Структура механизмов Краткое содержание: Классификация кинематических пар Основные структурные формулы Структурная классификация механизмов по Ассуру Подвижности и связи в механизме. Структура механизма Вперед Структурный анализ шестизвенного механизма 2-го класса Примеры оформления КР. С еминар 1. В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Вперед Введение. Общие требования к разделу структуры в курсовой работе по курсу ТММ. «Структурный анализ рычажного механизма». 1.Структурный анализ: изобразить структурную схему заданного рычажного механизма, обозначить на ней звенья и кинематические пары (КП), определить число звеньев, вид и класс КП, подсчитать число подвижностей для плоского и пространственного механизма, провести структурный анализ плоского механизма по Ассуру: вычертить первичный механизм и структурные группы, определить в них число звеньев и КП, рассчитать подвижность для групп и первичного механизма на плоскости и в пространстве. Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Вперед Исходные данные к первому ДЗ по Механике Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО β H λ β H λ

вращательные по виду места контакта поверхностей звеньев высшие низшие поступательные сферические плоские винтовые геометрическое силовое по числу подвижностей в относительном движении по числу связей, накладываемых на относительное движение звеньев, образующих пару по относительному движению звеньев, образующих пару по способу замыкания кинематической пары Классификация кинематических пар. Показать видеофрагмент Вперед Назад

