機械原理第二章2-1.ppt

第二章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合 2 1機構(gòu)的組成及運動簡圖 2 2機構(gòu)的自由度計算及機構(gòu)運動確定條件 2 3機構(gòu)的高副低代 結(jié)構(gòu)分析和組成原理 2 1機構(gòu)的組成及運動簡圖 一 構(gòu)件和運動副二 運動鏈和機構(gòu)三 平面機構(gòu)運動簡圖 2 1機構(gòu)的組成及運動簡圖 一 構(gòu)件和運動副 KinematicPairs 2 運動副 KinematicPairs 1 構(gòu)件 Links 運動副運動副約束運動副分類 一 構(gòu)件和運動副 構(gòu)件 指具有獨立運動的單元體 它可以是單一的零件 也可以是由幾個零件組成的剛性結(jié)構(gòu) 構(gòu)件 Links 軸與軸承連接 圓柱和圓柱孔面 滑塊與導(dǎo)軌連接 平面接觸 兩齒輪輪齒嚙合 齒廓曲面 運動副元素兩個構(gòu)件上參與接觸而構(gòu)成運動副的點 線 面稱為運動副元素 運動副 兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定形式的相對運動的可動連接 稱為運動副 運動副 KinematicPairs 運動副約束 運動副對構(gòu)件的獨立運動所加的限制 對構(gòu)件一個獨立運動的限制稱為一個約束 構(gòu)件的自由度 構(gòu)件所具有的獨立運動的數(shù)目 O A B xA yA x y 在空間有兩構(gòu)件1和2 構(gòu)件2固定于坐標(biāo)系O xyz上 當(dāng)構(gòu)件1未與構(gòu)件2組成運動副之前 構(gòu)件1相對構(gòu)件2可以沿x y z軸移動和繞x y z軸轉(zhuǎn)動 即作空間自由運動的構(gòu)件具有六個自由度 作平面自由運動的構(gòu)件有三個自由度 運動副約束 Kinematicpairconstraint 兩構(gòu)件構(gòu)成運動副之后 它們之間尚能產(chǎn)生哪些相對運動 則完全取決于運動副的類型 即與該運動副對兩構(gòu)件間的相對運動引入的約束情況有關(guān) 因兩構(gòu)件構(gòu)成運動副后 仍須保證能產(chǎn)生一定的相對運動 故運動副引入的約束數(shù)目最多為5個 對平面機構(gòu)而言最多為2個 而剩下的自由度最少為1個 當(dāng)兩構(gòu)件構(gòu)成運動副之后 它們之間的相對運動將受到約束 這時自由度減少的數(shù)目應(yīng)等于該運動副所引入的約束的數(shù)目 運動副約束 Kinematicpairconstraint 自由度為1可以繞z軸轉(zhuǎn)動 自由度為1可以沿x軸移動 自由度為2可以沿切線移動可以繞接觸點或線轉(zhuǎn)動 運動副約束 Kinematicpairconstraint 運動副分類 有多種分類方法 根據(jù)運動副引入的約束數(shù)根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件之間的相對運動根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件之間的接觸情況根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件的接觸部分幾何形狀 運動副分類 運動副分類 根據(jù)運動副引入的約束數(shù) 運動副分為五級I級副 引入1個約束的運動副 級副 引入2個約束的運動副 級副 引入3個約束的運動副 級副 引入4個約束的運動副 級副 引入5個約束的運動副 1 移動副 平面高副 球銷副 球面副 圓柱副 螺旋副 轉(zhuǎn)動副 級副 級副 級副 級副 級副 級副 運動副分類 有多種分類方法 運動副分類 構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件之間的相對運動為平面運動的稱為平面運動副 為空間運動的稱為空間運動副 平面運動副 planarkinematicpair 空間運動副 spatialkinematicpair 