平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第1頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月名詞術(shù)語解釋:1.構(gòu)件－獨立的運動單元

內(nèi)燃機中的連桿§1－1運動副、運動鏈和機構(gòu)內(nèi)燃機連桿套筒連桿體螺栓墊圈螺母軸瓦連桿蓋零件－獨立的制造單元第2頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月2.運動副a)兩個構(gòu)件、b)直接接觸、c)有相對運動運動副元素－－直接接觸的部分（點、線、面）例如：凸輪、齒輪齒廓、活塞與缸套等。定義：運動副－－兩個構(gòu)件直接接觸組成的仍能產(chǎn)生某些相對運動的聯(lián)接。三個條件，缺一不可第3頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月運動副的分類：

1)按引入的約束數(shù)分有：I級副II級副III級副I級副、II級副、III級副、IV級副、V級副。第4頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月2)按相對運動范圍分有：平面運動副－平面運動平面機構(gòu)－全部由平面運動副組成的機構(gòu)。IV級副例如：球鉸鏈、拉桿天線、螺旋、生物關(guān)節(jié)?？臻g運動副－空間運動V級副1V級副2?級副兩者關(guān)聯(lián)空間機構(gòu)－至少含有一個空間運動副的機構(gòu)。第5頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月3)按運動副元素分有：①高副－點、線接觸，應(yīng)力高。②低副－面接觸，應(yīng)力低例如：滾動副、凸輪副、齒輪副等。例如：轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副）、移動副。第6頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月常見運動副符號的表示:國標(biāo)GB4460－84第7頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月常用運動副的符號運動副名稱運動副符號兩運動構(gòu)件構(gòu)成的運動副轉(zhuǎn)動副移動副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時的運動副122121平面運動副第8頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月平面高副螺旋副21121221211212球面副球銷副121212空間運動副121212第9頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月構(gòu)件的表示方法:第10頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月一般構(gòu)件的表示方法桿、軸構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件第11頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月三副構(gòu)件

兩副構(gòu)件

一般構(gòu)件的表示方法第12頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月運動鏈－兩個以上的構(gòu)件通過運動副的聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。注意事項:

畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外形，而只考慮運動副的性質(zhì)。閉式鏈、開式鏈3.運動鏈

第13頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月若干1個或幾個1個4.機構(gòu)定義：具有確定運動的運動鏈稱為機構(gòu)。機架－作為參考系的構(gòu)件，如機床床身、車輛底盤、飛機機身。機構(gòu)的組成：機構(gòu)＝機架＋原動件＋從動件機構(gòu)是由若干構(gòu)件經(jīng)運動副聯(lián)接而成的，很顯然，機構(gòu)歸屬于運動鏈，那么，運動鏈在什么條件下就能稱為機構(gòu)呢？即各部分運動確定。分別用四桿機構(gòu)和五桿機構(gòu)模型演示得出如下結(jié)論：在運動鏈中，如果以某一個構(gòu)件作為參考坐標(biāo)系，當(dāng)其中另一個（或少數(shù)幾個）構(gòu)件相對于該坐標(biāo)系按給定的運動規(guī)律運動時，其余所有的構(gòu)件都能得到確定的運動，那么，該運動鏈便成為機構(gòu)。

原（主）動件－按給定運動規(guī)律運動的構(gòu)件。從動件－其余可動構(gòu)件。第14頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月§1－2平面機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖－用以說明機構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系的簡單圖形。作用：1.表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動情況。機動示意圖－不按比例繪制的簡圖現(xiàn)摘錄了部分GB4460－84機構(gòu)示意圖如下表。2.作為運動分析和動力分析的依據(jù)。第15頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月常用機構(gòu)運動簡圖符號在機架上的電機齒輪齒條傳動帶傳動圓錐齒輪傳動第16頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月鏈傳動圓柱蝸桿蝸輪傳動凸輪傳動外嚙合圓柱齒輪傳動第17頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月機構(gòu)運動簡圖應(yīng)滿足的條件：

