平面机构的结构分析和运动分析.ppt

1、1.4 平面机构的组成原理和结构分析 *,1.4.1 平面机构的高副低代,1.4.2 平面机构的组成原理,1.4.3 平面机构的结构分析(重点和难点),在机构中两构件直接接触而形成的可动联接。,1.运动副,1.4 平面机构的组成原理和结构分析 *,运动副分类：,（根据两构件之间的接触情况分类）,高副：,两构件通过点或线的接触而构成的运动副。,转动副(也称为铰链)： 两构件之间的相对运动为转动的低副,移动副： 两构件之间的相对运动为移动的低副,低副：,两构件通过面接触而构成的运动副。,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,2.机构,定义：在运动链中，将某一个构件加以固定而成为机架， 而另一构件按

2、给定的规律独立运动时，其余构件均随之作 确定相对运动，则此运动链便成为机构。,原动件：按照给定运动规律独立运动的构件。,从动件：随原动件作确定的相对运动的构件。,机 架：机构中固定不动的构件称为机架。,构件1 原动件,构件2、3 从动件,构件4 机架,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,3 平面机构的自由度,设平面机构中包含有N个构件，其中有n=(N-1)个活动构件，PL个低副数和PH个高副数。,F=3 n（2 PL +PH ）,这些活动构件在未用运动副联接之前,其自由度数应为3n,用运动副联接后，引入的约束总数为(2 PL +PH）。,机构的自由度为:,机构的自由度：,机构中各构件相对于机

3、架所具有的独立运动数目。,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,机构具有确定运动的条件：,机构自由度结论：,自由度大于零，且原动件的数目等于自由度数。,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,机构结构分析目的,1、为新机构的创造提供途径。,2、将各种机构按结构进行分类，在此基 础上建立运动分析和受力分析的一般 方法。,3、根据构件间的特点及尺寸，画出 机构的运动简图。,1.4.1 平面机构的高副低代,如果机构中含有高副，则为了平面机构的结构分析，可根据一定的条件将平面机构中的高副虚拟的以低副来代替。,将含有平面高副的机构进行低代后，可将其视为只含低副的平面机

4、构，就可根据机构组成原理和结构分析方法对其进行结构分类，并运用低副平面机构的分析方法对其进行分析和研究。,高副低代：,目的：,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,1.4.1 平面机构的高副低代,（1）代替前后机构的自由度不变。,机构的高副低代条件：,（2）代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,高副两元素均为圆弧的高副机构,用一个虚拟构件分别与构件1及构件2在K1点和K2点构成 转动副，两圆弧所构成的高副即被图中虚线所示低副代替。,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,具有任意曲线轮廓的高副机构高副低代,1）过接触点,作公法线,2）在公法线上确定接触点

5、的曲率中心 、,3）用构件4通过转动副 、,分别与构件1和构件2相联,机构运动时，在不同的位置有不同的代替机构。,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,用一个带有两个转动副的构件来代替一个高副，两个转动副 分别处在高副接触点的两个曲率中心。,高副低代实质：,高副两元素之一为点,点的曲率半径为零，所以曲率中心与两构件的接触点重合,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,高副两元素之一为直线,直线的曲率中心在无穷远处，所以直线一端转动副转化为移动副,平面机构中高副均可用低副来代替，所以任何平面机构都可以转化为只含低副的机构。,结论：,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,1.4.2 平面机构的组成原

6、理,机构组成：,机构中原动件的数目等于其自由度的数目。,将从动件系统继续拆分，将那些不可再拆的自由度为零的构件组称为基本杆组。,机构特征：,F从动件=0（从动件系统的自由度必为零）,基本杆组（杆组）：,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,原动件+从动件+机架,F机构=（F原动件+F机架） +F从动件,设基本杆组由n个构件和PL个低副组成,即：,构件和运动副必为整数，所以n应是2的倍数，PL是3的倍数。,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,级杆组的组合形式,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,RRR,RRP,RPR,PRP,级杆组：,由2个构件和3个低副构成的杆组。,级杆组的组合形式,1.

7、4 平面机构的组成原理和结构分析,级杆组：,由4个构件和6个低副组成的杆组，且都有一个包含三个低副的构件。,平面机构的组成原理：,任何平面机构都是由若干个基本杆组依次连接于原动件和机架而构成。,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,先选定机架，并将等于该机构自由度数的若干个原动件以运动副连接于机架上，然后再将一个个基本杆组依次连接于机架和原动件上而构成。,设计新机构原则：,*1.4.3 平面机构的结构分析 *,1 机构的结构分析：,将机构分解为原动件、机架和若干基本杆组，并确定机构级别。,2 平面机构的级别是由所含杆组的最高级别所决定,级机构：,级机构：,所含杆组的最高级别为级的机构；,所含杆

8、组的最高级别为级的机构。,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,机构结构分析的内容和步骤：,(1) 检查并去除机构中的局部自由度和虚约束。,(2) 计算自由度，并确定原动件。,(3) 将机构中的高副全部用低副代替。,(4) 从远离原动件的构件开始，先试拆级杆组，若拆不 出，再试拆级杆组。应一直拆到剩下机架和原动件为止。,(5)最后确定出机构的级别。（ 对同一机构，若选不同构件为原动件，可能会得到不同级别的机构）。,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,例1：图示机构自由度为1，现取凸轮为主动件，试进行结构分析,瞬时等效 代替机构,2,1,3,1,2,3,1,2,3,4,5,6,4,RRR,RPP,级机构,1,2,3,4,6,1,6,2,3,4,5,5,例2:分析如图所示机构的结构并确定其级别。,解:,（）计算机构的自由度。,取构件1为原动件,1.4 平面机构的组成原理和结构分析,（）进行结构分析。,从远离原动件的一端拆下构件7与8这个级杆组