機(jī)械原理-機(jī)構(gòu)的組成原理與結(jié)構(gòu)分析.ppt

第二章機(jī)構(gòu)的組成原理與結(jié)構(gòu)分析 2 1基本概念 2 2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 2 3平面機(jī)構(gòu)的自由度 本章目錄 下一頁 上一頁 退出 總目錄 2 4平面機(jī)構(gòu)的組成原理與結(jié)構(gòu)分析 2 5空間機(jī)構(gòu)的自由度 本章重點(diǎn) 機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 本章難點(diǎn) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制 2 1基本概念 2 1 1構(gòu)件 構(gòu)件與零件的區(qū)別 運(yùn)動(dòng)單元體 加工制造單元體 機(jī)器中獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元體 從運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)看 機(jī)構(gòu)由構(gòu)件組成從制造觀點(diǎn)看 機(jī)構(gòu)由零件組成 構(gòu)件可以由一個(gè)零件組成 也可以由幾個(gè)零件組成 內(nèi)燃機(jī) 2 1 2運(yùn)動(dòng)副 兩構(gòu)件直接接觸而又能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接稱為運(yùn)動(dòng)副 運(yùn)動(dòng)副元素 參與接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的部分 運(yùn)動(dòng)副的特點(diǎn) 既限制了兩構(gòu)件的某些相對(duì)運(yùn)動(dòng) 又允許一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 點(diǎn) 線 面 運(yùn)動(dòng)副的分類 轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副 平面運(yùn)動(dòng)副 空間運(yùn)動(dòng)副 低副 面接觸 平面高副 點(diǎn) 線接觸 球副 球銷副 圓柱副 螺旋副 轉(zhuǎn)動(dòng)副 一個(gè)獨(dú)立的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 應(yīng)用 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 畫法 平面運(yùn)動(dòng)副 移動(dòng)副 一個(gè)獨(dú)立的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 畫法 應(yīng)用 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 平面運(yùn)動(dòng)副 平面高副 二個(gè)獨(dú)立的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 凸輪副 齒輪副 平面運(yùn)動(dòng)副 畫法 空間運(yùn)動(dòng)副 三個(gè)獨(dú)立的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) 球副 球銷副 二個(gè)獨(dú)立的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) 圓柱副 二個(gè)獨(dú)立的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 螺旋副 一個(gè)獨(dú)立的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 空間運(yùn)動(dòng)副 2 1 3運(yùn)動(dòng)鏈 若干構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副連接而成的系統(tǒng)稱為運(yùn)動(dòng)鏈 閉鏈運(yùn)動(dòng)鏈中每個(gè)構(gòu)件至少包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副元素 構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng) 用于各種機(jī)械 開鏈運(yùn)動(dòng)鏈中有的構(gòu)件只包含一個(gè)運(yùn)動(dòng)副元素 構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng) 用于機(jī)械手 挖掘機(jī)等多自由度機(jī)械 運(yùn)動(dòng)鏈的分類 運(yùn)動(dòng)鏈 開鏈 閉鏈 閉鏈 機(jī)架 主動(dòng)件 從動(dòng)件 從動(dòng)件 運(yùn)動(dòng)鏈怎樣成為機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件 具有一個(gè)機(jī)架具有一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)作獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件 主動(dòng)件從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)完全確定 2 2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 用簡(jiǎn)單的線條和規(guī)定的符號(hào)來表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副 并按比例定出各運(yùn)動(dòng)副的位置 這種表明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)化圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 常用構(gòu)件的表示方法 軸 桿類構(gòu)件 機(jī)架 構(gòu)件間的永久聯(lián)接 常用構(gòu)件的表示方法 具有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副元素的構(gòu)件 