機構(gòu)的組成課件

機構(gòu)的組成和機構(gòu)

StructuralAnalysisofMechenisms1.1機構(gòu)的組成

CompositionofMechanisms1.構(gòu)件(Link)構(gòu)件可以由多個零件組成，也可以由一個零件組成。零件—機器的制造單元，是機器的最小組成部分。2、運動副

KinematicPair根據(jù)組成運動副的兩構(gòu)件在接觸部分的幾何形狀可分為圓柱副、平面與平面副、球面副、螺旋副、球面與平面副、球面與圓柱副、圓柱與平面副等。構(gòu)件與構(gòu)件之間的直接接觸所形成的可動連接平面運動副（PlanarKinematicPair)—兩在同一平面內(nèi)運動的構(gòu)件形成的運動副?？臻g運動副（SpatialKinematicPair)—兩構(gòu)件在空間運動所形成的運動副。高副(HigherPair)—通過點、線接觸而形成的運動副低副(LowerPair)—以面接觸形成的運動副常見運動副

KinematicPairinCommonUse引入幾個約束就稱為幾級副球與平面副空間１級高副球面副空間３級低副球銷副空間４級低副圓柱副空間４級低副圓柱高副空間２級高副螺旋副空間５級低副常見運動副（續(xù)）

KinematicPairinCommonUse平面高副平面４級高副平面與平面副空間３級低副圓柱與平面副空間２級高副移動副平面５級低副轉(zhuǎn)動副平面５級低副球與圓柱副空間２級高副運動副的類型及表示符號

TypeandSymbolofKinematicPair3.運動鏈(KinematicChain)閉式運動鏈開式運動鏈閉式運動鏈—運動鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。開式運動鏈—運動鏈的各構(gòu)件沒有構(gòu)成封閉的系統(tǒng)。含有單副構(gòu)件的運動鏈必是開式運動鏈。由運動副連接所形成的構(gòu)建組4.機構(gòu)(Mechanisms)機架—機構(gòu)中固定不動的構(gòu)件。從動件—除機架和原動件外的其余構(gòu)件。原動件—按照給定的運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件具有確定運動的運動鏈1.2機構(gòu)運動簡圖

1.2TheKinematicDiagramofaMechanisms機構(gòu)運動簡圖—用簡單的符號和線條表示的用以表達機構(gòu)運動情況的簡化圖形，與原機器具有相同的運動特性。機構(gòu)運動簡圖的畫法

ProceduresforDrawingtheKinematicDiagramofaMechanisms找出機器或機構(gòu)的原動件、執(zhí)行件和機架。遵循運動傳遞的路線，把原動件與執(zhí)行構(gòu)件的傳遞路線搞清楚。搞清楚機器是由多少構(gòu)件組成的，每個構(gòu)件與它相鄰的構(gòu)件之間的相對運動是怎樣的，從而確定運動副的形式。選擇能夠表達運動關(guān)系的視圖平面。選擇適當?shù)谋壤?，定出運動副的相對位置，以簡單的線條和各種運動副符號，由原動件開始將機構(gòu)簡圖畫出。構(gòu)件及運動副連接的表達方法

RepresentationoflinksandKinematicPairjoints舉例如下例1

Example1試繪制出如圖所示機構(gòu)的運動簡圖。舉例

2

Example2畫出小型壓力機的機構(gòu)運動簡圖。原動件—偏心輪1+齒輪1’執(zhí)行構(gòu)件—壓桿8偏心輪1齒輪1’桿件2桿件3桿件4齒輪6’槽凸輪6’滑塊7壓桿8運動傳遞路線機器由9個構(gòu)件組成。運動鏈成為機構(gòu)的條件

ConditionsforaKinematicChaintoBecomeaMechanisms運動鏈成為機構(gòu)的條件是：運動鏈自由度數(shù)必須等于其原動件數(shù)，且必須大于零。三桿鉸鏈不能運動，所以不是機構(gòu)五桿鉸鏈的運動不確定，所以也不是機構(gòu)。運動鏈的自由度

