機(jī)構(gòu)的組成原理和機(jī)構(gòu)類型綜合.ppt

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1、第二章 機(jī)構(gòu)的組成原理和機(jī)構(gòu)類型綜合,主講： 張青 副教授 上海交通大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 Sept. 2006,第二章機(jī)構(gòu)的組成原理和機(jī)構(gòu)類型綜合,內(nèi)容提要 基本要求 基本概念 重點(diǎn)與難點(diǎn) 本章教案 機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定條件 機(jī)構(gòu)的高副低代、結(jié)構(gòu)分析和組成原理 機(jī)構(gòu)類型綜合 例題剖析與習(xí)題 典型例題剖析 思考題 習(xí)題,目錄,內(nèi)容提要,掌握平面運(yùn)動(dòng)副的類型及其提供的約束條件 掌握運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件 掌握平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制方法和步驟 掌握平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算及其注意事項(xiàng),基本要求,,內(nèi)容提要,,基本概念,,內(nèi)容提要,,重點(diǎn)與難點(diǎn),,本章教案,構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副 運(yùn)

2、動(dòng)鏈和機(jī)構(gòu) 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,2-1 機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,,機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,一、構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副,機(jī)器:是由各種機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的系統(tǒng)。例如內(nèi)燃機(jī)就包含了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和控制進(jìn)、排氣的凸輪機(jī)構(gòu)。,機(jī)構(gòu)的組成:,構(gòu)件,運(yùn)動(dòng)副,運(yùn)動(dòng)鏈,機(jī)構(gòu),,,,構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副,構(gòu)件,運(yùn)動(dòng)副,運(yùn)動(dòng)鏈,機(jī)構(gòu),,,,構(gòu) 件：組成機(jī)構(gòu)的每一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元體稱為構(gòu)件，機(jī)器中的構(gòu)件可以是單一的零件，也可以由若干個(gè)零件剛性聯(lián)接而成。 構(gòu)件和零件是兩個(gè)不同的概念。構(gòu)件是運(yùn)動(dòng)單元，而零件是制造單元,1、構(gòu)件,構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副,構(gòu)件,運(yùn)動(dòng)副,運(yùn)動(dòng)鏈,機(jī)構(gòu),,,運(yùn)動(dòng)副：兩個(gè)構(gòu)件之間的可動(dòng)聯(lián)接。兩構(gòu)件直接接觸而又能產(chǎn)生一定型式的相對(duì)運(yùn)

3、動(dòng)的連接，稱為運(yùn)動(dòng)副。 運(yùn)動(dòng)副元素：兩個(gè)構(gòu)件參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面,作用,類型,,,,軸與軸承聯(lián)接（圓柱和圓柱孔面）,2、運(yùn)動(dòng)副,構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副,運(yùn)動(dòng)副,滑塊與導(dǎo)軌聯(lián)接（接觸平面）,兩齒輪輪齒嚙合（齒廓曲面）,構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副,3、運(yùn)動(dòng)副約束,在空間有兩個(gè)構(gòu)件1和2，構(gòu)件2固定于坐標(biāo)系Oxyz上，當(dāng)構(gòu)件1未與構(gòu)件2組成運(yùn)動(dòng)副之前，構(gòu)件相對(duì)構(gòu)件2可以沿x、y、z軸移動(dòng)和繞x、y、z軸轉(zhuǎn)動(dòng)。構(gòu)件的這種獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目稱為自由度。由此可見(jiàn)，作空間自由運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件具有六個(gè)自由度。,運(yùn)動(dòng)副約束：當(dāng)構(gòu)件1與構(gòu)件2組成運(yùn)動(dòng)副后，由于運(yùn)動(dòng)副元素的接觸，使某些原有的獨(dú)立的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到限制，對(duì)構(gòu)件一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的限制稱為一

