机械原理教学PPT 机构的结构分析.ppt

第二章机构的结构分析 2 1机构结构分析的内容及目的 2 2机构的组成 2 3机构运动简图 2 4机构具有确定运动的条件 2 5机构自由度的计算 2 6计算平面机构自由度时应注意的事项 2 7平面机构的组成原理 结构分类及结构分析 返回 2 1机构结构分析的内容及目的 主要内容及目的是 研究机构的组成及机构运动简图的画法 了解机构具有确定运动的条件 研究机构的组成原理及结构分类 2 2机构的组成 1 构件 构件的自由度 构件的定义 独立运动单元 自由度的定义 独立运动参数的个数或描述构件位置和姿态所需的独立坐标数 构件自由度数目 平面运动构件 3个自由度 空间运动构件 6个自由度 2 运动副 运动副定义 两个构件直接接触组成的可动联接 运动副元素 构件上参与接触的几何元素 运动副作用 提供约束 例如 球面副保留3个相对运动 x y z提供3个约束 sx sy sz 约束的定义 对运动所加的限制 运动副的分类 2 按相对运动形式 1 按接触形式 平面副 保留的相对运动为平面运动 空间副 保留的相对运动为空间运动 转动副 只保留的1个相对转动自由度 移动副 只保留的1个相对移动自由度 3 按提供的约束数 1级副 2级副 3级副 4级副 5级副 4 按运动副元素 圆柱副 球面副 球销副 螺旋副球面与平面副 球面与圆柱副 圆柱与平面副 平面运动副的分类 1 平面低副 转动副 移动副 空间5级副 2 平面高副 例如齿轮副 凸轮副 空间4级副 提示 1个平面运动构件有3个自由度 1个平面低副引入2个约束 平面2级副 1个平面高副引入1个约束 平面1级副 3 运动链 运动链的定义 两个以上构件用运动副联接而成的系统 运动链的分类 闭式运动链 闭链 运动链是封闭图形 开式运动链 开链 运动链是开放图形 4 运动链成为机构的2个条件 1 选定某一构件为机架 2 选定1个或几个构件为原动件 使运动确定 从动件 其余可动构件 输出构件 运动 动力输出的构件 机架 相对固定的构件 原动件 运动规律已知的构件 术语 连架杆 与机架相联的构件 1 机构运动简图 机构运动简图 用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形 2 3机构运动简图的绘制 了解 画构件时应忽略构件的实际外形 只考虑构件尺寸 即运动副之间的尺寸 和运动副的性质 机构示意图 不按比例绘制的简图 术语 机构运动简图 按精确比例绘制的简图 构件的表示方法 简单线条和几何图形 常见运动副符号的表示 国标gb4460 84 常用机构运动简图符号 例1 绘制破碎机和偏心泵的机构运动简图 1 颚式破碎机 2 机构运动简图的绘制 绘制方法及步骤 1 搞清机械的构造及运动情况 沿着运动传递路线 查明组成机构的构件数目 运动副的类别及其位置 2 选定视图平面 3 选适当比例尺 作出各运动副的相对位置 再画出各运动副和机构的符号 最后用简单线条连接 即得机构运动简图 a b e d c f g 例2 绘制图示偏心泵的运动简图 偏心泵 解 2 4机构具有确定运动的条件 重点 一个机构在什么条件下才能实现确定的运动呢 两个例子 铰链四杆机构 铰链五杆机构 若给定机构一个独立运动 运动完全确定 若给定机构两个独立运动 最薄弱环节损坏 若给定机构一个独立运动 运动不确定 若给定机构两个独立运动 运动完全确定 机构的自由度机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目 其数目用f表示 结论机构具有确定运动的条件是 机构的原动件数目应等于机构的自由度数目f 如果原动件数 f 如果原动件数 f 则机构的运动将不确定 则会导致机构最薄弱环节的损坏 结论 机构具有确定运动的条件是 机构原动件数目应等于机构的自由度的数目f 知识回顾 1个平面运动构件有3个自由度 1个低副 转动副移动副 引入2个约束 1个高副引入1个约束 2 5机构自由度的计算 f 1 3 3 2 4 f 1 4 3 引例 设 平面机构自由度的计算公式 f 3n 2pl ph 有n个活动构件 pl个低副 ph个高副 则 例3 计算铰链五杆机构的自由度 解 n 4 pl 5 f 3n 2pl ph ph 0 f 2 3 4 2 