机构的组成与结构

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1个 1个或几个 若干
第1章 平面机构的结构分析
具有确定的相对运动
机构 桁架 运动链
运动链
无相对运动
相对运动不确定
第1章 平面机构的结构分析
分析现有机构
新机械的运动方案设计
第1章 平面机构的结构分析
1.2 机构运动简图
用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件,并按
一定比例尺表示机构的运动尺寸,绘制出表示机构的简明图
第1章 平面机构的结构分析
第1章 机构的组成和结构
机构:具有确定运动的实物组合体
1.1 机构的组成 1.2 机构运动简图
1.3 机构具有确定运动的条件
1.4 机构的组成原理和结构分析
第1章 平面机构的结构分析
1.1 机构的组成
零件(Part):独立的制造单元体 构件(Link):独立的运动单元
一个构件可以由一个或多个零件组成。
三副构件 (一个构件和三个外副)
第1章 平面机构的结构分析
第1章 平面机构的结构分析
第1章 平面机构的结构分析
原动机
详见教材 P15 页。
常用运动副的符号 运动副 名称
运动副符号
两运动构件构成的运动副 2 2 1 2 2 1
两构件之一为固定时的运动副
2 2 1 2 1 2 1 2 1 1 2 2 2
按引入的约束数目分类: 五级副
按相对运动形式分类: 平面运动副
第1章 平面机构的结构分析
按接触形式分类: 高副 按引入的约束数目分类:四级副
按相对运动形式分类:平面运动副
按接触部分的几何形状分类: 平面高副
第1章 平面机构的结构分析
低副机构
高副机构
第1章 平面机构的结构分析
1.1.3 运动链
运动链:两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统
4
1
3
2
F = 6n - 5P5 - 4P4 - 3P3 - 2P2 – P1
= 6×3-5×2-4×1-3×1
=1
第1章 平面机构的结构分析
公共约束作用下的运动链自由度
第1章 平面机构的结构分析
平面运动链自由度
q=3
n 为活动构件数目
平面运动链中只有4 级副 和5级副(转动副、移动 副和平面高副)
第1章 平面机构的结构分析
双副构件 (一个构件和两个外副)
注:点划线表示与其联 接的其他构件
第1章 平面机构的结构分析
双副构件 (一个构件和两个外副)
第1章 平面机构的结构分析
偏心轮
2
2
A 1 B A 1
B
第1章 平面机构的结构分析
三副构件 (一个构件和三个外副)
第1章 平面机构的结构分析
1.2.2 运动简图的绘制 1. 分析整个机构的工作原理
2. 沿着传动路线,分析相邻构件之间的相对运动
关系,确定运动副的类型和数目 3. 选择适当的视图平面
第1章 平面机构的结构分析
4.wk.baidu.com绘图
选择机架 提取构件的运动尺寸 确定比例尺 选择机构运动中的一个状态 确定各运动副位置,绘图 编号:A、B、C …表示运动副
平面运动链的自由度
F = 3n - 2P5 - P4
第1章 平面机构的结构分析
例:计算平面运动链自由度
2
3 4 1
5
n=4 P4 = 1 P5 = 5
F = 3× 4 – 2× 5 – 1 = 1
第1章 平面机构的结构分析
1.3.2 运动链成为机构的条件
Fa = 3×2 - 2×3 = 0 Fb 运动链的自由度 = 3×3 - 2×5 = -1 F=?
3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。
绘制机构运动简图 思路: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。 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。 步骤: 1.运转机械,搞清楚运动副的性质、数目和构件数目; 2.测量各运动副之间的尺寸,选投影面(运动平面), 绘制示意图。 3.按比例绘制运动简图。 简图比例尺: μ l =实际尺寸 m/图上长度mm 4.检验机构是否满足运动确定的条件。
两副构件
三副构件
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机 带 传 动 齿 轮 齿 条 传 动 圆 锥 齿 轮 传 动
链 传 动
圆柱 蜗杆 蜗轮 传动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
凸 轮 传 动
内啮 合圆 柱齿 轮传 动
棘 轮 机 构
机构运动简图应满足的条件: 1.构件数目与实际相同 2.运动副的性质、数目与实际相符
1、2、3 …表示构件 O1、O2…表示固定转轴
原动件的运动方向
第1章 平面机构的结构分析
具有确定的相对运动
机构 桁架 运动链
运动链
无相对运动
相对运动不确定
第1章 平面机构的结构分析
1.3 运动链成为机构的条件
运动链的自由度:确定运动链中各构件相对与其中某一构件 的位置所需要的独立参变量的数目。
2 按照运动副的接触形式(运动副元素)分类
低副、高副 ①高副(high pair)-点、线接触,应力高。
例如:滚动副、凸轮副、齿轮副等。
②低副(lower pair)-面接触,应力低。 例如:转动副(回转副)、移动副 。
第1章 平面机构的结构分析
3 按照运动副引入的约束数目分类
n 级副 n = I, II … V
形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。
第1章 平面机构的结构分析
用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论
重点在于机构的运动分析 构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响
机构的运动特性
运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式 构件的运动尺寸是运动分析的基础 不严格按比例可绘制机构示意图
第1章 平面机构的结构分析
