Структурный, кинематический и силовой анализ рычажного механизма, состоящего из четырех звеньев

рассматриваемого механизма состоит из четырех звеньев:

1 звено ОА - кривошип,

2 звено  СВ - шатун,

3 звено В - ползун,

0 - стойка.

Звено – это твердое тело или система жестко связанных тел, входящих в состав механизма.

Стойка– неподвижное звено. Стойка изображается     . Звено, к которому изначально    сообщается движение, называется  входным (начальным, ведущим). Звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм – выходное звено.

Начинается нумерация с ведущего звена. Если ведущее звено совершает вращательное движение, то оно называется кривошипом.

2.2. Подвижность механизма

Подвижность механизма – это число независимых обобщенных координат, однозначно определяющие положение звеньев, в рассматриваемый момент времени на плоскости или пространстве.

Число степеней свободы исследуемого механизма определяется по формуле Чебышева:

где n - число подвижных звеньев в составе исследуемой кинематической цепи;

и  — соответственно число пар четвертого и пятого класса.

Кинематическая пара (КП) – это подвижное соединение двух звеньев допускающее их определенное относительное движение.

Кинематическая цепь – это система подвижных звеньев механизма образующая между собой кинематические пары.

Для определения величины коэффициента проанализируем структурную схему механизма (рис.1). Структурная схема механизма состоит из четырех звеньев:

0 - стойка,

1 - кривошип,

2 - шатун,

3 – ползун.

При этом звенья 1-3 являются подвижными звеньями, а стойка 0 - неподвижным звеном. Она представлена в составе структурной схемы одной шарнирно-неподвижной опорой и направляющей ползуна 3. Следовательно, .

Для определения значений  и  найдем все кинематические пары, вводящие в состав рассматриваемой кинематической цепи. Результаты исследования заносим в таблицу 1.

Таблица 1.Кинематические пары.

Из анализа данных табл.1. следует, что исследуемая схема кривошипно-ползунного механизма состоит представляет собой замкнутую кинематическую цепь и состоит из четырёх пар пятого класса. Следовательно, , а .

Подставив найденные значения ,  и  в формулу Чебышева, получим:

2.3 Структурные группы механизма.

Структурный состав кривошипно-ползунного механизма выполняется согласно принципу построения механизмов по Ассуру.

Начиная с выходного звена – ползуна 3, разбиваем рассматриваемую схему кривошипно-ползунного механизма на группы звеньев. При этом руководствуемся следующим правилом: если выделенная группа звеньев обладает совместно нулевой подвижностью, то эта группа звеньев является структурой группой Ассура.

Структурная группа Ассура (СГА) – это кинематическая цепь образованная только подвижными звеньями, совместная подвижность которой равна нулю.

Количество подвижных звеньев определяет класс СГА.

Рассмотрим группу звеньев 2-3.(Рисунок 2)

Рисунок 2. Группа звеньев 2-3.

Данная группа состоит из двух подвижных звеньев: шатун 2 и ползун 3, и трех кинематических пар:

1-2 вращательная пара пятого класса;

2-3 вращательная пара пятого класса;

3-0 поступательная пара пятого класса; тогда ; ,а .

Подставив выявленные значения в формулу Чебышева, получим:

Следовательно,  группа звеньев 3-2  является  структурной  группой Ассура 2 класса 2 порядка 2 вида.

Рассмотрим группу звеньев 0-1.(Рисунок 3)

Рисунок 3. Группа звеньев 0-1.

Данная группа состоит из подвижного звена коромысло 1, стойки 0 и двух кинематических пар:

0-1 вращательная пара пятого класса;

1-2 вращательная пара пятого класса;

тогда ; , а .

Подставив найденные значения формулу Чебышева, получим:

Следовательно, группа звеньев 0-1 не является структурной группой Ассура, а представляет собой первичный механизм, подвижность которого равна 1.

Первичный механизм (ПМ) – это механизм, состоящий из двух звеньев, одно из которых неподвижное и образующее между собой КП с подвижностью равной 1 или с подвижностью большей 1.

Из проведенного анализа следует, что число степеней свободы механизма равно 1; механизм имеет следующий структурный состав (Рисунок 4): первичный механизм с подвижностью равной 1 и одну структурную группу Ассура 2 класса 2 порядка 2 вида.

=                                +

Рисунок 4. Структурный состав кривошипно-ползунного механизма.

3.Кинематический анализ рычажного механизма.

3.1 Линейные и угловые скорости точек механизма.

Кинематический анализ – это один из видов исследования