機械原理第章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)2

第二章平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析§2－1機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的§2－2機構(gòu)的組成§2－3機構(gòu)運動簡圖§2－4機構(gòu)具有確定運動的條件§2－5平面機構(gòu)自由度的計算§2－6自由度計算中的特殊問題§2－7機構(gòu)的組成原理及其結(jié)構(gòu)分類中南大學(xué)專用作者：潘存云教授§2－1機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的1.研究機構(gòu)的組成及其具有確定運動的條件目的是2.按結(jié)構(gòu)特點對機構(gòu)進行分類不同的機構(gòu)都有各自的特點，把各種機構(gòu)按結(jié)構(gòu)加以分類，其目的是按其分類建立運動分析和動力分析的一般方法。3.繪制機構(gòu)運動簡圖目的是為運動分析和動力分析作準(zhǔn)備?！鍣C構(gòu)包含哪幾個部分;▲各部分如何相聯(lián)？▲以及怎樣的結(jié)構(gòu)才能保證具有確定的相對運動？這對于設(shè)計新的機構(gòu)顯得尤其重要。中南大學(xué)專用作者：潘存云教授4.研究機構(gòu)的組成原理目的是搞清楚按何種規(guī)律組成的機構(gòu)能滿足運動確定性的要求。機構(gòu)有簡有繁，構(gòu)件有多有少，而運動確定是它們的共同特征。研究的中南大學(xué)專用作者：潘存云教授名詞術(shù)語解釋:1.構(gòu)件(Link)－獨立的運動單元

內(nèi)燃機中的連桿§1－2機構(gòu)的組成作者：潘存云教授內(nèi)燃機連桿套筒連桿體螺栓墊圈螺母軸瓦連桿蓋零件(part)－獨立的制造單元中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授2.運動副a)兩個構(gòu)件、b)直接接觸、c)有相對運動運動副元素－直接接觸的部分（點、線、面）例如：凸輪、齒輪齒廓、活塞與缸套等。定義：運動副－－兩個構(gòu)件直接接觸組成的仍能產(chǎn)生某些相對運動的聯(lián)接。三個條件，缺一不可作者：潘存云教授中南大學(xué)專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授運動副的分類：1)按引入的約束數(shù)分有：I級副II級副III級副I級副、II級副、III級副、IV級副、V級副。中南大學(xué)專用作者：潘存云教授2)按相對運動范圍分有：平面運動副－平面運動(Plannarkinematicpair)平面機構(gòu)－全部由平面運動副組成的機構(gòu)。IV級副例如：球鉸鏈、拉桿天線、螺旋、生物關(guān)節(jié)?？臻g運動副－空間運動(Spatialkinematicpair)V級副1V級副2空間機構(gòu)－至少含有一個空間運動副的機構(gòu)。中南大學(xué)專用作者：潘存云教授3)按運動副元素分有：①高副(highpair)－點、線接觸，應(yīng)力高。②低副(lowerpair)－面接觸，應(yīng)力低。例如：滾動副、凸輪副、齒輪副等。例如：轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副）、移動副。中南大學(xué)專用作者：潘存云教授常見運動副符號的表示:國標(biāo)GB4460－84詳見教材P13頁。中南大學(xué)專用作者：潘存云教授常用運動副的符號運動副名稱運動副符號兩運動構(gòu)件構(gòu)成的運動副轉(zhuǎn)動副移動副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時的運動副122121平面運動副中南大學(xué)專用作者：潘存云教授平面面高高副副螺旋旋副副21121221211212球面副球銷副121212空間間運運動動副副121212中南南大大學(xué)學(xué)專專用用作作者者：：潘潘存存云云教教授授構(gòu)件件的的表表示示方方法法:中南南大大學(xué)學(xué)專專用用作作者者：：潘潘存存云云教教授授一般般構(gòu)構(gòu)件件的的表表示示方方法法桿、、軸軸構(gòu)構(gòu)件件固定定構(gòu)構(gòu)件件同一一構(gòu)構(gòu)件件中南南大大學(xué)學(xué)專專用用作作者者：：潘潘存存云云教教授授三副副構(gòu)構(gòu)件件兩副副構(gòu)構(gòu)件件一般般構(gòu)構(gòu)件件的的表表示示方方法法中南南大大學(xué)學(xué)專專用用作作者者：：潘潘存存云云教教授授運動動鏈鏈－－兩兩個個以以上上的的構(gòu)構(gòu)件件通通過過運運動動副副的的聯(lián)聯(lián)接接而而構(gòu)構(gòu)成成的的系系統(tǒng)統(tǒng)。。