機械原理-機構(gòu)的組成原理與結(jié)構(gòu)分析.ppt

第二章機構(gòu)的組成原理與結(jié)構(gòu)分析 2 1基本概念 2 2機構(gòu)運動簡圖 2 3平面機構(gòu)的自由度 本章目錄 下一頁 上一頁 退出 總目錄 2 4平面機構(gòu)的組成原理與結(jié)構(gòu)分析 2 5空間機構(gòu)的自由度 本章重點 機構(gòu)自由度的計算機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 本章難點 機構(gòu)運動簡圖的繪制 2 1基本概念 2 1 1構(gòu)件 構(gòu)件與零件的區(qū)別 運動單元體 加工制造單元體 機器中獨立的運動單元體 從運動觀點看 機構(gòu)由構(gòu)件組成從制造觀點看 機構(gòu)由零件組成 構(gòu)件可以由一個零件組成 也可以由幾個零件組成 內(nèi)燃機 2 1 2運動副 兩構(gòu)件直接接觸而又能產(chǎn)生一定相對運動的連接稱為運動副 運動副元素 參與接觸而構(gòu)成運動副的部分 運動副的特點 既限制了兩構(gòu)件的某些相對運動 又允許一定的相對運動 點 線 面 運動副的分類 轉(zhuǎn)動副移動副 平面運動副 空間運動副 低副 面接觸 平面高副 點 線接觸 球副 球銷副 圓柱副 螺旋副 轉(zhuǎn)動副 一個獨立的相對運動 應用 鉸鏈四桿機構(gòu) 畫法 平面運動副 移動副 一個獨立的相對運動 畫法 應用 曲柄滑塊機構(gòu) 平面運動副 平面高副 二個獨立的相對運動 凸輪副 齒輪副 平面運動副 畫法 空間運動副 三個獨立的相對轉(zhuǎn)動 球副 球銷副 二個獨立的相對轉(zhuǎn)動 圓柱副 二個獨立的相對運動 螺旋副 一個獨立的相對運動 空間運動副 2 1 3運動鏈 若干構(gòu)件通過運動副連接而成的系統(tǒng)稱為運動鏈 閉鏈運動鏈中每個構(gòu)件至少包括兩個運動副元素 構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng) 用于各種機械 開鏈運動鏈中有的構(gòu)件只包含一個運動副元素 構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng) 用于機械手 挖掘機等多自由度機械 運動鏈的分類 運動鏈 開鏈 閉鏈 閉鏈 機架 主動件 從動件 從動件 運動鏈怎樣成為機構(gòu) 運動鏈成為機構(gòu)的條件 具有一個機架具有一個或少數(shù)幾個作獨立運動的構(gòu)件 主動件從動件的運動規(guī)律應完全確定 2 2平面機構(gòu)的運動簡圖 用簡單的線條和規(guī)定的符號來表示構(gòu)件和運動副 并按比例定出各運動副的位置 這種表明機構(gòu)各構(gòu)件間的相對運動關(guān)系的簡化圖形稱為機構(gòu)運動簡圖 常用構(gòu)件的表示方法 軸 桿類構(gòu)件 機架 構(gòu)件間的永久聯(lián)接 常用構(gòu)件的表示方法 具有兩個運動副元素的構(gòu)件 雙副構(gòu)件 具有三個運動副元素的構(gòu)件 三副構(gòu)件 齒輪傳動的表示法 凸輪機構(gòu)中的凸輪和滾子的表示法 機構(gòu)運動簡圖的畫法 分析機構(gòu)的動作原理 組成情況及運動情況 找出其主動件 機架 從動件 按照運動傳遞的路線 判斷運動副的形式 選擇投影面 多數(shù)構(gòu)件的運動平面 選擇適當?shù)谋壤呃L制機構(gòu)運動簡圖 抽水唧筒 碼頭吊車 牛頭刨床 例2 1繪制液壓泵的機構(gòu)運動簡圖 A B C 4 2 3平面機構(gòu)的自由度 2 3 1構(gòu)件的自由度 A B 確定平面構(gòu)件的位置需要三個獨立參數(shù)x y 自由度 確定構(gòu)件位置所需的獨立參數(shù)的數(shù)目或構(gòu)件所具有的獨立運動的數(shù)目 一個做平面運動的自由構(gòu)件自由度 3 約束 對獨立運動所加的限制 2 3 2運動副的約束特點 高副 約束特點約束數(shù)目 x y方向移動 