平面機構(gòu)的機構(gòu)分析.ppt

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1、第三章 平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,,各部分機構(gòu)協(xié)調(diào)配合工作，便能把燃氣燃燒時產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榍S轉(zhuǎn)動的機械能。,曲柄滑快機構(gòu) 凸輪機構(gòu) 齒輪機構(gòu),內(nèi)燃機包含下列機構(gòu)：,第一節(jié) 平面機構(gòu)的組成,機構(gòu)是一個構(gòu)件系統(tǒng) 機構(gòu)是機器的重要組成部分 機構(gòu)只用來傳遞運動和力。,人為的實物組合（不是天然形成的） 各實物單元具有確定的相對運動 能完成有用的機械功或轉(zhuǎn)換機械能,由若干構(gòu)件（包括機架）以運動副相聯(lián)接并具有確定相對運動的組合體。,一、機構(gòu)的組成：,組成機構(gòu)的兩大基本要素,平面機構(gòu) Vs 空間機構(gòu),組成機構(gòu)的兩大基本要素,1、機架：機構(gòu)中相對不動的構(gòu)件,2、主動動件：驅(qū)動力所作用的構(gòu)件。輸入構(gòu)件,3、從動動件

2、：隨著原動構(gòu)件的運動而運動的構(gòu)件。輸出構(gòu)件,構(gòu)件類型：,注意！,在機構(gòu)運動簡圖中，原動件上通常畫有箭頭，用以表示其運動方向。 從動件的運動規(guī)律取決于原動件的運動規(guī)律和機構(gòu)的組成情況。 在活動構(gòu)件中至少有一個構(gòu)件為原動件，其余的活動構(gòu)件都是從動件。,,,,,,,原動件（主動件）,機架,任何一個機構(gòu)中，必有且只有一個構(gòu)件被相對地看作機架,從動件,,,,A,B,C,D,輸出構(gòu)件,輸入構(gòu)件,從動件,機構(gòu)中兩構(gòu)件直接接觸的可動聯(lián)接 （既保持直接接觸，又能產(chǎn)生一定的相對運動）,二、運動副,活塞與氣缸的聯(lián)結(jié) 兩個傳動齒輪間的聯(lián)結(jié) 連桿與曲柄的聯(lián)結(jié),兩構(gòu)件通過點或線接觸的運動副。 如齒輪副、凸輪副。,根據(jù)運動

3、副的接觸形式，運動副分為兩類：,1）低副：,2）高副：,兩構(gòu)件通過面接觸組成的運動副。 如轉(zhuǎn)動副（鉸鏈）、移動副。,除平面副之外，機構(gòu)中還存在空間運動副。 如球面副、螺旋副。,,轉(zhuǎn)動副,移動副,,低副（面接觸）,,轉(zhuǎn)動副：組成運動副的兩構(gòu)件只能在一個平面內(nèi)轉(zhuǎn)動,移動副：組成運動副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線相對移動,運動副元素：圓柱面、圓孔面,例：軸與軸承的配合,例：滑塊與導(dǎo)軌的接觸,運動副元素：棱柱面、棱孔面,齒輪副,凸輪副,,高副 兩構(gòu)件通過點或線接觸組成的運動副,例：兩齒輪輪齒的嚙合,運動副元素：兩齒廓曲面,空間：線高副,空間：點高副,空間：球副,空間：球銷副,空間：螺旋副,第二節(jié) 平面機構(gòu)的

4、運動簡圖,研究機構(gòu)運動時，為使問題簡化而用簡單的線條和規(guī)定的符號來表示構(gòu)件和運動副，并按一定比例定出各運動副的位置。這種表示機構(gòu)中各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡單圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖。,1、轉(zhuǎn)動副：,一、運動副的表示方法,2、移動副：,3、高副 ：,畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓（齒輪除外：可用兩節(jié)圓表示）。,齒輪機構(gòu),二、構(gòu)件的表示與分類,1、構(gòu)件的表示,桿、軸類構(gòu)件,固定構(gòu)件,同一構(gòu)件,一桿兩副,一桿三副,,三、機構(gòu)運動簡圖的繪制步驟,1、分析機構(gòu),（1）找出構(gòu)件總數(shù)，定出原動件,判斷各構(gòu)件的運動性質(zhì) (移動、轉(zhuǎn)動),（2）定出運動副的個數(shù)，各運動副的類型（移動副、轉(zhuǎn)動 副、高副）,2、適當選