DegreeofFreedomofaKinematicChain運動鏈自由度計算的一般公式：寫成通式的形式：例1.1計算自動駕駛儀操縱裝置的自由度1）分析運動鏈的組成2）畫機構(gòu)運動簡圖3）計算運動鏈的自由度活動構(gòu)件n=3,p5=2,p4=1,p3=1F=6×3-5×2-4×1-3×1=1計算運動鏈自由度時應注意的問題

PointsforAttentionduringtheCalculationofDOF1.公共約束問題２.復合鉸鏈３.局部自由度4.虛約束5.綜合實例1.公共約束問題

CommonConstraints解：該運動鏈活動構(gòu)件n=3,有4個轉(zhuǎn)動副p5=4。計算自由度為：

F=6n－5p5－4p4

－3p3

－2p2

－p1

=6n－5p5

=6×３—５×４

=-2機構(gòu)不能運動!計算有誤。例1.試計算右圖所示的四桿運動鏈的自由度?？紤]公共約束后的運動鏈自由度的計算公式應為：對四桿運動鏈重新計算：n=3,P5=4,q=3,自由度為F=(6－3)n－(5－3)p5

＝3n－2p5

＝3×3－2×4

＝1與實際情況相符。

公共約束問題（續(xù)）

CommonConstraints平面問題運動鏈的計算公式：Ｆ＝３ｎ－２ｐ５－ｐ４例1.計算三桿運動鏈的自由度。解：n=2,P5=3。

F=3n—2P5—P4=3×２—２×３

=0運動鏈不能運動,所以不是機構(gòu)。例2.計算五桿運動鏈的自由度。并判斷運動鏈是否為機構(gòu)。解：n=4,P5=5。

F=3n—2P5—P4=3×4—２×5=2不等于原動件數(shù)。所以不是機構(gòu)。只有當原動件為2時才能成為機構(gòu)。例３.判斷右圖所示的運動鏈是否為機構(gòu)。解：n=３,P5=４,P４＝１。

F=３n—２P5－P４

=３×３—２×４－１

=０自由度數(shù)等于零。所以不是機構(gòu)。例４.判斷右圖所示的運動鏈是否為機構(gòu)。解：n=２,P5=３,ｑ＝４。

F=２n—P5=２×２—３

=１自由度等于原動件數(shù)。所以是機構(gòu)。２.復合鉸鏈

CompoundHinge例１．計算右圖所示搖篩機構(gòu)的自由度。解:n=5,p5=6計算自由度F:F=３ｎ—２ｐ５－ｐ４＝３×５—２×６＝３與實際不符，可以看出該機構(gòu)的自由度應該為１。復合鉸鏈—兩個以上構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副聯(lián)接。在計算時ｐ５＝ｋ－１，其中ｋ為組成該轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件的個數(shù)。復合鉸鏈重新計算上例：ｎ＝５，ｐ５＝７。Ｆ＝３×５—２×７=１與實際情況相符。３.局部自由度

PassiveDOF例題：計算右圖所示擺動導桿機構(gòu)的自由度。解：ｎ＝３，ｐ５＝３，ｐ４＝１。計算自由度Ｆ＝３ｎ－２ｐ５－ｐ４＝３×３－２×３－１＝２機構(gòu)需要兩個原動件才能運動，與實際情況不符。局部自由度—機構(gòu)中不影響機構(gòu)的運動規(guī)律的自由度。發(fā)生的場合：滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦添加的滾子，滾動軸承的滾珠等。解決的辦法：在計算自由度時，將滾子與安裝滾子的構(gòu)件固接在一起，視為一個構(gòu)件。重新計算：解：ｎ＝２，ｐ５＝２，ｐ４＝１。計算自由度Ｆ＝３ｎ－２ｐ５－ｐ４＝３×２－２×２－１＝１與實際情況相符。局部自由度４.虛約束

