机构的组成及结构分析课件

,机械基础及工程力学系王震国,第二章 机构的组成及结构分析,Mechanical Design,机械原 理,第二章 机构的组成及结构分析,机械原 理第二章 机构的组成及结构分析,21 研究机构结构的目的,22 机构的组成及其运动简图的绘制,23 平面机构自由度的计算及机构运动确定的条件,24 平面机构的高副低带、结构分析和组成原理,21 研究机构结构的目的22 机构的组成及其运动,研究机构结构的目的,研究机构结构的目的：,1,研究组成机构的要素及机构具有确定运动的条件；,目的是弄清机构包含哪几个部分，各部分如何相联？以,及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？,这对于设,计新的机构显得尤其重要。,研究机构结构的目的研究机构结构的目的：1研究组成机构的要素及,研究机构结构的目的,研究机构结构的目的：,1,不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构加以分,类，其目的是,按其分类建立运动分析和动力分析的一般,方法,。,研究组成机构的组成原理，并根据结构特点对机构,进行分类；,研究机构结构的目的研究机构结构的目的：1不同的机构都有各自的,研究机构结构的目的,研究机构结构的目的：,1,研究机构运动简图的绘制；,目的是如何用简单的图形来表示机构的结构和运动形,态，,为运动分析和动力分析作准备。,研究机构结构的综合方法。,目的研究在满足预期运动及工作条件下，如何综合出机,构可能的结构形式,研究机构结构的目的研究机构结构的目的：1研究机构运动简图的绘,机构的组成,机构的组成要素,2,机构由构件和运动副两个要素组成,机器由若干个机构组合而成,内燃机,中的连杆,机构的组成机构的组成要素2机构由构件和运动副两个要素组成,机构的组成,机构的组成要素,2,构件，,(,Link,),独立的运动单元,构件,零件，,(,part,),独立的制造单元,区别不同构件的标准,，,在于它们之间存在相对运动,机构的组成机构的组成要素2构件， (Link) 独立的,机构的组成,机构的组成要素,2,两构件之间直接接触而又能产生一定相对运动的活动连接,运动副,两个构件间,直接接触,有相对运动,机构的组成机构的组成要素2两构件之间直接接触而又能产生一,机构的组成,机构的组成要素,2,两构件上直接参与构成运动副的接触表面称为运动副元素,运动副,点（滚动轴承）,线（齿轮齿廓）,面（,活塞与缸套,）,机构的组成机构的组成要素2两构件上直接参与构成运动副的接,机构的组成,机构的组成要素,2,按引入的约束数目分类,运动副的分类,空间两构件未构成运动副之前，共有6个相对运动,的,自由度,，当构成运动副后，它们之间的相对运,动受到,约束,，其数目若用s表示，则s最小为1，最,大为5。,机构的组成机构的组成要素2按引入的约束数目分类 运动副的,机构的组成,机构的组成要素,2,按引入的约束数目分类,运动副的分类,设该运动副所保留的相对自由度为f，即f6s,空间两构件构成运动副后，相对自由度与约数数目,之间的关系为,fs 6 （1s5）,机构的组成机构的组成要素2按引入的约束数目分类 运动副的,机构的组成,机构的组成要素,2,按引入的约束数目分类,运动副的分类,I,级副，,II,级副，,III,级副，,IV,级副，,V,级副,I级副,II级副,III级副,机构的组成机构的组成要素2按引入的约束数目分类 运动副的,机构的组成,机构的组成要素,2,按引入的约束数目分类,运动副的分类,I,级副，,II,级副，,III,级副，,IV,级副，,V,级副,IV级副,V级副1,V级副2,V级副3,机构的组成机构的组成要素2按引入的约束数目分类 运动副的,机构的组成,机构的组成要素,2,按运动副元素分类,运动副的分类,高副：凡两构件通过点、线接触而形成的运动副,例如：滚动,副,、,凸轮副,、,齿轮副,等。