内科大机械原理西北工业大学第七版CH02资料

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,内科大机械原理西北工业大学第七版CH02资料,2-1,机构结构分析的内容及目的,主要内容及目的是：,研究机构的组成及机构运动简图的画法；,了解机构具有确定运动的条件；,研究机构的组成原理及结构分类。,是两构件参与接触而构成,运动副的表面。,是两构件直接接触而构成的可,动连接；,2-2,机构的组成,零件,是机器中的一个独立制造单元体；,构件,是机器中的一个独立运动单元体。,从运动来看，任何机器都是由若干个构件组合而成的。,任何机器都是由许多零件组合而成的。,气缸体,连杆体,连杆头,曲轴,齿轮,活塞,运动副,运动副元素,例2-1,轴与轴承、滑块与导轨、两轮齿啮合。,3）按其相对运动形式分,转动副,（,回转副,或,铰链,）,移动副,螺旋副,球面副,运动副还可分为,平面运动副,与,空间运动副,两类。,2）按其接触形式分,高副,：,点、线接触的运动副,低副,：,面接触的运动副,（1）运动副的分类,1）按其引入的约束数目分：,级副,、,级副,、,级副,。,机构的组成,(2/4),构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统。,闭式运动链,（简称,闭链,）,开式运动链,（简称,开链,）,平面闭式运动链,空间闭式运动链,平面开式运动链,空间开式运动链,（2）运动副符号,运动副常用规定的简单符号来表达（GB446084）。,各种常用运动副模型,常用运动副的符号表,机构的组成,(3/4),但当机,构安装在运动的机械上时则是运动的。,按给定已知运动规律,独立运动的构件；,具有固定构件的运动链称为,机构,。,机 架,原动件,从动件,机构中的固定构件。,机构中其余活动构件。,平面铰链四杆机构,机构常分为,平面机构,和,空间机构,两类，,其中平面机构应用最为广泛。,空间铰链四杆机构,一般机架相对地面固定不动，,常以转向箭头表示。,其运动规律决定于原动件的运动规律,和机构的结构及构件的尺寸。,机架,原动件,从动件,机架,从动件,原动件,机构的组成,(4/4),不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的,简图。,根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出,各运动副的位置，,2-3,机构运动简图,在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其机构,运动简图。,例2-2,内燃机机构运动简图。,机构运动简图,采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的,表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。,机构示意图,举例,：,（2）选定视图平面；,（3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运,动副和机构的符号，最后用简单线条连接，即得机构运动简图。,机构运动简图(2/2),绘制方法及步骤：,（1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，查明,组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置；,内燃机机构运动简图绘制,颚式破碎机机构运动简图绘制,2-4,机构具有确定运动的条件,一个机构在什么条件下才能实现确定的运动呢？,两个例子,例2-3,铰链四杆机构,例2-4,铰链五杆机构,若给定机构一个独立运动，,则机构的运动完全确定；,若给定机构两个独立运动，,则机构的最薄弱环节损坏。,若给定机构一个独立运动，,则机构的运动不确定；,若给定机构两个独立运动，,则机构的运动完全确定。,机构的自由度,机构具有确定运动时所必须给定的独立运动,参数的数目，其数目用,F,表示。,结论,机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等,于机构的自由度数目,F,。,如果原动件数,F,则机构的运动将不确定；,则会导致机构最薄弱环节的损坏。,机构具有确定运动的条件(2/2),结论：,机构具有确定运动的条件是：机构原动件数目应等于机构的,自由度的数目,F,。,2-5,机构自由度的计算,（1）计算公式,F,3,n,(2,p,l,p,h,),式中：,n,为机构的活动构件数目；,p,l,为机构的低副数目,；,p,h,为机构的高副数目,。