平面机构的组成与结构分析(1)(1).ppt

第二章 平面机构的结构分析,第一节 基本概念 第二节 机构运动简图 第三节 机构具有确定运动的条件 第四节 平面机构自由度的计算 第五节 平面机构的组成原理与结构分析,机械原理,2,第一节 基本概念,一、构件 二、运动副 三、运动链 四、机构,3,一、构件,定义 组成机构的最小运动单元,加工制造的最小单元,内 燃 机 连 杆,组成 可由一个零件构成，也可由若干零件刚性联接而成。,零件,4,二、运动副,按两构件的接触方式分类 按两构件之间的相对运动方式分类 按运动副的自由度进行分类,运动副代表符号,定义两构件相互连接并能保持一定形式的相对运动，把这种可动连接称为运动副。把形成运动副的点、线、面部分称为运动副元素。,分类,5,按两构件的接触方式分类,高副点或线接触的运动副 低副面接触的运动副,6,按两构件之间的相对运动方式分类,转动副两构件之间的相对运动为转动 移动副两构件之间的相对运动为移动,7,运动副的自由度与约束,自由度 构件在空间中具有的独立运动的数目 约 束 运动副对构件运动的限制作用,I类运动副 II类运动副 III类运动副 IV类运动副 V类运动副,8,平面运动副的自由度与约束,转动副R,移动副,平面高副的自由度与约束,自由度 f =1， 约束 c =2.,f =2，c =1,平面低副的自由度与约束,9,移动副,平面高副,转 动 副,运动副代表符号,10,三、运动链,闭式运动链简称闭链：运动链的各构件首尾封闭 开式运动链简称开链：未构成首尾封闭的系统,定义若干个构件通过运动副连接起来组成的相互间可作 相对运动的构件系统。,分 类,闭链,开链,注意,不是运动链,第二章 平面机构的结构分析,12,四、机构,机构：有一个构件为机架，并具有确定相对运动的运动链。,13,四、机构,平面机构：机构中各构件的运动平面互相平行 空间机构：机构中至少有一构件不在相互平行的平面上运 动，或至少有一构件能在三维空间中运动,低副机构：完全由低副连接而成的机构 高副机构：只要含有一个高副的机构,定义选定某构件为机架后的运动链,分类,平面低副开链机构,高副机构,第二章 平面机构的结构分析,平面低副闭链机构,15,连杆机构中的构件,机架:固定不动的构件 (1) 连架杆:与机架相连接的构件(2、4） 连杆:不与机架相连接的构件（3）,16,第二节 机构运动简图,定义 用运动副代表符号和简单线条来反映机构中各构件 之间运动关系的简图。,比例尺,17,机构简图,基本概念,机构运动简图：按比例尺绘制的机构简图。,机构示意图：不按比例尺绘制的机构简图。,用国标规定的简单线条和符号表示机构的组成情况和运动情况的图形。,18,机构运动简图的特点,长度比例尺 l =运动尺寸实际长度/图示长度，,单位：mm/mm, m/mm， l 的值取为简单数。 （ l1 mm/mm ，将原图缩小； l1 mm/mm，将原图放大。）,反映机构中构件的数目； 反映机构中运动副的类型和数目； 表示出各运动副的相对位置（运动尺寸） 能完全表达原机械具有的运动特性。,19,分析研究机构运动的“模型”。,机构运动简图的作用,表达机构设计的目标。,设计说明的文件。,构造设计的依据。,专利性质的判据。,20,1.找出原动件和从动件； 2.使机构缓缓运动，观察其组成情况和运动情况； 3.沿主动件到从动件的传递路线找出构件数目和运动副的数目与种类； 4.选择大多数构件所在平面为投影面； 5.测量各运动副之间的尺寸，用运动副表示各构件的连接，选择比例尺画出各构件。,具体绘制步骤,21,例2-1绘制图2-17简易冲床机构的运动简图,分析：,分清构件:,偏心轮1,（原动件）,连杆2,摇杆3,连杆4,滑块5,机架6,从动件,22,转动副,1、6:O1 1、2:A 2、3:B 2、4:C 3、6:O2 4、5:D,移动副,5、6,分析：,认清运动副的类型,23, 合理选择投影面。, 测出每个构件的运动尺寸。,偏心轮1 ： lO1A 连杆2 : lAB 、 lBC 、 lAC 摇杆3 : lO2B 连杆4: lCD,活动构件的运动尺寸,24,以固定铰链O1的中心为坐标原点，机架上的运动尺寸有 :,冲头5的移动导路线与转动副D中心的轨迹重合,且通过固定铰链O2的中心。, 测出每个构件上的运动学尺寸。,固定铰链O2的位置： XO2 、 YO2,25,4 按一定的顺序绘图,O2,A,B,C,D,选择长度比例尺l，根据运动尺寸，确定各运动副的相对位置。