《第2章机构的结构分析.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章机构的结构分析.ppt（53页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、中南大学专用 作者：潘存云教授,第二章 平面机构的结构分析,21 机构结构分析的内容及目的22 机构的组成23 机构运动简图24 机构具有确定运动的条件25 平面机构自由度的计算26 自由度计算中的特殊问题 27 机构的组成原理及其结构分类,中南大学专用 作者：潘存云教授,21 机构结构分析的内容及目的,1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件目的是,2.按结构特点对机构进行分类 不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力分析的一般方法。,3.绘制机构运动简图 目的是为运动分析和动力分析作准备。,弄清机构包含哪几个部分;,各部分如何相联？,以及怎样的
2、结构才能保证具有确定的相对运动？这对于设计新的机构显得尤其重要。,中南大学专用 作者：潘存云教授,4.研究机构的组成原理 目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足运动确定性的要求。,机构有简有繁，构件有多有少，而运动确定是它们的共同特征。研究的,中南大学专用 作者：潘存云教授,名词术语解释:1.构件(Link)独立的运动单元,内燃机中的连杆,12 机构的组成,内燃机连杆,零件(part)独立的制造单元,中南大学专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,2.运动副,a)两个构件、b)直接接触、c)有相对运动,运动副元素直接接触的部分（点、线、面）例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。,定义：运动副两
3、个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。,三个条件，缺一不可,作者：潘存云教授,中南大学专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,运动副的分类：1)按引入的约束数分有：,III级副,I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。,中南大学专用 作者：潘存云教授,2)按相对运动范围分有：平面运动副平面运动(Plannar kinematic pair),平面机构全部由平面运动副组成的机构。,IV级副,例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。,空间运动副空间运动(Spatial kinematic pair),V级副1,V级副2,V级副3,空间机构至少含有一个空间运动副的机构。,中南大学
4、专用 作者：潘存云教授,3)按运动副元素分有：高副(high pair)点、线接触，应力高。,低副(lower pair)面接触，应力低。,例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。,例如：转动副（回转副）、移动副。,中南大学专用 作者：潘存云教授,常见运动副符号的表示:国标GB446084,详见教材 P13 页。,中南大学专用 作者：潘存云教授,常用运动副的符号,运动副名称,运动副符号,两运动构件构成的运动副,转动副,移动副,两构件之一为固定时的运动副,平面运动副,中南大学专用 作者：潘存云教授,平面高副,螺旋副,空间运动副,中南大学专用 作者：潘存云教授,构件的表示方法:,中南大学专用 作者：潘存云
5、教授,一般构件的表示方法,杆、轴构件,固定构件,同一构件,中南大学专用 作者：潘存云教授,三副构件,两副构件,一般构件的表示方法,中南大学专用 作者：潘存云教授,运动链两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。,注意事项:,画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。,闭式链(Close chain),3.运动链(Kinematic chain),作者：潘存云教授,开式链(Open chain),中南大学专用 作者：潘存云教授,4.机构,定义：具有确定运动的运动链称为机构。,机架作为参考系的构件，如机床床身、车辆底盘、飞机机身。,机构的组成：机构机架原动件从动件,机构是由若干构件经运
6、动副联接而成的，很显然，机构归属于运动链，那么，运动链在什么条件下就能称为机构呢？即各部分运动确定。分别用四杆机构和五杆机构模型演示得出如下结论：在运动链中，如果以某一个构件作为参考坐标系，当其中另一个（或少数几个）构件相对于该坐标系按给定的运动规律运动时，其余所有的构件都能得到确定的运动，那么，该运动链便成为机构。,原（主）动件按给定运动规律运动的构件。从动件其余可动构件。,中南大学专用 作者：潘存云教授,12 平面机构运动简图,机构运动简图用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。,作用：1.表示机构的结构和运动情况。,机动示意图不按比例绘制的简图现摘录了部分GB446084机构
7、示意图如下表。,2.作为运动分析和动力分析的依据。,中南大学专用 作者：潘存云教授,常用机构运动简图符号,中南大学专用 作者：潘存云教授,中南大学专用 作者：潘存云教授,机构运动简图应满足的条件：1.构件数目与实际相同,2.运动副的性质、数目与实际相符,3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。,中南大学专用 作者：潘存云教授,绘制机构运动简图,顺口溜：先两头，后中间，从头至尾走一遍，数数构件是多少，再看它们怎相联。,步骤：1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；,4.检验机构是否满足运动确定的条件。,2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），绘制示意图。,3.
