第01章-机构的组成原理

作者：郭卫东第1章机构的组成原理第1章机构的组成原理机构的组成及机构运动简图1平面机构的自由度2平面机构的组成原理与结构分析3综合实例4机构的组成要素——构件、运动副1.1机构的组成及机构运动简图构件机构中的运动单元体，组成机构的各个机件称为构件。构件可能是一个零件，也可能由几个零件固定连接而成。零件是制造的单元体。运动副由两个构件直接接触组成的可动连接称为运动副。转动副移动副齿轮副凸轮副螺旋副球面副1.1机构的组成及机构运动简图按相对运动的位置分类平面运动副空间运动副按接触形式分类低副高副按相对运动类型分类转动副移动副运动副的分类低副：面接触的运动副，如移动副和球面副。高副：点或线接触的运动副，如齿轮副和凸轮副。1.1机构的组成及机构运动简图开式链运动链未构成封闭图形闭式链运动链构成封闭图形运动链把若干个构件用运动副连接起来所形成的构件系统1.1机构的组成及机构运动简图1.1机构的组成及机构运动简图机构传递或变换运动的特定机件组合体称为机构。和运动链不同的是，机构必须有一个构件为机架，且各构件有确定的运动。原动件：1从动件：2、3机架：41.1机构的组成及机构运动简图机构运动简图利用简单线条和规定的运动副的表示方法绘制的机构图就是机构运动简图。1.1机构的组成及机构运动简图机构运动简图的绘制步骤1.分析机构运动，弄清构件数目；2.判定运动副的类型；3.选择视图投影面，选择比例尺；4.用规定符号绘制出各运动副；5.用规定符号绘制出各构件；6.构件和运动副分别编号；7.标明原动件。机构运动简图1.1机构的组成及机构运动简图1.1机构的组成及机构运动简图1.1机构的组成及机构运动简图1、分析机构运动2、确定运动副的类型3、选择投影面和绘图比例尺4、选择机构运动中的一个状态5、确定各运动副位置，绘图运动副和构件6、编号：A、B、C…表示运动副；1、2、3…表示构件；O1、O2…表示固定转轴；同一构件用1、1’表示7、标明原动件及其运动方向绘制步骤：1.1机构的组成及机构运动简图机构运动简图1、分析机构运动2、确定运动副的类型3、选择投影面和绘图比例尺4、选择机构运动中的一个状态5、确定各运动副位置，绘图运动副和构件6、编号：A、B、C…表示运动副；1、2、3…表示构件；O1、O2…表示固定转轴；同一构件用1、1’表示7、标明原动件及其运动方向1.1机构的组成及机构运动简图绘制步骤：机构运动简图第1章机构的组成原理机构的组成及机构运动简图1平面机构的自由度2平面机构的组成原理与结构分析3综合实例4四杆机构五杆机构自由度机构具有确定运动时的独立运动参数（即机构的位置得以确定必须给定的独立的广义坐标的数目）。机构的自由度F＝1（需要1个独立参数j1）机构的自由度F＝2（需要2个独立参数j1和j4）1.2平面机构的自由度机构具有确定运动的条件1.2平面机构的自由度机构的原动件数目＝机构的自由度数F1.2平面机构的自由度平面运动自由构件的自由度F＝3转动副（低副）的约束S＝2移动副（低副）的约束S＝2高副的约束S＝1平面机构自由度的计算公式n个活动构件3n个自由度PL个低副2PL个约束PH个高副PH个约束F=3n-(2PL+PH)机构的自由度F为:1.2平面机构的自由度自由度计算实例n=3四杆机构1.2平面机构的自由度PL=4PH=0F=3n-(2PL+PH)=3×3-2×4-0=1五杆机构自由度计算实例n=4PL=5PH=0F=3n-(2PL+PH)=3×4-2×5-0=21.2平面机构的自由度LOGO1.2平面机构的自由度自由度计算实例LOGO自由度计算注意事项1.2平面机构的自由度★复合铰链n=5PL=6PH=0F=3n-(2PL+PH)=3?把两个以上构件形成的转动副称为复合铰链LOGO自由度计算注意事项1.2平面机构的自由度★复合铰链n=5PL=7PH=0F=3n-(2PL+PH)=1★局部自由度1.2平面机构的自由度n=2PL=2PH=1F=3n-(2PL+PH)=2?机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动,把这种局部运动的自由度称为局部自由度。计算时不予考虑。