第3章機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì).ppt

1、2020/8/3,1,第3章 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì),3.1 運(yùn)動(dòng)鏈、機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)侵笜?gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而成的裝配體。如果運(yùn)動(dòng)鏈中的每一個(gè)構(gòu)件都與兩個(gè)或兩個(gè)以上構(gòu)件相連接，這樣的運(yùn)動(dòng)鏈為閉鏈；如果運(yùn)動(dòng)鏈中至少有一個(gè)構(gòu)件上只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)副，這樣的運(yùn)動(dòng)鏈為開(kāi)鏈。 （定義P33）,機(jī)構(gòu)新的定義:將運(yùn)動(dòng)鏈中的一個(gè)構(gòu)件或運(yùn)動(dòng)副與機(jī)架固接連接在一起。,平面閉鏈,平面開(kāi)鏈,空間閉鏈,閉鏈機(jī)構(gòu),開(kāi)鏈機(jī)構(gòu),2020/8/3,2,(回顧P7),2020/8/3,3,3.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和機(jī)構(gòu)示意圖,17世紀(jì)俄國(guó)工程師畫(huà)的機(jī)構(gòu)圖,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的符號(hào)和線條、并按一定比例繪制的機(jī)構(gòu)圖。若不按

2、比例繪制的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，被稱為機(jī)構(gòu)示意圖。為了使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的表達(dá)更加清楚，一般還應(yīng)將各個(gè)構(gòu)件用數(shù)字編號(hào)，各個(gè)運(yùn)動(dòng)副用英文字母編號(hào)。反映出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性。,2020/8/3,4,表3-1 構(gòu)件及其以運(yùn)動(dòng)副相連接的表示方法,2020/8/3,5,2020/8/3,6,2020/8/3,7,2020/8/3,8,2020/8/3,9,表3-2 常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào),高副表示方法,2020/8/3,10,蝸桿蝸輪傳動(dòng),2020/8/3,11,齒輪齒條機(jī)構(gòu),2020/8/3,12,構(gòu)件表示方法,2020/8/3,13,構(gòu)件和機(jī)架的表示方法,2020/8/3,14,移動(dòng)副表示方法,2020/8/3,15,轉(zhuǎn)

3、動(dòng)副表示方法,2020/8/3,16,球面副表示方法,2020/8/3,17,2020/8/3,18,螺旋副表示方法,2020/8/3,19,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的畫(huà)法 確定構(gòu)件的作用和類型 ； 沿運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞的路線逐一分 析 相鄰兩構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，確定 各運(yùn)動(dòng)副類型及各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)尺寸； 選擇恰當(dāng)?shù)囊晥D ； 選擇合適的比例尺，用規(guī)定的符號(hào)繪圖,2020/8/3,20,液壓泵機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,2020/8/3,21,簡(jiǎn)易沖床的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,2020/8/3,22,例題：鶚式破碎機(jī)（OA處：圖中偏心輪錄像中短曲柄）,2020/8/3,23,3.3 機(jī)構(gòu)的數(shù)字存儲(chǔ) 3.3.1機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)的拓?fù)鋱D (

4、p37),通常采用將構(gòu)件表示為頂點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)副表示為邊的方法。這樣的拓?fù)鋱D就能夠保證頂點(diǎn)與構(gòu)件、邊與運(yùn)動(dòng)副以及圖中的回路與運(yùn)動(dòng)鏈中的回路之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。,2020/8/3,24,3.3.2 拓?fù)鋱D的關(guān)聯(lián)矩陣和鄰接矩陣,關(guān)聯(lián)矩陣刻畫(huà)了拓?fù)鋱D中邊與頂點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。矩陣中每一行代表一個(gè)頂點(diǎn)，每一列代表一條邊。矩陣中的每一個(gè)元素的取值規(guī)則是：當(dāng)邊與頂點(diǎn)互相關(guān)聯(lián)時(shí)取1，否則取0。若圖中共有個(gè)頂點(diǎn)、條邊，按照此規(guī)則，可以得到一個(gè)的關(guān)聯(lián)矩陣。 (P37、38例題) 鄰接矩陣中每一行代表一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每一列代表一個(gè)頂點(diǎn)，矩陣中的每一個(gè)元素的取值規(guī)則是：當(dāng)頂點(diǎn)與頂點(diǎn)互相鄰接時(shí)取1，否則取0。若圖中共有個(gè)節(jié)點(diǎn)，按