8、按比例绘制运动简图。简图比例尺：l=实际尺寸 m/图上长度mm,思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。,举例：绘制破碎机和偏心泵的机构运动简图。,中南大学专用 作者：潘存云教授,鳄式破碎机,中南大学专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,绘制图示偏心泵的运动简图,偏心泵,中南大学专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,24 机构具有确定运动的条件,给定S3S3(t)，一个独立参数11（t）唯一确定，该机构仅需要一个独立参数。,若仅给定11（t）,则2 3 4 均不能唯一确定。若同时给定1和4，则3 2 能唯一确
9、定，该机构需要两个独立参数。,中南大学专用 作者：潘存云教授,定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的 独立运动参数称为机构的自由度。(Freedom),原动件能独立运动的构件。一个原动件只能提供一个独立参数,机构具有确定运动的条件为：,自由度原动件数,中南大学专用 作者：潘存云教授,25 平面机构自由度的计算,作平面运动的刚体在空间的位置需要三个独立的参数（x，y,）才能唯一确定。,(x,y),中南大学专用 作者：潘存云教授,运动副 自由度数 约束数回转副 1（）+2（x，y）=3,R=2,F=1,R=2,F=1,R=1,F=2,结论：构件自由度3约束数,移动副 1（x）+2（y，）=3,高
10、 副 2（x,）+1（y）=3,经运动副相联后，由于有约束，构件自由度会有变化：,自由构件的自由度数约束数,中南大学专用 作者：潘存云教授,活动构件数 n,计算公式：F=3n(2PL+Ph),要求：记住上述公式，并能熟练应用。,构件总自由度,低副约束数,高副约束数,3n,2 PL,1 Ph,例题计算曲柄滑块机构的自由度。,解：活动构件数n=,3,低副数PL=,4,F=3n 2PL PH=33 24=1,高副数PH=,0,推广到一般：,中南大学专用 作者：潘存云教授,例题计算五杆铰链机构的自由度,解：活动构件数n=,4,低副数PL=,5,F=3n 2PL PH=34 25=2,高副数PH=,0,
11、中南大学专用 作者：潘存云教授,例题计算图示凸轮机构的自由度。,解：活动构件数n=,2,低副数PL=,2,F=3n 2PL PH=32 221=1,高副数PH=,1,中南大学专用 作者：潘存云教授,26 自由度计算中的特殊问题,例题计算图示圆盘锯机构的自由度。,解：活动构件数n=,7,低副数PL=,6,F=3n 2PL PH,高副数PH=0,=37 26 0,=9,计算结果肯定不对！构件数不会错，肯定是低副数目搞错了！,中南大学专用 作者：潘存云教授,1.复合铰链 两个以上的构件在同一处以转动副相联。,计算：m个构件,有m1转动副。,两个低副,中南大学专用 作者：潘存云教授,上例：在B、C、D
12、、E四处应各有 2 个运动副。,例题重新计算图示圆盘锯机构的自由度。,解：活动构件数n=7,低副数PL=,10,F=3n 2PL PH=37 2100=1,可以证明：F点的轨迹为一直线。,圆盘锯机构,中南大学专用 作者：潘存云教授,计算图示两种凸轮机构的自由度。,解：n=,3，,PL=,3，,F=3n 2PL PH=33 23 1=2,PH=1,对于右边的机构，有：F=32 22 1=1,事实上，两个机构的运动相同，且F=1,中南大学专用 作者：潘存云教授,2.局部自由度,F=3n 2PL PH FP=33 23 1 1=1,本例中局部自由度 FP=1,或计算时去掉滚子和铰链：F=32 22
13、1=1,定义：构件局部运动所产生的自由度。,出现在加装滚子的场合，计算时应去掉Fp。,滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。,中南大学专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,解：n=,4，,PL=,6，,F=3n 2PL PH=34 26=0,PH=0,3.虚约束(formal constraint)对机构的运动实际不起作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。,FEAB CD，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧，。增加的约束不起作用，应去掉构件4。,中南大学专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,重新计算：n=3,PL=4,PH=0,F=3n 2PL PH=33 24=1,特别注意：此例存在虚约束的
