平面机构的组成分析PPT讲稿.ppt

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1、平面机构的组成分析军械学院专用 第1页，共36页，编辑于2022年，星期六1 机构及其组成机构及其组成一、构件的自由度一、构件的自由度 构构件件可可能能出出现现的的独独立立的的运运动动称称为为构构件件的的自由度。自由度。一一个个作作平平面面运运动动的的独独立立构构件件有有三三个个自自由由度度；一个作空间运动的独立构件有六个自由度。一个作空间运动的独立构件有六个自由度。yx(x,y)军械学院专用 第2页，共36页，编辑于2022年，星期六二、运动副及其分类二、运动副及其分类a)两个构件、两个构件、b)直接接触、直接接触、c)有相对运动有相对运动例如：例如：滚子凸轮滚子凸轮、齿轮齿廓齿轮齿廓、活塞

2、与缸套活塞与缸套等。等。1、定义：、定义：运动副两个构件直接接触组成的可动联接运动副两个构件直接接触组成的可动联接三个条件，缺一不可三个条件，缺一不可军械学院专用 第3页，共36页，编辑于2022年，星期六2、运动副的分类：、运动副的分类：低副面接触，应力低低副面接触，应力低例如：例如：滚动滚动副副、凸轮副凸轮副、齿轮副齿轮副等。等。例如：例如：转动副转动副（回转副）、（回转副）、移动副移动副。高副点、线接触，应力高。高副点、线接触，应力高。军械学院专用 第4页，共36页，编辑于2022年，星期六运动链两个以上的构件通过运动副的运动链两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。联接而构成的系统

3、。三、三、运动链运动链 闭链闭链、开链开链军械学院专用 第5页，共36页，编辑于2022年，星期六 在运动链中，如果以某一个构件作为参考坐标系，当其在运动链中，如果以某一个构件作为参考坐标系，当其中另一个（或少数几个）构件相对于该坐标系按给定的运中另一个（或少数几个）构件相对于该坐标系按给定的运动规律运动时，其余所有的构件都能得到确定的运动，那动规律运动时，其余所有的构件都能得到确定的运动，那么，该运动链便成为机构。么，该运动链便成为机构。四、四、机构机构从机构组成的角度得到机构的定义。从机构组成的角度得到机构的定义。定义：定义：具有确定运动的运动链称为机构具有确定运动的运动链称为机构。军械学

4、院专用 第6页，共36页，编辑于2022年，星期六若干若干1个或几个个或几个1个个机架机架作为参考系的构件作为参考系的构件，如机床床身、车辆底盘、如机床床身、车辆底盘、飞机机身。飞机机身。机构的组成：机构的组成：机构机构机架原动件从动件机架原动件从动件原（主）动件原（主）动件按给定运动规律运动的构件按给定运动规律运动的构件。机构中的构件分为三种：机构中的构件分为三种：从动件从动件其余可动构件。其余可动构件。军械学院专用 第7页，共36页，编辑于2022年，星期六构件构件运动副运动副运动链运动链机构机构直接接触系统化确定运动小结：军械学院专用 第8页，共36页，编辑于2022年，星期六2 平面机

5、构运动简图平面机构运动简图作用：作用：1.表示机构的结构和运动情况。表示机构的结构和运动情况。2.作为运动分析和动力分析的依据。作为运动分析和动力分析的依据。用简单的线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置，以说明机构各构件间的相对运动关系的简化图形-机构运动简图。3.便于机构的综合。便于机构的综合。军械学院专用 第9页，共36页，编辑于2022年，星期六机构运动简图机构运动简图应满足的应满足的条件条件：2.运动副的性质、数目与实际相符运动副的性质、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运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。成比例。1.构件

6、数目与实际相同构件数目与实际相同军械学院专用 第10页，共36页，编辑于2022年，星期六二、机构运动简图绘制方法二、机构运动简图绘制方法步骤：步骤：1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；4.检验机构是否满足运动确定的条件。检验机构是否满足运动确定的条件。2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（多为运动平面），测量各运动副之间的尺寸，选投影面（多为运动平面），绘制示意图。绘制示意图。3.按比例绘制运动简图。按比例绘制运动简图。简图比例尺：简图比例尺：l=实际尺寸实际尺寸 m/m/图上长度图上长度mmmm思路：思路：先定原动部分和工作部分（

