В задачу кинематического анализа входит определение законов движения звеньев механизма, вне зависимости от сил действующих на эти звенья.
Построение планов положений
(Приложение 2)
По исходным данным вычерчивается схема механизма в произвольно выбранном масштабе. Масштабный коэффициент
указывает количество единиц изображаемой величины в 1 мм чертежа. При построении планов механизма желательно масштабный коэффициент
[м/мм] выбирать из следующего ряда: 0.001; 0.002; 0.0025; 0.004; 0.05; 0.08; 0.1 и т.д.
Выбираем масштабный коэффициент
м/мм, тогда отрезок изображающий на чертеже длину
звена
определится:
мм.
Определяем величину отрезков, изображающих длину звеньев
и
на чертеже.
мм.
Построение начинаем с изображения неподвижных элементов. Наносим на чертеже точку
(ось вращения звена 1) и намечаем траектории точки
ползуна 3 (
) и точки
ползуна 5 (
). Далее радиусом
проводим окружность, представляющую собой траекторию точки
. На этой окружности на одинаковом расстоянии друг от друга (
) наносим положение т.
(0,1,2,3…11). Соединив их отрезками прямых с точкой
, получим соответствующее положение кривошипа. За начало отсчета принимаем точку
, соответствующую крайнему верхнему положению ползуна
(кривошип
и шатун
вытянулись в одну прямую).
Так как данный механизм относится ко второму классу, то положения звеньев в каждой гр. Ассура определим методом засечек.
Положение точки
(группа 2,3) определим засечкой, сделанной из т.
радиусом
на траектории точки
. Соединив точку
с точкой
прямым отрезком, найдем положения звеньев 2 и 3.
Положение точки
(группа 4,5) определим также засечкой, сделанной из т.
радиусом
на траектории точки
. Соединив точку
с точкой
отрезком прямой, найдём положение звеньев 4 и 5.
Таким образом, строятся все 12 положений механизма. При этом заданное положение механизма (координата
) выделяется основными линиями, а остальные положения вычерчиваются тонкими линиями.
Построение планов скоростей
Построение планов скоростей и ускорений основано на графическом решении векторных уравнений.
Определение линейных скоростей и ускорений точек механизма начинается с механизма первого класса, а затем в порядке присоединения групп Ассура.
Рассмотрим построение плана скоростей для заданного положения механизма
. Модуль скорости точки
кривошипа, совершающего вращательное движение относительно стойки, определим
м/с,
где
рад/с.
Вектор скорости
направлен перпендикулярно радиусу кривошипа в сторону его вращения.
Масштабный коэффициент
выбираем таким образом, чтобы отрезок
, изображающий скорость
, был не менее 50 мм.
Задаемся масштабным коэффициентом
(м×с‾¹)/мм, тогда отрезок
, изображающий скорость
на чертеже, определится
.
мм.
Из произвольной точки
- полюса плана скоростей откладываем в указанном направлении отрезок
.
Составляем векторное уравнение для определения скорости точки
группы Асура (2,3):
.
В этом уравнении вектор
полностью известен и по величине и по направлению (отрезок
, изображающий этот вектор, уже отложен). Вектор
направлен перпендикулярно звену
, а вектор
- по направляющей
. Величины этих векторов неизвестны.
Согласно векторному уравнению, через конец вектора
(через точку
) проводим направление вектора
, а через начало вектора
(через полюс
) – направление вектора
. Точку пересечения указанных направлений обозначим
. Тогда отрезки
и
в выбранном масштабе будут соответствовать скоростям последовательно
и
.
Измеряем эти отрезки по плану скоростей:
мм,
мм;
вычисляем соответствующие скорости:
м/с;
м/с.
Скорость точки
определяем по теореме подобия
, откуда
.
По заданию
, тогда
мм,
где
- точка на плане скоростей, соответствующая точке
механизма.
Откладывая отрезок
на плане скоростей, вдоль отрезка
, получим точку
. Соединяя эту точку с полюсом, получим отрезок
, изображающий в масштабе вектор
. Измеряем величину этого отрезка
мм
и вычисляем скорость
м/с.