注意意事事項項:作者：潘存云教授畫構(gòu)構(gòu)件件時時應(yīng)應(yīng)撇撇開開構(gòu)構(gòu)件件的的實實際際外外形形，，而而只只考考慮慮運運動動副副的的性性質(zhì)質(zhì)。閉式式鏈鏈(Closechain)3.運運動動鏈鏈(Kinematicchain)作者：潘存云教授開式式鏈鏈(Openchain)中南南大大學(xué)學(xué)專專用用作作者者：：潘潘存存云云教教授授若干1個或幾個1個4.機機構(gòu)構(gòu)定義義：具有有確確定定運運動動的的運運動動鏈鏈稱稱為為機機構(gòu)構(gòu)。。機架架－作作為為參參考考系系的的構(gòu)構(gòu)件件，如機機床床床床身身、、車車輛輛底底盤盤、、飛飛機機機機身身。。機構(gòu)構(gòu)的的組組成成：：機構(gòu)構(gòu)＝機機架架＋＋原原動動件件＋＋從從動動件件機構(gòu)構(gòu)是是由由若若干干構(gòu)構(gòu)件件經(jīng)經(jīng)運運動動副副聯(lián)聯(lián)接接而而成成的的，，很很顯顯然然，，機機構(gòu)構(gòu)歸歸屬屬于于運運動動鏈鏈，，那那么么，，運運動動鏈鏈在在什什么么條條件件下下就就能能稱稱為為機機構(gòu)構(gòu)呢呢？？即即各各部部分分運運動動確確定定。。分分別別用用四四桿桿機機構(gòu)構(gòu)和和五五桿桿機機構(gòu)構(gòu)模模型型演演示示得得出出如如下下結(jié)結(jié)論論：：在運運動動鏈鏈中中，，如如果果以以某某一一個個構(gòu)構(gòu)件件作作為為參參考考坐坐標(biāo)標(biāo)系系，，當(dāng)當(dāng)其其中中另另一一個個（（或或少少數(shù)數(shù)幾幾個個））構(gòu)構(gòu)件件相相對對于于該該坐坐標(biāo)標(biāo)系系按按給給定定的的運運動動規(guī)規(guī)律律運運動動時時，，其其余余所所有有的的構(gòu)構(gòu)件件都都能能得得到到確確定定的的運運動動，，那那么么，，該該運運動動鏈鏈便便成成為為機機構(gòu)構(gòu)。。原（（主主））動動件件－按按給給定定運運動動規(guī)規(guī)律律運運動動的的構(gòu)構(gòu)件件。從動件－其余可可動構(gòu)件件。中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授§1－2平平面機構(gòu)構(gòu)運動簡簡圖機構(gòu)運動動簡圖－用以說說明機構(gòu)構(gòu)中各構(gòu)構(gòu)件之間間的相對對運動關(guān)系系的簡單單圖形。。作用：1.表表示機構(gòu)構(gòu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)和運動動情況。。機動示意意圖－不不按比例例繪制的的簡圖現(xiàn)摘錄了了部分GB4460－－84機構(gòu)示意意圖如下下表。2.作為為運動分分析和動動力分析析的依據(jù)據(jù)。中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授常用機構(gòu)構(gòu)運動簡簡圖符號號在機架上的電機齒輪齒條傳動帶傳動圓錐齒輪傳動中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授鏈傳動圓柱蝸桿蝸輪傳動凸輪傳動外嚙合圓柱齒輪傳動中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授機構(gòu)運動動簡圖應(yīng)滿足的的條件：1.構(gòu)件件數(shù)目與與實際相相同2.運動動副的性性質(zhì)、數(shù)數(shù)目與實實際相符符3.運動動副之間間的相對對位置以以及構(gòu)件件尺寸與與實際機機構(gòu)成比例。。棘輪機構(gòu)內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授繪制機構(gòu)構(gòu)運動簡簡圖步驟：1.運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)機械，，搞清楚楚運動副副的性質(zhì)質(zhì)、數(shù)目目和構(gòu)件件數(shù)目；；4.檢驗機機構(gòu)是否否滿足運運動確定定的條件件。2.測量量各運動動副之間間的尺寸寸，選投投影面（（運動平平面），，繪制示意意圖。3.按比比例繪制制運動簡簡圖。簡圖比例例尺：μl=實際尺尺寸m/圖圖上長長度mm思路：先定原動動部分和和工作部部分（一一般位于于傳動線線路末端端），弄弄清運動動傳遞路路線，確確定構(gòu)件件數(shù)目及及運動副副的類型型，并用用符號表表示出來來。舉例：繪制破碎機和偏心泵的機構(gòu)運運動簡圖圖。中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授鱷式破碎碎機中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授作者：潘潘存云教教授1234繪制圖示示偏心泵的運動簡簡圖偏心泵中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授作者：潘潘存云教教授§2－4機機構(gòu)構(gòu)具有確確定運動動的條件件給定S3＝S3(t)，，一個獨立立參數(shù)θ1＝θ1（t）唯一確定定，該機機構(gòu)僅需要要一個獨獨立參數(shù)數(shù)。