4、個(gè)約束條件。 構(gòu)件受到約束后其自由度減少，每加上一個(gè)約束，便失去了一個(gè)自由度，自由度與約束數(shù)之總和應(yīng)等于6，由于運(yùn)動(dòng)副為兩構(gòu)件的活動(dòng)連接，因此對(duì)每個(gè)構(gòu)件的約束數(shù)最多為5，最少引入一個(gè)約束。,構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副,4、平面構(gòu)件的自由度,當(dāng)沒(méi)有約束時(shí)，構(gòu)件作平面運(yùn)動(dòng)具有三個(gè)自由度： 即可以沿x軸和y軸方向移動(dòng)，以及繞垂直于運(yùn)動(dòng)平面xOy的z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。,構(gòu)件的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目或者確定構(gòu)件位置的獨(dú)立參數(shù)的數(shù)目稱為自由度數(shù)。,構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副,5、運(yùn)動(dòng)副的分類,根據(jù)運(yùn)動(dòng)副提供約束數(shù)目 根據(jù)組成運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng) 按照運(yùn)動(dòng)副元素,構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副,根據(jù)運(yùn)動(dòng)副提供約束數(shù)目，對(duì)運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行分為五級(jí)： 提供一個(gè)約束條件的，

5、稱為I級(jí)運(yùn)動(dòng)副(簡(jiǎn)稱I級(jí)副)。提供兩個(gè)約束條件的稱為II級(jí)運(yùn)動(dòng)副(簡(jiǎn)稱II級(jí)副)；依次類推還有III、IV、V級(jí)副。 其中V級(jí)副為機(jī)械中最常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)副。 螺旋副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)雖然既有轉(zhuǎn)動(dòng)又有移動(dòng)，但兩者有一定關(guān)系（每轉(zhuǎn)一圈，移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程）而不是相互獨(dú)立的，其獨(dú)立的相對(duì)運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)，因此螺旋副也屬V級(jí)副。,根據(jù)運(yùn)動(dòng)副提供的約束數(shù)目分類,構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副,常用運(yùn)動(dòng)副及其代表符號(hào),,構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副,根據(jù)組成運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)： 平面運(yùn)動(dòng)副、空間運(yùn)動(dòng)副,,,球面副,轉(zhuǎn)動(dòng)副,球銷副,根據(jù)組成運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)分類,構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副,通常把面接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為低副，點(diǎn)接觸或線接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為高副。 在平面機(jī)

6、構(gòu)中，一個(gè)低副有兩個(gè)約束條件，一個(gè)高副有一個(gè)約束條件。,,低副,高副,按照運(yùn)動(dòng)副元素的不同分類,構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副,6、常見(jiàn)平面運(yùn)動(dòng)副及其自由度,,轉(zhuǎn)動(dòng)副(低副） (自由度為1） 可以繞鉸鏈軸轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)副,構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副,移動(dòng)副,移動(dòng)副(低副） (自由度為1） 可以沿導(dǎo)路移動(dòng),構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副,高副,齒輪副，凸輪(高副） （自由度為2） 可以沿切線移動(dòng) 可以繞接觸點(diǎn)或線轉(zhuǎn)動(dòng),,機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,二、運(yùn)動(dòng)鏈和機(jī)構(gòu),,構(gòu)件,運(yùn)動(dòng)副,運(yùn)動(dòng)鏈,機(jī)構(gòu),,,,運(yùn)動(dòng)鏈：兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副的聯(lián)接而構(gòu)成的相對(duì)可動(dòng)的系統(tǒng)。 閉鏈：運(yùn)動(dòng)鏈各構(gòu)件構(gòu)成首尾相接的系統(tǒng)。 開(kāi)鏈：運(yùn)動(dòng)鏈各構(gòu)件構(gòu)成首尾不相接的系統(tǒng)。,閉式運(yùn)動(dòng)鏈