Низшие кинематические пары К низшим относятся кинематические пары, в которых контакт звеньев осуществляется по плоскости или поверхности (пары чистого скольжения). К низшим относятся поступательные, плоские, вращательные, цилиндрические, сферические и винтовые пары. Одноподвижная поступательная кинематическая пара. Допускает только одно поступательное относительное движение звеньев. Пара низшая, так как контакт звеньев происходит по поверхности (плоскостям). Используемая в модели форма контактирующих поверхностей называется «ласточкин хвост». Замыкание пары геометрическое (за счет формы контактирующих поверхностей). Одноподвижная поступательная кинематическая пара. Допускает только одно поступательное относительное движение звеньев. Пара низшая, так как контакт звеньев происходит по поверхности (плоскостям). В модели используется призматическая форма контактирующих поверхностей. Замыкание пары силовое (с помощью сил веса). Класс5Класс5с Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Поступательная кинематическая пара Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Одноподвижная вращательная кинематическая пара. Допускает только одно вращательное относительное движение звеньев. Пара низшая, так как контакт звеньев происходит по поверхности (цилиндру). Низшие кинематические пары К низшим относятся кинематические пары, в которых контакт звеньев осуществляется по плоскости или поверхности (пары чистого скольжения). К низшим относятся поступательные, плоские, вращательные, цилиндрические, сферические и винтовые пары. Q1вQ1в i j Одноподвижная винтовая кинематическая пара. Относительное движение звеньев в паре – винтовое, в котором вращательное движение функционально связано с поступательным (при повороте звена на оборот оно перемещается в осевом направлении на шаг винта). Пара низшая, так как контакт звеньев происходит по поверхности (поверхность винта конгруэнтна контактной поверхности гайки). Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Низшие кинематические пары Трехподвижная сферическая кинематическая пара. Допускает три вращательных относительных движения звеньев. Пара низшая, так как контакт звеньев происходит по поверхности (сфере). Двухподвижная цилиндрическая кинематическая пара. Допускает одно вращательное и одно поступательное относительные движения звеньев. Пара низшая, так как контакт звеньев происходит по поверхности (цилиндру). Класс4Класс4с Класс3Класс3с Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Низшая цилиндрическая кинематическая пара Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Низшая сферическая кинематическая пара Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Высшие кинематические пары К высшим относятся кинематические пары, в которых контакт звеньев осуществляется по линиям или точкам (пары допускают скольжение и перекатывание). К ним относятся пары с линейным и точечным контактом в зубчатых передачах и кулачковых механизмах. Четырехподвижная высшая кинематическая пара. Допускает четыре относительных движения звеньев: два вращательных и два поступательных. Контакт звеньев происходит в по линии. Класс2Класс2с Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Высшая кинематическая пара с линейным контактом Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Высшие кинематические пары Пятиподвижная высшая кинематическая пара. Допускает пять относительных движений звеньев: три вращательных и два поступательных. Контакт звеньев происходит в точке. Класс1Класс1с Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Высшая кинематическая пара с точечным контактом Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Способы замыкания кинематических пар F Замыкание пары геометрическое (за счет формы контактирующих поверхностей). Замыкание пары силовое (за счет сил упругости пружины). Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Структура механизмов Структурная схема - графическое изображение механизма, выполненное с использованием условных обозначений рекомендованных ГОСТ (см. например ГОСТ ) или принятых в специальной литературе, содержащее информацию о числе и расположении элементов (звеньев, групп), а также о виде и классе кинематических пар, соединяющих эти элементы. В отличие от кинематической схемы механизма, структурная схема не содержит информации о размерах звеньев и вычерчивается без соблюдения масштабов. Под структурой механизма понимается совокупность его элементов и отношений между ними, т.е. совокупность звеньев, групп или типовых механизмов и подвижных или неподвижных соединений. четырехшарнирного механизма редуктора планетарного механизма кулачка Примеры структурных схем: Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Структура механизмов Геометрическая структура механизма полностью описывается заданием геометрической формы его элементов, их расположения, указания вида связей между ними. Структура механизма может быть на разных стадиях проектирования описываться различными средствами, с разным уровнем абстрагирования: на функциональном уровне - функциональная схема, на уровне звеньев и структурных групп - структурная схема и т.п. Задача структурного анализа: определение параметров структуры заданного механизма - числа звеньев и структурных групп, числа и вида КП, числа подвижностей (основных и местных), числа контуров и числа избыточных связей. Задача структурного синтеза: задача синтеза структуры нового механизма, обладающего заданными свойствами: числом подвижностей, отсутствием местных подвижностей и избыточных связей, минимумом числа звеньев, с парами определенного вида (например, только вращательными, как наиболее технологичными) и т.п. Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Связь - ограничение, наложенное на перемещение тела по данной координате. Избыточные (пассивные) связи - такие связи в механизме, которые повторяют или дублируют связи, уже имеющиеся по данной координате, и поэтому не изменяющие реальной подвижности механизма. При этом расчетная подвижность механизма уменьшается, а степень его статической неопределимости увеличивается Местная подвижность – подвижность в механизме, которая не оказывают влияния на его функцию положения (и передаточные функции). Местная подвижность в механизме выполняет функции отличные от его основной функции – преобразования движения и сил (например, подвижность ролика в кулачковом механизме обеспечивает замену в высшей паре трения скольжения трением качения). связь подвижность Местная подвижность Связи и подвижности в КП (основные понятия структурного анализа) Подвижность механизма - число независимых обобщенных координат однозначно определяющее положение звеньев механизма на плоскости или в пространстве. Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Основные структурные формулы. q - число избыточных связей в механизме; W 0 - заданная или требуемая подвижность механизма; W м - число местных подвижностей в механизме; W - расчетная подвижность механизма. Расчет числа контуров проводят по формуле Гохмана Х.И. : K - число независимых контуров в механизме; p i - число КП в механизме; n - число подвижных звеньев в механизме. Число подвижностей механизма где: H - число степеней подвижностaи твердого тела (соответственно при рассмотрении механизма в пространстве H=6, на плоскости H=3 ); n - число подвижных звеньев в механизме; n = k - 1 ; k - общее число звеньев механизма (включая и неподвижное звено - стойку); i - число подвижностей в КП; p i - число кинематических пар с i подвижностями. Чебышев П.Л. Для расчета избыточных связей, используется следующая зависимость: q = W 0 + W м - W K = p i - n Основные структурные формулы были составлены для плоских механизмов Чебышевым П.Л. и Грюблером М., для пространственных - Сомовым П.О. и Малышевым. Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Для решения задач синтеза и анализа сложных рычажных механизмов профессором Петербургского университета Ассуром Л.В. была предложена оригинальная структурная классификация. По этой классификации механизмы не имеющие избыточных связей и местных подвижностей состоят из первичных механизмов и структурных групп Ассура. При синтезе к выбранным первичным механизмам последовательно присоединяются (наслаиваются) структурные группы Ассура. При анализе - расчленении механизма на группы Ассура – проводится обратная операция. При синтезе механизма по Ассуру в итоге получается механизм без избыточных связей и местных подвижностей. Структурный анализ по Ассуру Л.В. Ассур Л.В. Вперед Назад WoWo W = 0 В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Первичные механизмы Под первичным механизмом понимают механизм, состоящий из двух звеньев (одно из которых неподвижное) образующих кинематическую пару с одной W пм =1. Структурный анализ по Ассуру Л.В. A 1в 0 1 В 1п 0 1 Вперед Назад Примеры первичных механизмов даны на рисунках. В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Структурный анализ по Ассуру Л.В. Структурной группой Ассура (или группой нулевой подвижности) называется кинематическая цепь, образованная только подвижными звеньями механизма, подвижность которой (на плоскости и в пространстве) равна нулю ( W гр = 0 ). W гр = 3·n гр - 2·p 1 = 0, где n гр = 2, p 1 = 3. Двухповодковые группы Ассура (1-й класс 2-й порядок) A 1n B 1в B 1п C 1в C 1n C 1в C 1n C 1в B 1п A 1в B 1в A 1n j i i i i i j j j j в-в-п в-в-в в-п-в п-в-п п-п-в A 1в Класс и порядок по Ассуру1кл. 2 пор. 1 кл. 3 пор. Число звеньев группы n гр 24 и т. д. Число кинематических пар p 1 36 Класс и порядок по Артоболевскому 2 кл. 2 пор. 3 кл. 3 пор. Вперед Назад В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Шестизвенный механизм V-образного двигателя внутреннего сгорания Структурная схема Вперед Назад Обозначение парыABCDEFQ Звенья, образующие пару Относительное движение в паре (на плоскости) ввв пв вп Подвижность в паре (на плоскости) Относительное движение в паре (в пространстве) ввввцвц Подвижность в паре (в пространстве) Параметры кинематических пар механизма B 1в,E 1в А 1в С 1в,D 1п F 1в,Q 1п Конструкция механизма А 1в B 1в,E 1в С 1в,D 1п F 1в,Q 1п 5 3 В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Структурный анализ Число звеньев механизма: общее k = 6, подвижных n = 5. Число кинематических пар: общее p i = 7, из них для плоского механизма одноподвижных p 1 = 7 (вращательных p 1в = 5, поступательных p 1п = 2 ), из них для пространственного механизма одноподвижных p 1 = 5 (вращательных p 1в = 5 ), двухподвижных p 2 = 2 ( цилиндрических p 2ц = 2). Число подвижностей механизма на плоскости: W пл = 3·5 – (2·7) = 15 – 14 = 1, т.е. механизм имеет только одну основную подвижность W o = 1. Число подвижностей механизма в пространстве: W пр = 6·5 – (5·5 + 4·2) = 30 – 33 = -3. Число избыточных связей механизма на плоскости: q пл = W 0 + W м – W пл = = 0 ; в пространстве: q пр = W 0 + W м – W пр = 1+0-(-3) = 4. Число независимых контуров в механизме: K = p i - n = = 2. Вперед Назад Шестизвенный кулисный механизм второго класса В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Структурный анализ по Ассуру (расчленение механизма на группы Ассура) Вперед Назад Шестизвенный кулисный механизм второго класса Группа звеньев 4-5 (диада ВВП 2 класс – 2 слой) Группа звеньев 2-3 (диада ВПВ 2 класс – 1 слой) Первичный механизм (звенья 1-0, 1 класс) W пл гр =0; W пр гр = -2; q пр гр = 2; W пл гр =0; W пр гр = -2; q пр гр = 2; W пл пм =1; W пр пм = 1; q пр пм = 0; А 1в 0 1 F 1в,Q 1п B 1в 4 5 E 1в С 1в,D 1п 2 3 Структурная формула механизма W = ПМ(1,0) + диада ВВП(2,3) + диада ВВП(4,5)

