第2章机构结构幻灯片.ppt

本章教学目的和内容 了解机构的组成 搞清运动副 运动链 自由度等概念 能绘制常用机构的机构运动简图 能计算平面机构的自由度 了解平面机构组成的基本原理 掌握机构结构分析的方法 第二章平面机构的结构分析 第二章平面机构的结构分析 本章教学内容 2 1机构的组成2 2机构运动简图的绘制2 3机构具有确定运动的条件2 4机构自由度的计算2 5计算平面机构自由度应注意事项2 6平面机构的组成原理及结构分析 一 构件 从制造加工角度 机械由零件组成零件 制造单元体从运动和功能实现角度 机械由构件组成构件 独立运动的单元体 2 1机构的组成 注意 构件可以是单一零件 也可以是几个零件的刚性联接 2 1机构的组成 连杆体 内燃机连杆 一 构件 2 1机构的组成 二 运动副 运动副定义 指两构件直接接触并能产生相对运动的联接 运动副元素定义 指两个构件直接接触而构成运动副的部分 作者 潘存云教授 a 两个构件 b 直接接触 c 有相对运动 运动副元素 直接接触的部分 点 线 面 例如 凸轮 齿轮齿廓 活塞与缸套等 三个条件 缺一不可 作者 潘存云教授 2 1机构的组成 二 运动副 运动副元素不外乎为点 线 面 2 1机构的组成 二 运动副 1 构件的自由度 指一个构件相对另一个构件可能出现的独立运动 一个自由构件在空间具有6个自由度 2 约束 指通过运动副联接的两构件之间的某些相对独立运动所受到的限制 运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目 运动副引入的约束数 最多为5个 构件自由度与约束 2 1机构的组成 二 运动副 1 按运动副相对运动形式分4种 运动副分类 五种分类 2 1机构的组成 二 运动副 二 运动副 2 1机构的组成 2 按运动副引入的约束数分 运动副级别 n级运动副 指引入n个约束的运动副 级副 级副 级副 级副 级副 2 1机构的组成 二 运动副 低副 两构件通过面接触而构成的运动副统称为低副 如转动 移动副 高副 两构件通过点或线接触而构成的运动副统称为高副 如滚动副 凸轮副 齿轮副等 低副 3 按运动副接触形式分 最重要 4 按运动副的封闭方式分 几何封闭副 指借助于构件的结构形状所产生的几何约束来封闭的运动副 力封闭副 指借助于重力 弹簧力 气液压力等来封闭的运动副 2 1机构的组成 二 运动副 几何封闭副 5 按运动副的运动空间分 平面运动副 指构成运动副的两个构件之间的相对运动为平面运动的运动副 空间运动副 指构成运动副的两个构件之间的相对运动为空间运动的运动副 2 1机构的组成 二 运动副 三 运动链 运动链 指两个以上的构件通过运动副联接而成的系统 闭链 运动链的各构件构成首尾封闭的系统 开链 运动链的各构件未构成首尾封闭的系统 2 1机构的组成 作者 潘存云教授 平面运动链 各构件间的相对运动为平面运动的运动链 空间运动链 各构件间的相对运动为空间运动的运动链 2 1机构的组成 三 运动链 空间运动链 四 机构 机构 在运动链中将一构件加以固定 而其余构件都具有确定的运动 则运动链便成为机构 机架 机构中固定不动构件 原动件 机构中按给定运动规律独立运动的构件 从动件 机构其余活动构件 2 1机构的组成 平面机构 机构中各构件间的相对运动为平面运动 空间机构 机构中各构件间的相对运动为空间运动 四 机构 2 1机构的组成 2 2机构运动简图 机构运动简图 机构运动简图 指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 并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副 绘制出表示机构运动关系的简明图形 为什么要画机构运动简图 机构的运动 与原动件运动规律 运动副类型 机构运动尺寸有关 2 2机构运动简图 机构的示意图 指为了表明机构结构状况 不要求严格地按比例而绘制的简图 机构示意图 常用运动副和构件的表示方法 常见运动副符号的表示 国标GB4460 84 详见教材P13页 常用运动副的符号 运动副名称 运动副符号 两运动构件构成的运动副 转动副 移动副 两构件之一为固定时的运动副 平面运动副 平面高副 螺旋副 空间运动副 构件的表示方法 一般构件的表示方法 杆 轴构件 固定构件 同一构件 三副构件 两副构件 一般构件的表示方法 注意事项 画构件时应撇开构件的实际外形 而只考虑运动副的性质 常用机构运动简图符号 机构运动简图应满足的条件 1 构件数目与实际相同 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 