★局部自由度方法:假想构件2和3焊成一体1.2平面机构的自由度n=2PL=2PH=1F=3n-(2PL+PH)=1指机构在某些特定几何条件或结构条件下，有些运动副带入的约束对机构运动实际上起不到独立的约束作用,这些对机构运动实际上不起约束作用的约束称为虚约束。★虚约束注意：在计算自由度时，应将虚约束除去不计。1）对同一移动构件的平行虚约束在运动分析中只考虑其中一处约束就可以了。1.2平面机构的自由度2）对同一转动构件的同轴虚约束计算时只考虑一个转动副。之所以在实际机器中采用这种虚约束，是为了支撑的稳定性和受力的合理性。1.2平面机构的自由度LOGOn=4PL=6PH=0F=3n-(2PL+PH)=0?3）运动轨迹重合运动副的虚约束1.2平面机构的自由度LOGOn=3PL=4PH=0F=3n-(2PL+PH)=13）运动轨迹重合运动副的虚约束1.2平面机构的自由度在机构中如果把处在两构件上的两点用另外一个新添加的构件相连，而新添加的这个构件上连接点所形成的运动副的轨迹又与原来构件上点的轨迹重合，则此时引入的这个构件以及该构件与原来构件上的点，相连接所形成的这两个运动副即成为虚约束。1.2平面机构的自由度注意：该构件不含有上述虚约束。★虚约束3）运动轨迹重合运动副的虚约束4）等距运动副的虚约束在机构的运动中，若处在两构件上的两个点之间的距离始终保持不变，这是引入一个构件将此两点用两个运动副相连，则由此引入的一个约束也是虚约束。1.2平面机构的自由度★虚约束LOGO5）对称构件的虚约束1.2平面机构的自由度★虚约束例：计算图示机构系统的自由度，并判断其运动是否确定。局部自由度？复合铰链？虚约束？1.2平面机构的自由度n=7PL=9PH=2F=3n-(2PL+PH)=1第1章机构的组成原理机构的组成及机构运动简图1平面机构的自由度2平面机构的组成原理与结构分析3综合实例41.3平面机构的组成原理与机构分析机构的组成原理任何低副平面机构都可以看成是由若干基本杆组依次连接于原动件和机架上而组成。平面机构的结构分析基本杆组：不能再拆的自由度为零的构件组称为基本杆组。对于杆组，有F=3n-2PL=01.3平面机构的组成原理与机构分析基本杆组分为以下几种情况：（1）n=2,PL=3的杆组，称为Ⅱ级杆组。常见Ⅱ级杆组的形式为即3n=2PL或PL=3n/2书19页表1-41.3平面机构的组成原理与机构分析LOGO（2）n=4,PL=6的杆组，称为Ⅲ级杆组。常见Ⅲ级杆组的形式为1.3平面机构的组成原理与机构分析机构的级别：机构中基本杆组的最高级别就定义为机构的级别。例题计算图示机构的自由度，并分析机构组成情况。1.3平面机构的组成原理与机构分析n=7PL=10PH=0F=3n-(2PL+PH)=1Ⅲ级机构例题试对图（a）所示的六杆机构进行结构分析，并判断机构的级别。1.3平面机构的组成原理与机构分析机构的级别Ⅱ级（Ⅱ级机构）。1.3平面机构的组成原理与机构分析机构的级别Ⅲ级（Ⅲ级机构）。例题试对图（a）所示的八杆机构进行结构分析，并判断机构的级别。1.3平面机构的组成原理与机构分析例题试对图（a）所示的八杆机构进行结构分析，并判断机构的级别。机构的级别Ⅲ级（Ⅲ级机构）。平面机构的高副低代◆平面机构中高副低代的目的为了使平面低副机构结构分析和运动分析的方法适用于所有平面机构，需要进行平面机构的高副低代。◆高副低代的条件①代替前后机构的自由度完全相同；②代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度完全相同。1.3平面机构的组成原理与机构分析◆高副低代方法1.3平面机构的组成原理与机构分析◆高副低代方法结论：用一个含有两个低副的虚拟构件来代替高副，且两低副位置分别在两高副两元素接触点处的曲率中心。1.3平面机构的组成原理与机构分析第1章机构的组成原理机构的组成及机构运动简图1平面机构的自由度2平面机构的组成原理与结构分析3综合实例4计算图示大筛机构的自由度，并分析机构组成情况，判断机构的级别。1.4综合实例解：1.自由度计算n=8PL=11PH=1F=3n-(2PL+PH)=11.4综合实例2.高副低代n=9PL=13PH=0F=3n-(2PL+PH)=11.4综合实例3.结构分析1.4综合实例机构的级别为Ⅱ级。