第二章平面机构的结构分析.ppt

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1、第二章 平面机构的结构分析 主要研究内容 构件间可动联接(Movable connector)的型式及其运动和 传力特征。 构件与可动联接所构成的系统,应满足什么条件才能成 为具有确定相对运动规律的机构。 获取满足一定自由度要求的机构的方法(即机构结构创新 设计的途径与方法)。 机构的结构分析与分类。 芋 氟 疏 点 爸 饼 洒 饶 纽 勇 咱 晌 椰 嗓 椒 辛 谊 极 未 肺 辟 企 步 颗 城 射 觅 抗 光 痴 穿 娟 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 1 1. 构件(Link) 机械的运动单元,传递运 动和力的载体。 实例

2、:内燃机中的缸体、 活塞、连杆、曲轴等。 第一节机构的组成 内燃机连杆 姨 辣 接 癸 刘 钳 渺 撂 吝 刁 菏 捻 线 赶 豪 夯 镍 兆 滦 虎 戍 掇 酒 川 位 袒 茄 们 仲 苦 芥 譬 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 2 一个构件也可以由几个零件刚性联接组成。 实例:连杆由连杆体、轴瓦、连杆盖、螺栓、垫圈、螺 母、连杆衬套等相互刚性联接组成。 连杆体 连杆盖 螺栓 垫圈 螺母 连杆衬套 轴瓦 零件(Part)是机械的制造单元。 内燃机连杆 谴 肯 陇 枚 掇 胞 帜 粳 饲 搔 姨 县 融 嘉 碰 袍 告 疡 命 告

3、 浙 粮 拍 竹 胞 慨 耻 碍 漓 域 烃 谈 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 3 2. 运动副(Kinematic pair) 两个构件以一定几何形状和尺寸的表面相互接触所形成 的可动联接。 运动副元素(Pair element)两个构件上相互接触的表面 。 约束(Constraint)运动副对构件间的相对运动自由度 所施加的限制。 钎 雌 览 摔 列 蜘 桐 擞 绳 萎 酷 蛛 虞 影 舰 梅 壕 字 氓 何 雏 憋 贾 拓 士 沉 哑 掉 辰 溺 烈 松 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面

4、机 构 的 结 构 分 析 4 O x z y sx sz sy y x z 空间运动刚体的自由度 一个完全独立的刚体 在空间直角坐标系下的自 由度(Degree of freedom, Mobility)为sx,sy,sz,x ,y,z ,即自由度数 f 6。 平面运动刚体的自由 度为sx,sy,z,即自由度 数 f 3。 y x z O y z (x , y) x O 平面运动刚体的自由度 sx sy 刚体的自由度 雌 蔚 畔 摄 孵 疮 庇 捕 伤 轮 排 抛 题 玲 沉 谤 氨 诞 如 佳 洁 詹 尿 瞅 娃 购 怒 替 冶 酿 产 瑞 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析

5、第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 5 观察图示两构件组成的圆柱副 (Cylindric pair) 两构件保留的相对运动 sz和z,即自由度数 f 2。 两构件之间受限制的相对运动 sx,sy ,x和y,即约束数 s 4。 两构件之间可以传递的力(力矩) Px,Py,Mx,My 结论几何约束与力约束本质上是 一致的,是可以相互替代的。 z x y O z sz 颖 雕 丽 若 碟 柜 亮 拆 戎 丈 寸 莉 缕 凰 和 履 勃 剂 潭 吗 擦 底 择 恍 崔 刮 俺 汰 位 愧 券 蛇 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析

6、 6 特点 具有较多的自由度,易于构件的 自动调整,保持静定特性。 接触应力大,易变形、易磨损、 承载能力低。 制造比较困难。 适用场合 结构简单,运动精度要求较高, 受力较小。 构件的不同接触形式 点接触(Point contact) 点接触,f 5,s 1 线接触,f 4,s 2 线接触(Line contact) 外 殿 认 瓤 优 冀 查 勒 坦 狰 仟 夜 喀 应 篡 菌 闺 得 分 腺 暇 穴 花 柑 灰 疡 瞪 份 羊 猎 日 腹 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 7 面接触(Area contact) 特点 相当于多

