2-机构的组成与结构.ppt

1、第17章 机构的组成和结构,17.1 机构的组成17.2 机构运动简图17.3 机构具有确定运动的条件17.4 确定平面机构自由度时的注意事项,零件：单独加工的制造单元体,17.1 机构的组成,17.1.1 构件,具体与抽象,17.1.2 运动副,运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接,两个相邻构件直接接触两者之间允许一定的相对运动每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接,自由构件(空间)：F=6自由构件(平面)：F=3,约束：运动副对构件独立运动所加的限制,运动副的分类方法：,n=1,2 5（二级副）,按接触部分的几何形状分类：按接触形式分类：按引入的约束数目分类：按相对运动形式分类：

2、,平面运动副,低副,转动副,V 级副,R,转动副,Revolute pair,P,按接触部分的几何形状分类：按接触形式分类：按引入的约束数目分类：按相对运动形式分类：,平面运动副,低副,移动副,V 级副,移动副,Prismatic pair,按接触形式分类：按引入的约束数目分类：按相对运动形式分类：按接触部分的几何形状分类：,平面运动副,高副,平面高副,IV 级副,凸轮副,齿轮副,17.1.3 运动链,开式运动链（开链）运动链的各构件未构成首末封闭系统,闭式运动链（闭链）运动链的各构件构成首末封闭的系统,17.1.4 机构,机构是具有确定运动的运动链。,机架,原动件,从动件,在运动链中，将某一

3、个构件加以固定，而让另一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各构件都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。,运动链,具有确定的相对运动,机构,桁架,运动链,相对运动不确定,无相对运动,分析现有机构,新机械的运动方案设计,怎么表达？,怎么表达？,17.2 机构运动简图,用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。,用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论,重点在于机构的运动分析构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响 机构的运动特性运动副类型表明了构件之间

4、的联接关系和传动方式构件的运动尺寸是运动分析的基础不严格按比例可绘制机构示意图,17.2.1 构件与运动副的表达方法,常见运动副符号的表示:国标GB446084,机架,机架和活动构件通过转动副联接(内副),机架和活动构件通过移动副联接,两个活动构件联接,双副构件(一个构件和两个外副),注：点划线表示与其联接的其他构件,双副构件(一个构件和两个外副),偏心轮,三副构件(一个构件和三个外副),三副构件(一个构件和三个外副),原动机,17.2.2 运动简图的绘制,1.分析整个机构的工作原理,沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动 关系，确定运动副的类型和数目,选择适当的视图平面选定绘图比例尺。,1

5、.该机构有哪些构件所组成？2.各活动构件作何种形式的运动？3.有几个何种类型的运动副？4.偏心轮同连杆组成何种运动副？,该机构是由偏心轮1、齿轮1、杆件2、3、4、滚子5、槽凸轮6、齿轮 6、滑块7、压杆8和机座9所组成。,小型压力机,2.沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动关系，确定运动副的类型和数目。,转动副,移动副,平面高副,3.选择适当的视图平面,选择原则1 清楚表达机构的主体部分；2 尽可能反映机构的全面运动；3 可以选择其他视图平面作为补充。,4.绘图,选择机架,提取构件的运动尺寸,确定比例尺,选择机构运动中的一个状态,确定各运动副位置，绘图,编号：A、B、C 表示运动副 1、

6、2、3 表示构件 O1、O2表示固定转轴 同一构件用1、1表示,原动件的运动方向,17.3 运动链成为机构的条件,给定S3S3(t)，一个独立参数11（t）唯一确定，该机构仅需要一个独立参数。,若仅给定11（t）,则2 3 4 均不能唯一确定。若同时给定1和4，则3 2 能唯一确定，该机构需要两个独立参数。,运动链的自由度F=所有活动构件的自由度数-所有运动副的约束数,一般平面运动链的自由度 F=3n 2p2 p1,K级运动副,n 为活动构件数目，pk 表示 k 级副的数目,自动驾驶仪操作装置,17.3.1 运动链的自由度计算,自动驾驶仪自由度计算,构件数目：活动构件数目：n=3,运动副：,机

7、架1和活塞2：圆柱副（4级副）,活塞2和连杆3：转动副（5级副）,连杆3和摇杆4：球面副（3级副）,摇杆4和机架1：转动副（5级副）,P3=1 P4=1 P5=2,F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2 P1=63524131=1,P3=1 P4=1 P5=2,n=3,公共约束作用下的运动链自由度计算,平面运动链自由度,平面运动链的自由度 F=3n-2P2 P1,计算平面运动链自由度的一般公式 表示为：F=3n-2PL-1PH 式中：n 活动构件数，PL 低副的个数，PH 高副的个数（每个高副带 来1个约束）。,例：计算平面运动链自由度,1,2,3,4,5,PH=1 PL=5,n=4,F=3

