《機構(gòu)的組成原理和機構(gòu)類型綜合》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機構(gòu)的組成原理和機構(gòu)類型綜合（55頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第二章 機構(gòu)的組成原理和機構(gòu)類型綜合,,2.1 內(nèi)容提要及基本概念 2.2 本章重點、難點 2.3 典型例題精解,2.1 內(nèi)容提要及基本概念,2.1.1 內(nèi)容提要,掌握平面運動副的類型及其提供的約束條件、運動鏈成為機構(gòu)的條件、平面機構(gòu)運動簡圖的繪制方法和步驟、平面機構(gòu)自由度的計算方法。 了解機構(gòu)的組成原理。,2.1.2 基本概念復(fù)習(xí),構(gòu)件(link) 獨立的運動單元；零件(part) 獨立的制造單元,1. 機構(gòu)的組成及運動簡圖1）構(gòu)件與運動副,內(nèi)燃機連桿,運動副兩個構(gòu)件直接接觸組成的仍能產(chǎn)生某些相對運動的連接。 注意：三個條件缺一不可： a)兩個構(gòu)件，b) 直接接觸，c) 有相對運動 運動副元
2、素兩構(gòu)件構(gòu)成運動副的直接接觸的部分（點、線、面） 例如凸輪、齒輪齒廓、活塞與缸套等。,作者：潘存云教授,運動副的分類： 按引入的約束數(shù)分有： I級副、II級副、III級副、IV級副、V級副。 構(gòu)件受到約束后自由度減少，每加上一個約束，便失去一個自由度，自由度與約束數(shù)之和為6。提供一個約束條件的，稱為I級副。其余依此類推。,按相對運動范圍分有 平面運動副平面運動 空間運動副空間運動 例如球鉸鏈、拉桿天線、螺旋、生物關(guān)節(jié)。 平面機構(gòu)全部由平面運動副組成的機構(gòu)。 空間機構(gòu)至少含有一個空間運動副的機構(gòu)。 按運動副元素分有 面接觸（應(yīng)力低）的運動副稱為低副，例如轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副）、移動副 ；點、線接觸的
3、運動副（應(yīng)力高）稱為高副，例如滾動副、凸輪副、齒輪副等。,2）運動鏈和機構(gòu),運動鏈兩個以上的構(gòu)件通過運動副的連接而構(gòu)成的系統(tǒng)。 分為閉式運動鏈和開式運動鏈兩種。,作者：潘存云教授,,1個或幾個,,1個,,機構(gòu)將運動鏈中某一構(gòu)件固定，而其余構(gòu)件相對于它有確定 運動，此種運動鏈稱為機構(gòu) 。 機架作為參考系的構(gòu)件，如機床床身、車輛底盤、飛機機身。 主（原）動件按給定運動規(guī)律相對于機架獨立運動的構(gòu)件。主 動件往往也是驅(qū)動力作用的構(gòu)件，即原動件。 從動件除主動件之外，其余相對于機架運動的構(gòu)件。 機構(gòu)的組成：機構(gòu)機架原動件從動件,若干,3）平面機構(gòu)運動簡圖,機構(gòu)運動簡圖用以說明機構(gòu)
4、中各構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系的簡單圖形。 作用： 表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動情況。 作為運動分析和動力分析的依據(jù)。 機構(gòu)示意圖不按精確比例繪制的簡圖。 機構(gòu)運動簡圖符號已經(jīng)有國家標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對運動副、構(gòu)件及各種機構(gòu)的表示 符號作了規(guī)定，下表中構(gòu)件和運動副的表示方法。,機構(gòu)運動簡圖應(yīng)滿足的條件： 構(gòu)件數(shù)目與實際相同; 運動副的特點、數(shù)目與實際相符; 運動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實際機構(gòu)成比例。 繪制機構(gòu)運動簡圖的思路：先定原動部分和工作部分（一般位于傳動線路末端），弄清運動傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運動副的類型，并用符號表示出來。 順口溜： 先兩頭，后中間，從頭至尾走一遍，