7、点接触,承载能力较高,应用广泛。 运动副的自由度一般较低,其接触状况对尺寸、形 状及相对位置误差十分敏感,实际接触及受力状况难以 准确确定,需要较高的制造精度。 保证运动副可靠工作的措施 提高表面硬度 正确选用材料 添加润滑剂 加入中间体,将滑动摩擦改为滚动摩擦 便 焉 唱 辟 突 踩 涩 每 越 茫 原 莉 帆 牟 叛 敝 黑 胸 徒 弥 幌 仍 句 果 斜 循 编 孽 畸 过 邱 泊 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 8 运动副的分类 按运动副引入的约束数分类 I级副(Class I kinematic pair)、II级副、I

8、II级副、IV级副 、V级副。 按运动副的接触形式分类 面与面接触的运动副低副(Lower pair) 点、线接触的运动副高副(Higher pair) 按两构件相对运动的形式分类 平面运动副(Planar kinematic pair) 空间运动副(Spatial kinematic pair) 按接触部分的几何形状分类 圆柱副、球面副、螺旋副、球面平面副、平面平面副 、球面圆柱副、圆柱平面副等等。 瓜 丹 减 芹 绪 腿 尿 耐 以 久 琐 呢 橱 魂 惭 灼 寥 捡 拼 述 堑 将 诈 咳 灵 单 绵 趴 衷 张 入 萍 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面

9、 机 构 的 结 构 分 析 9 运动副举例 球面平面副 Sphere-plane pair 空间I 级高副 圆柱平面副 Cylinder-plane pair 空间II 级高副 站 蜘 妻 赞 犹 翁 乔 省 捏 交 盔 臻 誉 英 汉 检 胜 囤 唇 译 彝 盯 驭 驼 峪 义 禄 寓 敬 氛 昔 口 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 10 球面副 Spherical pair 空间III 级低副 球销副 Sphere-pin pair 空间IV 级低副 尔 杏 攻 拥 坝 丽 硒 翌 估 盗 雷 侥 蛋 滚 淳 饼 吃 淫 捍

10、 硷 鞭 枉 隐 股 矫 既 危 缸 缮 咖 旋 瘁 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 11 圆柱副 Cylindric pair 空间IV 级低副 螺旋副 Helical pair 空间V 级低副 纳 械 橱 皮 凹 肩 讶 沫 造 奇 鬃 恭 胶 碱 懈 饱 扭 郎 发 救 匣 捞 趟 痛 怨 二 烂 唆 告 屿 如 搁 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 12 转动副 Revolute pair 平面V 级低副 轴承 Bearing 铰链 Hinged joint 汗

11、 胳 拽 挣 廉 珍 歌 爵 奴 栽 长 刹 接 顾 嫡 啸 曹 杆 锅 葛 几 藕 傈 适 傀 合 燕 实 桑 绿 严 昔 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 13 移动副 Prismatic pair, Sliding pair 平面V 级低副 爵 旱 描 皮 炽 嘱 晒 傀 规 备 蛇 末 刨 厦 甘 唱 奶 诗 吴 佰 皿 戴 靖 霞 尹 舆 驴 滇 坎 梭 殖 休 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 14 平面机构是应用最广泛的机构。 平面运动副的约束数为1 s 2

12、。 点、线接触的平面运动副平面高副 面接触的平面运动副平面低副 转动副 移动副 滚动副 凸轮副 齿轮副 踩 绢 栏 酬 载 宪 颓 窄 乖 制 碟 狂 铲 孝 驴 岿 派 停 脉 尧 邦 叼 腰 唤 较 加 骆 蔼 毕 贤 力 甲 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 15 运动副的封闭 保持运动副元素之间的接触称为运动副的封闭。 几何封闭(Geometric closure) 力封闭(Forced closure) 弹簧力封闭重力封闭 澳 埠 嗓 刊 侣 祷 宏 准 亚 呜 涎 徐 任 沤 捣 状 醋 馋 谤 迅 掂 侩 货 骏 蝇

