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1、1/8/2024第第2 2章章 機構的結構分析機構的結構分析2-1 機構結構分析的內容及目的機構結構分析的內容及目的2-2 機構的組成機構的組成2-3 機構運動簡圖機構運動簡圖2-4 機構機構具有確定運動的條件具有確定運動的條件2-5 機構自由度的計算機構自由度的計算2-6 計算平面機構自由度時應注意的事項計算平面機構自由度時應注意的事項2-7 平面機構的組成原理、結構分類及結構分析平面機構的組成原理、結構分類及結構分析返回返回2-1 機構結構分析的內容及目的機構結構分析的內容及目的主要內容及目的是主要內容及目的是：研究機構的組成及機構運動簡圖的畫法；了解機構具有確定運動的條件；研究機構的組成
2、原理及結構分類。2-2 機構的組成機構的組成1.構件零件是機器中的一個獨立制造單元體；構件是機器中的一個獨立運動單元體。從運動來看，任何機器都是由若干個構件組合而成的。任何機器都是由許多零件組合而成的。氣缸體連桿體連桿頭曲軸齒輪活塞 構件往往是由若干零件剛性地聯(lián)接在一起的獨立運動的整體真實連桿連桿體連桿頭螺栓螺母墊圈 為兩構件參與接觸而構成運動副的表面。是兩構件直接接觸而構成的可動聯(lián)接。2-2 機構的組成機構的組成2.運動副運動副運動副元素例軸與軸承、圓柱面與圓孔面棱柱面與棱孔面兩輪輪齒曲面 空間兩構件構成的運動副，其自由度 f 和約束數(shù) s 滿足 f +s =6滑塊與導軌、兩輪齒嚙合。3）按
3、其相對運動形式分轉動副（回轉副或鉸鏈）移動副螺旋副球面副還可分為平面運動副與空間運動副兩類。2）按其接觸形式分高副：點、線接觸的運動副低副：面接觸的運動副（1）運動副的分類1）按其引入的約束數(shù)目分：級副、級副、級副。機構的組成機構的組成(2/4)3.運動鏈構件通過運動副的聯(lián)接而構成的相對可動的系統(tǒng)。閉式運動鏈（簡稱閉鏈）開式運動鏈（簡稱開鏈）平面閉式運動鏈空間閉式運動鏈平面開式運動鏈空間開式運動鏈（2）運動副符號運動副常用規(guī)定的簡單符號來表達（GB446084）。各種常用運動副模型常用運動副的符號表機構的組成機構的組成(3/4)但當機構安裝在運動的機械上時則是運動的。按給定已知運動規(guī)律獨立運動
4、的構件；4.機構具有固定構件的運動鏈稱為機構。機 架原動件從動件機構中的固定構件；機構中其余活動構件。平面鉸鏈四桿機構 機構常分為平面機構和空間機構兩類，其中平面機構應用最為廣泛?？臻g鉸鏈四桿機構 一般機架相對地面固定不動，常以轉向箭頭表示。其運動規(guī)律決定于原動件的運動規(guī)律和機構的結構及構件的尺寸。機架原動件從動件機架從動件原動件機構的組成機構的組成(4/4)不嚴格按比例繪出的，只表示機械結構狀況的簡圖。根據(jù)機構的運動尺寸，按一定的比例尺定出各運動副的位置，2-3 機構運動簡圖機構運動簡圖 在對現(xiàn)有機械進行分析或設計新機器時，都需要繪出其機構運動簡圖。1.何謂機構運動簡圖？例 內燃機機構運動簡
5、圖。機構運動簡圖 采用運動副及常用機構運動簡圖符號和構件的表示方法，將機構運動傳遞情況表示出來的簡化圖形。機構示意圖內燃機及其機構運動簡圖內燃機及其機構運動簡圖舉例：（2）選定視圖平面；（3）選適當比例尺，作出各運動副的相對位置，再畫出各運動副和機構的符號，最后用簡單線條連接，即得機構運動簡圖。機構運動簡圖機構運動簡圖(2/2)2.機構運動簡圖的繪制繪制方法及步驟：（1）搞清機械的構造及運動情況，沿著運動傳遞路線，查明組成機構的構件數(shù)目、運動副的類別及其位置；內燃機機構運動簡圖繪制顎式破碎機機構運動簡圖繪制2-4 機構具有確定運動的條件機構具有確定運動的條件一個機構在什么條件下才能實現(xiàn)確定的運
6、動呢？先來看兩個例子：例1 鉸鏈四桿機構例2 鉸鏈五桿機構若給定機構一個獨立運動，則機構的運動完全確定；若給定機構兩個獨立運動，則機構的最薄弱環(huán)節(jié)損壞。若給定機構一個獨立運動，則機構的運動不確定；若給定機構兩個獨立運動，則機構的運動完全確定。機構的自由度 結論 機構具有確定運動的條件是：機構具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，其數(shù)目用F表示。機構的原動件數(shù)目應等于機構的自由度數(shù)目。如果原動件數(shù)F,則機構的運動將不完全確定；則會導致機構最薄弱環(huán)節(jié)的損壞。機構具有確定運動的條件機構具有確定運動的條件(2/2)結論：機構具有確定運動的條件是：機構原動件數(shù)目應等于機構的自由度的數(shù)目。2-5
