机构的结构分析

第二章机构的结构分析教学目的：（1）明确构件、运动副、约束、自由度、运动链及机构等重要概念；（2） 能绘制简单机械的机构运动简图；（3） 掌握平面机构的自由度计算，并判断其具有确定运动的条件；（4） 了解平面机构的组成原理。课时安排：4h重点难点：重点一平面机构自由度计算；难点一绘制机构运动简图、自由度计算时注意事项的处理。§2-1机构结构分析的内容及目的1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件目的是弄清机构包含哪几个部分，各部分如何相联，以及怎样的结构才能保证机构中各构件具有确定的相对运动。按结构特点对机构进行分类不同的机构有各自的特点，把各种机构按结构加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力分析的一般方法。3.绘制机构运动简图研究机构特性的工具。4.研究机构的组成原理研究按何种规律组成的机构能满足运动确定性的要求。§2-2机构的组成一、 构件从制造加工角度：机械由零件组成。零彳一制造单元体从运动功能角度：机械由机构组成，而机构由构件组成。构彳一独立运动的单元体注意：构件可以是单一零件，也可以是几个零件的刚性联接。二、 运动副定义：指两构件直接接触并能产生相对运动的联接。运动副元素：指两个构件直接接触而构成运动副的部分。构件的自由度：指一个构件相对另一个构件可能出现的独立运动。一个自由构件在空间具有6个自由度，作平面运动时有3个自由度。约束：指通过运动副联接的两构件之间的某些相对独立运动所受到的限制。运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。运动副引入的约束数最多为5个。5.运动副分类1） 按运动副相对运动形式分转动副、移动副、螺旋副、球面副等2） 按运动副引入的约束数分I级副、II级副、m级副、w级副、v级副3） 按运动副接触形式分低副：两构件通过面接触而构成的运动副统称为低副；高副：凡两构件系通过点或线接触而构成的运动副统称为高副。4）按运动副的运动空间分平面运动副：指构成运动副的两构件之间的相对运动为平面运动的运动副；空间运动副：指构成运动副的两构件之间的相对运动为空间运动。三、 运动链指两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统。闭链：运动链的各构件构成首尾封闭的系统。开链：运动链的各构件未构成首尾封闭的系统。平面运动链：各构件间的相对运动为平面运动的运动链。空间运动链：各构件间的相对运动为空间运动的运动链。四、 机构机构：在运动链中将某一构件加以固定（机架），另一个或几个构件（原动件）按给定运动规律运动时，而其余构件（从动件）都具有确定的运动，则运动链便成为机构。分为：平面机构和空间机构§2-3机构运动简图一、 机构运动简图指根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。根据该图可以方便的对机械进行分析或设计。绘制机构运动简图是工程技术人员必备的基本技能。机构的示意图：指为了表明机构结构状况，不要求严格地按比例而绘制的简图。二、 常用运动副、构件和常用机构的表示方法（见表2-1、表2-2、表2-3）三、 机构运动简图的绘制分析机构的组成及运动情况：确定机构中的机架、原动部分、传动部分和执行部分，以确定构件的数目。循着运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目。恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面。选择适当的比例尺绘图：定出各运动副之间的相对位置，用规定的简单线条和各种运动副符号，将机构运动简图画出来。标注：用字母给运动副标号，用数字给构件标号，同一构件用焊接符号固联，原动件用箭头表示，机架加阴影线。例2-1：绘制图示颚式破碎机的机构运动简图例2-2：绘制图示模型的机构运动简图

§2-4机构具有确定运动的条件问题：取运动链中某个构件为机架，并确定原动件后，其余构件在什么条件下才具有确定运动?机构的自由度F:机构有确定运动时必须给定的独立运动参数的数目。实例分析一：铰链四杆机构给定一个独立运动参数，余构件有确定运动，即机构的F=1。机构中给定独立运动参数的构件称为原动件。原动作F实例分析二：铰链五杆机构 /给定一个独立运动参数：机构没有确定运动。给定两个独立运动参数：机构有确定运动。 飞•.机构的F=2,原动件数=2结论：机构具有确定运动的条件为：F>0，且原动件数=机构自由度数F§2-5机构自由度的计算平面自由构件：3个自由度；平面低副：引入2个约束；平面高副：引入1个约束假设平面机构有n个活动构件：有3n个自由度；有Pz个低副和％个高副：引入(2P,+PJ约束。平面机构自由度的计算公式F=3n-(2p+p)§2-6计算机构自由度应注意的事项一、复合钗链两个以上构件同在一处以转动副相联接即构成复合铰链。m个构件以复合铰链联接所构成的转动副数为(m-1)个。二、局部自由度

二、局部自由度机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动，把这种局部运动的自由度称为局部自由度。数目用『表示.计算机构自由度时，应将局部自由度除去不计。三、虚约束指机构在某些特定几何条件或结构条件下，有些运动副带入的约束对机构运动实际上起不到独立的约束作用，这些对机构运动实际上不起约束作用的约束称为虚约束，用p‘表示。在计算自由度时，应将虚约束除去不计。因此，考虑局部自由度和虚约束时，平面机构自由度计算公式：F=3n-（2p+p-pr）-F，虚约束常出现的情况：1） 机构中两构件未联接前的联接点轨迹重合，则该联接引入1个虚约束2） 两构件在几处接触而构成运动副3） 若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触点处的公法线重合，则只能算一个平面高副。若公法线方向不重合，将提供各2个约束4） 机构运动过程中，某两构件上的两点之间的距离始终保持不变，将此两点以构件相联，则将带入1个虚约束。5） 某些不影响机构运动的对称部分或重复部分所带入的约束为虚约束。注意博项小结'存在于转动副批♦殳合铉佳-正一确处M令较饪处个构件圳、有(m-1)个转动副r常发雄行为诚八笥引磨戋而珞炬幼摩擦■局部自巾度J变成■靖动摩擦.所嘻加的畿了处。」 '[正确处理力制：计针n由愆时符局部nI山度诚A”"存打于财W性几