机械原理机构及其应用教学讲义.ppt

,机构及其应用,机构的应用 机构的基本概念 机构运动简图 机构自由度及计算,机构的基本概念,机械(Machinery)：机器与机构的总称,机构,单元体（构件）组合体 具有相对的确定运动,机器,完成有用的机械功或转换机械能,机构的基本概念,机器(Machine)：由若干个机构组成 机构(Mechanism)：由若干个构件组成 构件(Link) ：由一个或几个零件组成,机构的基本概念,机器的功能组成,机构的基本概念,机构是如何组成的？,运动单元（构件）+联接（运动副） 运动链 运动链 +机架 机构,机构的基本概念,构件 (link),组成机构的独立运动单元 由一个或几个零件组成,零件：制造单元 构件：运动单元,机构的基本概念,运动副 (Joint 、 Kinematic pair),两个构件直接接触形成的可动连接,机构的基本概念,机构的基本概念,运动副分类：根据运动副引入的约束数分类,机构的基本概念,运动副分类：根据运动副引入的约束数分类,机构的基本概念,运动副分类： 相对运动形式,空间运动副：相对运动为空间运动 平面运动副：相对运动为平面运动,Spatial kinematic pair,Planar kinematic pair,机构的基本概念,运动副分类： 相对运动形式,转动副：相对运动为转动 移动副：相对运动为移动,机构的基本概念,运动副分类： 运动副的接触形式,低副(Lower pair) ：面与面接触 高副(Higher pair) ：点、线相接触,机构的基本概念,运动副分类：, 按运动副引入的约束数分类 I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副 按两构件相对运动的形式分类 平面运动副 转动副 空间运动副 移动副 按运动副的接触形式分类 低副面与面接触的运动副 高副点、线接触的运动副,机构的基本概念,闭式链,组成的各构件构成首末封闭的系统,开式链,组成的各构件未构成首末封闭的系统,运动链 (Kinematic chain),多个构件用运动副联接构成的系统,机构的基本概念,机构 (Mechanism),将运动链中某一构件加以固定，则此运动链 成为机构,机构,原动件 (driving link) 从动件(driven link) 机架 (frame),传动构件 执行构件,机构的基本概念,平面机构 空间机构,Planar mechanism,Spatial mechanism,机构的基本概念,问题：平面机构 ？空间机构 ？,机构的基本概念,机构的组成,构件运动副运动链机构,机构,原动件 (driving link) 从动件(driven link) 机架 (frame),传动构件 执行构件,机构运动简图(Kinematic sketch),用规定简单符号和线条代表运动副和构件，并按比例表达机构的运动尺寸，绘制出的表示机构运动的简明图形称为机构运动简图,机构运动简图与机械结构图的区别 机构运动简图作用 机构运动简图画法,机构运动简图,规定画法,运动副画法,转动副,移动副,机构运动简图,规定画法,运动副画法,转动副,移动副,机构运动简图,转动副结构,机构运动简图,移动副结构,机构运动简图,构件的表示方法,机构运动简图,三副构件表达,机构运动简图,构件的固定连结,机构运动简图,特殊构件规定画法,齿轮传动,机构运动简图,特殊构件规定画法,蜗杆蜗轮传动,齿轮齿条传动,机构运动简图,特殊构件规定画法,凸轮传动,棘轮机构,机构运动简图,特殊构件规定画法,在机架上的电机,液压马达,机构运动简图,机构运动简图的绘制,1. 分析机械工作原理，确定其组成构件 2. 沿运动传递路线，逐一分析每两个构件间 相对运动情况，已确定运动副的类型 3. 恰当选择视图平面 4. 按规定表示方法选择适当的比例尺绘图,机构运动简图,机构运动简图的绘制,机构运动简图,机构运动简图,课堂练习,机构运动简图,课堂练习,机构运动简图,课堂练习,机构的自由度 (degree of freedom),构件自由度 : 构件独立运动参数的数目,机构自由度 : 机构独立运动参数的数目,位置确定所需的独立参数数目,机构的自由度,约束 (constraint) 对独立运动的限制（自由度减少）,平面运动副与约束,机构的自由度,运动副与约束,组成平面低副的两构件有1个相对自由度相互受到2个约束 组成平面高副的两构件有2个相对自由度，相互受到1个约束,机构的自由度,机构自由度计算,n ：活动构件数 pl ：低副数目 ph ：高副数目,机构自由度计算,三杆结构,机构自由度计算,四杆机构,机构自由度计算,五杆机构,机构具有确定运动的条件,原动件数 = 机构的自由度,机构自由度 0 机构自由度 0 时： 机构自由度原动件数目 机构自由度= 原动件数目 机构自由度原动件数目,思考？