国标规定的构件和运动副的表示符号 运动简图的绘制方法
第1章 平面机构的结构分析
1.2.1 构件与运动副的表达方法 现摘录了部分GB4460-84机构示意图如下表。 机架
A B
机架和活动构件通过转动副联接 (内副)
机架和活动构件通过移动副联接
第1章 平面机构的结构分析
两个活动构件联接
F
0 运动链不能运动,不成为机构 运动链的运动情况如何?
第1章 平面机构的结构分析
F = 3× 4 - 2× 5 = 2
1 个原动件
F > 0,但原动件数目小 于自由度数目,运动链 运动不确定,不能成为 机构。
第1章 平面机构的结构分析
F = 3× 3 - 2× 4 = 1 2 个原动件
F > 0,但原动件数目大 于自由度数目,运动链 被破坏,不能成为机构。
内燃机中的连杆
套筒
内燃机 连杆 螺栓
垫圈 螺母
连杆体
轴瓦
作者:潘存云教授
连杆盖
第1章 平面机构的结构分析
1.1.1 构件 1.1.2 运动副
运动副:两个构件之间直接接触所形成的可动联接
两个相邻构件直接接触 两者之间允许一定的相对运动 每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接
a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动 三个条件,缺一不可
第1章 平面机构的结构分析
运动链成为机构的条件:
运动链中取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,且原动件数目 等于运动链自由度数。 满足此条件的运动链即成为机构,机构自由度的 计算可采用运动链自由度的计算公式。
“机构”的定义:在运动链中,将某一个构件加以固定,而让另 一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时,如果运动 链中其余各构件都有确定的相对运动,则此运动链成为机构。
第1章 平面机构的结构分析
F= 1
1 个原动件:活塞
实现摇杆的往复摆动
第1章 平面机构的结构分析
1.3.3 计算机构自由度时应注意的问题
问题1:复合铰链
两个以上的构件在同一处以转动副 联接所构成的运动副。
F = 3× 5 - 2× 7 = 1
解决方案 m 个构件在同一处构成复合铰链, 实际上构成了 ( m-1 ) 个转动副。
约束:运动副对构件独立运动所加的限制
第1章 平面机构的结构分析
运动副的分类方法:
1 按照运动副的相对运动形式分类 平面运动副(平面运动)、空间运动副(空间运动) 例如:球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。
平面机构-全部由平面运动副组成的机构。
空间机构-至少含有一个空间运动副的机构。
第1章 平面机构的结构分析
第1章 平面机构的结构分析
K
机架1
F=0
级 运 动 副
活动构件 2
F=6
F=6-k 运动链的自由度
F = 6n - 5P5 - 4P4 - 3P3 - 2P2 – P1
n 为活动构件数目,Pk 表示 k 级副的数目
第1章 平面机构的结构分析
1.3.1 运动链的自由度计算
1 4
3
自动驾驶仪操作装置
第1章 平面机构的结构分析
1.2.2 运动简图的绘制 1. 分析整个机构的工作原理
机构组成 动作原理和运动情况
原动件 偏心轮1
齿轮1`
杆件2 齿轮6` 编号原则:注意区分位置重叠的不 同构件和同轴刚性联接的多个零件。 杆件3 槽凸轮6
前者分别编号,后者采用一个编号, 加`以示区别。 杆件4
小型压力机
第1章 平面机构的结构分析
副元素:两个构件上参与接触构成运动副的部分(点、线、面)
例如:凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
作者:潘存云教授
作者:潘存云教授
第1章 平面机构的结构分析
自由度:构件所具有的独立运动的数目,或确定构件位置所
需的独立变量的数目
自由构件(空间):F = 6
自由构件(平面):F = 3
计算图示两种凸轮机构的自由度。 解:n=3, PL=3, PH=1 F=3n - 2PL - PH =3×3 -2×3 -1 =2 对于右边的机构,有:
3
2
1 1
2
F=3×2 -2×2 -1=1
事实上,两个机构的运动相同,且F=1
第1章 平面机构的结构分析
问题2:局部自由度
某些构件具有的只影响自身局部运动而不影响其它构件运动的自 由度,经常发生在将滑动摩擦变为滚动摩擦的场合。
2
第1章 平面机构的结构分析
构件数目:N = 4
活动构件数目:n = 3 运动副:
机架1和活塞2:圆柱副(4级副)
活塞2和连杆3:转动副(5级副) 连杆3和摇杆4:球面副(3级副) 摇杆4和机架1:转动副(5级副)
1
4
3
2
P3 = 1 P4 = 1
P5 = 2
第1章 平面机构的结构分析
n=3
P3 = 1 P4 = 1 P5 = 2
解决方案 计算机构自由度时,假想滚子和安装滚子
的构件固接为一个整体,成为一个构件
或在计算结果中去除局部自由度
计算时去掉滚子和铰链: F=3×2 -2×2 -1 =1
3
2
1 1
2
滚子的作用:滑动摩擦滚动摩擦。
已知:AB=CD=EF,计算图示平行四边形 机构的自由度。 B C 2 E 解:n= 4,PL=6, PH=0
执行构件
滑块7 压头8
第1章 平面机构的结构分析
2.
沿着传动路线,分析相
邻构件之间的相对运动关系, 确定运动副的类型和数目。
转动副
移动副
平面高副
第1章 平面机构的结构分析
3.
选择适当的视图平面
选择原则
1 清楚表达机构的主体部分;
2 尽可能反映机构的全面运动;
3 可以选择其他视图平面作为补充。
第1章 平面机构的结构分析
平 面 运 动 副
转 动 副
1
1
1
1
2
移 动 副 1 2 1
2 1 2 1 1
平 面 高 副 2 螺 旋 空 副 间 运 动 球 副 面 副 球 销 副
2
1 2 1
2
1
2 1 2
1
1 1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2 1
1 2
构件的表示方法:
一般构件的表示方法
杆、轴构件
固定构件
同一构件
一般构件的表示方法

