第二章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析.ppt

1、重 點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)鏈的概念、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件及機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算。,第二章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,內(nèi) 容 構(gòu)件及其運(yùn)動(dòng)副 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制 平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算,2-1 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的,1、研究機(jī)構(gòu)的組成及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的畫法 2、了解機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,2-2 機(jī)構(gòu)的組成,一、構(gòu)件,二、運(yùn)動(dòng)副,兩個(gè)構(gòu)件直接接觸且具有確定 相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接,運(yùn)動(dòng)副分類:,轉(zhuǎn)動(dòng)副,移動(dòng)副,1.平面低副 面接觸、相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或相對(duì)移動(dòng)。, 運(yùn)動(dòng)的單元,運(yùn)動(dòng)副元素兩構(gòu)件相互接觸的點(diǎn)、線、面。,齒輪副,2.平面高副 點(diǎn)或線接觸、沿接觸點(diǎn)切線方向 相對(duì)移動(dòng)和繞接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。,螺旋副,球面副,

2、3.空間低副,凸輪副,三、運(yùn)動(dòng)鏈 若干構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而成的可動(dòng)系 統(tǒng)稱運(yùn)動(dòng)鏈,若將運(yùn)動(dòng)鏈中的一個(gè)構(gòu)件固定成機(jī)架，給定原動(dòng)件，使各構(gòu)件具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則運(yùn)動(dòng)鏈則成為機(jī)構(gòu)。 機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的分類： 1、機(jī)架（描述運(yùn)動(dòng)的參考系） 2、原動(dòng)件（運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的構(gòu)件） 3、從動(dòng)件,2-3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特征的一種工程用圖,表達(dá)方式： 用簡單線條表示構(gòu)件 用規(guī)定符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副 按比例定出運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置,與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的因素： 構(gòu)件數(shù)目 運(yùn)動(dòng)副數(shù)目及類型 運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置,轉(zhuǎn)動(dòng)副,一、運(yùn)動(dòng)副符號(hào),移動(dòng)副,齒輪副,凸輪副,螺旋副,球面副,常用運(yùn)動(dòng)副符號(hào)及P7表2-1,二、構(gòu)件表示

3、方法：不管構(gòu)件形狀如何，用簡單線條把同一構(gòu)件上的運(yùn)動(dòng)副連接起來即可表示該構(gòu)件。若是不動(dòng)的構(gòu)件畫上短剖面線表示是機(jī)架。,三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制,作圖步驟： 1、分析結(jié)構(gòu)和相對(duì)運(yùn)動(dòng) 2、選擇視圖平面和比例尺 3、選擇原動(dòng)件的一個(gè)位置,從原動(dòng)件開始，按運(yùn)動(dòng) 傳遞順序用規(guī)定符號(hào)繪制運(yùn)動(dòng)簡圖 4、驗(yàn)算自由度,常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖符號(hào),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(jié)構(gòu)和相對(duì)運(yùn)動(dòng) 2.選擇視圖平面和比例尺 3.選擇原動(dòng)件的一個(gè)位置，從原動(dòng)件 開始，按運(yùn)動(dòng)傳遞順序用規(guī)定符號(hào) 繪制運(yùn)動(dòng)簡圖,A,1,2,3,4,B,C,D,

4、例3 顎式破碎機(jī),例4 活塞泵,運(yùn)動(dòng)副？,1,1,2,2,3,3,4,4,3,2,6,1,4,5,3,一、構(gòu)件的自由度,自由度構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的個(gè)數(shù)（確定構(gòu) 件位置所需獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)）。,一個(gè)完全自由的平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件具有三個(gè)自由度。,x,y,2,1,x,y,y,x,2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度,F=3,不論形成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件是否其中有一個(gè)相 對(duì)固定，運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)S均相同。,2、平面運(yùn)動(dòng)副的約束,（ 約束 限制）,(1). 轉(zhuǎn)動(dòng)副,約束數(shù) S = 2,F=1,運(yùn)動(dòng)副的形成引入了約束，使構(gòu)件失去部分自由度。,2. 移動(dòng)副,約束數(shù) S = 2,3. 齒輪副,4. 凸輪副,n,n,約束數(shù) S = 1

5、,n,n,平面低副約束數(shù) S = 2 平面高副約束數(shù) S = 1,三、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算,機(jī)構(gòu)的自由度 F=,3活動(dòng)構(gòu)件數(shù),-2低副數(shù),-1高副數(shù),計(jì)算公式,F 3n 2PL PH,1.機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)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(gè)原動(dòng)件，即原動(dòng)件數(shù)=機(jī)構(gòu)自由度 有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng),2.機(jī)構(gòu)(運(yùn)動(dòng)鏈)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件,F=3n-2PL-PH,=3,2,-2,3,-0,=0(不能動(dòng)),F=3n-2PL-PH,=3,3,-2,5,-0,=-1 (不能動(dòng)),三個(gè)構(gòu)件通