雙副構(gòu)件 具有三個(gè)運(yùn)動(dòng)副元素的構(gòu)件 三副構(gòu)件 齒輪傳動(dòng)的表示法 凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪和滾子的表示法 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的畫法 分析機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原理 組成情況及運(yùn)動(dòng)情況 找出其主動(dòng)件 機(jī)架 從動(dòng)件 按照運(yùn)動(dòng)傳遞的路線 判斷運(yùn)動(dòng)副的形式 選擇投影面 多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面 選擇適當(dāng)?shù)谋壤呃L制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 抽水唧筒 碼頭吊車 牛頭刨床 例2 1繪制液壓泵的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 A B C 4 2 3平面機(jī)構(gòu)的自由度 2 3 1構(gòu)件的自由度 A B 確定平面構(gòu)件的位置需要三個(gè)獨(dú)立參數(shù)x y 自由度 確定構(gòu)件位置所需的獨(dú)立參數(shù)的數(shù)目或構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目 一個(gè)做平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件自由度 3 約束 對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制 2 3 2運(yùn)動(dòng)副的約束特點(diǎn) 高副 約束特點(diǎn)約束數(shù)目 x y方向移動(dòng) y方向移動(dòng)2繞z軸的轉(zhuǎn)動(dòng) y方向移動(dòng)1 轉(zhuǎn)動(dòng)副 移動(dòng)副 2 2 3 3機(jī)構(gòu)的自由度 機(jī)構(gòu)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目 公式 n 活動(dòng)構(gòu)件數(shù) 總構(gòu)件數(shù)N 1 pl 低副數(shù) ph 高副數(shù) 例 計(jì)算下列機(jī)構(gòu)或運(yùn)動(dòng)鏈的自由度 n 2 pl 3 ph 0 F 3n 2pl ph 0 n 4 pl 6 ph 0 F 3n 2pl ph 0 F 0桁架 構(gòu)件間無相對(duì)運(yùn)動(dòng) n 2 pl 2 F 3n 2pl ph 1 ph 1 n 3 pl 4 ph 0 F 3n 2pl ph 1 主動(dòng)件數(shù) 自由度 機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng) 主動(dòng)件數(shù) 自由度 機(jī)構(gòu)被破壞 F 3n 2pl ph 2 n 4 pl 5 ph 0 主動(dòng)件數(shù) 自由度 機(jī)構(gòu)無規(guī)則運(yùn)動(dòng) 主動(dòng)件數(shù) 1 主動(dòng)件數(shù) 2 主動(dòng)件數(shù) 自由度 機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng) 2 3 4機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件數(shù) 機(jī)構(gòu)的自由度數(shù) 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件就是 F 0 桁架 構(gòu)件間無相對(duì)運(yùn)動(dòng) F 0 機(jī)構(gòu)被破壞 機(jī)構(gòu)無規(guī)則運(yùn)動(dòng) 機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng) n 5 pl 6 ph 0 F 3n 2pl ph 3 2 3 5計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問題 1 復(fù)合鉸鏈 1 2 3 1 2 3 復(fù)合鉸鏈數(shù) 構(gòu)件數(shù) 1 兩個(gè)以上構(gòu)件同時(shí)在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接就構(gòu)成了復(fù)合鉸鏈 n 5 pl 7 ph 0 F 3n 2pl ph 1 n 5 pl 6 ph 0 F 3n 2pl ph 3 2 局部自由度 n 3 pl 3 ph 1 F 3n 2pl ph 2 個(gè)別構(gòu)件所具有的 不影響其他構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的自由度稱為局部自由度 去掉局部自由度 n 2 pl 2 ph 1 F 3n 2pl ph 1 1 設(shè)想將滾子與推桿固結(jié)在一起 視為一個(gè)構(gòu)件 2 直接在公式中去除局部自由度 F 3n 2pl ph 1 3 3 2 3 1 1 1 3 虛約束 n 4 pl 6 ph 0 F 3n 2pl ph 0 不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束稱為虛約束 A B C D E F ABEFCD 去掉虛約束 n 3 pl 4 ph 0 F 3n 2pl ph 1 軌跡重合 不同構(gòu)件上兩點(diǎn)距離恒定 1 2 3 4 5 A D B C E F 兩構(gòu)件組成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副 且軸線重合 兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副 且導(dǎo)路平行 兩構(gòu)件組成多個(gè)高副 且接觸點(diǎn)之間距離為常數(shù) 對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分 F 3n 2pl ph 3 3 2 3 2 1 公共約束 F 3 1 n 2 1 pl 由于運(yùn)動(dòng)副的特殊組合和特殊布置 