《機械設計基礎》3平面機構的結構分析ppt課件

1、3.1 機構結構分析的內(nèi)容及目的 3.2 運動副 3.3 平面機構的運動簡圖 3.4 平面機構的自由度與實例分析 3.5 平面機構的組成原理與結構分析,第3章 平面機構的結構分析,3.1 機構結構分析的內(nèi)容及目的,機構結構分析的內(nèi)容及目的 1了解機構的組成，搞清運動副、運動鏈、約束和自由度 等基本概念； 2掌握常用平面機構運動簡圖的繪制方法； 3熟練掌握平面機構自由度的計算方法； 4熟悉平面機構具有確定運動的條件,根據(jù)各構件的運動平面是否平行將機構分為兩大類 平面機構本章主要學習內(nèi)容 空間機構,3.2 運動副,構件和構件之間直接接觸并具有一定的相對運動的連接稱為運動副,運動副元素：兩構件上直接

2、參加接觸構成運動副的部分,一、運動副,運動副,自由度：把構件相對于參考系具有的獨立運動參數(shù)的數(shù)目稱為自由度。 一個作平面運動的自由構件具有三個自由度,運動副,運動副約束: 對構件獨立運動所加的限制稱為約束。 自由度減少的個數(shù)等于約束的數(shù)目,運動副可分為平面運動副和空間運動副兩大類,按兩構件接觸情況，常分為低副、高副兩大類,1.低副 兩構件以面接觸而形成的運動副,1) 轉(zhuǎn)動副：只允許兩構件作相對轉(zhuǎn)動，又稱作鉸鏈。（圓柱面接觸,a)固定鉸鏈,一）平面運動副,運動副,b)活動鉸鏈,運動副,2) 移動副：只允許兩構件作相對移動。 （平面接觸,移動副,運動副,低副引入兩個約束，保留1個自由度,2.高副

3、兩構件以點或線接觸而構成的運動副,凸輪副,運動副,齒輪副,運動副,高副引入1個約束，保留兩個自由度,二）空間運動副,若兩構件之間的相對運動均為空間運動，則稱為空間運動副,螺旋副,球面副,運動副,二、運動鏈與機構,運動鏈：構件通過運動副連接所構成的相對可動的系統(tǒng)。 根據(jù)運動鏈是否封閉可以分為兩大類： 閉式運動鏈 如圖中的a、b 開式運動鏈如圖中的c、d 在各種機械中一般都采用閉鏈,運動副,圖3.4運動副,運動副,機構：將運動鏈中的一個構件固定作為機架，這樣運動鏈 就成為機構,三、機構中構件的分類,機構中的構件可分為以下三類： 機架（固定件） 機構中的固定構件稱為機架，它的作用是支撐運動構件。 原

4、動件（主動件、輸入構件） 由外界給定運動規(guī)律的構件稱為主動件，一般原動件與機架相連 從動件 除主動件以外的全部活動構件稱為從動件,3.3 平面機構的運動簡圖,一、運動副及構件的表示方法,1.構件：均用直線或小方塊等來表示，畫有斜線的表示機架,機構運動簡圖： 用簡單的線條和符號來代表構件和運動副，并按一定比例確定各運動副的相對位置。這種表示機構中各構件間相對運動關系的簡單圖形稱為機構運動簡圖,2.轉(zhuǎn)動副,構件組成轉(zhuǎn)動副時，如下圖表示。 圖垂直于回轉(zhuǎn)軸線時用圖a表示； 圖面不垂直于回轉(zhuǎn)軸線時用圖b表示。 表示轉(zhuǎn)動副的圓圈，其圓心必須與回轉(zhuǎn)軸線重合。 一個構件具有多個轉(zhuǎn)動副時，則應在兩條交叉處涂黑，

5、或在其內(nèi)畫上斜線,平面機構的運動簡圖,3. 移動副,兩構件組成移動副，其導路必須與相對移動方向一致,平面機構的運動簡圖,4. 平面高副,兩構件組成平面高副時，其運動簡圖中應畫出兩構件接觸處的曲線輪廓，對于凸輪、滾子，習慣劃出其全部輪廓；對于齒輪，常用點劃線劃出其節(jié)圓,平面機構的運動簡圖,二、 繪制機構運動簡圖的步驟,1）分析機構的結構和運動情況 （2）確定構件、運動副的類型和數(shù) （3）選擇視圖平面 （4）選定適當?shù)谋壤遧，繪制機構運動簡圖,平面機構的運動簡圖,例3.1 試繪制內(nèi)燃機的機構運動簡圖,平面機構的運動簡圖,解：1）分析運動，確定構件 的類型和數(shù)量,2）確定運動副的類型和數(shù)目,3）選

6、擇視圖平面,4）選取比例尺，根據(jù)機構 運動尺寸，定出各運動 副間的相對位置,5）畫出各運動副和機構 符號，并表示出各構件,平面機構的運動簡圖,平面機構的運動簡圖,一、平面機構自由度的計算,1.機構自由度,機構所具有獨立運動的數(shù)目稱機構的自由度，用F表示,2.計算公式,F ：機構的自由度數(shù)； n：機構中活動構件數(shù)； Pl ：機構中低副數(shù)； Ph ：機構中高副數(shù),F = 3n - 2Pl - Ph,則,3.4 平面機構的自由度與實例分析,平面機構自由度的計算 機構具有確定運動的條件 自由度計算時應注意的幾種情況,本節(jié)內(nèi)容,n = 3, Pl = 4, Ph = 0,F = 3n - 2Pl - P

