2.2. Структурный анализ механизмов

Структурный анализ механизмов проводится с целью установления его устройства и выявления системы связей между звеньями, кинематическими парами и цепями.

Задачами структурного анализа являются:

замена реального механизма его структурной схемой (моделью) и общий анализ;

определение количества звеньев и их характеристика;

определение количества кинематических пар и их классификация;

классификация кинематических цепей и определение подвижности (числа степеней свободы) механизма;

анализ принципа построения механизма.

Исходными данными для анализа являются: тип механизма, его назначение, входное звено и вид его движения.

Общие положения структурного анализа рассмотрим на примере шарнирного четырехзвенного механизма

2.2.1. Структурная схема и общий анализ механизма (рис.2.2.)

Структурная схема механизма представляет собой его графическое изображение, выполненное не строго в масштабе. На этой схеме указываются звенья механизма, которые нумеруются арабскими цифрами (1, 2, 3, 4), начиная с входного звена; связующие точки КП (центры их вращения), обозначаемые заглавными латинскими буквами (О, А, В, С),входное звено и направление его движения. Неподвижное звено (стойка) обозначается подштриховкой. Данный механизм плоский, шарнирный представляет замкнутую не свободную систему. Входное звено 1 – кривошип вращается по часовой стрелке. Механизм может быть использован в насосе заправщиков горючим.

2.2.2. Определение количества звеньев и их характеристика

Данный механизм (рис.2.2) включает четыре звена. Звено 1 – кривошип; звено 2 – шатун; звено 3 – коромысло; звено 4 – стойка. Характеристика этих звеньев приведена в 2.1 и в таблице 2.1. Число подвижных звеньев n=3. Если (ℓ_OA + ℓ_AB) < (ℓ_BC +ℓ_OC), то механизм кривошипно-коромысловый, если

(ℓ_OA + ℓ_AB) = (ℓ_BC +ℓ_OC) – двухкривошипный.

2.2.3. Определение количества кинематических пар

и их характеристика по классификации

По виду относительного движения звеньев кинематические пары могут быть поступательными и вращательными.

По виду соприкасающих звеньев кинематические пары подразделяются на цилиндрические, сферические, шар на плоскости, цилиндр на плоскости, винтовые и др. Условное изображение и классификация этих пар представлены в таблице 2.2.

По числу степеней свободы относительного перемещения звеньев кинематические пары разделяют на одно-пятиподвижные.

Таблица 2.2

Классификация кинематических пар

Наименование кинематической пары	Условное изображение	Подвиж- ность пары	Класс пары	Геометрический признак пары
1	2	3	4	5
Поступательная		Однопод- вижная	Пятый	Низшая
Вращательная		Однопод- вижная	Пятый	Низшая
Цилиндрическая		Двухпод- вижная	Четвертый	Низшая
Сферическая		Трехпод- вижная	Третий	Низшая
Цилиндр на плоскости		Четырех- подвижная	Второй	Высшая

Продолжение таблицы 2
1	2	3	4	5
Шар на плоскости		Пятипод- вижная	Первый	Высшая

По числу S связей, налагаемых на относительное перемещение звеньев, кинематические пары относят к первому-пятому классам.

По характеру соприкосновения звеньев кинематические пары делят на низшие и высшие. Низшей называется пара, у которой звенья соприкасаются по поверхности: высшей – соприкосновение звеньев по линии или в точке. К низшим относятся кинематические пары вращательные, цилиндрические, сферические, плоскостные, винтовые. К высшим – шар на плоскости, цилиндр на плоскости, кулачок-толкатель, зубчатое зацепление двух колес и др. Низшие КП способны воспринимать и передавать значительные нагрузки; высшие – способны воспроизводить достаточно сложные относительные движения звеньев. Классификация кинематических пар приведена в таблице 2.2.

В нашем примере кинематические пары, образуемые звеньями:

4-1 КП "С" – вращательная, одноподвижная, низшая;

1-2 КП "А" – вращательная, одноподвижная, низшая;

2-3 КП "В" – вращательная, одноподвижная, низшая;

3-4 КП "С" – вращательная, одноподвижная низшая.

Всего кинематических пар четыре. Все одноподвижные, т.е. р₁ = 4. Двухподвижных пар нет р₂ = 0.