Опорные точки

• Структурным синтезом механизма называется проектирование структурной схемы механизма.

• При синтезе структуры механизма учитывают структурные, кинематические, динамические и другие условия.

• Структурный синтез плоских механизмов обычно проводят в два этапа. На первом проектируется плоская структурная схема, на которой указываются изображения звеньев и кинематических пар. На втором этапе (синтез самоустанавливающихся механизмов) переходят от плоской к пространственной структурной схеме, учитывая, что звенья движутся в разных плоскостях, а реальные кинематические пары могут быть трех-, четырех- и пятиподвижными.

• Метод структурного синтеза заключается в чередовании логических приемов анализа и синтеза с использованием подходящей структурной модели механизма. Вид структурной модели выбирается в результате сравнения условий поставленной задачи с возможностями той или иной структурной модели.

Контрольные вопросы

• Чем параметрический синтез механизма отличается от структурного?

• С чего начинается проектирование любого механизма?

• Как выбирается подходящая структурная модель при структурном синтезе?

• Каким образом при выборе структурной схемы механизма учитываются ее функциональные возможности?

6.2. Проектирование структурных схем механизмов

1 . Построить структурную схему пространственного механизма манипулятора с числом степеней свободы W = 3 при минимальном числе звеньев и с использованием только одноподвижных кинематических пар.

Рис. 6.1. Схема манипулятора

Для решения применим структурную модель, в которой механизм представляется состоящим из звеньев и кинематических пар. Манипулятор имеет незамкнутую кинематическую цепь, поэтому из формулы (1) при k = 0, n = р = р₁. Из формулы (4) следует, что W = р₁ = 3. Кинематическая цепь состоит из трех подвижных звеньев и трех одноподвижных кинематических пар. Один из возможных вариантов решения представлен на рис.6.1.

2. Построить все возможные плоские структурные схемы плоского четырехзвенного механизма с низшими одноподвижными кинематическими парами и замкнутой кинематической цепью, у которого W = 1, q_τ= 0, а одна кинематическая пара – поступательная.

Как и в предыдущем примере механизм рассматривается как совокупность звеньев и кинематических пар. Так как в четырехзвенном механизме одно звено принимается за неподвижное, то число подвижных звеньев n = 3. Из (3), учитывая, что W = 1, q_τ= 0; р_2П = 0, имеем р_1П = 4. Число замкнутых контуров найдем из формулы (1) k = р – n = 4 – 3 =1. Следовательно, кинематическая цепь из четырех звеньев (рис.6.2, а) имеет одно неподвижное звено, один замкнутый контур, три вращательные и одну поступательную кинематические пары. Если применить метод инверсии и рассмотреть варианты структурных схем, в которых за неподвижное принимаются поочередно все звенья в кинематической цепи четырехзвенника, то получим четыре варианта структурных схем (рис.6.2).

Д ля структурного синтеза механизмов с числом звеньев более четырех используемая структурная модель неэффективна. В этом случае удобным является представление механизма в виде совокупности ведущей и ведомой цепей и использование принципа наслоения структурных групп.

3

Рис. 6.2. Схемы плоских четырехзвенных механизмов

. Построить плоскую структурную схему пятизвенного плоского механизма с числом степеней свободы W = 1, без тангенциальных избыточных связей q_τ=0, преобразующего вращательное движение входного звена в возвратно-поступательное движение выходного звена .

Так как по условию задачи W = 1, то в проектируемом механизме будет одно начальное звено. В пятизвенном механизме два звена (начальное и стойка) образуют ведущую цепь, а остальные три – две структурные группы. Принимаем, что первая структурная группа состоит из одного звена, а вторая из двух. Тогда, учитывая, что для структурной группы W = 0, q_τ = 0, получим из уравнения (3) для группы из одного звена р_1П=1, р_2П = 1, а для группы из двух звеньев р_1П= 3, р_2П= 0. Так как выходное звено совершает возвратно-поступательное движение, то в качестве двухзвенной группы Ассура используем диаду II класса 2 вида. Два варианта решения поставленной задачи приведены на рис.6.3.

Рис. 6.3. Схемы пятизвенных плоских механизмов

Из структурных групп достаточно просто построить кинематическую цепь механизма по структурным условиям. Однако такая структурная модель не позволяет обеспечить при структурном синтезе выполнение кинематических и динамических условий, так как группы Ассура не обладают самостоятельными характеристиками. Так, приведенные на рис.6.3 механизмы имеют существенно различные кинематические свойства. Механизм (рис.6.3, а) обеспечивает длительный выстой выходного звена 4, а механизм (рис.6.3, б) такой способностью не обладает. Поэтому при проектировании структурной схемы механизма, обеспечивающего выполнение кинематических и динамических условий, применяется структурная модель, в которой механизм рассматривается как совокупность элементарных механизмов или элементарных механизмов и структурных групп.

4 . Подобрать плоскую структурную схему механизма для передачи вращения между параллельными валами без изменения угловой скорости.

Известно, что поставленную задачу можно решить с использованием следующих механизмов: зубчатого (рис. 6.4, а); с гибкой связью (рис. 6.4, б); шарнирного параллелограмма (рис. 6.4, в); муфты Ольдгейма (рис. 6.4, г). Для выбора единственного решения необходимо учитывать дополнительные условия: структурные, кинематические, динамические, технологические, экономические и т.п., например расстояние между параллельными валами, диапазоны передаваемой мощности и частоты вращения, стоимость

изготовления, КПД и т. д.

5

Рис. 6.4. Схемы плоских механизмов

. Спроектировать плоскую структурную схему рычажного механизма с числом степеней свободы W = 1, преобразующего вращательное движение входного звена во возвратно-вращательное с длительными остановками движение выходного звена.

Р

Рис. 6.5. Схемы плоских механизмов:

А – прямолинейно-направляющего;

б – с длительной остановкой выходного звена

ешение основано на применении прямолинейно–направляющего механизма Чебышева (рис.6.5, а), у которого точка Е шатуна 2 на определенном участке движется по прямой. Присоединив к шарнирному четырехзвеннику группу Ассура из звеньев 5 и 6, получим искомую кинематическую цепь (рис.6.5, б), в которой при вращении кривошипа 3 кулиса 5 движется с длительными остановками.