4.2 Структура механізмів та її дефекти
Структурна класифікація плоских механізмів, що заснована на принципі їх утворення, вперше була сформульована в 1914 році російським ученим Л.В. Ассуром.
За Л.В. Ассуром будь-який плоский механізм може бути утворений шляхом приєднання до початкового механізму так званих структурних груп – груп Ассура. Кінематичний ланцюг з нульовою ступеню вільності називається групою Ассура.
Найчастіше за початкову приймається вхідна ланка механізму. Кількість початкових механізмів визначається числом ступенів вільності механізму, що розглядається. Початкові механізми за І.І.Артоболевським відносяться до механізмів I класу (рисунок 4.6).
Рисунок 4.6 – Механізм I класу
а) – кривошип; б) – повзун
Структурна група Ассу́ра — це кінематичний ланцюг з нульовою ступеню рухливості, при чому ланки механізму лише рухливі. Крім того, механізм повинен складатися тільки з кінематичних пар 5-го класу і не ділитися на більш прості з нульовим ступенем рухливості.
Враховуючи, що ступінь рухливості структурної групи W = 0 і і кількість кінематичних пар 4-го класу р4 = 0, то за формулою Чебишева (3.5) випливає, що
3n – 2p5 = 0,
звідки
З цього виразу видно, що кількість ланок у структурній групі повинна бути парною, а число пар 5-го класу – кратне 3, що наведене у нижчеподаній таблиці.
Таблиця – Число ланок і число пар 5-го класу у структурній групі Ассура
n |
2 |
4 |
6 |
8 |
р5 |
3 |
6 |
9 |
12 |
Найпростіша група Ассура складається із двох рухомих ланок і трьох кінематичних пар V класу.
Группи Ассура поділяються на класи та порядки.
Клас групи визначається кількістю кінематичних пар найбільш складного замкнутого контуру, в якому відсутні внутрішні побудови.
Порядок групи визначається числом вільних елементів, якими група приєднується до основного механізму.
Структурна група I класу – це вхідна ланка із стояком, що з’єднані парою п’ятого класу (рисунок 4.6).
Структурна група II класу складається з двох ланок і трьох кінематичних пар п’ятого класу (рисунок 4.7,а). Починаючи з III класу номер групі присвоюють у залежності від числа внутрішніх кінематичних пар (зовнішні кінематичні пари – для з’єднання з іншими групами – рисунок 4.7,б; в).
Рисунок 4.7 – Структурні групи Ассура
а) – 2-го класу, 2 порядку; б) – 3-го класу, 3 порядку; в) – 3-го класу, 2 пор.
Структура механізму на рівні ланок і структурних груп описується структурною схемою.
Структурна схема – це графічний конструкторський документ про склад механізму, що виконаний без дотримання масштабів з використанням умовних позначень, рекомендованих стандартами.
Усі типові механізми володіють раціональною структурою, що не містить дефектів: зайвих, або пасивних в'язів, тобто таких, які повторюють в'язі, що вже є по даній координаті, і тому не змінюють реальної рухомості механізму.
Дефекти структури необхідно усувати. Наприклад, розглянемо плоский важільний механізм, що володіє нераціональною структурою (рисунок 4.8). Даний механізм зберігає працездатність тільки за умови, що довжини ланок знаходяться в наступних співвідношеннях:
lAВ = lDC , lBC =lEF =lAD и lAE = lDF .
Отже, точки механізму утворюють фігуру ABCD, що завжди є паралелограмом.
Рисунок 4.8
Тоді, не змінюючи здійснюваних рухів ланок механізму, можна видалити шатун 4, оскільки дана ланка, утворюючи з ланками 1 і 3 кінематичні пари з центрами шарнірів в точках E і F, накладає на ці ланки умови в'язів, що не роблять впливу на характер їх руху. При цьому умови в'язу, накладені шатуном 4 на ланки 1 і 3, є пасивними, або зайвими.
Рухомість кінематичних пар з центрами шарнірів в точках E і F є прикладом місцевих рухомостей, оскільки при їх відсутності рухомість решти ланок механізму не зміниться. Аналогічна ситуація матиме місце і при виключенні із структури механізму шатуна 4.