7、,開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈,運(yùn)動(dòng)鏈和機(jī)構(gòu),組成機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件都在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)稱為平面機(jī)構(gòu)，否則稱為空間機(jī)構(gòu)。,構(gòu)件,運(yùn)動(dòng)副,運(yùn)動(dòng)鏈,機(jī)構(gòu),,,,,機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,三、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：撇開(kāi)構(gòu)件的復(fù)雜外形和運(yùn)動(dòng)副的具體構(gòu)造，用簡(jiǎn)單的線條和規(guī)定的符號(hào)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按比例定出各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置。這種能準(zhǔn)確表達(dá)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況的簡(jiǎn)化圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖與原機(jī)械的運(yùn)動(dòng)特性完全相同，因而可以用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖對(duì)機(jī)械進(jìn)行結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析。 作用： 對(duì)已有的機(jī)械的研究或設(shè)計(jì)新的機(jī)械 機(jī)構(gòu)示意圖：若圖形不按精確的比例繪制，僅僅為了表達(dá)機(jī)械的結(jié)構(gòu)特征，這種簡(jiǎn)圖稱為機(jī)構(gòu)示意圖。

8、 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)已有標(biāo)難，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)運(yùn)動(dòng)副、構(gòu)件及各種機(jī)構(gòu)的表示符作了規(guī)定。,,平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的表示方法,,平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的表示方法,,,,平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,繪制平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的主要步驟,,1) 首先要搞清楚所要繪制機(jī)械的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)情況。找出機(jī)架及原動(dòng)件，循著運(yùn)動(dòng)的傳遞路線搞清楚該機(jī)械原動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)如何經(jīng)過(guò)傳動(dòng)部分傳遞到工作部分。 2) 搞清楚該機(jī)械由多少個(gè)構(gòu)件組成，并根據(jù)相連接的兩構(gòu)件間的接觸情況及相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，確定各個(gè)運(yùn)動(dòng)副的類型。 3) 選擇與機(jī)械的多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面相平行的平面作為繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的投影面。 4) 選擇適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度比例尺，確定各運(yùn)

9、動(dòng)副之間的相對(duì)位置，以規(guī)定的符號(hào)將各運(yùn)動(dòng)副表示出來(lái)，用直線或曲線將同一構(gòu)件上各運(yùn)動(dòng)副元素連接起來(lái)即為所要畫(huà)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。,平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的實(shí)例分析,,如圖所示領(lǐng)式破碎機(jī)，它由六個(gè)構(gòu)件組成。根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作原理，構(gòu)件6是機(jī)架，原動(dòng)件為曲柄1，它分別與機(jī)架6和構(gòu)件2組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，其回轉(zhuǎn)中心分別為A點(diǎn)和B點(diǎn)。構(gòu)件2是一個(gè)三副構(gòu)件，它還分別與構(gòu)件3和5組成轉(zhuǎn)動(dòng)副。構(gòu)件5與機(jī)架6、構(gòu)件3與動(dòng)顎板4、動(dòng)顎板4與機(jī)架6也分別組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，它們的回轉(zhuǎn)中心分別為C、F、G、D和E點(diǎn)。在選定長(zhǎng)度比例尺和投影面后，定出各轉(zhuǎn)動(dòng)副的回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G的位置，并用轉(zhuǎn)動(dòng)副符號(hào)表示，用直線把各轉(zhuǎn)

10、動(dòng)副連接起來(lái)，在機(jī)架上加上短斜線，即得機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。,顎式破碎機(jī),平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的實(shí)例分析,,,,,偏心輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu),本章教案,2-2 機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算及其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定條件,平面機(jī)構(gòu)的自由度 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng),,機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算及其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定條件,一、平面機(jī)構(gòu)的自由度,機(jī)構(gòu)自由度：是指機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 由于平面機(jī)構(gòu)的應(yīng)用特別廣泛，下面僅討論平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算問(wèn)題。 機(jī)構(gòu)的自由度與組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件的數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的類型及數(shù)目有關(guān)。 設(shè)有某一平面機(jī)構(gòu)，共有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，用PL個(gè)低副和PH個(gè)高副把活動(dòng)構(gòu)件之間、活動(dòng)構(gòu)件