5、數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少，再看它們怎相連。 繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟： 運轉(zhuǎn)機械，搞清楚運動副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目； 測量各運動副之間的尺寸，選視圖平面（通常選與運動平面平行的平 面），繪制示意圖； 按比例繪制運動簡圖； 檢驗機構(gòu)是否滿足運動確定的條件。,,,,,顎式破碎機,舉例：繪制破碎機的機構(gòu)運動簡圖。 分析：該例題中各構(gòu)件全部由轉(zhuǎn)動副連接而成，其中O、E、F三處是與機架相連的固定鉸鏈，原動件為AC，作整周旋轉(zhuǎn)。 難點：關(guān)鍵是搞清楚原動構(gòu)件AC是一個作整周旋轉(zhuǎn)的偏心輪，不容易看出。,,,,,,,,作者：潘存云教授,,,舉例：繪制圖示偏心泵的運動簡圖 分析：該例題中共有四個構(gòu)件，三個轉(zhuǎn)動副，一個移動副
6、。原動件是 一個偏心輪，其上有兩個轉(zhuǎn)動副。另外一個構(gòu)件是搖塊，其外形是圓柱，與機架構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，與深黃色構(gòu)件（連桿）構(gòu)成移動副 。 難點：弄清原動構(gòu)件為一個偏心輪以及搖塊上運動副的特點。,,,偏心泵,平面運動單個自由構(gòu)件的自由度為 3,2. 機構(gòu)的自由度計算及機構(gòu)運動確定的條件1）平面機構(gòu)的自由度定義：保證機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)稱為機構(gòu)的自由度。 計算方法： 作平面運動的剛體在空間的位置需要三個獨立的參數(shù)（x，y, ）才能唯一確定。,運動副 自由度數(shù)F 約束數(shù)R 回轉(zhuǎn)副 1（） + 2（x，y） = 3,,,R=2, F=1,R=2, F=1,R=1, F=2,結(jié)論
7、：構(gòu)件自由度3約束數(shù)自由構(gòu)件的自由度數(shù)約束數(shù),移動副 1（x） + 2（y，）= 3,高 副 2（x,） + 1（y） = 3,經(jīng)運動副相連后，由于有約束，構(gòu)件自由度會有變化：,自由構(gòu)件的自由度數(shù),活動構(gòu)件數(shù) n,計算公式： F=3n(2PL +Ph ) 要求：記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。,構(gòu)件總自由度,低副約束數(shù),高副約束數(shù),3n,2 PL,1 Ph,推廣到一般情況： 設(shè)一個平面機構(gòu)，共有n個活動構(gòu)件，用PL個低副和PH個高副連接。如上所述，一個沒有任何約束的構(gòu)件作平面運動時具有3個自由度，一個低副有兩個約束條件，一個高副有一個約束條件。因此：,例題 計算曲柄滑塊機構(gòu)的自
8、由度。,解：活動構(gòu)件數(shù)n = 3 低副數(shù)PL = 4 高副數(shù)PH = 0,F = 3n 2PL PH = 33 24 = 1,例題 計算五桿鉸鏈機構(gòu)的自由度。,解：活動構(gòu)件數(shù)n = 4 低副數(shù)PL = 5 高副數(shù)PH = 0,F=3n 2PL PH =34 25 =2,例題 計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。,解：活動構(gòu)件數(shù)n = 2 低副數(shù)PL = 2 高副數(shù)PH = 1,F=3n 2PL PH =32 221 =1,2）機構(gòu)具有確定運動的條件,作者：潘存云教授,,機構(gòu)運動確定條件實例,,,,鉸鏈四連桿機構(gòu) 鉸鏈五連桿機構(gòu),機構(gòu)運動確定條件實例,,,,