使得機(jī)構(gòu)中所有構(gòu)件同時(shí)受到某些約束而共同喪失了一些獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的可能性 一般就把這類約束稱為公共約束 例題 計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度 3 7 2 9 1 2 F 3n 2pl ph A B C D E E F O G 課外題 A B C D a A B C D E F A B C D b d 課外題 A B C D a A B C D E F b n 4 pl 5 ph 1 F 3n 2pl ph 1 注 A處有復(fù)合鉸鏈 n 4 pl 5 ph 1 F 3n 2pl ph 1 注 B處有局部自由度 F處有虛約束 A B C D d n 5 pl 7 ph 0 F 3n 2pl ph 1 注 B處有復(fù)合鉸鏈 n 6 pl 7 ph 3 F 3n 2pl ph 1 注 B C D處有復(fù)合鉸鏈 2 4平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析 2 4 1機(jī)構(gòu)的組成原理 機(jī)構(gòu) 機(jī)架 主動(dòng)件 從動(dòng)件組 F機(jī)構(gòu) F機(jī)構(gòu) F機(jī)架 F主動(dòng)件 F從動(dòng)件組 0 F 3 5 2 7 1 F 1 F 3 4 2 6 0 機(jī)構(gòu)的組成原理 F 3 5 2 7 1 F 1 F 3 2 2 3 0 機(jī)構(gòu)的基本桿組 最后不能再拆的 最簡(jiǎn)單的自由度為零的構(gòu)件組稱為機(jī)構(gòu)的基本桿組 任何機(jī)構(gòu)都可以看作是由若干個(gè)基本桿組依次連接于主動(dòng)件和機(jī)架上而構(gòu)成的 機(jī)構(gòu)的組成原理 機(jī)構(gòu)的組成原理 機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 全部由低副組成的基本桿組滿足的條件 級(jí)桿組 n 2 pl 3 二桿三副 2 4 2機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 F 3n 2pl 0即pl 3n 2 級(jí)桿組 n 4 pl 6 拆桿組 級(jí)桿組的形式 PRP RPP RRR RRP RPR R revolutepairP prismaticpair 五種 n 2 pl 3 級(jí)桿組的形式 n 4 pl 6 中間是1個(gè)三副構(gòu)件 外部是3個(gè)雙副構(gòu)件 3 3 6 1 3 4 有3個(gè)內(nèi)副 3個(gè)外副 特點(diǎn) 1 3 4 3 3 6 級(jí)桿組的形式 特點(diǎn) 有4個(gè)內(nèi)副 n 4 pl 6 機(jī)構(gòu)的級(jí)別 機(jī)構(gòu)中桿組的最高級(jí)別即為機(jī)構(gòu)的級(jí)別 級(jí)機(jī)構(gòu) 全部是 級(jí)桿組 級(jí)機(jī)構(gòu) 最高桿組是 級(jí)桿組 1 除去機(jī)構(gòu)中的虛約束和局部自由度 算出機(jī)構(gòu)自由度并指出主動(dòng)件 2 拆去主動(dòng)件和機(jī)架 3 從與主動(dòng)件相連接的運(yùn)動(dòng)副開始 向與機(jī)架相連接的運(yùn)動(dòng)副方向搜索 找出外運(yùn)動(dòng)副已知的 級(jí)或 級(jí)桿組 4 從與已拆下的前一級(jí)桿組相連接的運(yùn)動(dòng)副開始 重復(fù)上步過程 直至拆出全部基本桿組 5 根據(jù)所拆分出的基本桿組的最高級(jí)別 確定該機(jī)構(gòu)的級(jí)別 拆桿組的步驟 級(jí)機(jī)構(gòu) 例題 分析牛頭刨床的結(jié)構(gòu)并確定該機(jī)構(gòu)的級(jí)別 RPR RRP 運(yùn)動(dòng)鏈中 選不同的構(gòu)件做機(jī)架和主動(dòng)件 可得到完全不同的機(jī)構(gòu) 1 2 3 4 5 6 機(jī)架變換和主動(dòng)件的選擇 選6為機(jī)架 1為主動(dòng)件 級(jí)機(jī)構(gòu) 1 2 3 4 5 6 選6為機(jī)架 4為主動(dòng)件 級(jí)機(jī)構(gòu) 1 2 3 4 5 6 選2為機(jī)架 1為主動(dòng)件 1 2 3 4 5 6 級(jí)機(jī)構(gòu) 例題 拆分桿組 確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別 級(jí)機(jī)構(gòu) 2 4 3平面低副的同性異形演化 2 4 3 1移動(dòng)副的同性異形演化 1 組成移動(dòng)副兩元素的包容面與被包容面可互換 2 組成移動(dòng)副的方位線可平移 A B C D 組成移動(dòng)副的方位線可平移 2 4 3 1轉(zhuǎn)動(dòng)副的同性異形演化 A A 2 1 3 2 3 1 B B 2 4 3 1轉(zhuǎn)動(dòng)副的同性異形演化 2 4 4平面機(jī)構(gòu)中的高副低代 1 高副低代 將機(jī)構(gòu)中的高副根據(jù)一定的條件虛擬地以低副加以代替 2 應(yīng)滿足的條件 若兩接觸輪廓均為曲線 高副低代的方法 用兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)構(gòu)件來代替一個(gè)高副 這兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副分別處在高副兩輪廓接觸點(diǎn)的曲率中心 若兩接觸輪廓之一為一點(diǎn) 若兩接觸輪廓之一為直線 作業(yè) P27 2 2 g圖除外 2 3 d圖除外 2 4 注意 2 2 d圖的三個(gè)圓是齒輪 習(xí)題 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A C O1 B O1 齒輪 曲柄的轉(zhuǎn)軸 齒輪 曲柄為一個(gè)構(gòu)件A 1 2的轉(zhuǎn)動(dòng)中心6 齒輪與凸輪一體5 局部自由度滾子 1 9轉(zhuǎn)動(dòng)副1 2轉(zhuǎn)動(dòng)副1 6高副2 3轉(zhuǎn)動(dòng)副3 4轉(zhuǎn)動(dòng)副3 9移動(dòng)副5 6高副6 9轉(zhuǎn)動(dòng)副4 7移動(dòng)副7 8轉(zhuǎn)動(dòng)副8 9移動(dòng)副4 5轉(zhuǎn)動(dòng)副 活動(dòng)構(gòu)件n 9 1 機(jī)架 pl 9 F 3n 2pl ph 1 1 局部自由度 7