机械原理机构的结构分析学习教案

1、会计学1机械原理机械原理 机构的结构机构的结构(jigu)分析分析第一页，共68页。主要(zhyo)内容和目的1 、机构的组成(z chn)，运动简图的画法 2 、机构具有确定运动的条件 3 、机构的组成原理及结构分类 第1页/共67页第二页，共68页。1 构件(gujin)连杆曲轴第2页/共67页第三页，共68页。2 运动副两构件(gujin)直接接触而组成的可动联接 运动(yndng)副元素两个构件参与接触而构成运动(yndng)副的点、线、面部分运动副元素第3页/共67页第四页，共68页。按所受的约束(yush)数分 级副（一个(y )约束） 级副（两个(lin )约束） 级副（三个约束

2、） 3 运动副的分类第4页/共67页第五页，共68页。按相对运动(xin du yn dn)形式分 移动(ydng)副 螺纹副 转动(zhun dng)副第5页/共67页第六页，共68页。按相对运动(xin du yn dn)平面分 平面(pngmin)运动副 空间(kngjin)运动副 第6页/共67页第七页，共68页。按接触(jich)情况分 高副接触(jich)运动副 低副接触(jich)运动副空间低副平面低副平面低副空间高副平面高副第7页/共67页第八页，共68页。简图符号圆柱外齿轮(chln)机构 圆柱内齿轮机构简图符号圆锥齿轮机构第8页/共67页第九页，共68页。简图符号带传动蜗轮

3、蜗杆机构齿轮齿条机构简图符号简图符号第9页/共67页第十页，共68页。简图符号盘形凸轮(tln)机构简图符号移动凸轮机构第10页/共67页第十一页，共68页。电动机简图符号通用符号（不指明类型）电动机（一般符号）装在支架上的电动机第11页/共67页第十二页，共68页。机架和活动构件通过转动副联接 机架和活动构件通过移动副联接两个活动构件联接机架第12页/共67页第十三页，共68页。带两个移动副的构件带一个转动副和一个移动副的构件带一个转动副和一个平面高副的构件带两个转动副的构件注：点划线表示与其(yq)联接的其它构件第13页/共67页第十四页，共68页。三副(snf)构件(一个构件和三个外副)

4、带三个转动副形成封闭三角形的构件带三个转动副的杆状构件带两个转动副和一个移动副的构件带一个转动副和两个移动副的构件第14页/共67页第十五页，共68页。2.机构(jgu)示意图 内燃机用构件和运动副代表符号表示的，只反映机构结构状况、各构件相对运动(xin du yn dn)情况，不要求严格按比例画的简图 第15页/共67页第十六页，共68页。A1342CD颚式破碎机3.机构(jgu)运动简图 用构件和运动副代表符号(fho)表示的、严格按比例画的、说明机构中各构件之间的相对运动关系的简化图形B第16页/共67页第十七页，共68页。机构(jgu)简图动画例图1机构(jgu)简图动画例图21.确

5、定构件数目及原动件、输出构件；2.根据各构件间的相对运动确定运动副的种类和数目；3.选定比例尺，按规定符号绘制运动简图；4.标明机架、原动件和作图比例尺；5.验算自由度。课后作业：2-8，2-9，2-12第17页/共67页第十八页，共68页。机构(运动链)具有确定(qudng)相对运动的条件：机构原动件的数目(shm)应等于机构自由度的数目(shm)机构(运动链)具有确定相对运动的定义： 当机构的原动件按给定的原动规律运动时，该机构中其余构件的运动随之完全确定。HLPPnF23042331原动件的数目机构自由度数机构自由度数各构件具有确定相对运动运动干涉第18页/共67页第十九页，共68页。机