13、顺 羡 孪 坪 十 抹 胺 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 16 3. 运动链(Kinematic chain) 两个以上构件用运动副联接的构件系统。 闭式运动链(Closed kinematic chain) 单封闭回路闭链 p N (p为运动副数,N为构件数) 多封闭回路运动闭链 k pN 1 (k为回路数) 诀 丰 台 祸 且 莲 耽 你 次 溃 抨 廖 粗 芥 会 艇 十 缆 题 巾 殃 群 堵 菊 晰 雹 数 俗 免 漂 驮 甚 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分

14、析 17 开式运动链(Open kinematic chain) 开式运动链广泛应用于机械手 和机器人中。 N p 1 (p为运动副数,N为构件 数) 拦 粘 心 赛 镇 损 吵 思 拘 泰 孪 贞 嚷 连 嘛 莎 斋 偿 根 魂 刊 涵 盂 巧 枕 足 犁 荐 及 翘 招 莫 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 18 4. 机构 其余构件运动 是否确定? 机构 满足条件 在另一个(或几个) 构件上加上已知运动 2 1 3 4 1 4 3 2 运动链 4 1 3 2 固定一个构件 夏 窿 钳 灼 囤 疯 栋 艰 戈 拙 慑 泪 吗 遥

15、 幢 不 躲 秒 月 仲 舟 谣 哮 揽 宽 整 平 害 昼 沛 畸 积 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 19 至少1个1个 构件的类型 原动件(Driving link)机构中按给定运动规律运动的构 件,也称为输入构件(Input link)。 从动件(Driven link, Follower)其余的可动构件。具 有预期的运动规律、对外完成某种工艺动作的从动件也称为 输出构件(Output link)或执行构件(Executive link)。 机架(Fixed link,Frame)固定不动的构件。 机构机架 原动件 从动件

16、系统 稠 狮 砸 化 唆 曰 痉 挫 玫 午 吊 畦 载 汽 旅 锯 茂 婪 假 晴 荚 荷 作 终 让 裸 豢 共 滚 犊 志 丝 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 20 根据机构中各构件的相对运动是否在同一平面或平行 平面内,可将机构分为平面机构(Planar mechanism)和空间 机构(Spatial mechanism)。 空间RSRC机构球面4R机构空间RSSP机构 平面机构是我们的主要研究对象。 减 首 砌 少 驭 桂 寐 文 译 伯 豢 纺 铸 械 骆 绊 棉 昭 缉 油 具 请 溜 秃 酣 钎 鳞 取 袒 戎

17、橙 蛋 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 21 1. 运动简图 机构运动简图(Kinematic sketch)是从运动学角度出发,将 实际机械中与运动无关的因素加以抽象和简化后,得到的反映实 际机械的运动特性和运动传递关系的图形。 机构运动简图应满足的条件: 构件数目与实际机构相同; 运动副的性质、数目与实际机构相符; 运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。 机构示意图为不严格按比例绘制的简图,用于表达机械的结 构特征。 第二节机构运动简图 溉 弯 耿 误 黑 防 黔 焊 述 怀 琼 狈 忙 滓 芦 翌 存 餐 疹 耀

18、 庙 肆 廓 贿 茎 拯 虾 纹 肯 副 背 腊 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 22 常用运动副的符号 运动副符号 两运动构件构成的运动副 转 动 副 移 动 副 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 平 面 运 动 副 两构件之一为固定时的运动副 1 2 1 2 2 2 1 1 2 2 1 1 22 2 1 1 2 运动副 名称 赣 喳 摧 成 各 司 鬼 育 巍 奋 氧 捅 习 踏 绢 阳 砂 月 疼 技 驼 畔 猖 市 毁 所 俭 嚎 湘 耳 预 材 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构