11、與機(jī)架之間聯(lián)接起來(lái)。如上所述，一個(gè)沒(méi)有受任何約束的構(gòu)件作平面運(yùn)動(dòng)時(shí)具有3個(gè)自由度，一個(gè)低副有兩個(gè)約束條件，一個(gè)高副有一個(gè)約束條件。因此，機(jī)構(gòu)的自由度可按下式計(jì)算,,機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算及其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定條件,二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu),一個(gè)原動(dòng)件,兩個(gè)原動(dòng)件,機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,,鉸鏈五桿機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,剛性桁架,超靜定桁架,機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,結(jié)論： 1）F0時(shí)，機(jī)構(gòu)蛻變?yōu)閯傂澡旒?，?gòu)件之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 2） F0時(shí)，原動(dòng)件數(shù)小于機(jī)構(gòu)的自由度，各構(gòu)件沒(méi)有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；原動(dòng)件數(shù)大于機(jī)構(gòu)的自由度，則在機(jī)構(gòu)的薄弱處遭到破壞。 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：

12、 機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件的數(shù)目=機(jī)構(gòu)的自由度的數(shù)目,,機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算及其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定條件,三、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng),復(fù)合鉸鏈 局部自由度 虛約束,在用自由度計(jì)算公式計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)按公式計(jì)算的結(jié)果與機(jī)構(gòu)實(shí)際自由度不相得合的情況。為使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際一致，在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)，應(yīng)注意下列幾個(gè)問(wèn)題。,計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng),,,計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng),計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng),計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng),3,計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng),3,計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng),3,計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng),3,計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事

13、項(xiàng),3,計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng),計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng),自由度計(jì)算舉例,,,本章教案,2-3 機(jī)構(gòu)的高副低代、結(jié)構(gòu)分析和組成原理,平面機(jī)構(gòu)中高副低代的方法 平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 平面機(jī)構(gòu)的組成原理,,機(jī)構(gòu)的高副低代、結(jié)構(gòu)分析和組成原理,一、平面機(jī)構(gòu)中高副低代的方法,為了使平面低副機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析方法能適用于所有平面機(jī)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(jī)構(gòu)中用低副代替高副的條件和方法(簡(jiǎn)稱高副低代)。 為了保證機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)保持不變，進(jìn)行高副低代必須滿足的條件是: 1) 代替機(jī)構(gòu)和原機(jī)構(gòu)的自由度必須完全相同。 2) 代替機(jī)構(gòu)和原機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)速度和瞬時(shí)

14、加速度必須完全相同。,平面機(jī)構(gòu)中高副低代的方法,,,如圖所示的高副機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件1和構(gòu)件2分別為繞A點(diǎn)和B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)園盤，它們的幾何中心分別為Ol和O2，這兩個(gè)園盤在C點(diǎn)接觸組成高副。由于高副兩元素均為圓弧，故Ol、O2即為構(gòu)件1和構(gòu)件2在接觸點(diǎn)C的曲率中心，兩圓連心線Ol、O2即為過(guò)C點(diǎn)的公法線。在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，園盤1的偏心距A Ol、兩圓盤半徑之和Ol O2及圓盤3的偏心距BO2均保持不變，因而這個(gè)高副機(jī)構(gòu)可以用右圖所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)AOlO2B來(lái)代替。代替后機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)并不發(fā)生任何改變，因此能滿足高副低代的第二個(gè)條件。由于高副具有一個(gè)約束，而構(gòu)件4及轉(zhuǎn)動(dòng)副O(jiān)l、O2 也具有一個(gè)約束，所以這種

15、代替不會(huì)改變機(jī)構(gòu)的自由度，即滿足高副低代的第一個(gè)條件。,平面機(jī)構(gòu)中高副低代的方法,任意曲線輪廓高副低代,上述的代替方法推廣應(yīng)用到各種平面高副上。 對(duì)于具有任意曲線輪廓的高副機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨著接觸點(diǎn)的改變，其接觸點(diǎn)的曲率半徑及曲率中心的位置也隨之改變，因而在不同的位置有不同的瞬時(shí)代替機(jī)構(gòu)。 高副低代的方法就是用一個(gè)帶有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的構(gòu)件來(lái)代替一個(gè)高副，這兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副分別處在高副兩元素接觸點(diǎn)的曲率中心。,平面機(jī)構(gòu)中高副低代的方法,尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)高副低代,若高副兩元素之一為一點(diǎn)，則因其曲率半徑為零，所以曲率中心與兩構(gòu)件的接觸點(diǎn)C重合，其瞬時(shí)代替機(jī)構(gòu)如右圖所示。,平面機(jī)構(gòu)中高副低代的方法,

