Анализ и синтез механизмов сенного пресса (Структурный анализ)

1. СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ

Исследование механизма грохота начнем со структурного анализа, который предусматривает определение, описание и классификацию кинематических пар, подвижных звеньев, кинематических цепей и механизмов.

1.1.Рисуем структурную схему механизма.

1.3. Классифицируем кинематические пары механизма.

№ п/п	Номер звеньев, образую-щих пару	Условное обозначение	Название	Подвиж-ность	Высшая/ Низшая	Замыка-ние (Геометрическое/ Силовое)	Открытая/Закры-тая
1	0 – 1, 3	О, В	Вращательная	1	Н	Г	З
2	1 – 2	А	Вращательная	1	Н	Г	З
3	2 – 3	А3	Поступательная	1	Н	Г	З
4	3 – 4	С	Вращательная	1	Н	Г	З
5	4 – 5	D	Вращательная	1	Н	Г	З
6	5 – 0	D	Поступательная	1	Н	Г	З

Исследуемый механизм состоит только из одноподвижных кинематических пар (р₁ = 7 , р = 7), р₁ – число одноподвижных кинематических пар в механизме, р – общее число кинематических пар в механизме.

1.4. Классифицируем звенья механизма.

№ п/п	Номер звена	Условное обозначение	Название	Движение	Число вершин (t)
1	0	O(В)	Стойка (0)	Отсутствует	–
2	1	A   w   O	Кривошип (1)	Вращательное	2
3	2	w   V   А	Камень (3)	Сложное	2
4	3		Кулиса (3)	Вращательное	3
5	4	D   w   V   C	Шатун (4)	Сложное	2
D   6	5		Ползун (5)	Поступательное	2

Механизм имеет: четыре (п₂ = 4) двухвершинных (t = 2) линейных звена 1, 2, 4, 5; одно (п₃ = 1) трехвершинное (t = 3) звено, которое является базовым (Т=3); пять (п = 5) подвижных звеньев.

1.5. Находим число присоединений подвижных звеньев к стойке. Исследуемый механизм грохота имеет три (S = 3) присоединения к стойке.

1.6. Выделяем в станке элементарные, простые и с разомкнутыми кинематическими цепями механизмы. В исследуемом сложном механизме можно выделить лишь один элементарный механизм

и два простых, один из которых является кулисным,

а второй кривошипно-ползунным:

Механизмов с разомкнутыми кинематическими цепями в исследуемом станке нет.

1.7. Выявляем простые стационарные и подвижные механизмы. Станок имеет в своем составе только простые стационарные механизмы.

1.8. Находим звенья закрепления и присоединения. В исследуемом сложном механизме звеньев закрепления нет. У него есть только одно звено присоединения – звено 3 (кулиса). Звено 3 одновременно входит в два простых механизма –кулисный и кривошипно-ползунный. Значит для этого звена К₃ = 2.

1.9. Классифицируем механизм станка. Исследуемый механизм имеет постоянную структуру, является сложным и однотипным. Он состоит из одного элементарного механизма и двух стационарных простых, которые имеют в своем составе только замкнутые кинематические цепи.

1.10. Определяем подвижность простых механизмов. Анализируя движение звеньев механизма и элементов кинематических пар можно установить, что исследуемый механизм и простые механизмы, входящие в его состав существуют  в трехподвижном (П = 3) пространстве, в котором разрешены следующие простейшие независимые движения: два поступательных х и у вдоль соответствующих осей; одно вращательное j_Z вокруг оси Z.

Формулы для определения подвижности этих механизмов  примут вид соответственно:

Определим подвижность (W) кулисного механизма. Этот механизм имеет: три (n = 3) подвижных звена 1, 2, 3; четыре (p = p = 4) одноподвижные кинематические пары О, А, В, С. Тогда подвижность определится:

Найдем подвижность (W₂) кривошипно-ползунного механизма. Этот механизм имеет: (n = 3) подвижных звена 3, 4, 5  и четыре (p = p = 4) кинематические пары А, В, С, D. Так как кривошипно-ползунный механизм по количественному и качественному составу кинематических пар и звеньев ничем не отличается от кулисного, то его подвижность определяется по тем же формулам и также равна единице (W₂ = 1).

1.11. Определяем подвижность сложного механизма. Подвижность сложного механизма грохота определяется по формуле

.

имеем, что

Теперь подвижность сложного механизма определим по формуле Чебышева:

Полученные результаты совпадают.

1.12. Проведем анализ структурной модели механизма и проверим, соответствует ли исследуемый механизм структурной математической модели. Механизм имеет: семь (р = 7) одноподвижных (р₁ = 7) кинематических  пар; пять (п = 5) подвижных звеньев, из которых одно (п₃ = 1) базовое (T = 3) трехвершинное (t = 3) и четыре (п₂ = 4) двухвершиных (t = 2); три присоединения к стойке (S = 3) и нет звеньев закрепления (Z = 0).

Подставив эти исходные данные в структурную математическую модель, получим:

Так как уравнения превратились в тождества, то исследуемое устройство имеет правильную структуру и является механизмом.

1.13 Выделяем в исследуемом устройстве механизм 1класса, который в соответствии с классификацией И.И. Артоболевского механизм 1 класса для исследуемого механизма совпадает с элементарным механизмом.

1.14. Выделяем структурные группы Ассура. В механизме грохота можно выделить следующие структурные группы:

Выделенные структурные группы полностью подобны по видовому и количественному составу звеньев и кинематических пар. Каждая из структурных групп имеет: два подвижных звена (n^/ = n₂^/ = 2), причем все звенья двухвершинные (t = 2) и, значит, базовое звено также имеет две вершины (Т = 2); три (p = p₁ = 3) одноподвижные кинематические пары, из которых две внешние (S^/ = 2).

1.15. Проверим, соответствуют ли выделенные структурные группы их математическим моделям. Группы структурно подобны, поэтому проверку ведем только по одной группе CDО. Подставив в структурную модель группы их исходные данные, получим:

Полученные выражения показывают, что выделенные кинематические цепи