第二章 機構的結構分析.ppt

1、重 點 運動副和運動鏈的概念、機構運動簡圖的繪制、機構具有確定運動的條件及機構自由度的計算。,第二章 機構的結構分析,內 容 構件及其運動副 機構運動簡圖的繪制 平面機構自由度的計算,2-1 機構結構分析的內容及目的,1、研究機構的組成及機構運動簡圖的畫法 2、了解機構具有確定運動的條件,2-2 機構的組成,一、構件,二、運動副,兩個構件直接接觸且具有確定 相對運動的聯接,運動副分類:,轉動副,移動副,1.平面低副 面接觸、相對轉動或相對移動。, 運動的單元,運動副元素兩構件相互接觸的點、線、面。,齒輪副,2.平面高副 點或線接觸、沿接觸點切線方向 相對移動和繞接觸點的轉動。,螺旋副,球面副,

2、3.空間低副,凸輪副,三、運動鏈 若干構件通過運動副聯接而成的可動系 統稱運動鏈,若將運動鏈中的一個構件固定成機架，給定原動件，使各構件具有確定的相對運動，則運動鏈則成為機構。 機構中構件的分類： 1、機架（描述運動的參考系） 2、原動件（運動規(guī)律已知的構件） 3、從動件,2-3 機構運動簡圖,機構運動簡圖 表示機構運動特征的一種工程用圖,表達方式： 用簡單線條表示構件 用規(guī)定符號代表運動副 按比例定出運動副的相對位置,與運動有關的因素： 構件數目 運動副數目及類型 運動副之間的相對位置,轉動副,一、運動副符號,移動副,齒輪副,凸輪副,螺旋副,球面副,常用運動副符號及P7表2-1,二、構件表示

3、方法：不管構件形狀如何，用簡單線條把同一構件上的運動副連接起來即可表示該構件。若是不動的構件畫上短剖面線表示是機架。,三、機構運動簡圖的繪制,作圖步驟： 1、分析結構和相對運動 2、選擇視圖平面和比例尺 3、選擇原動件的一個位置,從原動件開始，按運動 傳遞順序用規(guī)定符號繪制運動簡圖 4、驗算自由度,常用機構運動簡圖符號,P10表2-2,A14,B12,1,2,4,3,C23,1,2,3,4,A,B,C,14,12,23,作圖步驟： 1.分析結構和相對運動 2.選擇視圖平面和比例尺 3.選擇原動件的一個位置，從原動件 開始，按運動傳遞順序用規(guī)定符號 繪制運動簡圖,A,1,2,3,4,B,C,D,

4、例3 顎式破碎機,例4 活塞泵,運動副？,1,1,2,2,3,3,4,4,3,2,6,1,4,5,3,一、構件的自由度,自由度構件所具有的獨立運動的個數（確定構 件位置所需獨立坐標數）。,一個完全自由的平面運動構件具有三個自由度。,x,y,2,1,x,y,y,x,2-4 平面機構的自由度,F=3,不論形成運動副的兩個構件是否其中有一個相 對固定，運動副引入的約束數S均相同。,2、平面運動副的約束,（ 約束 限制）,(1). 轉動副,約束數 S = 2,F=1,運動副的形成引入了約束，使構件失去部分自由度。,2. 移動副,約束數 S = 2,3. 齒輪副,4. 凸輪副,n,n,約束數 S = 1

5、,n,n,平面低副約束數 S = 2 平面高副約束數 S = 1,三、平面機構自由度的計算,機構的自由度 F=,3活動構件數,-2低副數,-1高副數,計算公式,F 3n 2PL PH,1.機構自由度的計算公式,F3n2PL PH 3 2 ,3,4,0, 1,F3n2PLPH 3 2 ,4,5,0, 2,F3n2PLPH 3 2 ,2,2,1, 1,例,若取一個原動件，即原動件數=機構自由度 有確定的相對運動,2.機構(運動鏈)具有確定相對運動的條件,F=3n-2PL-PH,=3,2,-2,3,-0,=0(不能動),F=3n-2PL-PH,=3,3,-2,5,-0,=-1 (不能動),三個構件通

6、過三個轉動副相連, 相當于一個構件。,多一個約束,超靜定桁架,若取兩個原動件，即原動件數機構自由度 機構破壞,鉸鏈五桿機構：,若取一個原動件,即原動件數機構自由度數 機構運動不確定,若取兩個原動件，即原動件數=機構自由度 有確定的相對運動,若取三個原動件，即原動件數機構自由度 機構破壞,F0，構件間無相對運動，不能成為機構。,F0,原動件數=F，運動確定,原動件數F，運動不確定,原動件數F，機構破壞,機構具有確定運動的條件: 自由度大于零（F0）且原動件數 =自由度數,結論:,3,2,6,1,4,5,F=3n2PLPH =35262 =1 原動件 機構有確定運動,3,n= 6 , PL = 8