7、機構自由度的計算機構自由度的計算1.平面機構自由度的計算（1）計算公式F3n式中：n為機構的活動構件數(shù)目；pl 為機構的低副數(shù)目；ph為機構的高副數(shù)目。(2)舉例1）鉸鏈四桿機構F3n(2plph)33 24 012）鉸鏈五桿機構F3n(2plph)34 25 02(2plph)3）內燃機機構F3n(2plph)36 27 31機構自由度的計算機構自由度的計算(2/4)問題問題1：復合鉸鏈復合鉸鏈兩個以上的構件在同一處以轉動副兩個以上的構件在同一處以轉動副聯(lián)接所構成的運動副。聯(lián)接所構成的運動副。解決方案解決方案k 個構件在同一處構成復合鉸鏈，個構件在同一處構成復合鉸鏈，實際上構成了實際上構成了
8、(k-1)個轉動副。個轉動副。F=35-27=12-6 計算機構自由度時應注意的問題計算機構自由度時應注意的問題B、C、D、E處都是處都是由三個構件組成的復由三個構件組成的復合鉸鏈，各有合鉸鏈，各有2個轉個轉動副動副場合一：兩個構件之間形成多個運動副場合一：兩個構件之間形成多個運動副 F=31-22=-1 解決方案解決方案計算機構自由度時，不考慮虛約束的作用，認為計算機構自由度時，不考慮虛約束的作用，認為兩個構件之間只形成一個運動副兩個構件之間只形成一個運動副 F=31-21=1兩個構件之間形成多個與導路重合或平行的移動副兩個構件之間形成多個與導路重合或平行的移動副2)兩構件構成多個運動副兩構
9、件構成多個運動副兩構件構成多個轉動兩構件構成多個轉動副，其軸線互相重合副，其軸線互相重合時，只有一個轉動副時，只有一個轉動副起約束作用。起約束作用。兩構件構成多個移動副，其導路兩構件構成多個移動副，其導路互相平行時，只有一個移動副起互相平行時，只有一個移動副起約束作用。約束作用。兩構建在多處相接觸構成平面兩構建在多處相接觸構成平面高副，且各接觸點的公法線彼高副，且各接觸點的公法線彼此重合，只能算一個平面高副。此重合，只能算一個平面高副。兩構件在多處相接觸構成平面高副，在各兩構件在多處相接觸構成平面高副，在各接觸點的公法線彼此不重合，算接觸點的公法線彼此不重合，算2個平面高個平面高副，或者是一個
10、復合高副，分別相當于一副，或者是一個復合高副，分別相當于一個轉動副和一個移動副。個轉動副和一個移動副。解決方案解決方案計算機構自由度時，假想滾子和安裝滾子計算機構自由度時，假想滾子和安裝滾子的構件固接為一個整體，成為一個構件的構件固接為一個整體，成為一個構件或在計算結果中去除局部自由度或在計算結果中去除局部自由度 問題問題2：局部自由度局部自由度 某些構件具有的只影響自身局部運動而不影響其它構件運動的自某些構件具有的只影響自身局部運動而不影響其它構件運動的自由度，經常發(fā)生在將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的場合。由度，經常發(fā)生在將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的場合。2、要除去局部自由度、要除去局部自由度去掉局部
11、自由度算法去掉局部自由度算法保留局部自由度算法保留局部自由度算法 滾子繞其軸線的轉動為一個局部自由度，在計算機構自由度時，應將 F從計算公式中減去，即例2 滾子推桿凸輪機構解F3n(2plph)F故凸輪機構的自由度為F33(231)113.要除去虛約束 虛約束是指機構中某些運動副帶入的對機構運動起重復約束作用的約束，以 p表示。例3 平行四邊形四桿機構F3n(2plph)F33(240)01計算平面機構自由度時應注意的事項計算平面機構自由度時應注意的事項(3/6)當增加一個構件5和兩個轉動副E、F，且BE AF，則F3n(2plph)F34(260)00原因：構件5 和兩個轉動副E、F 引入的
12、一個約束為虛約束。在計算機構的自由度時，應從機構的約束數(shù)中減去虛約束數(shù)目p，故F3n(2plph p)F如平行四邊形五桿機構的自由度為F34(2600)01計算平面機構自由度時應注意的事項計算平面機構自由度時應注意的事項(4/6)（1）軌跡重合的情況 在機構中，如果用轉動副聯(lián)接的是兩個構件上運動軌跡相重合的點，該聯(lián)接將帶入1個虛約束。例如橢圓儀機構（圖中：CAD90，BCBD）。顯然，轉動副C所聯(lián)接的C2、C3兩點的軌跡重合，將帶入一個虛約束。（2）用雙副桿聯(lián)接兩構件上距離恒定不變的兩點的情況 在機構運動過程中，如果兩構件上兩點之間的距離始終保持不變，若用一雙副桿將此兩點相連，也將帶入一個虛約