5、照此規(guī)則，可以得到一個(gè)的鄰接矩陣。,2020/8/3,25,關(guān)聯(lián)矩陣每個(gè)元素mij取值規(guī)則：當(dāng)邊(副)ej與頂點(diǎn)(構(gòu)件)vi關(guān)聯(lián)時(shí)取1，否則取0。若共有p個(gè)頂點(diǎn)、q條邊，可得到一個(gè) 的關(guān)聯(lián)矩陣：,副 構(gòu)件,2020/8/3,26,鄰接矩陣每個(gè)元素mij的取值規(guī)則：當(dāng)頂點(diǎn)(構(gòu)件)vi與頂點(diǎn)(構(gòu)件)vj互相鄰接時(shí)取1，否則取0。共有p個(gè)頂點(diǎn)(構(gòu)件) ，可以得到一個(gè)pp的鄰接矩陣Am:,構(gòu)件 構(gòu)件,2020/8/3,27,3.4 機(jī)構(gòu)的自由度 3.4.1機(jī)構(gòu)自由度的概念 (p39) 確定機(jī)構(gòu)相對(duì)機(jī)架位置的獨(dú)立廣義坐標(biāo)數(shù) 3.4.2機(jī)構(gòu)的自由度與原動(dòng)件數(shù),（先直接判斷F=1又演示 ） F332401,

6、結(jié)構(gòu)的自由度小于或等于零，而機(jī)構(gòu)的自由度必須大于零。,2020/8/3,28,3.4.3 機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式 3.4.3.1 平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式 （回顧：轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副和高副引進(jìn)約束數(shù)目，保留自由度數(shù)目。強(qiáng)調(diào)相對(duì)運(yùn)動(dòng)）,若要使機(jī)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)，輸入機(jī)構(gòu)中的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目應(yīng)當(dāng)與機(jī)構(gòu)的自由度相等。 當(dāng)每一個(gè)原動(dòng)件都只輸入一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，若要機(jī)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件都有確定的運(yùn)動(dòng)，則機(jī)構(gòu)中原動(dòng)件的數(shù)目必須與機(jī)構(gòu)的自由度相等。 (P39),2020/8/3,29,（先直接判斷再用公式算F，又演示） F342502,2020/8/3,30,直觀判斷不能動(dòng)的結(jié)構(gòu) F322300 F31220

7、1,F=32221=1 視頻,2020/8/3,31,例,F=32221=1,F34243=1,2020/8/3,32,須注意情況： 1.平面復(fù)合鉸鏈 2. 局部自由度 去掉局部自由度，再計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度。例： F332312 F322211,2020/8/3,33,3. 虛約束：先去掉虛約束，再計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度。 移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副出現(xiàn)虛約束,2020/8/3,34,距離不變產(chǎn)生虛約束,F342600 F332401 講：對(duì)邊不相等，則成真約束，F(xiàn)0,2020/8/3,35,高副出現(xiàn)虛約束,F322322 F322211,2020/8/3,36,對(duì)稱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生虛約束,動(dòng)畫(huà),2020/8/3,37,機(jī)

8、構(gòu)的并列部分產(chǎn)生虛約束(做此題),F352701,2020/8/3,38,軌跡重合產(chǎn)生虛約束,F342600 F332401 講：對(duì)邊不相等，則成真約束，F(xiàn)0,2020/8/3,39,軌跡重合產(chǎn)生虛約束（不可去掉原動(dòng)件和執(zhí)行構(gòu)件） AB=CB=BD,F342600 F332401,滑塊原動(dòng)，轉(zhuǎn)桿AB是虛約束 轉(zhuǎn)桿AB原動(dòng)，二滑塊之一是虛約束,2020/8/3,40,圖3-13 壓榨機(jī)機(jī)構(gòu),2020/8/3,41,2020/8/3,42,3.4.3.2 空間機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式,F=1,2020/8/3,43,公共約束：在機(jī)構(gòu)中由于運(yùn)動(dòng)副的特性及布置的特殊性，使得機(jī)構(gòu)中所有的活動(dòng)構(gòu)件共同失去了某

9、些自由度，即對(duì)機(jī)構(gòu)中所有活動(dòng)構(gòu)件同時(shí)施加的約束。,2020/8/3,44,4.4.4 “過(guò)約束”機(jī)構(gòu) 公共約束和虛約束也統(tǒng)稱為“過(guò)約束” 3.5 機(jī)構(gòu)的組成原理 3.5.1 基本桿組 （P47定義和特征） 由最少的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副組成、自由度為0的運(yùn)動(dòng)鏈就稱為機(jī)構(gòu)的基本桿組 。,目的： F不變，改復(fù)雜、改簡(jiǎn)單，可增減基本桿組 此機(jī)構(gòu)構(gòu)件2、3組成的運(yùn)動(dòng)鏈和構(gòu)件4、5組成的運(yùn)動(dòng)鏈才是基本桿組。,2020/8/3,45,3.5.2平面基本桿組的型式 基本桿組自由度為零,可用移動(dòng)副取代轉(zhuǎn)動(dòng)副 （a)級(jí)桿組 (b)級(jí)桿組 (C)級(jí)桿組 圖3-16 圖3-17,2020/8/3,46,圖318 縫紉機(jī)腳踏板

