结构分析

第二章平面机构的结构分析本章教学内容机构的组成机构运动简图的绘制机构自由度的计算及注意事项机构的组成原理及结构分析本章基本要求1.了解机构的组成，搞清运动副、运动链、自由度等概念；2.能绘制常用机构的机构运动简图；3.能计算平面机构的自由度；4.对平面机构组成的基本原理有所了解。第二章平面机构的结构分析本章难点本章重点运动副和运动链的概念；机构运动简图的绘制；机构具有确定运动的条件；机构自由度的计算。机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理。1.构件任何机器都是由许多零件组合而成的。§2-1机构的组成•有的零件刚性地连接在一起作为一个独立的运动单元体而运动，见图，机器中每一个独立的运动单元体称为一个构件。构件可以是单一零件，也可以是几个零件的刚性联接。可见，组成机构的基本要素之一是构件。构件是机械中运动的单元体，零件是机械中制造的单元体。2.运动副——由两构件直接接触而组成的可动联接。运动副元素——两构件上能够参加接触而构成运动副的表面。(构成运动副的点、线、面)。可见，运动副也是组成机构的又一基本要素。自由度——构件所具有的独立运动个数。——6个平面自由构件：——3个例：在XOY平面，移动X、Y；转动Z移动：X、Y、Z；转动：X、Y、Z构件1相对构件2在空间有6个独立的相对运动，因此构件1相对2有6个自由度。约束——对自由度的限制个数。自由度和约束之和应为6。运动副为活动联接，所以引入的约束数目最多为5个，而剩下的自由度最少为1个。自由度1～5；约束1～5。空间自由构件：运动副的分类按运动副接触形式分低副高副运动副——两构件通过点或线接触而构成的运动副。凸轮机构——两构件通过面接触而构成的运动副。按构成运动副的两构件的相对运动分转动副:——两构件之间的相对运动为转动移动副:——两构件之间的相对运动为移动螺旋副：——螺旋运动球面副：——球面运动移动副转动副螺旋副：——螺旋运动球面副：——球面运动螺旋副球面副按相对运动平面分平面运动副:——两构件之间的相对运动为平面运动空间运动副:——两构件之间的相对运动为空间运动平面运动副平面高副平面低副移动副转动副空间运动副球面副螺旋副转动副移动副螺旋副球面副齿轮高副凸轮高副3.运动链——两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。按照几何形状是否封闭，可以分为开链和闭链：闭链:指运动链的各构件构成首尾封闭的系统。开链:指运动链的各构件未构成首尾封闭的系统。按照各构件间的相对运动可分为平面运动链和空间运动链：平面运动链:各构件间的相对运动为平面运动的运动链。空间运动链:各构件间的相对运动为空间运动的运动链。4.机构——若将运动链中的一个构件固定为机架，则该运动链便成为机构。1234ABCD运动链具有确定的相对运动机构桁架运动链相对运动不确定无相对运动机架原动件机架——机构中作为参考系的构件。原动件——机构中按给定的运动规律独立运动的构件。从动件——机构其余活动构件。机构中构件的类型3.机构的分类平面机构——组成机构的各构件间的相对运动为平面运动。空间机构——组成机构的各构件间的相对运动为空间运动。机构由基本概念看机构的组成零件构件机器焊接铆接螺栓联接键联接控制单元辅助系统固定联接可动联接运动链机架原动件高副低副移动副转动副§2-2机构运动简图机构运动简图为什么要画机构运动简图？机构的真实运动仅与机构中的运动副的机构情况（转动副、移动副及高副等）和机构的运动尺寸（由各运动副的相对位置确定的尺寸）有关，而与机构的外形尺寸等因素无关。机构的示意图：指为了表明机构结构状况,不要求严格地按比例而绘制的简图。机构运动简图：指根据机构的运动尺寸,按一定的比例尺定出各运动副的位置,并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。机构示意图常用运动副和构件的表示方法BAAB(a)(b)BAAB(a)(b)常见运动副符号的表示:国标GB4460－84详见教材常用运动副的符号运动副名称运动副符号两运动构件构成的运动副转动副移动副121212121212121212121212两构件之一为固定时的运动副12122121平面运动副平面高副螺旋副21211212球面副球销副121212空间运动副121212122112构件的表示方法一般构件的表示方法常用机构运动简图符号◆机构运动简图的绘制步骤1）分析机构运动，定出原动部分、工作部分，搞清运动的传递路线。2）恰当选择投影面3）适当选择比例尺))1mmm图示尺寸（实际尺寸（4）画图。