2.3. Основные виды плоских рычажных механизмов

К простейшим плоским рычажным механизмам относятся: шарнирный четырехзвенник, кривошипно-ползунный механизм, кулисный механизм.

Шарнирный четырехзвенник состоит из одного неподвижного звена (стойки) и трёх подвижных звеньев. Звенья соединены вращательными парами (рис. 15, а).

^{а) б) в)}

Рис. 15. Простейшие плоские механизмы:

а) шарнирный четырехзвенник; б) кривошипно-ползунный механизм; в) кулисный механизм

Звено, совершающее полный оборот вокруг оси вращения, называется кривошипом (звено 1).

Звено, которое совершает вращательное движение на неполный оборот, называется коромыслом (звено 3).

Звено, совершающее плоскопараллельное движение, называется шатуном (звено 2).

Если звено 3 соединить со стойкой поступательной парой, то оно будет называться ползуном, а весь механизм – кривошипно-ползунным механизмом (рис. 15, б).

Если звенья 2 и 3 соединены между собой поступательной парой и звено 2 перемещается поступательно вдоль звена 3, как по подвижной направляющей, то механизм называется кулисным механизмом (рис. 15, в).

Коромысло, служащее подвижной направляющей для ползуна называют кулисой, а ползун – камнем кулисы.

Более сложные механизмы образуются присоединением различного вида структурных групп к рассмотренным основным рычажным механизмам.

3. Кинематический анализ механизмов

3.1. Методы кинематического анализа

При проектировании новых машин и механизмов составляют несколько вариантов кинематических схем, проводят структурный анализ и выбирают лучший вариант. Затем осуществляется кинематический анализ.

Кинематический анализ – это изучение движения механизма без учета действующих сил. Движения механизма описываются с помощью кинематических характеристик.

Под кинематическими характеристиками (параметрами) понимают перемещения, скорости и ускорения точек звеньев, а также угловые скорости и ускорения звеньев.

В результате кинематического анализа устанавливают соответствие кинематических параметров (перемещений, траекторий точек, скоростей и ускорений звеньев) заданным условиям, например: определение траекторий точек необходимо, чтобы при проектировании корпуса машины исключить столкновение звеньев при их движении. Кроме того, в результате кинематического анализа получают исходные данные для выполнения динамических расчётов. Знание кинематических параметров необходимо для расчёта сил инерции и моментов сил инерции, кинетической энергии механизма и мощности.

Кинематическое исследование схем механизмов выполняют графическими и аналитическими методами. Первые отличаются наглядностью и относительной простотой, но не дают точных результатов. Аналитический метод позволяет получить требуемую точность, но отличается большей сложностью и трудоемкостью вычислений.

Перемещения, скорости и ускорения звеньев определяют для нескольких положений в пределах цикла работы механизма, т. е. за один оборот ведущего звена.

Основными методами кинематического анализа являются:

• графический метод (метод построения планов);

• аналитический метод;

• метод построения кинематических диаграмм.

Используя принципы структурного анализа, т. е. разложения механизма на группы Ассура, можно применять методы кинематического анализа не ко всему механизму в целом, а к отдельным его частям, что, как правило, упрощает задачу.