根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件之間的相對運動 運動副可分為 2 平面運動副 轉(zhuǎn)動副 移動副 平面齒輪副 平面凸輪副 螺旋副 球面副 空間齒輪副 空間凸輪副 空間運動副 低副 lowerpair 面接觸的運動副高副 higherpair 點 線接觸的運動副在平面機構(gòu)中 一個低副提供兩個約束 一個高副提供一個約束 運動副分類 根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件之間的接觸情況 運動副可分為 3 低副 lowerpair 如果兩構(gòu)件以低副接觸 則兩構(gòu)件間的壓力較低 對受力有好處 如轉(zhuǎn)動副 移動副 螺旋副和球面副均是低副 轉(zhuǎn)動副 revolutepair 構(gòu)件2沿x軸和y軸的相對移動受到約束 構(gòu)件2只能繞 xoy平面的軸轉(zhuǎn)動 鉸鏈的連接 軸頸和軸承間的連接 具有一個獨立相對轉(zhuǎn)動的運動副稱為轉(zhuǎn)動副 移動副 slidingpairorprismaticpair 具有沿一個方向獨立相對移動的運動副 螺旋副 screwpair 螺桿轉(zhuǎn)動 螺母移動 螺桿轉(zhuǎn)動且移動 球面副 sphericalpair 平面高副 planarhigherpair 凸輪副 Campair 齒輪副 Gearpair 1 2 3 具有兩個獨立相對運動的平面運動副稱為平面高副 運動副分類 根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件的接觸部分幾何形狀 運動副可分為 4 圓柱副 cylindricpair 平面副 planarpair 球面副 Sphericalpair 球銷副 sphere pinpair 螺旋副 Screwpair 環(huán)運動副 loopingpair 等 圓柱副 cylindricpair 球銷副 sphere pinpair 環(huán)運動副 loopingpair 二 運動鏈 KinematicChain 和機構(gòu) 二 運動鏈和機構(gòu) 2 機構(gòu) 1 運動鏈 KinematicChain Whenanumberoflinksareconnectedbymeansofkinematicpairs theresultingmobilesystemisakinematicchain 運動鏈的分類 1 運動鏈 KinematicChain 1 運動鏈 KinematicChain 閉式運動鏈 closedchain 開式運動鏈 openchain 運動鏈 用運動副將兩個或兩個以上的構(gòu)件連接而成的系統(tǒng)稱為運動鏈 閉式運動鏈 如果運動鏈中的每一構(gòu)件都至少包含兩個運動副 該運動鏈為閉式運動鏈 運動鏈的分類 如果運動鏈中各構(gòu)件構(gòu)成了首尾封閉的系統(tǒng) 則稱為閉式運動鏈 開式運動鏈 如果運動鏈中的一個或多個構(gòu)件僅有一個運動副元素 該運動鏈為開式運動鏈 如果運動鏈中各構(gòu)件未構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng) 則稱為開式運動鏈 運動鏈的分類 2 機構(gòu) 機構(gòu) 若將運動鏈的一個構(gòu)件固定為機架時 運動鏈便成為機構(gòu) 2 機構(gòu) 構(gòu)件的分類 機構(gòu)中的構(gòu)件可分為三大類 1 機架機構(gòu)中固定不動的構(gòu)件 一個機構(gòu)只有一個機架 2 原動件 主動件 機構(gòu)中按給定的已知運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件 3 從動件機構(gòu)中除原動件外的其余活動構(gòu)件 當(dāng)確定原動件后 其余從動件隨之作確定的運動 構(gòu)件的分類 構(gòu)件 鉸鏈四桿機構(gòu) 鉸鏈五桿機構(gòu) 1 平面機構(gòu) 2 空間機構(gòu) 機構(gòu)的分類 組成機構(gòu)的各構(gòu)件都在同一平面內(nèi)或相互平行的平面內(nèi)運動 則稱此機構(gòu)為平面機構(gòu) 