5 0 2 f 0 静定桁架 f 1 超静定桁架 结论 f 0 运动链可动 f 1运动链给定1个原动件 f 1运动链给定2个原动件 运动确定 损坏构件 f 2机构给定1个原动件 f 2机构给定2个原动件 运动不确定 运动确定 即机构具有确定运动的条件 原动件数 f 0 1 例4 计算火车轮机构的自由度 解 n 6 pl ph 0 8 f 3n 2pl ph 3 6 2 8 0 2 1 5 4 3 2 6 a g f e d c b 7 1 复合铰链 简称复铰 若有m个构件 2 6计算自由度时应注意的问题 两个以上构件 含机架 在同一轴线上构成的多个转动副 称为复合铰链 1 2 则有m 1个转动副 例4 重新计算火车轮机构的自由度 解 n 6 pl ph 0 8 f 3n 2pl ph 3 6 2 8 0 2 0 9 9 对机构的运动不起独立限制作用的重复约束 计算自由度时要去除掉 2 虚约束 消极约束 b f d 1 5 3 2 6 a g e c 7 解 n 5 pl 7 f 3n 2pl ph 1 ph 0 3 5 2 7 0 1 两构件构成多个运动副 出现虚约束的场合 重点 难点 两构件组成多个移动副 导路重合或平行 两构件组成多个转动副 同轴 两构件构成高副 两处接触 法线重合 等宽凸轮 注意 法线不重合时 变成实际约束 2 运动过程中 两构件上的两点距离始终不变 例如火车轮机构 椭圆仪 3 联接点与被联接点轨迹重合 4 对运动不起作用的对称部分 4 对运动不起作用的对称部分 4 对运动不起作用的对称部分 改善构件的受力情况 例如多个行星轮 增加机构的刚度 例如轴与轴承 机床导轨 虚约束的作用 解 例5 计算图示机构的自由度 n 3 pl 3 f 3n 2pl ph 2 ph 1 3 3 2 3 1 偏置直动滚子推杆凸轮机构 3 局部自由度 不影响机构输入输出关系的自由度 f 1 例6 计算图示机构的自由度 n 7 pl ph 0 f 3n 2pl ph 1 10 解 3 7 2 10 0 例7 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 解 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 n 6pl 7ph 3f 3n 2pl ph 1 例8 如图所示 已知 de fg hi 且相互平行 df eg 且相互平行 dh ei 且相互平行 计算此机构的自由度 若存在局部自由度 复合铰链 虚约束请标出 2 7机构的组成原理和结构分析1 杆组 基本杆组 基本组 assurgroup组 f 1 f 1 f 0 f 0 原动件 杆组 杆组 定义 f 0不可再分的构件组 结构公式 f 3n 2pl ph 3n 2pl 0 pl 3n 2 分类 a 级组 n 2 pl 3 pl 3n 2 pl 3n 2 级组只有5种 不是9种 pl 3n 2 级组只有5种 不是9种 pl 3n 2 级组只有5种 不是9种 pl 3n 2 外接副 外接副 r 转动副 revolutepair p 移动副 prismaticpair 内接副 外接副 外接副 内接副 级组的结构特征 记住 两个含有外接副的构件直接 用运动副 联接 pl 3n 2 b 级组 n 4 pl 6 中心构件 pl 3n 2 级组其它型举例 级组的结构特征 记住 三个含有外接副的构件与同一构件 用运动副 联接 原理的限定条件 平面低副机构 连架杆为原动件 原动件画法 1个机架 1个活动构件 1个低副 1个箭头 一个都不能少 2 平面机构组成原理 任何一个平面机构都可以看作是由一系列基本组依次联接到原动件 机架或前一个基本组而形成的 基本组的联接 结构综合的杆组法 理解 给定自由度 原动件 数目和类型 用不同数目 不同类型的基本组去联接 可得到新机构 注意 杆组的各个外端副不允许联在同一个构件上 3 机构的结构分析 正确拆分杆组 判断机构级别 目的 步骤 5 验证 每拆出一个杆组后 余下部分必须是一个自由度为零的构件组合或杆组 1 计算f 确定原动件 去掉虚约束 局部自由度 注意复铰 2 如果机构中有高副 应高副低代 3 拆出机构的原动件和机架 剩下从动件组合 4 根据杆组的结构特征对从动件组合依次拆