若僅給定定θ1＝θ1（t）,則θ2θ3θ4均不能唯唯一確定定。若同同時給定定θ1和θ4，則θ3θ2能唯一確確定，該該機構(gòu)需需要兩個個獨立參參數(shù)。。θ4S3123S’3θ11234θ1中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授定義：保證機構(gòu)構(gòu)具有確確定運動動時所必必須給定定的獨立運動動參數(shù)稱稱為機構(gòu)構(gòu)的自由由度。(Freedom)原動件－能獨立立運動的的構(gòu)件。?！咭粋€原原動件只只能提供供一個獨獨立參數(shù)數(shù)∴機構(gòu)具具有確定定運動的的條件為為：自由度＝＝原動件件數(shù)中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授§2－5平平面面機構(gòu)自自由度的的計算作平面運運動的剛剛體在空空間的位位置需要要三個獨獨立的參參數(shù)（x，y,θ）才能唯一一確定。。yxθ(x,y)F=3單個自由構(gòu)件的自由度為3中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授自由構(gòu)件的自由度數(shù)運動副自自由由度數(shù)約約束束數(shù)回轉(zhuǎn)副1（θ）+2（x，，y）=3yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2結(jié)論：構(gòu)件自由由度＝3－約束束數(shù)移動副1（x））+2（（y，θ）=3高副副2（x,θ）+1（y））=3θ經(jīng)運動副副相聯(lián)后后，由于于有約束束，構(gòu)件件自由度度會有變變化：＝自由構(gòu)構(gòu)件的自自由度數(shù)數(shù)－約束束數(shù)中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授活動構(gòu)件件數(shù)n計算公式式：F=3n－(2PL+Ph)要求：記住上述述公式，，并能熟熟練應(yīng)用用。構(gòu)件總自自由度低副約束束數(shù)高副約束束數(shù)3×n2×PL1×Ph例題①計算曲柄柄滑塊機機構(gòu)的自自由度。。解：活動動構(gòu)件數(shù)數(shù)n=3低副數(shù)PL=4F=3n－2PL－PH=3×3－2×4=1高副數(shù)PH=0S3123推廣到一一般：中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授例題②計算五桿桿鉸鏈機機構(gòu)的自自由度解：活動動構(gòu)件數(shù)數(shù)n=4低副數(shù)PL=5F=3n－2PL－PH=3×4－2×5=2高副數(shù)PH=01234θ1中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授例題③計算圖示示凸輪機機構(gòu)的自自由度。。解：活動動構(gòu)件數(shù)數(shù)n=2低副數(shù)數(shù)PL=2F=3n－－2PL－PH=3×2－－2×2－1=1高副數(shù)數(shù)PH=1123中南大大學(xué)專專用作作者者：潘潘存存云教教授§2－6自自由由度計計算中中的特特殊問問題作者：潘存云教授12345678ABCDEF例題④④計算圖圖示圓圓盤鋸鋸機構(gòu)構(gòu)的自自由度度。解：活活動構(gòu)構(gòu)件數(shù)數(shù)n=7低副數(shù)數(shù)PL=6F=3n－－2PL－PH高副數(shù)數(shù)PH=0=3×7－－2×6－－0=9計算結(jié)結(jié)果肯肯定不不對！！構(gòu)件數(shù)數(shù)不會會錯，，肯定定是低低副數(shù)數(shù)目搞搞錯了了！中南大大學(xué)專專用作作者者：潘潘存存云教教授1.復(fù)復(fù)合鉸鉸鏈－－兩兩個以以上的的構(gòu)件件在同同一處處以轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動副副相聯(lián)聯(lián)。計算：：m個個構(gòu)件件,有m－－1轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動副副。兩個低低副中南大大學(xué)專專用作作者者：潘潘存存云教教授上例：：在B、C、D、E四處應(yīng)應(yīng)各有有2個運動動副。。例題④④重新計計算圖圖示圓圓盤鋸鋸機構(gòu)構(gòu)的自自由度度。解：活活動構(gòu)構(gòu)件數(shù)數(shù)n=7低副數(shù)數(shù)PL=10F=3n－－2PL－PH=3×7－－2×10－－0=1可以證證明：：F點點的軌軌跡為為一直直線。。