2 2机构运动简图 绘制机构运动简图 顺口溜 先两头 后中间 从头至尾走一遍 数数构件是多少 再看它们怎相联 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 2 2机构运动简图 绘制运动简图的步骤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 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 举例 绘制破碎机和冲床的机构运动简图 2 2机构运动简图 例题一 绘制图示颚式破碎机的机构运动简图 分析 该机构有6个构件和7个转动副 画机构运动简图的方法 例题二 图示为一冲床 绕固定中心A转动的菱形盘1为原动件 与滑块2在B点铰接 滑块2推动拨叉3绕固定轴C转动 拨叉3与圆盘4为同一构件 当圆盘4转动时 通过连杆5使冲头6实现冲压运动 试绘制其机构运动简图 画机构运动简图的方法 分析 绘制简图 6个构件 5个转动副 2个移动副 1 分析机构的组成及运动情况 确定机构中的机架 原动部分 传动部分和执行部分 以确定运动副的数目 2 循着运动传递的路线 逐一分析每两个构件间相对运动的性质 确定运动副的类型和数目 3 恰当地选择投影面 一般选择与机械的多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面 4 选择适当的比例尺 定出各运动副之间的相对位置 用规定的简单线条和各种运动副符号 将机构运动简图画出来 小结 2 2机构运动简图 实例分析 2 3机构具有确定运动的条件 给定一个独立运动参数 其余构件有确定运动 机构中给定独立运动参数的构件为原动件 问题 取运动链中某个构件为机架 其余构件在什么条件下才具有确定运动 结论 机构具有确定运动的条件为 机构原动件数 机构自由度数 五杆机构 2 3机构具有确定运动的条件 给定一个独立运动参数 机构没有确定运动 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为机构的自由度 给定两个独立运动参数 机构有确定运动 自由度计算实例分析 F 3n 2Pl Ph 3 4 2 5 0 2 F 3n 2pl ph 3 3 2 4 0 1 2 3机构具有确定运动的条件 作平面运动的刚体在空间的位置需要三个独立的参数 x y 才能唯一确定 F 3 单个活动构件的自由度为3 2 4机构自由度的计算 平面机构自由度的计算公式 2 4机构自由度的计算 运动副自由度数约束数回转副1 2 x y 3 R 2 F 1 R 2 F 1 R 1 F 2 结论 构件自由度 3 约束数 移动副1 x 2 y 3 高副2 x 1 y 3 经运动副相联后 由于有约束 构件自由度会有变化 自由构件的自由度数 约束数 2 4机构自由度的计算 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 3 n 2 Pl 1 Ph 推广到一般 上述计算适合于平面机构 2 4机构自由度的计算 实例分析1 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 3 3 2 4 1 高副数Ph 0 2 4机构自由度的计算 例题分析2 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 3 2 2 2 1 1 高副数Ph 1 复合铰链 实例分析3 计算图示直线机构自由度 解 F 3n 2pl ph 3 7 2 6 0 9 解 F 3n 2pl ph 3 7 2 10 0 1 2 5计算机构自由度应注意的事项 两个以上构件同在一处以转动副相联接即构成复合铰链 m个构件以复合铰链联接所构成的转动副数为 m 1 个 实例分析4 计算图示凸轮机构自由度 解 F 3n 2pl ph 3 3 2 3 1 2 F 3n 2pl ph F 3 3 2 3 1 1 1 方法二 假想构件2和3成一体 F 3n 2pl ph 3 2 2 2 1 1 2 5计算机构自由度应注意的事项 注意 计算机构自由度时 应将局部自由度除去不计 方法一 局部自由度 2 5计算机构自由度应注意的事项 机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动 把这种局部运动的自由度称为局部自由度 数目用F 表示 指机构在某些特定几何条件或结构条件下 有些运动副带入的约束对机构运动实际上起不到独立约束作用 这些对机构运动实际上不起约束作用的约束称虚约束 用P 表示 2 