y方向移動2繞z軸的轉(zhuǎn)動 y方向移動1 轉(zhuǎn)動副 移動副 2 2 3 3機構(gòu)的自由度 機構(gòu)所具有的獨立運動的數(shù)目 公式 n 活動構(gòu)件數(shù) 總構(gòu)件數(shù)N 1 pl 低副數(shù) ph 高副數(shù) 例 計算下列機構(gòu)或運動鏈的自由度 n 2 pl 3 ph 0 F 3n 2pl ph 0 n 4 pl 6 ph 0 F 3n 2pl ph 0 F 0桁架 構(gòu)件間無相對運動 n 2 pl 2 F 3n 2pl ph 1 ph 1 n 3 pl 4 ph 0 F 3n 2pl ph 1 主動件數(shù) 自由度 機構(gòu)有確定運動 主動件數(shù) 自由度 機構(gòu)被破壞 F 3n 2pl ph 2 n 4 pl 5 ph 0 主動件數(shù) 自由度 機構(gòu)無規(guī)則運動 主動件數(shù) 1 主動件數(shù) 2 主動件數(shù) 自由度 機構(gòu)有確定運動 2 3 4機構(gòu)具有確定運動的條件 機構(gòu)的主動件數(shù) 機構(gòu)的自由度數(shù) 機構(gòu)具有確定運動的條件就是 F 0 桁架 構(gòu)件間無相對運動 F 0 機構(gòu)被破壞 機構(gòu)無規(guī)則運動 機構(gòu)有確定運動 n 5 pl 6 ph 0 F 3n 2pl ph 3 2 3 5計算機構(gòu)自由度時應注意的問題 1 復合鉸鏈 1 2 3 1 2 3 復合鉸鏈數(shù) 構(gòu)件數(shù) 1 兩個以上構(gòu)件同時在一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接就構(gòu)成了復合鉸鏈 n 5 pl 7 ph 0 F 3n 2pl ph 1 n 5 pl 6 ph 0 F 3n 2pl ph 3 2 局部自由度 n 3 pl 3 ph 1 F 3n 2pl ph 2 個別構(gòu)件所具有的 不影響其他構(gòu)件運動的自由度稱為局部自由度 去掉局部自由度 n 2 pl 2 ph 1 F 3n 2pl ph 1 1 設(shè)想將滾子與推桿固結(jié)在一起 視為一個構(gòu)件 2 直接在公式中去除局部自由度 F 3n 2pl ph 1 3 3 2 3 1 1 1 3 虛約束 n 4 pl 6 ph 0 F 3n 2pl ph 0 不起獨立限制作用的重復約束稱為虛約束 A B C D E F ABEFCD 去掉虛約束 n 3 pl 4 ph 0 F 3n 2pl ph 1 軌跡重合 不同構(gòu)件上兩點距離恒定 1 2 3 4 5 A D B C E F 兩構(gòu)件組成多個轉(zhuǎn)動副 且軸線重合 兩構(gòu)件組成多個移動副 且導路平行 兩構(gòu)件組成多個高副 且接觸點之間距離為常數(shù) 對運動不起作用的對稱部分 F 3n 2pl ph 3 3 2 3 2 1 公共約束 F 3 1 n 2 1 pl 由于運動副的特殊組合和特殊布置 使得機構(gòu)中所有構(gòu)件同時受到某些約束而共同喪失了一些獨立運動的可能性 一般就把這類約束稱為公共約束 例題 計算機構(gòu)的自由度 3 7 2 9 1 2 F 3n 2pl ph A B C D E E F O G 課外題 A B C D a A B C D E F A B C D b d 課外題 A B C D a A B C D E F b n 4 pl 5 ph 1 F 3n 2pl ph 1 注 A處有復合鉸鏈 n 4 pl 5 ph 1 F 3n 2pl ph 1 注 B處有局部自由度 F處有虛約束 A B C D d n 5 pl 7 ph 0 F 3n 2pl ph 1 注 B處有復合鉸鏈 n 6 pl 7 ph 3 F 3n 2pl ph 1 注 B C D處有復合鉸鏈 2 4平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析 2 4 1機構(gòu)的組成原理 機構(gòu) 機架 主動件 從動件組 