否則稱為空間機構(gòu) 機構(gòu)的分類 空間機構(gòu) 如果機構(gòu)中所有的運動副都是低副 則稱此機構(gòu)為低副機構(gòu)或連桿機構(gòu) 如果機構(gòu)中有一個或多個高副 則稱此機構(gòu)為高副機構(gòu) 1 2 3 4 機構(gòu)的分類 平面機構(gòu)中的所有運動副一定是平面運動副 但是只包含平面運動副的機構(gòu)也可能是空間機構(gòu) 例如 萬向聯(lián)軸節(jié)是空間機構(gòu) 該機構(gòu)只包含轉(zhuǎn)動副 平面運動副 機構(gòu) 三 平面機構(gòu)運動簡圖 三 平面機構(gòu)運動簡圖 1 機構(gòu)運動簡圖的定義和目的 2 機構(gòu)運動簡圖的作用 4 繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟 3 運動副和構(gòu)件的表示方法 1 因為機構(gòu)各構(gòu)件間的相對運動 是由原動件的運動規(guī)律 機構(gòu)中所有運動副的類型 數(shù)目及其相對位置 即轉(zhuǎn)動副的中心位置 移動副的中心線位置和高副接觸點的位置 決定的 而與構(gòu)件的外形 斷面尺寸 組成構(gòu)件的零件數(shù)目及其固聯(lián)方式和運動副的具體結(jié)構(gòu)無關(guān) 2 能夠準(zhǔn)確表達機構(gòu)運動情況的簡單圖形 稱為機構(gòu)運動簡圖 3 繪制機構(gòu)運動簡圖的能力是工程師的基本技術(shù)技能 1 機構(gòu)運動簡圖的定義和目的 1 機構(gòu)運動簡圖的定義和目的 1 機構(gòu)運動簡圖應(yīng)該是簡單的 但能提供確定所有構(gòu)件相對運動的必須信息 2 應(yīng)按規(guī)定的符號繪制機構(gòu)運動簡圖 應(yīng)按比例繪制機構(gòu)運動簡圖 不按比例繪制的機構(gòu)運動圖稱為機構(gòu)示意圖 只需考慮機構(gòu)的運動學(xué)尺寸 注意 2 機構(gòu)運動簡圖的作用 1 可以簡明地表達一部復(fù)雜機器的傳動原理 2 可以用圖解法求機構(gòu)上各點的軌跡 位移 速度和加速度 因為機構(gòu)運動簡圖反映了機構(gòu)各構(gòu)件間的真實運動 3 可以使我們在研究各種不同的機械運動時收到舉一反三的效果 例如 活塞式內(nèi)燃機 空氣壓縮機和沖床 盡管它們的外形和功能各不相同 但它們的主傳動機構(gòu)的運動簡圖都一樣 曲柄滑塊機構(gòu) 可以用同一種方法來研究它們的運動 2 機構(gòu)運動簡圖的作用 機構(gòu)運動簡圖表達符號已有標(biāo)準(zhǔn) GB4460 該標(biāo)準(zhǔn)對運動副 構(gòu)件及各種機構(gòu)的表示符號作了規(guī)定 3 運動副和構(gòu)件的表示方法 3 運動副和構(gòu)件的表示方法 構(gòu)件的表示 運動副的表示 轉(zhuǎn)動副的表示移動副的表示平面高副的表示 某些常用機構(gòu)的表示 用位于轉(zhuǎn)動中心的小圓圈表示轉(zhuǎn)動副 其圓心必須與相對回轉(zhuǎn)軸線重合 轉(zhuǎn)動副的表示 如構(gòu)件之一為機架 則須在代表機架的構(gòu)件上加陰影線 以表示固定 固定鉸鏈可用帶三角支撐架和陰影的小圓表示 轉(zhuǎn)動副的表示 投影面垂直于轉(zhuǎn)動軸線的表示法 轉(zhuǎn)動副的表示 投影面通過回轉(zhuǎn)軸線的表示法 轉(zhuǎn)動副的表示 移動副的表示 移動副中橫截面的實際形狀和尺寸對機構(gòu)的運動學(xué)沒有影響 有陰影線的構(gòu)件表示機架 移動副的表示 移動副的中心線必須與實際機構(gòu)的導(dǎo)路平行 2 移動副的中心線可以平移 3 組成移動副的任意一個構(gòu)件都可以畫成滑塊 而另一構(gòu)件畫成導(dǎo)桿 注意 這五種簡圖是等價的 齒輪副 齒輪副用兩個相切的點劃線圓表示 可以在嚙合處添加兩齒廓 平面高副的表示 在簡圖中應(yīng)當(dāng)畫出兩構(gòu)件在接觸處的曲線輪廓 但曲率中心的位置必須與構(gòu)件實際輪廓曲率中心的位置一致 凸輪副 3 2 1 