机械原理23学习教案

1、会计学1机械机械(jxi)原理原理23第一页，共35页。一、平面一、平面(pngmin)机构的机构的高副低代高副低代fFLPLP目的：表明平面高副与平面低副之间的内在联系目的：表明平面高副与平面低副之间的内在联系 使平面低副机构的运动分析和动力分析方使平面低副机构的运动分析和动力分析方 法法能适用于一切平面机构。能适用于一切平面机构。定义定义(dngy)(dngy)：研究在平面机构中用低副代替高副的条：研究在平面机构中用低副代替高副的条件和方法件和方法,(,(简称高副低代简称高副低代) )。要求：为了使机构的运动保持不变，进行高副低代必须要求：为了使机构的运动保持不变，进行高副低代必须满足的条

2、件是：满足的条件是： (1) (1)代替机构和原机构的自由度必须完全相同。代替机构和原机构的自由度必须完全相同。 (2) (2)代替机构和原机构的瞬时速度和瞬时加速度必须代替机构和原机构的瞬时速度和瞬时加速度必须完全相同。完全相同。一、平面一、平面(pngmin)机构的高机构的高副低代副低代第1页/共35页第二页，共35页。AO1r1r2BBAO1O2O2nn1142323分析：当机构(jgu)运动时，距离AO1，O1O2r1+r2，BO2 均保持不变，高副C被构件4和位于O1，O2的两个 低副来代替。方法：用一个带有两个转动副的构件方法：用一个带有两个转动副的构件(gujin)来代替一个来代

3、替一个高副，这两个转动副分别位于高副两元素接触点处的曲率高副，这两个转动副分别位于高副两元素接触点处的曲率中心。中心。平面平面(pngmin)机构中高副低机构中高副低代的方法代的方法第2页/共35页第三页，共35页。fFLPLPABO1O2312nnABCO1O2分析：机构运动时，随着接触点的改变，分析：机构运动时，随着接触点的改变，O1O1，O2O2相对于构件相对于构件1 1和和2 2的位置也发生变化。的位置也发生变化。O1O1，O2O2间的距离也发生变化。因此，间的距离也发生变化。因此，对于一般对于一般(ybn)(ybn)的高副机构，在不同位置有不同的瞬时代替的高副机构，在不同位置有不同的

4、瞬时代替机构。机构。方法方法: : 过接触点过接触点C C作公法线作公法线n nn n。在公法线上找出两轮廓曲线。在公法线上找出两轮廓曲线在接触点处的曲率中心在接触点处的曲率中心O1O1和和O2O2，再用两个转动副，再用两个转动副O1O1和和O2 O2 将构将构件件4 4与构件与构件1 1，2 2分别相连。分别相连。 具有任意曲线轮廓(lnku)高副机构第3页/共35页第四页，共35页。 高副低代最简单的方法是用两个转高副低代最简单的方法是用两个转动副和一个构件来代替动副和一个构件来代替(dit)(dit)一个高一个高副，这两个转动副分别处在高副两轮廓副，这两个转动副分别处在高副两轮廓接触点的

5、曲率中心。接触点的曲率中心。平面平面(pngmin)机构中高副低机构中高副低代的方法代的方法第4页/共35页第五页，共35页。fFLPLPA1BC23O1O21r1r2AB12O143O2平面平面(pngmin)机构中高副低机构中高副低代的方法代的方法第5页/共35页第六页，共35页。l 高副机构可以用右图所示的铰链四杆机构A0lO2B来代替。代替后机构的运动并不发生任何改变(gibin)，因此能满足高副低代的第二个条件。由于高副具有一个约束，而构件4及转动副Ol、O2也具有一个约束，所以这种代替不会改变(gibin)机构的自由度，即满足高副低代的第一个条件。A1BC23O1O21r1r2AB

6、12O143O2平面机构平面机构(jgu)中高副低代中高副低代的方法的方法第6页/共35页第七页，共35页。第7页/共35页第八页，共35页。fFLPLP1AO1BC2AB2AB24411C333O1O1(a)(b)(c)摆动从动件盘形凸轮(tln)机构 两接触(jich)轮廓之一为直线，由于直线的曲率中心趋于无穷远处，所以这一端的转动副演化成移动副。两种特殊情况两种特殊情况(qngkung)(qngkung)下的高下的高副低代方法副低代方法第8页/共35页第九页，共35页。fFLPLP二、平面二、平面(pngmin)机构机构的结构分析的结构分析二、平面二、平面(pngmin)机构的结构分析机