Определяем угловую скорость шатуна 2:
с-1.
Для определения направления угловой скорости
следует вектор
перенести в точку
механизма и посмотреть, как она в соответствии с направлением этого вектора движется относительно точки
. В нашем случае
направлена против часовой стрелки.
Аналогично строим план скоростей для второй группы Ассура (4,5). Составляем векторное уравнение

Вектор
направлен перпендикулярно звену
, а вектор
- по направляющей
. Величины этих векторов неизвестны.
Для решения векторного уравнения через конец вектора
(точка
) проводим направление вектора
, а через начало вектора
(через полюс
) – направление вектора
. Точку пересечения направлений обозначим
.
м/с;
м/с.
Скорость точки
определяем по теореме подобия
, откуда
.
По заданию
, тогда
мм.
Откладываем отрезок
на плане скоростей, вдоль отрезка
, получим точку
и соединяем ее с полюсом.
м/с.
Определяем угловую скорость шатуна 4
с-1.
Для определения направления угловой скорости
переносим вектор
в точку
механизма и смотрим, как она в соответствии с направлением этого вектора движется относительно точки
. В данном положении механизма
направлена по часовой стрелке.
Аналогичным образом строим планы скоростей для всех двенадцати положений механизма. Полученные значения скоростей заносим в таблицу скоростей (табл. 2.1).
Построение плана ускорений
План ускорений строится для заданного положения механизма (координата
).
Для механизма первого класса определяем ускорение точки
, совершающей вращательное движение по окружности радиуса
. Условно принимаем
, тогда полное ускорение точки
равно ее нормальному ускорению
м/с2.
Вектор
направлен по кривошипу
от точки
к точке
(к центру вращения кривошипа).
Задаваясь масштабом плана ускорений
м∙c-2/ мм, определяем величину отрезка
, изображающего вектор
на плане ускорений:
мм.
Выбираем произвольную точку
(полюс) и откладываем этот отрезок в указанном направлении.
Составляем векторное уравнение для определения ускорения точки
группы Ассура 2-3:
(2.1)
Разложим ускорение
на составляющие
, (2.2)
тогда
(2.3)
В этом уравнении вектор
уже полностью известен, а величина вектора
вычисляется по формуле:
м/с².
Таблица 2.1
| ω4
|
| 38,83
| 66,14
| 75,76
| 66,14
| 38,83
|
| 38,83
| 66,14
| 75,76
| 66,14
| 38,83
|
ω2
| 75,76
| 66,14
| 38,83
|
| 38,83
| 66,14
| 75,76
| 65,72
| 38,83
|
| 38,83
| 66,14
|
VS4
| 20,0
| 18,05
| 15,01
| 14,0
| 15,01
| 18,05
| 20,0
| 19,31
| 16,13
| 14,0
| 16,13
| 19,31
|
ps4
| 50,0
| 45,12
| 37,53
| 35,0
| 37,53
| 45,12
| 50,0
| 48,27
| 40,33
| 35,0
| 40,33
| 48,27
|
VS2
| 14,0
| 16,13
| 19,31
| 20,0
| 18,05
| 15,01
| 14,0
| 15,28
| 18,05
| 20,0
| 19,31
| 16,13
|
ps2
| 35,0
| 40,33
| 48,27
| 50,0
| 45,52
| 37,53
| 35,0
| 37,53
| 45,12
| 50,0
| 48,20
| 40,33
|
VC
| 20,0
| 15,07
| 7,78
|
| 7,78
| 15,07
| 20,0
| 19,57
| 12,22
|
| 12,22
| 19,57
|
pc
| 50,0
| 37,67
| 19,46
|
| 19,46
| 37,67
| 50,0
| 48,94
| 30,54
|
| 30,54
| 48,94
|
VB
|
| 12,22
| 19,50
| 20,0
| 15,07
| 7,78
|
| 7,78
| 15,07
| 20,0
| 19,5
| 12,22
|
pb
|
| 30,54
| 48,94
| 50,0
| 37,67
| 19,46
|
| 19,46
| 37,67
| 50,0
| 48,94
| 30,54
|
VCA
|
| 10,25
| 17,46
| 20,0
| 17,46
| 10,25
|
| 10,25
| 17,46
| 20,0
| 17,46
| 10,25
|
ac
|
| 25,63
| 43,65
| 50,0
| 43,65
| 25,63
|
| 25,63
| 43,65
| 50,0
| 43,65
| 25,63
|
VBA
| 20,0
| 17,46
| 10,25
|
| 10,25
| 17,46
| 20,0
| 17,35
| 10,25
|
| 10,25
| 17,35
|
ab
| 50,0
| 43,65
| 25,63
|
| 25,63
| 43,65
| 50,0
| 43,36
| 25,63
|
| 25,63
| 43,65
|
№ пол
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определим величину отрезка
, изображающего вектор
на плане ускорений,
мм.