6、過三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副相連, 相當(dāng)于一個(gè)構(gòu)件。,多一個(gè)約束,超靜定桁架,若取兩個(gè)原動(dòng)件，即原動(dòng)件數(shù)機(jī)構(gòu)自由度 機(jī)構(gòu)破壞,鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)：,若取一個(gè)原動(dòng)件,即原動(dòng)件數(shù)機(jī)構(gòu)自由度數(shù) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定,若取兩個(gè)原動(dòng)件，即原動(dòng)件數(shù)=機(jī)構(gòu)自由度 有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng),若取三個(gè)原動(dòng)件，即原動(dòng)件數(shù)機(jī)構(gòu)自由度 機(jī)構(gòu)破壞,F0，構(gòu)件間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不能成為機(jī)構(gòu)。,F0,原動(dòng)件數(shù)=F，運(yùn)動(dòng)確定,原動(dòng)件數(shù)F，運(yùn)動(dòng)不確定,原動(dòng)件數(shù)F，機(jī)構(gòu)破壞,機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件: 自由度大于零（F0）且原動(dòng)件數(shù) =自由度數(shù),結(jié)論:,3,2,6,1,4,5,F=3n2PLPH =35262 =1 原動(dòng)件 機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng),3,n= 6 , PL = 8

7、 , PH =1,F=3n2PLPH =36281 =1 原動(dòng)件 機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng),m個(gè)構(gòu)件(m3)在同一處構(gòu)成共軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)副,F 3n2PLPH 3 2 ,5,6,0, 3,F 3n2PLPH 3 2 ,5,7,0, 1,m-1個(gè)低副,復(fù),計(jì)算在內(nèi),2-5 計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng),1)復(fù)合鉸鏈,F3n2PLPH 3 2 ,7,6,0, 9,F3n2PLPH 3 2 ,7,10,0, 1,?,復(fù),復(fù),復(fù),復(fù),例 圓盤鋸機(jī)構(gòu),F3n2PLPH 3 2 ,3,3,1, 2,F3n2PLPH 3 2 ,2,2,1, 1,機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的獨(dú)立的 局部運(yùn)動(dòng)，不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的自 由度。 局部自由度,

8、2)局部自由度,錯(cuò),對(duì),排除,F3n2PLPH-F 3 2 -,3,3,1, 1,1,或:,局部自由度數(shù)目,F3n2PLPH 3 2 ,虛約束,不產(chǎn)生實(shí)際約束效果的重復(fù)約束,F3n2PLPH 3 2 ,2,3,1,-1,虛約束常見于下列情況：,1.兩構(gòu)件間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副,錯(cuò),2,2,1,1,對(duì),排除,1）移動(dòng)副導(dǎo)路平行 2）轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合 3）平面高副接觸點(diǎn)共法線,虛,2.軌跡重合,轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接的兩構(gòu)件,當(dāng)將此兩構(gòu)件在聯(lián)接處拆開時(shí),若兩構(gòu)件上原聯(lián)接點(diǎn)的軌跡是重合的,則該聯(lián)接引入一個(gè)虛約束 圖2-20,F3n2PLPH 3 2 ,4,6,0, 0,錯(cuò),F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0, 1,

9、對(duì),2.軌跡重合,轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接的兩構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合 圖2-20,F3n（2PL+PH - P ） = 3n2PLPH +P 3 2 +,4,6,0, 1,1,對(duì),P 虛約束數(shù)目,或,2.軌跡重合（續(xù)）,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,1, 0,錯(cuò),OA=AB,將C處轉(zhuǎn)動(dòng)副改為高副后，相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變，自由度為：,F3n2PLPH+P 3 2 +,3,4,1, 1,1,對(duì),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(gòu)件上某兩點(diǎn)間的距離在運(yùn)動(dòng)過程中始終不變, 用一個(gè)構(gòu)件兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副去聯(lián)接則構(gòu)

10、成虛約束,錯(cuò),對(duì),兩構(gòu)件間的兩個(gè)點(diǎn)的距離恒定,虛,F3n2PLPH+P 3 2 +,4,6,0, 1,1,4.對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的重復(fù)部分,圖2-23,F3n2PLPH 3 2 ,5,5,6,1,F3n2PLPH 3 2 ,3,3,2, 1,錯(cuò),或,對(duì),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(jì)算圖示機(jī)構(gòu)自由度,并在圖上標(biāo)出復(fù)合鉸鏈、局 部自由度和虛約束,局,局,復(fù),虛,F3n2PLPH 3 2 ,6,7,3, 1,例：計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)自由

11、度,并在圖上標(biāo)出復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束,局,虛,復(fù),虛,虛,F3n2PLPH 3 2 ,9,12,2, 1,例：計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)自由度,并在圖上標(biāo)出復(fù)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(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響及 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì),1虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響,2機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì),族別虛約束 m=3(3個(gè)公共約束),自由度計(jì)算公式,F3n(2PL+PH),或,F3n(2PL+PH-P)-F,F 自由度數(shù) PH 高副數(shù) n 活動(dòng)構(gòu)件數(shù) P 虛約束數(shù) PL 低副數(shù) F 局部自由度數(shù),復(fù)習(xí)思考題 什么是運(yùn)動(dòng)副？如何分類？有何特點(diǎn)？ 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖有何用？能表示原機(jī)構(gòu)的哪些特征？ 什么是機(jī)構(gòu)自由度？計(jì)算時(shí)應(yīng)注意哪些問題？ 機(jī)構(gòu)的自由度與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)有何關(guān)系？運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)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