7、构的结构分析2. 平面机构的结构平面机构的结构(jigu)分析分析1. 基本杆组的概念基本杆组的概念第9页/共35页第十页，共35页。fFLPLP 任何(rnh)机构都包含有机架、原动件和从动件系统三部分。 由于每个原动件具有一个自由度，且原动件数与机构自由度数相等，故从动件系统的自由度必为零。 从动件系统有时还可再拆成更简单的自由度为零的构件组。 最后不能再拆的最简单的自由度为零的构件组称为基本杆组(basic Assur group)。1. 1. 基本基本(jbn)(jbn)杆组杆组的概念的概念1. 基本基本(jbn)杆组的概念杆组的概念第10页/共35页第十一页，共35页。 讨论全部(q

8、unb)为低副的基本杆组的组成 设全部(qunb)为低副的基本杆组由n个构件和PL个低副组成，按自由度计算公式得 n2，PL 3； n4，PL 6； n必为2的整倍数(bish)，PL为3的倍数(bish)3320,2LLFnPPn即1. 1. 基本基本(jbn)(jbn)杆组杆组的概念的概念第11页/共35页第十二页，共35页。级杆组（级杆组（Grade II Assur Group ）fFLPLPl 最简单的组合为=，PL=3，即由2个构件和3个低副构成的基本杆组，称为级杆组(简称级组)。l 所有运动副均为转动(zhun dng)副的杆组称为杆组的基本形式。如果一个或多个转动(zhun d

9、ng)副被移动副代替，则得到同级杆组的派生形式。级杆组的基本(jbn)形式级杆组的派生(pishng)形式12AB12ABCCRRRRRP3第12页/共35页第十三页，共35页。12AB12AB12AB12ABCGroup nameRRRRRPRPRPRPInner pairRevolute A，Outer pairsSchematic123AB123AB123AB1234A1234AdiagramSliding pairRevolute BRevolute BSliding pairSliding pairSliding pair 1-32-4,级杆组（级杆组（Grade II Assur

10、Group ）第13页/共35页第十四页，共35页。 级杆组级杆组(Grade Assur groups)fFLPLP级杆组的几种级杆组的几种(j zhn)组组合形式合形式:(a)(b)(c)(d)(e)ABCDEF123422113344AABBCCFFEEDD22113344AABBCCFFEEDD(f)12AD34CB第14页/共35页第十五页，共35页。fFLPLP 级杆组级杆组(Grade Assur groups)l 级杆组：最高封闭形为有四个运动副的四边 l 形，构成的基本(jbn)杆组称为IV级杆组。 。l 高于级杆组的基本(jbn)杆组在实际机构中应用很l 少。第15页/共3

11、5页第十六页，共35页。fFLPLP 平面机构结构分析的目的 通过分析机构的组成来确定机构的级别。 平面机构的级别取决于该机构能够分解(fnji)出的基本杆组的最高级别。 由最高级别为级组构成的机构称为级机构； 由最高级别为级组构成的机构称为级机构； 只由机架和原动件构成的机构称为I级机构。 不同级别的机构需要使用不同的方法进行分析与综合。2. 平面机构的结构平面机构的结构(jigu)分析分析2. 平面平面(pngmin)机构的结构分机构的结构分析析第16页/共35页第十七页，共35页。平面机构结构分析的定义(dngy) 将已知机构分解为原动件、机架、杆组，并确定机构的级别。 它与机构扩展形成

12、机构的过程正好相反，一般是从远离原动件的构件开始拆组。平面机构结构(jigu)分析的步骤(也称拆杆组)2. 平面平面(pngmin)机构机构的结构分析的结构分析第17页/共35页第十八页，共35页。1) 1) 除去虚约束和局部除去虚约束和局部(jb)(jb)自由度，将机构中自由度，将机构中的高副全部以低副代替，计算机构的自由的高副全部以低副代替，计算机构的自由度，确定机构的原动件并用箭头标注出。度，确定机构的原动件并用箭头标注出。2) 2) 从远离原动件的地方开始拆杆组。先试拆从远离原动件的地方开始拆杆组。先试拆级杆组，当不可能时再试拆级杆组，当不可能时再试拆级杆组。但级杆组。但应注意，每拆出