1.構(gòu)件數(shù)目與實際相同2.運動副的性質(zhì)、數(shù)目與實際相符3.運動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實際機構(gòu)成比例。棘輪機構(gòu)內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動第18頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月繪制機構(gòu)運動簡圖步驟：1.運轉(zhuǎn)機械，搞清楚運動副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；4.檢驗機構(gòu)是否滿足運動確定的條件。2.測量各運動副之間的尺寸，選投影面（運動平面），繪制示意圖。3.按比例繪制運動簡圖。簡圖比例尺：μl=實際尺寸m/圖上長度mm思路：先定原動部分和工作部分（一般位于傳動線路末端），弄清運動傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運動副的類型，并用符號表示出來。舉例：繪制小型壓力機、破碎機和偏心泵的機構(gòu)運動簡圖。第19頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月繪制圖示的小型壓力機的運動簡圖。第20頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月DCBA1432繪制圖示鱷式破碎機的運動簡圖。第21頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月1234繪制圖示偏心泵的運動簡圖偏心泵第22頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月§1－3平面機構(gòu)的自由度給定S3＝S3(t)，一個獨立參數(shù)θ1＝θ1（t）唯一確定，該機構(gòu)僅需要一個獨立參數(shù)。

若僅給定θ1＝θ1（t）,則θ2θ3θ4均不能唯一確定。若同時給定θ1和θ4

，則θ3θ2

能唯一確定，該機構(gòu)需要兩個獨立參數(shù)。θ4S3123S’3θ11234θ1第23頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月定義：保證機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)稱為機構(gòu)的自由度。原動件－能獨立運動的構(gòu)件。∵一個原動件只能提供一個獨立參數(shù)∴機構(gòu)具有確定運動的條件為：自由度＝原動件數(shù)第24頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月一、平面機構(gòu)自由度的計算公式作平面運動的剛體在空間的位置需要三個獨立的參數(shù)（x，y,θ）才能唯一確定。yxθ(x,y)F=3單個自由構(gòu)件的自由度為3第25頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月自由構(gòu)件的自由度數(shù)運動副自由度數(shù)約束數(shù)回轉(zhuǎn)副1（θ）+2（x，y）=3yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2結(jié)論：構(gòu)件自由度＝3－約束數(shù)移動副1（x）+2（y，θ）=3高副2（x,θ）+1（y）=3θ經(jīng)運動副相聯(lián)后，構(gòu)件自由度會有變化：＝自由構(gòu)件的自由度數(shù)－約束數(shù)第26頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月活動構(gòu)件數(shù)

n

計算公式：

F=3n－(2PL+Ph)要求：記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。構(gòu)件總自由度低副約束數(shù)

高副約束數(shù)

3×n2×PL1

×Ph①計算曲柄滑塊機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)PL=4F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1

高副數(shù)PH=0S3123推廣到一般：第27頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月②計算五桿鉸鏈機構(gòu)的自由度解：活動構(gòu)件數(shù)n=4低副數(shù)PL=5F=3n－2PL－PH

=3×4－2×5=2

高副數(shù)PH=01234θ1第28頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月③計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)PL=2F=3n－2PL－PH

=3×2－2×2－1=1高副數(shù)PH=1123第29頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月④計算圖示多桿機構(gòu)的自由度。F=3n－2PL

=3×4－2×6=0F=3n－2PL

=3×2－2×3=0F=3n－2PL

=3×3－2×5=-1第30頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月二、計算平面機構(gòu)自由度的注意事項12345678ABCDEF④計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)PL=6F=3n－2PL－PH高副數(shù)PH=0=3×7－2×6－0=9計算結(jié)果肯定不對！第31頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月1.復(fù)合鉸鏈

－－兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)。計算：m個構(gòu)件,有m－1轉(zhuǎn)動副。兩個低副第32頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月上例：在B、C、D、E四處應(yīng)各有

2

個運動副。④計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)PL=10F=3n－2PL－PH

=3×7－2×10－0=1可以證明：F點的軌跡為一直線。12345678ABCDEF圓盤鋸機構(gòu)第33頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月⑥計算圖示兩種凸輪機構(gòu)的自由度。解：n=3，PL=3，F(xiàn)=3n－2PL－PH

=3×3－2×3－1=2PH=1對于右邊的機構(gòu)，有：

F=3×2－2×2－1=1事實上，兩個機構(gòu)的運動相同，且F=1123123第34頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月2.局部自由度F=3n－2PL－PH－FP

=3×3－2×3－1－1=1本例中局部自由度

FP=1或計算時去掉滾子和鉸鏈：

F=3×2－2×2－1=1定義：構(gòu)件局部運動所產(chǎn)生的自由度。出現(xiàn)在加裝滾子的場合，計算時應(yīng)去掉Fp。滾子的作用：滑動摩擦滾動摩擦。123123第35頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月解：n=4，PL=6，F(xiàn)=3n－2PL－PH