6、构(运动链)具有确定相对运动(xin du yn dn)的条件：机构(jgu)原动件的数目应等于机构(jgu)自由度的数目HLPPnF23205243原动件的数目机构自由度数机构自由度数各构件具有确定相对运动运动干涉机构(jgu)自由度数各构件无确定运动（乱动）应有两个起始构件01234512345第19页/共67页第二十页，共68页。xy01）平面自由构件的自由度数目-3个第20页/共67页第二十一页，共68页。xy02-5 机构(jgu)自由度的计算 当两个自由构件以转动副联接(lin ji)后，各构件失去了沿x、y 方向运动的自由度，当两个自由构件以移动副联接(lin ji)后，各构件失

7、去了沿x、y某一 方向的移动及绕轴转动的自由度，即一个平面低副提供两个约束。xy0构件122）一个平面低副提供的约束数2个第21页/共67页第二十二页，共68页。2-5 机构(jgu)自由度的计算 当两个自由构件以平面高副联接(lin ji)后，各构件失去了沿x、y 某一 方向运动的自由度，即平面高副联接(lin ji)仅约束掉一个自由度。2）一个平面高副提供(tgng)的约束数ttnnxy0无论低副联接还是高副联接，引入几个约束，就同时失去几个自由度K第22页/共67页第二十三页，共68页。运动副的形成引入了约束，使构件(gujin)失去运动自由度转动(zhun dng)副引入2个约束移动(

8、ydng)副引入2个约束高副引入1个约束结论:平面低副引入2个约束平面高副引入1个约束 nnttnntt第23页/共67页第二十四页，共68页。由此得出(d ch)平面自由度计算公式机构(jgu)的自由度：即：F 3n 2PL PH例：F3n2PL PH 234132低副数1高副数F=3324 01F3n2PLPH32-22-11第24页/共67页第二十五页，共68页。F3n2PLPH F 3n2PlPh 3 5 2 6 0 3错F 3n2PlPh 3 5 2 7 0 1 对因此，在自由度计算中还要注意某些(mu xi)问题14365234-25-11F3n2PLPH33-25-0 1第25页

9、/共67页第二十六页，共68页。F =3n-2PL-PH =35-27-0 =1F =3n-2PL-PH =35-26-0 =3m个构件铰接在一起时，移动副数目为m-11.复合铰链123三个杆件在一处构成转动副，其转动副数目为：PL=32=123561424356第26页/共67页第二十七页，共68页。例 圆盘(yun pn)锯机构F3n2PLPH 37260 9 F3n2PLPH 372100 1 ?A,B,C,D处为复合(fh)铰链ABCDEF第27页/共67页第二十八页，共68页。2.局部(jb)自由度 123F3n2PLPH-F 332 31-1=1 在计算时，应除去局部自度。 如不剔

10、除局部自由度，计算的 结果将比正确值大。F3n2PLPH 322 21=1所谓(suwi)局部自由度：是指机构中某些构件所具有的不影响其他构件运动的自由度F3n2PLPH 332 31=2第28页/共67页第二十九页，共68页。3 . 虚 约 束(yush)（1）两构件间构成多个移动副，移动导路平行或重合（2）两构件(gujin)构成转动副，转动轴线重合-不产生(chnshng)实际约束效果的重复约束312123123虚约束真实约束真实约束第29页/共67页第三十页，共68页。（3）两构件在多处构成高副，各接触点的公法线重合(chngh)或平行两处高副（相当于一个(y )移动低副）一处高副虚约

11、束(yush)两处高副（相当于一各转动低副）BABA第30页/共67页第三十一页，共68页。 两活动构件上两动点的距离始终保持不变（4）新增的杆EF为虚约束(yush) F3n2PLPH 3 2 46 0 0F3n2PLPH 33240 1ABCDFECDABEF注意：当不剔除虚约束时，计算出的结果比正确值要小第31页/共67页第三十二页，共68页。F3n2PLPH 33-24 -0 1简化实图AB为虚约束(yush)第32页/共67页第三十三页，共68页。(5）用运动副连接的是两构件上轨迹(guj)重合的点46 0F3n2PLPH 3 2 034F3n2PLPH 3 2 10v在该机构中，构