13、一个杆组后，剩下的部分应注意，每拆出一个杆组后，剩下的部分仍组成机构，且自由度与原机构相同，直仍组成机构，且自由度与原机构相同，直至全部杆组拆出只剩下至全部杆组拆出只剩下I I级机构。级机构。3) 3) 确定机构的级别。确定机构的级别。平面机构平面机构(jgu)结构分析的步骤结构分析的步骤第18页/共35页第十九页，共35页。fFLPLP解:1) 先除去机构中的局部(jb)自由度和虚约束， 再计算机构的自由度2）进行高副低代，画出其瞬时代替机构。4,5,1,3 42 5 11LHnPPF 例例1: 机构结构机构结构(jigu)分析分析平面高副机构平面高副机构(jgu)的结构的结构分析分析E E

14、C D BOO22354nA112211A4532OOD C E 6第19页/共35页第二十页，共35页。1A4532O2O1D C E 63) 进行结构分析。可依次拆出构件4与3和构件2与6两个II级组，最后剩原动件1和机架5。4) 确定机构的级别(jbi)。由于拆出的最高级别(jbi)的杆组是II级组，故此机构为II级机构。6C OO2125A1E D 34例例1: 机构结构机构结构(jigu)分析分析第20页/共35页第二十一页，共35页。例例2: 机构机构(jgu)结结构分析构分析六杆机构六杆机构(jgu)ABCDEFG步骤(bzhu)：F=35271拆下两个杆组该机构为级机构ABCD

15、EFG级杆组级杆组第21页/共35页第二十二页，共35页。12345678123456789例例3: 机构机构(jgu)结结构分析构分析步骤：1.处理(chl)局部自由度、虚约束（不用考虑复合铰链） 2.高副低代，计算机构的自由度 高副低代前：F=38-211-1=1 高副低代后：F=39-213-0=1第22页/共35页第二十三页，共35页。3. 43. 4个个级杆组级杆组. .4. 4. 级机构级机构(jgu)(jgu)234569817123457689例例3: 机构结构机构结构(jigu)分析分析第23页/共35页第二十四页，共35页。步骤(bzhu) :高副低代.F=35271结构分

16、析级机构165432高副低代543216例例4: 机构结构机构结构(jigu)分析分析级杆组u 构件(gujin)1是驱动件第24页/共35页第二十五页，共35页。高副低代543216级机构(jgu) 52143u 构件(gujin)5是驱动件级杆组级杆组例例4: 机构结构机构结构(jigu)分析分析第25页/共35页第二十六页，共35页。总结总结: :驱动驱动(q dn)(q dn)件不同，机构的级别不同；件不同，机构的级别不同；杆组的识别是难点；杆组的识别是难点；杆组的特征是包含杆组的特征是包含1 1个中心构件。个中心构件。 中心构件上有中心构件上有3 3个个低副，分别低副，分别(fnbi

17、)(fnbi)连接连接3 3个个构件，所连接的构件，所连接的3 3个构件各含个构件各含1 1个低个低副。副。1234例例4: 机构结构机构结构(jigu)分析分析第26页/共35页第二十七页，共35页。fFLPLP康拜因清除(qngch)机u 构件(gujin)1是驱动件F=3721001级杆组级机构(jgu)级杆组1A4532FD C E 678GHIB J4532FD C E GB A1678HIJ例例5: 机构结构分析机构结构分析第27页/共35页第二十八页，共35页。fFLPLP康拜因清除(qngch)机u 构件(gujin)8是驱动件级机构(jgu)JB IHG876E C D F2

18、354A1B 2C A1E 34D FIH75G68J级杆组级杆组级杆组例例5: 机构结构分析机构结构分析第28页/共35页第二十九页，共35页。n在同一机构中可以包含不同(b tn)级别的基本杆组n同一机构因所取的原动件不同(b tn)，有可能成为不同(b tn)级别的机构。n在机构中确定原动件后，该机构的级别即为一定。总结总结(zngji(zngji):):例例5: 机构机构(jgu)结结构分析构分析第29页/共35页第三十页，共35页。三、平面机构三、平面机构(jgu)的组成的组成原理原理fFLPLP1. 平面机构的组成原理平面机构的组成原理 任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次次(yc)连接到原动件和机架上所组成。连接到原动件和机架上所组成。2. 设计新机构运动简图的步骤设计新机构运动简图的步骤 (1) 选择机架选择机架 (2) 将等于该机构自由度数的若干个原动件用将等于该机构自由度数的若干个原动件用低副连接于机架上低副连接于机架上 (3) 依次依次(yc)连接基本杆组到机架和驱动件上