精密機械設(shè)計基礎(chǔ)第4講平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件

17四月2024精密機械設(shè)計基礎(chǔ)第4講平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四講平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

內(nèi)容提示空間機構(gòu)和平面機構(gòu)運動副及其分類平面機構(gòu)的運動簡圖平面機構(gòu)的自由度§4—1空間機構(gòu)和平面機構(gòu)機構(gòu)：具有確定運動的實物組合體零件：單獨加工的制造單元體

構(gòu)件：每一個獨立影響機構(gòu)功能并且能單獨運動的單元體,一個構(gòu)件可以由一個或多個零件組成。分為－平面機構(gòu)和空間機構(gòu)運動副：兩個構(gòu)件之間直接接觸所形成的可動聯(lián)接兩個相鄰構(gòu)件直接接觸兩者之間允許一定的相對運動每個構(gòu)件至少和另外一個構(gòu)件通過運動副聯(lián)接§4—2平面機構(gòu)運動副及其分類副元素：兩個構(gòu)件上參與接觸構(gòu)成運動副的部分（點、線、面）自由度：構(gòu)件所具有的獨立運動的數(shù)目，或確定構(gòu)件位置所需的獨立變量的數(shù)目，用F表示。自由構(gòu)件(平面)：F=3§4—2平面機構(gòu)運動副及其分類y

z(x,y)xOsxsy約束：運動副對構(gòu)件獨立運動所加的限制運動副的分類方法：2.按照運動副的接觸形式分類低副－2個約束，1個自由度高副－1個約束，2個自由度§4—2平面機構(gòu)運動副及其分類1.按接觸部分的幾何形狀分類

轉(zhuǎn)動副－兩個構(gòu)件間只能作相對旋轉(zhuǎn)運動的運動副移動副－兩個構(gòu)件間只能作相對移動運動的運動副高副機構(gòu)§4—2平面機構(gòu)運動副及其分類齒輪副凸輪副運動鏈：兩個或兩個以上的構(gòu)件通過運動副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)開式運動鏈（開鏈）運動鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首末封閉系統(tǒng)，至少有一個構(gòu)件只包含一個運動副元素閉式運動鏈（閉鏈）運動鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng)，組成運動鏈的每個構(gòu)件至少包含兩個運動副要素?！?—2平面機構(gòu)運動副及其分類機構(gòu)：在運動鏈中，如果將某一個構(gòu)件加以固定，而讓另一個或幾個構(gòu)件按給定運動規(guī)律相對固定構(gòu)件運動時，如果運動鏈中其余各活動構(gòu)件都有確定的相對運動，則此運動鏈稱為機構(gòu)。機構(gòu)是具有確定運動的運動鏈?！?—2平面機構(gòu)運動副及其分類機架原動件從動件在運動鏈中，將某一個構(gòu)件加以固定，而讓另一個或幾個構(gòu)件按給定運動規(guī)律相對固定構(gòu)件運動時，如果運動鏈中其余各構(gòu)件都有確定的相對運動，則此運動鏈成為機構(gòu)。§4—2平面機構(gòu)運動副及其分類§4—2平面機構(gòu)運動副及其分類從運動學角度出發(fā)，將實際機械中與運動無關(guān)的因素加以抽象和簡化后，得到的反映實際機械的運動特性和運動傳遞關(guān)系的圖形§4—3平面機構(gòu)的運動簡圖用國標規(guī)定的簡單符號和線條代表運動副和構(gòu)件，并按一定比例尺表示機構(gòu)的運動尺寸，繪制出表示機構(gòu)的簡明圖形。機構(gòu)運動簡圖：機構(gòu)運動簡圖與原機械具有完全相同運動特性?！?—3平面機構(gòu)的運動簡圖用于現(xiàn)有機械或新機械原理方案的設(shè)計、分析與討論重點在于機構(gòu)的運動分析構(gòu)件的具體結(jié)構(gòu)、組成方式等在方案設(shè)計階段并不影響機構(gòu)的運動特性運動副類型表明了構(gòu)件之間的聯(lián)接關(guān)系和傳動方式構(gòu)件的運動尺寸是運動分析的基礎(chǔ)不嚴格按比例可繪制機構(gòu)示意圖國標規(guī)定的構(gòu)件和運動副的表示符號運動簡圖的繪制方法§4—3平面機構(gòu)的運動簡圖構(gòu)件與運動副的表達方法機架AB機架和活動構(gòu)件通過轉(zhuǎn)動副聯(lián)接機架和活動構(gòu)件通過移動副聯(lián)接§4—3平面機構(gòu)的運動簡圖P69表4－1兩個活動構(gòu)件聯(lián)接§4—3平面機構(gòu)的運動簡圖構(gòu)件與運動副的表達方法P69表4－1雙副構(gòu)件注：點劃線表示與其聯(lián)接的其他構(gòu)件§4—3平面機構(gòu)的運動簡圖構(gòu)件與運動副的表達方法P69表4－1一個構(gòu)件和兩個外副雙副構(gòu)件一個構(gòu)件和兩個外副§4—3平面機構(gòu)的運動簡圖構(gòu)件與運動副的表達方法P69表4－1三副構(gòu)件(一個構(gòu)件和三個外副)§4—3平面機構(gòu)的運動簡圖構(gòu)件與運動副的表達方法P69表4－1§4—3平面機構(gòu)的運動簡圖運動簡圖的繪制1.分析整個機構(gòu)的工作原理沿著傳動路線，分析相鄰構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系，確定運動副的類型和數(shù)目3.選擇適當?shù)囊晥D平面§4—4平面機構(gòu)的自由度計算機構(gòu)的自由度：機構(gòu)中各構(gòu)件相對于機架所能有的獨立運動的數(shù)目。

