《平面机构的组成》课件

平面机构的组成平面机构由多个运动构件组成，它们通过运动副连接在一起，形成一个整体，在力的作用下可以实现预期的运动和功能。课程大纲什么是平面机构？平面机构是由多个刚体通过铰链连接而成的机构，所有运动都限制在同一平面内。平面机构的组成要素平面机构由刚体、铰链、滑动副、转动副和平移副等组成，它们共同构成机构的运动体系。平面机构的自由度平面机构的自由度是指机构能够独立运动的程度，它决定了机构的运动方式和复杂程度。平面机构的分类平面机构可分为平移机构、转动机构、平面四杆机构、八杆机构、六杆机构和七杆机构等。什么是平面机构？平面机构是指所有运动部件都限制在同一个平面内运动的机构，它们在工业和生活中有着广泛应用。例如，我们常见的自行车、汽车、门窗、机器手臂等都包含了平面机构。平面机构的组成要素刚体刚体是组成平面机构的基本单元，它在运动过程中保持形状和尺寸不变。运动副运动副是指两个或多个刚体之间允许相对运动的连接，它限制了刚体之间的相对运动方式。约束约束是指限制刚体运动的条件，它们可以是几何约束，也可以是力约束。驱动驱动是指使机构运动的动力源，它可以是电机、液压缸或气动缸等。刚体定义刚体是指在运动过程中，其形状和大小保持不变的物体。特点刚体内部各点之间的相对位置保持不变，应用在平面机构中，大部分构件都可视为刚体，铰链转动副铰链是平面机构中常见的连接方式，允许两个刚体绕固定轴线旋转。固定轴线铰链的固定轴线称为转动副，它限制了两个刚体的相对运动，使其只能绕固定轴线旋转。滑动副1定义滑动副是一种低副，它允许两个构件之间沿一个直线方向运动。2特点滑动副的运动形式为直线滑动，具有一个自由度。3应用滑动副广泛应用于各种机械机构中，例如活塞式发动机、滑动轴承等。转动副定义转动副允许两个刚体之间绕固定轴线进行相对转动，同时限制其相对平移运动。特点转动副通常由轴承或销钉构成，允许两个刚体之间自由转动，但限制其相对滑动运动。平移副定义平移副是机构中两个构件之间的一种低副，其中一个构件可以在另一个构件上做直线运动。特点平移副允许一个构件相对于另一个构件沿直线方向移动，同时限制了其他方向的运动。应用平移副广泛应用于各种机械设备中，例如：滑动导轨、抽屉、线性滑轨等。极限位置机构在运动过程中，其运动范围是有限的。当机构运动到其运动范围的边界点时，称为极限位置。机构在极限位置时，其各构件之间的相对位置是确定的，且机构的运动方向发生改变。极限位置是机构运动分析中一个重要的概念，它可以用来确定机构的运动范围和运动方向。平面机构的自由度1自由度定义自由度是指机构在空间运动时，独立运动的数目。2影响因素机构的自由度受其组成要素、约束条件以及运动类型的影响。3自由度意义了解机构的自由度可以预测机构的运动特性和功能。平面机构的自由度计算平面机构的自由度是机构运动的独立参数的个数，决定了机构运动的复杂程度。自由度计算公式平面机构的自由度F=3n-2j-h其中，n为机构的构件数，j为低副数（铰链），h为高副数（滑动副）。平面机构的分类11.自由度自由度是指机构能够独立运动的变量数，是机构运动能力的体现。22.运动形式机构的运动形式可以是平移、转动或两者结合，根据运动形式可以将平面机构分为平移机构、转动机构和混合机构。33.构件数根据构件数可以将平面机构分为四杆机构、六杆机构、八杆机构等。44.构件连接方式机构的构件通过铰链、滑块等连接方式构成闭合回路，连接方式的不同也会导致机构运动方式的差异。平移机构定义所有运动副都为平移副的机构。特点机构中所有构件只能做平移运动，无转动运动。应用广泛应用于各种机械设备，如滑动导轨、液压缸等。转动机构齿轮传动齿轮传动是一种常见的转动机构，通过齿轮的啮合实现转动运动的传递和速度、扭矩的变换。曲柄滑块机构曲柄滑块机构是将旋转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为旋转运动的机构，广泛应用于内燃机、压缩机等。凸轮机构凸轮机构通过凸轮的旋转带动从动件作复杂的运动，例如开合阀门、控制发动机气门的动作。