平面机构的组成分析.ppt

军械学院专用,平面机构的组成分析,本章的研究目的：,1.探讨机构运动的可能性和确定性,2.按组成特点将机构分类,便于运动分析和动力分析,3.绘制机构运动简图,军械学院专用,1 机构及其组成,一、构件的自由度,构件可能出现的独立的运动称为构件的自由度。,一个作平面运动的独立构件有三个自由度；一个作空间运动的独立构件有六个自由度。,(x , y),军械学院专用,二、运动副及其分类,a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动,例如：滚子凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。,1、定义： 运动副两个构件直接接触组成的可动联接,三个条件，缺一不可,军械学院专用,2、运动副的分类：,低副面接触，应力低,例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。,例如：转动副（回转副）、移动副 。,高副点、线接触，应力高。,军械学院专用,运动链两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。,三、 运动链,闭链、开链,军械学院专用,在运动链中，如果以某一个构件作为参考坐标系，当其中另一个（或少数几个）构件相对于该坐标系按给定的运动规律运动时，其余所有的构件都能得到确定的运动，那么，该运动链便成为机构。,四、 机构,从机构组成的角度得到机构的定义。,定义：具有确定运动的运动链称为机构 。,军械学院专用,机架作为参考系的构件，如机床床身、车辆底盘、飞机机身。,机构的组成： 机构机架原动件从动件,原（主）动件按给定运动规律运动的构件。,机构中的构件分为三种：,从动件其余可动构件。,军械学院专用,构件,运动副,运动链,机构,直接接触,系统化,确定运动,小结：,军械学院专用,2 平面机构运动简图,作用： 1.表示机构的结构和运动情况。,2.作为运动分析和动力分析的依据。,用简单的线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置，以说明机构各构件间的相对运动关系的简化图形-机构运动简图。,3.便于机构的综合。,军械学院专用,机构运动简图应满足的条件：,2.运动副的性质、数目与实际相符,3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。,1.构件数目与实际相同,军械学院专用,二、机构运动简图绘制方法,步骤： 1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；,4.检验机构是否满足运动确定的条件。,2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（多为运动平面）， 绘制示意图。,3.按比例绘制运动简图。 简图比例尺： l =实际尺寸 m / 图上长度mm,思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。,举例：绘制破碎机和偏心泵的机构运动简图。,军械学院专用,绘制曲柄摇杆泵的运动简图。,军械学院专用,绘制平面机构运动简图应注意的问题：,1、主动件取一般位置,2、机架上有阴影线,3、主动件上有箭头,军械学院专用,定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的 独立运动参数称为机构的自由度。,3 平面机构的自由度,军械学院专用,一、 平面机构自由度的计算公式,(x , y),军械学院专用,R=2, F=1,R=2, F=1,R=1, F=2,得：构件自由度3约束数,经运动副相联后，构件自由度会有变化：,自由构件的自由度数约束数,军械学院专用,活动构件数 n,计算公式： F=3n(2PL +Ph ),构件总自由度,低副约束数,高副约束数,3n,2 PL,1 Ph,计算曲柄滑块机构的自由度。,解：活动构件数n=,3,低副数PL=,4,F=3n 2PL PH =33 24 =1,高副数PH=,0,推广到一般：,军械学院专用,计算铰链五杆机构的自由度,解：活动构件数n=,4,低副数PL=,5,F=3n 2PL PH =34 25 =2,高副数PH=,0,军械学院专用,计算图示凸轮机构的自由度。,解：活动构件数n=,2,低副数PL=,2,F=3n 2PL PH =32 221 =1,高副数PH=,1,军械学院专用,二、平面机构具有确定运动的条件,机构的自由度数即是机构所具有的独立运动的数目。通常机构中的每个原动件具有一个独立运动（如电动机转子具有一个独立转动，内燃机的活塞具有一个独立的直线移动），因此，机构的自由度也是机构应当具有的原动件的数目。,机构自由度、原动件数与机构确定运动之间的关系如何呢？,机构的自由度:,军械学院专用,分析1：,四杆铰链机构,计算四杆铰链机构的自由度n=3 PL=4、PH=0,F=3n 2PL PH =33 24 =1,当原动件=1时：,机构所具有确定运动。,当原动件=2时（原动件数F)：,机构干涉-卡死,军械学院专用,五杆铰链机构,F=3n 2PL PH =34 25 =2,分析2：,当原动件=2 (原动件=F)时：,机构所具有确定运动。,当原动件=1(原动件F)时：,机构能动-乱动,军械学院专用,三杆铰链构件系统,分析3：,F=2n 3PL PH =23 32 =0,三角形结构-不能动,为刚 性结构(看成一个构件)。,分析4：,F=3n 5PL PH =33 25 = -1,不能动-超静定结构。,A,C,B,军械学院专用,综合：,当F0时：,刚性结构,当F0时：,能动,原动件数F：,机构干涉-卡死,原动件数F：,机构能动-乱动,原动件数=F:,机构具有确定的相对运动,机构具有确定运动的条件是： （1）机构的自由度F必须大于零； （2）原动件数与机构的自由度必须相等。,军械学院专用,三、计算平面机构自由度的注意事项,计算图示圆盘锯机构的自由度。,解：活动构件数n=,7,低副数PL=,6,F=3n 2PL PH,高副数PH=0,=37 26 0,=9,军械学院专用,1.复合铰链 两个以上的构件在同一处以转动副相联。,计算：m个构件,有m1转动副。,两个低副,军械学院专用,上例：在B、C、D、E四处应各有 2 个运动副。,重新计算图示圆盘锯机构的自由度：,解：活动构件数n=7,低副数PL=,10,F=3n 2PL PH =37 2100 =1,圆盘锯机构,军械学院专用,计算图示两种凸轮机构的自由度。,解：n=,3，,PL=,3，,F=3n 2PL PH =33 23 1 =2,PH=1,对于右边的机构，有： F=32 22 1=1,事实上，两个机构的运动相同，且F=1,军械学院专用,2.局部自由度,F=3n 2PL PH FP =33 23 1 1 =1,本例中局部自由度 FP=1,或计算时把滚子和铰链焊住： F=32 22 1 =1,定义：构件局部运动所产生的自由度。,出现在加装滚子的场合，计算时应去掉Fp。,军械学院专用,解：n=,4，,PL=,6，,F=3n 2PL PH =34 26 =0,PH=0,3.虚约束 对机构的运动实际不起作用的约束。 计算自由度时应去掉虚约束。,此例中，构件1、4、3之一为虚约束。,军械学院专用,重新计算：n=3, PL=4, PH=0,F=3n 2PL PH =33 24 =1,特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,军械学院专用,出现虚约束的场合： 1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合,2.两构件构成多个移动副，且导路平行。,如平行四边形机构，火车轮等,军械学院专用,4.运动时，两构件上的两点距离始终不变。,3.两构件构成多个转动副，且同轴。,5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。,军械学院专用,虚约束的作用： 改善构件的受力情况，如多个行星轮。,增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。,使