1.4. Структурный анализ механизма

В соответствии с принципом структурного образования механизм должен состоять из структурных групп и ведущего звена (или ведущих звеньев) со стойкой. Выбирается ведущее (начальное) звено, которое обязательно должно образовывать со стойкой кинематическую пару V класса. Затем производится разбивка оставшейся кинематической цепи механизма на простейшие группы Ассура. Разбивку механизма следует начинать со звеньев, наиболее удаленных от ведущего звена. Вначале делается попытка разложить механизм на наиболее простые структурные группы, т. е. диады. Если это окажется невозможным, то пытаются разложить на триады или диады и триады. Необходимо помнить, что каждая кинематическая пара и каждое звено могут входить только в одну структурную группу или начальный механизм, образованный ведущим звеном со стойкой. По классу наивысшей структурной группы, входящей в состав механизма, определяется его класс.

Рассмотрим пример структурного анализа механизма, схема которого изображена на рис. 1.1. В этом механизме шесть звеньев из них пять – подвижные, т. е. . Данные о кинематических парах поместим в табл. 1.3. Число пар IV-го класса , пар V-го класса .

Таблица 1.3

Данные о кинематических парах

Пары	Звенья, образующие пару	Класс пары	Тип пары
1	1-0	V	Вращательная
2	1-2	V	Вращательная
3	2-3	V	Вращательная
4	3-0	V	Поступательная
5	2-4	V	Вращательная
6	4-5	V	Вращательная
7	5-0	V	Поступательная

Число степеней свободы плоского механизма вычисляют по формуле Чебышева:

.

Так как , то движение механизма определяется заданием одного параметра, например, угла поворота звена 1.

На схеме механизма выделяют структурные группы Ассура и определяют их классы. Отделение структурных групп проводят в следующем порядке (рис. 1.1, б):

а) (шатун 4 – ползун 5) – группа II класса 2-го порядка;

б) (шатун 2 – ползун 3) – группа II класса 2-го порядка;

в) (стойка 0 – кривошип 1) – начальный механизм I-го класса.

Таким образом, в результате структурного анализа установлено, что рассмотренный механизм образован последовательным присоединением к начальному механизму двух структурных групп, состоящих из звеньев 2, 3 и 4, 5. Так как наивысшим классом присоединенных структурных групп является второй, то данный механизм по классификации Ассура-Артоболевского относится к механизмам II класса.

2. Кинематический анализ плоского рычажного механизма II класса

Кинематический анализ механизмов предусматривает решение следующих основных задач:

1. Определение положения звеньев и построение траектории движения отдельных точек.

2. Определение скоростей точек и угловых скоростей звеньев.

3. Определение ускорения точек и угловых ускорений звеньев.

Решение этих задач может быть найдено графическим или аналитическим методом. Графический метод имеет меньшую точность по сравнению с аналитическим, но является более наглядным, требует меньше затрат и применяется на первой стадии проектирования механизма. Аналитический метод используется на второй стадии проектирования, когда необходимо решить вопросы оптимизации параметров выбранной кинематической схемы с использованием ЭВМ ввиду большого объема вычислительной работы.

Кинематическую схему механизма вычерчивают в масштабе на половине листа формата А4, используя масштабный коэффициент длины звеньев. При построении планов скоростей и ускорений используют масштабные коэффициенты скорости и ускорения .

Под масштабным коэффициентом понимают число, показывающее сколько единиц некоторой величины изображает 1 мм чертежа.

Действительные длины звеньев условимся обозначать буквой с индексом названия звена, т. е. , , (рис. 1.1). Длины этих же звеньев, изображаемые на кинематической схеме в масштабе, обозначают , , . Таким образом, масштабный коэффициент длины звеньев можно записать

.

Длину отрезка на чертеже (в мм), изображающего звено механизма, вычисляют по формуле (например, длина отрезка, изображающего на схеме звено 2, рис. 1.1):

.

При вычерчивании в масштабе кинематической схемы механизма длиной одного из отрезков, изображающего какое-то выбранное звено, задаются. Далее вычисляют масштабный коэффициент и длину остальных отрезков, изображающих на схеме звенья.

Масштабные коэффициенты , , скорости и , , ускорения точек звеньев механизма вычисляют по следующим формулам:

, ,

где – скорость точки A звена 1, ; – нормальное ускорение точки A того же звена, ; – отрезок, изображающий на плане скоростей скорость точки A, мм; – отрезок, изображающий на плане ускорений нормальное ускорение точки A, мм.

При вычерчивании в масштабе планов скоростей и ускорений поступают аналогично вычерчиванию в масштабе кинематической схемы механизма.