精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第4講平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件

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

內(nèi)容提示空間機(jī)構(gòu)和平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)的自由度§4—1空間機(jī)構(gòu)和平面機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)：具有確定運(yùn)動(dòng)的實(shí)物組合體零件：?jiǎn)为?dú)加工的制造單元體

構(gòu)件：每一個(gè)獨(dú)立影響機(jī)構(gòu)功能并且能單獨(dú)運(yùn)動(dòng)的單元體,一個(gè)構(gòu)件可以由一個(gè)或多個(gè)零件組成。分為－平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副：兩個(gè)構(gòu)件之間直接接觸所形成的可動(dòng)聯(lián)接兩個(gè)相鄰構(gòu)件直接接觸兩者之間允許一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)每個(gè)構(gòu)件至少和另外一個(gè)構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接§4—2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)副元素：兩個(gè)構(gòu)件上參與接觸構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的部分（點(diǎn)、線、面）自由度：構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，或確定構(gòu)件位置所需的獨(dú)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(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)y

z(x,y)xOsxsy約束：運(yùn)動(dòng)副對(duì)構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制運(yùn)動(dòng)副的分類(lèi)方法：2.按照運(yùn)動(dòng)副的接觸形式分類(lèi)低副－2個(gè)約束，1個(gè)自由度高副－1個(gè)約束，2個(gè)自由度§4—2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)1.按接觸部分的幾何形狀分類(lèi)

轉(zhuǎn)動(dòng)副－兩個(gè)構(gòu)件間只能作相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副移動(dòng)副－兩個(gè)構(gòu)件間只能作相對(duì)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副高副機(jī)構(gòu)§4—2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)齒輪副凸輪副運(yùn)動(dòng)鏈：兩個(gè)或兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈（開(kāi)鏈）運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首末封閉系統(tǒng)，至少有一個(gè)構(gòu)件只包含一個(gè)運(yùn)動(dòng)副元素閉式運(yùn)動(dòng)鏈（閉鏈）運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng)，組成運(yùn)動(dòng)鏈的每個(gè)構(gòu)件至少包含兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副要素?！?—2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)機(jī)構(gòu)：在運(yùn)動(dòng)鏈中，如果將某一個(gè)構(gòu)件加以固定，而讓另一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)固定構(gòu)件運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果運(yùn)動(dòng)鏈中其余各活動(dòng)構(gòu)件都有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則此運(yùn)動(dòng)鏈稱(chēng)為機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)是具有確定運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈?！?—2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)鏈中，將某一個(gè)構(gòu)件加以固定，而讓另一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)固定構(gòu)件運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果運(yùn)動(dòng)鏈中其余各構(gòu)件都有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則此運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)?！?—2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)§4—2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度出發(fā)，將實(shí)際機(jī)械中與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的因素加以抽象和簡(jiǎn)化后，得到的反映實(shí)際機(jī)械的運(yùn)動(dòng)特性和運(yùn)動(dòng)傳遞關(guān)系的圖形§4—3平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖用國(guó)標(biāo)規(guī)定的簡(jiǎn)單符號(hào)和線條代表運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件，并按一定比例尺表示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，繪制出表示機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)明圖形。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖與原機(jī)械具有完全相同運(yùn)動(dòng)特性。§4—3平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖用于現(xiàn)有機(jī)械或新機(jī)械原理方案的設(shè)計(jì)、分析與討論重點(diǎn)在于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析構(gòu)件的具體結(jié)構(gòu)、組成方式等在方案設(shè)計(jì)階段并不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性運(yùn)動(dòng)副類(lèi)型表明了構(gòu)件之間的聯(lián)接關(guān)系和傳動(dòng)方式構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)尺寸是運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)不嚴(yán)格按比例可繪制機(jī)構(gòu)示意圖國(guó)標(biāo)規(guī)定的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的表示符號(hào)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制方法§4—3平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副的表達(dá)方法機(jī)架AB機(jī)架和活動(dòng)構(gòu)件通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接機(jī)架和活動(dòng)構(gòu)件通過(guò)移動(dòng)副聯(lián)接§4—3平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖P69表4－1兩個(gè)活動(dòng)構(gòu)件聯(lián)接§4—3平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副的表達(dá)方法P69表4－1雙副構(gòu)件注：點(diǎn)劃線表示與其聯(lián)接的其他構(gòu)件§4—3平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副的表達(dá)方法P69表4－1一個(gè)構(gòu)件和兩個(gè)外副雙副構(gòu)件一個(gè)構(gòu)件和兩個(gè)外副§4—3平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副的表達(dá)方法P69表4－1三副構(gòu)件(一個(gè)構(gòu)件和三個(gè)外副)§4—3平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副的表達(dá)方法P69表4－1§4—3平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制1.分析整個(gè)機(jī)構(gòu)的工作原理沿著傳動(dòng)路線，分析相鄰構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，確定運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型和數(shù)目3.選擇適當(dāng)?shù)囊晥D平面§4—4平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度：機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架所能有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。

