第二章平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

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)容一、一般原理性的內(nèi)容1.機構(gòu)組成及形成條件2.機構(gòu)結(jié)構(gòu)分類3.機構(gòu)組成原理二、機構(gòu)運動簡圖

§2-2機構(gòu)的組成

一、零件和構(gòu)件

零件：機器中每一個單獨加工制造的單元體，如：連桿、

連桿蓋、軸瓦、螺栓、螺母等.

構(gòu)件：每一個獨立影響機械功能并能獨立運動的單元體。

可以是一個零件，也可能是幾個零件剛性聯(lián)接在一

起形成的整體（不可分割的運動單元）。機械原理

中往往將構(gòu)件稱為桿。獨立的制造單元獨立的運動單元二、運動副1.定義：機構(gòu)中兩個構(gòu)件之間直接接觸所形成的可動聯(lián)接稱為

運動副。

2.其它有關(guān)概念

運動副元素：構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件上參加接觸的部分：點、

線、面。如圖構(gòu)件的自由度：構(gòu)件所具有的獨立運動的數(shù)目（或確定構(gòu)

件位置所需要的獨立參變量的數(shù)目）。

約束：運動副對構(gòu)件的獨立運動所加的限制。約束最多5個，

最少1個。如圖圖3.運動副分類如表2-1

①根據(jù)運動副所引入的約束的數(shù)目分：如圖

Ⅰ級副、Ⅱ級副、Ⅲ級副等等②根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件的接觸情況分：

高副（點、線接觸）、低副（面接觸）。③根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件之間相對運動的形式分：

轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副）、移動副、螺旋副、球面副等等

④根據(jù)兩構(gòu)件相對運動的狀態(tài)分：

平面運動副（三種）、空間運動副轉(zhuǎn)動副移動副高副三、運動鏈如圖

定義：兩個以上的構(gòu)件通過運動副的聯(lián)接而構(gòu)成

的相對可動的系統(tǒng)。

閉鏈：系統(tǒng)中各構(gòu)件首尾相接

開鏈：

四、機構(gòu)

定義：運動鏈中，一個構(gòu)件固定----機架，一個

（或幾個）構(gòu)件相對于機架按給定的運動規(guī)

律運動----原動件，其它構(gòu)件隨之具有確定

的相對運動----從動件。

可見：機構(gòu)各構(gòu)件之間具有確定的相對運動。ω機架原動件從動件§2-3機構(gòu)運動簡圖

---充分反映機構(gòu)實現(xiàn)運動和傳力做功性能的簡圖。機構(gòu)運動簡圖中：用最簡單的線條和符號代表構(gòu)件和運動副；按比例定出各運動副的位置。具體畫法：

1.將機械的實際構(gòu)造和運動情況弄清楚：

原動件、輸出件、構(gòu)件數(shù)、運動副形式等等。2.為表示清楚，恰當(dāng)?shù)剡x擇

投影面。3.選擇適當(dāng)比例尺，定出各運動副的位置。4.用簡單的線條、各種運動副和常用機構(gòu)簡圖的代表符號畫出簡圖?！?-4機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)自由度：機構(gòu)具有確定運動時必須給定的獨立運動的數(shù)目。機構(gòu)具有確定運動的條件：機構(gòu)原動件數(shù)=機構(gòu)自由度原動件定義：實現(xiàn)給定的獨立運動規(guī)律的構(gòu)件。三種情況：F=0F=1F=2一般，原動件與機架相聯(lián)，所以：討論：F≤0：不能動。F﹥0原動件數(shù)﹤自由度：運動不確定。原動件數(shù)﹥自由度：機構(gòu)不能動。原動件數(shù)=自由度：具有確定的運動。例：顎式碎礦機：n=5，Pl=7，Ph=0，

F＝３n－２Pl－Ph=1機構(gòu)的自由度為：F＝3×n－２×Pl－Ph＝３n－２Pl－Ph§2-5平面機構(gòu)自由度的計算平面機構(gòu)中平面運動副：低副高副移動副轉(zhuǎn)動副設(shè)n個可動構(gòu)件的系統(tǒng)：xy12構(gòu)件獨立時：3（自由度）×n（構(gòu)件數(shù)）=F’（自由度）運動副連接時：設(shè)低副數(shù)為Pl，高副數(shù)為Ph一個低副：２個約束→Pl低副：２×Pl個約束一個高副：１個約束→Ph高副：Ph個約束所以，機構(gòu)的自由度為：F＝3×n－２×Pl－Ph＝３n－２Pl－PhF＝6n－5P5－4P4－3P3－2P2－P1空間機構(gòu)的自由度為：§2-6計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項一.運動副計數(shù)要正確復(fù)合鉸

