого синтеза. На рис. 1.7а сформирован шестизвенный механизм 2-го класса 2-го порядка, структурно состоящий из входного кривошипа 1 и двух структурных групп: ABC и DE. Поскольку у входного механизма число степеней свободы W = 1, то и у всего механизма – тоже. На рис. 1.7б синтезирован пятизвенный механизм с числом степеней свободы W = 2. Здесь входные звенья – 1-е и 2-е, а ABC – структурная группа.

При таком синтезе созданный мехзанизм не будет иметь пассивных связей. Если при дальнейшей проработке они потребуются по соображениям прочности или жесткости, то они могут быть введены конструктивно.

7. Классификация рычажных механизмов.

В основу классификации рычажных механизмов положен структурный признак. Рассмотрим такой подход к классификации на примере плоских механизмов с замкнутыми кинематическими цепями.

Будем считать, что любой сложный рычажный механизм состоит всего из трех типов элементов:

одного исходного механизма; в редких случаях таких механизмов может быть несколько - их число совпадает с числом степеней свободы w всего сложного механизма;

любого числа наиболее простых кинематических цепей с нулевой подвижностью (w= 0), называемых структурными группами или группами Ассура;

любого числа пассивных звеньев; эти элементы являются необязательными и могут отсутствовать.

Исходным механизмом будем называть кинематическую цепь, состоящую из одного подвижного звена 1 и стойки (n+1). Это понятие нужно считать условным, так как в подобной цепи не происходит никакого преобразования движения. Две разновидности исходного механизма показаны на рис. 2.1, для каждой из них степень подвижности, определяемая по формуле (1.2), равна .

Рис. 2.1

Исходному механизму присвоен 1-й класс и 1-й порядок (понятие порядок будет пояснено в следующем пункте.

В соответствии с ранее приведенным определением структурная формула (1.2) для группы Ассура принимает вид .

Поскольку величины п и р₅ являются целыми, то из очевидных соотношений n=(2/3)·р₅ и р₅ = (3/2)·n получаем следующие необходимые признаки структурной группы: число звеньев в группе всегда четное (п=2, 4, 6, 8, ...); число кинематических пар, в которые входят или могут входить звенья группы, всегда кратно трем (р₅ =3, 6, 9, 12, ...); невозможность расчленения группы на более простые цепи с нулевой подвижностью.

Все структурные группы подразделяют на классы (2-й, 3-й и 4-й), а также им присваивают определенный порядок, номер которого совпадает с числом поводков, т. е. звеньев со свободным элементом кинематической пары, которым каждое из них может быть присоединено к другому. Если все поводки присоединить свободными элементами к какому-либо одному звену, например, к стойке, - структурная группа превращается в жесткую ферму.

К группам 2-го класса (диады) относят наиболее простые с п=2 и р₅ =3, состоящие всего из двух звеньев2и3 (рис. 2.2), которые входят друг с другом в кинематическую пару и помимо этого могут образовать кинематические пары еще с двумя звеньями. Следовательно, в данном случае каждое из звеньев является поводком и все группы 2-го класса имеют 2-й порядок.

В зависимости от взаимного расположения вращательных (в) и поступательных (п) пар и с учетом степени распространенности такие группы условно подразделяют на пять видов (рис. 2.2). Группы 6-го вида с одними поступательными парами (п-п-п) не существует, так как после присоединения к стойке она образует не ферму, а разновидность клинового механизма.

Рис. 2.2

На рис. 2.2,е - к приведены примеры схем простейших четырехзвенных механизмов, в которых использованы группы каждого из видов, причем свободные элементы пар соеди­нены с подвижным 1 и неподвижным 4 звеньями исходного механизма. Вращающееся звено, совершающее полный оборот вокруг неподвижной оси, называют кривошипом, неполный оборот -коромыслом, а если оно в дополнение к одному из этих признаков образует еще поступательную пару с другим подвижным звеном, -кулисой. Звено, образующее поступательную пару со стойкой, в общем случае называют ползуном, а входящее в кинематические пары только с подвижными звеньями -шатуном. С учетом сказанного механизм на рис. 2.2,е можно назвать кривошипно-коромысловым или шарнирным четырехзвенником, на рис. 2.2,ж - кривошипно-ползунным, на рис. 2.2,з- кривошипно-кулисным. Иногда в названии механизма подчеркивают его функциональное назначение. Например, механизм на рис. 2.2,и называют синусным, а на рис. 2.2,к - тангенсным, поскольку линейные перемещения ползунов в них будут пропорцио­нальны синусу и тангенсу угла поворота звена 1.