平面机构的结构分析(1)(1).ppt

1.理解平面运动副的表示方法，了解机构运动简图的画法。 2.掌握平面机构自由度计算方法，并能够判断其运动是否确定。,内 容:平面机构的组成 机构运动简图的绘制 平面机构自由度的计算,空间机构：,至少有两个构件能在三维空间中相对运动。,平面机构：机构中所有的构件都在同一平面或在相互平行的平面内运动。,第二章 平面机构的结构分析,构件是组成机构的最小运动单元 机构中的构件按其运动性质可分为三类:,（1）机架:是机构中视作固定不动的构件 用以支撑活动构件,（2）原动件（一个或数个）:外界赋予动力,运动规律已知的活动构件,（3）从动件:随着原动件运动而运动的其余活动构件。,2-1 平面机构的组成,一、构件,机构是由构件组成的。,在一个机构中，只有一个构件为机架，有一个或几个原动件，其余均为从动件。,二、运动副概念,两个构件直接接触而并能产生一定相对运动的连接称为运动副。,实例:,机构各构件间具有确定的相对运动。因此各构件间需用活动接头连接。,总结: 机构是由若干构件用运动副连接而成的，构件和运动副是组成机构的两个基本要素。,三.运动副的类型及其特点 根据构件间接触形式的不同(点、线、面三种)，平面机构运动副可分为低副和高副。,1 低副: 两构件以面接触组成的运动副称为低副。低副根据两构件间的相对运动形式又分为转动副和移动副。,1) 转动副,当用运动副连接的两个构件只能在一个平面内作相对转动时，这种运动副称为转动副，亦称铰链。,a) 固定铰链,组成运动副的两构件之一为固定件。,b) 活动铰链,组成运动副的两构件均为活动构件。,2) 移动副,当组成运动副的两构件只能沿某一轴线作相对移动时，这种运动副称为移动副。,如：内燃机中活塞与汽缸间组成的运动副。,齿轮副,凸轮副,2. 高副,空间运动幅: 螺旋副：螺旋运动 球面副：球面运动,两构件间为点接触或线接触时所组成的运动副称为高副。,3 实例:机构中有什么运动副?,四. 高副与低副的比较(了解),1. 在高副连接中，构件间为点接触或线接触，接触应力大，易磨损。,低副连接中，构件间为面接触，承载能力高。故重型机械中多采用低副连接。如：轧钢机中的滑动轴承。,2. 在传递和转换各种复杂运动方面，高副比低副优越，且结构简单，在自动机床中多采用高副连接。如：凸轮机构。,3. 低副构件的加工面多为圆柱面或平面，易于加工。,2-2 平面机构运动简图的绘制,一 概述 机构运动简图 在研究机构运动时，为了便于分析，仅用简单的符号和线条表示，并按一定的比例定出各运动副及构件的位置，这种简明表示机构各构件之间相对运动关系的图形称为机构运动简图。,机构运动简图: 用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置 与原机械具有完全相同的运动特性 用途：分析现有机械，构思设计新机械,二 构件的表示方法 不管构件形状如何，简单线条表示，带短斜(剖面)线表示机架。,杆、轴类构件 机架 同一构件 两副构件 三副构件,低副：转动副、移动副(面接触),高副：齿轮副、凸轮副(点、线接触),机械设计基础 平面连杆机构,三 平面运动副的表示方法,运动副的表示方法,转动副 移动副 高副（齿轮副、凸轮副）,机械设计基础 平面连杆机构,空间副,高副：点、线接触,球面副,螺旋副,了解,机械设计基础 平面连杆机构,举例:带运动副元素的构件,四 机构运动简图的绘制方法,步骤： 确定机架、原动件、从动件（构件数目） 各构件间构成何种运动副？（类型和数目） 选定比例尺、投影面，确定原动件某一位置，按规定符号绘制运动简图 标明机架、原动件和作图比例尺 绘制路线：原动件中间传动件 输出构件 观察重点：各构件间构成的运动副类型 误 区：构件外形,例 1 内燃机的机构运动简图,A,B,C,E,F,D,G,例题：破碎机,机械设计基础 平面连杆机构,1,2,3,4,C,B,A,34,23,12,C34,B23,A124,3,2,4,1,4,例 内燃机中的曲柄滑块机构运动简图,比例尺: 1:1,例 活塞泵(课堂练习),比例尺: 1:1,一、构件的自由度,自由度构件所具独立运动的个数（确定构件位置所需独立坐标数）。,一个完全自由的平面运动构件具有三个自由度。,x,y,y,x,2-3 平面机构的自由度,F=3,二、平面运动副的约束,约束 限制,运动副的形成引入了约束，使构件失去运动自由度。,1. 转动副,约束数,F=1,S = 2,2. 移动副,约束数 S = 2,3. 齿轮副,4. 凸轮副,n,n,约束数 S = 1,n,n,平面低副约束数 S = 2 平面高副约束数 S = 1,三 平面机构自由度计算,如果：活动构件数：n 低副数： pL 高副数： pH,未连接前总自由度：,3n,连接后引入的总约束数：,2pL+ pH,F=3n - ( 2pL + pH ),机构自由度F：,F=3n - 2pL - pH,1.