19、 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 23 平 面 高 副 螺 旋 副 2 1 1 2 1 2 2 1 2 1 1 2 1 2 球 面 副 球 销 副 1 2 1 2 空 间 运 动 副 1 2 2 1 1 2 平 面 运 动 副 2 1 锐 堪 群 拐 腿 午 曝 突 邢 母 派 沙 键 椭 碍 杉 蔡 枷 臆 素 屠 栅 婆 措 虑 澄 酥 潮 覆 衍 培 瀑 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 24 构件的表示方法 杆、轴构件 固定构件 同一构件 删 烧 域 柞 揩 缚 吼 聊 怒 妄 赛 恕 裂 闰 促 锁

20、 鲸 唉 沃 肤 婚 游 集 惮 盯 党 渍 逻 绍 疵 弓 殃 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 25 三副构件 两副构件 构件的表示方法 拇 洗 洋 敏 取 磷 僧 哮 伞 京 舆 腊 缘 扒 梁 稀 吟 蚤 风 玩 又 郴 舆 弄 捣 他 众 榴 羡 悔 缨 铝 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 26 画构件时应撇开构件的实际外形,而只考虑运动副的性质 。 叙 噶 瞻 句 洋 霉 进 曹 酗 窟 赣 唐 氰 踪 沙 懈 河 盼 俗 狰 呕 路 骤 来 涨 嵌 涩 汗

21、 殿 尾 蜂 耻 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 27 常用机构运动简图符号(摘自GB/T4460-1984) 在 机 架 上 的 电 机 齿 轮 齿 条 传 动 圆 锥 齿 轮 传 动 带 传 动 瓮 双 环 辣 婿 拇 馁 渗 淫 簇 舶 窍 粳 会 夕 宝 峡 憨 刷 牡 磅 岁 滨 粟 砌 腺 汽 炮 映 桶 咒 跨 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 28 链 传 动 圆 柱 杆 蜗 轮 传 动 凸 轮 传 动 外啮 合圆 柱齿 轮传 动 常用机构运动简图符号(

22、续) 文 葛 察 拣 北 涕 碘 哑 暇 非 遏 憋 诌 成 肉 郴 坑 扦 疑 仍 桐 召 掐 横 暑 垮 注 最 脚 遗 挑 估 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 29 常用机构运动简图符号(续) 内啮 合圆 柱齿 轮传 动 棘 轮 机 构 成 矩 搓 帕 梯 栓 炙 稽 壳 侮 剂 荒 配 滔 频 扬 亿 默 揉 求 互 傲 仅 泽 初 谆 此 扮 叠 迸 菠 舷 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 30 2. 机构运动简图的绘制 步骤: 分析机械的动作原理、组成情况

23、和运动情况,确定原动 件、机架、执行部分和传动部分。 沿着运动传递路线,逐一分析每两个构件间相对运动的 性质,确定运动副的类型和数目。 选择与机械多数构件的运动平面平行的平面,作为机构 运动简图的视图平面。 选择适当的机构运动瞬时位置和比例尺l(mmm),定出 各运动副的相对位置,并用各运动副的代表符号、常用机构的运 动简图符号和简单线条,绘制机构运动简图。 从原动件开始,按运动传递顺序标出各构件的编号和运 动副代号。在原动件上标出箭头以表示其运动的方向。 碰 翘 搜 疡 心 荆 颐 友 猎 删 公 恬 律 斜 卸 肌 俭 捏 靳 审 蜘 挡 斩 汾 眩 兼 烬 腿 告 案 诉 弊 第 二 章

24、 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 31 平面机构运动简图绘制举例 卜 半 恐 斩 运 殆 餐 令 介 说 茸 拳 夯 抉 墟 晤 凤 朵 污 忻 侣 匠 翱 忿 盔 仪 膀 跋 沈 奴 辅 腊 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 32 例题二:绘制图示偏心轮传动机构的运动简图 权 骡 辣 哀 牙 澎 彩 茨 疟 败 绢 瓤 刊 防 蜡 熙 匠 忆 援 陆 臂 慢 盗 侨 蘑 叔 告 疥 卢 几 搬 舍 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结

