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1、第2章 平面机构的结构分析ppt课件（完整版）2.1 机器的组成及特征2.2 机构的组成2.3 平面机构的运动简图2.4 平面机构的自由度第第2章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析导 言早年的杠杆、滑轮，近代的汽车、轮船，到现代的机器人、 航天器，机械不断更新换代，发展日新月异，在生产力发展中 一直扮演着重要角色。 不论传统产业还是新兴产业，其进步与发展都离不开机械技 术的支持。机械是国民经济发展的基础技术，是衡量国家经 济实力和科技水平的重要标志。 机械设计是一种创造性思维活动。按照设计目标，进行分析、 计算、决策，并通过文字、数据、图形等信息形成机械产品的 设计方案。 素质教育是现代
2、教育的目标，创新能力是素质教育的核心。机械科学博大精深，应扎实掌握基本原理、技能和方法，要努力培养机械设计创新能力。 2.1 机器的组成及特征两个机器实例：1.内燃机功用：内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的机器 组成：见右图气缸体气缸体1活塞活塞2进气阀进气阀3排气阀排气阀4连杆连杆5曲轴曲轴6凸轮凸轮7顶杆顶杆8齿轮齿轮92.1机器的组成及特征 活塞下行，进气阀打开，燃气被吸入汽缸活塞上行，进气阀关闭，压缩燃气点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞下行，经连杆带动曲轴输出转动 活塞上行，排气阀打开，排出废气工作过程：点击图片看动画2.1机器的组成及特征2.颚式破碎机功用：压碎物料组成：见右图大带
3、轮大带轮4电动机电动机1V带带3小带轮小带轮2轴板轴板7定颚板定颚板8动颚板动颚板6偏心轴偏心轴52.1机器的组成及特征电动机带传动偏心轴转动 动颚板摆动，与定颚板一起压碎物料工作过程：点击图片看动画2.1机器的组成及特征 机器：既能实现确定的机械运动，又能做有用的机械功，或者能传递或转换能量、物料、信息等。如 半自动钻床实现确定的机械运动，又作有用的机械功 内燃机转换能量 机械手传递物料 照相机传递信息 机构：仅能传递或转换运动。如 齿轮机构传递运动 凸轮机构转换运动 机械：是机器和机构的总称。 2.1机器的组成及特征 构件：组成机械的各个相对运动的实物。 零件：机械中不可拆的制造单元体。
4、单一零件曲轴多个零件的刚性组合连杆构件是机械中运动的单元体，零件是机械中制造的单元体。2.1机器的组成及特征通用零件：专用零件： 例如：齿轮、链传动、带传动、蜗杆传动、螺旋传动；轴、联 轴器、离合器、滚动轴承、滑动轴承、螺栓、键、花键、销；铆、焊、胶结构件；弹簧、机架、箱体等。 例如：叶片、犁铧、枪栓等。零件可分为两类：部件：若干个零件的装配体机械手齿轮机构2.2 机构的组成构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称为运动副。运动副元素：两构件上直接参加接触构成运动副的部分。2.2.1 运动副运动副：2.2 机构的组成2.2.2 构件的自由
5、度和运动副约束自由度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自由度按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。 1.低副 两构件以面接触而形成的运动副。 (1) 转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。 a)固定铰链2.2 机构的组成一、平面运动副b)活动铰链转动副2.2 机构的组成(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。移动副2.2 机构的组成2.高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。凸轮副2.2 机构的组成齿轮副2.2 机构的组成二、空间运动副若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。螺旋副球面副2.2 机构的组成2.3 平面机构的运动简图 2.3.1 运动副及构件
6、的表示方法1.构件构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。2.3 平面机构的运动简图 2.转动副构件组成转动副时，如下图表示。图垂直于回转轴线时用图a表示；图面不垂直于回转轴线时用图b表示。表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。2.3 平面机构的运动简图 3. 移动副两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。2.3 平面机构的运动简图 4. 平面高副 两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。2.3 平面机构的运动简图
7、 例2.1 试绘制颚式破碎机的机构运动简图2.3 平面机构的运动简图 解：1）分析运动，确定构件的类型和数量 2）确定运动副的类型和数目 3）选择视图平面 4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置 5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件2.3 平面机构的运动简图 13452FO6CBDEA2.4 平面机构的自由度1.实例分析 不能产生运动 11给定构件1运动参数 = ( t ) 构件2、3的运动是确定的 2.4.1 机构具有确定运动的条件给定构件1运动参数 = ( t )，构件2、3、4的运动是不确定的 11再给定构件4运动参数 = ( t )，构件2、3的运动是确定的4
8、42.4 平面机构的自由度2.结论 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称机构的自由度。 平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目。 原动件数自由度数，机构无确定运动 原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏 2.4 平面机构的自由度2.4.2 平面机构自由度的计算 1.构件自由度 一个构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。 当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。2.4 平面机构的自由度yx(x , y)2.计算公式n：机构中活动构件数； PL ：机构中低副数； PH ：机构中高
9、副数； F ：机构的自由度数；F = 3n - 2PL - PH 3.计算实例 n = 3, PL= 4, PH = 0 F = 3n - 2PL - PH =33 - 2PL - PH =33 - 24 - 0设则= 1 2.4 平面机构的自由度v计算实例 n =5, PL = 7, PH = 0 F = 3n 2PL PH = 35 27 0= 1解：2.4 平面机构的自由度3.3.3 自由度计算时应注意的几种情况 1.复合铰链2.局部自由度 3.虚约束 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。 个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。 重复出现的，对机
10、构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。 2.4 平面机构的自由度三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有m 1个转动副。 2.4 平面机构的自由度C处为复合铰链计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。n = 5, PL = 7, PH = 0= 35 -27 0 = 1F = 3n - 2PL PH2.4 平面机构的自由度滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。 计入局部自由度时 n = 3, PL = 3, PH = 1 F =33 - 2- 1 = 2 与实际不符.2.4 平面机构的自由度 应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件
11、。处理方法处理方法 实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。N = 2, PL = 2, PH = 1, F = 32 - 22 1 = 1与实际相符2.4 平面机构的自由度n = 4, PL =6, PH = 0 构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。 与实际不符 F = 34 -26 0 = 02.4 平面机构的自由度n = 3, PL =4, PH =0F = 33 - 24 0 = 1处理方法与实际相符 应除去虚约束，即将产生虚约束的构件5及运动副除去不计。2.4 平面机构的自由度1.两构件未组成
12、运动副前，连接点处的轨迹已重合为一，组成的运动副存在虚约束。 计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。 虚约束常见情况及处理2.4 平面机构的自由度虚约束常见情况及处理 计算中只计入一个移动副。 2.两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。2.4 平面机构的自由度 3.两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为约束。 虚约束常见情况及处理 计算中只计入一个转动副。2.4 平面机构的自由度虚约束常见情况及处理计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。4.两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间用另一构件连接时，将产生虚约束。2.4 平面机构的自由度虚约束常见情况及处理计算中应将对称部分除去不计。 5.机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。2.4 平面机构的自由度虚约束对机构的影响机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。 虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如“平行”、“重合”、“距离不变”等。如果几何条件不满足，虚约束会转化为有效约束。机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。2.4 平面机构的自由度