平面机构的结构分析.

1.构件(Link)机械的运动单元，传递运动和力的载体。实例：内燃机中的缸体、活塞、连杆、曲轴等。第一节机构的组成内燃机连杆第二章平面机构的结构分析一个构件也可以由几个零件刚性联接组成。实例：连杆由连杆体、轴瓦、连杆盖、螺栓、垫圈、螺母、连杆衬套等相互刚性联接组成。连杆体连杆盖螺栓垫圈螺母连杆衬套轴瓦零件(Part)是机械的制造单元。内燃机连杆2.运动副(Kinematicpair)两个构件以一定几何形状和尺寸的表面相互接触所形成的可动联接。运动副元素(Pairelement)—两个构件上相互接触的表面。约束(Constraint)—运动副对构件间的相对运动自由度所施加的限制。思考•机器与机构有何区别？•构件与零件有何区别？•零件和部件有何区别？•运动链与机构有何区别？1、机器和机构的相同点：由若干构件组合而成；各构件间具有确定的相对运动。不同点：机构不具有变换或传递能量、物料、信息的功能。2、构件是运动的单元；零件是制造的单元。3、零件部件：由几个零件组成，协同完成同一目的。如：轴承，联轴器，离合器。典型机器分析1.单缸四冲程内燃机65438712910内燃机3–进气阀、1–气缸体、2–活塞、9–小齿轮、6–曲轴、5–连杆、4–排气阀、8–气门挺杆、10–大齿轮、7–凸轮、主要构成典型机器分析1.单缸四冲程内燃机65438712910内燃机工作原理1.活塞下行，进气阀开启，排气阀关闭，混合气体进入气缸；2.活塞上行，进、排气阀关闭，混合气体被压缩，在顶部点火燃烧；3.高压燃烧气体推动活塞下行；4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。进气压缩爆炸排气内燃机的工作过程内燃机的机构组成曲柄滑块机构(Slider-crankmechanism)凸轮机构(Cammechanism)齿轮机构(Gears)实现移动与转动之间的运动转换启闭进气阀、排气阀。保证进气阀、排气阀和活塞之间的协调动作。电动机2.工件自动装卸装置凸轮机构带传动机构蜗杆传动机构连杆机构机构组成工作原理1.滑杆左移，夹持器将工件夹住。2.滑杆带着工件右移，夹持器动爪受挡块的压迫将工件松开，工件落入载送器被传送到下一道工序。动爪定爪装配夹具工件载送器滑杆挡块凸轮机构工件连杆机构蜗杆传动带传动Oxzysxszsyyxz空间运动刚体的自由度一个完全独立的刚体在空间直角坐标系下的自由度(Degreeoffreedom,Mobility)为sx，sy，sz，x，y，z，即自由度数f6。平面运动刚体的自由度为sx，sy，z，即自由度数f3。yxzOyz(x,y)xO平面运动刚体的自由度sxsy•刚体的自由度高副：a.点或线接触；b.有两个自由度，转动+移动。（约束了一个自由度）构件的不同接触形式点接触(Pointcontact)线接触(Linecontact)特点：具有较多的自由度，易于构件的自动调整，保持静定特性。接触应力大，易变形、易磨损、承载能力低。制造比较困难。适用场合结构简单，运动精度要求较高，受力较小。面接触(Areacontact)特点相当于多点接触，承载能力较高，应用广泛。运动副的自由度一般较低，其接触状况对尺寸、形状及相对位置误差十分敏感，实际接触及受力状况难以准确确定，需要较高的制造精度。保证运动副可靠工作的措施●提高表面硬度●正确选用材料●添加润滑剂●加入中间体,将滑动摩擦改为滚动摩擦转动副移动副低副：a.面接触；b.有一个自由度，转动或移动。（约束了二个自由度）类别引入约束数保留自由度数特点转动移动转动移动低副转动副0210两构件面接触，能承受较大压力，易于润滑，经久耐用，具有运动可逆性移动副1101高副凸轮副0111两构件点或线接触，单位压力较大，易磨损，因具有较多自由度，所以比低副易获得复杂运动规律齿轮副0111•运动副的分类•●按运动副的接触形式分类•面与面接触的运动副—低副(Lowerpair)•点、线接触的运动副—高副(Higherpair)•●按运动副引入的约束数分类•I级副(ClassIkinematicpair)、II级副、III级副、IV级副、V级副。•●按两构件相对运动的形式分类•面运动副(Planarkinematicpair)•空间运动副(Spatialkinematicpair)•●按接触部分的几何形状分类•圆柱副、球面副、螺旋副、球面–平面副、平面–平面副、球面–圆柱副、圆柱–平面副等等。•运动副举例球面–平面副Sphere-planepair空间I级高副圆柱–平面副Cylinder-planepair空间II级高副球面副Sphericalpair空间III级低副球销副Sphere-pinpair空间IV级低副圆柱副Cylindricpair空间IV级低副螺旋副Helicalpair空间V级低副转动副Revolutepair平面V级低副轴承Bearing铰链Hingedjoint平面机构是应用最广泛的机构。平面运动副的约束数为1s2。点、线接触的平面运动副—平面高副面接触的平面运动副—平面低副转动副移动副滚动副凸轮副齿轮副3.运动链(Kinematicchain)两个以上构件用运动副联接的构件系统。闭式运动链(Closedkinematicchain)单封闭回路闭链pN（p为运动副数，N为构件数）多封闭回路运动闭链kpN1(k为回路数)开式运动链(Openkinematicchain)开式运动链广泛应用于机械手和机器人中。Np1•4.机构其余构件运动是否确定？机构满足条件在另一个（或几个）构件上加上已知运动21341432运动链4132固定一个构件曲柄滑块机构摇块机构导杆机构•运动链的生成是创造、获取新机构的重要手段。运动链的设计只关注构件数和联接这些构件的运动副的数量和类型，所以又称为机构的型数综合(Typeandnumbersynthesis)。同一运动链可以生成的不同机构431CAB21423ABC1432ABCAB2134至少1个1个构件的类型原动件(Drivinglink)—机构中按给定运动规律运动的构件，也称为输入构件(Inputlink)。