5、擇投影面,一般選擇與多數(shù)構(gòu)件的運動平面相平行的面作為投影面。,3、選擇適當?shù)谋壤?，繪制機構(gòu)運動簡圖,選擇適當?shù)谋壤撸鶕?jù)機構(gòu)的運動尺寸定出各運動副之間的相對位置，用構(gòu)件和運動副的規(guī)定符號繪制機構(gòu)的運動簡圖。,4、標出原動件，給各構(gòu)件標上代號,一般原動件標號為1，機架為最后標號。,構(gòu)件：1，2，3， 運動副：A，B，C，,注意以下簡圖的區(qū)別：,內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖,,第三節(jié) 平面機構(gòu)的自由度,自由度 構(gòu)件間的獨立相對運動,約 束 運動副對構(gòu)件間相對運動的限制作用,一、自由度與約束,,,O,,,x,y,,,自由度,一個作平面運動的自由構(gòu)件 具有三個自由度,,,,,,,,Q,Y,X,F=3,,,

6、1,2,F=32=6,自由度： 構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立運動,,運動副的約束,約束：兩構(gòu)件用運動副聯(lián)接后，彼此的相對運動受到某些限制。,轉(zhuǎn) 動 副,組成運動副的兩構(gòu)件只能在一個平面內(nèi)相對轉(zhuǎn)動。,低副引入兩個約束！,,,,,,,,1,2,兩構(gòu)件： 其中一個固定約束了 三個自由度，另一個 未固定，F(xiàn)=3,,,,,,,1,2,兩構(gòu)件： 一個固定另一與之鉸 接。X、Y固定，1件 可轉(zhuǎn)動。F=1，S=2。,兩構(gòu)件活動鉸接： F=4 S=2,,,,,,,,,,,Q1,Q2,X,Y,1,移 動 副,組成運動副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線相對移動。,低副引入兩個約束！,,,,,,1,2,兩移動副：一個固定 一個活動。F=

7、3,,,,,1,,2,兩移動副其中一個固定， 另一個放置于之上。其約 束S=2（Y與Q）F=1,,,齒 輪 副,高副引入一個約束！,沿接觸處切線 t-t方向的相對運動和在平面內(nèi)的相對轉(zhuǎn)動,齒輪副只限制n-n 方向的切入，不限 制t-t方向的移動和 轉(zhuǎn)動。F=2，S=1。,凸 輪 副,高副引入一個約束！,,只限制n-n方向切入， 而不限制t-t方向的移 動和轉(zhuǎn)動。F=2，S=1。,綜合上述四種情況： 1 低副： （轉(zhuǎn)動副和移動副） 其約束數(shù)為 S=2,2高副： （齒輪副和凸輪副） 其約束數(shù)為 S=1,二、平面機構(gòu)自由度的計算公式,轉(zhuǎn)動副,1、運動副和約束,運動副,,低副,高副,,移動副,,每個低

8、副引入兩個約束，失去兩個自由度。,每個高副引入1個約束，失去1個自由度。,2、自由度的計算公式,（設(shè)N個構(gòu)件，PL個低副，PH個高副）,活動構(gòu)件數(shù)n為:,機構(gòu)自由度F為:,未加運動副之前,加運動副之后,n=N-1,自由度總數(shù)為:,3n,F=3n2PLPH,F =3n2plph = 3 2 ,3,4,0,= 1,F =3n2plph = 3 2 ,4,5,0,= 2,F =3n2plph = 3 2 ,2,2,1,= 1,F =3n2plph = 3 2 ,3,4,0,= 1,F =3n2plph = 3 2 ,4,5,1,= 1,例：計算如圖所示雙曲線畫規(guī)機構(gòu)和牛頭刨床機構(gòu)的自由度,(a)雙曲

9、線畫規(guī)機構(gòu),(b) 牛頭刨床機構(gòu),解：(a) (b),例：畫出如圖所示機構(gòu)的平面運動簡圖并計算其自由度,原動件數(shù)<機構(gòu)自由度數(shù)，機構(gòu)運動不確定（任意亂動）,機構(gòu)的原動件的獨立運動是由外界給定的。若給出的原動件數(shù)不等于機構(gòu)的自由度，則將產(chǎn)生如下影響：,3、機構(gòu)具有確定運動的條件,,原動件數(shù)機構(gòu)自由度數(shù)，將桿2拉斷。,,機構(gòu)自由度等于零時，各構(gòu)件間不可能產(chǎn)生相對運動。,機構(gòu)具有確定運動的條件是：,（1）機構(gòu)自由度 F0， （2）機構(gòu)自由度 F=原動件數(shù)。,,,F=33-25=-1 超靜定結(jié)構(gòu),F=32-23-0=0 剛性桁架,平面運動機構(gòu)的自由度一定大于零？,三、計算平面機構(gòu)自由度的注意事項,1、