Структурный анализ по Ассуру (расчленение механизма на группы Ассура) Вперед Назад Шестизвенный кулисный механизм второго класса Группа звеньев 4-5 (диада ВВП 2 класс – 2 слой) Группа звеньев 2-3 (диада ВПВ 2 класс – 1 слой) Первичный механизм (звенья 1-0, 1 класс) W пл гр =0; W пр гр = -2; q пр гр = 2; W пл гр =0; W пр гр = -2; q пр гр = 2; W пл пм =1; W пр пм = 1; q пр пм = 0; А 1в 0 1 F 1в,Q 1п B 1в 4 5 E 1в С 1в,D 1п 2 3 Свободные элементы звена в структурных группах

Вперед Назад Шестизвенный кулисный механизм Пример оформления раздела по структуре в РПЗ В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Вперед Назад Шестизвенный кулисный механизм Пример оформления раздела по структуре в РПЗ (Word) В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Вперед Назад Шестизвенный кулисный механизм Пример оформления раздела по структуре в РПЗ (Word) В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО

Вперед Назад Литература к разделу «Структурный анализ механизма ДВС» Литература: 1.Теория механизмов и машин, ТММ-11, Методические рекомендации, Сафронов А.А., Структурное, кинематическое и кинетостатическое исследование плоских рычажных механизмов графоаналитическими способами, А10-148, Петровский В.В. 3.Теория механизмов и механика машин: Учеб. пособие / О.О. Барышникова, И.В. Леонов, В.А. Никаноров и др.; под ред. Г.А. Тимофеева. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, – 96с.; ил. В.Б. Тарабарин «Семинары по курсу ТММ»-2010 МГИУ ИДО