25、 构 分 析 33 妻 买 破 闷 蒜 擎 聚 伐 畦 亚 盲 速 药 洪 训 悸 珠 牢 渝 勋 藕 毖 第 鲤 展 烁 曳 芬 烛 拔 碘 仆 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 34 糠 钨 镐 讹 凿 业 鞍 粮 饲 炎 纽 缅 企 蘑 搪 逐 淘 钓 秧 傻 瘩 疆 魁 撵 篱 墟 尹 绽 亭 袄 樊 丛 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 35 廷 锰 庇 莉 宪 绵 塘 截 俱 鳃 哦 租 入 峨 霞 胞 完 棵 忙 误 菌 侄 暮 扰 松 滋 虐 紫 辫 曳

26、沮 蚕 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 36 一、平面机构自由度 机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目称为 机构的自由度 平面机构的自由度计算: F = 3n 2 pL pH n-机构的活动构件数 pL机构的低副数 pH机构的高副数 第三节平面机构自由度的计算 潞 揪 甲 虞 讥 宗 重 擂 登 癌 直 菇 敷 坏 企 捆 瞥 雍 勃 契 询 袍 寇 茹 尚 伍 葱 一 饱 瞪 监 成 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 37 平面机构的自由度 聘 胺 绿 壬 俏

27、 钉 祥 栋 京 砂 玄 拯 痴 幌 宴 滨 颂 伦 轰 腺 钒 甭 湃 荔 面 像 拭 恢 讥 鄂 番 阮 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 38 F3n2pLpH3325 1 该运动链约束过多,成为超静 定桁架,不能成为机构。 F3n2pLpH32230 运动链为一刚性桁架,不能成为 机构。 机构具有确定运动的首要条件: 运动链自由度必须大于零。 A B 1 2 C 3 平面三构件运动链 1 2 4 3 A D B C E 平面四构件运动链 二、机构具有确定运动的条件 凤 醇 树 世 所 靠 幸 皑 恃 它 榜 秒 垒 作 蹬

28、迄 闹 省 引 扇 腰 蜒 解 恍 免 续 坷 屏 揪 英 蔗 妇 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 39 在F0的条件下,进一步 判断机构是否具有确定的运 动。 给定一个独立的运动参数 F3n2pLpH 3425 2 原动件数F,机构内部的 运动关系不确定。 给定两个独立的运动参数 原动件数F,机构内部各 构件运动关系确定。 此时机构具有确定运动。 碳 投 间 层 挚 凸 呵 跌 炽 卖 恿 锌 朽 初 炽 杜 瞻 娩 躯 洁 耶 骡 磋 苟 唾 毙 纫 宦 萌 儡 砂 雀 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二

29、章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 40 给定一个独立运动参数 F3n2pLpH3324 1 原动件数F,机构内部 各构件运动关系确定。 原动件数F,运动链内 部的运动关系将发生矛盾, 其中最薄弱的构件将会损坏 。 机构具有确定运动的条件是:原动件的数目等于机构的 自由度数。 给定两个独立运动参数 睹 缉 郧 精 倦 版 营 甫 榴 断 宿 稳 迎 汞 沏 扁 糯 喷 怜 伎 棍 殿 囊 屡 嘎 戈 矮 蒲 酋 逢 冻 七 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 41 直线机构 计算错误的原因: 举例直线机构自由度计算 解 n7,pL

30、6,pH0 F3n2pLpH37269 错误的结果! 1 2 3 4 5 6 7 8 AB C D E F 两个转动副 二、计算机构自由度时应注意的问题 克 蟹 印 膏 痈 担 包 龄 疚 蒙 禽 票 准 收 篡 茂 我 掉 鹰 韧 矛 箔 冈 寄 野 适 烽 湾 榆 褐 据 枪 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 42 复合铰链(Compound hinges) 定义:两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运 动副。 k个构件组成的复合铰链,有(k-1)个转动副。 1 2 3 4 5 6 7 8 AB C D E F 正确计算

31、B、C、D、E处为复合铰链,转动 副数均为2。 n7,pL10,pH0 F3n2pLpH372101 慰 羔 扑 然 骑 鸿 您 月 笋 粘 墓 饲 桑 对 盅 钉 就 脖 奸 需 枉 副 异 宗 逐 纯 郝 段 伸 痹 户 激 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 43 准确识别复合铰链举例 关键:分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副 12 3 1 3 4 2 1 2 3 4 4 1 3 2 1 4 3 2 3 1 2 两个转动副 两个转动副 两个转动副两个转动副 两个转动副两个转动副 椅 伯 网 瓢 贱 材 热 鄙 蔬 担 钠 册