9、剛性桁架 剛性桁架,F0時，機構(gòu)蛻變?yōu)閯傂澡旒?，?gòu)件之間沒有相對運動。 F0時， 原動件數(shù)小于機構(gòu)的自由度，各構(gòu)件沒有確定的相對運動； 原動件數(shù)大于機構(gòu)的自由度，則在機構(gòu)的薄弱處遭到破壞。 機構(gòu)具有確定運動的條件： F0 機構(gòu)的原動件的數(shù)目=機構(gòu)的自由度的數(shù)目, 復(fù)合鉸鏈。 兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相連。 每兩個構(gòu)件之間構(gòu)成一個轉(zhuǎn)動副，因此，當(dāng)有m個構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相連時，有m1轉(zhuǎn)動副。,此處有兩個低副,例題 求圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。,解：在B、C、D、E四處各有三個構(gòu)件形成復(fù)合鉸 鏈，每處有 2 個運動副，因此有 活動構(gòu)件數(shù) n = 7 低副數(shù)P
10、L = 10,F=3n 2PL PH =37 2100 =1,如果不考慮復(fù)合鉸鏈，低副數(shù)目為6個，則計算的自由度數(shù)為9，顯然計算有誤！,圓盤鋸機構(gòu),3）計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項,例題計算圖示兩種凸輪機構(gòu)的自由度。,解：如果不考慮局部自由度，那么有 n=3 , PL = 3, PH = 1,F = 3n 2PL PH = 33 23 1 = 2,對于右邊的機構(gòu)，有： F=32 22 1=1,第一例計算結(jié)果顯然有誤。事實上，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)速一樣時，兩個機構(gòu)中從動件的運動完全相同，且兩個機構(gòu)的 F=1。 加裝滾子的好處在于將滑動摩擦變成滾動摩擦以減小摩擦力。,局部自由度。,定義：構(gòu)
11、件局部運動所產(chǎn)生的自由度。 局部自由度常出現(xiàn)在加裝滾子的場合，計算機構(gòu)自由度時應(yīng)去掉。否則會出錯。,解：若套用公式直接計算有 n=4，PL=6，PH=0 F = 3n 2PL PH = 34 26 = 0 事實上，該機構(gòu)是可以運動的，老式的蒸汽機火車頭車輪驅(qū)動就采用了該機構(gòu)。,虛約束:對機構(gòu)的運動實際不起作用的約束。 計算自由度時應(yīng)去掉虛約束。,因為 AB CD FE ，故增加構(gòu)件4前后E點的軌跡都是圓弧。增加了構(gòu)件4 ，帶來3個自由度，同時多了2個轉(zhuǎn)動副，帶來了4個約束。但增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件4后變?yōu)橄聢D，重新計算得 F=1。,例題已知：ABCDEF，計算
12、圖示平行四邊形機構(gòu)的自由度。,,特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：,出現(xiàn)虛約束的場合： a.兩構(gòu)件連接前后，連接點的軌跡重合；,b.兩構(gòu)件構(gòu)成多個移動副，且導(dǎo)路平行。,如平行四邊形機構(gòu)，火車輪，橢圓儀等。,,d.運動時，兩構(gòu)件上的兩點距離始終不變。,c.兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且同軸。,e.對運動不起作用的對稱部分。如多個行星輪。,,,虛約束,虛約束,虛約束,虛約束,虛約束,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,f.兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，且法線重合,如等寬凸輪。,,注意： 法線不重合時，變成實際約束！,,,注意：各種出現(xiàn)虛約束的場合都是有條件的 ! 虛約束的作用： 改善構(gòu)件的受力情況，如多
13、個行星輪。 增加機構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機床導(dǎo)軌。 使機構(gòu)運動順利，避免運動不確定，如車輪。,虛約束,虛約束,高副低代：為了使平面低副機構(gòu)的運動分析和動力分析方法能適用于所有平面機構(gòu)，因而要了解平面高副與平面低副之間的內(nèi)在聯(lián)系，研究在平面機構(gòu)中用低副代替高副的條件和方法（簡稱高副低代）。 為保證機構(gòu)的運動保持不變，進行高副低代必須滿足的條件是： a.代替機構(gòu)和原機構(gòu)的自由度必須完全相同。 b.瞬時速度和瞬時加速度必須完全相同。 高副低代的方法：用一個帶有兩個轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件來代替一個高副，這兩個轉(zhuǎn)動副分別處在高副兩元素接觸點的曲率中心。 平面機構(gòu)中的高副均可以用低副來代替。,3. 機構(gòu)的高副
