ch1平面机构的结构分析.ppt

第三章 平面机构的结构分析, 3-1 机构结构分析的内容和目的 一.结构分析的内容 1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件； 2.根据结构特点进行机构的结构分类； 3.研究机构的组成原理, 以便设计和创造新机构。 二.结构分析的目的 1.弄清机构的组成及运动原理; 2.画机构运动简图,机构的结构分析是机构运动分析、动力分析及机构综合的必要前提,3-2 运动副 一.基本概念 1.运动副 两构件直接接触而形成的 仍能产生某种相对运动的 可动连接。 2.运动副元素 构件之间因相互接触而构 成运动副的接触部分。,3.运动副自由度 构成运动副的两构件相对独立运动的数目 4.运动副约束数 两构件组成运动副后所限制的相对运动的数目,1、转动副（铰链）： 两构件只能绕同一轴线相对转动，圆柱面接触，引入两个约束。,2、移动副： 两构件只能沿某一方向作相对移动，各种形面接触，引入两个约束。,3、平面高副：点或线接触，引入一个约束。,三.运动链 1.定义: 通过运动副联接而成的相对可动的构件系统 2.分类: 闭式链：运动链的各构件构成首尾封闭的系统。 开式链：运动链的各构件未构成首尾封闭的系统。, 3-3 平面机构的运动简图 一、定义及作用,1.定义：用简单的线条和规定的符号来代表构 件和运动副，并按一定比例表示出个 运动副的相对位置这种能准确表达机 构运动特性的简单图形称为机构运动 简图。 注意：1）准确表达机构的运动特性； 2）必须按规定的符号； 3）必须按比例，否则称为机构示意图 4）只表示运动学尺寸。,2.作用 1）表示机构传动的工作原理； 2）可对机构进行运动和动力分析。 注意：是机构的瞬时位置图，不同瞬时，简图 形状不同。,二. 运动副及构件的表示方法 1.转动副 运动副元素：圆柱面,2.移动副 运动副元素：任意型面,注意： 1）移动副的中心线一定要与导路平行； 2）移动副的中心线可以平移； 3）当一个构件为导杆时，另一构件则为滑块 下面五个图所表达的运动关系是相同的,3.高副,4.构件,两副构件,多副构件,注意,在支架上 的电动机,带传动,锥齿轮传动,5.常用机构的符号,齿轮齿条传动 链传动,蜗杆传动,棘轮机构,齿轮内啮合,齿轮外啮合,凸轮机构,三、绘制机构运动简图的方法 1、仔细观察机构运动过程，分析构件相对运 动性质； 2、确定构件数、运动副的类型及数目； 3、选择视图平面，确定机构某一位置； 4、选取适当的比例 ，按下列顺序进行绘制 首先画出所有与机架相连的运动副，再从 原动件开始顺着运动传递的路线画出所有从动件。在原动件上加注箭头，并在运动副处标注字母，且给构件编序号。,例3-1 内燃机,例 3-2,3-4 平面机构的自由度 一.定义,相对于机架，机构所具有的独立运动的数目 或：机构具有确定运动时所需要的独立运动参数 的数目。,二、机构具有确定运动的条件 所施加的独立运动的参数=机构的自由度 机构的原动件数= 机构的自由度数 三、机构自由度计算 1.运动副的约束数 高副：一个高副提供一个约束； 低副：一个低副提供两个约束。 2.机构的约束数 机构中有个 pH 高副和 pL 个低副， 则机构的约束数为： pH +2 pL,3.机构的自由度 机构中有 n 个活动构件，则机构的自由度数为： F=3n-2PL-Ph 例3-4计算图示机构的自由度,F=3n-2PL-Ph=33 -24 =1,例3-5计算图示机构的自由度,F=3n-2PL-Ph=34 -2 5 =2,例3-6计算内燃机的自由度,F=3n-2PL-Ph=36 -27 -3=1,注意：当F=0，构件系统就成为静定桁架,当原动件数F时，机构将从薄弱环节破坏,当原动件数F时，从动件的运动将不确定,当机构的自由度大于机构的原动件数时，不能说机构就无用。机构的运动也不一定是毫无规律的乱动，而要受到最小阻力定律的支配，即:当机构的自由度大于机构的原动件数时，机构将优先沿着阻力最小的方向运动。,爬楼梯机器人,F34-24-12=2,两自由度的刹车机构可使两片刹车片均匀地抱紧在轮毂上，自动调节刹车片的均载，刹车效果比单一刹车片（单自由度）的更好。,F=3n-2PL-Ph=36 -28=2,四.计算平面机构自由度时应注意的事项,1.复合铰链 m 个构件同在一处以转动副相联接， 其转动副数为： （m-1）个,几种常见复合铰链的情况,注 意,例3-7 计算图示齿轮连杆机构的自由度,F=3n-2PL-Ph=35 -26 -2=1 2、4、5在C处形成复合铰链 3、5、6在D处形成复合铰链,例3-8 计算图示直线机构的自由度,2.局部自由度 在机构中，某构件产生的局部运动不影响其 它构件的运动，此构件的这种局部运动的自由度 称作局部自由度。计算时必须去除。,F=3n-2PL-Ph=33-23-1=2,F=3n-2PL-Ph=32 -22 -1=1,3.虚约束 在机构中，某运动副带入的约束，对机构实 际上不起约束作用，这种约束称为虚约束。计 算时必须去除。,椭圆仪,2）在机构中，如果两构件上某两点的距离始终保持不变，用双转动副杆将此两点联接，则该联接将带入一个虚约束。,F=3n-2PL-Ph =33 -24 =1 EF引入虚约束,F=3n-2PL-Ph =34 -26=0 It is a truss!,3）在机构中，某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为虚约束。,F=3n-2PL-Ph =33 -23-2 =1,1、3、4组成复合铰链,F=3n-2PL-Ph35 -27-1=0,从运动的角度，机构只有左半部分就能正常工作，但考虑到力的平衡，加了右半部分,F=3n-2PL-Ph=33 -24=1,4）两构件在多处构成移动副，且导路平行，这时只有一个起约束作用, 其余低副都是虚约束,5）两构件在多处构成转动副，且转动副轴线重合，这时只有一个起约束作用, 其余低副都是虚约束,F=3n-2PL-Ph=31 -21=1 31-22= -1,6）两构件在多处构成高副，且公法线重合，这时只有一个起约束作用, 其余运动副都是虚约束,例3-9 计算下面机构的自由度,F=3n-2PL-Ph =37 -29 -1 =2 注：弹簧不能 算构件,C处有复合铰链 F处有局部自由度,例3-10,F=3n-2PL-Ph=36