圖

2.重復(fù)移、轉(zhuǎn)動副圖

3.重復(fù)高副圖二.排除局部自由度解決：排除局部自由度后計算（如將滾子與推桿焊一起）圖或按P27公式計算（F’）三.去除虛約束圖虛約束：在運動副所引入的約束中，不起獨立限制作用的約束幾種常見的虛約束情況：1.重復(fù)軌跡圖；2.兩構(gòu)件兩點距離不變圖；3.傳動重復(fù)部分圖例：大篩機構(gòu)；P30包裝機構(gòu)復(fù)合鉸圖n=7，Pl=10，Ph=0，

F＝３n－２Pl－Ph=1大篩機構(gòu)圖n=7，Pl=9，Ph=1，

F＝３n－２Pl－Ph=2包裝機構(gòu)圖n=6，Pl=7，Ph=3，

F＝３n－２Pl－Ph=1§2-7平面機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析一.平面機構(gòu)的組成原理若將原動件和機架拆開，則從動件系統(tǒng)的自由度F’=0→繼續(xù)拆成不能再拆的最簡單的自由度=0的構(gòu)件組-----基本桿組內(nèi)副：外副：機構(gòu)：用來傳遞運動和力由若干構(gòu)件以運動副聯(lián)接組成的具有確定運動的系統(tǒng)組成原理：任何多桿機構(gòu)都可看作是由若干基本桿組依次聯(lián)接于原動件和機架上所組成的。注意：外副不能與另組同一構(gòu)件聯(lián)接例二.機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析1.結(jié)構(gòu)分類根據(jù)組成原理，對基本桿組有：F’=３n－２Pl－Ph=0設(shè)運動副全為低副即：Ph=0,則：n=（2/3）Pl→Pl=（3/2)n因為Pl必為整數(shù)→n是2的倍數(shù)因為n必為整數(shù)→Pl是3的倍數(shù)可有的組合：n=2，Pl=3----雙桿組，又稱Ⅱ級桿組

圖n=4，Pl=6----多桿組，其中多為Ⅲ級桿組Ⅲ級桿組特征：具有一個三副構(gòu)件，而三個內(nèi)副形成一三角形。圖Ⅳ級桿組特征：具有四個內(nèi)副，四個內(nèi)副形成四邊形。圖二級桿組圖Ⅳ級桿組圖Ⅲ級桿組圖機構(gòu)結(jié)構(gòu)分類：組成機構(gòu)的所有基本桿組均為Ⅱ級桿組------Ⅱ級機構(gòu)

組成機構(gòu)的基本桿組中最高級別為Ⅲ級桿組-----Ⅲ級機構(gòu)注意：原動件更換后，機構(gòu)的級別有可能改變。例：結(jié)構(gòu)分類目的：同類別機構(gòu)和同級桿組可采用-類似的方法進行運動分析和受力分析。Ⅱ級機構(gòu)Ⅲ級機構(gòu)2.平面機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析步驟及拆分原則：⑴計算機構(gòu)自由度，確定原動件；⑵拆分機構(gòu)；

拆分原則：①從離原動件最遠的構(gòu)件開始逐個按桿組拆除②拆分時，由最低級的Ⅱ級桿組開始試拆，無法拆除時，再試拆高一級的桿組：Ⅲ級桿組、Ⅳ級桿組。

注意：拆分桿組時，以剩余部分仍能成為完整機構(gòu)為原則。不允許殘存只屬于一個構(gòu)件的外副，不允許只有一個運動副的構(gòu)件（原動件除外）⑶確定機構(gòu)的級別。掌握機構(gòu)的組成原理，有助于設(shè)計構(gòu)件較多而功能復(fù)雜的機構(gòu)，尤其對于連桿機構(gòu)的設(shè)計，具有一定的指導(dǎo)意義。機構(gòu)的級別，還直接關(guān)系到機構(gòu)運動分析和受力分析時所用方法的特殊性。------組成分析←拆分§2-8平面機構(gòu)中的高副低代實際上，Ph≠0的機構(gòu)存在，對此如何結(jié)構(gòu)分類？---高副低代顯然高副低代后，機構(gòu)的運動性能不能變，這就要求高副低代滿足兩個條件：①代替前后機構(gòu)的自由度完全相同；②代替前后機構(gòu)的瞬時速度及瞬時加速度完全相同。一個高副←一個低副：首先不滿足條件①一個高副←二個低副+一個活動構(gòu)件：滿足條件①可以證明也滿足條件②討論：以圖中所示的高副機構(gòu)為例：

