机构的结构ppt课件

第 四 章 机 构 的 结 构,1,4.1 运动链、机构,运动链两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。或构件通过运动副联接而成的装配体，称为运动链。,1.运动链,2,闭式运动链：如果运动链中的每一个构件都与两个或两个以上构件相连接，这样的运动链为闭链； 开式运动链：如果运动链中至少有一个构件上只有一个运动副元素，这样的运动链为开链。,动画演示1、2、3,3,平面运动链：如果运动链中所有构件上点的运动轨迹都在平行的平面上，则称运动链为平面运动链；否则，为空间运动链 。,4,机构：将运动链中的一个构件或运动副与机架连接在一起，便成为一个机构。,作者：潘存云教授,2.机构,链 接,链 接,5,4.2 机构运动简图,机构运动简图用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形。,作用：,机构运动简图：按照国家标准中规定的符号和线条、并按比例表达出来，从而反映出机构的运动特性。,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,机构示意图若不考虑各运动副间的相对位置，不按比例绘制的机构简图,6,7,8,9,10,11,链接1 链接2 链接3,12,链接1 2 3,链接1 2,13,绘制机构运动简图,运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；,检验机构是否满足运动确定的条件。,测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面）， 绘制示意图。,按比例绘制运动简图。 简图比例尺： l =实际尺寸 m / 图上长度mm,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。,绘制步骤：,绘制思路：,14,顺口溜： 先两头，后中间，从头至尾走一遍， 数数构件是多少，再看它们怎相联。,15,例1：绘制图示颚式破碎机的机构运动简图,分析：该机构有6个构件和7个转动副。,动画演示,16,17,例2： 液压泵机构的机构运动简图,动画演示1,18,例3：简易冲床的机构运动简图,动画演示1 2,19,4.3 机构的数字存储,目的： 利用计算机进行机构的分析和设计。应解决的首要问题就是机构的数字存储问题，应包括机构的所有的运动学信息，如机构的结构、尺寸以及几何特征等的存储。,关联矩阵或邻接矩阵： 描述构件的作用和构件之间相互联系。,拓扑图： 为得到机构的关联矩阵或邻接矩阵，将机构的运动简图进一步抽象为机构的拓扑图。,20,4.3.1 机构与机构的拓扑图,拓扑图: 用来描述某一事物（物体）与另外一些事物（物体）之间联系的抽象模型。事物（物体）用顶点表示，事物（物体）之间的联系用连接顶点的边表示 。,21,通常采用将构件表示为顶点、运动副表示为边的方法。,其中：V1V6表示构件16； e1e7表示运动副AG,拓扑图中，比较重要的是关联和邻接的概念：一条边的顶点与该边关联，反之，一条边与其顶点也关联；与同一条边关联的两个顶点互相邻接，反之，有公共顶点的两条边也互相邻接。,22,4.3.2 机构拓扑图的关联矩阵和邻接矩阵,关联矩阵：刻画了拓扑图中边与顶点之间的关联关系。 矩阵中每一行代表一个顶点，每一列代表一 条边,有连接为1，无连接为0,23,邻接矩阵：刻画了拓扑图中边与边之间的邻接关系。,邻接矩阵是一个对角线元素为0的对称矩阵,邻接为1，非邻接为0,24,求解流程解析,邻接矩阵,关联矩阵,拓扑图,机构简图,25,4.4 机构的自由度,4.4.1 机构自由度的概念 (Freedom),定义2：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。,定义1：确定机构相对机架位置的独立广义坐标数称为机构的自由度。,链接1 链接2,26,4.4.2 机构的自由度与原动件数,原动件指将运动和驱动力传入到机构中的构件。 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,27,4.4.3 机构自由度的计算公式,4.4.3.1 平面机构自由度的计算公式,作平面运动的刚体在空间的位置需要三个独立的参数（x，y, ）才能唯一确定。,单个自由构件的自由度为 3,28,活动构件数 构件总自由度 低副约束数 高副约束数 n 3n 2 PL 1 Ph,要求：记住上述公式，并能熟练应用。,推广到一般：,29,例题1：曲柄滑块机构的自由度,活动构件数 n=3,低副数 PL=4,F=3n 2PL Ph =33 24 =1,高副数 Ph =0,求解过程：,动画链接,30,例题2： 计算五杆铰链机构的自由度,活动构件数 n=4,低副数 PL=5,高副数 Ph =0,构件1不动，其余构件可动,F=3n 2PL Ph =34 25 =2,求解过程：,链接1、链接2,31,例题3： 计算图示凸轮机构的自由度,求解过程： 活动构件数 n=2,低副数 PL=2,高副数 Ph =1,F=3n 2PL Ph = 32 221 =1,运动演示,32,自由度计算中的特殊问题,例题4: 计算图示圆盘锯机构的自由度。