12、件(gujin)2上的C2点与构件(gujin)3上的C3点轨迹重合，为虚约束。v也可将构件4上的 D4当作虚约束，将构件4及其引入的约束铰链 D去掉(q dio)来计算，效果完全一样。示意图第33页/共67页第三十四页，共68页。行星(xngxng)轮系3（6）机构(jgu)中对运动不起作用的对称部分 124F21F212143F31F21F3n2PLPH 33-23-2 1在该机构中，齿轮3是齿轮2的对称部分(b fen)，为虚约束计算时应将齿轮3及其引入的约束去掉来计算同理，若将齿轮2当作虚约束去掉，完全一样第34页/共67页第三十五页，共68页。小结(xioji)：自由度计算(j su

13、n)步骤:1. 确定活动构件(gujin)数目2 . 3 . 4 . 1、复合铰链计算在内2、局部自由度排除3、虚约束排除第35页/共67页第三十六页，共68页。例2局1234567复41235789例1F3n2PLPH 362 81 372911F3n2PLPH1复合铰链局部自由度虚约束局部(jb)自由度虚约束(yush)第36页/共67页第三十七页，共68页。例2F3n2PLPH 3 2 8111 112345678第37页/共67页第三十八页，共68页。ABCDEGF例3计算图示机构的自由度4123解：该机构全由移动(ydng)副组成， 其自由度计算公式为：例4计算图示机构的自由度，并指

14、出存在的复合铰链、局部自由度和虚约束处。并说明该机构是否具有确定(qudng)的运动。hlPPnF23227263 解： 1，两处虚约束(yush)：凸轮处和导轨E、F处；一处复合铰链 B 处。15322lPnF2，该机构没有确定运动。成为机构的 条件：应有两个起始构件第38页/共67页第三十九页，共68页。ABCDEF例5计算图示机构的自由度，并指出存在的复合铰链、局部自由度和虚约束处。并说明成为机构的条件。115243hlPPnF23解：1，2, D处为局部(jb)自由度，E、F处 有一处为虚约束；3, 应有一个(y )起始构件12345第39页/共67页第四十页，共68页。1234例6如

15、图所示为牛头刨床设计方案草图。设计思路为：动力由曲柄1输入，使摆动导杆3往复摆动，并带动滑枕4作往复移动，以达到刨削的目的。试问图示的构件组合是否能达到此目的？如果不能，应如何改进？解: 1,hlPPnF23062432, 该机构(jgu)不能动，修改方案如下：题图12345a)12345b)第40页/共67页第四十一页，共68页。12345d)思考：如果计算出的机构自由度 F=1 应增加一个(y )什么样的构件？ 小结(xioji)：如果计算出的机构自由度 F=0 ？课后作业(zuy)：2-1、2-2、2-16、2-18，2-2312345c)1234题图应增加一个带有一个低副的构件。第41

16、页/共67页第四十二页，共68页。例7 计算机构的自由度（若有虚约束、局部自由度和复合铰链须 指出），分析该该机构是否具有(jyu)确定运动。并提出改进措施。 32LHFnPP3 32 410 解：1）计算(j sun)自由度2）改进(gijn)措施该题见教材2-811234机构简图第42页/共67页第四十三页，共68页。35112453112411234题图32LHFnPP 3 42 511第43页/共67页第四十四页，共68页。1123451123432LHFnPP 3 42 51132LHFnPP 3 32 32111234题图第44页/共67页第四十五页，共68页。例 计算(j sun

17、)下列机构的自由度32LHFnPP 3 52 7132LHFnPP 3 52 711234512345第45页/共67页第四十六页，共68页。课堂(ktng)练习题第46页/共67页第四十七页，共68页。齿轮范成实验答辩须回答(hud)的问题：一、实验(shyn)指导书第67页：五、思考题 14；二、补充问答：1 正变位、负变位齿轮的分度圆齿距是否改变？2 齿轮的根圆是否都小于基圆？3 何谓正传动，负传动，零传动？正传动、负传动与齿轮正 变位、负变位是否概念相同？ 4 在正传动，负传动，零传动中，那种传动不需齿顶降低？ 那种传动分度圆与节圆重合？ 节圆压力(yl)角等于啮合角等于 分度圆压力(