16、擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu),若高副兩元索之一為一直線，則因直線的曲率中心在無(wú)窮遠(yuǎn)處，所以這一端的轉(zhuǎn)動(dòng)副將轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副。其瞬時(shí)代替機(jī)構(gòu)如右圖所示。,平面機(jī)構(gòu)中高副低代的方法,由上述可知，平面機(jī)構(gòu)中的高副均可以用低副來(lái)代替，所以任何平面機(jī)構(gòu)都可以化為只含低副的機(jī)構(gòu)，對(duì)平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分類時(shí)，只需研究平面低副機(jī)構(gòu)就可以了。,,機(jī)構(gòu)的高副低代、結(jié)構(gòu)分析和組成原理,二、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,基本桿組：機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)必須等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)，而每一個(gè)原動(dòng)件用低副與機(jī)架相聯(lián)后自由度為1，因此如將機(jī)構(gòu)的機(jī)架及和機(jī)架相聯(lián)的原動(dòng)件與其余構(gòu)件拆開(kāi)后，則由其余構(gòu)件組成的構(gòu)件組必然是一個(gè)自由度為零的構(gòu)件組。該構(gòu)件組有時(shí)還可以再

17、拆成更簡(jiǎn)單的自由度為零的構(gòu)件組。把最后不能再拆的最簡(jiǎn)單的自由度為零的構(gòu)件組稱為基本桿組。 全含低副的基本桿組的組成： 設(shè)基本桿組由n個(gè)構(gòu)件和PL個(gè)低副組成，按自由度公式得 由于構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)必須是整數(shù)，所以滿足上式的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)的組合為： n2， PL 3； n4， PL 6； n應(yīng)為2的倍數(shù)，而PL為3的倍數(shù)。,平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,二級(jí)桿組,最簡(jiǎn)單的組合為，PL=3, 由二個(gè)構(gòu)件和3個(gè)低副構(gòu)成的基本組稱為II級(jí)組。 考慮到低副中有轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，II級(jí)組有五種不同的類型,平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,三級(jí)桿組,大多數(shù)的機(jī)構(gòu)都是由II級(jí)組構(gòu)成、但在少數(shù)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的機(jī)構(gòu)中，除II級(jí)組外，可能

18、還有其他較高級(jí)的桿組。 三級(jí)桿組：4，PL=6, 而且必須有一個(gè)構(gòu)件有三個(gè)低副，構(gòu)成的基本組稱為III級(jí)組。,III級(jí)組的幾種組合形式,平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,四級(jí)桿組,四級(jí)桿組：最高封閉形為四邊形，構(gòu)成的基本組稱為IV級(jí)組。 高于III級(jí)組的基本桿組在實(shí)際機(jī)構(gòu)應(yīng)用很少。,IV級(jí)組,平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的步驟,目的：機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的目的是通過(guò)分析機(jī)構(gòu)的組成來(lái)確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別，我們把由最高級(jí)別為II級(jí)組構(gòu)成的機(jī)構(gòu)稱為II級(jí)機(jī)構(gòu)；把最高級(jí)別為III級(jí)組構(gòu)成的機(jī)構(gòu)稱為III級(jí)機(jī)構(gòu)；而把只由機(jī)架和原動(dòng)件而構(gòu)成的機(jī)構(gòu)稱為I級(jí)機(jī)構(gòu)。由此可見(jiàn)，平面機(jī)構(gòu)的級(jí)別取決于該機(jī)構(gòu)能夠分解出的基本桿組的最高級(jí)別。

