Описание механизма по кинематической схеме

Проектирование механизма начинается с разработки его структурной схемы. Структурная схема дает представление о составе и структуре механизма (его звеньях и кинематических парах), на ней также указываются направления движений входных и выходных звеньев. Звенья на схеме нумеруются арабскими цифрами, причем стойка всегда обозначается цифрой «0». Разработка кинематической схемы механизма осуществляется на основе его структурной схемы. Кинематическая схема является более информативной: она, в отличие от структурной схемы, содержит сведения об основных геометрических размерах звеньев. Описание механизма в совокупности с его кинематической схемой дает полное представление о назначении, устройстве, принципе действия и характере движений, совершаемых звеньями механизма. Кинематическая схема и описание механизма, выполненное на ее основе, являются составной частью технической документации, прилагаемой к готовому изделию (механизму или машине), или документации, оформляемой с целью получения патента на изобретение. Описание механизма по кинематической схеме выполняется с использованием принятых в механике наименований звеньев, кинематических пар и движений; оно должно быть исчерпывающим, но, в то же время, ясным и кратким.

В качестве примера, дадим описание исполнительного механизма строгального станка, кинематическая схема которого изображена на рис.30.

В состав исполнительного механизма строгального станка входят шесть звеньев: стойка 0, кривошип 1, ползушки 2 и 4, кулиса 3, суппорт 5. Входным звеном является кривошип 1, выходным – суппорт 5. Механическая энергия от привода станка сообщается кривошипу 1, который вращается относительно стойки 0. Движение от кривошипа 1 через ползушку 2 передается кулисе 3, которая движется возвратно-качательно относительно неподвижной оси O₁. Движение кулисы 3 через ползушку 4 сообщается суппорту 5, который движется возвратно-поступательно: справа налево – рабочий ход, в обратную сторону – холостой ход. Ползушка 2 совершает сложное движение: переносное вращательное – вместе с кулисой 3 и относительное поступательное – вдоль кулисы 3. Ползушка 4 совершает сложное движение: переносное поступательное вместе с суппортом 5 в горизонтальном направлении и относительное поступательное по суппорту 5 в вертикальном направлении.

На резец, установленный на суппорте 5, во время рабочего хода суппорта действует сила резания P со стороны обрабатываемой на станке заготовки.

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ

Рассмотрим исполнительный механизм строгального станка, изображенный на рис. 30. Данный механизм состоит из шести звеньев: стойка 0, кривошип 1, ползушки 2 и 4, кулиса 3, суппорт 5 с установленным на нем резцом. Звенья механизма образуют семь кинематических пар: 0 – 1, 1 – 2, 0 – 3, 3 – 4 – вращательные, одноподвижные, пятого класса; 2 – 3, 4 – 5 – поступательные, одноподвижные, пятого класса; 5 – 0 – цилиндрическая, двухподвижная, четвертого класса. Указанные кинематические пары – низшие; следовательно, рассматриваемый механизм является рычажным. Звенья механизма движутся в плоскостях, параллельных неподвижной плоскости – исследуемый механизм является плоским. Он не содержит звеньев, образующих только одну кинематическую пару; следовательно, является замкнутым. Звенья механизма образуют два замкнутых контура: 0 –1 – 2 –3 – 0 и 0 – 3 – 4 – 5 – 0. Число степеней свободы механизма определим, применяя универсальную формулу Чебышева

,

где n – число звеньев, p_Н – число низших кинематических пар. В рассматриваемом механизме n = 6, p_Н = 7, поэтому - механизм обладает одной степенью свободы. Выявим избыточные связи: кинематическая пара стойка-суппорт, как видно на структурной схеме, имеет ветвление: число избыточных связей типа Б определим по формуле

,

где i - индекс ветвления пары, S_i – число независимых связей в i – той ветви, S – класс кинематической пары. Так как в данном случае , (оба ветвления цилиндрические) и (класс цилиндрической пары – четвертый), то

Число избыточных связей, образованных при замыкании контуров (тип В), определим из формулы Малышева

,

где W_Ч – число степеней свободы, найденное по формуле Чебышева, W_СМ – число степеней свободы, найденное по формуле Сомова – Малышева: , i – класс кинематических пар, p_i – число кинематических пар класса . В данном случае и . Таким образом, в механизме имеется четыре избыточные связи типа Б и пять избыточных связей типа В.

В соответствии с принципом Ассура, выделим начальный механизм, обладающий числом степеней свободы всего исследуемого механизма. Этот механизм – кривошипный, состоит из стойки 0 и кривошипа 1 (рис. 31). Остальные звенья образуют ведомую цепь, имеющую нулевую подвижность относительно звеньев начального механизма. Ведомая цепь, в свою очередь, состоит из двух двухзвенных структурных групп: 2 – 3 и 4 – 5.

На рис. 2 штриховой линией обозначены внешние кинематические пары – «поводки», которыми звенья групп присоединяются к начальному механизму или к звеньям соседних групп.

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