18、yl)角？第47页/共67页第四十八页，共68页。总复习安排：17周：周四晚：运动分析，受力分析；周六晚：四杆机构设计，凸轮(tln)机构设计；周日晚： 齿轮传动概念题请同学们自己看各章的复习要点，不再集中讲解。第48页/共67页第四十九页，共68页。任何机构都可以看成是由若干个基本杆组依次(yc)连接于原动件和机架而成的，这就是机构的组成原理基本杆组一个机构被拆除基本机构后，所剩下的、不能再继续拆分的自由度为零的杆组基本机构最简单的机构，既由一个原动件和相对固定的机架所组成的机构。一般机构 = 基本机构 + 若干个基本杆组第49页/共67页第五十页，共68页。=1423123F=3n2PLP

19、H =33 2 4 0 =1F=3n2PLPH =31 2 10 =1典型(dinxng)示例+F=3n2PLPH =32 2 30 =0基本(jbn)机构基本(jbn)杆组注意：基本杆组自由度为零 1第50页/共67页第五十一页，共68页。基本(jbn)杆组分类级杆组级杆组级杆组的特征(tzhng)具有三个低副的两杆件组合级杆组的特征具有(jyu)六个低副的四杆件组合常见的级杆组.平面机构的结构分类第51页/共67页第五十二页，共68页。级组特征： (1)四杆六低副； (2)具有一个(y )自身带有三个外端低副的中心构件；常见(chn jin)的级杆组第52页/共67页第五十三页，共68页。

20、另一种(y zhn)说法：机构的级别与机构中最高级别基本杆组的级别一致3.平面机构(jgu)的结构分析 结构分析的目的 1）了解机构的组成 2） 确定机构的级别 3）为机构受力分析提供简化方法第53页/共67页第五十四页，共68页。 3）先试拆级杆组，不成(bchng)再考虑按级组拆典型(dinxng)例题分析(fnx)机构的过程： 1）先将机架、原动件与其它构件分离2314567ABCDEFGHIJ1A23BCD6754EFGHIJ第54页/共67页第五十五页，共68页。例7 分别(fnbi)以构件2、4、8为原动件，确定机构的杆组及机构的级别。12A78GH6CEF543BDa)12345

21、678ABCDEFGH注意：已拆过的杆和运动(yndng)副不能重复再拆解: 以2为原动件题图第55页/共67页第五十六页，共68页。12345678ABCDEFGH题图b)解: 以4为原动件42D3BAH87G56CEF第56页/共67页第五十七页，共68页。12345678ABCDEFGH题图67FGH82345ABCDEc)解: 以8为原动件第57页/共67页第五十八页，共68页。例8 计算机构(jgu)的自由度，并确定机构(jgu)的杆组及机构(jgu)的级别。1A12345678910ABCDEFGHIJK23BCE89IJH7F456DGHK解: 1.计算机构的自由度hlPPnF2310132932. 拆分杆组该机构(jgu)为三级机构(jgu)第58页/共67页第五十九页，共68页。高副低代必须(bx)满足的条件 便于机构的组成分析 便于机构的运动分析 替代前后机构的自由度不变 替代前后机构的瞬时速度、瞬时加速度不变 第59页/共67页第六十页，共68页。替代的结果: 原机构增加一个具有两个低副的构件 具体(jt)替代的方法 1.两高副运动副元素为圆弧（或曲线）新增杆件是两圆弧（或曲线）几何(j h)中心连线表示的杆。两低副为转动副，其位置在两弧（或曲线）几何(j h)中心。示意图1231 2ABr1r2K1K24ABK2K121 12