12345678ABCDEF作者：潘存云教授圓盤鋸鋸機構(gòu)構(gòu)中南大大學(xué)專專用作作者者：潘潘存存云教教授⑥計算算圖示示兩種種凸輪輪機構(gòu)構(gòu)的自自由度度。解：n=3，PL=3，F(xiàn)=3n－－2PL－PH=3×3－－2×3－－1=2PH=1對于右右邊的的機構(gòu)構(gòu)，有有：F=3×2－－2×2－－1=1事實上上，兩兩個機機構(gòu)的的運動動相同同，且且F=1123123中南大大學(xué)專專用作作者者：潘潘存存云教教授2.局局部自自由度度F=3n－－2PL－PH－FP=3×3－－2×3－－1－－1=1本例中中局部部自由由度FP=1或計算算時去去掉滾滾子和和鉸鏈鏈：F=3×2－－2×2－－1=1定義：：構(gòu)件局局部運運動所所產(chǎn)生生的自自由度度。出現(xiàn)在在加裝裝滾子子的場場合，，計算算時應(yīng)應(yīng)去掉掉Fp。滾子的的作用用：滑滑動摩摩擦滾動動摩擦擦。123123中南大大學(xué)專專用作作者者：潘潘存存云教教授作者：：潘存存云教教授解：n=4，PL=6，F(xiàn)=3n－－2PL－PH=3×4－－2×6=0PH=03.虛虛約束束(formalconstraint)－－對對機構(gòu)構(gòu)的運運動實實際不不起作作用的的約束束。計算自自由度度時應(yīng)應(yīng)去掉掉虛約約束。?！逨E＝＝AB＝＝CD，，故增加加構(gòu)件件4前前后E點的的軌跡跡都是是圓弧弧，。。增加的的約束束不起起作用用，應(yīng)應(yīng)去掉掉構(gòu)件件4。。⑦已知：AB＝CD＝EF，計算圖示平行四邊形機構(gòu)的自由度。1234ABCDEF中南大大學(xué)專專用作作者者：潘潘存存云教教授作者：潘潘存云教教授重新計算算：n=3,PL=4,PH=0F=3n－2PL－PH=3×3－2×4=1特別注意意：此例例存在虛虛約束的的幾何條條件是：：1234ABCDEF4F⑦已知：AB＝CD＝EF，計算圖示平行四邊形機構(gòu)的自由度。AB＝CD＝EF虛約束中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授作者：潘潘存云教教授出現(xiàn)虛約約束的場場合：1.兩構(gòu)構(gòu)件聯(lián)接接前后，，聯(lián)接點點的軌跡跡重合，，2.兩構(gòu)構(gòu)件構(gòu)成成多個移移動副，，且導(dǎo)路路平行。。如平行四邊邊形機構(gòu)構(gòu)，火車輪橢圓儀等。(需要證證明)中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授作者：潘潘存云教教授4.運動動時，兩兩構(gòu)件上上的兩點點距離始始終不變變。3.兩構(gòu)構(gòu)件構(gòu)成成多個轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動副，，且同軸軸。5.對運運動不起起作用的的對稱部部分。如如多個行行星輪。。EF作者：潘存云教授中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授作者：潘潘存云教教授作者：潘潘存云教教授作者：潘存云教授6.兩構(gòu)構(gòu)件構(gòu)成成高副，，兩處接接觸，且且法線重重合。如等寬凸輪輪W注意：法線不重重合時，，變成實實際約束束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授虛約束的的作用：：①改善構(gòu)構(gòu)件的受受力情況況，如多多個行星星輪。②增加機機構(gòu)的剛剛度，如如軸與軸軸承、機機床導(dǎo)軌軌。③使機構(gòu)構(gòu)運動順順利，避避免運動動不確定定，如車車輪。注意：各種出現(xiàn)現(xiàn)虛約束束的場合合都是有有條件的的!中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授作者：潘潘存云教教授作者：潘潘存云教教授B2I9C3A1J6H87DE4FG5⑧計算圖圖示包裝裝機送紙紙機構(gòu)的的自由度度。分析：活動構(gòu)件件數(shù)n：：A1B2I9C3J6H87DE4FG592個低副復(fù)合鉸鏈鏈:局部自由由度2個虛約束:1處I8去掉局部部自由度度和虛約約束后：：

n=6PL=7F=3n－2PL－PH=3×6－2×7－3=1PH=3中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授§2－7機機構(gòu)構(gòu)的組成成原理及及其結(jié)構(gòu)構(gòu)分類一、機構(gòu)構(gòu)的組成成原理a)原動件作作移動(如直線線電機、、流體壓力力作動筒筒)。21b)原動件作作轉(zhuǎn)動(如電動動機機)。。211.基本本機構(gòu)由一個原原動件和和一個機機架組成成的雙桿桿機構(gòu)。。中南大學(xué)學(xué)專用作作者：潘潘存云云教授2.基本本桿組定義：最簡單的的F＝0的構(gòu)件件組，稱稱為基本本桿組。。機構(gòu)具有有確定運運動的條條件是原動件數(shù)數(shù)＝自由由