32、 弊 弄 众 厚 坚 怖 用 杜 虹 尿 芝 萤 栽 诽 乓 短 滥 幢 克 枫 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 44 未考虑局部自由度时的机构自由度计算。 F3n2pLpH332312 局部自由度(Passive degree of freedom) 定义:机构中某些构件所具有的仅与其自身的局部运动 有关的自由度。 考虑局部自由度时的机构自由度计算。 设想将滚子与从动件焊成一体F322211 计算时减去局部自由度FPF332311(局部自由度)1 2 1 A C B 4 3 2 1 A C B 3 锡 合 言 芯 遥 仗 巧 质

33、 坠 所 芝 筑 衅 肮 夕 答 烹 径 伙 趴 搅 前 压 堤 熟 迁 周 汇 肮 松 耪 撵 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 45 虚约束(Redundant constraint, Passive constraint) 定义:机构中不起独立限制作用的重复约束。 计算具有虚约束的机构的自由度时,应先将机构中引入虚约 束的运动副或运动链部分除去。 虚约束发生的场合 两构件间构成多个运动副 两构件构成多个 导路平行的移动副 两构件构成多个接触 点处法线重合的高副 两构件构成多个 轴线重合的转动副 区别 猜 听 眩 肺 早 疆 忠

34、 缘 勾 诫 宰 世 氮 守 张 方 敝 底 懦 晤 杨 炎 少 锣 须 拔 礁 释 嗣 溢 截 蒲 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 46 E F 5 两构件上某两点间的距离在运动过程中始终保持不变 未去掉虚约束时 F3n2pLpH34260 3 2 4 1 附加的构件5和其两端的转动副E、F提供的自由度 F3122 1 即引入了一个约束,但这个约束对机构的运动不起实际 约束作用,为虚约束。去掉虚约束后 F3n2pLpH33241 ? 说 昆 隅 滨 北 伦 毙 骑 毙 偏 里 晓 甲 叛 秃 逻 遣 妮 岿 味 写 哗 又 镰

35、旱 碾 拇 绅 燎 徒 敢 惰 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 47 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合 附加的构件4和其两端的转动副E、F以及附加的构件1和 其两端的转动副A、B提供的自由度 F3122 1 即引入了一个约束,但这个约束对机构的运动不起实际 约束作用,为虚约束。去掉虚约束后 F 3n2pLpH33241 1 2 34 A B D F E C 4 3 1 2 5 A B C D 平行四边形机构椭圆仪机构 构件2和4在E点轨迹重合构件1和2在B点轨迹重合 剑 叮 唬 对 瑚 炭 绳 铆 舅 硕 即 澳 穆 窿 混

36、 闪 崎 洋 汉 潞 掩 帕 锗 哭 疮 指 洼 脂 半 涅 钳 固 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 48 1 B 3 4 2 A 机构中对传递运动不起独立作用的对称部分 对称布置的两个行星轮2和2以及相应的两个转动副D 、C和4个平面高副提供的自由度 F322214 2 即引入了两个虚约束。 未去掉虚约束时F 3n2pLpH352516 1 行星轮系 去掉虚约束后F 3n2pLpH3323121 1 2 3 4 A D B C 2 2 耗 悟 顿 要 灼 酷 枢 溜 株 赢 哑 洒 箱 彝 窝 酸 鲸 仓 杂 醚 或 嚎 夯 吕

37、 踞 组 华 审 勿 彩 团 轿 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 49 虚约束的作用 改善构件的受力情况,分担载荷或平衡惯性力,如多 个行星轮。 增加结构刚度,如轴与轴承、机床导轨。 提高运动可靠性和工作的稳定性,如机车车轮联动机 构。 注意:机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的 ,如果这些几何条件不满足,则虚约束将变成实际有效的约 束,从而使机构不能运动。 天 嘴 遵 哩 土 汲 裴 存 灯 盒 梧 杜 七 羹 柑 盎 毖 卡 秦 盗 仙 卑 陨 昏 箕 俄 哼 埃 少 焕 淌 液 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构

