二章节平面机构结构分析.ppt

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1、二章节平面机构结构分析 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望21 21 概述概述 一研究内容和目的一研究内容和目的1机构运动简图及其画法2机构具有确定运动的条件3机构的结构分类及组成原理二机构分类二机构分类1平面机构：组成构件都在相互平行的平面中运动的机构2空间机构：组成构件不都在相互平行的平面中运动的机构22 22 平面运动副及其分类平面运动副及其分类 一运动副一运动副1运运动动副：副：两构件直接接触组成的可动联接2运动副元素：运动副元素：两构件上直接

2、参与接触组成运动副的部分二自由度、约束：二自由度、约束：1自由度：自由度：构件所具有的独立运动的数目注：注：平面运动件有三个自由度2约束约束：对独立运动所加的限制注：注：构件每增加一个约束，便失去一个自由度。三运动副的分类：三运动副的分类：1按运动范围分：二种平面运动副：两组成构件之间的相对运动是平面运动空间运动副：两组成构件之间的相对运动是空间运动2按相对运动方式分：平面运动副共有三种3 3、按接触方式分：、按接触方式分：二类1）低副：两构件以面接触组成的运动副2）高副：两构件点、线接触组成的运动副。23 23 平面机构运动简图平面机构运动简图1、运运动简图动简图：表示机构中各构件间相对运动

3、关系的简单图形注：1）构件用比例线段表示 2）运动副用运动副符号表示2运动简图的一些规定符号：运动简图的一些规定符号：1）转动副：2）移动副：3）多副件：4）凸轮、齿轮：5）其它特殊构件：见“运动简图符号”的国标 GB4460-84凸轮：凸轮：以廓线表示 齿轮：齿轮：以点划线或细实 线画的节圆表示3 3运动简图的绘制步骤：运动简图的绘制步骤：1)认清机架、原动件和从动件；机 架：机构中固定不动的构件。原动件：作独立运动的构件。从动件：其余构件。2）判明各运动副的类型和相对位置 3）选择恰当的投影面和比例尺l：l=实际长度（mm）/图上长度（mm）4）绘图。4 4机构示意图：机构示意图：不严格按

4、比例绘制的、反映机构情况的简图。24 24 平面机构的自由度平面机构的自由度一机构的自由度一机构的自由度F F：1定 义：机构具有的独立运动的数目。2计算公式：设：机构由n个活动构件，PL个低副，PH个高副组成自由度数约束数每个活动件30每个低副12每个高副21F=3n-2PL-PH注意：机架是非活动件，故n中不包括机架。二机构具有确定运动的条件：二机构具有确定运动的条件：F=3223=0是不能运动的桁架F=3324=1 给定一个原动 件后运动确定F=3425=2 给定一个原动 件后运动确定具有确定运动的条件：1）F 0 2）机构的原动件数=F 注：1）若原动件数 F，则不能运动，否则机构破坏

5、。2）若原动件数 F，则机构运动不确定。n=5PL=6PH=0F=3526=3按确定运动条件：需给定三个原动件，运动才确定实际上：仅需给定一个原动件即运动确定问题所在：C是复合铰链。一般：k个活动件组成的复合铰链应记为(k-1)个转动副三自由度计算的注意事项：三自由度计算的注意事项：1复合铰链：两个以上构件在同一轴线上组成的转动副2局部自由度局部自由度：不影响机构中其它构件运动的自由度n=3PL=3PH=1F=2F=2n=2PL=2PH=1F=F=1 1按确定运动条件：需给定二个原动件运动才确定 实际上：仅需给定一个原动件就运动确定 问题所在：滚子4的转动自由度是局部自由度 注意：计算自由度时

6、应去掉局部自由度3虚约束：对机构的运动不起独立限制作用的约束叫虚约束。F=3/4-2/6=0去掉虚约束轨迹不重合，真约束不能运动，实际可动F=3/3-2/4=1问题：2、5联接点M的轨迹在联接前后相重合，5为虚约束2）两构件上两点间的距离恒定若：AB=CD,AE=DF,BAE=CDF则：运动中E.F间的距离恒定,以杆相联时,该杆为虚约束.注注 意：以上两情况意：以上两情况,均可用均可用拆杆拆杆 法法判断是否存在虚约束判断是否存在虚约束.拆杆法:拆去机构中带两个转动副的杆,观察余下机构中两转动副中心的距离在机构运动中是否改变。若改变，拆下的杆不是虚约束；否则是虚约束。3）两构件组成多个导路平行的

7、移动副:n=2n=2PL=3PL=2PH=1PH=1F=-1F=14)两构件组成多个轴线重合的转动副:5)对运动不起作用的对称部分:图示钢板剪床中,对称部分EFG是对运动不起作用的对称部分但它对机构受力是有用的使剪刀DG运动比较平稳。实现二次增力（A处，B处）25 平面机构的高副低代平面机构的高副低代高副低代：在平面机构中用低副来代替高副的方法高副低代：在平面机构中用低副来代替高副的方法1目的：1）反映平面低副与高副的内在联系2）使低副机构的结构、运动分析方法可用于高副机构2高副低代应满足的条件：1）替代前后机构的自由度相同。2）替代前后机构的瞬时速度和加速度相同。3高副低代方法：用二个低副和

8、一个构件来代替一个高副。1）两个转动副的位置：位于两高副元素在接触点的曲率中心。2）构件长度：等于两曲率半径之和。运动中，两组成高副的偏心园盘的中心距O1O2恒定，以杆相联是虚约束。若把原高副作为虚约束去掉，则得到自由度、瞬时v、a均相同的低副机构。一高副元素变尖一高副元素变直一般高副=0曲率中心在C=曲率中心在DC无穷远处 26 平面低副的同性异形演化平面低副的同性异形演化同性异形：指机构运动特性相同，但结构形状不同。一一移动副同性异形的演化移动副同性异形的演化1移动副两元素（滑槽和滑块）可互换（元素互换演化）上述两机构形式不同，但运动特性很明显是相同的。2、移动副的方位线可任意平移（方位线

9、平移演化）图（b）用平移规则即演化成图（c），这可用图（b）中的虚约束解释。图（c）用互换规则即演化成图（d），这样，图a-d形式各异，但运动特性完全相同3组成两个同方位移动副的三个构件中，含二个移动副的构件可任选图示：杆2与杆1铰接于B、杆3与机架铰接于C、杆4与杆5铰接于D，这三杆组成了两个同方位的移动副，其中含二个移动副的构件可任选如下：杆3含二个移动副杆4含二个移动副杆2含二个移动副二二转动副同性异形的演化：转动副同性异形的演化：1转动副两元素（轴承孔、轴颈）可互换。（此规则是显而易见的）2转动副两元素可同比例任意扩大或缩小。左图转动副B的两元素同比例扩大到超过A。即得右图 27 27

10、 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 由于“高副”可以“低代”，故本节仅对低副机构进行结构分析。一杆组及其级别：1杆组：不可再分的、自由度等于零的构件组叫杆组。2杆组的级别：设杆组由n个构件，PL个低副组成则：杆组的自由度为零,必有:F=3n-2PL=0或PL=3/2n又n和PL都必须是整数,它们的组合是:杆数n246低副数PL3691）级杆组：由二个构件三个低副组成的构件组。共有以下五种型式2)级杆组:由四个构件六个低副组,且其中仅一个构件含有三个运动副.常见的有以下三种:3)级杆组：例：n=4,PL=6但其中有两个三副件。注:级杆组最常用,级及级以上杆组很少用。杆组级别越高,运动、动力分

11、杆越困难。二平面机构的级别二平面机构的级别按机构所含杆组的最高级别来确定.级机构:所含杆组的最高级为级的机构.级机构:所含杆组的最高级为级的杆组.以下类推.三三.结构分析结构分析:1.定义:把机构分解成机架与原动件、杆组,并确定机构级别的过程.2.步骤:1)去掉局自和虚约束,进行高副低代.2)计算机构的自由度,确定原动件.原动件数=F机构相同,原动件数不同,结构分析的结果也不同.1)拆杆组:从远离原动件处开始,先试拆n=2的杆组,不成功再拆n=4、6杆组杆组上的运动副总随杆组一起拆下机构拆除任一杆组后的剩余部分仍必须是具有确定运动的机构.最后,总仅剩与机架相连的原动件.4)确定机构的级别.例四四.平面机构的组成原理平面机构的组成原理:平面机构是由若干个杆组依次连接于机架和原动件上组成的.