Составление кинематической схемы и структурный анализ рычажных механизмов

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Углубление теоретических знаний и приобретение практических навыков по структурному анализу плоских и пространственных рычажных механизмов.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Механизм – устройство, предназначенное для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел.

Механизм состоит из звеньев подвижных и неподвижных. Звено может состоять из нескольких жестко соединенных деталей. Звено, относительно которого рассматриваются движения всех остальных звеньев, называется неподвижным или стойкой.

По характеру движения подвижные звенья различают: кривошип – звено, делающее полный оборот вокруг неподвижной оси; коромысло – звено, совершающее колебательные движения; ползун – звено, совершающее возвратно-поступательное движение; кулиса – звено, являющееся подвижной направляющей другого звена, называемого кулисным камнем.

Подвижное соединение двух звеньев, находящихся в соприкосновении, называется кинематической парой. Поверхности, линии или точки, по которым происходит соприкосновение звеньев, образующих кинематическую пару, называются элементами звеньев. Если элементами звеньев, образующих пару, является поверхность, то такая кинематическая пара называется низшей (в таблице все пары низшие); если же – линия или точка, то кинематическая пара называется высшей (шар или цилиндр на плоской поверхности, соприкосновение любых цилиндрических поверхностей по образующим). Условное обозначение кинематических пар приведено в таблице.

Класс пары	Число условий связи	Число степеней свободы	Наименование пары	Рисунок	Условное обозначение
V			Вращательное		1 2   2 1
V			Поступательное		1 2
IV			Цилиндрическая
III			Сферическая	Шар

Кинематические пары накладывают на относительные движения звеньев, образующих пару, ограничения (условия связи). Максимальное условие связей S, накладываемых кинематической парой, равно 5 (в случае S=6 соединение двух звеньев будет неподвижным). По числу условий связи S кинематические пары делятся на 5 классов. В таблице приведены конструктивные оформления и условные изображения наиболее встречающихся на практике кинематических пар.

Совокупность звеньев, образующих между собой кинематические пары, называют кинематической цепью. Кинематическая цепь может быть плоской и пространственной. Если точки звеньев кинематической цепи в относительном движении перемещаются в параллельных плоскостях, то такая кинематическая цепь плоская, в противном случае пространственная.

Механизм может быть определен как кинематическая цепь с одним неподвижным звеном (стойкой). По аналогии с кинематическими цепями механизмы могут быть плоскими и пространтвенными. Число степеней свободы кинематической цепи относительно неподвижного (стойки) называется степенью подвижности механизма. Для пространственного механизма без избыточных связей степень подвижности определяется по формуле Малышева

(1)

где n – число подвижных звеньев; р_i – число кинематических пар i-го класса; i – номер класса кинематической пары.

Степень подвижности плоских механизмов определяется по формуле Чебышева

(2)

где n – число подвижных звеньев; р₅ – число кинематических пар 5-го класса; р₄ – число кинематических пар 4-го класса.

Звено механизма, закон которого задан, называется входным, звено, при получении движения которого предназначен механизм, называется выходным. Входное (выходное) звено со стойкой называется исходным механизмом (рис. 1).

По Л.В. Ассуру любой механизм может быть получен путем последовательного присоединения к исходному механизму групп звеньев с степенью подвижности относительно к присоединенным звеньям. Такие группы звеньев называются структурными, или группами Ассура (рис. 2).

Структурные группы делятся на классы и имеют порядок. Класс груп определяется числом кинематических пар, входящих в наиболее сложный замкнутый контур групп. Порядок групп определяется числом свободных кинематических пар, которыми группа присоединяется к механизму (см. рис. 2).

W=1 W=2 W=3

Рис. 1. Исходные механизмы

B C E F

D

A B

1 2 E

C F

A D C

A B

II кл. 2 пор. III кл. 3 пор. IV кл. 2 пор.

Рис. 2. Структурные группы

В

А

2

1 3

О₁ 0 О₂

Рис. 3. Кинематическая схема механизма

Класс механизма определяется наивысшим классом структурной группы, входящей в состав механизма. Для определения класса механизма необходимо определить порядок образования механизма, т.е. составить формулу строения механизма.

Разложение механизма на группы Ассура должно производится с учетом следующего правила. Каждая очередная группа Ассура совместно с исходным механизмом и уже выделенными группами должно образовывать замкнутую кинематическую цепь, т.е. ни один из свободных элементов ее кинематических пар не должен присоединится к звеньям, не вошедшим в состав уже выделенных групп.

3. ИССЛЕДУЕМЫЕ МЕХАНИЗМЫ

В качестве исследуемых механизмов предлагаются установки ТММ 118 Л1, ТММ 118 Л2 и ТММ 118 Л3, представляющие собой в общем случае "Модели-манипуляторы". С помощью стопорных витков и захватного устройства модели могут быть преобразованы в плоские четырехзвенные механизмы.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1. Плоский механизм

1. Ознакомиться смеханизмом.

2. Медленно двигая входное звено, проследить за движением подвижных звеньев. Установить назначение механизма по виду преобразования движения (например, преобразование поступательного движения во вращательное).

3. Определить число подвижных зввеньев механизма "n".

4. Установить число и класс киннематических пар.

5. Построить черновик схемы механизма, начиная с нанесения на листе кинематических пар, стойки, затем входного и всех последующих звеньев механизма.

Пронумеровать на эскизе звенья арабскими цифрами (стойку обозначить нулевым номером), кинематические пары обозначить большими буквами латинского алфавита.

6. Определить степень подвижности W.

7. Измерить необходимые кинематические размеры звеньев (размеры, характеризующие взаимное расположение кинематических пар на корпусе (стойке) механизма, расстояние между центрами шарниров подвижных звеньев, постоянные углы между осевыми линиями звеньев и т.п.).

8. Построить кинематическую схему (рис. 3) (схема механизма, выполненная в масштабе с соблюдением условных изображений кинематических пар и звеньев). Указать кинематические размеры всех звеньев.

9. Выделить на схеме исходный механизм и структурные группы, одновременно составляя формулу исходного механизма, отражающую порядок распределения структурных групп к исходному механизму и друг к другу. Определить класс механизма.

4.2. Пространственный механизм

Выполнить все пункты 4.1, кроме 7-го, 8-го и 9-го.

5. СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать: наименование лабораторной работы, кинематические схемы механизмов с указанием кинематических размеров, обозначением кинематических пар, наименование звеньев в зависимости от их характера движения, определение степени подвижности механизмов, формулу строения механизма, количество входных звеньев. Все расчеты и построения рекомендуется сделать на листе формата II.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Условные обозначения звеньев и кинематических пар.

2. Определения: звено, кинематическая пара, кинематическая цепь, входное и выходные звенья.

3. Каким образом определяется класс кинематической пары?

4. Структурная группа. Класс и порядок структурной группы.

5. Каким образом определяется класс механизма?

6. Какая связь между степенью подвижности механизма и числом входных звеньев?

7. Формула Малышева - Сомова для определения степени подвижности пространственных механизмов.

8. Формула Чебышева для определения степени подвижности плоских рычажных механизмов.

Лабораторная работа 6