,机构的组成机构的组成要素2按运动副元素分类 运动副的分类,机构的组成,机构的组成要素,2,按运动副元素分类,运动副的分类,低副：凡两构件通过面接触而形成的运动副,例如：,转动副,、,移动副,、,球面副,等。,机构的组成机构的组成要素2按运动副元素分类 运动副的分类,机构的组成,机构的组成要素,2,按相对运动的范围分类,运动副的分类,平面运动副平面运动(,Plannar kinematic pair,),空间运动副空间运动(,Spatial kinematic pair,),机构的组成机构的组成要素2按相对运动的范围分类 运动副的,机构的组成,机构的组成要素,2,若干个构件通过运动副连接组成的构件系统称为运动链,运动链,运动链中的各构件构成首末封闭的系统，称为闭式链。,(Close chain),运动链中的各构件构成开放的系统，称为,开式链,。,(Open chain),机构的组成机构的组成要素2若干个构件通过运动副连接组成的,机构的组成,机构的组成要素,2,若干个构件通过运动副连接组成的构件系统称为运动链,运动链,闭式链,开式链,机构的组成机构的组成要素2若干个构件通过运动副连接组成的,机构的组成,机构的组成要素,2,若将闭式运动链中的一个构件加以固定，则该运动链就成,为机构。机构中的其他构件均相对于固定构件运动,机构,机架,：作为参考系的固定构件。,如机床床身、车辆底盘、飞机机身。,原（主）动件,：按给定运动规律运动的构件,。,从动件,：其余可动构件。,机构的组成机构的组成要素2若将闭式运动链中的一个构件加以,机构的组成,机构的组成要素,2,若将闭式运动链中的一个构件加以固定，则该运动链就成,为机构。机构中的其他构件均相对于固定构件运动,机构,若干,1个或几个,1个,机构的组成：,机构,机架,原动件,从动件,机构的组成机构的组成要素2若将闭式运动链中的一个构件加以,机构的组成,机构的组成要素,2,常见运动副符号的表示: 国标,GB/T44601984,机构的组成机构的组成要素2常见运动副符号的表示: 国标,常用运动副的符号,运动副,名称,运动副符号,两运动构件构成的运动副,转动副,移动副,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,两构件之一为固定时的运动副,1,2,2,1,2,1,平面运动副,常用运动副的符号运动副运动副符号两运动构件构成的运动副转动副,平面高副,螺旋副,2,1,1,2,1,2,2,1,2,1,1,2,1,2,球面副球销副,1,2,1,2,1,2,空间运动副,1,2,1,2,1,2,平面高副螺旋副21121221211212球面副球销副121,机构的组成,机构的组成要素,2,构件的表示方法,机构的组成机构的组成要素2构件的表示方法,一般构件的表示方法,杆、轴构件,固定构件,同一构件,一般构件的表示方法 杆、轴构件固定构件同一构件,三副构件,两副构件,一般构件的表示方法,三副构件 两副构件 一般构件的表示方法,机构的组成,机构的组成要素,2,构件的表示方法,注意事项:,画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质,。,机构的组成机构的组成要素2构件的表示方法注意事项:画构件,机构运动简图绘制,机构运动简图,3,在分析现有机械和设计新机械地时候，都需要绘制机构运,动简图,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，并运用已规定的,运动副符号,及,机构表示符号,和,构件的表示方法,，将机构的,运动传递情况,表示出来的简化图形称为机构运动简图,机构运动简图绘制机构运动简图3在分析现有机械和设计新机械地时,机构运动简图绘制,机构运动简图,3,机构运动简图的作用,表示机构的结构和运动情况,作为运动分析和动力分析的依据,机构运动简图绘制机构运动简图3机构运动简图的作用表示机构的结,机构运动简图绘制,机构运动简图,3,机构示意图,不按比例绘制的简图。