5计算机构自由度应注意的事项 虚约束 注意 在计算自由度时 应将虚约束除去不计 将因虚约束而减少的自由度再加上 即 F 3n 2pl ph P 不计引起虚约束的附加构件和运动副数 F 3n 2pl ph 去除虚约束的方法 F 3n 2pl ph 3 4 2 6 0 0 虚约束常出现的情况1 机构中两构件未联接前的联接点轨迹重合 则该联接引入1个虚约束 2 5计算机构自由度应注意的事项 正确计算 将因虚约束而减少的自由度再加上F 3n 2pl ph P 3 4 2 6 0 1 1 不计引起虚约束的附加构件和运动副数F 3n 2pl ph 3 3 2 4 0 1 F 3n 2pl ph 3 3 2 4 0 1 F 3n 2pl ph 3 4 2 6 0 0 分析 E3和E5点的轨迹重合 引入一个虚约束正确计算 F 3n 2pl ph P 3 4 2 6 0 1 1 2 5计算机构自由度应注意的事项 两构件在几处接触而构成移动副且导路互相平行或重合 两个构件组成在几处构成转动副且各转动副的轴线是重合的 只有一个运动副起约束作用 其它各处均为虚约束 2 两构件在几处接触而构成运动副 2 5计算机构自由度应注意的事项 3 若两构件在多处相接触构成平面高副 且各接触点处的公法线重合 则只能算一个平面高副 若公法线方向不重合 将提供各2个约束 有一处为虚约束 此两种情况没有虚约束 2 5计算机构自由度应注意的事项 5 某些不影响机构运动的对称部分或重复部分所带入的约束为虚约束 4 机构运动过程中 某两构件上的两点之间的距离始终保持不变 将此两点以构件相联 则将带入1个虚约束 2 5计算机构自由度应注意的事项 小结 2 5计算机构自由度应注意的事项 存在于转动副处 正确处理方法 复合铰链处有m个构件则有 m 1 个转动副 复合铰链 2 5计算机构自由度应注意的事项 局部自由度 常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩擦所增加的滚子处 正确处理方法 计算自由度时将局部自由度减去 小结 2 5计算机构自由度应注意的事项 虚约束 存在于特定的几何条件或结构条件下 正确处理方法 将引起虚约束的构件和运动副除去不计 或加上因虚约束而减少的自由度 小结 例题一 计算图示某包装机送纸机构的自由度 并判断该机构是否有确定运动 复合铰链 D包含2个转动副局部自由度 F 2虚约束 杆8及转动副F I引入1个虚约束 计算自由度前直接去除虚约束和局部自由度 计算机构自由度典型例题分析 n 6 pl 7 ph 3F 3n 2pl ph 3 6 2 7 3 1 1 2 4 5 7 9共6个 A B D D E G J共7个 1 2 2 3 2 6共3个 活动构件 低副 高副 例题二 计算图示机构的自由度 如有复合铰链 局部自由度和虚约束 需明确指出 画箭头的构件为原动件 解 分析 计算机构自由度典型例题分析 复合铰链 D E分别包含2个转动副局部自由度 F 1虚约束 FG杆引入1个虚约束 计算机构自由度典型例题分析 例题二 一 机构的组成原理 机构具有确定运动的条件 自由度数 原动件数 2 6机构的组成原理及结构分类 1 杆组 机架和原动件与从动件组分开 从动构件组自由度为零 可以再拆成更简单的自由度为零的杆组 2 6机构的组成原理及结构分类 基本杆组 把机构中最后不能再拆的自由度为零的构件组称为机构的基本杆组 对于全低副的杆组 n个构件 pl个低副 2 基本杆组的分类 n和pl为整数n 2 4 6 根据n的取值基本杆组分为以下几种情况 1 n 2 pl 3的双杆组 又叫 级杆组特征 杆组中均为2副构件 常见的形式有 2 6机构的组成原理及结构分类 2 n 4 pl 6的多杆组 又叫 级杆组特征 杆组中有一个三副构件 常见的形式有 3 更高级别的杆组 2 6机构的组成原理及结构分类 机构组成原理指把若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上 就可以组成自由度数与原动件数相等的新机构 3 机构的组成原理 机构创新设计应遵循的原则利用机构组成原理进行机构创新时 在满足相同工作要求的条件下 机构的结构越简单 杆组的级别越低 构件数和运动副数越少越好 2 6机构的组成原理及结构分类 结构分析目的 二 平面机构的结构分析 了解机构的组成 确定机构的级别 分解为基本杆组 机架和原动件 结构分析的过程 拆杆组 从离原动件最远的构件开始试拆 先拆II级组 若不成 再拆III级组 每拆出一个杆组后 机构的剩余部分仍应是一个与原机构有相同自由度的机构 直到只剩原动件为止 杆组拆分原则 2 6机构的组成原理及结构分类 2 6机构的组成原理及结构分类