Разработка программного обеспечения «Проведение структурного анализа схем плоских механизмов»

Разработка программного обеспечения «Проведение структурного анализа схем плоских механизмов»

А. А. Ильский

Московский государственный институт электроники и математики, каф. ИТАС

Задачей структурного анализа механизма является определение N - количества подвижных звеньев, Р - количества кинематических пар, входящих в его состав, а также нахождение 8 - подвижности каждой кинематической пары и w - степени подвижности механизма.

Для решения задачи структурного анализа необходимо последовательное разделение механизма на структурные группы. Такая структурная декомпозиция механизма значительно упрощает его геометрическое, кинематическое и динамическое исследование, поскольку структурные группы, как правило, описываются независимыми системами соответствующих уравнений небольшого порядка.

Связи, накладываемые на относительные движения звеньев, могут быть определены при помощи структурной схемы. Схемы механизма, выполнены с учетом условных обозначений кинематических пар и звеньев. Некоторые из связей или подвижностей могут быть выявлены только на кинематической схеме механизма, где учитываются геометрические размеры звеньев.

В плоских механизмах степень подвижности определяется по формуле Чебышева:

Ш = 3 • п - 2 • Р5 - Р4;

где п - число подвижных звеньев механизма;

Р5 - число кинематических пар 5-го класса;

Р4 - число кинематических пар 4-го класса.

Любой механизм может быть образован из механизма 1-го класса, представляющего собой ведущее звено со стойкой и присоединенных к нему структурных групп.

Структурной группой Ассура называется, такая кинематическая цепь, которая после присоединения свободными элементами звеньев к стойке имеет нулевую степень подвижности. Поэтому, после присоединения группы к механизму, степень подвижности его не изменится.

Согласно классификации, структурные группы делятся на классы: II, III, IV и т.д. Группы П-го класса состоят из 2-х звеньев и 3-х кинематических пар, группы Ш-го класса - из 4-х звеньев и 6-ти пар. Вообще, структурная группа состоит из четного числа звеньев, а число пар должно быть кратно трем. Порядок группы определяется числом звеньев, которыми группа присоединяется к механизму. Очевидно, все группы П-го класса имеют второй порядок. Группы П-го класса делятся на виды в зависимости от сочетания и взаимного расположения вращательных и поступательных пар.

Класс механизма определяется высшим классом структурной группы, входящей в его состав. Разложение механизма на структурные группы следует начинать с отсоединения наиболее удаленной от ведущего звена группы, состоящей из двух звеньев и трех пар, т. е. группы II класса. Если это не удается, то надо попытаться отделить группу более высокого класса. После отделения первой группы надо попытаться отделить опять группу II класса и так до тех пор, пока не останется механизм I класса. Структурный анализ заканчивается определением класса механизма и составлением формулы строения механизма, показывающей из каких групп он состоит и в какой последовательности они соединяются. При разложении механизма на структурные группы следует иметь в виду, что класс механизма может измениться в зависимости от выбора ведущего звена.

Программа разрабатывалась с целью демонстрации и обучения проведению структурного анализа схем плоских механизмов, а также как инструмент поиска и корректировки ошибок первичного (произведенного человеком) структурного анализа схемы. К достоинствам программы можно отнести:

Работа программы описывается блок схемой:

Рис. 1. основное окно

Запуск программы: Вводим номер схемы.

(при использовании исходного файла с описанием схем от 1 до 32).

Рис 2. начальный вид

Вводим данные в поля ввода (слева наименования для каждого поля).

Рис. 3. пример заполнения

Рис. 4. начальный вид

Последовательно введите номера звеньев в соответствующие поля, затем введите номер звена, которое будет заменено в заменяющей схеме (возможна замена

нескольких звеньев).

Рис. 5. пример ввода пары

Рис. 6. пример произведения замены

Рис. 7. начальный вид Последовательно введите номера звеньев в соответствующие поля

Рис. 8. пример заполнения После указания всех возможных комбинаций программа перейдет на следующий пункт

задания.

Введите количество структурных групп, звенья в них входящие и их тип, а также

первичный механизм.

Рис. 9. начальный вид

Рис. 10. пример ввода количества структурных групп

Рис. 11. пример ввода первичного механизма

Первичный

механизм

Рис. 12. пример ввода структурной группы

ВВВ группа, W=0, II класс

ВПП группа, W=0, II класс /4 5}

Запишите структурную формулу и введите класс механизма. Пример: I/6,1}+П/2,3}ВПВ+П/4,9}ВВВ+Ш//5}ВВВ+/7}ВП+/8}ВВ }

Рис. 13 начальный вид

Рис. 14 пример ввода структурной формулы и класса механизма

Введите свои данные и сохраните файл с результатами.

Рис. 15 Сохранение результата - исходный вид

Рис. 16 Сохранение результата - пример заполнения В ходе разработки были выполнены все основные элементы технического задания. Был создан новый продукт ПО. Продукт можно использовать в целях обучения и наглядной демонстрации проведения структурного анализа схемы плоского механизма.

Этот проект в дальнейшем будет использоваться в курсе механики для выполнения лабораторных работ.