14、低代、結(jié)構(gòu)分析和組成原理1）平面機構(gòu)中高副用低副代替的方法,,b),3,2,A,1,B,,,,4,,O1,O2,O1,2,,,,,r1,A,3,1,n,,,O2,,r2,n,B,a),3,2,A,1,B,,,,4,b),,高副機構(gòu),任意曲線輪廓高副機構(gòu),,,,,若高副兩元素之一為一點(如下圖a)，則因其曲率半徑為零，所以曲率中心與兩構(gòu)件的接觸點C重合，其瞬時代替機構(gòu)如圖b：,,若高副兩元素之一為一直線(如下圖a)，則因其曲率中心在無窮遠處，所以這一端的轉(zhuǎn)動副將轉(zhuǎn)化為移動副，其瞬時代替機構(gòu)如圖b或圖c：,機構(gòu)具有確定運動的條件是原動件數(shù)自由度F，且F0。 現(xiàn)設(shè)想將機構(gòu)中的原動件和機架斷開，則
15、原動件與機架構(gòu)成了基本機構(gòu)，其F1。剩下的構(gòu)件組必有F0。,2）平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,定義：最簡單的F0的構(gòu)件組，稱為基本桿組。,基本桿組按結(jié)構(gòu)分類： 設(shè)基本桿組中有n個構(gòu)件，PL個低副，則由條件F0有： F3n2PLPH0 (低副機構(gòu)中PH0 ),因為 PL 為整數(shù)， 所以 n只能取偶數(shù)。 n 2 4 n4 已無實例了! PL 3 6 其中最簡單的組合是n=2 ， PL=3。這種基本桿組稱為II級組應(yīng)用最廣而又最簡單的基本桿組。共有以下5 種類型：,得 PL3n/2,n=4 （PL6）的是級組有以下類型:,結(jié)構(gòu)特點：其中一個構(gòu)件有三個運動副。,級組：,結(jié)構(gòu)特點：
16、有兩個三副桿，且4個構(gòu)件構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)。 級組在實際機構(gòu)中應(yīng)用很少。,機構(gòu)命名方式： 按所含最高桿組級別命名，如級機構(gòu)，級機構(gòu)等。,必須強調(diào)指出： 桿組的各個外端副不可以同時加在同一個構(gòu)件上，否則將成為剛體。例如下圖中兩種情況桿組都不能運動。,機構(gòu)的級別與原動件的選擇有關(guān)。,,機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的步驟： 計算機構(gòu)的自由度，確定原動件。 從遠離原動件的地方開始拆桿組。先試拆級組，當(dāng)不可能時再試拆級組。但應(yīng)注意，每拆出一個桿組后，剩下的部分仍組成機構(gòu)，且自由度與原機構(gòu)相同，直至全部桿組拆出只剩下級機構(gòu)。 確定機構(gòu)的級別。,舉例：圖示八桿機構(gòu)中，若分別以構(gòu)件1、6、7為作為原動件，試將其拆分成基本機構(gòu)和
17、基本桿組。 解： 當(dāng)構(gòu)件1作為原動件時，拆分所得桿組最高級別為級組，故原機構(gòu)為級機構(gòu)。,級組,級機構(gòu),當(dāng)構(gòu)件6作為原動件時，拆分所得桿組最高級別為級組，故原機構(gòu)為級機構(gòu)。,當(dāng)構(gòu)件7作為原動件時，拆分所得桿組最高級別為級組，故原機構(gòu)為級機構(gòu)。,由上述機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的過程可知，平面機構(gòu)的組成原理是：任何機構(gòu)都可以看作是由若干個基本桿組依次連接到原動件和機架上所組成。 在設(shè)計一個新機構(gòu)時，可先選定機架，并將等于該機構(gòu)自由度數(shù)的若干個原動件用低副連接于機架上，然后將各個基本桿組連接于機架和原動件上，即可完成該簡圖的設(shè)計。 例如下圖所示牛頭刨床主機構(gòu)的設(shè)計過程。,3）平面機構(gòu)的組成原理,現(xiàn)以由轉(zhuǎn)動副（不包