RedundantConstraints例1.計算平行四邊形機構(gòu)的自由度。解：n=3,p5=4,F=3ｎ－２ｐ５－ｐ４＝３×３—２×４＝１運動鏈只要有一個原動件就是機構(gòu)。與我們看到的情況相同。ＡＢＣＤＡＢＣＤＥＦ例２.計算加強平行四邊形機構(gòu)的自由度。解：n=４,p5=６,F=3ｎ－２ｐ５－ｐ４＝３×４—２×６＝０運動鏈不能運動，與我們看到的情況相反。虛約束虛約束—對機構(gòu)的運動沒有影響的約束。處理方法：將引入虛約束的構(gòu)件連同運動副一起去掉。重新計算：解：n=３,p5=４,F=3ｎ－２ｐ５－ｐ４＝３×３—２×４＝１與我們看到的情況相同。虛約束發(fā)生的場合

SituationsofRedundantConstraintsOccuring虛約束n=３，ｐ５＝４Ｆ＝３×３－２×４＝１n=３，ｐ５＝3，p4=2Ｆ＝３×３－２×3－２＝１如果將機構(gòu)的某個運動副拆開,機構(gòu)被拆開的兩部分在原連接點的運動軌跡仍互相重合,則此連接帶入的約束必為虛約束。如右圖所示。２.在機構(gòu)中,某些不影響機構(gòu)運動的重復部分所帶入的約束為虛約束。如右圖所示。３.在機構(gòu)的運動過程中,若兩構(gòu)件上兩點的距離始終保持不變，則用雙轉(zhuǎn)動副桿將這兩點相聯(lián)，也將帶入一個虛約束。如右圖所示。n=３，ｐ５＝４，p4=０Ｆ＝３×３－２×４－０＝１ＡＢＣＤＥＦ4.兩構(gòu)件組成若干個轉(zhuǎn)動副，但其軸線互相重合（圖ａ）；兩構(gòu)件組成若干個移動副，但其導路互相平行或重合（圖ｂ）；兩構(gòu)件組成若干個高副，但各接觸點之間的距離為常數(shù)（圖ｃ，ｄ）；在這些情況下，各只有一個運動副起作用，其余運動副所提供的約束均為虛約束。如右圖所示。綜合實例

Examples例題：計算右圖所示大篩機構(gòu)的自由度。按任意鍵繼續(xù)1.找出機構(gòu)中的復合鉸鏈、局部自由度、和虛約束。復合鉸鏈局部自由度虛約束2.畫出簡化后的機構(gòu)運動簡圖。3.計算機構(gòu)的自由度n=7,p5=9,p4=1F=3n－2p5－p4=3×7－2×9－1=2觀看動畫演示1.4機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析

TheCompositionPrincipleandStructuralAnalysis2.4.1機構(gòu)的組成原理2.4.2平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類2.4.3平面機構(gòu)的高副低代2.4.4綜合例題1.4.1機構(gòu)的組成原理

CompositionPrincipleofMechanisms舉例：考察由原動件和機架組成的運動鏈。n=1,P5=1,F=3－２＝１所以由原動件和機架組成的運動鏈是最簡單的機構(gòu)．稱為１級機構(gòu)．因為所有自由度為１的機構(gòu)都有一個原動件，要把它和機架從機構(gòu)中分離出去，剩下的運動鏈的自由度必定為零．如下圖所示．機構(gòu)的組成原理（續(xù)１）

CompositionPrincipleofMechanisms分析六桿機構(gòu)的自由度：n=5,P5=7,P4=0F=3×５—２×７＝１．拆出基本機構(gòu)后剩余運動鏈的自由度：n=４,P5=６,F=3×４—２×６＝０．

這種自由度為零的運動鏈，有時還可以繼續(xù)分成若干個自由度為零的更簡單的運動鏈．如下圖所示．機構(gòu)的組成原理（續(xù)２）

CompositionPrincipleofMechanisms

我們把最后不能再拆的最簡單的自由度為零的構(gòu)件組稱為基本桿組．或稱阿蘇爾組(AssurGroup).n=2,P5=3,F=3×２－２×３＝０n=2,P5=3,F=3×２－２×３＝０機構(gòu)的組成原理（續(xù)３）

