Структурный анализ и синтез механизмов

Механизмы с незамкнутой кинематической цепью собираются без натягов, поэтому они статически определимые, без избыточных связей (q=0).

Структурная группа – кинематическая цепь, присоединение которой к механизму не изменяет числа его степеней свободы и которая не распадается на более простые кинематические цепи с нулевой степенью свободы.

Первичный механизм (по И. И. Артоболевскому – механизм I класса, начальный механизм), представляет собой простейший двухзвенный механизм, состоящий из подвижного звена и стойки. Эти звенья образуют либо вращательную кинематическую пару (кривошип – стойка), либо поступательную пару (ползун – направляющие). Начальный механизм имеет одну степень подвижности. Число первичных механизмов равно числу степеней свободы механизма.

Для структурных групп Ассура, согласно определению и формуле Чебышева (при р_вг=0, n= n_пг и q_п=0), справедливо равенство:

где W_пг – число степеней свободы структурной (поводковой) группы относительно тех звеньев, к которым она присоединяется; n_пг, р_нг – число звеньев и низших пар структурной группы Ассура.

Рисунок 1.5 – Расчленение кривошипно-ползунного механизма на первичный механизм (4,А,1) и структурную группу (B,2,C,3,С')

Первая группа присоединяется к первичному механизму, каждая последующая – к полученному механизму, при этом нельзя присоединять группу к одному звену. Порядок структурной группы определяется числом элементов звеньев, которыми она присоединяется к имеющемуся механизму (т. е. числом её внешних кинематических пар).

Класс структурной группы (по И. И. Артоболевскому) определяется числом кинематических пар, образующих наиболее сложный замкнутый контур группы.

Класс механизма определяется наивысшим классом входящей в него структурной группы; при структурном анализе заданного механизма класс его зависит и от выбора первичных механизмов.

Структурный анализ заданного механизма следует проводить путем расчленения его на структурные группы и первичные механизмы в порядке, обратном образованию механизма. После отделения каждой группы степень подвижности механизма должна оставаться неизменной, а каждое звено и кинематическая пара могут входить только в одну структурную группу.

Структурный синтез плоских механизмов следует проводить, применяя метод Ассура, который обеспечивает статически-определимую плоскую схему механизма (q_п=0), и формулу Малышева, поскольку вследствие неточностей изготовления плоский механизм в какой-то мере получается пространственным.

Для кривошипно-ползунного механизма, рассматриваемого как пространственный (рисунок 1.6), по формуле Малышева (1.2):

q=W+5p₅+4р₄+3р₃+2р₂+р₁-6n=1+5×4-6×3=3

Рисунок 1.6 – Кривошипно-ползунный механизм с низшими парами

Для кривошипно-ползунного механизма, рассматриваемого как пространственный, в котором одну вращательную пару заменили на цилиндрическую двухподвижную пару, а другую – на сферическую трёхподвижную (рисунок 1.7), по формуле Малышева (1.2):

q=W+5p₅+4р₄+3р₃+2р₂+р₁-6n=1+5×2+4×1+3×1-6×3=0

Рисунок 1.7 – Кривошипно-ползунный механизм без избыточных связей (статически определимый)

Такой же результат получим, поменяв местами цилиндрическую и сферическую пары (рисунок 1.8):

q=W+5p₅+4р₄+3р₃+2р₂+р₁-6n=1+5×2+4×1+3×1-6×3=0

Рисунок 1.8 – Вариант исполнения кривошипно-ползунного механизма без избыточных связей (статически определимого)

Если установим в этом механизме две сферические пары вместо вращательных, получим механизм без избыточных связей, но с местной подвижностью (W_м=1) – вращением шатуна вокруг своей оси (рисунок 1.9):

q=W+5p₅+4р₄+3р₃+2р₂+р₁-6n=1+5×2+3×2-6×3= -1

q=W+5p₅+4р₄+3р₃+2р₂+р₁-6n+W_м=1+5×2+3×2-6×3+1=0

Рисунок 1.9 – Кривошипно-ползунный механизм с местной подвижностью

Раздел 4. Детали машин

Особенности проектирования изделий

Классификация изделий

Деталь – изделие, изготовленное из однородного материала, без применения сборочных операций, например: валик из одного куска металла; литой корпус; пластина из биметаллического листа и т.д.

Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой сборочными операциями (свинчиванием, сочленением, пайкой, опрессовкой и т.д.)

Узел – сборочная единица, которую можно собирать отдельно от других составных частей изделия или изделия в целом, выполняющая определенную функцию в изделиях одного назначения только совместно с другими составными частями. Характерным примером узлов являются опоры валов - подшипниковые узлы.