项目3平面机构的结构分析.ppt

3.1 机构的组成,3.2 机构运动简图,3.3 机构具有确定运动的条件,3.4 平面机构自由度的计算,3.5 计算平面机构自由度时应注意的事项,思考题与练习题,第3章 平面机构的结构分析,构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称为运动副。,运动副：,3.1 机构的组成,按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。,1.低副 两构件以面接触而形成的运动副。,(1) 转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。,a)固定铰链,一、平面运动副,单击后播放,活动铰链转动副,(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。,单击后播放,移动副,2.高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。,凸轮副,单击后播放,高副,单击后播放,齿轮副,机构示意图不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的简图。,机构运动简图：根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出 各运动副的位置，采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的 表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。,在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其机构 运动简图。,1. 机构运动简图的定义,3-2 机构运动简图,运动副的表示,3.2.1 运动副及构件的表示方法,构件组成转动副时，如下图表示。 图垂直于回转轴线时用图a表示； 图面不垂直于回转轴线时用图b表示。 表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。 一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。,2.转动副表示,两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。,3. 移动副表示,两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。,4. 平面高副表示,举例：,（2）选定视图平面；,（3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运 动副和机构的符号，最后用简单线条连接即得机构运动简图。,（1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，查明 组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置；,内燃机机构运动简图绘制,颚式破碎机机构运动简图绘制,3.2.2 绘制机构运动简图的步骤,单击下图播放,例3.1 试绘制内燃机的机构运动简图,解：1）分析运动，确定构件的类型和数量,2）确定运动副的类型和数目,3）选择视图平面,4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置,5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件,绘制步骤,内燃机运动简图绘制方法,单击下图播放,颚式破碎机机构运动简图绘制,颚式破碎机机构运动简图绘制,1.实例分析,不能产生运动,3.3.1 机构具有确定运动的条件,3.3 平面机构的自由度,机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称机构的自由度。,平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目。,原动件数自由度数，机构无确定运动,原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏,原动件数=自由度数，机构无确定运动,机构确定运动条件,1.构件自由度,一个构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。,当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。,3.3.2 平面机构自由度的计算,转动副形成引入2个约束,移动副形成引入2个约束,低副形成引入2个约束,高副形成引入1个约束,n：机构中活动构件数； Pl ：机构中低副数；,Ph ：机构中高副数； F ：机构的自由度数；,F = 3n - 2Pl - Ph,3.计算实例,n = 3, Pl = 4, Ph = 0,F = 3n - 2Pl - Ph,=33 - 2Pl - Ph,=33 - 24 - 0,设,= 1,2.计算公式,n =5, Pl = 7, Ph = 0,F = 3n 2Pl Ph,= 35 27 0,= 1,解：,计算实例,F3n(2plph),36,1,内燃机机构自由度,1.复合铰链,2.局部自由度,3.虚约束,3.3.3 自由度计算时应注意的几种情况,三个构件在同一轴线处，两个转动副。 推理：m个构件时，有m 1个转动副。,单击后播放,复合铰链,惯性筛机构,C处为复合铰链,计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。,n = 5, Pl = 7, Ph = 0,= 35 -27 0 = 1,F = 3n - 2Pl Ph,复合铰链例,滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。,计入局部自由度时 n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F =33 - 2- 1 = 2 与实际不符,局部自由度,应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。,实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。,教材图1-13b动画,N = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 32 - 22 1 = 1,与实际相符,局部自由度处理方法,n = 4, Pl =6, Ph = 0,构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。,与实际不符,F = 34 -26 0 = 0,虚约束,n = 3, Pl =4, Ph =0 F = 33 - 24 0 = 1,与实际相符,应除去虚约束，即将产生虚约束的构件5及运动副除去不计。,虚约束处理方法,1.两构件未组成运动副前，连接点处的轨迹已重合为一，组成的运动副存在虚约束。,计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。,虚约束常见情况及处理,计算中只计入一个移动副。,2.两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。,单击后播放,两构件组成多个移动副,3.两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为约束。,计算中只计入一个转动副。,单击后播放,两构件组成多个转动副,计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。,4.两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间用另一构件连接时，将产生虚约束。,两构件两点间未组成运动副前距离保持不变,计算中应将对称部分除去不计。,5.机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。,机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。,虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如“平行”、“重合”、“距离不变”等。如果几何条件不满足，虚约束会转化为有效约束。,机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。,虚约束对机构的影响,自由度计算公式: F3n2plph 机构自由度3活动构件数(2低副数+1高副数) 计算步骤: 确定活动构件数目 确定运动副种类和数目 确定特殊结构: 局部自由度、虚约束、复合铰链 计算、验证自由度 几种特殊结构的处理: 1、复合铰链计算在内 2、局部自由度排除 3、虚约束-重复约束排除,自由度计算小结,F =3n2plph = 3 2 ,3,4,0,= 1,F =3n2plph = 3 2 ,4,5,0,= 2,F =3n2plph = 3 2 ,2,2,1,= 1,F =3n2plph = 3 2 ,3,4,0,= 1,F =3n2plph = 3 2 ,4,5,1,= 1,机构自由度举例：,：计算下列机构的自由度。,1.,n=8,PL=11,PH=1,例题1,n=6,PL=8,PH=1,例题2,n=4,PL=4,PH=2,例题3,计算说明下列机构运动是否确定，若不确定，如何改正。,1.,n=5,PL=7,PH=1,即：机构不能运动。,例题