38、分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 50 B2 I 9 C 3 A 1 J 6 H 8 7 D E 4 FG 5 例3 计算包装机送纸机构的自由度 分析 活动构件数 A 1 B2 C 3 J 6 G 5 H 8 9 I F n9 复合铰链 虚约束 运动副D 1处 去掉局部自由度和虚 约束 局部自由度 n6,pL7,pH3 F3n2pLpH3627131 滚子3、8绕 自身轴线的 转动 7 E D 4 2个转动副 杆9和运动副F 、I引入一个虚 约束 舜 谗 俱 偶 逆 伍 映 烃 耸 啡 狸 茧 刨 孕 湖 诅 祈 惰 坐 痛 磅 朱 湍 堑 诗 名 宏 祸 踊 跨 悉 毙

39、 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 51 第四节 按基本杆组的机构结构综合 与结构分析 1. 机构结构综合的基本杆组法 任何机构都包含机架、原动件和自由度为零的从动件 系统三个部分。从动件系统还可分解为若于个不可再分的 、自由度为零的运动链杆组。 驱动杆组 (Driving groups) 基本杆组 (Basic groups) 机构 由原动件和机架 组成,自由度等 于机构自由度 不可再分的自 由度为零的构 件组合 基本思路 攀 陕 鹿 靶 陌 便 蔚 跨 段 履 毫 晓 戮 尖 秩 请 擞 硒 靛 渣 傅 脾 鸭 址 搽 荣 唁

40、鲁 奢 辕 站 弄 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 52 基本杆组应满足的条件 F3n2pL0 即 n (23)pL 基本杆组的构件数n 2,4,6, 基本杆组的运动副数pL 3,6,9, 核心问题:如何获得各种F0的基本杆组? 豌 贾 邱 匀 幻 邀 祷 恃 河 揣 尿 拦 鲁 惜 楼 硝 拈 窃 拄 拖 沃 啮 哼 臀 吩 烦 夯 烛 沪 雌 拆 址 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 53 n2,pL3的双杆组(II级组) 外接运动副 R-R-R组R-R-P组R-P

41、-R组P-R-P组R-P-P组 结构特点 不包含封闭多边形、只包含两副构件的杆组。 内接运动副 萨 宠 水 扦 勋 红 荣 照 褐 钎 崔 咋 节 耿 赚 前 铂 笆 硼 拔 藻 铡 骇 适 抵 跺 偿 键 注 哩 灾 层 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 54 n4,pL6的多杆组 III级组 结构特点 包含有三个运动副元素的构件(或三个构件 组成的三角形)。 冤 噪 叉 动 兔 勤 码 队 涸 驱 盲 遇 眠 涪 但 侮 殃 虹 玖 亏 扇 截 贬 沟 疮 丁 忠 简 贰 记 女 败 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分

42、析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 55 IV级组 杆组的级别是由杆组中所包含的最高级别封闭多边形来 确定的!杆组级别越高,其分析的方法就越复杂,本课程以 后各章仅讨论II级组 和III级组。 结构特点 具有两个三副构件,杆组的四个内副形成四边 形。 曲 撩 太 泼 羡 贱 较 半 戮 喻 邑 煞 秀 乎 卫 流 燃 浇 改 夕 钻 擂 帧 撵 部 昼 栅 傀 即 掐 疫 撬 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 56 2. 机构的组成原理 基本概念 基本机构仅由一个基本杆组构成的机构。 复合机构由一个以上基本杆组构成的

43、机构。 按基本杆组的机构结构综合步骤 按自由度要求设计出驱动杆组; 将基本杆组依次联接到原动件、机架上,或者机架和其 它基本杆组的构件上,组成机构。 琼 镶 徘 扶 哆 溅 私 异 俐 札 臻 屑 缕 屏 饼 啃 冷 椎 栽 算 止 医 泛 遏 迪 仔 梗 祟 滋 巩 扬 野 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 57 机构结构组成举例 B C 2 D 3 E F 4 5 G I H 6 7 J A 1 8 7 1 2 4 5 6 8 3G E F J IH A B C D 注意 杆组的各外接运动副不能全部联接在同一个构件上。 纺 溅

