1. Структурный анализ механизма

Структурное исследование механизма проводится с целью выявления степени подвижности механизма, выявления избыточных связей и оценки взаимодействия кинематических пар механизма.

Заданный механизм состоит из: 7 кинематических пар; 5 подвижных звеньев (1, 2, 3, 4, 5); 3 неподвижных это шарнирные опоры - стойки (0) и направляющие для ползуна.

Кинематические пары (7 шт.) образованы звеньями: 0-1, 1-2, 2-3, 3-0, 3-4, 4-5, 5-0 – все пары низшие, т.к. допускают только одну степень свободы движения звеньев в паре.

Степень подвижности механизма оцениваем по формуле Чебышева для плоских механизмов:

W = 3·n – 2Р_н – Р_в = 3·5 - 2·7 – 0 = 1,

где n – число подвижных звеньев; Р_н – число низших пар; Р_в – число высших пар.

В результате анализа получаем. Заданный механизм имеет 1 степень подвижности, а по числу и виду кинематических пар относится к механизму II – класса 2 –го порядка. Избыточные связи отсутствуют.

2. Кинематический анализ механизма

Кинематический анализ механизма проводится с целью: определения траекторий движения точек звеньев механизма; определения скоростей и ускорений точек механизма. Определения кинематических характеристик определяемых строением механизма, размерами его звеньев и в общем случае зависят от обобщенных координат. Кинематический анализ дает возможность оценить реализацию выполнения механизмом основных движений и важен для кинетостатического анализа.

Для кинематического анализа применяют графический метод построения планов положений механизма, планов скоростей и ускорений.

2.1. Анализ положений механизма

На листе формата А1 изображаем звенья механизма в виде отрезков определенной длины (в мм) и кинематические пары. На 1 листе кинематическая схема механизма изображена в масштабе μ _l= 0,01 м/мм.

Величина отрезков изображающих звенья механизма:

АВ = l₁/μ_l = 0,6/0,01 = 60мм; ВС = 1,7/0,01 = 170мм; ВД = 0,8/0,01 = 80мм;

ЕД = 1,4/0,01 = 140мм; ЕF = 1,6/0,01 = 160мм; а = 0,2 мм;

в = 0,7/0,01 = 70мм; с = 1,8/0,01 = 180мм.

Основная система координат хОу связана со стойкой (0), а ее начало совпадает с т. А.

Траекторию движения точки В ( кривошип АВ) – окружность, делим на 12 равных частей начиная с заданного положения механизма. В зависимости от положения точки В на траектории своего движения отмечаем положения других движущихся точек: С; Е; Д – выделяя наиболее характерные позиции.

2.2. Построение планов скоростей.

При заданном значении угловой скорости вращения кривошипа АВ – ω₁=20с^-1, определяем скорость V_В точки В:

V_B = ω₁·l_AB = 20 · 0,6 = 12 м/с.

Определяем масштаб планов скоростей μ_V:

μ_V = V_B/pb = 12/60 = 0,2 м·с^-1/мм.

Для определения скорости точки С – скорости ползуна составляем уравнение, связывающие векторы скоростей точек при плоском сложном движении звена 2 и поступательном движении звена 3 относительно неподвижной горизонтальной направляющей:

V_C = V_B + V_CB

V_C = V_О + V_СО.

Вектор V_CB направлен перпендикулярно звену ВС (звену 2), а вектор V_СО – по горизонтальной прямой. Пересечение этих векторов определит точку «с» на плане скоростей, а длина отрезка pc – будет в масштабе скоростей соответствовать скорости точки С.

Для определения скорости точки Д принадлежащей звену 2, совершающему сложное движение, определим соотношение расстояний от точки Д точек В и С:

L_ВД/ l_СВ = 0,8/1,7 = 0,47.

Тогда значение скорости точки Д определится следующим образом:

V_ДВ = V_СВ · 0,47.

Получаем точку d на плане скоростей на векторе V_СВ , соединяем ее с полюсом плана скоростей Р_v полученный вектор и будет скоростью точки Д.

Для определения скорости V_Е точки Е, составим следующие векторные уравнения:

V_Е = V_Д + V_EД

V_E = V_F + V_EF.

Вектор V_ЕД всегда направлен по перпендикуляру к звену ЕД, а вектор V_EF направлен перпендикулярно звену ЕF. Точка пересечения направлений векторов на плане скоростей определит длину отрезка pe – соответствующего скорости точки E в масштабе изображения планов скоростей для различных положений механизма.

Для 12 положений механизма построим планы скоростей (на 1 листе проекта), значения скоростей точек и звеньев механизма представлены в таблице 1. В таблице 1 также приведены данные на угловые скорости звеньев механизма.

Таблица 1.

Пол. Мех-ма	VB	VCB	VЕД	VEF	VС	ω2	ω4	ω5
0	12	6,4	7,2	9,7	-4,3	4,6	6,54	7,5
1	-	3,7	1,3	7,8	-7,1	2,6	1,2	6
2	-	0	3,5	4,3	-7,2	0	3,2	3,3
3	-	3,8	4,9	2	-5,4	2,7	4,5	1,5
4	-	6,2	5	0,5	-2,7	4,4	4,54	0,4
5	-	7,2	4,1	3	0	5	3,7	2,3
6	-	6,2	2,7	4,8	2,6	4,4	2,45	3,7
7	-	3,7	1,2	6,6	5,3	2,6	1,1	5,1
8	-	0	0	7,2	7,2	0	0	5,5
9	-	3,7	1,3	6	7,2	2,6	1,2	4,6
10	-	6,2	3,7	2,2	4,5	4,4	3,4	1,7
11	-	7,2	7,6	5,5	0	5	6,9	4,2