=3×4－2×6=0PH=03.虛約束

－－對機構(gòu)的運動實際不起作用的約束。計算自由度時應(yīng)去掉虛約束?！逨E＝AB＝CD，故增加構(gòu)件4前后E點的軌跡都是圓弧，。增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件4。⑦已知：AB＝CD＝EF，計算圖示平行四邊形機構(gòu)的自由度。1234ABCDEF第36頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月重新計算：n=3,PL=4,PH=0F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：1234ABCDEF4F⑦已知：AB＝CD＝EF，計算圖示平行四邊形機構(gòu)的自由度。AB＝CD＝EF虛約束第37頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月出現(xiàn)虛約束的場合：

1.兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點的軌跡重合，2.兩構(gòu)件構(gòu)成多個移動副，且導(dǎo)路平行。

如平行四邊形機構(gòu)，火車輪橢圓儀等。(需要證明)第38頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月4.運動時，兩構(gòu)件上的兩點距離始終不變。3.兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且同軸。5.對運動不起作用的對稱部分。如多個行星輪。EF第39頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月6.兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，且法線重合。如等寬凸輪W注意：法線不重合時，變成實際約束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A第40頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月虛約束的作用：①改善構(gòu)件的受力情況，如多個行星輪。②增加機構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機床導(dǎo)軌。③使機構(gòu)運動順利，避免運動不確定，如車輪。注意：各種出現(xiàn)虛約束的場合都是有條件的!第41頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月CDABGFoEE’⑧計算圖示大篩機構(gòu)的自由度。位置C，2個低副復(fù)合鉸鏈:局部自由度1個虛約束E’n=7PL=9PH=1F=3n－2PL

－PH

=3×7－2×9－1=2CDABGFoE第42頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月B2I9C3A1J6H87DE4FG5⑧計算圖示包裝機送紙機構(gòu)的自由度。分析：活動構(gòu)件數(shù)n：A1B2I9C3J6H87DE4FG592個低副復(fù)合鉸鏈:局部自由度2個虛約束:1處I8去掉局部自由度和虛約束后：

n=6PL=7F=3n－2PL－PH

=3×6－2×7－3=1PH=3第43頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月§1－4平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析為了表明平面高副與平面低副的內(nèi)在聯(lián)系，使平面低副機構(gòu)的運動分析方法能適用于一切平面機構(gòu)，有必要探討在平面機構(gòu)中用低副(轉(zhuǎn)動副或移動副)代替高副的方法(簡稱高副低代)。為了使機構(gòu)的運動保持不變．代替機構(gòu)和原機構(gòu)的自由度、瞬時速度和瞬時加速度必須完全相同。第44頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月由圖可見，輪廓各處曲率中心的位置是不同的，當(dāng)機構(gòu)運動時，隨著接觸點的改變，O1和O2相對于構(gòu)件1和2的位置也發(fā)生變化，O1和O2間的距離也發(fā)生變化。因此，對于一級的高副機構(gòu)，在不同位置有不同的瞬時替代機構(gòu)。綜上所述可知，高副低代的最簡單方法是用兩個轉(zhuǎn)動副和一個構(gòu)件來代替一個高副，這兩個轉(zhuǎn)動副分別處在高副兩輪廓接觸點的曲率中心。第45頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月如果兩接觸輪廓之一為直線(圖a)，那么因直線的曲率中心趨于無窮遠(yuǎn)．所以該轉(zhuǎn)動副演化成移動副．其代替機構(gòu)如右圖所示(也可以將滑塊中心移到點O1），用圖c表爾)；第46頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月如兩接觸輪廓之一為一點(圖a)，那么因點的曲率半徑等于零，所以曲率中心與該點重合，其代替機構(gòu)如右圖所示。第47頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月任何機構(gòu)都包含機架、原動件和從動件系統(tǒng)三個部分。由于每個原動件具有一個自由度，且原動件數(shù)與機構(gòu)自由度F相等，因此，從動件系統(tǒng)的自由度必為零。從動件系統(tǒng)還可分解為若干個不可再分的、自由度為零的運動鏈——桿組。平面機構(gòu)的組成設(shè)桿組由n個構(gòu)件和PL個平面低副所組成，那么它們之間必滿足F述條件：第48頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月由于構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)必須是整數(shù)，故滿足上述條件的最簡單桿組為n＝2，PL＝3