13、束。計算平面機構自由度時應注意的事項計算平面機構自由度時應注意的事項(5/6)4機構中的虛約束常發(fā)生的幾種情況例如圖示平行四邊形機構就屬于此種情況。顯然，構件 5和轉動副E、F所聯(lián)接的兩點間的距離始終保持不變，故帶入一個虛約束。（3）結構重復的情況 在機構中，不影響機構運動傳遞的重復部分所帶入的約束為虛約束。例如圖示輪系就屬于這種情況。顯然，從機構運動傳遞來看，僅有一個齒輪就可以了，而其余兩個齒輪并不影響機構的運動傳遞，故帶入了虛約束，且p2。計算平面機構自由度時應注意的事項計算平面機構自由度時應注意的事項(6/6)例例2-8 試計算圖試計算圖2-22所示某包裝機所示某包裝機送紙機構的自由度送
14、紙機構的自由度，并判斷該并判斷該機構是否具有確定的相對機構是否具有確定的相對運動。運動。=構件構件+運動副運動副 運動鏈運動鏈 機構機構機架機架原動件原動件從動件組合從動件組合F=0基本桿組：最簡單的不可再拆的自由度為零的構件組，基本桿組：最簡單的不可再拆的自由度為零的構件組，簡稱為桿組。簡稱為桿組。2-7 平面機構的組成原理、結構平面機構的組成原理、結構 分類及結構分析分類及結構分析 任何機構都可看作是由若干個基本桿組依次連接于原動件和機架而構成的。不能再拆的最簡單的自由度為零的構件組，也稱阿蘇爾或桿組。2-7 平面機構的組成原理、結構平面機構的組成原理、結構 分類及結構分析分類及結構分析1
15、.平面機構的組成原理例 顎式碎礦機1）基本桿組：2）組成原理：注意：在桿組并接時，不能將同一桿組的各個外接運動副接于同一構件上，否則將起不到增加桿組的作用。（1）桿組的條件式中n、pl 及 ph 分別為桿組中的構件數(shù)、低副數(shù)和高副數(shù)。（2）桿組的類型1）級桿組：由2個構件和3個低副構成的桿組。2）級桿組：由4個構件和6個低副構成的桿組。平面機構的組成原理、結構分類及結構分析平面機構的組成原理、結構分類及結構分析(2/4)3n2plph0全低副桿組的條件：3n2pl0或 n/2pl/3 2.平面機構的結構分類3.平面機構的結構分析（1）目的：了解機構的組成，確定機構的級別。（2）方法：1）先計算
16、機構的自由度，并確定原動件；2）從遠離原動件的構件先試拆級組，若不成；再拆級組，直至只剩下原動件和機架為止；3）最后確定機構的級別。（3）舉例：破碎機機構的結構分析。1）若取構件1為原動件時，此機構為級機構。平面機構的組成原理、結構分類及結構分析平面機構的組成原理、結構分類及結構分析(3/4)2）若取構件5為原動件時，顯然，這種拆法不成。再試拆級組。故此機構為 級機構。平面機構的組成原理、結構分類及結構分析平面機構的組成原理、結構分類及結構分析(4/4)先試拆級桿組，機架和原動件機架和原動件級桿組級桿組 級桿組級桿組四桿機構四桿機構八八桿桿機機構構機構的組成：機構的組成：在機架和原動件上每增加
17、一個基本桿組，并不改變原來的在機架和原動件上每增加一個基本桿組，并不改變原來的 自由度，每次增加都可以獲得一個新機構；自由度，每次增加都可以獲得一個新機構；設計新機構時，在滿足相同工作要求的前提下，機構的結設計新機構時，在滿足相同工作要求的前提下，機構的結 構越簡單越好，桿組級別越低越好，運動副數(shù)目越少越好。構越簡單越好，桿組級別越低越好，運動副數(shù)目越少越好。F=3n-2P5 P41.4.2 機構的結構分析機構的結構分析 機構的結構分析機構的結構分析是指把機構分解為基本桿組、原動件和是指把機構分解為基本桿組、原動件和機架，是機構組成的反過程，又稱為拆桿組。機架，是機構組成的反過程，又稱為拆桿組。機構的結構分析原則：機構的結構分析原則：首先，從遠離原動件的部分開始拆分；首先，從遠離原動件的部分開始拆分；試拆時，先試拆低級別桿組；試拆時，先試拆低級別桿組；每拆完一個桿組，剩余的部分仍然是一個完整機構。每拆完一個桿組，剩余的部分仍然是一個完整機構。I 級機構級機構II 級機構級機構III 級機構級機構機構的命名：機構的命名：以機構中所包含的基本桿組的最高級別以機構中所包含的基本桿組的最高級別原動件不同，機構原動件不同，機構的級別也有可能不同的級別也有可能不同12345678 exercise均為復合鉸鏈）、DC(8 Bpl=
機械設計原理 第二章課件
