机械原理第一章平面机构的结构分析主要内容

第一章平面机构的结构分析本章主要内容：１）平面机构运动简图的绘制２）平面机构自由度的计算及机构具有确定运动的条件３）机构的组成原理及结构分析1-1.研究机构结构的目的(1)探讨机构运动的可能性及其具有确定运动的条件(2)将各种机构按结构加以分类，并按分类建立运动分析和动力分析的一般方法(3)了解机构的组成原理(4)绘制机构运动简图1-2.运动副、运动链和机构一、运动副基本概念：1运动副：两构件直接接触形成的可动联接运动副1运动副2运动副2运动副元素：参与接触而构成运动副的点、线、面。3自由度：构件所具有的独立运动的数目4约束：对独立运动所加的限制运动副的分类：1根据运动副的接触形式，运动副归为两类:1）低副：面接触的运动副。如转动副、移动副。2）高副：点或线接触的运动副。如齿轮副、凸轮副。2根据两构件的空间运动形式，可将运动副分为平面运动副和空间运动副。1）平面运动副：组成运动副两构件间作相对平面运动，如转动副、移动副、凸轮副、齿轮副。2）空间运动副：组成运动副两构件间作相对空间运动。如螺旋副，球面副运动副的约束特点：具有两个约束而相对自由度等于一的平面运动副：转动副和移动副。具有一个约束而相对自由度等于二的运动副：高副约束一个相对转动而保留两个相对移动的运动副是不可能存在的。二、运动链•运动链：两个以上构件以运动副联接而成的系统。•闭链：组成运动链的每个构件至少包括两个运动副元素，该运动链为封闭系统。•开链：运动链中有的构件只包含一个运动副元素。三、机构从运动链的角度，机构需具有下列特点:•1)运动链中有机架•2)各构件间有确定的运动1-3．平面机构运动简图一、机构运动简图的定义及作用说明机构各构件间相对运动关系的简单图形.机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表示构件和运动副，并按一定比例表示各运动副的相对位置.•组成：线条和符号•符号：表示运动副二、机构运动简图的绘制1.运动副的表示符号：1)两构件构成转动副2)两构件构成移动副3)两构件组成平面高副用两构件接触点（线）附近的两段轮廓表示2.构件的表示方法将该构件上的运动副元素按其位置表示出来，再用简单的线条将这些运动副联接起来，就可表示这个构件。1)具有两个运动副元素的构件的表示方法：2)具有三个运动副元素的构件的表示方法:3.运动简图的绘制步骤•1确定原动件•2确定输出件•3确定传动件•4确定构件数量及各构件间的相对运动关系，以确定运动副的种类和数目。•5选择适当的投影面•6选择比例尺•7以线条和运动副规定符号表示构件和运动副1-4.平面机构的自由度一、平面机构的自由度1.基本概念：1）构件的自由度；2）机构自由度：指机构中各活动构件相对于机架的独立运动数目。两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些约束。2机构自由度的一般计算公式F=3n-2Pl-Phn–活动构件数；Pl–低副数；Ph–高副数1-1自由度计算例题F=3×3–2×4=1F=3×4–2×5=2二、机构具有确定运动的条件1.F0,当机构自由度和原动件数相等时结论:F0,F=原动件数时,机构具有确定的运动2.F0,但F原动件时结论:机构的运动不确定.3.当F0,但F原动件时:结论:机构会遭到破坏4.当F=0时:结论:不能运动.综上所述，平面机构具有确定运动的条件：1)机构自由度F≥1；2）原动件数目等于机构自由度F。例1-2试计算图示牛头刨床机构的自由度，并确定其原动件数目。N=6PL=8(5个转动副和3个移动副PH=1F=3×6–2×8-1=1此机构应有一个原动件三、计算机构自由度时应注意的几种情况1复合铰链由三个或三个以上构件组成的轴线重合的转动副称为复合铰链。由m个构件组成的复合铰链应含有(m-1)个转动副。2局部自由度（多余自由度）(1)局部自由度：机构中个别构件不影响其它构件运动，即对整个机构运动无关的自由度。(2)处理办法：在计算自由度时，拿掉这个局部自由度，即可将滚子与装滚子的构件固接在一起。3）虚约束1、虚约束：在机构中与其他运动副作用重复，而对构件间的相对运动不起独立限制作用的约束。2、处理办法：将具有虚约束运动副的构件连同它所带入的与机构运动无关的运动副一并不计。3.常见的虚约束：1)机构中某两构件用转动副相联的联结点，在未组成运动副之前，其各自的轨迹已重合为一，则此联结带入的约束为虚约束。2）两构件组成的若干个导路中心线互相平行或重合的移动副。3）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。4）在机构整个运动过程中，如果其中某两构件上两点之间的距离始终不变，则联接此两点的两个转动副和一个构件形成的约束为虚约束。5）在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链来传递运动，只有一组起独立传递运动的作用，其余各组常引入虚约束。计算机构的自由度F=3n–2PL–PH=3×9-2×12-2=11-4F=3n–2PL–PH=3×8-2×11-1=11-5.平面机构的组成原理和结构分析一平面机构的高副低代1实质：以低副来代替高副2目的：将含有平面高副的机构进行低代后，可将其视为只含低副的平面机构，就可根据机构组成原理和结构方法对其进行结构分类，并运用低副平面机构的分析方法对其进行分析和研究。只研究平面低副机构的组成原理和分析．3高副低代的一般方法：在接触点两轮廓曲率中心处，用两个转动副联接一个构件来代替这个高副。二、平面机构组成原理杆组：不可再分的、自由度为零的运动链。杆组需满足的条件：F=3n－2PL＝0PL＝3n/2二级杆组：n＝2PL＝3三级杆组：n＝4PL＝6四级杆组：n＝4PL＝6三、平面机构的结构分析平面机构结构分析的步骤：1.去除局部自由度和虚约束，高副低代，并标出原动件。2.从远离原动件的地方开始，先试拆二级杆组，不行，再试拆n＝4的杆组。当分出一个杆组后，再次试拆时，仍需从最简单的二级杆组开始试拆，直到只剩下机架和原动件为止。*杆组的增减不应改变机构的自由度。3.判断机构的级别。例1-5试分析图示大筛机构的结构，并确定机构的级别解：结构分析如下，该机构为二级机构。例1-6试分析图示牛头刨床机构的结构，并确定机构的级别。解：机构分析如下该机构是三级机构