平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2學習教案

1、平面機構(gòu)平面機構(gòu)(jgu)的結(jié)構(gòu)分析的結(jié)構(gòu)分析2第一頁，共52頁。 構(gòu)件機構(gòu)(jgu) 運動副1.2 機構(gòu)(jgu)的組成及平面運動副第2頁/共52頁第1頁/共52頁第二頁，共52頁。高副 面副元素類型 線 點1.2.2 運動(yndng)副運動副元素(yun s)-參加接觸形成運動副的點、線、面空間球面副空間二級副空間滾動副低副轉(zhuǎn)動副移動副第3頁/共52頁第2頁/共52頁第三頁，共52頁。1.2.3 運動(yndng)鏈若組成運動鏈的每個構(gòu)件至少包含(bohn)兩個運動副元素，則構(gòu)件構(gòu)成封閉系統(tǒng)，稱為閉鏈若運動鏈中有的構(gòu)件只包含一個運動副元素，便稱為開鏈第4頁/共52頁第3頁/共52頁第四頁

2、，共52頁。機構(gòu)的分類： 平面(pngmin)機構(gòu) 空間機構(gòu)機構(gòu)(jgu)的組成： 原動件 從動件 機架1.2.4 機構(gòu)第5頁/共52頁第4頁/共52頁第五頁，共52頁。 用簡單的符號、線條表示運動副和構(gòu)件，按一定比例表示運動副的相對位置(wi zhi)，能表明各構(gòu)件間的相對運動關系的圖形。 1.3.2 作用(zuyng) 利用機構(gòu)運動簡圖可以對機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)、運動和動力分析(fnx)，是從事機構(gòu)研究的重要工具1.3 平面機構(gòu)運動簡圖1.3.1 機構(gòu)運動簡圖第6頁/共52頁第5頁/共52頁第六頁，共52頁。（1）轉(zhuǎn)動(zhun dng)副1212121.3.3 構(gòu)件(gujin)和運動副規(guī)定的符

3、號第7頁/共52頁第6頁/共52頁第七頁，共52頁。21（2）移動(ydng)副： 2121第8頁/共52頁第7頁/共52頁第八頁，共52頁。（3）高副按實際(shj)輪廓畫第9頁/共52頁第8頁/共52頁第九頁，共52頁。構(gòu)件(gujin)表示法確定(qudng)運動副的位置后用線條連接第10頁/共52頁第9頁/共52頁第十頁，共52頁。 例1：曲柄(qbng)搖桿機構(gòu) 1.3.4 機構(gòu)運動(yndng)簡圖繪制步驟mmmml圖中所畫尺寸實際尺寸4. 繪圖(hu t)（機架、主動件、從動件）3. 合理選擇視圖，定比例尺1. 確判別運動副類型，確定位置2. 判別運動副類型，確定位置第11頁/共

4、52頁第10頁/共52頁第十一頁，共52頁。 例2：偏心輪機構(gòu)(jgu) 第12頁/共52頁第11頁/共52頁第十二頁，共52頁。 例3：鄂式破碎機 第13頁/共52頁第12頁/共52頁第十三頁，共52頁。 例4：縫紉機機頭 第14頁/共52頁第13頁/共52頁第十四頁，共52頁。1CAB2344D556 例5：內(nèi)燃機 第15頁/共52頁第14頁/共52頁第十五頁，共52頁。壓力機動畫 例6：第16頁/共52頁第15頁/共52頁第十六頁，共52頁。兩構(gòu)件間有X.Y.三個相對獨立運動(yndng)(自由度)或稱謂三個自由度,用F表示。 對自由度（獨立運動(yndng)）的限制稱謂約束 ，用S表示

5、。 1. 未形成運動(yndng)副兩構(gòu)件相對運動(yndng)1.4 平面(pngmin)機構(gòu)的自由度 1.4.1運動副對構(gòu)件運動的影響第17頁/共52頁第16頁/共52頁第十七頁，共52頁。2. 兩個構(gòu)件(gujin)形成運動副的相對運動低副23321SFS高副133 12SFS 第18頁/共52頁第17頁/共52頁第十八頁，共52頁。圖示四桿機構(gòu)(jgu)，F(xiàn) =33-24=1。當1確定時，構(gòu)件2，3位置確定，即以構(gòu)件1為主動件，機構(gòu)(jgu)的運動確定。 1.4.2 平面(pngmin)機構(gòu)的自由度1.4.3 運動(yndng)鏈成為機構(gòu)的條件 自由度為1原動件數(shù)為1具有確定運動 原動