机构自由度的计算公式,机构自由度举例：,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,原动件数F，机构破坏,原动件数=机构自由度,机构运动确定,2.机构具有确定相对运动的条件,铰链四杆机构：,原动件数=机构自由度,机构运动确定,原动件数机构自由度数，机构运动不确定（任意乱动）,铰链五杆机构：,构件间没有相对运动 机构刚性桁架,（多一个约束）超静定桁架,F=3n-2PL-PH,=3,2,-2,3,-0,=0,F=3n-2PL-PH,=3,3,-2,5,-0,=-1,机构具有确定运动的条件：,自由度大于零（F0） 原动件数 =自由度数,m个构件(m2)在同一处构成转动副 m-1个低副,(1) 复合铰链,F 3n2plph 3 2 ,5,6,0, 3,F 3n 2plph 3 2 ,5,7,0, 1,错,对,2,3,5,1,3 几种特殊结构的处理,动画,F3n2plph 3 2 ,3,3,1, 2,F3n 2plph 3 2 ,2,2,1, 1,错,对,排除,(2) 局部自由度,定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动, 不影响机构输出运动的自由度 局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠 解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视作一个构件,动画,在特定几何条件或结构条件下，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一致，这种不起独立限制作用的运动副叫虚约束 处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其所带入的运动副）去掉 结论,F3n2PLPH 3 2 ,F3n2PLPH 3 2 ,2,3,1,-1,错,2,2,1,1,对,排除,(3) 虚约束,虚约束经常发生的场合,A 两构件之间构成多个运动副时 B 两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时 C 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时 D 机构中对运动不起作用的对称部分,机械设计基础 平面连杆机构,A 两构件之间构成多个运动副时,两构件组合成多个转动副，且其轴线重合 两构件组合成多个移动副，其导路平行或重合 两构件组合成若干个高副，但接触点之间的距离为常数,目的：为了改善构件的受力情况,F3n2PLPH 3 2 ,2,2,1,1,机械设计基础 平面连杆机构,动画,B 两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时,在这两个例子中，加与不加红色构件AB效果完全一样，为虚约束 计算时应将构件AB及其引入的约束去掉来计算,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0,F3n2PLPH 3 2 ,4,6,0, 0,错,对, 1,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0,1,机械设计基础 平面连杆机构,动画,动画,C 两构件上联接点的轨迹重合,在该机构中，构件2上的C点C2与构件3上的C点C3轨迹重合，为虚约束 计算时应将构件3及其引入的约束去掉来计算 同理，也可将构件4当作虚约束，将构件4及其引入的约束去掉来计算，效果完全一样,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0,1,动画,机械设计基础 平面连杆机构,D 机构中对运动不起作用的对称部分,在该机构中，齿轮3是齿轮2的对称部分，为虚约束 计算时应将齿轮3及其引入的约束去掉来计算 同理，将齿轮2当作虚约束去掉，完全一样 目的：为了改善构件的受力情况,F3n2PLPH 3 2 ,3,3,2,1,动画,机械设计基础 平面连杆机构,虚约束结论,机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动,采用虚约束是为了:改善构件的受力情况；传递较大功率；或满足某种特殊需要 在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所需要的几何条件,机械设计基础 平面连杆机构,4 自由度计算小结,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