7、 , PH =1,F=3n2PLPH =36281 =1 原動件 機構有確定運動,m個構件(m3)在同一處構成共軸線的轉動副,F 3n2PLPH 3 2 ,5,6,0, 3,F 3n2PLPH 3 2 ,5,7,0, 1,m-1個低副,復,計算在內,2-5 計算自由度時應注意的事項,1)復合鉸鏈,F3n2PLPH 3 2 ,7,6,0, 9,F3n2PLPH 3 2 ,7,10,0, 1,?,復,復,復,復,例 圓盤鋸機構,F3n2PLPH 3 2 ,3,3,1, 2,F3n2PLPH 3 2 ,2,2,1, 1,機構中某些構件所具有的獨立的 局部運動，不影響機構運動的自 由度。 局部自由度,

8、2)局部自由度,錯,對,排除,F3n2PLPH-F 3 2 -,3,3,1, 1,1,或:,局部自由度數目,F3n2PLPH 3 2 ,虛約束,不產生實際約束效果的重復約束,F3n2PLPH 3 2 ,2,3,1,-1,虛約束常見于下列情況：,1.兩構件間構成多個運動副,錯,2,2,1,1,對,排除,1）移動副導路平行 2）轉動副軸線重合 3）平面高副接觸點共法線,虛,2.軌跡重合,轉動副聯接的兩構件,當將此兩構件在聯接處拆開時,若兩構件上原聯接點的軌跡是重合的,則該聯接引入一個虛約束 圖2-20,F3n2PLPH 3 2 ,4,6,0, 0,錯,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0, 1,

9、對,2.軌跡重合,轉動副聯接的兩構件上聯接點的軌跡重合 圖2-20,F3n（2PL+PH - P ） = 3n2PLPH +P 3 2 +,4,6,0, 1,1,對,P 虛約束數目,或,2.軌跡重合（續(xù)）,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,1, 0,錯,OA=AB,將C處轉動副改為高副后，相對運動不變，自由度為：,F3n2PLPH+P 3 2 +,3,4,1, 1,1,對,F3n2PLPH 3 2 ,3,3,2, 1,或,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0, 1,F3n2PLPH 3 2 ,4,6,0, 0,3.兩構件上某兩點間的距離在運動過程中始終不變, 用一個構件兩個運動副去聯接則構

10、成虛約束,錯,對,兩構件間的兩個點的距離恒定,虛,F3n2PLPH+P 3 2 +,4,6,0, 1,1,4.對傳遞運動不起獨立作用的重復部分,圖2-23,F3n2PLPH 3 2 ,5,5,6,1,F3n2PLPH 3 2 ,3,3,2, 1,錯,或,對,P= 2PL +PH - 3n,F3n2PLPH 3 2 ,6,8,1, 1,F3n2PLPH 3 2 ,7,9,1, 2,例,例,4,1,2,3,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,例：計算圖示機構自由度,并在圖上標出復合鉸鏈、局 部自由度和虛約束,局,局,復,虛,F3n2PLPH 3 2 ,6,7,3, 1,例：計算圖示機構自由

11、度,并在圖上標出復合鉸鏈、局部自由度和虛約束,局,虛,復,虛,虛,F3n2PLPH 3 2 ,9,12,2, 1,例：計算圖示機構自由度,并在圖上標出復合鉸鏈、局部自由度和虛約束,虛,虛,局,局,F3n2PLPH 3 2 ,5,6,2, 1,27 虛約束對機構工作性能的影響及 機構結構的合理設計,1虛約束對機構工作性能的影響,2機構結構的合理設計,族別虛約束 m=3(3個公共約束),自由度計算公式,F3n(2PL+PH),或,F3n(2PL+PH-P)-F,F 自由度數 PH 高副數 n 活動構件數 P 虛約束數 PL 低副數 F 局部自由度數,復習思考題 什么是運動副？如何分類？有何特點？ 機構運動簡圖有何用？能表示原機構的哪些特征？ 什么是機構自由度？計算時應注意哪些問題？ 機構的自由度與機構運動有何關系？運動鏈成為機構的條件是什么? 作業(yè)：2-16（A,B,C）、2-18、2-24(求自由度）,P= 2PL +PH - 3n,作業(yè)解答：,F3n2PLPH =3 32 4 1 = 0,F3n2PLPH =3 42 51= 1,1,2,3,4,F3n2PLPH =3