10、復(fù)合鉸鏈 兩個以上的構(gòu)件同時在一處用轉(zhuǎn)動副相聯(lián)結(jié)就構(gòu)成復(fù)合鉸鏈（在機構(gòu)運動簡圖上顯現(xiàn)為1個轉(zhuǎn)動副）。 由K個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)含有(K-1)個轉(zhuǎn)動副。,F 3n2plph 3 2 ,5,6,0, 3,F 3n 2plph 3 2 ,5,7,0, 1,錯,對,,,,,2,3,5,1,復(fù)合鉸鏈的識別,例 計算原盤鋸主體機構(gòu)的自由度,解 機構(gòu)中活動構(gòu)件有,n,7,低副有,PL,,,,,,,10,F = 3n2PLPH =,3, 2,=,7,10,1,定義：機構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的獨立的局部運動, 不影響機構(gòu)輸出運動的自由度 局部自由度經(jīng)常發(fā)生的場合：滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦?xí)r添加的滾子、軸承中的滾

11、珠,2、局部自由度（或多余自由度),存在與否都不影響整個機構(gòu)的運動規(guī)律！,解決的方法：計算機構(gòu)自由度時，設(shè)想將滾子與安裝滾子的構(gòu)件固結(jié)在一起，視作一個構(gòu)件,F3n2plph 3 2 ,3,3,1, 2,F3n 2plph 3 2 ,2,2,1, 1,錯,對,3、虛約束,在機構(gòu)中與其他運動副作用重復(fù)，而對構(gòu)件間的相對運動不起獨立限制作用的約束。,MN實際上不起限制作用,計算機構(gòu)自由度時處理辦法： 將具有虛約束運動副的構(gòu)件連同它所帶入的與機構(gòu)運動無關(guān)的運動副一并不計。,F = 3n2PLPH =,3, 2,=,3,4,1,,例 計算機構(gòu)的自由度,平面機構(gòu)的虛約束常出現(xiàn)于下列情況：,A 兩構(gòu)件之間

12、構(gòu)成多個運動副時 B 兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運動過程中始終保持不變時 C 聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合時 D 機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分,A 兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運動副時,兩構(gòu)件組合成多個轉(zhuǎn)動副，且其軸線重合 兩構(gòu)件組合成多個移動副，其導(dǎo)路平行或重合 兩構(gòu)件組合成若干個高副，但接觸點之間的距離為常數(shù),目的：為了改善構(gòu)件的受力情況,F3n2PLPH 3 2 ,2,2,1,1,B 兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運動中保持不變時,在這兩個例子中，加與不加紅色構(gòu)件AB效果完全一樣，為虛約束 計算時應(yīng)將構(gòu)件AB及其引入的約束去掉來計算,,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0,F3n2PLPH

13、3 2 ,4,6,0, 0,錯,對, 1,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0,1,C 兩構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合,在該機構(gòu)中，構(gòu)件2上的C點C2與構(gòu)件3上的C點C3軌跡重合，為虛約束 計算時應(yīng)將構(gòu)件3及其引入的約束去掉來計算 同理，也可將構(gòu)件4當作虛約束，將構(gòu)件4及其引入的約束去掉來計算，效果完全一樣,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0,1,D 機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分,在該機構(gòu)中，齒輪3是齒輪2的對稱部分，為虛約束 計算時應(yīng)將齒輪3及其引入的約束去掉來計算 同理，將齒輪2當作虛約束去掉，完全一樣 目的：為了改善構(gòu)件的受力情況,F3n2PLPH 3 2 ,3,3,2,1,4、自由度

14、計算小結(jié),自由度計算公式: F3n2plph 機構(gòu)自由度3活動構(gòu)件數(shù)2低副數(shù)1高副數(shù) 計算步驟: 確定活動構(gòu)件數(shù)目 確定運動副種類和數(shù)目 確定特殊結(jié)構(gòu): 局部自由度、虛約束、復(fù)合鉸鏈 計算、驗證自由度 幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理: 1、復(fù)合鉸鏈計算在內(nèi) 2、局部自由度排除 3、虛約束--重復(fù)約束排除,例 計算圖所示發(fā)動機配氣機構(gòu)的自由度 (若存在局部自由度、復(fù)合鉸鏈、虛約束請標出）。,=37-2 9-1 =2,F=3n-2PL-PH,F = 3n2PLPH,3,2,=,9,12,1,,2,=,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,F = 3n2PLPH,3,2,=,8,11,1,,1,=,,,,例：計算圖示凸輪連桿機構(gòu)的自由度。,解：一個局部自由度一個移動副虛約束一處復(fù)合鉸鏈8個可動構(gòu)件11個低副1個高副F=3n-2PL-PH =38-211-1 =1,