,只反映机构的结构情况,机构运动简图绘制机构运动简图3机构示意图不按比例绘制的简图。,常用机构运动简图符号,在机架上的电机,齿轮齿条传动,带传动,圆锥齿轮传动,常用机构运动简图符号 在机架上的电机齿轮齿条传动带传动圆锥,链传动,圆柱蜗杆蜗轮传动,凸轮传动,外啮合圆柱齿轮传动,链传动圆柱蜗杆蜗轮传动凸轮传动外啮合圆柱齿轮传动,棘轮机构,内啮合圆柱齿轮传动,棘轮机构内啮合圆柱齿轮传动,机构运动简图绘制,机构运动简图,3,机构运动简图,应满足的条件,：,构件数目与实际相同,运动副的性质、数目与实际相符,运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。,机构运动简图绘制机构运动简图3机构运动简图应满足的条件：构件,机构运动简图绘制,机构运动简图的绘制,3,绘制机构运动简图的步骤：,先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），,弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来,。,机构运动简图绘制机构运动简图的绘制3绘制机构运动简图的步骤：,机构运动简图绘制,机构运动简图的绘制,3,绘制机构运动简图的步骤：,首先搞清楚机械的实际构造和运动情况；,找出机械的机架和原动件，按照运动的传递路线搞清楚机械原动部分的运动如何传递到工作部分,搞清楚机械由多少个构件组成，并根据两构件间的接触情况和相对运动的性质，确定各个运动副的类型；,机构运动简图绘制机构运动简图的绘制3绘制机构运动简图的步骤：,机构运动简图绘制,机构运动简图的绘制,3,绘制机构运动简图的步骤：,恰当的选择投影面，并将机构停留在适当地位置，避免构件重叠,一般选择与多数构件的运动平面相平行的面为投影面,选择适当的长度比例尺,l，确定出个运动副之间的相对位置，用规定的符号表示各运动副，并将同一构件参与构成的运动副符号用简单的线条连接起来。,机构运动简图绘制机构运动简图的绘制3绘制机构运动简图的步骤：,机构运动简图绘制,机构运动简图的绘制,3,例题一：颚式破碎机,机构运动简图绘制机构运动简图的绘制3例题一：颚式破碎机,机构运动简图绘制,机构运动简图的绘制,3,例题一：颚式破碎机,1,2,3,4,5,6,机构运动简图绘制机构运动简图的绘制3例题一：颚式破碎机123,机构运动简图绘制,机构运动简图的绘制,3,例题二：偏心泵,1,2,3,4,机构运动简图绘制机构运动简图的绘制3例题二：偏心泵1234,机构的组成及结构分析课件,机构具有确定运动的条件,实例分析,4,铰链四杆机构：,在铰链四杆机构中，如果给定一个独立的运动参数，则其余构件的运动完全确定,机构具有确定运动的条件实例分析4铰链四杆机构： 在铰链四,机构具有确定运动的条件,实例分析,4,铰链四杆机构：,在铰链四杆机构中，如果给定两个独立的运动参数，则将导致机构中最薄弱的环节被破坏,机构具有确定运动的条件实例分析4铰链四杆机构： 在铰链四,机构具有确定运动的条件,实例分析,4,铰链五杆机构：,在铰链五杆机构中，如果给定一个独立的运动参数，则其余构件的运动将不确定,机构具有确定运动的条件实例分析4铰链五杆机构： 在铰链五,机构具有确定运动的条件,实例分析,4,铰链五杆机构：,在铰链五杆机构中，如果给定两个独立的运动参数，则其余构件的运动完全确定,机构具有确定运动的条件实例分析4铰链五杆机构： 在铰链五,机构具有确定运动的条件,机构的自由度：,4,保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数称为机构的自由度。,机构具有确定运动的条件机构的自由度：4保证机构具有确定运动时,机构具有确定运动的条件,构件具有确定运动的条件：,4,原动件能独立运动的构件。