7、h,33 - 2Pl - Ph,33 - 24 - 0,1,計算實例 1,平面機構的自由度與實例分析,n =5, Pl = 7, Ph = 0,F = 3n 2Pl Ph,35 27 0,1,解,計算實例 2,平面機構的自由度與實例分析,1.實例分析,不能產(chǎn)生運動,二、機構具有確定運動的條件,平面機構的自由度與實例分析,給定構件1運動參數(shù) = ( t )， 構件2、3、4的運動是不確定的,再給定構件4運動參數(shù) = ( t )， 構件2、3的運動是確定的,平面機構的自由度與實例分析,2.結論,平面機構具有確定運動的條件： 機構的自由度數(shù)目F0，并且等于機構原動件個數(shù)(W,1）F0 ，機構不能運動

8、 （2） F0 F W ，機構可以運動，但運動不確定； F W ，機構不能運動，并且有可能在薄弱處損壞； F = W，機構有確定的運動,平面機構的自由度與實例分析,三、自由度計算時應注意的幾種情況,1.復合鉸鏈,2.局部自由度,3.虛約束,兩個以上構件在同一處用轉(zhuǎn)動副連接，就形成了復合鉸鏈,說 明,個別構件所具有的，不影響整個機構運動的自由度稱為局部自由度,說 明,重復出現(xiàn)的，對機構運動不起獨立限制作用的約束稱為虛約束,說 明,虛約束常見情況及處理方法,說 明,平面機構的自由度與實例分析,處理方法： m個構件組成復合鉸鏈時，共有m 1個轉(zhuǎn)動副,處理方法：計算機構自由度時，局部自由度應除去不計,

9、計算機構自由度時，虛約束應除去不計,機構中虛約束是實際存在的，計算中所謂“除去不計”是從運動觀點分析做的假想處理，并非實際拆除,虛約束是在一些特定的幾何條件下引入的，如“平行”、“重合”、“距離不變”等。如果幾何條件不滿足，虛約束會轉(zhuǎn)化為有效約束,機構中引入虛約束是為了受力均衡，增大剛度等，同時也提高了對制造和裝配精度的要求,平面機構的自由度與實例分析,虛約束對機構的影響,例題3.4 計算圖示振動篩機構的自由度，并判別機構運動的確定性。 分析：C處為復合鉸鏈，E與E存在虛約束，滾子繞F點的轉(zhuǎn)動為局部自由度。 F 3n 2Pl Ph 37291 2原動件數(shù)目 該機構具有確定的相對運動,平面機構的

10、自由度與實例分析,三個構件組成復合鉸鏈，含有兩個轉(zhuǎn)動副。 同理：m個構件組成復合鉸鏈時，共有m 1個轉(zhuǎn)動副,平面機構的自由度與實例分析,慣性篩機構,C處為復合鉸鏈,計算中注意觀察是否有復合鉸鏈，以免漏算轉(zhuǎn)動副數(shù)目，出現(xiàn)計算錯誤,n = 5, Pl = 7, Ph = 0,35 -27 0 = 1,F = 3n - 2Pl Ph,平面機構的自由度與實例分析,計算實例,滾子的轉(zhuǎn)動自由度并不影響整個機構的運動，屬局部自由度,分析： n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F = 3n - 2Pl Ph =33 - 23-1 = 2 與實際不符,平面機構的自由度與實例分析,應除去局部自由度，可將

11、滾子和從動件看作一個構件,處理方法,實際結構上為減小摩擦采用局部自由度，“除去”指計算中不計入，并非 實際拆除,教材圖1-13b動畫,n = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 3n - 2Pl Ph = 32 - 22 1 = 1,與實際相符,平面機構的自由度與實例分析,n = 4, Pl =6, Ph = 0,構件5給機構引入三個自由度，四個約束。多出的一個約束對機構的運動不起獨立的限制作用，是虛約束,與實際不符,F = 34 -26 0 = 0,平面機構的自由度與實例分析,n = 3, Pl =4, Ph =0 F = 33 - 24 0 = 1,處理方法,與實際相符,應除去虛約束，即將產(chǎn)生虛約束的構件5及運動副除去不計,平面機構的自由度與實例分析,1.兩構件未組成運動副前，連接點處的軌跡已重合為一，組成的運動副 存在虛約束,計算中應將產(chǎn)生虛約束的構件及運動副一起除去不計,虛約束常見情況及處理,平面機構的自由度與實例分析,虛約束常見情況及處理,計算中只計入一個移動副,2.兩構件組成多個移動副，且導路相互平行或重合時，只有一個移動副 起約束作用，其余為虛約束,平面機構的自由度與實例分析,3.兩構件組成多個轉(zhuǎn)動副，且軸線重合，只有一個轉(zhuǎn)動副起約束作用， 其余為約束,虛約束常見情