机械设计基础平面机构的结构分析

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,*,第1章 平面机构的结构分析,1.1 平面机构的组成,平面机构,：组成机构的所有构件都在一个平面或相互平行的几个平面内,运动的机构。,自由度,：,构件相对于其它构件的独立运动的可能,。例：一个作平面运动的自由构件，有三个独立运动的可能：,x,y,S,O,沿x向 移动,沿y 向移动,绕z 轴转动,约束,：,指对独立运动所加的限制,一、构件的自由度和约束,机构由构件和运动副组成,转动副,移动副,凸轮高副,齿轮高副,高副,二、运动副的分类及其表示方法,1、,运动副,两个构件直接接触而又能作相对运动的可动联接。,（关键点：两个 可动的 联接）,2、,平面运动副,构成运动副的两构件间的相对运动为平面运动。,3、运动副的分类：,（按接触情况分）,低副,：面接触,高副,：点、线接触,转动副（回转副；铰链）,移动副,凸轮高副,齿轮高副,转动副,1,1,2,1,2,2,移动副,2,1,2,1,2,1,导路,5、运动副的表示方法,转动副,移动副,凸轮高副,齿轮高副,4、运动副的作用,：,引入约束，限制构件的自由度。,引入一个低副：限制了两个自由度；,引入一个高副：限制了一个自由度。,一、机构运动简图,用简单的线条和符号表示各构件之间相对运动关系、并按一定的比例确定各运动副的相对位置的简单图形。,它能反映出,：,运动规律 运动副形式、数目 构件的数目、尺寸 传力情况,1.2 平面机构的运动简图,1,、构件的分类,（按运动性质分）,二、构件的分类及其表示方法,固定件,（机架）相对固定不动，支承活动构件的构件。,原动件,（主动件）运动规律已知的活动构件（输入构件）,从动件,随原动件运动的其他活动构件。,2、构件的表示方法,部分常用机构运动简图符号见,P8,表,1-1,（摘自,GB/T 4460-1984),双副构件,三副构件,两个转动副,一个转动副一个移动副,偏距,e,e,=0,一个转动副一个高副,跨越符号,1,1,2,机构运动简图的绘制举例,(,1)分析机构的运动，判断固定件、原动件、从动件、构件的数目、运动副的类型和数目；,（2）合理选择投影面；,（3）选择适当的比例尺（实长/图长）；,（4）按顺序绘图。,4,A,C,B,1,2,3,气缸,活塞,连杆,曲轴,小齿轮,大齿轮,凸轮,顶杆,一、平面机构自由度,设有：,N,个构件；,n,（,=,N,1,）,个,活动构件,；,P,L,个低副；,P,H,个高副；,则自由度为：,F,=3,n,-2,P,L,-,P,H,确定机构中各构件相对于机架（位置）运动时，所需 要的独立运动的数目。,1.3 平面机构具有确定运动的条件,二、机构具有确定运动的条件,F,0,F,=,原动件数,F,=3,n,-2,P,L,-,P,H,=3 2 2 3,=0,(a),(d),(c),(b),F,=3,n,-2,P,L,-,P,H,=3 3 2 4,=1,F,=3,n,-2,P,L,-,P,H,=3 4 2 5,=2,F,=3,n,-2,P,L,-,P,H,=32 22 1,=1,例题：,先计算其自由度：,F,=3,n,-2,P,L,-,P,H,三、计算平面机构自由度时应注意的事项,1.,复合铰链,处理方法：,m,个构件组成复合铰链时，其转动副数应为,(m-1),个。,（显然是错误的),原因？,铰链,C,3,2,4,C,2,3,4,复合铰链,这种两个以上的构件在同一处用转动副联接在一起的组合。,正确计算应为：,F=3,5,2,7=1,=3,5,2,6=3,F,1,2,3,4,A,B,C,D,E,5,2.,局部自由度,正确计算应为,:,F,=3,n,-2,P,L,-,P,H,=3,2,2,2,1=1,计算其自由度：,F,=3,n,-2,P,L,-,P,H,=3,3,2,3,1=2,（,显然是错误的）,原因？,小滚子的运动并不影响整个机构的运动规律，但引入了一个自由度（,F,=3,1,2,1=1,），,这种不影响其他构件运动的自由度,局部自由度,其作用：,改善受力情况,减少磨损。,处理方法：,假想,2,、,3,构件焊接在一起，成为一个构件。,3.虚约束,先计算其自由度：,F,=3,n,-2,P,L,-,P,H,=3,3,2,5=-1,（显然是错误的),原因？,构件3和 4在,D、E,处同时组成移动副，且两移动副导路重合，则两移动副的作用相同，其中之一是重复的、虚的约束。象这种不产生实际约束作用的重复的约束,虚约束,1,2,4,A,B,C,D,E,3,虚约束的作用：,虽不影响机构的运动，但有工程意义加强构件的强度、刚度，改善构件的受力情况。,虚约束的处理：,在计算自由度时，应将起重复约束（虚约束）作用的部分去掉，然后再进行计算。,正确计算应为：,F,=3,n,-2,P,L,-,P,H,=3,3,2,4=1,两个构件之间形成多个转动副且其轴线重合,虚约束通常有下列几种情况：,两个构件之间形成多个移动副且导路重合或互相平行,不影响机构运动的对称部分,F,=31 21=1,F,=32 221=1,F,=33 232=1,如果两构件相连接，而该两构件上连接点的运动轨迹在连接前后互相重合时，则此连接引入的约束必为虚约束。,例：,计算机构的自由度,F,=3,n,-2,P,L,-,P,H,=3,7,2,9,1=2,C,处为复合铰链；,E,处为虚约束；,F,处为局部自由度;,先看是否有特殊情况：,处理后见左下图：,计算自由度：,练习：,计算下列各机构的自由度。（若有复合铰链、局部自由度、虚约束，请指出。并说明需几个原动件）,2),3),4),1）,A,B,C,D,E,F,A,B,C,D,E,F,G,H,I,A,B,C,D,E,F,G,A,B,C,D,E,F,练习：,计算下列各机构的自由度。（若有复合铰链、局部自由度、虚约束，请指出。并说明需几个原动件）,5),6),7),计算机构自由度三个注意事项,复合铰链,局部自由度,虚约束,（a）,（b）,（c）,（d）,（e）,（f）,