機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算：（設(shè)n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，PL個(gè)低副，PH個(gè)高副）例：計(jì)算平面運(yùn)動(dòng)鏈自由度12345P4=1P5=5n=4F

=3×4–2×5–1=1§4—4平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件

Fa=3×2-2×3=0

Fb=3×3-2×5=-1F0運(yùn)動(dòng)鏈不能運(yùn)動(dòng)，不成為機(jī)構(gòu)

§4—4平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算F=3×4-2×5=21個(gè)原動(dòng)件F>0，但原動(dòng)件數(shù)目小于自由度數(shù)目，運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)不確定，不能成為機(jī)構(gòu)?！?—4平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算F=3×3-2×4=12個(gè)原動(dòng)件F>0，但原動(dòng)件數(shù)目大于自由度數(shù)目，運(yùn)動(dòng)鏈被破壞，不能成為機(jī)構(gòu)。§4—4平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件：運(yùn)動(dòng)鏈中取一個(gè)構(gòu)件相對(duì)固定作為機(jī)架，運(yùn)動(dòng)鏈相對(duì)于機(jī)架的自由度必須大于零，且原動(dòng)件數(shù)目等于運(yùn)動(dòng)鏈自由度數(shù)。滿(mǎn)足此條件的運(yùn)動(dòng)鏈即成為機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算可采用運(yùn)動(dòng)鏈自由度的計(jì)算公式?！皺C(jī)構(gòu)”的定義：在運(yùn)動(dòng)鏈中，將某一個(gè)構(gòu)件加以固定，而讓另一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)固定構(gòu)件運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果運(yùn)動(dòng)鏈中其余各構(gòu)件都有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則此運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)?！?—4平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題問(wèn)題1：復(fù)合鉸鏈兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。解決方案k個(gè)構(gòu)件在同一處構(gòu)成復(fù)合鉸鏈，實(shí)際上構(gòu)成了(k-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。

F

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

某些構(gòu)件具有的只影響自身局部運(yùn)動(dòng)而不影響其它構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的自由度，經(jīng)常發(fā)生在將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的場(chǎng)合。§4—4平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算

問(wèn)題3：虛約束

在特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運(yùn)動(dòng)副所引入的約束可能與其它運(yùn)動(dòng)副所起的限制作用是一致的。這種不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束稱(chēng)為虛約束?！?—4平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算

F

=3×1-2×2=-1解決方案計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，不考慮虛約束的作用，認(rèn)為兩個(gè)構(gòu)件之間只形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)副

F

=3×1-2×1=1兩個(gè)構(gòu)件之間形成多個(gè)與導(dǎo)路重合或平行的移動(dòng)副場(chǎng)合一：兩個(gè)構(gòu)件之間形成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副等寬凸輪機(jī)構(gòu)等徑凸輪機(jī)構(gòu)§4—4平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算場(chǎng)合二：兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)中保持不變5EF

F

=3×1-2×2=-1ABCDAFDE點(diǎn)E、F距離在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終不變§4—4平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算AB=BC=BD<DAC=90°除B、C、D點(diǎn)，各點(diǎn)軌跡為一橢圓D點(diǎn)軌跡是沿Y軸的直線場(chǎng)合三：聯(lián)接構(gòu)件和被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合

F

=3×1-2×2=-1§4—4平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算場(chǎng)合四：機(jī)構(gòu)中存在不起作用的對(duì)稱(chēng)部分為了傳遞較大功率，保持機(jī)構(gòu)受力平衡，在機(jī)構(gòu)中增加對(duì)稱(chēng)部分§4—4平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算虛約束的引入，一般是為了改善機(jī)構(gòu)受力，增大傳遞功率或者其它特殊需求；計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，不考慮虛約束的作用；虛約束的成立，要滿(mǎn)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(shí)約束，影響機(jī)