,(2)举例,1）铰链四杆机构,F,3,n,(2,p,l,p,h,),33,24,0,1,2）铰链五杆机构,F,3,n,(2,p,l,p,h,),34,25,0,2,其约束数为,i,(,i,=1,2,.,5)，则,（1）一般空间机构自由度的计算,设一空间机构共有,n,个活动构件，,p,i,个,i,级运动副，,F,6,n,(5,p,5,4,p,4,3,p,3,2,p,2,p,1,),6,n,ip,i,i,=1,5,例2-5,空间四杆机构,解,F,6,n,5,p,5,4,p,4,3,p,3,63,52,4,1 ,31,1,3）内燃机机构,F,3,n,(2,p,l,p,h,),36,27,3,1,机构自由度的计算(2/4),例2-6,楔形滑块机构,解,因此机构为全移动副平面机构，故,m,4，则,F,(6,m,),n,(5,m,),p,5,(64)2,(54)3,1,（2）含公共约束的空间机构自由度的计算,公共约束,F,(6,m,),n, (,i,m,),p,i,i=m,+1,5,由上式可知，公共约束,m,=0,1,2,3,4。故相应的机构分别,称为,0族、1族、2族、3族、4族机构,（五类）。,是指机构中所有构件均受到的共同的约束，,以,m,表示。,机构自由度的计算(3/4),（3）空间开链机构的自由度计算,因空间开链机构运动副总数,p,(=,p,i,)等于其活动构件数,n,，,i,=1,5,6,n, (6,f,i,),p,i,i,=1,5,f,i,p,i,i,=1,5,式中，,f,i,为,i,级运动副的自由度，,f,i,6,i,。,例2-7,机械手开链机构,解,F,(65),p,5,(64),p,4,1721,9,因机械手具有9个自由度，故它运动的灵活性较大，可绕过障碍进入作业区。,F,6,n,ip,i,i,=1,5,故,机构自由度的计算(4/4),如果两构件在多处,接触而构成运动副，且符合下列情况者，,则为同一运动副，即只能算一个运动副。,2-6,计算平面机构自由度时应注意的事项,由,m,个构件组成的复合,铰链，共有(,m,-1)个转动副。,（1）,复合铰链,（2）,同一运动副,1）移动副，且移动方向彼此平行或,重合；,2）转动副，且转动轴线重合；,3）平面高副，且各接触点处的公法,线彼此重合。,是指机构中某些构件所产生的不影响其他构件运,动的局部运动的自由度，,如果两构件在多处接触而构成平面高副，但各接触点处的公法线方向并不彼此重合，则为复合高副，相当于一个低副（移动副或转动副）。,（3）,复合平面高副,局部自由度,以,F,表示。,计算平面机构自由度时应注意的事项(2/6),滚子绕其轴线的转动为一个局部自由度，,在计算机构自由度时，应将,F,从计算公式中减去，即,例2-8,滚子推杆凸轮机构,解,F,3,n,(2,p,l,p,h,),F,故凸轮机构的自由度为,F,33,(231),1,1,虚约束,是指机构中某些运动副带入的,对机构运动起重复约束作用的约束，以,p,表,示。,例2-9,平行四边形四杆机构,F,3,n,(2,p,l,p,h,),F,33(240)01,计算平面机构自由度时应注意的事项(3/6),当增加一个构件,5,和两个转动副,E,、,F,，,且,BE AF,，则,F,3,n,(2,p,l,p,h,),F,34(260)0,0,原因：,构件,5,和两个转动副,E、F,引入的一个约束为虚约束。,在计算机构的自由度时，应从机构的约束数中减去虚约束数,目,p,，,故,F,3,n,(2,p,l,p,h,p,),F,如平行四边形五杆机构的自由度为,F,34(2600)0,1,计算平面机构自由度时应注意的事项(4/6),（1）轨迹重合的情况,在机构中，如果用转动副连接的是,两个构件上运动轨迹相重合的点，该连接将带入1个虚约束。,例如椭圆仪机构就是这种情况（图中：,CAD,90，,BC,BD,）。,显然，转动副,C,所连接的,C,2,、,C,3,两点,的轨迹重合，将带入一个虚约束。,（2）用双副杆连接两构件上距离恒定不变的两点的情况,在机构运动过程中，如果两构件上两点之间的距离始终保持,不变， 若用一双副杆将此两点相连，也将带入一个虚约束。,计算平面机构自由度时应注意的事项(5/6),4机构中的虚约束常发生的几种情况,例如图示平行四边形机构就属于此种情况。,显然，构件 5和转动副,E,、,F,所联,接的两点间的距离始终保持不变，故,带入一个虚约束。,（3）结构重复的情况,在机构中，不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为,虚约束。,例如图示轮系就属于这种情况。,显然，从机构运动传递来看，仅,有一个齿轮就可以了，而其余两个齿,轮并不影响机构的运动传递，故带入,了虚约束，且,p,2。