18、含復(fù)合鉸鏈）組成的運動鏈為研究對象。圖a所示的閉式運動鏈中，自由度為 F=34-24=4 若將某一構(gòu)件固定，如圖b所示，則可得一個單自由度的鉸鏈四桿機構(gòu)?？梢姡C合一個單自由度機構(gòu)與綜合一個四自由度的運動鏈?zhǔn)且恢碌摹?4. 機構(gòu)的類型綜合1）運動鏈的基本型式,a),b),設(shè)運動鏈的構(gòu)件數(shù)為N，轉(zhuǎn)動副數(shù)為P，由平面機構(gòu)結(jié)構(gòu)公式得 可見，構(gòu)件數(shù)必為偶數(shù)，所以構(gòu)件數(shù)和轉(zhuǎn)動副數(shù)的可能組合是 N=2 P=1 (無實際價值) N=4 P=4 N=6 P=7 N=8 P=10,多環(huán)機構(gòu)的環(huán)數(shù)L=P-N+1，帶入以上
19、公式得P-3L=1，所以多環(huán)機構(gòu)的可能組合是 N=4 P=4 L=1 N=6 P=7 L=2 N=8 P=10 L=3,由上式可見，四桿運動鏈只有一個閉環(huán)，因而僅有一種基本形式。 一個具有三個轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件是六桿運動鏈中最復(fù)雜的構(gòu)件，六桿運動鏈的組裝有兩種可能性：,a),b),圖a：型式，瓦特型，其中兩個具有三副的構(gòu)件在一個公共點相連接。 圖b：型式，斯蒂芬遜型，其中兩個三副構(gòu)件被兩個雙副構(gòu)件隔開。 而八桿運動鏈具有三個閉環(huán)，其運動鏈的基本型式有十六種。,六桿運動鏈,單閉環(huán)機構(gòu)的特點是： 構(gòu)件總數(shù)N與運動副總數(shù)P相等； N=
20、P3 所以構(gòu)件數(shù)與運動副數(shù)有 N=P=PLPH3 根據(jù)平面機構(gòu)自由度的計算公式有 F=3（N1）2PLPH 進行單閉環(huán)機構(gòu)的類型綜合時必須滿足上面兩公式。,2）單閉環(huán)機構(gòu)的類型綜合,對單自由度的機構(gòu)， 1=3（N1）2PLPH 即 2PL PH =3N4 其中 N=PLPH3 ，所以 PL 2 PH =4 當(dāng)N=3、P=3時 ，只能有PL =2、PH=1。,對平面三桿高副機構(gòu)的類型綜合，有三種不同的方案可以選擇：,a)擺動從動件盤形凸輪機構(gòu),b)移動從動件盤形凸輪機構(gòu),c)移動凸輪機構(gòu),根據(jù)機構(gòu)的演化，高副低代或低副變異為高副等，還可得到同類機構(gòu)的各種變型機
21、構(gòu)。構(gòu)件數(shù)N越多，可供組成的機構(gòu)也越多。 在實際應(yīng)用中，當(dāng)單閉環(huán)機構(gòu)不能滿足運動和動力傳遞要求時，常采用多閉環(huán)機構(gòu)。,2.2 本章重點、難點,重點1.掌握有關(guān)機構(gòu)的概念。 2.掌握平面機構(gòu)運動簡圖的繪制方法和步驟。 3.掌握機構(gòu)具有確定運動的條件及平面機構(gòu)自由度的計算 4.掌握平面低副機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和組成原理，能根據(jù)給定的機構(gòu)運動簡圖進行拆桿組，并確定機構(gòu)的級別。 5.掌握平面機構(gòu)中高副低代的方法，要求替代前后機構(gòu)的自由度和機構(gòu)的瞬時運動不變。 難點 掌握機構(gòu)自由度的正確計算方法是本章的難點。計算時必須考慮幾種特殊情況，如復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束等情況。尤其注意到各種虛約束出現(xiàn)的場合是有條件的。,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,例題計算圖示包裝機送紙機構(gòu)的自由度。,分析：,活動構(gòu)件數(shù)n：9,,復(fù)合鉸鏈:,局部自由度H、C處 2個,虛約束: 構(gòu)件9，F(xiàn)、I處 1個,去掉局部自由度和虛約束后：,n =6，PL =7，PH =3,F = 3n 2PL PH = 36 27 3 = 1,2.3 典型例題精解,
機構(gòu)的組成原理和機構(gòu)類型綜合
