Степень подвижности механизмов

 

Степень подвижности механизма W - это количество независимых движений, которые нужно подвести к механизму, чтобы на выходе получить одно или наоборот.

Для плоских механизмов применяется формула Чебышева:

W = 3n - 2p₁ - p₂, (2.1)

 

где n – число подвижных звеньев механизма;

p₁ - число одноподвижных кинематических пар;

p₂ - число двухподвижных кинематических пар.

 

В пространственных механизмах степень подвижности определяется по формуле Сомова-Малышева:

W = 6n - 5p₁ - 4p₂ - 3p₃ - 2p₄ - p₅, (2.2)

 

где р₃ - число трёхподвижных кинематических пар;

р₄ - число четырёхподвижных кинематических пар;

р₅ - число пятиподвижных кинематических пар.

Большинство механизмов имеют степень подвижности W=1. Их называют рациональными. Эти механизмы не чувствительны к погрешностям монтажа, изготовления и деформирования. Такие механизмы не требуют приработки.

У дифференциальных зубчатых механизмов W=2, у роботов и манипуляторов W=4-8, у основного механизма экскаватора W=4. Если W=0, то получим неподвижную конструкцию – ферму.

 

Структурный принцип образования механизмов. Группы Ассура

Основной принцип образования механизмов был впервые сформулирован в 1916 году русским учёным Леонидом Владимировичем Ассуром - профессором Петербургского политехнического института.

Согласно идее Л.В.Ассура любой механизм образуется последовательным присоединением к ведущим звеньям и стойке кинематических цепей, удовлетворяющих условию, что степень их подвижности W=0.

Ведущее звено, входящее в одноподвижную кинематическую пару со стойкой образует начальный механизм. (рис.2.1 а, б).

Ведущим звеном может быть как кривошип, так и ползун. Начальному механизму присваивается 1 класс. Степень подвижности начального механизма W =1.

а). б).

Рис.2.1

Кинематические цепи, у которых степень подвижности W=0, называются группами Ассура.

		=
		+
	+

 

 

Начальный Группа Ассура Группа Ассура Механизм

механизм II класс II класс

1 класс

Используя приведенные определения, можно сказать, что любой механизм образуется присоединением к начальному механизму групп Ассура.

Виды групп Ассура II класса

Рассмотрим кинематические цепи, в состав которых входят только одноподвижные кинематические пары.

Для группы Ассура

или (2.3)

Так как количество кинематических пар должно быть целыми, то количество звеньев группы Ассура может быть только чётными числом. Следовательно, равенству (2.1) может удовлетворить следующий ряд чисел:

n (количество подвижных звеньев) 2 4 6

p₁ (число одноподвижных пар) 3 6 9

Класс группы Ассура II III IV и т.д.

 

В группу Асура II класса может входить: 2 подвижных звена и 3 кинематические пары, которые необходимы для присоединения звеньев к стойке или к другим звеньям. Если обозначить вращательную кинематическую пару В, а поступательную П, то возможны следующие виды групп Ассура II класса:

1. ВВВ (рис.2.2); 2. ВВП (рис.2.3); 3. ВПВ (рис.2.4); 4. ППВ (рис.2.5); 5. ПВП (рис. 2.6).

Рис.2.2 Рис.2.3 Рис.2.4

 

 

Рис.2.5 Рис.2.6.

Казалось бы, что, следуя по пути замены вращательных пар поступательными, можно было бы заменить все три вращательные пары поступательными (ППП). Но в этом случае при присоединении к стойке эта группа Ассура будет переходить в плоский механизм с одними поступательными парами - клиновой механизм (рис.1.7).

В группах Ассура различают внутренние и внешние кинематические пары.