10、機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成,(a) (b) (c) 圖3-19 一個(gè)兩自由度機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),2020/8/3,47,3.5.3 機(jī)構(gòu)的組成原理 機(jī)構(gòu)可以看作是由若干基本桿組依次連接于原動(dòng)件和機(jī)架上構(gòu)成的,圖3-20一個(gè)級(jí) 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),圖3-21一個(gè)級(jí) 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),2020/8/3,48,3.5.4 機(jī)構(gòu)的級(jí) 將機(jī)構(gòu)中所含基本桿組的最高級(jí)作為機(jī)構(gòu)的級(jí)。在滿足相同的設(shè)計(jì)要求的前提下，機(jī)構(gòu)所連接的基本桿組數(shù)目越少、基本桿組的級(jí)別越低越好。 在對(duì)已知機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析中，往往會(huì)要求確定出該機(jī)構(gòu)的級(jí)：（1）去掉局部自由度和虛約束；（2）從最遠(yuǎn)離原動(dòng)件的構(gòu)件開(kāi)始，試拆低級(jí)別的基本桿組，如果可拆出，則拆出；否則，試

11、拆高一級(jí)別的基本桿組。拆出基本桿組的條件：拆出基本桿組后，剩余部分應(yīng)仍為一個(gè)機(jī)構(gòu)，并且自由度與原機(jī)構(gòu)的自由度相同；（3）根據(jù)所拆出的基本桿組的最高級(jí)，確定出機(jī)構(gòu)的級(jí)。 （見(jiàn)教材P50。 方法二（1）所有桿、副都用且只用一次，（2）符合圖3-16圖3-17模式）,該機(jī)構(gòu)為級(jí)機(jī)構(gòu) （加例題）,2020/8/3,49,機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)賞析-3 圖3-22a為本田(Honda)CR250R pro-link摩托車的懸掛機(jī)構(gòu)，圖3-22b為機(jī)構(gòu)的示意圖。機(jī)構(gòu)的主要作用是在摩托車的行走過(guò)程中保持后輪與地面的接觸，并且減輕由于地面不平產(chǎn)生的沖擊所造成的人體不舒適。,機(jī)構(gòu)中共有5個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，7個(gè)運(yùn)動(dòng)副，其中6個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副

12、，1個(gè)移動(dòng)副。如果要對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，以提高機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能。在保持機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)、運(yùn)動(dòng)副數(shù)和自由度不變的情況下，如何得到更多的可供選擇的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案？,圖3-22 本田CR250R pro-link摩托車的懸掛系統(tǒng)及機(jī)構(gòu)示意圖,2020/8/3,50,p5455證明， 單自由度四桿運(yùn)動(dòng)鏈只能有4個(gè)二副桿（包括機(jī)架。4個(gè)低副） F332401,p5455證明， 單自由度六桿運(yùn)動(dòng)鏈有4個(gè)二副桿， 2個(gè)三副桿（包括機(jī)架。 7個(gè)低副） F352701,2020/8/3,51,圖3-25 Watt運(yùn)動(dòng)鏈作摩托車的懸掛機(jī)構(gòu),圖3-22 本田CR250R pro-link摩托車的懸掛系統(tǒng)及機(jī)構(gòu)示意圖。圖3-22實(shí)際上是Stephenson運(yùn)動(dòng)鏈。,2020/8/3,52,在確定了機(jī)構(gòu)所采用的基本結(jié)構(gòu)形式之后，通常還可以采用以下一項(xiàng)或幾項(xiàng)措施對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行變異： 改變主動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)鏈中的位置； 改變機(jī)架在運(yùn)動(dòng)鏈中的位置； 改變運(yùn)動(dòng)鏈中運(yùn)動(dòng)副的形式，比如將轉(zhuǎn)動(dòng)副變換為移動(dòng)副； 改變運(yùn)動(dòng)鏈中二副構(gòu)件的形式，即可以根據(jù)需要將某一二副構(gòu)件轉(zhuǎn)化為齒輪副、凸輪副、力作用構(gòu)件等； 選擇運(yùn)動(dòng)鏈中不同構(gòu)件上的點(diǎn)作為軌跡實(shí)現(xiàn)點(diǎn)； 選擇運(yùn)動(dòng)鏈中不同構(gòu)件實(shí)現(xiàn)給定的位置及運(yùn)動(dòng)軌跡； 選擇運(yùn)動(dòng)鏈中不同的兩組或兩組以上構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)相