机械原理_2结构分析.ppt

1、第二章 机构的结构分析,机构的组成及机构具有确定运动的条件,自由度的计算,机构组成原理和结构分析,2-1 机构的组成及运动简图,一.机构的组成,构件,运动副,构件是由一个或若干 个零件组成。,（一）构件,零件制造的单元体。,机架（或固定构件）,活动构件,运动规律已知的活动构件称为原动件。,作用有驱动力或驱动力矩的活动构件称为主动件。,输出运动或动力的从动件称为输出件。,机构中的运动单元体。,内燃机,用运动副联结后，彼此的相对 运动受到某些约束.,两个构件在用运动副联结前有六个独立的相对运动。,转动副,球销副,转动副,（2） 根据运动副中构件间的接触形式分：,移动副,转动副,常用的运动副,齿轮副

2、,凸轮副,高副 ：点、线接触的运动副。,（3）根据构件间的相对运动分：,转动副,移动副,齿轮副,球顶凸轮副,（三）运动链,用运动副联结而成的相对可动 的构件系统称为运动链,机械手运动链,（四）机构,机构的形成,二. 机构运动简图,用线条和简单图形代表构件，用规定符号代表运动副， 按比例作出的图形。,转动副,移动副,直齿轮的啮合,球顶凸轮副,内燃机,插齿机,绘图步骤： 了解机构组成：固定、活动构件，运动流向 分析构件间相对运动：运动副类型、数目 确定与运动有关的尺寸：回转中心、导路中心位置，高副接触点位置 选择适当视图：全面反映机构运动关系 定长度比例l=实际尺寸/图形尺寸,2-2 机构自由度的

3、计算,能动吗？,一.平面机构自由度的计算,机构自由度机构中各活动 构件相对于机架的可能独立运 动的数目。,两构件以运动副相联后自由度：,单个活动构件的自由度：F=3,低副（以转动副为例）,联接前：F=32=6,联接后：F=3221=4,高副（以凸轮副为例）,联接前：F=32=6,联接后：F=3211=5,推广：,作平面运动的运动链自由度：F=3N2PlPh,平面机构自由度计算式（只含一个固定构件）,N-构件数,Pl-低副数,Ph-高副数,n-活动构件数：nN1,分析：,两杆（如门、风扇）,F31211,F=原动件数，运动确定,二.机构具有确定运动的条件,Pl=4,Ph=1,F=0,n=3,n=

4、2,Pl=3,F=0,n=3,Pl=4,F=1,n=4,Pl=5,F=2,1.机构可能运动的条件是：,2.机构具有确定运动的条 件是：,即主动件数等于机构 自由度数F 。,输入的独立运动数目 等于机构自由度数F 。,机构自由度数F1。,分析：,三杆；,四杆；,五杆。,例,2-2 机构的自由度计算,三.计算机构自由度时应注意的问题,（一）虚约束,虚约束机构中那些对构件间的相对运动不起独立限制 作用的重复约束。或称消极约束。,？,机构的虚约束,机构的虚约束2,常见的虚约束：,1.机构中联结构件与被联结构件的轨迹重合,？,二维移动副虚约束,常见的虚约束：,4.在机构整个运动过程中，其中某两 构件上两

5、点之间的距离始终不变。,5.机构中，不影响运动的对称部分。,二维2Kh行星轮系,（二）局部自由度,局部自由度机构中个别构件所具有的不影响其它构件 运动，即与整个机构运动无关的自由度。,?,（三）正确确定运动副的数目,？,实际有(m-1)个转动副。,例,如图所示F、B、D、C处是复合铰链,二维直线运动机构,机构具有确定运动,因为主 动件数等于机构自由度数F 。,2-3 讨论,一.人手的自由度F？提示：上肢32，手指26块骨骼,二、纯移动副机构,三、纯滚动与连滚带滑是高副还是低副？,四、两构件多处接触构成高副时应计几个运动副？,五、含有齿轮副平面机构的自由度计算,齿轮中心被约束：计一个高副,齿轮中

6、心未被约束：计一个低副,继续,图（a）F=3526121,图（b）F3527101,返回,2-4 平面机构的组成原理及结构分析,一.平面机构的组成原理,平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目等于机构 的自由度数，故平面机构的从动系统的自由度数应为零。,F=1,F=0,F=0,F=1,F=0,基本杆组的类型（按杆组中包含封闭形分类）,内副联结杆组中构件的运动副。,组成平面低副机构杆组的条件：,机构的组成原理：,任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次联结到 原动件和机架上去的方法来组成。,二.平面机构中的高副低代,1 .高副低代,把机构中的高副根据一定的条件用虚拟的低副来等效地代替。,2 .高副低代的条件,（1）代替前后机构的自由度数不变；,（2）代替前后机构的瞬时速度和加速度不变。,3 .高副低代的方法,用两端各装有一个转动副的 构件取代高副，其转动副的中心 位于高副元素的曲率中心处。,高副低代的四种情形：,曲线对曲线,曲线对直线,曲线对点,点对直线,？,？,讨论：,1. 含弹簧元件机构的替代方法,2. 含带、链元件机构的替代方法,3. 含构件间作纯滚动机构的替代方法,三.平面机构中的结构分析,1 .机构的结构分析,是将已知机构分解为若干杆组，并确定