,计算平面机构自由度时应注意的事项(6/6),2-7,虚约束对机构工作性能的影响,及机构结构的合理设计,（1）虚约束的作用,（2）虚约束对机构运动的影响,虚约束是存在于某些特定几何条件下的，但这些条件不满足时，它就将成为实际有效的约束，从而影响到机构的性能。,例如平行四边形机构，,若误差较小，则机构装配困难，,应力将增大，运动不灵活；,若误差较大，则机构无法装配，若,勉强装配，则传动效率低，易损坏。,为了改善构件的受力情况；,增加机构的刚度；,保证机械通过某些特殊位置。,机构中的虚约束数越多，制造精度要求越高，制造成本也就越高。,结论,从保证机构运动灵活性和便于加工装配方面来说，应,尽量减少机构的虚约束。因此，虚约束的多少是机构性能的一个,重要指标。,机构结构的合理设计是指在不影响机构其他性能的前提下，,通过运动副类型的合理选择和装配来尽可能减少虚约束的问题。,（1),族别虚约束,将某些机构视为0族机构时机构所存在的虚约束的数目，以,p,表示，,则,p,F,F,0,式中：,F,为机构的实际自由度；,F,0,为机构被视为0族机构时的自由度数目。,虚约束对机构工作性能的影响及机构结构的合理设计,(2/4),例,2-10,平面铰链四杆机构,F,(6,m,),n,(5,m,),p,5,(63)3(53)4,1,F,0,6,n,5,p,5,6354,2,故,p,F,F,0,1(2)3,显然，这三个族别虚约束存在的条件是：,所有铰链的轴线要,彼此平行。,若不满足上述条件，则机构将变成为,F,0,2的结构了。,（2）消除或减少族别虚约束的方法,通过合理选择和配置运动副的类型来消除或减少机构中族别,虚约束。,虚约束对机构工作性能的影响及机构结构的合理设计,(3/4),例2-11,铰链四杆机构,将转动副,B,、,C,改为球面副和球销副，则机构变为0族机构，,即无族别虚约束。,F,6,n,5,p,5,4,p,4,3,p,3,63524131,1,例2-12,曲柄滑块机构,将转动副,C,变为球面副，则此机构可减,少2个族别虚约束。,例2-13,正切机构,将其低副用高副替代，即变为含点接触的高副机构，则此机构中无虚约束。,虚约束对机构工作性能的影响及机构结构的合理设计,(4/4),任何机构都可看作,是由若干个基本杆组依次连接于原动件和,机架而构成的。,不能再拆的最简单的自,由度为零的构件组，称,阿苏尔,或,杆组,。,2-7,平面机构的组成原理、结构,分类及结构分析,例2-14,颚式碎矿机,1）,基本杆组,：,2）,机构组成原理,：,例2-15,颚式碎矿机,注意,在杆组并接时，不能将同一杆,组的各个外接运动副接于同一构件上，否,则将起不到增加杆组的作用。,（1）基本杆组的条件,3,n,2,p,l,p,h,0,式中,n,、,p,l,及,p,h,分别为基本杆组中的构件数、低副数和高副数。,全为低副杆组的条件,3,n,2,p,l,0,或,n,/2,p,l,/3,（2）杆组的基本类型,1）,级杆组,由2个构件和3个低副构成的杆组。,2）,级杆组,由4个构件和6个低副构成的杆组。,平面机构的组成原理、结构分类及结构分析,(2/4),（1）分析的目的,了解机构的组成，确定机构的级别。,（2）分析的方法,1）先计算机构的自由度，并确定原动件；,2）从远离原动件的构件先试拆级组，若不成；再拆,级组，直至只剩下原动件和机架为止；,3）最后确定机构的级别。,（3）举例,破碎机机构的结构分析：,1）若取机构,1,为原动件时，,此机构为级机构。,平面机构的组成原理、结构分类及结构分析,(3/4),2）若取构件5为原动件时，先试拆级杆组，,显然，这种拆法不成。,再试拆级组，。,故此机构为级机构。,平面机构的组成原理、结构分类及结构分析,(4/4),2-8,平面机构中的高副低代,高副低代, 机构中的高副以低副来代替的方法。,（1）高副低代应满足的条件：,1）代替前后机构的自由度完全相同；,2）代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度完全相同。,（2）高副低代的方法：,圆弧高副机构,非圆弧高副机构,结论：,在平面机构中进行高副低代时，为了使代替前后机构的自由,度、瞬时速度和加速度都保持不变，,只要用一个虚拟的构件分,别与两高副构件在接触点的曲率中心处以转动副相联就行了。,若高副两元素之一为直线，则低代时,虚拟构件这一端的转动副将转化为移动副。,若高副两元素之一为一个点，则低代,时虚拟构件这一端的转动副就在此点处。,由上述可知，在对高副机构进行分析,时，可根据高副低代的方法，先将高副机,构转化为低副机构，然后再进行机构的结,构、运动及力分析。,平面机构中的高副低代,(2/2),内燃机及其机构运动简图,谢谢观赏,