AK1、BK2及兩高副元素在接觸處的公法線長度O1O2(r1+r2)均保持不變，因此可用四桿機構(gòu)代替原機構(gòu)。

需要指出：當(dāng)高副元素為非圓曲線時，由于曲線各處曲率中心的位置不同，因此任一時刻的瞬時替代機構(gòu)不同。K1K2K1K2t結(jié)論：在平面機構(gòu)中進行高副低代時，為了使得在代替前后機構(gòu)的自由度、瞬時速度和瞬時加速度都保持不變，只要用一個虛擬構(gòu)件通過兩個低副分別聯(lián)在高副兩元素接觸點的曲率中心處即可。幾種常見情況：結(jié)構(gòu)分析例1§2-5平面機構(gòu)自由度的計算平面機構(gòu)中平面運動副：低副高副移動副轉(zhuǎn)動副設(shè)n個可動構(gòu)件的系統(tǒng)：xy12構(gòu)件獨立時：3（自由度）×n（構(gòu)件數(shù)）=F’（自由度）運動副連接時：設(shè)低副數(shù)為Pl，高副數(shù)為Ph一個低副：２個約束→Pl低副：２×Pl個約束一個高副：１個約束→Ph高副：Ph個約束所以，機構(gòu)的自由度為：F＝3×n－２×Pl－Ph＝３n－２Pl－Ph例：顎式碎礦機：n=5，Pl=7，Ph=0，

F＝３n－２Pl－Ph=1機構(gòu)的自由度為：F＝3×n－２×Pl－Ph＝３n－２Pl－PhF＝6n－5P5－4P4－3P3－2P2－P1空間機構(gòu)的自由度為：§2-6計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項一.運動副計數(shù)要正確復(fù)合鉸

圖

2.重復(fù)移、轉(zhuǎn)動副圖

3.重復(fù)高副圖二.排除局部自由度解決：排除局部自由度后計算（如將滾子與推桿焊一起）圖或按P27公式計算（F’）三.去除虛約束圖虛約束：在運動副所引入的約束中，不起獨立限制作用的約束幾種常見的虛約束情況：1.重復(fù)軌跡圖；2.兩構(gòu)件兩點距離不變圖；3.傳動重復(fù)部分圖例：大篩機構(gòu)；P30包裝機構(gòu)復(fù)合鉸圖n=7，Pl=10，Ph=0，

F＝３n－２Pl－Ph=1大篩機構(gòu)圖n=7，Pl=9，Ph=1，

F＝３n－２Pl－Ph=2包裝機構(gòu)圖n=6，Pl=7，Ph=3，

F＝３n－２Pl－Ph=1§2-7平面機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析一.平面機構(gòu)的組成原理若將原動件和機架拆開，則從動件系統(tǒng)的自由度F’=0→繼續(xù)拆成不能再拆的最簡單的自由度=0的構(gòu)件組-----基本桿組內(nèi)副：外副：機構(gòu)：用來傳遞運動和力由若干構(gòu)件以運動副聯(lián)接組成的具有確定運動的系統(tǒng)組成原理：任何多桿機構(gòu)都可看作是由若干基本桿組依次聯(lián)接于原動件和機架上所組成的。注意：外副不能與另組同一構(gòu)件聯(lián)接例二.機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析1.結(jié)構(gòu)分類根據(jù)組成原理，對基本桿組有：F’=３n－２Pl－Ph=0設(shè)運動副全為低副即：Ph=0,則：n=（2/3）Pl→Pl=（3/2)n因為Pl必為整數(shù)→n是2的倍數(shù)因為n必為整數(shù)→Pl是3的倍數(shù)可有的組合：n=2，Pl=3----雙桿組，又稱Ⅱ級桿組

圖n=4，Pl=6----多桿組，其中多為Ⅲ級桿組Ⅲ級桿組特征：具有一個三副構(gòu)件，而三個內(nèi)副形成一三角形。圖Ⅳ級桿組特征：具有四個內(nèi)副，四個內(nèi)副形成四邊形。圖二級桿組圖Ⅳ級桿組圖Ⅲ級桿組圖機構(gòu)結(jié)構(gòu)分類：組成機構(gòu)的所有基本桿組均為Ⅱ級桿組------Ⅱ級機構(gòu)

組成機構(gòu)的基本桿組中最高級別為Ⅲ級桿組-----Ⅲ級機構(gòu)注意：原動件更換后，機構(gòu)的級別有可能改變。例：結(jié)構(gòu)分類目的：同類別機構(gòu)和同級桿組可采用-類似的方法進行運動分析和受力分析。Ⅱ級機構(gòu)Ⅲ級機構(gòu)2.平面機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析步驟及拆分原則：⑴計算機構(gòu)自由度，確定原動件；⑵拆分機構(gòu)；

拆分原則：①從離原動件最遠的構(gòu)件開始逐個按桿組拆除②拆分時，由最低級的Ⅱ級桿組開始試拆，無法拆除時，再試拆高一級的桿組：Ⅲ級桿組、Ⅳ級桿組。

注意：拆分桿組時，以剩余部分仍能成為完整機構(gòu)為原則。不允許殘存只屬于一個構(gòu)件的外副，不允許只有一個運動副的構(gòu)件（原動件除外）⑶確定機構(gòu)的級別。掌握機構(gòu)的組成原理，有助于設(shè)計構(gòu)件較多而功能復(fù)雜的機構(gòu)，