,一个原动件只能提供一个独立参数,机构具有确定运动的条件为：,自由度原动件数,F=N,机构具有确定运动的条件构件具有确定运动的条件：4原动件能独,机构具有确定运动的条件,构件具有确定运动的条件：,4,若,NF,，则导致最薄弱的环节被破坏,机构具有确定运动的条件构件具有确定运动的条件：4若N4,已无实例了!,p,l, 3 6,平面机构的结构分类基本杆组的条件8 pl 为整数， n,平面机构的结构分类,基本杆组的结构分类,8,n=2,的杆组称为,级组应用最广而又最简单的基本杆组。共有,5,种类型,典型,级组：,平面机构的结构分类基本杆组的结构分类8n=2 的杆组称为级,平面机构的结构分类,基本杆组的结构分类,8,级组,：结构特点：其中一个构件有三个运动副。,n=4,（,p,l,6,）的杆组有以下四种类型:,平面机构的结构分类基本杆组的结构分类8级组：结构特点：其中,平面机构的结构分类,基本杆组的结构分类,8,第四种形式称为,IV,级组,。,结构特点：,有两个三副杆，且4个构件构成四边形结构。,平面机构的结构分类基本杆组的结构分类8第四种形式称为IV级组,平面机构的结构分类,基本杆组的结构分类,8,内端副,杆组内部相联。,外端副,与组外构件相联。,机构按所含最高杆组级别命名，如,级机构，,级机构等。,平面机构的结构分类基本杆组的结构分类8内端副杆组内部相联,平面机构的结构分类,基本杆组的结构分类,8,注意：,杆组的各个外端副不可以同时加在同一个构件上，否则将成为刚体。如：,平面机构的结构分类基本杆组的结构分类8注意：杆组的各个外端副,平面机构的结构分析,基本杆组的结构分析,9,目的：,了解机构的组成，并确定机构的级别。,平面机构的结构分析基本杆组的结构分析9目的：了解机构的组成，,平面机构的结构分析,基本杆组的结构分析,9,结构分析的方法：,先应正确计算机构的自由度（需去除虚约束和局部自由度），并确定原动件；,然后从远离原动件的构件开始拆杆组，并先拆II级组，若不成再拆III级组，直至全部杆组拆除只剩下原动件和机架为止；,最后确定机构级别,平面机构的结构分析基本杆组的结构分析9结构分析的方法：先应正,平面机构的结构分析,基本杆组的结构分析,9,注意：,机构的级别与原动件的选择有关,平面机构的结构分析基本杆组的结构分析9注意：机构的级别与原动,平面机构的结构分析,基本杆组,9,举例：将图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。,7,1,3,2,4,5,6,8,平面机构的结构分析基本杆组9举例：将图示八杆机构拆分成基本机,平面机构的结构分析,基本杆组,9,举例：将图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。,平面机构的结构分析基本杆组9举例：将图示八杆机构拆分成基本机,平面机构的结构分析,基本杆组,9,举例：将图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。,II级机构,平面机构的结构分析基本杆组9举例：将图示八杆机构拆分成基本机,平面机构的结构分析,基本杆组,9,举例：将图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。,平面机构的结构分析基本杆组9举例：将图示八杆机构拆分成基本机,本 章 小 结,本章主要介绍机构的组成与分析，涉及到机构组成与分析的多项内容，是进行常见机构特点和机构运动、动力分析的基础,本 章 小 结本章主要介绍机构的组成与分析，涉及到机构,本 章 小 结,本章重点：,机构的组成,运动副和运动链的概念,机构运动简图绘制,本 章 小 结本章重点：机构的组成运动副和运动链的概念,本 章 小 结,本章重点：,机构自由度的计算,机构的组成原理,机构具有确定运动的条件,本 章 小 结本章重点：机构自由度的计算机构的组成原理,本 章 小 结,本章难点：,机构运动简图绘制,机构中虚约束的判定,本 章 小 结本章难点：机构运动简图绘制机构中虚约束的,