,机构自由度计算,六杆机构,机构自由度计算注意问题,复合铰链(compound hinges),局部自由度(passive degree of freedom),虚约束(redundant constraint),机构自由度计算注意问题,复合铰链(compound hinges) 两个以上构件在同一处以转动副相连所构成的 运动副。M个构件组成复合铰链形成M-1个转动副。,机构自由度计算注意问题,局部自由度(passive degree of freedom) 若机构中某些构件所具有的自由度仅与其自身的局部运动有关，并不影响其它构件的运动，则称这种自由度为局部自由度。,机构自由度计算注意问题,处理方法： 1）F = 3n 2Pl Ph F = 33 23 1 1 = 1,2）把滚子与推杆看作一体 F = 32 22 1 = 1,机构自由度计算注意问题,F = 34 26 = 0 ？,机构自由度计算注意问题,虚约束(redundant constraint) 在特定的条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用是一致的。这种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。,机构自由度计算注意问题,虚约束经常出现在以下几种情况中：,相联两构件在联接点上的运动轨迹相互重合时， 此种联接（运动副）带入的约束为虚约束。 两构件某两点间的距离在运动过程中始终不变 不影响机构运动的重复部分(两个构件构成多个运动副) 机构中对运动不起作用的对称部分,机构自由度计算注意问题,1)相联两构件在联接点上的运动轨迹相互重合时， 此种联接（运动副）带入的约束为虚约束。,处理方法：将被联结构件及形成的运动副除去,机构自由度计算注意问题,F = 3n 2Pl Ph = 34 26 = 0,？,机构自由度计算注意问题,F = 3n 2Pl Ph = 33 24 = 1,处理方法：将被联结构件及形成的运动副除去,机构自由度计算注意问题,2）两构件某两点间的距离在运动过程中始终不变,处理方法：去掉联结两点的构件及运动副,F = 3n 2Pl Ph = 33 24 = 1,机构自由度计算注意问题,3）不影响机构运动的重复部分: 两个构件构成多个运动副,转动副,移动副,处理方法：只计算其中一个运动副,机构自由度计算注意问题,4）机构中对运动不起 作用的对称部分,处理方法：去掉对称部分,F = 3n 2Pl Ph = 37 210 = 1,机构自由度计算注意问题,虚约束作用：,增加刚性 平衡作用力 增大功率,机构自由度计算,例1,1. F = 3n 2Pl Ph F = 39 212 1 1 = 1,2. F = 3n 2Pl Ph F = 38 211 1 = 1,机构自由度计算,拨车机,机构自由度计算,伸出（退回）动作阶段机构简图,扣钩（脱钩）动作阶段机构简图,例2,机构自由度计算,机构自由度计算,例3 图示机构设计是否合理,说明理由,提出改正方案,机构自由度计算,机构自由度计算,空间机构（Spatial mechanism）简介,空间机构运动简图绘制 空间机构自由度计算,空间机构简介,空间机构常用运动副及符号,球面副 三级低副,圆柱副 四级低副,空间机构简介,空间机构常用运动副及符号,转动副 五级低副,移动副 五级低副,螺旋副 五级低副,空间机构简介,空间机构基本型式,球面4R机构,空间机构简介,空间机构基本型式,RSSP机构,空间机构简介,空间机构基本型式,RSSR机构,空间机构简介,空间机构基本型式,RSRC机构,自动驾驶仪操纵装置,空间机构运动简图绘制,空间机构自由度计算,F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2-P1,空间机构的自由度计算公式,式中：n为活动构件数； P1、P2、P3、P4、P5分别为1 5级运动副的个数,空间机构自由度计算,自动驾驶仪操纵装置,F=6n-5P5-