Структура механизмов

Структура любой технической системы определяется функционально связанной совокупностью элементов и отношений между ними. При этом для механизмов под элементами понимаются звенья, группы звеньев или типовые механизмы, а под отношениями подвижные (кинематические пары) или неподвижные соединения. Поэтому под структурой механизма понимается совокупность его элементов и отношений между ними, т.е. совокупность звеньев, групп или типовых механизмов и подвижных или неподвижных соединений. Геометрическая структура механизма полностью описывается заданием геометрической формы его элементов, их расположением, указанием вида связей между ними. Структура механизма на разных стадиях проектирования может быть описана различными средствами, с разным уровнем абстрагирования: на функциональном уровне - функциональная схема, на уровне звеньев и структурных групп - структурная схема и т.п.

Структурная схема - графическое изображение механизма, выполненное с использованием условных обозначений, рекомендованных ГОСТ (см. например ГОСТ 2.703-68) или принятых в специальной литературе, содержащее информацию о числе и расположении элементов (звеньев, групп), а также о виде и классе кинематических пар, соединяющих эти элементы. В отличие от кинематической схемы механизма, структурная схема не содержит информации о размерах звеньев и вычерчивается без соблюдения масштабов.

Как на любом этапе проектирования различают задачи структурного анализа и задачи структурного синтеза.

Задачей структурного анализа является определение параметров структуры заданного механизма - числа звеньев и структурных групп, числа и вида кинематических пар, числа подвижностей (основных и местных), числа контуров и числа избыточных связей.

Задачей структурного синтеза является определение структуры нового механизма, обладающего заданными свойствами: числом подвижностей, отсутствием местных подвижностей и избыточных связей, минимумом числа звеньев, количеством кинематических пар определенного вида (например, только вращательных, как наиболее технологичных) и т.п.

Основные понятия структурного анализа и синтеза

Структура механизма может быть описана его структурной формулой, которая определяет зависимость степени подвижности механизма W (число степеней свободы звеньев кинематической цепи механизма относительно неподвижного звена) от числа подвижных звеньев, числа и классов кинематических пар, которые образуют кинематическую цепь механизма.

Основные структурные формулы были составлены для плоских механизмов Чебышевым П.Л. и Грюблером М., для пространственных - Сомовым П.О. и Малышевым А.П.

Для кинематической цепи общего вида пространственных механизмов структурная формула следующая (формула Сомова- Малышева):

W =6 n - 5 p ₅ - 4 p ₄ - 3 p ₃ - 2 p ₂- p ₁; (1.1)

для плоских механизмов (формула Чебышева):

W = 3 n - 2 p ₅ - p ₄, (1.2)

где n - число подвижных звеньев в кинематической цепи механизма;

p ₅, p ₄, p ₃, p ₂, p ₁ - число кинематических пар соответственно 5, 4, 3, 2, и 1 классов по классификации И.И. Артоболевского.