5.Структурный синтез механизмов. Обобщённые координаты механизма и метод его определения. Методы структурного синтеза.

Структурным синтезом называют проектирование оптимальной структурной схемы механизма без избыточных связей. Возможные варианты схем должны удовлетворять уравнениям и при значениях q=0 и W0=1. Эти условия выполняются путём подбора необходимых кинематических пар.

Задачей структурного синтеза является задача синтеза структуры нового механизма, обладающего заданными свойствами: числом подвижностей, отсутствием местных подвижностей и избыточных связей, минимумом числа звеньев, с парами определенного вида (например, только вращательными, как наиболее технологичными) и т.п.

Для структурного синтеза используют два метода:

1. Метод теории графов с применением ЭВМ – для синтеза одноподвижных плоских рычажных механизмов.

Граф – это искусственная фигура на основе схемы механизма, позволяющая использовать ЭВМ.

2. Метод наслоения (присоединения) к начальному двухзвеннику (стойка+ начальное звено) структурных групп (групп Ассура ) с нулевой подвижностью Wсг=0. Тогда у механизма W=Wo+0+0+…+0, где Wo число степеней свободы начального двухзвенника. Структурные группы (СГ) разделяются по классам, порядкам и видам.

В теоретической механике под числом степеней свободы понимается число обобщенных координат, т.е. независимых между собой параметров, определяющих положение системы в выбранном пространстве. Обобщенными координатами механизма называются независимые между собой координаты, заданием которых определяется положение всех звеньев относительно стойки. Число обобщенных координат механизма равно его числу степеней свободы или по другой терминологии – степени подвижности механизма.

W= 6n - 5p1 - 4p2 - 3p3 - 2p4 - p5 для пространств.

Здесь W – число степеней свободы механизма,

n – число подвижных звеньев,

p1 – число пар 5-го класса (одноподвижных),

р2 – число пар 4-го класса,

р3 – число пар 3-го класса и т.д.

W = 3n – 2p1 – p2 для плоского

6.Кинематический анализ механизмов. Задачи и методы анализа плоских рычажных механизмов.

Кинематический анализ механизма – исследование его основных параметров с целью изучения законов изменения и на основе этого выбор из ряда известных наилучшего механизма. По сравнению с синтезом анализ механизма широко используется в практике.

Кинематический анализ механизма выполняется либо для заданного момента времени, либо для заданного положения входного звена; иногда для анализируемого положения механизма задают взаимное расположение каких-либо его звеньев.

Целью кинематического анализа является определение кинематических характеристик механизмов, т.е. траекторий, скоростей и ускорений характерных точек его звеньев без учета сил, вызывающих это движение, т.е. рассматривается движение лишь с геометрической точки зрения («кинематика» - это геометрия движения).

Кинематическое исследование механизма состоит в решении следующих задач:

-определение положений звеньев за полный цикл движения механизма и построение траекторий движения отдельных точек. Результаты первой задачи используются для определения габаритных размеров механизмов, а, следовательно, и для определения площади, занимаемой в цехе (по планам положений);

-определение основных кинематических характеристик механизмов (линейных и угловых скоростей и ускорений). Результаты второй задачи используются для динамического анализа механизмов (при определении инерционных сил).

Для кинематического исследования механизмов применяют методы: графические и численные методы, методы дифференцирования и интегрирования, метод планов, метод векторных уравнений, координатный метод, экспериментальные методы.

Выбор метода зависит от сложности механизма, требуемой точности расчета и имеющихся средств для исследования.

Исходные данные для исследования:

-кинематическая схема механизма;

-размеры звеньев механизма;

-величина и направление скорости ведущего звена.

Если ведущее звено движется неравномерно, то должна быть задана функция, выражающая зависимость скорости начального звена от времени.

Допущения:

-звенья механизмов считаем абсолютно жесткими;

-зазоры в кинематических парах отсутствуют.

Для КА плоских рычажных механизмов используют в инженерной практике два способа:

• координатный (аналитический);

Движение точки и звена механизма на плоскости определено, если известно их положение относительно выбранной системы отсчета (координаты) и изменение координат с течением времени. Для такого описания движения точки и звена составляют кинематические уравнения, в которых за аргумент принимают время или обобщенную координату механизма. Базой для составления кинематических уравнений является векторная модель механизма: это совокупность геометрических векторов, соединяющих кинематические пары (КП) между собой на кинематической схеме механизма.

• векторный (графический).

Векторный способ отличается наглядностью решения, удобством контроля, быстротой выполнения. Но он дает значительную погрешность расчетов (до 10%). Векторный способ предусматривает построение плана механизма, планов скоростей и ускорений, кинематических диаграмм характерных точек звеньев.