6、件數(shù)為2機構(gòu)將被破壞 32LHFnPPn 運動鏈中可活動的構(gòu)件數(shù)總和PL 低副的數(shù)目 PH 高副的數(shù)目第19頁/共52頁第18頁/共52頁第十九頁，共52頁。當1確定(qudng)時，構(gòu)件2，3、4位置不能確定(qudng)。自由度為2原動件數(shù)(jin sh)為1運動不確定原動件數(shù)(jin sh)為3機構(gòu)被破壞 原動件數(shù)為2具有確定運動 當1 、4 確定時，其它構(gòu)件位置確定。所以當取構(gòu)件1、4為主動件，機構(gòu)運動確定。3 42 502F 第20頁/共52頁第19頁/共52頁第二十頁，共52頁。原動件數(shù) =自由度運動(yndng)確定原動件數(shù)(jin sh)自由度機構(gòu)被破壞 原動件數(shù)(jin sh

7、)自由度運動不確定0F剛性桁架結(jié)論：機構(gòu)的自由度數(shù)目與機構(gòu)中原動件數(shù)目一致。能運動0F機構(gòu)具有確定運動的條件：第21頁/共52頁第20頁/共52頁第二十一頁，共52頁。例：計算(j sun)牛頭刨床的自由度118263F第22頁/共52頁第21頁/共52頁第二十二頁，共52頁。A2CB134DE561.4.4自由度計算(j sun)注意事項 1復合(fh)鉸鏈17253F三構(gòu)件(gujin)組成兩個轉(zhuǎn)動副表示:36253F？324復合鉸鏈: 由k個構(gòu)件在一處組成軸線重合的轉(zhuǎn)動副。實際有(k-1)個轉(zhuǎn)動副。兩個以上構(gòu)件在同一軸線上用轉(zhuǎn)動副相聯(lián)，形成復合鉸鏈。第23頁/共52頁第22頁/共52頁第

8、二十三頁，共52頁。21ACB43 機構(gòu)中個別構(gòu)件所具有的不影響其它(qt)構(gòu)件運動，即與整個機構(gòu)運動無關的自由度。213233F?112232F21ACB3第24頁/共52頁第23頁/共52頁第二十四頁，共52頁。123ADBCE4F53. 虛約束(yush)虛約束機構(gòu)(jgu)中那些對構(gòu)件間的相對運動不起獨立限制 作用的重復約束?；蚍Q消極約束。ABCDEF06243F？123ADBCE14233F第25頁/共52頁第24頁/共52頁第二十五頁，共52頁。比較(bjio)虛約束的判別：拆桿法 看聯(lián)結(jié)點的距離是否(sh fu)改變 拆副法 看聯(lián)結(jié)點的軌跡是否(sh fu)重合虛約束(yush)

9、 第26頁/共52頁第25頁/共52頁第二十六頁，共52頁。CAD=BD=DC2AB14D常見(chn jin)的虛約束：1. 機構(gòu)中聯(lián)結(jié)構(gòu)件與被聯(lián)結(jié)構(gòu)件的軌跡(guj)重合06243F？14233F2. 兩構(gòu)件組成若干個導路中心線互相平行或重疊的移動副2CAB13414233F3第27頁/共52頁第26頁/共52頁第二十七頁，共52頁。ACBD12324. 在機構(gòu)整個運動過程中，其中某兩構(gòu)件(gujin)上兩點之間的距離始終不變。3. 兩構(gòu)件組成若干個軸線互相重合的轉(zhuǎn)動副。第28頁/共52頁第27頁/共52頁第二十八頁，共52頁。21322O5. 機構(gòu)中，不影響(yngxing)運動的對稱部

10、分。123233F第29頁/共52頁第28頁/共52頁第二十九頁，共52頁。323 72 9 12lhFnpp 例：大篩機構(gòu)(jgu)CDABGFoE第30頁/共52頁第29頁/共52頁第三十頁，共52頁。11027323hlppnFB、C、D、E處復合(fh)鉸鏈例：第31頁/共52頁第30頁/共52頁第三十一頁，共52頁。14233F137263F虛約束(yush)B,C,D處為復合(fh)鉸鏈例：第32頁/共52頁第31頁/共52頁第三十二頁，共52頁。17253F虛約束(yush)C處為復合(fh)鉸鏈例：第33頁/共52頁第32頁/共52頁第三十三頁，共52頁。例：第34頁/共52頁