應(yīng)按比例真實地畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓 即凸輪實際廓線和從動件末端的輪廓 構(gòu)件的運動功能是在機構(gòu)運動過程中保持構(gòu)件上所有運動副元素的相對位置不變 構(gòu)件的表示 僅兩個轉(zhuǎn)動副中心的距離AB對運動分析起作用 表示方法 用一條直線連接兩個運動副元素表示構(gòu)件 具有兩個運動副元素的構(gòu)件表示方法 具有3個或3個以上運動副元素的構(gòu)件表示方法 1 為說明3個轉(zhuǎn)動副元素在同一構(gòu)件之上 應(yīng)將每兩條直線相交的部位涂上焊接符號或在三角形中間畫上陰影線 如圖a b c 2 圖d 3個轉(zhuǎn)動副的中心位于一條直線上的畫法 3 具有n個運動副元素的構(gòu)件可以用n邊形表示 具有3個或3個以上運動副元素的構(gòu)件表示方法 注意 下列兩組圖形的表達含義是不同的 圖 a 構(gòu)件表示法 某些常用機構(gòu)的表示 某些常用機構(gòu)有專用的符號表示法 電動機 某些常用機構(gòu)的表示 圓錐齒輪機構(gòu)Conegeardrive 某些常用機構(gòu)的表示 齒輪齒條機構(gòu)RackandPinion 某些常用機構(gòu)的表示 蝸桿蝸輪機構(gòu)WormandWormGearMechanism 某些常用機構(gòu)的表示 棘輪機構(gòu)RatchetMechanism 某些常用機構(gòu)的表示 凸輪機構(gòu)CamMechanism 某些常用機構(gòu)的表示 內(nèi)嚙合圓柱齒輪機構(gòu)Inner meshedCylindricalMechanism 某些常用機構(gòu)的表示 外嚙合圓柱齒輪機構(gòu)Outer meshedCylindricalMechanism 某些常用機構(gòu)的表示 帶傳動BeltDriveMechanism 某些常用機構(gòu)的表示 鏈傳動ChainDriveMechanism 某些常用機構(gòu)的表示 為準(zhǔn)確反映構(gòu)件間原有的相對運動 必須 1 表示轉(zhuǎn)動副的小圓 其圓心必須與相對回轉(zhuǎn)軸線重合 2 表示移動副的滑塊 導(dǎo)桿或?qū)Р?其導(dǎo)路必須與實際的相對移動方向一致 3 表示平面高副的曲線 其曲率中心的位置必須與構(gòu)件實際輪廓曲率中心的位置一致 表示構(gòu)件和運動副時的注意事項 4 繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟 1 仔細研究機構(gòu)的結(jié)構(gòu) 有多少構(gòu)件 所有運動副的類型 2 選擇與機械多數(shù)構(gòu)件運動平面相平行的平面作為繪制機構(gòu)運動簡圖的投影面 3 測量所有運動學(xué)尺寸 選擇合適的比例尺 4 繪制所有固定的運動副元素 5 繪制原動件 然后根據(jù)運動的傳遞路線繪制從動件 6 構(gòu)件編號 運動副用字母表示 用箭頭表示原動件的運動方向 7 計算和檢驗機構(gòu)的自由度 4 繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟 例1 繪制內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖 繪出機架上固定運動副元素 步驟1 繪活塞2 滑塊 步驟2 繪連桿5 步驟3 根據(jù)運動傳遞路線繪制從動件 繪曲柄6和小齒輪10 步驟4 繪齒輪9和9 凸輪7和7 7 步驟5 繪進氣閥8和排氣閥4 步驟6 1 2 5 6 9 8 3 4 A B C D G E 7 7 10 9 7 用焊接符號連接同一構(gòu)件 F 步驟7 構(gòu)件編號運動副編號 步驟7 用箭頭表示輸入構(gòu)件的運動方向 例2 顎式破碎機 顎式破碎機由六個構(gòu)件組成 根據(jù)機構(gòu)的工作原理 構(gòu)件6是機架 原動件為曲柄1 它分別與機架6和構(gòu)件2組成轉(zhuǎn)動副 其回轉(zhuǎn)中心分別為A點和B點 構(gòu)件2是一個三副構(gòu)件 它還分別與構(gòu)件3和5組成轉(zhuǎn)動副 構(gòu)件5與機架6 構(gòu)