мет_стр_ан 1 - Камышинский технологический институт

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)
ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО
УНИВЕРСИТЕТА
КАФЕДРА ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ
МЕХАНИЗМОВ
Методические указания к лабораторной работе
по дисциплине «Теория механизмов и машин»
РПК «Политехник»
Волгоград
2002
УДК 62-231
С 87
СТРУКТУРНЫЙ
АНАЛИЗ
МЕХАНИЗМОВ:
Методические
указания к лабораторной работе по дисциплине «Теория механизмов и
машин» / Сост. Е. А. Малявин, А. В. Белов; Волгоград. гос. техн. ун-т. –
Волгоград, 2002. – 10 с.
Излагаются теоретические основы структурного анализа.
Рассматривается порядок структурного анализа.
Предназначены в помощь студентам, обучающимся по направлениям
551200 и 552900.
Илл. 1.
Табл. 2.
Библиогр.: 1 назв.
Рецензент Н. Г. Неумоина
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Волгоградского государственного технического университета
Составители: Евгений Александрович Малявин
Александр Владимирович Белов
СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ
Методические указания к лабораторной работе по дисциплине
«Теория механизмов и машин»
Редакторы: Попова Л. В., Просондеев М. И.
Темплан 2002 г., поз. № 132.
Подписано в печать 03. 07. 2002 г. Формат 1/16.
Бумага потребительская. Усл. печ. л. 0,5.
Уч.-изд. л. 0,63. Тираж 100 экз. Заказ
.
Волгоградский государственный технический университет.
400131 Волгоград, просп. им. В. И. Ленина, 28.
РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета.
400131 Волгоград, ул. Советская, 35.
ООО «Камипринт» 403850 г. Камышин, Волгоградская обл., ул. Ленина, 20.
 Волгоградский
государственный
технический
университет, 2002
2
Цель работы – приобрести практические навыки по составлению
кинематических схем механизмов и их структурному анализу.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА
Структурный анализ механизмов включает вопросы построения,
видоизменения механизмов, а также способы и последовательность
соединения отдельных частей механизма. Анализ любого механизма, так же
как и синтез (проектирование), необходимо начинать с составления
кинематической схемы механизма. Механизм состоит из звеньев,
соединенных между собой кинематическими парами. Звеном механизма
называется деталь или группа деталей, образующих одну жесткую систему
тел. В любом механизме имеется одно неподвижное звено (стойка) и одно
или несколько подвижных звеньев. Соединение двух звеньев, допускающих
их относительное движение, называется кинематической парой. Условные
обозначения основных видов кинематических пар приведены в табл. 1.
Звенья, соединенные в кинематические пары последовательно и
разветвленно, образуют кинематическую цепь. Различают цепи простые и
сложные, замкнутые и незамкнутые, пространственные и плоские. Степень
подвижности (число степеней свободы) пространственного механизма
определяется по структурной формуле кинематической цепи общего вида:
W  6n  5p 5  4p 4  3p 3  2p 2  p1 ,
(1)
где: n – число подвижных звеньев кинематической цепи;
р1, р2, р3, р4, р5 – число кинематических пар первого, второго,
третьего, четвертого, пятого класса соответственно.
Для плоского механизма структурная формула имеет вид:
W  3n  2p 5  p 4 .
(2)
С
целью
упрощения
структурного
анализа
механизма
кинематическая схема его разбивается на структурные группы – группы
Ассура. Группой Ассура называется кинематическая цепь с нулевой
степенью подвижности относительно тех звеньев, с которыми входят в
кинематические пары свободные элементы ее звеньев, и которая не
распадается на более простые цепи, обладающие также нулевой степенью
подвижности.
Плоские механизмы могут иметь звенья, входящие как в низшие, так
и высшие пары. При проведении структурного анализа удобнее заменить
высшие пары кинематическими цепями или звеньями, входящими только
в низшие вращательные и поступательные пары V класса. Степень
свободы замещающего механизма:
W  3n  2p 5 .
3
5
Шар –
плоскость
II
2
4
Шар –
цилиндр
III
3
3
Сферическая
III
3
3
Плоскостная
IV
4
2
Цилиндрическая
4
Условное
обозначение
1
Рисунок
Число условий
связи
I
Число степеней
свободы
Класс
пары
Название пары
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАР
Таблица 1
IV
4
2
Сферическая
с пальцем
Условное
Обозначение
Рисунок
5
Название пары
Число условий
связи
V
Число степеней
свободы
Класс
пары
Продолжение табл. 1
1
Поступательная
V
5
1
V
5
1
Вращательная
Винтовая
Тогда условие, которому должны удовлетворять группы Ассура, в
состав которых входят только пары V класса, можно записать так:
3n  2p 5  0 , откуда:
3
P5  n .