Векторы в уравнении (2.3) направлены следующим образом:
,
(направлен от точки
к точке
),
.
В соответствии с правой частью векторного уравнения к вектору
прикладываем вектор
(т.е. от точки
откладываем в указанном направлении отрезок
, а через конец вектора
(через точку
) проводим направление вектора
). В соответствии с левой частью уравнения через полюс
проводим направление вектора
. Точку пересечения указанных направлений обозначим буквой
. Таким образом, отрезки
и
изображают в масштабе соответственно ускорению
и
. Измеряем величины этих отрезков и вычисляем ускорения:
м/с2;
м/с2.
Соединяя точки
и
, получим отрезок
, который в соответствии с уравнением (2.2) изображает вектор полного относительного ускорения
. Измеряем величину этого отрезка и вычисляем ускорение:
м/с2.
Определяем ускорение точки
. По теореме подобия имеем:
,
(по заданию
), тогда
мм.
Откладывая этот отрезок вдоль отрезка
, получим точку
. Соединяя ее с полюсом
, получим отрезок
, изображающий вектор
. Измеряем этот отрезок и вычисляем ускорение
м/с2.
Находим величину углового ускорения шатуна 2
с-2.
Для определения направления
следует вектор
перенести в точку
механизма и посмотреть, как она в соответствии с этим вектором движется относительно точки
. В нашем случае
направлено по часовой стрелке.
Аналогично строим план ускорений для второй группы Аcсура (4-5).
Составляем векторное уравнение:
(2.4)
Разложив ускорение
на составляющие, получим:
(2.5)
В этом уравнении вектор
полностью известен, а величина вектора
вычисляется по формуле:
м/с2.
Отрезок
, изображающий ускорение
, на плане ускорений определится:
мм.
Векторы в уравнении (2.5) направлены следующим образом:
,
(направлен от точки
к точке
),
.
В соответствии с правой частью векторного уравнения к вектору
прикладываем вектор
(т.е. от точки
откладываем в указанном направлении отрезок
, а через конец вектора
(через точку
) проводим направление вектора
).
В соответствии с левой частью уравнения через полюс
проводим направление вектора
. Точку пересечения указанных направлений обозначим точкой
. Таким образом, отрезки
и
изображают в масштабе соответственно ускорению
и
. Измеряем величины этих отрезков и вычисляем ускорения:
м/с2;
м/с2.
Соединяя точки
и
, получим отрезок
, который изображает вектор полного относительного ускорения
. Измеряем величину этого отрезка и вычисляем ускорение:
м/с2.
Определяем ускорение точки
. По теореме подобия имеем:
, откуда
мм.
Откладывая этот отрезок вдоль отрезка
, получим точку
. Соединяя ее с полюсом
, получим отрезок
, изображающий вектор
. Измеряем этот отрезок и вычисляем ускорение:
м/с2.
Находим величину углового ускорения шатуна 4:
с-2.
Для определения направления
следует вектор
перенести в точку
механизма и посмотреть, как она в соответствии с этим вектором движется относительно точки
. В нашем случае
направлено по часовой стрелке.