Что такое структурный синтез механизма
Структурный синтез механизма – проектирование структурной схемы механизма, под которой понимается схема механизма, указывающая стойку, подвижные звенья, виды кинематических пар и их взаимное расположение.
Основная схема механизма (схема с оптимальной структурой) – схема механизма, отражающая наличие только необходимых подвижностей звеньев для обеспечения заданного числа степеней свободы при отсутствии избыточных контурных связей.
Основная схема механизма обладает определенными свойствами:
- элементы кинематических пар удовлетворяют условию сборки замкнутых контуров механизма без деформации звеньев и натягов в кинематических парах;
- изменяемость положения элементов кинематических пар, расположенных на стойке, при возможной деформации стойки и звеньев не оказывает существенного влияния на силы в кинематических парах;
- при заданных активных нагрузках, положениях, скоростях и ускорениях входных звеньев имеется возможность найти положения, скорости и ускорения всех остальных точек и определить реакции в кинематических парах.
При анализе реальных конструкций и их кинематических схем выявляются:
1) дополнительные подвижности
- местные подвижности звена (Реализация местной подвижности звена не вызывает перемещения остальных звеньев механизма. Местная подвижность звена позволяет уменьшить износ элементов кинематической пары, улучшить условия смазки, повысить КПД, надежность, долговечность узлов машины);
- местные подвижности группы звеньев;
- групповая подвижность (групповая подвижность части звеньев кинематических цепей, не вызывающая перемещения остальных звеньев в механизме. Для некоторых механизмов групповая подвижность недопустима, т.к. приводит к неопределенности движения выходного звена);
2) избыточные структурные связи (относительно основной схемы механизма с заданным числом степеней свободы).
Основной принцип образования механизмов состоит в последовательном присоединении к начальным звеньям и стойке групп, степень свободы которых равна нулю.
Группа Ассура – кинематическая цепь с нулевой степенью свободы относительно тех звеньев, с которыми входят в кинематические пары свободные элементы её звеньев, и не распадающаяся на более простые цепи, обладающие также нулевой степенью свободы.
Группы Ассура подразделяются на классы в зависимости от их строения.
Класс структурной группы определяется числом кинематических пар, образующих наиболее сложный замкнутый контур группы.
Порядок структурной группы определяется числом элементов звеньев, которыми она присоединяется к имеющемуся механизму.
Число звеньев в группе Ассура – всегда четное число, а число кинематических пар 5 класса кратно трем.
Если в состав механизма входят группы различных классов, то класс механизма определяется по той группе, которая относится к наивысшему классу. При определении класса механизма необходимо указать, какие из звеньев являются начальными, т.к. в зависимости от выбора начальных звеньев может изменяться класс механизма.
Последовательность расчленения механизма на группы следующая. Пусть дан механизм, состоящий из стойки, начального звена (или начальных звеньев) и нескольких групп различных классов. Начинать надо с попытки отсоединить от механизма группы II класса. При этом необходимо каждый раз после отсоединения группы проверить, обладает ли оставшаяся кинематическая цепь той же степенью свободы, что и первоначальный механизм, и чтобы не оставалось вообще элементов звеньев, не входящих в кинематические пары. Если попытки отсоединения групп II класса не дадут решения, то надо переходить к попыткам отсоединения групп III класса. После групп III класса следует переходить к группам IV класса и т.д. После выделения всех групп должны остаться стойка и начальное звено (начальные звенья).
Источники:
Фролов К.В. Теория механизмов и машин/ К.В. Фролов, С.А. Попов, А.К. Мусатов; Под ред. К.В. Фролова. – М.: Высш. шк., 1987. – 496 с.
Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин/ С.Н. Кожевников. — М.: Машиностроение, 1969. — 584 с.
Левитский Н.И. Теория механизмов и машин/ Н.И. Левитский. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1990. – 592 с.
Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин/ И.И. Артоболевский. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1988. – 640 с.
Дополнительно на Геноне: