第3章 平面机构的机构分析.ppt

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1、第三章 平面机构的结构分析 各部分机构协调配合工作，便能把燃气燃烧时产生的热能转变为曲轴转动的机械能。曲柄滑快机构凸轮机构齿轮机构内燃机包含下列机构：第一节 平面机构的组成p机构是一个构件系统p机构是机器的重要组成部分p机构只用来传递运动和力。人为的实物组合（不是天然形成的）各实物单元具有确定的相对运动能完成有用的机械功或转换机械能能完成有用的机械功或转换机械能 由若干构件（包括机架）以运动副相联接并具有确定相对运动的组合体。一、机构的组成：组成机构的两组成机构的两大基本要素大基本要素平面机构平面机构 Vs 空间机构空间机构组成机构的两组成机构的两大基本要素大基本要素1、机架：机构中相对不动的

2、构件2、主动动件：驱动力所作用的构件。输入构件3、从动动件：随着原动构件的运动而运动的构件。输出构件构件类型：注意！p在机构运动简图中，原动件上通常画有箭头，用以表示其运动方向。p从动件的运动规律取决于原动件的运动规律和机构的组成情况。p在活动构件中至少有一个构件为原动件，其余的活动构件都是从动件。原动件（主动件）机架 任何一个机构中，必有且只有一个构件被相对地看作机架从动件ABCD输出构件输入构件从动件 机构中两构件直接接触的可动联接（既保持直接接触，又能产生一定的相对运动）二、运动副活塞与气缸的联结两个传动齿轮间的联结连杆与曲柄的联结两构件通过点或线接触的运动副。如齿轮副、凸轮副。根据运动

3、副的接触形式，运动副分为两类：1）低副：2）高副：两构件通过面接触组成的运动副。如转动副（铰链）、移动副。除平面副之外，机构中还存在空间运动副。如球面副、螺旋副。转动副转动副移动移动副副低副低副（面接触）（面接触）转动副：转动副：组成运动副的两构件只能在一个平面内转动组成运动副的两构件只能在一个平面内转动移动副：移动副：组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动运动副元素：圆柱面、圆孔面运动副元素：圆柱面、圆孔面例：轴与轴承的配合例：滑块与导轨的接触运动副元素：棱柱面、棱孔面运动副元素：棱柱面、棱孔面齿轮副齿轮副凸轮副凸轮副高副两构件通过点或线接触组成的运

4、动副例：两齿轮轮齿的啮合运动副元素：两齿廓曲面运动副元素：两齿廓曲面空间：线高副空间：点高副空间：球副空间：球销副空间：螺旋副第二节 平面机构的运动简图研究机构运动时，为使问题简化而用简单的线条和规定的符号来表示构件和运动副，并按一定比例定出各运动副的位置。这种表示机构中各构件间相对运动关系的简单图形，称为机构运动简图。1、转动副：一般用小圆圈“”表示，其圆心表示两构件相对转动的中心。1211221122一、运动副的表示方法2、移动副：一般用“”和“”表示，矩形框的长边和直线表示移动导路或其中心线的位置。3、高副：画出两构件接触处的曲线轮廓（齿轮除外：可用两节圆表示）。齿轮机构二、构件的表示与

5、分类 1、构件的表示 杆、轴类构件 固定构件 同一构件 一杆两副 一杆三副 三、机构运动简图的绘制步骤 1、分析机构（1）找出构件总数，定出原动件,判断各构件的运动性质 (移动、转动)（2）定出运动副的个数，各运动副的类型（移动副、转动 副、高副）2、适当选择投影面 一般选择与多数构件的运动平面相平行的面作为投影面。3、选择适当的比例尺，绘制机构运动简图 选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动副之间的相对位置，用构件和运动副的规定符号绘制机构的运动简图。4、标出原动件，给各构件标上代号一般原动件标号为1，机架为最后标号。构件：1，2，3，运动副：A，B，C，注意以下简图的区别：内燃机的

6、机构运动简图第三节 平面机构的自由度自由度自由度 构件间的独立相对运动构件间的独立相对运动约约 束束 运动副对构件间相对运动的限制作用运动副对构件间相对运动的限制作用一、自由度与约束OxySASASA自自由由度度 一个作平面运动的自由构件一个作平面运动的自由构件具有具有三三个自由度个自由度QYXF=312F=32=6自由度：构件可能出现的独立运动运动副的约束约束：两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些限制。12转转 动动 副副 组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动。低副引入两个约束！12两构件：其中一个固定约束了三个自由度，另一个未固定，F=312两构件：一个固定另一与之铰接。X、

7、Y固定，1件可转动。F=1，S=2。两构件活动铰接：F=4 S=2Q1Q2XY112移 动 副 组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动。低副引入两个约束！12两移动副：一个固定一个活动。F=312两移动副其中一个固定，另一个放置于之上。其约束S=2（Y与Q）F=1齿 轮 副高副引入一个约束！沿接触处切线 t-t方向的相对运动和在平面内的相对转动齿轮副只限制n-n方向的切入，不限制t-t方向的移动和转动。F=2，S=1。凸凸 轮轮 副副高副引入一个约束！只限制n-n方向切入，而不限制t-t方向的移动和转动。F=2，S=1。综合上述四种情况：1 低副：（转动副和移动副）其约束数为 S=22高副：

8、（齿轮副和凸轮副）其约束数为 S=1二、平面机构自由度的计算公式转动副1、运动副和约束运动副低副高副移动副约束两个移动自由度约束一个移动及转动自由度每个低副引入两个约束，失去两个自由度。只约束沿接触处法线方向移动自由度每个高副引入1个约束，失去1个自由度。2、自由度的计算公式（设N个构件，PL个低副，PH个高副）活动构件数n为:机构自由度F为:未加运动副之前加运动副之后n=N-1自由度总数为:3nF=3n2PLPH1234F=3n2plph =3 2 340=112345F=3n2plph =3 2 450=2F=3n2plph =3 2 221=1BCAF=3n2plph =3 2 340=

9、1F=3n2plph =3 2 451=1例：计算如图所示双曲线画规机构和牛头刨床机构的自由度例：计算如图所示双曲线画规机构和牛头刨床机构的自由度(a)双双曲曲线线画画规规机机构构(b)牛牛头头刨刨床床机机构构 解：解：(a)(a)(b)(b)例：画出如图所示机构的平面运动简图并计算其自由度例：画出如图所示机构的平面运动简图并计算其自由度 原动件数机构自由度数，将杆2拉断。1234ABCD104233=-X=FX 机构自由度等于零时，各构件间不可能产生相对运动。12345机构具有确定运动的条件是：（1）机构自由度 F0，（2）机构自由度 F=原动件数。F=33-25=-1超静定结构F=32-2

10、3-0=0刚性桁架平面运动机构的自由度一定大于零？三、计算平面机构自由度的注意事项1、复合铰链 两个以上的构件同时在一处用转动副相联结就构成复合铰链（在机构运动简图上显现为1个转动副）。由K个构件组成的复合铰链应含有(K-1)个转动副。412356F F 3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 560 3F F 3n3n 2p2pl lp ph h 3 3 2 2 570 1412356错错对对5232351K个构件个构件,K-1个铰链个铰链复合铰链的识别例例 计算原盘锯主体机构的自由度计算原盘锯主体机构的自由度12345678解解 机构中活动构件有机构中活动构件有n 7低副有低副

11、有PL110F=3nF=3n2P2PL LP PH H =3 3 2 2=7 710101 1定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动,不影响机构输出运动的自由度局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠2、局部自由度（或多余自由度)存在与否都不影响整个机构的运动规律！解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视作一个构件F3n2plph 3 2 33 1 2F3n 2plph 3 2 221 1错错对对3、虚约束 在机构中与其他运动副作用重复，而对构件间的相对运动不起独立限制作用的约束。AMBN1O3OAMB2314NO3O1MN实际

12、上不起限制作用计算机构自由度时处理办法：将具有虚约束运动副的构件连同它所带入的与机构运动无关的运动副一并不计。AMBN1O3O12345F=3n2PLPH =3 2=341例 计算机构的自由度平面机构的虚约束常出现于下列情况：A 两构件之间构成多个运动副时B 两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时C 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时D 机构中对运动不起作用的对称部分A 两构件之间构成多个运动副时两构件组合成多个转动副，且其轴线重合两构件组合成多个移动副，其导路平行或重合两构件组合成若干个高副，但接触点之间的距离为常数123123目的：为了改善构件的受力情况F F3n3n2P2

13、PL LP PH H 3 3 2 2 22 11B 两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时在这两个例子中，加与不加红色构件AB效果完全一样，为虚约束计算时应将构件AB及其引入的约束去掉来计算412351234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 0F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 46 0 0BA错错对对 1F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 01C 两构件上联接点的轨迹重合在该机构中，构件2上的C点C2与构件3上的C点C3轨迹重合，为虚约束计算时应将构件3及其引入的约束去掉来计算同理，也可将构件4当作虚约束，将构

14、件4及其引入的约束去掉来计算，效果完全一样BAC(C2,C3)D1234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 01D 机构中对运动不起作用的对称部分在该机构中，齿轮3是齿轮2的对称部分，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，将齿轮2当作虚约束去掉，完全一样目的：为了改善构件的受力情况F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 33 2112344、自由度计算小结自由度计算公式自由度计算公式:F3n2plph机构自由度3活动构件数2低副数1高副数计算步骤计算步骤:确定活动构件数目确定活动构件数目确定运动副种类和数目确定运动副种类和数目确定特

15、殊结构确定特殊结构:局部自由度、虚约束、复合铰链局部自由度、虚约束、复合铰链计算、验证自由度计算、验证自由度几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理:1、复合铰链计算在内2、局部自由度排除3、虚约束-重复约束排除例 计算图所示发动机配气机构的自由度(若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。局部自由度虚约束=3 7-2 9-1=2F=3n-2PL-PH3456888871212345678910F=3nF=3n2P2PL LP PH H3 3 2 2=9 912121 12 2=134567829F=3nF=3n2P2PL LP PH H3 3 2 2=8 811111 11 1=例：计算图示凸轮连杆机构的自由度。解：一个局部自由度一个移动副虚约束一处复合铰链8个可动构件11个低副1个高副F=3n-2PL-PH =38-211-1 =1