11、第33頁/共52頁第三十四頁，共52頁。圖（a）F=3526121圖（b）F3527101特殊地：含有齒輪副平面(pngmin)機構(gòu)的自由度計算齒輪(chln)中心被約束：計一個高副齒輪中心未被約束(yush)：計一個低副第35頁/共52頁第34頁/共52頁第三十五頁，共52頁。1.5 平面機構(gòu)(jgu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析 1. 高副低代把機構(gòu)中的高副根據(jù)一定(ydng)的條件用虛擬的低副來等效地代替。2. 高副低代的條件(tiojin)（1）代替前后機構(gòu)的自由度數(shù)不變；（2）代替前后機構(gòu)的瞬時速度和加速度不變。3. 高副低代的方法 用兩端各裝有一個轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件取代高副，其轉(zhuǎn)動副的中心位于高

12、副元素的曲率中心處。高副低代的四種情形：曲線對曲線曲線對直線曲線對點點對直線（較少）1.5.1平面機構(gòu)的低副代替高副法第36頁/共52頁第35頁/共52頁第三十六頁，共52頁。21特殊情況(qngkung)，副元素曲線為圓 一般情況(qngkung)，副元素為一般曲線3第37頁/共52頁第36頁/共52頁第三十七頁，共52頁。B21AC321ACB32O1nn第38頁/共52頁第37頁/共52頁第三十八頁，共52頁。第39頁/共52頁第38頁/共52頁第三十九頁，共52頁。E4F51A62134ABCDEF561.5.2 平面機構(gòu)(jgu)的組成原理 平面機構(gòu)具有(jyu)確定運動的條件是機構(gòu)

13、的原動件數(shù)目等于機構(gòu)的自由度數(shù)，故平面機構(gòu)的從動系統(tǒng)的自由度數(shù)應為零。F=1F=0F=0234BCDEF5F=1F=023BCD桿組定義： 不可再分解的自由度為零的運動鏈被稱為基本桿組，簡稱桿組。第40頁/共52頁第39頁/共52頁第四十頁，共52頁。組成平面低副機構(gòu)(jgu)桿組的條件： 機構(gòu)與機架的連接一般為低副，移動或轉(zhuǎn)動（一個自由度） 自由度數(shù)=原動件數(shù)。 機構(gòu)中除了(ch le)主動件（原動件）外，自由度應該為零即從動件系統(tǒng)的自由度必為零。023lpnF , 9, 6, 3, 6, 4, 223023lllPnnPPnF 由于平面高副可以(ky)用低副來替代，因此我們只研究所有運動副

14、都是低副的平面低副機構(gòu)的桿組組成原理。第41頁/共52頁第40頁/共52頁第四十一頁，共52頁。當n = 2時，Pl = 3 有下列(xili)型式2DC1BDC21DCBDCB 級組21BCD第42頁/共52頁第41頁/共52頁第四十二頁，共52頁。341224 級組包含有三個內(nèi)副元素 的剛性構(gòu)件的桿組。132134 級組包含四個構(gòu)件組成封閉四邊形的桿組。1當n = 4時，Pl = 6 基本(jbn)型式為 當n = 6時，Pl = 9 復雜(fz)很少使用 基本桿組的類型（按桿組中包含封閉(fngb)形分類）桿組類別桿組類別決定級別的封閉決定級別的封閉形形每構(gòu)件含每構(gòu)件含2個低副個低副至少

15、一構(gòu)件至少一構(gòu)件具具3個低副個低副桿組中具有桿組中具有1個四邊形個四邊形桿組中具有桿組中具有1個五邊形個五邊形第43頁/共52頁第42頁/共52頁第四十三頁，共52頁。機構(gòu)(jgu)的組成：原動件 + 機架 + 桿組 即：任何平面機構(gòu)均可以用零自由度的桿組依次聯(lián)結(jié)到原動件和機架上去(shng q)的方法來組成。第44頁/共52頁第43頁/共52頁第四十四頁，共52頁。錯誤(cuw)并接兩種并接第45頁/共52頁第44頁/共52頁第四十五頁，共52頁。1A623BCDE4F5E4F523BCD61A第46頁/共52頁第45頁/共52頁第四十六頁，共52頁。ABCDEFGO 1.5.3平面(pngmin)機構(gòu)中的結(jié)構(gòu)分析1. 機構(gòu)(jgu)的結(jié)構(gòu)分析將已知機構(gòu)分解為若干桿組，并確定(qudng)桿組的級別和類型。2. 機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的過程（1）計算機構(gòu)的自由度，去除虛約束、局部自由度，并高副低代ABCDO EFGHH第47頁/共52頁第46頁/共52頁第四十七頁，共52頁。FG（2）先試拆 級組，若拆不出 級組，再試拆 級組。（3）確定機構(gòu)(jgu)的級別，以機構(gòu)(jgu)桿組的最高級別命名機 構(gòu)的級別。FABCDEGO HO