19、 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的步驟是： 1) 計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，確定原動(dòng)件。 2) 從遠(yuǎn)離原動(dòng)件的地方開(kāi)始拆桿組。先試拆II級(jí)組，當(dāng)不可能時(shí)再試拆III級(jí)組。但應(yīng)注意，每拆出一個(gè)桿組后，剩下的部分仍組成機(jī)構(gòu)，且自由度與原機(jī)構(gòu)相同，直至全部桿組拆出只剩下I級(jí)機(jī)構(gòu)。 3) 確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別。,平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析實(shí)例,解 1)先除去機(jī)構(gòu)中的局部自由度和虛約束，再計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度,2）進(jìn)行高副低代，畫(huà)出其瞬時(shí)代替機(jī)構(gòu) 3)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析?？梢来尾鸪鰳?gòu)件4與3和構(gòu)件2與6兩個(gè)II級(jí)組，最后剩原動(dòng)件1和機(jī)架5。 4)確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別。由于拆出的最高級(jí)別的桿組是II級(jí)組，故此機(jī)構(gòu)為II級(jí)機(jī)構(gòu)。,平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

20、分析,解 1)先除去機(jī)構(gòu)中的局部自由度和虛約束，再計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度,2）進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。 3)確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別。由于該機(jī)構(gòu)是由一個(gè)II級(jí)組、一個(gè)III級(jí)組與機(jī)架6所組成，最高級(jí)別的桿組是III級(jí)組，故此機(jī)構(gòu)為III級(jí)機(jī)構(gòu)。,機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析實(shí)例,平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,若將前例題所示的機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件由構(gòu)件1改為構(gòu)件8可拆出進(jìn)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析。得下圖所示的基本桿組及原動(dòng)件與機(jī)架。,由于該機(jī)構(gòu)是由三個(gè)II級(jí)組和原動(dòng)件8與機(jī)架6所組成，基本桿組的最高級(jí)別為II級(jí)組，所以該機(jī)構(gòu)為II級(jí)機(jī)構(gòu)。 在同一機(jī)構(gòu)中可以包含不同級(jí)別的基本桿組，并且同一機(jī)構(gòu)因所取的原動(dòng)件不同，有可能成為不同級(jí)別的機(jī)構(gòu)。在機(jī)構(gòu)中確定原動(dòng)件后，該機(jī)

21、構(gòu)的級(jí)別即為一定。,機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析實(shí)例,,機(jī)構(gòu)的高副低代、結(jié)構(gòu)分析和組成原理,三、平面機(jī)構(gòu)的組成原理,平面機(jī)構(gòu)的組成原理：任何機(jī)構(gòu)都可以看作是由若干個(gè)基本桿組依次聯(lián)接到原動(dòng)件和機(jī)架上所組成。 在設(shè)計(jì)一個(gè)新機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖時(shí)，可先選定機(jī)架，并將等于該機(jī)構(gòu)自由度數(shù)的若干個(gè)原動(dòng)件用低副聯(lián)接于機(jī)架上，然后再將各個(gè)基本桿組依次聯(lián)接于機(jī)架和原動(dòng)件上，即可完成該簡(jiǎn)圖的設(shè)計(jì)。,,,本章教案,2-3 機(jī)構(gòu)類型綜合,運(yùn)動(dòng)鏈的基本型式 單閉環(huán)機(jī)構(gòu)的類型綜合,平面機(jī)構(gòu)的型綜合是研究一定數(shù)量的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副可以組成多少種機(jī)構(gòu)型式的綜合過(guò)程。 通過(guò)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的型式綜合，可提供用相同數(shù)目的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)組合而成的各種機(jī)構(gòu)型