7、一般位于传动线路末端），弄清先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。举例：举例：绘制绘制破碎机破碎机和和偏心泵偏心泵的机构运动简图。的机构运动简图。军械学院专用 第11页，共36页，编辑于2022年，星期六绘制绘制曲柄摇杆泵曲柄摇杆泵的运动简图。的运动简图。军械学院专用 第12页，共36页，编辑于2022年，星期六绘制平面机构运动简图应注意的问题：绘制平面机构运动简图应注意的问题：1、主动件取一般位置、主动件取一般位置2、机架上有阴影线、机架上有阴影线3、主动件上

8、有箭头、主动件上有箭头军械学院专用 第13页，共36页，编辑于2022年，星期六定义：定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的保证机构具有确定运动时所必须给定的 独立运动参数称为机构的自由度独立运动参数称为机构的自由度。3 平面机构的自由度平面机构的自由度军械学院专用 第14页，共36页，编辑于2022年，星期六一、一、平面机构自由度的计算公式平面机构自由度的计算公式yx(x,y)平面上单个自由构件的自由度为平面上单个自由构件的自由度为 3 3军械学院专用 第15页，共36页，编辑于2022年，星期六yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2得：得：构件自由度构件自由

9、度3约束数约束数经运动副相联后，构件自由度会有变化：经运动副相联后，构件自由度会有变化：自由构件的自由度数约束数自由构件的自由度数约束数军械学院专用 第16页，共36页，编辑于2022年，星期六活动构件数活动构件数 n 计算公式：计算公式：F=3n(2PL+Ph)构件总自由度构件总自由度 低副约束数低副约束数 高副约束数高副约束数 3n 2 PL1 Ph计算曲柄滑块机构的自由度。计算曲柄滑块机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n=3低副数低副数PL=4F=3n 2PL PH =33 24 =1 高副数高副数PH=0S3123推广到一般：推广到一般：军械学院专用 第17页，共36页，编辑于

10、2022年，星期六计算铰链五杆机构的自由度计算铰链五杆机构的自由度解：活动构件数解：活动构件数n=4低副数低副数PL=5F=3n 2PL PH =34 25 =2 高副数高副数PH=012341 1军械学院专用 第18页，共36页，编辑于2022年，星期六计算图示凸轮机构的自由度。计算图示凸轮机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n=2低副数低副数PL=2F=3n 2PL PH =32 221 =1高副数高副数PH=1123军械学院专用 第19页，共36页，编辑于2022年，星期六二、二、平面机构具有确定运动的条件平面机构具有确定运动的条件 机机构构的的自自由由度度数数即即是是机机构构所所

11、具具有有的的独独立立运运动动的的数数目目。通通常常机机构构中中的的每每个个原原动动件件具具有有一一个个独独立立运运动动（如如电电动动机机转转子子具具有有一一个个独独立立转转动动，内内燃燃机机的的活活塞塞具具有有一一个个独独立立的的直直线线移移动动），因因此，机构的自由度也是机构应当具有的原动件的数目。此，机构的自由度也是机构应当具有的原动件的数目。机构自由度、原动件数与机构确定运动之间的关系机构自由度、原动件数与机构确定运动之间的关系如何呢？如何呢？机构的自由度机构的自由度:军械学院专用 第20页，共36页，编辑于2022年，星期六分析分析1：四杆四杆铰链铰链机构机构计算计算四四杆铰链机构的自

12、由度杆铰链机构的自由度n=3PL=4、PH=0F=3n 2PL PH =33 24 =112341 112341 12 2当原动件当原动件=1时：时：机构所具有确定运动。机构所具有确定运动。当原动件当原动件=2=2时（时（原动件原动件数数F)F)：机构干涉机构干涉-卡死卡死ABCDABCD军械学院专用 第21页，共36页，编辑于2022年，星期六12345五杆铰链机构五杆铰链机构F=3n 2PL PH =34 25 =2 分析分析2：当原动件当原动件=2(原动件原动件=F)时：时：机构所具有确定运动。机构所具有确定运动。当原动件当原动件=1(=1(原动件原动件F)F：机构干涉机构干涉-卡死卡死

