天津大学机械原理机械设计ppt.

第二章机构的结构分析(Chapter2:StructureAnalysisofMechanisms)(Contentandgoal)内容：1）机构的组成2）机构具有确定运动的条件3）机构的自由度4）机构的组成原理目的：研究机构在何种条件下可动，具备何种条件时具有确定的相对运动。§2-1机构结构分析的内容及目的(Compositionofmechanism)1、构件：组成：2、构件的自由度：AxAyAzAXYZOS§2-2机构的组成独立运动的单元体。由单个或多个零件刚性构成。构件所具有的独立运动的数目。AXYOyAxAS3、约束：4、运动副：构件的约束数=构件失去的自由度对独立运动的限制。两个构件直接接触，并能产生一定相对运动的联接。12XY(a)OYXO12(b)nn12(c)运动副分类：引入n个约束的运动副称为n级副。(n6)1）、按约束类型分：2）、根据构件间接触形式分：点、线接触的运动副。高副：2211面接触的运动副。低副：1212低副：转动副：自由度为1约束数:平面内为2空间为5移动副：自由度为1约束数:平面内为2空间为521XYo(a)12XYo(b)平面高副：自由度为2约束数：平面内为1空间为4在平面内：低副：自由度为1，约束数为2高副：自由度为2，约束数为1ttnn12V12A(c)齿轮副：构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统称为运动链。未构成首尾封闭的运动链。构成首尾封闭的运动链。5、运动链：1）开式链：2）闭式链：6、机构：在运动链中，固定某一构件为机架，且其它构件都具有确定运动，这种运动链称为机构。机构中构件的种类：1）机架，2）原动件，3）从动件系统。机构的组成：零件刚性联接构件运动副联接运动链固定一个构件机构(Thesketchofkinematicsofmechanism)一、机构运动简图去掉构件的结构外形，按一定比例将构件用简单线条表式，运动副用特殊符号表示，能说明各构件间相对运动关系的简单图形。§2-3机构运动简图二、运动副及构件的表示方法1、运动副:移动副:转动副:凸轮副:齿轮副:2、构件:固定件:同一构件:两副构件:三副构件:三、机构运动简图的画法步骤：1、将机构动起来，确定原动件,从动件,运动副和构件数。2、选择多数构件的运动平面为投影面。3、选择比例尺，从原动件出发，按规定符号依次画出运动副及构件。4、标尺寸，算自由度。一、平面机构的自由度公式机构相对与机架所具有的独立运动的数目。若机构中有K个构件，其中活动构件数为n=K-1，机构的总自由度为：3n若机构中有PL个低副，失去自由度为：2PL若机构中有PH个高副，失去自由度为：PH则平面机构自由度为：§1-3平面机构自由度F=3n-2PL-PH机构的自由度若F=1，则机构独立运动数目为1，需要一个原动件带动，其他构件就具有确定运动；二、机构具有确定运动的条件若F=0，此机构相当于机架，不能动。若F0，此机构具有的独立运动数目大于零，可动。机构可动的条件为：F0若F=2，则机构独立运动数目为2，需要两个原动件带动，其他构件就具有确定运动。同理：若F=m,需m个原动件,其他构件有确定运动。机构具有确定运动的条件为：机构的自由度数=机构的原动件数三、平面机构自由度的计算例1：n=3,PL=4,PH=0,F332401DCAB4312例2：n=4,PL=5,PH=0205243F例3：n=3,PL=4,PH=0104233FDCABE43125CAB1234例4：n=7,PL=6,PH=0906273F显然，错误！四、计算平面机构自由度时应注意的事项1、复合铰链：两个以上的构件在同一点铰接,所形成的转动副称为复合铰链.AEDCBF12543687PL2若有m个构件在同一点连接，则低副数为(m-1)。注：“m个构件”中的构件包括机架。如：PL=2PL=3213A向1234123312再看上述例4：n=7,PL=10,PH=012021010273F2、局部自由度：对整个机构的输入输出无影响的自由度。AEDCBF12543687n=3,PL=3,PH=1213233F不对！n=2,PL=2,PH=1112223F若有局部自由度的地方，应将其去掉，看作将滚子与从动件焊在一起。321132114注：只有有小滚子处，且小滚子几何中心与转动中心重合，才是局部自由度。是不是3.虚约束：对机构的运动不起作用的约束。4231CDBA=ABCDn=3,PL=4,PH=0104233F若加上5杆，使ABCDEF∥∥n=4,PL=6,PH=006243F431CDBAEFABCDEF2=∥=∥若遇到机构中有虚约束时，应将虚约束去掉。虚约束常发生的场合：1）轨迹重合：要注意几何条件，有时需证明。n=4,PL=6,PH=0006243F实际上机构可动，算出F=0是因为有虚约束存在。BDCA4321AB=BC=BD⊥ACAD24315需证明当D点滑块拿掉后，仍有ACAD⊥即：证明：42,31CDBCAB∠∠∠∠即：将D点滑块去掉后，n=3,PL=4,PH=014233F2315BDCA4321AB=BC=BD⊥ACAD9021∠∠o90211804321∠∠∠∠∠∠oo2）、若两构件在多处接触形成移动副或转动副，且移动（转动）方向一致，则只考虑一处约束，其它看作虚约束；若两构件在多处形成高副,也只考虑一处接触。如下图所示：3）、对机构运动不起作用的结构对称部分所带来的约束，也是虚约束。3）、对机构运动不起作用的结构对称部分所带来的约束，也是虚约束。n=3,PL=3,PH=2F332321例题1：计算下列机构的自由度。1.n=8,PL=11,PH=1F3821111CDBAEFABCDEF=∥=∥BADC154326789局复复虚ABCD=∥ABCD2.n=6,PL=8,PH=1F3628111654327虚局3.n=4,PL=4,PH=2F34242254321局例题2：计算说明下列机构运动是否确定，若不确定，如何改正。1.n=5,PL=7,PH=1F352710即：机构不能运动。n=6,PL=8,PH=1ABCDEFG125643将D点改成如图：n=6,PL=8,PH=1F362811n=6,PL=8,PH=1ABCDEFG12564372.n=3,PL=4,PH=1F332410即：机构不能运动。将D点改为如左图：n=4,PL=5,PH=1F342511ADCBFE54321ADCBFE4321§2-4平面机构的高副低代、结构分析与组成原理一、高副低代1、定义将机构中的高副根据一定的条件用虚拟的低副来等效替代，这种方法为高副低代。2、条件1）代替前后机构的自由度数必相同；2）代替前后机构的瞬时运动必相同。3、方法用一个构件两个低副代替一个高副。(Lowerpairreplacinghigherpair、structureanalysisandcomposingprincipleofplanarmechanism)二、结构分析及组成原理1、结构分类杆组：不可再拆的自由度为零的构件组称为基本杆组，简称杆组。F=3n-2PLnpl233264::Ⅱ级杆组Ⅲ级杆组Ⅱ级杆组：Ⅲ级杆组：机构的级别由机构中最高杆组的级别来定2、结构分析2165431625432165431）以1构件为原动件Ⅲ级机构Ⅱ级机构2）以5构件为原动件3、组成原理：机构=机架+原动件+杆组（若干个）