,26,4 按一定的顺序绘图,O2,A,B,C,D,用规定的线条和符号绘制出机构运动简图。,在原动件上标出箭头以表示其转动方向。,1,2,3,4,27,小 结,绘制机构运动简图的关键是： 分清构件，认清运动副的类型， 确定各运动副的位置和各构件的运动尺寸。,返回,28,例 题 21,机构运动简图,冲床构造图,29,选择比例尺，根据运动尺寸，先确定出机架上各运动副的相对位置（固定铰链A、B ），再将原动件3置于一个适当的位置，定出转动副C的位置。用规定的线条和符号绘制出机构运动简图。原动件3上标出箭头以表示其转动方向。,C,注意按一定的顺序绘图,30,对平面低副机构，只用简单的线条和符号表示构件和运动副，不再出现与构件外形相关的线条。 一个机架支承多个活动构件，参与组成多个运动副。,注意：,移动副,31,机构运动简图画法例举2,32,第三节 机构具有确定运动的条件,条件,给定的原动件数机构的自由度数目,33,第四节 平面机构的自由度计算,一、平面机构自由度的计算公式 二、计算机构自由度的注意事项 三、例 题,34,一、平面机构自由度的计算公式,活动构件数目,低副数目,高副数目,35,二、机构具有确定运动的条件,F=0,F=-1,讨论,构件组合成为刚性（超静定）桁架。,36,给定的原动件数机构的自由度数目,二、机构具有确定运动的条件,无确定运动,有确定运动,F=1,原动件数目= F机构运动确定,原动件数目 F机构损坏,F=2,原动件数目= F 机构运动确定,原动件数目F运动不确定,38,机构具有确定运动的条件：,自由度F0， 且机构原动件的数目等于机构自由度的数目。,39,双曲线画规机构,牛头刨床机构,计算实例,例 题 22,40,二、计算机构自由度的注意事项,局部自由度 复合铰链 虚约束,41,局部自由度,定义在某些机构中，不影响其他构件运动的自由度称为局部自由度。,处理办法把滚子固化在支承滚子的构件上。,42,复合铰链,定义两个以上的构件在同一处以转动副联接，则构成 复合铰链。,处理办法m个构件在同一处构成转动副，实际转动副 数目为（m-1）个。,43,几种典型复合铰链,44,虚约束,定义对机构运动实际上不起限制作用的约束。,处理办法将机构中构成虚约束的构件连同其所附带的 运动副去掉不计 。,(a)转动副的虚约束 (b)移动副的虚约束 (c)高副机构的虚约束 (d)不起限制作用的虚约束 (e)等距点产生的虚约束,几种常见的虚约束,第二章 平面机构的结构分析,46,例题 2-3 (需注明局部自由度、复合铰、虚约束),解：,(a),(b),(a),(b),47,例题 2-4 剪床机构的自由度计算,B处有局部自由度，C处为复合铰， FGH存在虚约束。 去掉局部自由度和虚约束。,解：,6,48,4）不起约束作用的构件或构件系统,对称布置的构件,49,第五节 平面机构的组成原理与结构分析,一、杆组分析 二、机构的组成原理 三、高副低代 四、平面机构的结构分析,50,一、杆组分析,最简机构由一个原动件和机架所组成的机构,杆组去掉原动件，剩余自由度为零的部分杆件系统,基本杆组自由度为零且不能再分割的杆组,杆组应该满足的条件条件:,运动副数,构件数,最简机构（F=1）,第二章 平面机构的结构分析,杆 组,基本杆组,52,级杆组,内接副 连接杆组内部构件的运动副 外接副 与杆组外部构件连接的运动副,级杆组,1个内接副 2个外接副,53,级杆组含有3个内接副,级杆组含有4个内接副,54,二、机构的组成原理,平面机构的组成原理 任意复杂的平面机构都可看作是在最简机构的基础上连接一些基本杆组所构成的。,牛头刨床的组合过程,55,三、高副低代,高副低代采用低副代替高副进行变通处理的方法,代换原则 : 1.代换前后保持机构的自由度不变 2.代换前后保持机构的运动关系不变,要点找出两高副元素的接触点处的公法线和曲率中心,实例,高副接触的低副代换图例,第二章 平面机构的结构分析,57,四、平面机构的结构分析,主要任务判定机构的级别，而机构的级别取决于机构 中的杆组的最高级别,1.计算机构的自由度并确定原动件。 2.高副低代，去掉局部自由度和虚约束。 3.从远离原动件的部位开始拆杆组，首先考虑II级杆组， 拆下的杆组是自由度为零的基本杆组，最后剩下的原动 件数目与自由度数相等。,一般步骤,实例,58,例题 2-5 剪床机构的结构分析,1. 该机构的自由度为1。 2. 高副低代，去掉局部自由度和虚约束。,解：,59,解：,3.拆下四个II级杆组： 7-8，6-10，4-5，3-2。 （注意：拆分杆组出现的问题）,例