螺旋机构螺旋机构利用螺旋面的形状实现旋转运动与直线运动的相互转换，常见于螺丝、螺杆等。平面四杆机构11.基本结构平面四杆机构由四个刚性杆体组成，其中一个杆体固定不动，称为机架，另外三个杆体可以运动。22.运动形式四杆机构的运动形式取决于各杆体的长度以及连接方式，可以实现多种运动形式，例如旋转运动、往复运动、摆动运动等。33.典型应用四杆机构在机械领域应用广泛，例如内燃机、汽车悬挂系统、机床等。44.优缺点四杆机构结构简单、运动灵活、可靠性高，但其运动精度和承载能力有限。八杆机构复杂运动八杆机构通常比四杆机构更复杂，拥有更多自由度。多种应用八杆机构适用于各种应用，例如机器人、自动化设备和精密仪器。设计挑战设计八杆机构需要仔细考虑运动学和动力学因素，以确保其功能和性能。平面六杆机构六个构件包括一个固定构件，五个活动构件。七个低副通过铰链或滑动副连接。复杂运动可实现多种运动形式，如旋转、平移、摆动等。平面七杆机构七杆机构简介七杆机构是指由七个刚性杆体组成的平面机构。七杆机构的运动方式更加复杂，通常具有更高的自由度。结构特点七杆机构通常包含多个铰链和滑动副，这些副能够实现不同杆体之间的相对运动。平面机构的应用工业机器人工业机器人是常见的应用，应用于焊接、喷漆、搬运等。自动化设备许多自动化设备，如包装机、生产线，都需要使用平面机构来完成特定动作。办公设备打印机、复印机等办公设备中，平面机构用于纸张的进出和定位。家用电器洗衣机、冰箱、空调等家用电器中，平面机构用于控制门开关、调节温度等。工业机器人工业机器人是广泛应用于制造业的自动化系统。它们可以执行各种任务，例如焊接、组装、喷漆和物料搬运。工业机器人通常由机械臂、控制器和传感器组成。工业机器人的应用范围正在不断扩大，它们正在改变制造业的生产方式。工业机器人的使用可以提高生产效率、降低生产成本并改善产品质量。自动化设备自动化设备广泛应用于工业生产中，显著提高生产效率和产品质量。自动化设备利用机械、电子和计算机技术，将生产流程自动化，减少人工干预，提高生产精度。例如，自动化生产线可以自动完成零件的加工、组装和检验，提高生产效率并降低生产成本。办公设备办公设备通常使用平面机构，提高工作效率。比如，打印机使用连杆机构控制纸张进出，复印机使用凸轮机构控制扫描过程。其他办公设备，例如文件粉碎机、订书机，也使用平面机构完成特定功能。这些机构简化操作，提升效率，为用户提供更便捷的办公体验。家用电器平面机构在家用电器中应用广泛，例如洗衣机、冰箱、空调等。洗衣机的滚筒机构、冰箱的压缩机机构、空调的冷媒循环系统等，都利用了平面机构的运动原理来实现其功能。平面机构设计的考量因素结构设计结构设计需要考虑机构的运动轨迹、运动精度、工作环境等因素，以确保机构能够稳定可靠地运行。结构设计应尽量简单、紧凑，并易于加工制造和维护。运动学分析运动学分析主要研究机构的运动规律，包括位移、速度、加速度等，以确保机构能够实现预期的运动功能。运动学分析可以帮助工程师优化机构的设计，使其能够更加高效、精准地完成工作。结构设计精确的零件设计齿轮机构的精确设计，以确保其紧密配合和高效传动。合理的结构布局结构布局优化，以确保机构的稳定性和可靠性。巧妙的结构设计巧妙的结构设计，以实现机构的预期功能和性能。运动学分析11.位置分析确定机构中各构件在任意时刻的位置。22.速度分析计算机构中各构件的速度和加速度。33.运动轨迹分析研究机构中各构件的运动轨迹，包括位置、速度和加速度的变化规律。44.运动约束分析分析机构中各构件之间的运动约束关系，确定机构的运动自由度。动力学分析力量分析考虑机构各部件所受到的力，包括重力、外力、惯性力等。运动分析确定机构各部件的加速度、速度和位移等运动参数。能量分析评估机构的能量转换和损失情况，例如摩擦力的影响。材料选择强度和刚度选择具有足够强度和刚度的材料，以承受机构的负载和运动。耐磨性考虑机构的工作环境，选择耐磨性好的材料，延长使用寿命。加工性能选择易于加工的材料，以降低制造成本，提高效率。成本在满足性能要求的前提下，