CompositionPrincipleofMechanisms

機構(gòu)的組成原理：機構(gòu)是由若干個基本桿組依次聯(lián)接在由原動件和機架組成的基本機構(gòu)上形成的．1.4.2平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類

ClassificationofPlanarMechanisms

對于任一基本桿組，它的自由度Ｆ＝０，即： Ｆ＝３ｎ－２ｐ５－ｐ4＝０現(xiàn)在僅考慮只有低副的情況，即：ｐ4＝０ Ｆ＝３ｎ－２ｐ５＝０

此時要滿足自由度為零的條件，只能是： ３ｎ＝２ｐ５因為構(gòu)件的個數(shù)ｎ，運動副的個數(shù)ｐ５都只能是整數(shù)。因此，它們的組合應該是： ｐ５＝３，ｎ＝２；ｐ５＝６，ｎ＝４；

即：構(gòu)件是２的倍數(shù)，運動副是３的倍數(shù)。我們把 ｎ＝２，ｐ５＝３的桿組稱為Ⅱ級組。ｎ＝４，ｐ５＝６的構(gòu)組稱為Ⅲ級組。依此類推，不過比Ⅲ機組更高的基本桿組，實際機構(gòu)中應用較少。常用Ⅱ級組和Ⅲ級組

CommonlyusedgradeⅡandgradeⅢAssurgroups常用Ⅱ級組常用III組

平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類（續(xù)）

ClassificationofPlanarMechanisms平面機構(gòu)的分類：用機構(gòu)中所含最高基本桿組的級數(shù)對機構(gòu)分類。如機構(gòu)中所含最高的桿組是Ⅱ級組，則該機構(gòu)就是Ⅱ級機構(gòu)。如機構(gòu)中所含最高的桿組是Ⅲ級組，則該機構(gòu)就是Ⅱ級機構(gòu)。例題：計算下圖所示沖壓機構(gòu)的自由度，并分別分析在１構(gòu)件和６構(gòu)件為原動件情況下組成機構(gòu)的基本桿組及機構(gòu)的級別。n=9,p5=13,F=3n-2p5=3×9－2×13=1點擊圖片連接ＡutoCAD1.4.3

平面機構(gòu)的高副低代

ReplacingHigherPairsbyLowerPairs

高副低代：根據(jù)一定的條件對機構(gòu)中的高副虛擬地用低副代替。高副低代的條件：1.代替前后機構(gòu)的自由度不變。2.代替前后機構(gòu)的瞬時速度和加速度不變。高副低代的方法：用含有兩個低副的虛擬構(gòu)件代替一個高副。如右圖所示：按任意鍵繼續(xù)平面機構(gòu)的高副低代（續(xù)１）

ReplacingHigherPairsbyLowerPairs1.兩接觸輪廓皆為曲線如圖所示：兩個圓盤的中心分別為Ｏ１和Ｏ２，它們在接觸點Ｃ構(gòu)成高副。當機構(gòu)運動時，距離Ｏ１Ｏ２（＝ｒ１＋ｒ２）保持不變，因而可以用含有兩個低副的虛擬構(gòu)件代替。如下圖所示，稱為鉸鏈四桿機構(gòu)。與原機構(gòu)的運動情況完全相同。

按任意鍵繼續(xù)平面機構(gòu)的高副低代（續(xù)２）

ReplacingHigherPairsbyLowerPairs

當高副元素為非圓曲線時由于曲線各處曲率半徑不同，運動時曲率中心不斷變化，兩曲率中心之間的距離也不斷的變化。因此如果用一個兩轉(zhuǎn)動副分別在兩曲率中心的虛擬構(gòu)件代替，形成的鉸鏈四桿機構(gòu)只能保持瞬時運動關(guān)系不變，因此稱為瞬時機構(gòu)。

按任意鍵繼續(xù)平面機構(gòu)的高副低代（續(xù)３）

ReplacingHigherPairsbyLowerPairs2.接觸輪廓之一為直線