14、几何条件是：,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,虚约束,中南大学专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,出现虚约束的场合：1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，,2.两构件构成多个移动副，且导路平行。,如平行四边形机构，火车轮,椭圆仪等。(需要证明),中南大学专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,4.运动时，两构件上的两点距离始终不变。,3.两构件构成多个转动副，且同轴。,5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。,中南大学专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。,如等宽凸轮,注意：法线不重合时，变成实际约束！,中南大
15、学专用 作者：潘存云教授,虚约束的作用：改善构件的受力情况，如多个行星轮。,增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。,使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。,注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的!,中南大学专用 作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,计算图示包装机送纸机构的自由度。,分析：,活动构件数n：,9,2个低副,复合铰链:,局部自由度,2个,虚约束:,1处,去掉局部自由度和虚约束后：,n=,6,PL=,7,F=3n 2PL PH=36 27 3=1,PH=,3,中南大学专用 作者：潘存云教授,27 机构的组成原理及其结构分类,一、机构的组成原理,a)原动件作移动(如直
16、线电机、流体压力作动筒)。,b)原动件作转动(如电动 机)。,1.基本机构 由一个原动件和一个机架组成的双杆机构。,中南大学专用 作者：潘存云教授,2.基本杆组,定义：最简单的F0的构件组，称为基本杆组。,机构具有确定运动的条件是原动件数自由度。,现设想将机构中的原动件和机架断开，则原动件与机架构成了基本机构，其F1。剩下的构件组必有F0。将构件组继续拆分成更简单F0的构件组，直到不能再拆为止。,中南大学专用 作者：潘存云教授,中南大学专用 作者：潘存云教授,推论：任何一个平面机构都可以认为是在基本机构的 基础上，依次添加若干个杆组所形成的。,机构的组成原理：机构基本机构基本杆组,结论：该机构
17、包含一个基本机构和两个基本杆组，换 句话说，将两个基本杆组添加到基本机构上，构成了该八杆机构。,中南大学专用 作者：潘存云教授,二、结构分类设基本杆组中有n个构件，则由条件F0有：F3n2PLPh0 PL3n/2(低副机构中Ph0),PL 为整数，n只能取偶数。,n 2 4 n4 已无实例了!PL 3 6,n=2 的杆组称为级组应用最广而又最简单的基本杆组。共有 5 种类型,中南大学专用 作者：潘存云教授,n=4（PL6）的杆组有以下四种类型:,以上三种形式称为级组。结构特点：其中一个构件有三个运动副。,典型级组：,中南大学专用 作者：潘存云教授,第四种形式称为IV级组。结构特点：有两个三副杆，且4个构件构成四边形结构。,内端副杆组内部相联。外端副与组外构件相联。,机构命名方式：按所含最高杆组级别命名，如级机构，级机构等。,中南大学专用 作者：潘存云教授,必须强调指出：1.杆组的各个外端副不可以同时加在同一个构件上，否则将成为刚体。如：,2.机构的级别与原动件的选择有关。,中南大学专用 作者：潘存云教授,举例：将图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。,中南大学专用 作者：潘存云教授,中南大学专用 作者：潘存云教授,本章重点：机构运动简图的测绘方法。自由度的计算。机构的组成原理。,
