Механика. Теория механизмов и машин. Общие понятия. Структурный анализ по Л. В. Ассура

ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН - это наука о строении, кинематике, динамике механизмов и машин при их анализе и синтезе.
В ТММ изучаются общие законы расчёта механизмов

Особенности дисциплины
В отличие от специальных дисциплин, в которых изучаются реальные машины и механизмы, в ТММ рассматриваются типовые модели механизмов , а так же методы анализа и синтеза типовых механизмов, пригодные для анализа любой машины, независимо от их технического назначения.
лекция №1.

Типовые механизмы
Типовыми механизмами называются простые механизмы, имеющие при различном функциональном назначении широкое применение в машинах, для которых разработаны типовые методы и алгоритмы синтеза и анализа: рычажные, зубчатые, планетарные, кулачковые, манипуляционные механизмы и т.д.
лекция №1.

лекция №1.
Рассмотрим в качестве примера кривошипно-ползунный механизм
где,
1-кривошип;
2-шатун;
3-ползун
Этот механизм широко применяется в различных машинах: двигателях внутреннего сгорания, поршневых компрессорах и насосах, станках, прессах и т. д. Если сообщить вращение кривошипу 1, то получим компрессор, если подавать давление на поршень 3 получим ДВС.

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА (СТРОЕНИЕ) – изучает способ образования механизма (составляющие части механизма) и его структурную формулу для дальнейшего использования её для расчёта и составления последовательности расчётов.

Кинематика механизма – изучает движение его звеньев без учета сил

Динамика механизма – изучает движение его звеньев с учетом сил, вызывающих это движение

Анализ – определение свойств (параметров) известного механизма

Синтез – создание нового механизма с заданными свойствами (параметрами)

Машина - это устройство, которое предназначено для преобразования энергии, материалов, информации для облегчения труда человека

Машина состоит из механизмов
Механизм - это система тел, предназначенных для преобразования одного вида движения в другой вид движения.

Основные понятия теории механизмов и машин.
Машина – устройство, предназначенное для преобразования энергии, материалов или информации с целью облегчения или исключения труда человека.
Механизм – это система тел, служащая для передачи и преобразования энергии и движения.
Деталь – элементарная составная часть механизма, выполненная без применения сборочных операций (например: болт, гайка, вал, станина станка, полученная литьем и т.д.).
Звено - это деталь или группа деталей, представляющих с кинематической точки зрения единое целое (т.е. группа деталей, жестко соединенных между собой и движущихся как единое твердое тело).
Стойка - неподвижная часть механизма. !Стойка в механизме она – это корпус или основание механизма.
! Название звена зависит от вида движения звена

Шатун - одно звено , но состоит из нескольких деталей

Звенья в механизме соединяются между собой подвижным соединением,
которое называется
кинематической парой

Классификация кинематических пар

Классификация по виду контакта звеньев
В высших парах звенья со-прикасаются по линии или в точке
В низших кинематических парах звенья соприкасаются по поверхности
высшая пара
высшая пара
низшая пара

Силовое и геометрическое замыкание
Силовое замыкание посредством пружины
Геометрическое замыкание посредством паза

Степень подвижности свободного тела в пространстве
Н = 6

Классификация по числу условий связи
Z
X
Y
Ограничения, наложенные кинематической парой на относительные движения составляющих её звеньев, называются условиями связи или просто связями.
Класс кинематической пары p определяется числом условий связи S (1 ≤ S ≤ 5):
S= 6 - H

Кинематические пары 1-го и 2-го классов
Кинематическая пара «шар – плоскость»
Кинематическая пара «цилиндр – плоскость»
Кинематическая пара 1-го класса ограничивает одно простейшее движение, т.е. накладывает одно условие связи. Возможны пять относительных движений, т.е. пара имеет пять степеней свободы и является пятиподвижной.
Кинематическая пара 2-го класса ограничивает два простейших движения, т.е. накладывает два условия связи. Возможны четыре относительных движений, т.е. пара имеет четыре степени свободы и является четырёхподвижной.

Кинематические пары 3-го и 4-го классов
Сферическая пара
Цилиндрическая пара
Кинематическая пара 3-го класса ограничивает три простейших движения, т.е. накладывает три условия связи. Возможны три относительных движения, т.е. пара имеет три степени свободы и является трёхподвижной.
Кинематическая пара 4-го класса ограничивает четыре простейших движения, т.е. накладывает четыре условия связи. Возможны два относительных движения, т.е. пара имеет две степени свободы и является двухподвижной.

Кинематические пары 5-го класса
Поступательная пара
Вращательная пара (шарнир)
Кинематическая пара 5-го класса ограничивает пять простейших движений, т.е. накладывает пять условий связи. Возможно одно относительное движение, т.е. пара имеет одну степень свободы и является одноподвижной.

Поступательные кинематические пары
Поступательные кинематические пары обеспечивают только поступательное относительное движение
Ползун
Направляющая

Степень подвижности плоских механизмов
Под степенью подвижности механизма W понимается число степеней свободы всех подвижных звеньев механизма относительно стойки (число ведущих звеньев).
Степень подвижности определяется по формуле Чебышева П.Л.:
W ═ 3·n ― 2·p5 ― p4 ,
где:
W – степень подвижности механизма,
n - число подвижных звеньев механизма,
p5 - число кинематических пар пятого класса,
p4 - число кинематических пар четвертого класса.

Как образуются новые плоские механизмы ?
На этот вопрос ответил в 1914 году русский ученый Ассур Леонид Владимирович.
Для решения задач синтеза и анализа сложных рычажных механизмов профессором Петербургского университета Ассуром Л.В. была предложена оригинальная структурная классификация. По этой классификации механизмы не имеющие избыточных связей и местных подвижностей состоят из начальных механизмов (1класса) и структурных групп Ассура (2, 3, и т.д. класса). При синтезе к выбранным первичным механизмам последовательно присоединяются следующие структурные группы Ассура. При анализе - деления механизма на группы Ассура – проводится обратная операция от последнего звена к ведущему.

Принцип образования
плоских механизмов, предложенный Ассуром Л.В.
К начальному механизму последовательно присоединяются
группы Ассура 2-го, 3-го или 4-го классов
Цель структурного анализа механизма
заключается в определении класса механизма

Структурный анализ по Ассуру Л.В.
Ассур Л.В.
Wo
W = 0

Начальные (первичные) механизмы 1 класса
Под начальным (первичным) механизмом понимают механизм, состоящий из двух звеньев:
одно из которых неподвижное - СТОЙКА,
другое подвижное – ВЕДУЩЕЕ ЗВЕНО.
Эти звенья образуют кинематическую пару с одной степенью подвижности W = 1 .
Структурный анализ по Ассуру Л.В.
Существует 2 вида первичных механизмов , примеры даны на рисунках.

Структурные группы (группы Ассура) – это кинематические цепи с нулевой степенью подвижности W = 0.
II класс,
1-ый вид
II класс,
2-ой вид
II класс,
3-ий вид
II класс,
4-ый вид
II класс,
5-ый вид
Степень подвижности группы:
n=2;
Р5=3; Р4=0;
W=3n – 2p5 –p4
W=3⋅2 – 2⋅3=0

Механизм 1-го класса с роторным двигателем
Механизм 1-го класса с линейным двигателем
Степень подвижности данной группы звеньев становится равной нулю при присоединении её к стойке.
Строение механизма

Механизм образуется присоединением к начальному механизму (или нескольким начальным механизмам) одной или нескольких структурных групп.
Метод наслоения структурных групп