機構(gòu)自由度計算：（設(shè)n個活動構(gòu)件，PL個低副，PH個高副）例：計算平面運動鏈自由度12345P4=1P5=5n=4F

=3×4–2×5–1=1§4—4平面機構(gòu)的自由度計算運動鏈成為機構(gòu)的條件

Fa=3×2-2×3=0

Fb=3×3-2×5=-1F0運動鏈不能運動，不成為機構(gòu)

§4—4平面機構(gòu)的自由度計算F=3×4-2×5=21個原動件F>0，但原動件數(shù)目小于自由度數(shù)目，運動鏈運動不確定，不能成為機構(gòu)?！?—4平面機構(gòu)的自由度計算F=3×3-2×4=12個原動件F>0，但原動件數(shù)目大于自由度數(shù)目，運動鏈被破壞，不能成為機構(gòu)?！?—4平面機構(gòu)的自由度計算運動鏈成為機構(gòu)的條件：運動鏈中取一個構(gòu)件相對固定作為機架，運動鏈相對于機架的自由度必須大于零，且原動件數(shù)目等于運動鏈自由度數(shù)。滿足此條件的運動鏈即成為機構(gòu)，機構(gòu)自由度的計算可采用運動鏈自由度的計算公式?！皺C構(gòu)”的定義：在運動鏈中，將某一個構(gòu)件加以固定，而讓另一個或幾個構(gòu)件按給定運動規(guī)律相對固定構(gòu)件運動時，如果運動鏈中其余各構(gòu)件都有確定的相對運動，則此運動鏈成為機構(gòu)?！?—4平面機構(gòu)的自由度計算計算機構(gòu)自由度時應注意的問題問題1：復合鉸鏈兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副聯(lián)接所構(gòu)成的運動副。解決方案k個構(gòu)件在同一處構(gòu)成復合鉸鏈，實際上構(gòu)成了(k-1)個轉(zhuǎn)動副。

F

=3×5-2×7=1§4—4平面機構(gòu)的自由度計算解決方案計算機構(gòu)自由度時，假想滾子和安裝滾子的構(gòu)件固接為一個整體，成為一個構(gòu)件或在計算結(jié)果中去除局部自由度問題2：局部自由度

某些構(gòu)件具有的只影響自身局部運動而不影響其它構(gòu)件運動的自由度，經(jīng)常發(fā)生在將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的場合?！?—4平面機構(gòu)的自由度計算

問題3：虛約束

在特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運動副所引入的約束可能與其它運動副所起的限制作用是一致的。這種不起獨立限制作用的重復約束稱為虛約束。§4—4平面機構(gòu)的自由度計算

F

=3×1-2×2=-1解決方案計算機構(gòu)自由度時，不考慮虛約束的作用，認為兩個構(gòu)件之間只形成一個運動副

F

=3×1-2×1=1兩個構(gòu)件之間形成多個與導路重合或平行的移動副場合一：兩個構(gòu)件之間形成多個運動副等寬凸輪機構(gòu)等徑凸輪機構(gòu)§4—4平面機構(gòu)的自由度計算場合二：兩構(gòu)件上某兩點之間的距離在運動中保持不變5EF

F

=3×1-2×2=-1ABCDAFDE點E、F距離在運動過程中始終不變§4—4平面機構(gòu)的自由度計算AB=BC=BD<DAC=90°除B、C、D點，各點軌跡為一橢圓D點軌跡是沿Y軸的直線場合三：聯(lián)接構(gòu)件和被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合

F

=3×1-2×2=-1§4—4平面機構(gòu)的自由度計算場合四：機構(gòu)中存在不起作用的對稱部分為了傳遞較大功率，保持機構(gòu)受力平衡，在機構(gòu)中增加對稱部分§4—4平面機構(gòu)的自由度計算虛約束的引入，一般是為了改善機構(gòu)受力，增大傳遞功率或者其它特殊需求；計算機構(gòu)自由度時，不考慮虛約束的作用；虛約束的成立，要滿足一定的幾何條件或者結(jié)構(gòu)條件，如果這些條件被破壞，將轉(zhuǎn)化了實約束，影響機