◆机构运动简图应满足的条件：1.构件数目与实际相同2.运动副的性质、数目与实际相符3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。例题分析13452FO6CBDEA计算图示颚式破碎机的自由度n=5、Pl=7、Ph=0F=3n-2Pl-Ph=35-27–0=1§2-5机构的组成原理及结构分类一、机构的组成原理原动件机架╋从动杆系╋机构FFF=0F=0从动杆系必为F=0的开式运动链——杆组分拆为一系列最简单的F=0的开链——基本杆组基本杆组——机构中不能再拆的自由度为零的构件组。杆组基本杆组机构原动件机架机构组成原理：机构具有确定运动的条件：自由度数=原动件数机架和原动件与从动件组分开：从动构件组自由度为零。可以再拆成更简单的自由度为零的杆组二、基本杆组的类型4623nPl68……912……较为复杂，不常用II级杆组III级杆组023lPnFlPn32对于全低副的杆组：n个构件、pl个低副1.I级杆组——n=2、Pl=3，一个内副，两个外副基本型式：内副为转动副（a、b、d）内副为移动副（c、e）2.II级杆组——n=4、Pl=6，三个内副，三个外副基本型式：全转动副（a）多个移动副（b、c）注意：同样有n=4、Pl=6，但有四个内副，两个外副——IV级杆组三、平面机构的结构分类——根据机构中基本杆组的级别进行分类。◆Ⅰ级机构——只由机架和原动件组成的机构（杠杆机构、斜面机构）。◆II级机构——机构中基本杆组的最高级别为II级。◆III级机构——机构中基本杆组的最高级别为III级。34原动件F=112ABCII级杆组F=01234ABC例如，单缸发动机：II级机构四、平面机构的结构分析结构分析目的了解机构的组成，确定机构的级别。把机构分解为基本杆组、机架和原动件。结构分析的过程从离原动件最远的构件开始试拆，先拆II级组，若不成，再拆III级组，每拆出一个杆组后，机构的剩余部分仍应是一个与原机构有相同自由度的机构，直到只剩原动件为止。杆组拆分原则机构结构分析步骤正确计算机构的自由度（除去机构中的虚约束和局部自由度）并确定原动件由机构拆分原则进行拆杆组定出机构的级别例如图所示颚式破碎机，确定该机构的级别。解1、计算机构的自由度F=3×5－2×7=12、拆杆组4杆6副，但非三级杆组，可再拆II级杆组3、确定机构的级别：Ⅱ级机构注意：同一机构，原动件不同拆出的杆组不同，机构的级别也不同。+III级杆组III级机构◆平面机构中高副低代的目的为了使平面低副机构结构分析和运动分析的方法适用于所有平面机构，需要进行平面机构的高副低代。◆高副低代的含义根据一定条件对平面高副机构的中高副虚拟地用低副来代替的方法。◆高副低代的条件：①代替前后机构的自由度不变；②代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。§2-5平面机构的高副低代◆高副低代方法高副两元素均为圆弧AK2K1Br2r11212分析：高副：提供1个约束(F=-1)低副：提供2个约束(F=-2)不能直接用低副来代替，如何进行高副低代？AK2K1B1212代替前后机构的自由度未变；代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度未变。结论：用一个含有两个低副的虚拟构件来代替高副，且两低副位置分别在两高副两元素接触点处的曲率中心。（一杆两副）K2K1r2r112K2K12121rrKKlF=-1F=13-22=-1高副元素为非圆曲线O1K2O22112CK1O1CK1K212两种特殊情况：1）点和曲线触。2）直线和曲线接触。1）2）注意：高副低代为瞬时代替。CO1O2K112C2CO22CO22CO22CO1O22CK1O1O22CK1O1O22CK1O1O22CK1O1O22C★机构具有确定运动的条件机构原动件数=机构自由度数F=3n-(2Pl+Ph)=3n-2Pl-Ph★计算机构自由度应注意的事项复合铰链、局部自由度、虚约束★平面机构自由度的计算★机构的组成★机构运动简图构件、运动副、运动链、机构本章小结★平面机构的组成原理把若干基本杆组依次联于原动件和机架上即为机构。★结构分类及结构分析注意杆组拆分原则★平面机构中的高副低代代替条件：①代替前后机构的自由度不变；②代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。代替方法：用一个含有两个低副的虚拟构件来代替高副，且两低副位置分别在两高副两元素接触点处的曲率中心。本章重点：•机构运动简图的测绘方法。•自由度的计算。•机构的组成原理。