从动件(Drivenlink,Follower)—其余的可动构件。具有预期的运动规律、对外完成某种工艺动作的从动件也称为输出构件(Outputlink)或执行构件(Executivelink)。机架(Fixedlink,Frame)—固定不动的构件。机构机架原动件从动件系统根据机构中各构件的相对运动是否在同一平面或平行平面内，可将机构分为平面机构(Planarmechanism)和空间机构(Spatialmechanism)。空间RSRC机构球面4R机构空间RSSP机构平面机构是我们的主要研究对象。1.运动简图机构运动简图(Kinematicsketch)是从运动学角度出发，将实际机械中与运动无关的因素加以抽象和简化后，得到的反映实际机械的运动特性和运动传递关系的图形。机构运动简图应满足的条件：⑴构件数目与实际机构相同；⑵运动副的性质、数目与实际机构相符；⑶运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。机构示意图为不严格按比例绘制的简图，用于表达机械的结构特征。第二节机构运动简图常用运动副的符号运动副符号两运动构件构成的运动副转动副移动副121212121212212121平面运动副两构件之一为固定时的运动副121222112211222112运动副名称平面高副螺旋副21121221211212球面副球销副1212空间运动副122112平面运动副21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构件的表示方法画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。常用机构运动简图符号（摘自GB/T4460-1984）在机架上的电机齿轮齿条传动圆锥齿轮传动带传动链传动圆柱杆蜗轮传动凸轮传动外啮合圆柱齿轮传动常用机构运动简图符号（续）内啮合圆柱齿轮传动棘轮机构常用机构运动简图符号（续）2.机构运动简图的绘制步骤：⑴分析机械的动作原理、组成情况和运动情况，确定原动件、机架、执行部分和传动部分。⑵沿着运动传递路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目。⑶选择与机械多数构件的运动平面平行的平面，作为机构运动简图的视图平面。⑷选择适当的机构运动瞬时位置和比例尺l(mmm)，定出各运动副的相对位置，并用各运动副的代表符号、常用机构的运动简图符号和简单线条，绘制机构运动简图。⑸从原动件开始，按运动传递顺序标出各构件的编号和运动副代号。在原动件上标出箭头以表示其运动的方向。平面机构运动简图绘制举例偏心泵12341.运动链的自由度计算运动链的自由度—确定运动链中各构件相对于其中某一构件的位置所需的独立参变量的数目。考察由N个构件组成的运动链，活动构件数n=N-1。F3n2pLpH第三节运动链成为机构的条件运动链自由度计算举例例1平面四杆运动链自由度计算分析：n3，pL4计算：F3n2pLpH33241只要给定1个独立位置参数，各构件间的相对位置关系就确定了。平面四杆运动链1432ABC2.运动链成为机构的条件判断所设计的运动链是否能成为机构，是提出新的设计方案时自行评价方案可行性的关键步骤。F3n2pLpH33251该运动链约束过多，成为超静定桁架，不能成为机构。F3n2pLpH32230运动链为一刚性桁架，不能成为机构。运动链成为机构的首要条件：运动链自由度必须大于零。AB12C3平面三构件运动链1243ADBCE平面四构件运动链在F0的条件下，进一步判断运动链是否具有确定的运动。平面五杆运动链F3n2pLpH34252原动件数F,运动链内部的运动关系不确定。运动链不能成为机构。原动件数F,运动链内部各构件运动关系确定。运动链成为机构。平面四杆运动链F3n2pLpH33241原动件数F，运动链内部的运动关系将发生矛盾，其中最薄弱的构件将会损坏。运动链不能成为机构。原动件数F，运动链内部各构件运动关系确定。运动链成为机构。运动链成为机构的条件是：取运动链中一个构件相对固定作为机架，运动链相对于机架的自由度必须大于零，且原动件的数目等于运动链的自由度数。满足以上条件的运动链即为机构，机构的自由度可用运动链自由度公式计算。直线机构计算错误的原因：3.计算机构自由度时应注意的问题举例直线机构自由度计算解n7，pL6，pH0F3n2pLpH37269错误的结果！12345678ABCDEF两个转动副●复合铰链(Compoundhinges)定义：两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。k个构件组成的复合铰链，有(k-1)个转动副。12345678ABCDEF正确计算B、C、D、E处为复合铰链，转动副数均为2。n7，pL10，pH0F3n2pLpH372101准确识别复合铰链举例关键：分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副1231342123441321432312两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副未考虑局部自由度时的机构自由度计算。F3n2pLpH332312●局部自由度(Passivedegreeoffreedom)定义：机构中某些构件所具有的仅与其自身的局部运动有关的自由度。考虑局部自由度时的机构自由度计算。设想将滚子与从动件焊成一体F322211计算时减去局部自由度FPF332311(局部自由度)1●虚约束(Redundantconstraint,Passiveconstraint)定义：机构中不起独立限制作用的重复约束。计算具有虚约束的机构的自由度时，应先将机构中引入虚约束的运动副或运动链部分除去。虚约束发生的场合⑴两构件间构成多个运动副两构件构成多个导路平行的移动副两构件构成多个接触点处法线重合的高副两构件构成多个轴线重合的转动副52134EF5⑵两构件上某两点间的距离在运