8、4 25 1=1,17.3.2 运动链成为机构的条件,运动链的自由度 F=?运动链的运动情况如何?,F=34-25=21 个原动件,F 0，但原动件数目小于自由度数目，运动链运动不确定，不能成为机构。,F=33-24=12 个原动件,F 0，但原动件数目大于自由度数目，运动链被破坏，不能成为机构。,运动链成为机构的条件：,运动链中取一个构件相对固定作为机架，运动链 相对于机架的自由度必须大于零，且原动件数目 等于运动链自由度数。满足此条件的运动链即成为机构，机构自由度的 计算可采用运动链自由度的计算公式。,“机构”的定义：在运动链中，将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按给定运动规律相对

9、固定构件运动时，如果运动链中其余各构件都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。,搞清楚同一构件的概念：桁架为一个构件；固联一起同轴转动；只有一个机架；弹簧不是构件也不是运动副；满足此条件的运动链即成为机构，机构自由度的 计算可采用运动链自由度的计算公式。,17.3.3 计算机构自由度时应注意的问题,问题1：复合铰链两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。,解决方案k 个构件在同一处构成复合铰链，实际上构成了(k-1)个转动副。,F=35-27=1,解决方案计算机构自由度时，假想滚子和安装滚子的构件固接为一个整体，成为一个构件或在计算结果中去除局部自由度,问题2：局部自由度 某些构件具

10、有的只影响自身局部运动而不影响其它构件运动的自由度，经常发生在将滑动摩擦变为滚动摩擦的场合。,修正机构自由度计算公式为：F=3n-2PL-PH-k（k为局部自由度数）。,问题3：虚约束 在特定的几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用是一致的。这种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。,场合一：两个构件之间形成多个运动副,F=31-22=-1,解决方案计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用，认为两个构件之间只形成一个运动副,等宽凸轮机构,等径凸轮机构,两个构件之间形成多个与导路重合或平行的移动副,场合二：两构件上某两点之间的距离在运动中保持不变,如图为一平行四边

11、形机构,当机构在原动件1的带动下运动时，试计算该机构的自由度F=？,由于n=4,PL=6,PH=0,所以F=34-26-10=0。,？,当机构在原动件1的带动下运动时，构件1上E点和构件3上F点之间的距离不变。,由此原机构存在虚约束去除虚约束后该机构的自由度计算方法为：n=3,PL=4,F=33-24=1,场合三：联接构件和被联接构件上联接点的轨迹重合,图示为一椭圆仪机构,去除虚约束后该机构的自由度计算方法为：n=3,PL=4,F=33-24=1,场合四：机构中存在不起作用的对称部分,图示为某压榨机的主体机构。,去除虚约束后该机构的自由度计算方法为：n=7,PL=10,F=37-210=1,虚

12、约束的引入，一般是为了改善机构受力，增大传递功率 或者其它特殊需求；计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用；虚约束的成立，要满足一定的几何条件或者结构条件，如果 这些条件被破坏，将转化了实约束，影响机构运动；,虚约束问题小结：,机械设计中如果需要采用虚约束，必须保证设计、加工、装 配精度，以确保满足虚约束存在的条件。,例：计算图示机构系统的自由度，并判断其运动是否确定。,局部自由度？复合铰链？虚约束？,可解得：n=8,PL=11,PH=1,F=3n-2PL-PH=38-211-11=1。,构件+运动副 运动链 机构,1.4 机构的组成原理和结构分析,图示的从动件系统的自由度F=?,平面低副运动链

13、自由度 F=3n-2P2,基本杆组 F=0,n=2 P2=3 级杆组（双杆组）,n=4 P2=6 级杆组,n=2 P2=3 级杆组（双杆组）,n=4 P2=6 级杆组,1.4.1 机构的组成原理,机架和原动件,从动件为两个级杆组,从动件为级杆组,机构的组成：,在机架和原动件上每增加一个基本杆组，并不改变原来的 自由度，每次增加都可以获得一个新机构；,设计新机构时，在满足相同工作要求的前提下，机构的结 构越简单越好，杆组级别越低越好，运动副数目越少越好。,1.4.2 机构的结构分析,机构的结构分析是指把机构分解为基本杆组、原动件和机架，是机构组成的反过程，又称为拆杆组。,机构的结构分析原则：,首先，从远离原动件的部分开始拆分；试拆时，先试拆低级别杆组；每拆完一个杆组，剩余的部分仍然是一个完整机构。,机构的命名：以机构中所包含的基本杆组的最高级别,原动件不同，机构的级别也有可能不同,1,2,3,4,5,6,7,8,例：机构的结构分析,本章重点小结,三、机构运动简图的绘制,