1.2 Структурный анализ рычажного механизма

Кинематическая цепь – связанная система звеньев, образующих между собой кинематические пары.

Механизмом называется такая кинематическая цепь, в которой при заданном движении одного или нескольких звеньев (ведущих) относительно любого из них (стойки) все остальные звенья (ведомые) совершают однозначно определяемые движения.

Кинематическая цепь, которая будучи подсоединенной к стойке имеет степень свободы нуль – называется структурной группой. Класс структурной группы определяется по числу внутренних кинематических пар в замкнутом контуре входящих в состав группы. Порядок структурной группы определяется по числу внешних кинематических пар в составе группы.

Класс и порядок механизма определяют по классу и порядку старшей структурной группы. Сначала определяют, какой механизм (плоский или пространственный), потом определяют число степеней свободы механизма, то есть определяют число входных звеньев в механизме по формуле 1.2.1 для плоских и по формуле 1.2.2 для пространственных механизмов. После чего строится заменяющая схема.

Заданный рычажный механизм, представленный на рис. 1, является плоским. Значит, степень свободы подсчитаем по формуле Чебышева.

n= 5; P₅= 7; P₄= 0

W= 3n – 2P₅ – P₄= 3*5 – 2*7 – 0= 1

Степень свободы механизма равняется единице – это значит, что есть только один механизм первого класса и одно входное звено. Чтобы построить правильно заменяющую схему необходимо пользоваться правилами построения заменяющей схемы:

ползуны, кулисные камни, звенья другой конфигурации заменяем рычагами;

• звенья, которые соединяются с тремя другими звеньями, изображаются в виде треугольника, с четырьмя – в виде четырехугольника.

Чтобы разделить механизм на структурные группы надо:

• отделить механизм первого класса;

• оставшуюся часть делить на наиболее простые структурные группы.

Заменяющая схема заданного рычажного механизма с указанными структурными группами показана на рис.2. На рис.3 представлены структурные группы в отсоединенном виде.

Из рисунка 2 видно, что данный механизм второго класса и второго порядка

I(0,1) II₂ (2,3) II₂ (4,5) II₂

1.3 Выбор масштабных коэффициентов. Описание построения планов положения механизма. Построение диаграммы внешних сил

Для построения планов положений механизма сначала выбирают масштаб (масштабный коэффициент) в котором будет построен механизм и траектории. Масштабным коэффициентом называется отношение численного значения физической величины к длине отрезка, изображающего эту величину (формула 1.3.1).

_S= l_BC/ [BC] (1.3.1) c. 43 [4]

где l_BC – длина наибольшего звена механизма;

[BC] – длина отрезка на чертеже соответствующего звену ВС.

Размерность масштабного коэффициента длин – м/мм. Масштаб зависит от величины размеров звеньев и от отводимой площади чертежа. Для заданного механизма при максимальной длине звена ВС=0,49м. по формуле 1.3.1 рассчитываем следующий масштабный коэффициент.

_S= 0,49/ 245= 0,002 м/мм

Планы механизма строятся методом засечек в выбранном масштабе _S с точным соблюдением всех размеров, форм и относительного положения звеньев, при изменении которых изменяются скорости и ускорения точек механизма. На планах должны быть указаны все необходимые данные для изучения движения. Механизм, два крайних положения и остальные одиннадцать положений представлены на 1 листе графической части курсового проекта.

Сперва наносятся все неподвижные элементы (центры неподвижных шарниров О и В и оси направляющих поступательных пар DE), затем вычерчивается ведущее звено ОА (в виде вспомогательной окружности радиусом R=OA), после вычерчивается качающаяся кулиса ВС (крайние положения механизма получаются путем проведения касательных из центра В к окружности ОА). Причем сначала определяется положение внешней точки В, а затем внутренней точки А на пересечении кулисы ВС с окружностью ОА. Далее вычерчивается шатун СD (звено 4) как отрезок соединяющий точку С кулисы ВС с осью DE, при полном соблюдении размерности и взаимного положения звеньев согласно схемы.

Для построения 12 положений механизма вспомогательную окружность ОА разбиваем на 12 равных секторов засечками. Первую засечку делаем в первом крайнем положении механизма. При построении кулисы ВС проводим последовательно прямые через точку В и засечки на окружности А₀-А₁₁. Точки С₀-С₁₁ кулисы получаем засечками на прямых величиной отрезка ВС с соблюдением масштаба. Из точек С₀-С₁₁ последовательно откладываем отрезки размером СD до касания с осью DE. В точках касания получаем соответственно точки D₀-D₁₁.

Центры тяжестей звеньев S₃ и S₅ получаем как траектории движения точки звена. Для звена 3 это дуга радиусом ВS₃ проведенная из центра В. Точки получаются на пересечении дуги с соответствующими положениями звена 3. Для звена 5 траектория совпадает с осью DЕ.

Диаграмма внешних сил представляет собой график отражающий зависимость силы резания от положения механизма. Механизм в своем движении имеет две основные характеристики: холостой и рабочий ход. Рабочий ход это движение механизма, при котором осуществляется процесс резания. Соответственно, при холостом ходе процесс резания не происходит и силы резания (сопротивления) отсутствуют. Рабочий ход механизма заключен между двумя его крайними положениями, в нашем случае это положения 0 и 7’. Согласно заданной схемы силы сопротивления постоянны на всем участке действия. Перенося на график положения точек D₀-D_7’ с оси DE (ось движения инструмента) получим диаграмму внешних сил представленную на первом листе графической части курсового проекта