闭式运动链(闭链)

运动链的各构件构成首末封闭的系统

开式运动链(开链)

运动链的各构件未构成首末封闭系统
第1章 平面机构的结构分析
1.1.4 机构 机 构:在运动链中,如果将某一个构件加以固定,而让另一
个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时,如果运动链 中其余各活动构件都有确定的相对运动,则此运动链称为机构。
机构是具有确定运动的运动链。
第1章 平面机构的结构分析
原动件
从动件
机架
在运动链中,将某一个构件加以固定,而让另一个或几个构件按 给定运动规律相对固定构件运动时,如果运动链中其余各构件都
有确定的相对运动,则此运动链成为机构。
第1章 平面机构的结构分析
机架-作为参考系的构件,如机床床身、车辆 底盘、飞机机身。 原(主)动件-按给定运动规律运动的构件。 从动件-其余可动构件。 机构的组成: 机构=机架+原动件+从动件
I级副
II级副
III级副
第1章 平面机构的结构分析
IV级副
V级副1
V级副2
第1章 平面机构的结构分析
R
按接触部分的几何形状分类:转动副 按接触形式分类: 低副
按引入的约束数目分类: 五级副
按相对运动形式分类: 平面运动副
第1章 平面机构的结构分析
P
按接触部分的几何形状分类:移动副 按接触形式分类: 低副
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