西北工大版机械原理课件第2章机构的结构分析

第二章机构的结构分析,1了解机构结构分析的内容及目的2明确机构的组成3掌握机构运动简图4明确机构具有确定运动的条件5掌握平面机构自由度的计算6自由度计算中的特殊问题7机构的组成原理及其结构分类,21机构结构分析的内容及目的,1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件目的是,2.按结构特点对机构进行分类不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力分析的一般方法。,3.绘制机构运动简图目的是为运动分析和动力分析作准备。,弄清机构包含哪几个部分,各部分如何相联？,以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？这对于设计新的机构显得尤其重要。,4.研究机构的组成原理目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足运动确定性的要求。,机构有简有繁，构件有多有少，而运动确定是它们的共同特征。,名词术语解释:1.构件(Link)每一个独立的运动单元,内燃机中的连杆,22机构的组成,内燃机连杆,零件(part)独立的制造单元,作者：潘存云教授,2.运动副,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。,定义：运动副两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。,三个条件，缺一不可,作者：潘存云教授,运动副的分类：1)按引入的约束数分有：,III级副,I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。,2)按相对运动范围分有：平面运动副平面运动(Plannarkinematicpair),平面机构全部由平面运动副组成的机构。,IV级副,例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。,空间运动副空间运动(Spatialkinematicpair),V级副1,V级副2,V级副3,空间机构至少含有一个空间运动副的机构。,3)按运动副元素分有：高副(highpair)点、线接触，应力高。,低副(lowerpair)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。,常见运动副符号的表示:国标GB446084,详见教材P7页。,常见运动副符号的表示:国标GB446084,详见教材P7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,运动链两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。,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。,闭式链(Closechain),3.运动链(Kinematicchain),作者：潘存云教授,开式链(Openchain),4.机构,定义：具有确定运动的运动链称为机构。,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,机构是由若干构件经运动副联接而成的，很显然，机构归属于运动链，那么，运动链在什么条件下就能称为机构呢？即各部分运动确定。分别用四杆机构和五杆机构模型演示得出如下结论：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。,原（主）动件按给定运动规律运动的构件。从动件其余可动构件。,23平面机构运动简图,机构运动简图按一定的比例尺（l=实际尺寸m/图上长度mm）用以说明机构中各构件之间的相对运动情况的简化图形。,作用：1.表示机构的结构和运动情况。,机构示意图不按比例绘制的简图现摘录了部分GB446084机构运动简图如下表。,2.作为运动分析和动力分析的依据。,机构各部分运动由什么决定？,原动件、运动副、运动尺寸,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运动尺寸成比例。,绘制机构运动简图,方法：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。,步骤：1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；,4.画出原动件的运动方向。,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/图上长度（m/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。,5.检验机构是否满足运动确定的条件。,颚式破碎机,举例：绘制破碎机机构运动简图。,绘制内燃机机构运动简图,绘制小型压力机机构运动简图,24机构具有确定运动的条件,给定S3S3(t)，一个独立参数11（t）唯一确定，该机构仅需要一个独立参数。,若仅给定11（t）,则234均不能唯一确定。若同时给定1和4，则32能唯一确定，该机构需要两个独立参数。,1、四杆机构,2、滑块机构,3、五杆机构,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。(Freedom),原动件能独立运动的构件。,三、机构具有确定运动的条件,由前述可知，从动件是不能独立运动的，只有原动件才能独立运动。通常原动件是与机架用低副相联的，所以每个原动件只能给定一个独立运动（如电动机具有一个独立的转动，内燃机活塞具有一个独立的移动）。,机构具有确定相对运动的条件为：,机构的自由度数目应等于机构的原动件数。即F=给定的原动件数，且F0。,讨论：,1）如F原动件数,2）如F4已无实例了!PL36,n=2的杆组称为级组应用最广而又最简单的基本杆组。共有5种类型,二、结构分类,得PL3n/2,(低副机构中Ph0),n=4（PL6）的杆组有以下三种类型:,以上三种形式称为级组。结构特点：其中一个构件有三个运动副。,典型级组：,机构命名方式：按所含最高杆组级别命名，如级机构（最高为级杆组），级机构（最高为级杆组）等。只含原动件和机架的叫I级机构。,必须强调指出：1.杆组的各个外端副不可以同时加在同一个构件上，否则将成为刚体。如：,2.机构的级别与原动件的选择有关。,举例：将图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。,平面机构中的高副低代：,将机构中的高副根据一定的条件虚拟地以低副加以代替。,进行高副低代的条件：1、代替前后机构的自由度完全相同。2、代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度完全相同,方法：1、用一个虚拟构件分别于两高副构件在过接触点的曲率中心处以转动副相联即可。,K1,K2,K1,K2,方法：1、用一个虚拟构件分别于两高副构件在过接触点的曲率中心处以转动副相联即可。2、如高副元素之一为直线，因其曲率中心在无穷远，低代时这一端转动副转化为移动副。,本章重点：机构运动简图的测绘方法。自由度的计算。机构的组成原理。,一、填空：1组成机构的要素是和；构件是机构中的单元体。2机器是由_、_、_和所组成的。3机器和机构的主要区别在于。4从机构结构观点来看，任何机构是由三部分组成。5运动副元素是指。6构件的自由度是指;机构的自由度指。7两构件之间以线接触所组成的平面运动副，称为副，它产生个约束，而保留了个自由度。8机构具有确定的相对运动条件是原动件数机构的自由度。9平面运动副的最大约束数为，最小约束数为。10在平面机构中，具有两个约束的运动副是副，具有一个约束的是副。,1机器中独立运动的单元体，称为零件。()2具有局部自由度和虚约束的机构，在计算机构的自由度时，应当首先除去局部自由度和虚约束。()3机构中虚约束，如制造、安装精度不够时，会成为真约束。()4任何具有确定运动的机构中，除机架、原动件及其相连的运动副以外的从动件系统的自由度都等于零。()5六个构件组成同一回转轴线转动副，则该处共有三个转动副。6当机构的自由度0，且等于原动件数，则该机构即具有确定的相对运动。()7运动链要成为机构，必须使运动链中原动件数目大于或等于自由度。()8在平面机构中一个高副引入二个约束。()9平面机构高副低代的条件是代替机构与原机构的自由度、瞬时速度和瞬时加速度必需完全相同。()10任何具有确定运动的机构都是由机架加原动件再加自由度为零的杆组组成的。(),三、选择：1一种相同的机构组成不同的机器。(A)可以；(B)不能2原动件的