2
(3)
Так как числа звеньев и пар могут быть только целыми, то группа
Ассура может содержать только четное число звеньев. В зависимости от
особенностей звеньев и кинематических пар, входящих в группу, а также
5
от количества связей группы с другими звеньями механизма, группы
Ассура характеризуются классом, порядком и видом (для групп второго
класса). Группы Ассура второго класса – это группы, состоящие из
двух звеньев (n = 2; р5 = 3). Групп Ассура первого класса не существует.
Порядок группы
Ассура
определяют числом элементов звеньев,
которыми группа присоединяется к основному механизму. По видам
различают только группы Ассура второго класса. Существует пять видов
групп второго класса в зависимости от типов кинематических пар в
группе. Класс группы выше второго определяется конфигурацией
кинематической схемы и численно равен количеству кинематических пар,
составляющих внутренний исходный контур, то есть кинематических пар,
которые не связаны со звеньями, внешними по отношению к данной
группе. Класс механизма численно равен наивысшему классу группы
Ассура, входящей в данный механизм. Структурная классификация групп
Ассура приведена в табл. 2. При проведении структурного анализа
определяется
число
степеней
свободы
механизма
и
проводится
разложение механизма на структурные группы (группы Ассура). Следует
соблюдать
следующие
правила
при
разложении
механизма
на
структурные группы:
1) выделить ведущие звенья механизма;
2) учесть пассивные связи и лишние степени свободы и отбросить их;
3) в механизме должны быть только пары V класса. Механизмы
с парами IV класса должны быть заменены заменяющими механизмами
с парами V класса;
4) начинать разложение надо с групп, наиболее удаленных от
ведущего звена;
5) вначале надо пробовать отделить самую простую группу,
состоящую из двух звеньев (группу второго класса); только в том случае,
6
если это не удается сделать, следует отделять группы более высоких
классов;
6) следить за тем, чтобы после отделения выделенной группы
степень подвижности оставшейся кинематической цепи была равна
степени подвижности исходного механизма.
Вид
группы
Порядок
группы
Класс
группы
КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУПП АССУРА
Кинематическая схема группы
1
2
2
Таблица 2
2
3
4
5
7
3
3
–
4
2
–
2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
2.1. Изучить модель, выделенную студенту
для выполнения лабораторной работы (рис. 1, а)
2.1.1. Медленно вращая ведущее звено механизма, проследить
движение остальных звеньев и установить неподвижные элементы
кинематических пар. За ведущие звенья в механизме принимаются
звенья, входящие в кинематическую пару со стойкой. Число этих звеньев
должно быть равно числу степеней свободы механизма. Ведущее звено
задается преподавателем.
2.1.2. Выбрать положение механизма при котором лучше всего
видно относительное расположение звеньев (рис. 1, б).
8
а
б
Рис. 1.
2.2. Составить кинематическую схему
2.2.1. Вначале без масштаба, от руки, следует выполнить эскиз
кинематической схемы механизма, руководствуясь табл. 1, и на нем
поставить размерные цепи, которые необходимы для построения схемы в
масштабе (координаты всех осей неподвижных кинематических пар,
длины звеньев, расстояния и углы между осями кинематических пар).
Обмер производить металлической линейкой приблизительно.
2.2.2. После измерений вычертить в отчете окончательно схему в
масштабе:
L 
L AB
AB
м
,
мм
где: LАВ – истинный размер звена, м; АВ – отрезок его на схеме , мм,
например, см. рис. 1, б.
2.3. Определить число ведущих звеньев
для использования схемы в качестве механизма
2.3.1. Пронумеровать все звенья, в том числе и стойку, арабскими
цифрами (ведущее звено обозначить цифрой 1), центры шарниров
обозначить заглавными буквами латинского алфавита и составить
таблицу кинематических пар.
2.3.2.
Определить
число
степеней
свободы
механизма,
предварительно выделив пассивные связи и лишние степени свободы, по
формуле:
W  3n  2P5  P4 ,
где: n – число подвижных звеньев; Р5 – число кинематических пар пятого
класса; Р4 – число кинематических пар четвертого класса.
2.3.3. Принять число ведущих звеньев равным числу степеней
свободы механизма и обозначить звенья стрелкой на кинематической
схеме.
2.4. Выявить структурные группы Ассура
и порядок их наслоения для механизмов, исключая зубчатые
Определить класс, порядок и вид отсоединенных групп, класс
механизма, пользуясь табл. 1, 2.
9
3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1.
2.
3.
4.
Кинематическая схема механизма.
Таблица кинематических пар.
Структурный анализ механизма.
Структурные группы механизма и порядок их наслоения в механизме.
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Понятие механизма и машины.
2. Что называется звеном?
3. Что называется кинематической парой?
4. Что такое кинематическая цепь?
5. Классификация кинематических пар.
6. Понятие высших и низших кинематических пар.
7. Класс кинематической пары.
8. Понятие числа степеней свободы механизма.
9. Что называется группой Ассура?
10. Класс, порядок и вид группы Ассура.
11. Класс механизма.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин: Учебник
для втузов. – 4-е изд., доп. и перераб. – М.: Наука, 1988. – 640 с.
10
11