22、式，為設(shè)計(jì)新機(jī)器提供了擇優(yōu)選擇的條件。,,機(jī)構(gòu)類型綜合,一、運(yùn)動(dòng)鏈的基本形式,若將某一構(gòu)件固定，可得如圖b所示一單自由度鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)?？梢?jiàn)，綜合一單自由度機(jī)構(gòu)與綜合一個(gè)四自由度的運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)且恢碌摹?現(xiàn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副（不包含復(fù)合鉸鏈）組成的運(yùn)動(dòng)鏈為研究對(duì)象。,運(yùn)動(dòng)鏈與鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),圖a所示的閉式運(yùn)動(dòng)鏈中，,運(yùn)動(dòng)鏈的基本形式,,,設(shè)運(yùn)動(dòng)鏈的構(gòu)件數(shù)為N、轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)為P，由平面機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)公式得副數(shù)P與構(gòu)件數(shù)N的關(guān)系為: 單閉環(huán)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：構(gòu)件數(shù)N與運(yùn)動(dòng)副數(shù)相等 多閉環(huán)機(jī)構(gòu)環(huán)數(shù)L與其構(gòu)件數(shù)及其運(yùn)動(dòng)副數(shù)有以下關(guān)系,,機(jī)構(gòu)類型綜合,二、單閉環(huán)的類型綜合,,,單閉環(huán)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是： 1) 構(gòu)件總數(shù) N (包含機(jī)架)與運(yùn)

23、動(dòng)副總數(shù) P相等; 2) NP=3,單閉環(huán)機(jī)構(gòu)的類型綜合時(shí) 1）構(gòu)件數(shù)與運(yùn)動(dòng)副存在下述關(guān)系,2）根據(jù)平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式，有：,,,例題剖析與習(xí)題,思考題,,(f) F=342511 （提示：由于BC或EF處的一桿兩副引起虛約束，可將BC或EF的一桿兩副除去） (g) F=362811 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)。,例2-3 計(jì)算直角轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)的自由度(圖2-9) 思路與解題技巧：此機(jī)構(gòu)中B處的滾子是局部自由度，為了去除此局部自由度，應(yīng)將滾子剛性聯(lián)于構(gòu)件2上。其次因?yàn)锳BC總成直角，故B點(diǎn)的軌跡是以O(shè)為圓心、r為半徑的圓；或者說(shuō)，滾子與機(jī)架所形成的高副實(shí)際上不起約束作用，因此，去掉高副虛約束后的機(jī)構(gòu)如

24、圖2-9(b)所示。 解：n=3，4，0，故,33241,例2-2 計(jì)算八桿機(jī)構(gòu)的自由度（圖2-7(a)） 思路與解題技巧： 由于該機(jī)構(gòu)中AB平行且等于CD，因此ABCD為平行四邊形，也即A點(diǎn)與D點(diǎn)間的距離始終保持不變(或者說(shuō)，B點(diǎn)與C點(diǎn)間的距離始終保持不變)，故桿8及與其相連的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副產(chǎn)生一個(gè)虛約束，所以可將桿8去掉（圖2-7(b)）。這樣，該機(jī)構(gòu)的活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n7。又因B、C兩處均是復(fù)合鉸鏈，所以10，0。,提示：本題還有另外兩種解法：由于該機(jī)構(gòu)的上半部分與下半部分完全對(duì)稱，因此在計(jì)算自由度時(shí)，可以去掉其對(duì)稱部分而成圖2-8(a)。此時(shí)n=5，=7（B點(diǎn)為復(fù)合鉸鏈），0，因此，,由該例可知，虛約束發(fā)生于聯(lián)接點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)軌跡重合或機(jī)構(gòu)中有對(duì)稱部分之處。在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，應(yīng)去掉該虛約束。但應(yīng)指出，實(shí)際機(jī)構(gòu)中由于結(jié)構(gòu)的需要，這種虛約束有時(shí)還是必須的。,提示：由上分析可知，即使同一機(jī)構(gòu)，當(dāng)選用的起始構(gòu)件不同時(shí)，所得的機(jī)構(gòu)級(jí)別也可能不同。但不論以何桿作為起始構(gòu)件，拆桿組時(shí)都仍需滿足拆桿組的原則。,例題剖析與習(xí)題,習(xí)題,,習(xí)題,習(xí)題,習(xí)題,習(xí)題,習(xí)題,,END,,