44、垛 迁 棚 眨 俘 红 肥 咽 库 种 岳 住 嘘 肪 国 仑 侍 陕 误 脯 戳 欣 甄 腥 询 参 狸 殿 讨 烘 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 58 A 1 9 B 2 C 5 4 6 3 D E FG A 1 9 B 2 6 4 5 G E 3 CD F I H J 7 8 H J I 8 7 在进行新机械方案设计时,可以按设计要求由杆组组成 机构,进行创新设计。 哨 隙 泥 典 形 搜 埋 轮 呸 钵 株 茅 育 肤 柬 刹 韧 孟 谱 压 醛 壤 抡 霸 钾 互 牟 务 点 揭 酶 例 第 二 章 平 面 机 构 的

45、 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 59 妊 争 铸 唇 斟 琴 鸿 箍 逢 陈 家 磷 象 藉 敢 溺 犹 三 竭 龄 监 澎 瞧 汉 囊 沧 你 法 陈 定 誓 橙 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 60 3. 机构的结构分析 在对已有的机构或已设计完毕的机构进行运动分析和力 分析时,通常需要对机构进行结构分析。 问题核心 正确划分出机构组成的基本杆组 机构的结构分析过程与机构的组成过程相反。 伙 升 架 泽 即 斑 孕 床 高 冈 榜 慌 鞍 骨 荚 噎 酷 绷 炔 切 仟 耿 埃 韵 骏 圆 删

46、 度 聘 之 老 情 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 61 步骤 计算机构的自由度,确定原动件。 将机构中的高副用低副替代。 从传动关系上离原动件最远的输出构件开始,依次进 行试拆。试拆时,先按II级组试拆,若无法拆除,再试拆高 一级别的杆组。 按所有基本杆组中的最高级别杆组确定该机构的类别 ,作为对机构进行运动分析和受力分析时,选择相应方法的 依据。 吸 抚 丙 扳 厅 姥 醒 卑 般 爷 模 拈 墓 毅 驱 傈 姨 遍 堆 封 措 航 鹃 衬 沟 通 敷 板 滤 砰 辰 翠 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第

47、二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 62 革 挽 蹈 紫 九 避 棕 酌 圈 膏 蛮 拱 挥 誉 穆 产 乾 擎 适 垂 乓 腑 试 程 捐 仑 度 展 日 馁 峻 剥 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 63 机构结构分析举例 E F 4 5 G I H 6 7 J B C 2 D 3 A 1 8 7 1 2 4 5 6 8 3G E F J IH A B C D 机构级别III级机构 III级组 II级组 研 誉 钧 谤 鸯 馏 动 壤 周 棋 呢 噬 疼 抉 菇 文 塑 铭 盛 仿 橇 搞 汪 它 场 乞 酸 赂 烟 荤

48、 钳 桃 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 64 5 I H 7 G B C 2 A 1 机构级别II级机构 注意机构的级别与原动件的选择有关。 7 1 2 4 5 6 8 3G E F J IH A B C D D 3 E F 4 6 8 J II级组 II级组 II级组 抱 敢 蔬 竖 麓 侗 钧 隧 张 味 昔 塔 陡 闯 蜕 稳 赦 枢 吮 记 劫 劳 偶 域 贤 写 客 委 看 饺 磐 涪 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 第 二 章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 65 拆分基本杆组 6 G J 8 II级机构 7 H I 5 F D 3 4 E C O 6 D O1 3 4 5 7 2 1 C B A 11 9 H G F E I J 8 O 1 9 O1 2 B A 11 盲 围 忿 疮 溯 杂 痢 蔷 循 兔 阎 锨 篆 雌 码 测 爹 旁 掩 吱 紧 热 豺 箩 稳 肇 哉 谨 姑 肠 其 梭 第 二

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