F機構(gòu) F機構(gòu) F機架 F主動件 F從動件組 0 F 3 5 2 7 1 F 1 F 3 4 2 6 0 機構(gòu)的組成原理 F 3 5 2 7 1 F 1 F 3 2 2 3 0 機構(gòu)的基本桿組 最后不能再拆的 最簡單的自由度為零的構(gòu)件組稱為機構(gòu)的基本桿組 任何機構(gòu)都可以看作是由若干個基本桿組依次連接于主動件和機架上而構(gòu)成的 機構(gòu)的組成原理 機構(gòu)的組成原理 機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計 全部由低副組成的基本桿組滿足的條件 級桿組 n 2 pl 3 二桿三副 2 4 2機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 F 3n 2pl 0即pl 3n 2 級桿組 n 4 pl 6 拆桿組 級桿組的形式 PRP RPP RRR RRP RPR R revolutepairP prismaticpair 五種 n 2 pl 3 級桿組的形式 n 4 pl 6 中間是1個三副構(gòu)件 外部是3個雙副構(gòu)件 3 3 6 1 3 4 有3個內(nèi)副 3個外副 特點 1 3 4 3 3 6 級桿組的形式 特點 有4個內(nèi)副 n 4 pl 6 機構(gòu)的級別 機構(gòu)中桿組的最高級別即為機構(gòu)的級別 級機構(gòu) 全部是 級桿組 級機構(gòu) 最高桿組是 級桿組 1 除去機構(gòu)中的虛約束和局部自由度 算出機構(gòu)自由度并指出主動件 2 拆去主動件和機架 3 從與主動件相連接的運動副開始 向與機架相連接的運動副方向搜索 找出外運動副已知的 級或 級桿組 4 從與已拆下的前一級桿組相連接的運動副開始 重復上步過程 直至拆出全部基本桿組 5 根據(jù)所拆分出的基本桿組的最高級別 確定該機構(gòu)的級別 拆桿組的步驟 級機構(gòu) 例題 分析牛頭刨床的結(jié)構(gòu)并確定該機構(gòu)的級別 RPR RRP 運動鏈中 選不同的構(gòu)件做機架和主動件 可得到完全不同的機構(gòu) 1 2 3 4 5 6 機架變換和主動件的選擇 選6為機架 1為主動件 級機構(gòu) 1 2 3 4 5 6 選6為機架 4為主動件 級機構(gòu) 1 2 3 4 5 6 選2為機架 1為主動件 1 2 3 4 5 6 級機構(gòu) 例題 拆分桿組 確定機構(gòu)的級別 級機構(gòu) 2 4 3平面低副的同性異形演化 2 4 3 1移動副的同性異形演化 1 組成移動副兩元素的包容面與被包容面可互換 2 組成移動副的方位線可平移 A B C D 組成移動副的方位線可平移 2 4 3 1轉(zhuǎn)動副的同性異形演化 A A 2 1 3 2 3 1 B B 2 4 3 1轉(zhuǎn)動副的同性異形演化 2 4 4平面機構(gòu)中的高副低代 1 高副低代 將機構(gòu)中的高副根據(jù)一定的條件虛擬地以低副加以代替 2 應滿足的條件 若兩接觸輪廓均為曲線 高副低代的方法 用兩個轉(zhuǎn)動副和一個構(gòu)件來代替一個高副 這兩個轉(zhuǎn)動副分別處在高副兩輪廓接觸點的曲率中心 若兩接觸輪廓之一為一點 若兩接觸輪廓之一為直線 作業(yè) P27 2 2 g圖除外 2 3 d圖除外 2 4 注意 2 2 d圖的三個圓是齒輪 習題 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A C O1 B O1 齒輪 曲柄的轉(zhuǎn)軸 齒輪 曲柄為一個構(gòu)件A 1 2的轉(zhuǎn)動中心6 齒輪與凸輪一體5 局部自由度滾子 1 9轉(zhuǎn)動副1 2轉(zhuǎn)動副1 6高副2 3轉(zhuǎn)動副3 4轉(zhuǎn)動副3 9移動副5 6高副6 9轉(zhuǎn)動副4 7移動副7 8轉(zhuǎn)動副8 9移動副4 5轉(zhuǎn)動副 活動構(gòu)件n 9 1 機架 pl 9 F 3n 2pl ph 1 1 局部自由度 7