,活动构件数 n=7,低副数 PL=6,高副数 Ph =0,计算结果肯定不对！,F=3n 2PL Ph = 37 260 =9,求解过程：,33,活动构件数 n=7,低副数 PL=10,高副数 Ph =0,F=3n 2PL Ph = 37 2100 =1,复合铰链,动画演示,复合铰链 两个以上的构件在同一处以转动副相联。,34,对于右边的机构，有： n=2，PL =2， Ph =1 F=32 22 1=1,事实上，两个机构的运动相同，且F=1,比较两种凸轮机构的自由度,对于左边的机构，有： n=3，PL =3， Ph =1 F=33 23 1=2,局部自由度,分析：,动画演示,35,虚约束对机构的运动实际不起作用的约束。 计算自由度时应去掉虚约束。,分析：FEAB CD ，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧，增加的约束不起作用，应去掉构件4。,虚约束,求解： n=4，PL =6， Ph =0 F=34 26 =0,动画链接,36,常见的虚约束,1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合,如平行四边形机构，火车轮椭圆仪、椭圆仪等。,2.两构件构成多个移动副，且导路平行,动画链接1、2,37,3.两构件构成多个转动副，且同轴,动画链接1 2 3,38,4.运动时，两构件上的两点距离始终不变,AB=CD, AE=DF BC=AD=EF,5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。,动画链接1、2,39,6.两构件构成高副，两处(多处)接触，且法线重合。,注意：法线不重合时，变成实际约束！,高副：两条线接触,两条线接触，且变成实际约束,40,局部自由度,复合铰链,虚约束,例题： 计算图所示机构的自由度 (若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。,求解： n=8，PL =11， Ph =1 F =3n 2PL Ph =38 211 1 =1,41,求解： n=6，PL =8， Ph =1 F =3n 2PL Ph =36 28 1 =1,42,4.4.3.2 空间机构自由度的计算公式, (4-2), (4-2),空间机构自由度； 机构中的活动构件数； （ ）运动副的级； （ ）机构所含级副的个数。,其中：,43,自动驾驶仪操纵机构,A: 构件1、2之间形成的圆柱副，属级副,B: 构件2、3之间形成的转动副，属级副,C: 构件3、4之间形成的球面副，属级副,D: 构件1、4之间形成的转动副，属级副,44,公共约束: 是指在机构中由于运动副的特性及布置的特殊性，使得机构中所有的活动构件共同失去了某些自由度，即对机构中所有活动构件同时施加的约束。,公共约束,（4-3）,其中， 为公共约束数。,45,举例： 圆锥齿轮机构,所有构件的三个移动自由度均被约束，故机构有三个公共约束,由 得,46,4.4.4 过约束,过约束: 公共约束和虚约束的统称。,这些约束均与构件的尺寸、加工和装配精度有密切的关系。 如果虚约束的条件不能满足的话，“虚约束”也同样会起到运动约束的作用，工程中常常出现的机构运转不灵活、甚至“卡死”等现象往往是由于没有满足虚约束条件而造成的。 由此可见，有公共约束和虚约束的机构在设计、制造和装配等方面将会提出更高的要求。,47,引子：机构结构探讨,主动件,中间传动构件 （从动件）,执行构件 （从动件）,48,4-5 机构的组成原理,4.5.1 基本杆组,机构具有确定运动的条件是原动件数自由度。,现设想将机构中的原动件和机架断开，则原动件与机架构成了基本机构，其F1。剩下的构件组必有F0。将构件组继续拆分成更简单F0的构件组，直到不能再拆为止。,定义：最简单的F0的构件组，称为基本杆组。,49,4.5.2 平面基本杆组的型式 基本杆组的特征：自由度为零,因为：,得，运动副与杆数的关系,50,51,级组：由两个构件和三个低副构成的基本杆组称为级杆组（共有 5 种类型）,级组：四个构件和六个低副构成 结构特点：其中一个构件有三个运动副。,52,IV级杆组：四个构件和六个低副构成 结构特点：有两个三副杆，且4个构件构成四边形结构。,内端副杆组内部相联。 外端副与组外构件相联。,机构命名方式： 按所含最高杆组级别命名，如级机构，级机构等。,53,4.5.3 机构的组成,任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次联结到 原动件和机架上去的方法来组成。,54,4.5.4 机构的级,机构以机构中所含基本杆组的最高级作为机构的级。 如：机构为级机构 、机构为级机构等,拆杆组的基本方法和步骤是： （1）从最远离原动件的构件拆起； （2）试拆低级别的基本杆组， 如果可拆出，则拆出， 否则，试拆高一级别的基本杆组。,能拆出基本杆组的判断条件是： 拆出基本杆组后，剩余部分是否为机构、并且保持原机构的自由度不变。如果是，则可拆出该基本杆组，否则，则不能拆出。,55,例题： 试确定图所示机构的级别。,56,构件1为原动件； 构件7、8组成级杆组； 构件2、3、4、5组成级杆组，,机构为级机构,57,第四章结束,58,