13、原动件数原动件数F：机构能动机构能动-乱动乱动原动件数原动件数=F:机构具有确定的相对运动机构具有确定的相对运动机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件是：是：（1 1）机构的自由度）机构的自由度F F必须大于零；必须大于零；（2 2）原动件数与机构的自由度必须相等。）原动件数与机构的自由度必须相等。军械学院专用 第24页，共36页，编辑于2022年，星期六三、三、计算平面机构自由度的注意事项计算平面机构自由度的注意事项12345678ABCDEF计算图示圆盘锯机构的自由度。计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n=7低副数低副数PL=6F=3n 2PL PH 高副数高副

14、数PH=0=37 26 0=9军械学院专用 第25页，共36页，编辑于2022年，星期六1.复复合合铰铰链链 两两个个以以上上的的构构件件在在同同一一处处以以转转动动副副相联。相联。计算：计算：m个构件个构件,有有m1转动副。转动副。两个低副两个低副军械学院专用 第26页，共36页，编辑于2022年，星期六上例：在上例：在B、C、D、E四处应各有四处应各有 2 个运动副。个运动副。重新计算图示圆盘锯机构的自由度：重新计算图示圆盘锯机构的自由度：解：活动构件数解：活动构件数n=7低副数低副数PL=10F=3n 2PL PH =37 2100 =112345678ABCDEF圆盘锯机构圆盘锯机构军

15、械学院专用 第27页，共36页，编辑于2022年，星期六计算图示两种凸轮机构的自由度。计算图示两种凸轮机构的自由度。解：解：n=3，PL=3，F=3n 2PL PH =33 23 1 =2PH=1对于右边的机构，有：对于右边的机构，有：F=32 22 1=1事实上，两个机构的运动相同，且事实上，两个机构的运动相同，且F=1123123军械学院专用 第28页，共36页，编辑于2022年，星期六2.局部自由度局部自由度F=3n 2PL PH FP =33 23 1 1 =1本例中局部自由度本例中局部自由度 FP=1或计算时或计算时把把滚子和铰链滚子和铰链焊住焊住：F=32 22 1 =1定义：定义

16、：构件局部运动所产生的自由度。构件局部运动所产生的自由度。出出现现在在加加装装滚滚子子的的场场合合，计计算时应去掉算时应去掉Fp。123123军械学院专用 第29页，共36页，编辑于2022年，星期六解：解：n=4，PL=6，F=3n 2PL PH =34 26 =0PH=03.虚约束虚约束 对机构的运动实际不起作用的约束。对机构的运动实际不起作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。计算自由度时应去掉虚约束。此例中，构件此例中，构件1、4、3之一为虚约束。之一为虚约束。例例：已已知知：ABCDEF，计计算算图图示示平平行行四四边边形形机机构构的自由度。的自由度。1234ABCDEF军械学院专用

17、第30页，共36页，编辑于2022年，星期六重新计算：重新计算：n=3,PL=4,PH=0F=3n 2PL PH =33 24 =1特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：1234ABCDEF4FABCDEF军械学院专用 第31页，共36页，编辑于2022年，星期六出现虚约束的场合：出现虚约束的场合：1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合两构件联接前后，联接点的轨迹重合2.两两构构件件构构成成多多个个移移动动副副，且且导导路平行。路平行。如如平行四边形机构平行四边形机构，火车轮火车轮等等军械学院专用 第32页，共36页，编辑于2022年，星期六4.运运动动时时

18、，两两构构件件上上的的两两点距离始终不变。点距离始终不变。3.两两构构件件构构成成多多个个转转动动副副，且且同轴。同轴。5.对对运运动动不不起起作作用用的的对对称称部分。如多个行星轮。部分。如多个行星轮。EF军械学院专用 第33页，共36页，编辑于2022年，星期六虚约束的作用：虚约束的作用：改善构件的受力情况，如多个行星轮。改善构件的受力情况，如多个行星轮。增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。军械学院专用 第34页，共36页，编辑于2022年，星期六CDABGFoEE计算图示大筛机构的自由度。计算图示大筛机构的自由度。位置位置C，2个个低副低副复合铰链复合铰链:局部自由度局部自由度1个个虚约束虚约束En=7PL=9PH=1F=3n 2PL PH =37 29 1 =2CDABGFoE军械学院专用 第35页，共36页，编辑于2022年，星期六本章要求掌握：本章要求掌握：机构运动简图的测绘方法。机构运动简图的测绘方法。自由度的计算。自由度的计算。机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件军械学院专用 第36页，共36页，编辑于2022年，星期六