СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ

Исследование механизмов и машин обычно начинают со структурного анализа. Структурный анализ механизмов предусматривает:

  • • определение видового и количественного состава механизмов: подвижных звеньев, кинематических пар, цепей;
  • • выделение и классификацию, подвижных звеньев, кинематических пар, кинематических цепей, структурных групп, механизмов;
  • • определение числа степеней свободы (подвижности) механизма;
  • • выявление и устранение избыточных связей;
  • • нахождение избыточных (местных) степеней свободы.

Чтобы провести структурный анализ исследуемого механизма

необходимо изучить его структуру [1,2].

ОСНОВЫ СТРУКТУРЫ МЕХАНИЗМОВ

МАШИНА, МЕХАНИЗМ И ПЕРЕДАЧА

Современное развитие человечества неразрывно связано с созданием машин, механизмов и передач, которые облегчают труд человека и животных и повышают его производительность.

Термин машина происходит от греческого pr|%avr|. Следовательно, машина - это устройство, которое предназначено для выполнения механических движений. Однако по мере развития техники содержание понятия машина многократно уточнялось и трансформировалось. Современное понятие машины определяют следующим образом.

Машина - устройство, выполняющее преобразование энергии, движения и информации, предназначенное для замены илы облегчения физического или умственного труда человека и животных.

Машина обязательно совершает полезную работу.

Механизм - система определенным образом взаимосвязанных тел (звеньев), предназначенная для преобразования заданных движений одного или нескольких тел в требуемое движение других тел.

Механизмы не совершают полезной работы. Они предназначены только для осуществления требуемых законов движения их звеньев. Механизмами являются механические часы, эллипсографы, инверсоры, пантограф и т.д.

Машины и механизмы взаимно обратимы друг в друга. Так, например, включенный, но не обрабатывающий деталь токарный станок является механизмом, но как только на нем начнется обработка детали, он сразу станет машиной.

ДЕТАЛЬ, ЗВЕНО, СТРУКТУРНАЯ И КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМЫ МЕХАНИЗМА

Все механизмы и машины состоят из деталей, которые определенным образом взаимосвязаны между собой.

Деталь - это изделие, которое не может быть разделено на более мелкие части без нарушения возможности исполнения ими своих функций.

На рис. 2.1 ,а,б показан зубчатый механизм (редуктор) и сборочная единица вал - зубчатое колесо. Видно, что эти устройства состоят из нескольких деталей: корпуса, крышек, болтов, гаек, шайб, подшипников, шпонок, стопорных колец, шестерни, зубчатого колеса. Все эти детали могут быть разделены на неподвижные, связанные с корпусом, и подвижные, соединенные с вращающимися колесами.

Чертеж зубчатого редуктора и его сборочной единицы

Рис. 2.1. Чертеж зубчатого редуктора и его сборочной единицы:

а - сборочный чертеж зубчатого механизма; б - чертеж сборочной единицы вал - зубчатое колесо; / - корпус; 2 - подшипник; 3 - крышка подшипника; 4 - вал - шестерня; 5 - шпонка; 6 - вал; 7- стопорные кольца; 8 - зубчатое колесо; 9 - крышка корпуса

С позиции структурного, кинематического и динамического анализа машин и механизмов важно иметь информацию не о числе деталей, из которых они состоят, а о количестве совокупностей деталей (звеньев), имеющих одно движение.

Звеном называется деталь или несколько неподвижно соединенных между собой деталей, движущихся как одно целое.

Звенья механизмов на схемах изображают упрощенно в виде линий или геометрических фигур.

Следовательно, на схемах сборочная единица вал - зубчатое колесо (рис. 2.1,6) может быть представлена одним звеном, схематическое изображение которого приведено на рис. 2.2,а,б.

На рис. 2.2,в,г схематически изображен рассматриваемый зубчатый механизм, который состоит из звеньев: 0 - стойка (все неподвижные детали, соединенные с корпусом); 1 - подвижное звено (вал - шестерня и шпонка); 2 - подвижное звено (сборочная единица вал - зубчатое колесо); и подшипников (кинематические пары) А, В.

Схемы зубчатого механизма и колеса

Рис. 2.2. Схемы зубчатого механизма и колеса: а - фронтальная схема зубчатого колеса; б - осевая схема зубчатого колеса; в - фронтальная схема механизма; г - осевая схема механизма; 0 - корпус (стойка);

1 - шестерня; 2 - зубчатое колесо; А, В - подшипники (кинематические пары)

Такое условное изображение механизма называют структурной схемой механизма или структурной моделью механизма.

Структурная схема - безмасштабное графическое изображение механизма с применением условных обозначений звеньев и кинематических пар.

Если структурную схему механизма выполнить в масштабе, то получим кинематическую схему (модель) механизма.

При структурном анализе и синтезе механизмов обычно используется структурная схема механизмов, а при кинематическом и силовом исследовании - кинематическая.

На структурных и кинематических схемах механизмов кинематические пары (подшипники, шарниры) принято обозначать большими латинскими буквами, а звенья - арабскими цифрами. Причем подвижные звенья обозначают любыми цифрами, отличными от нуля, а неподвижное звено (стойка) обозначается нулем или штриховкой.

Широко распространенный в технике кривошипно-ползунный механизм, (рис. 2.3,а), используемый в компрессорах и двигателях внутреннего сгорания для преобразования вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение рабочего органа или наоборот состоит из следующих элементов:

  • • неподвижных деталей - картера 1, корпуса 2, цилиндра 3, головки цилиндра 4 с клапанами 5, крепежных элементов, уплотнений, крышек подшипников;
  • • подвижных деталей - вращающегося кривошипа 13, шатуна 10 с крепежной арматурой 11, поступательно движущегося поршня 6 с закрепленными на нем кольцами 7 и пальцем 9;
  • • подшипников (кинематических пар) - вращательного 8, 12, 14 и поступательного 15 движения.

На рис. 2.3,6 показана структурная схема этого компрессора. На этой схеме изображены: неподвижное звено (стойка) 0, представляющее корпус и связанные с ним детали; звено 1 - кривошип и присоединенные к нему детали; 2 - шатун и его детали; 3 - поршень с кольцами и пальцем; А, В, С - вращательные кинематические пары (подшипники); D - поступательная кинематическая пара (направляющая поступательного движения).

Из рис. 2.3 видно, что структурная схема значительно упрощает понимание исследуемого механизма.

Кривошипно-ползунный механизм

Рис. 2.3. Кривошипно-ползунный механизм:

а - чертеж компрессора; 1 - картер; 2 - корпус; 3 - цилиндр; 4 - головка; 5 - клапаны; 6 - поршень; 7 - поршневые кольца; 8 - подшипник пальца; 9 - палец; 10 - шатун; 11 - крепежная арматура; 12 - подшипник шатуна; 13- кривошип; 14 - подшипник кривошипа; 15 - направляющая поршня; б - структурная схема; 0 - стойка; 1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - ползун (поршень); А, В, С, D - кинематические пары (подшипники)

 
Посмотреть оригинал