1 平面机构组成

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第二章 平面机构的结构分析

第二章 平面机构的结构分析

同一运动链可以生成的不同机构
B
1
2
3
A
4
C
B
1
2
3
A 4
B
1
C 2
3
A
4
B
C
2
1 A
曲柄滑块机构 摇块机构 导杆机构
4
3
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(Type and number synthesis)。
球面高副
柱面高副
齿轮副
凸轮副
★ 运动副元素以面接触的运动副称为低副(lower pair)。
球面低副 回转副
移动副
3. 根据组成运动副两个构件的相对运动形式分类 ★ 空间运动副
球销副
螺旋副
圆柱套筒副
★ 平面运动副 A. 低副
B. 高副
移动副
凸轮副
转动副 齿轮副
三、运动链(Kinematical Chain)与机构 构件通过运动副的连接而构成的可相对运动的系统称为运动链。
4. 运动简图绘制举例
1) 绘制牛头刨床主运动机构的运动简图
选取比例尺l = m/mm
2) 绘制破碎机的机构运动简图
选取比例尺l
3) 绘制图示机构的运动简图
§2-3 机构自由度(Degrees of Freedom)的计算
一、平面机构自由度的计算公式 1. 构件的自由度与约束
构件具有确定运动时所必须给定的独立运动参 数的数目称为机构的自由度。F
由两个以上构件(包括活动构件与机架)在同一处 构成的重合转动副称为复合铰链。
7
46

平面机构自由度的计算PPT课件

平面机构自由度的计算PPT课件

§3.2 平面机构的运动简图
机架
A B
机架和活动构件通过转动副联接 机架和活动构件通过移动副联接
§3.2 平面机构的运动简图
两个活动构件联接
§3.2 平面机构的运动简图
〔二〕绘机构运动简图的步骤
1〕分析机构,观察相对运动,数清所有构件的 数目;
2〕确定所有运动副的类型和数目; 3〕选择合理的位置〔即能充分反映机构的特性〕;
注意:实际结构上为减小摩擦采用局部自由度, “除去〞指计算中不计入,并非实际撤除。
F3n2P LP H
预习:机构具有确定运动的条件。
假设两构件之间的相对运动均为空间运动,那 么称为空间运动副。
螺旋副
球面副
§3.1 机构的组成
〔二〕、平面运动副
按两构件接触特性,常分为低副、高副两大类。 1、低副:两构件以面接触而形成的运动副。按运动 特性可分为转动副和移动副
(1) 转动副:只允许两构件作相对转动,又称作 铰链。
自用盘编号JJ321002
自用盘编号JJ321002
§3.2 平面机构的运动简图
3. 移动副 •两构件组成移动副,其导路必须与相对移动方 向一致。
§3.2 平面机构的运动简图
4. 平面高副 • 两构件组成平面高副时,其运动简图中应画出两构 件接触处的曲线轮廓,对于凸轮、滚子,习惯划出其 全部轮廓;对于齿轮,常用点划线划出其节圆。
构件之间的可动连接。 运动副分为低副和高副。 低副引入2个约束。 高副引入1个约束。
平面上运动的自由构件具有3个自由度; 低副引入2个约束; 高副引入1个约束。
平面机构自由度的计算方法:
构件的自由度之和减去运动副的约束 。
设机构有n个活动构件,用PL个低副、PH个高副连接。

第五章机构的组成及平面连杆机构

第五章机构的组成及平面连杆机构

2
1
4
3
5
E
F
未去掉虚约束时
2 1
3
E 5
F 4
F3n2pLpH34260 ?
附加的构件5和其两端的转动副E、F提供的自由度
F3122 1 即引入了一个约束,但这个约束对机构的运动不起实际 约束作用,为虚约束。去掉虚约束后
F3n2pLpH33241
⑶ 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合
B2
E
C
第五章 机构的组成及平面连杆
机构
平面机构运动简图 自由度 铰链四杆机构的基本形式 平面连杆机构曲面存在的条件 急回特性 死点 平面连杆机构的设计 三心定理及应用 平面机构的组成原理及结构分析
组成机构的所有构件都在一个或几个相 互平行平面中运动的机构称平面机构,否 则称空间机构。工程中常见的机构一般都 是平面机构。
31
2
4
1 2
3
1
2 3
两个转动副
4
两个转动副
两个转动副
平面机构自由度计算(4)
构件2、3、4在铰链 C处构成复合铰链, 组成两个同轴回转副 而不是一个回转副, 所以,总的回转副数 是PL=7,而不是PL=6,
F 35 27 0 1
(2) 局部自由度
定义:
不影响整个机构运动的局部独立运动。 对整个机构其他构件运动无关的自由度。
D4 E
B3
1
2
5 F
6
7 G
8 K 9
A C
H
I
局部自由度
D4 E
B3
1
2
5 F
6
7 G
A C
H
I
复合铰链

机械工业技术学 2平面机构

机械工业技术学 2平面机构
三杆机构
F≤0 机构不能运动
Fa=3n-2PL-PH =3n=3X2 =3 2-2X3-0=0 3 不能动 静定结构) (静定结构) Fb= 3n-2PL-PH 3n=3X3 =3 3-2X5-0=-1 5 0=不能动 超静定结构) (超静定结构)
二、机构具有确定运动的条件
四杆机构
F>0 原动件数= 原动件数=F:确定运动 原动件数> 原动件数>F: 机构被破坏
高副
高副:减少一个自由度。 高副:减少一个自由度。
三.机构
按组成机构的各构件之间的相对运动是平面运动还 是空间运动分: 是空间运动分:
平面机构——各构件的运动平面相互平行 各构件的运动平面相互平行 平面机构 空间机构——各构件不在平行平面内运动 空间机构 各构件不在平行平面内运动
按组成机构的各构件之间的运动副分: 按组成机构的各构件之间的运动副分:
平面机构虚约束常见情况处理方法
举 例 消除办法 只算一个回转 副B,其余的回转 副(如B’)都视 ) 为虚约束去掉 只算一个平面 高副A 高副A,其余的平 面 高 副 ( 如 A’) 都 ) 视为虚约束去掉
序 虚约束出现的场合 号 重复回转副 3 两构件组成多个 轴线重合的回转副 时,存在虚约束 重复高副 两构件组成多个 4 接触处公法线彼此 重合平面高副时, 重合平面高副时 , 存在虚约束
锯床进给机构
F=3nF=3n-2PL-PH (2× =3×7-2× (2×4+2)=1
局部自由度
局部自由度:与整个机构运 局部自由度: 动无关的局部运动的自由度 处理局部自由度的方法: 处理局部自由度的方法: 说明: 说明:局部自由度虽然不影响整个机械的运 将局部自由度除去不计
但可将滑动摩擦变为滚动摩擦, 动,但可将滑动摩擦变为滚动摩擦,从而大 大减轻磨损,在实际机器当中经常采用。 大减轻磨损,在实际机器当中经常采用。

第二章 机构的组成-1 (1)

第二章  机构的组成-1 (1)
机 构 的 自 由 度 —— 是 指 机 构 可 能 实 现 独 立 运 动 的 数 目 (保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数 〈独立的广义坐标〉的数目)。
机构的自由度通常用F表示。
机构是可动的,所以机构的自由度必须大于或等于1。
P39
1
2
θ1
3
S’3 S3
2 1 θ2
θ1
3
θ3 4 θ4
1)按引入约束数分,有:
I 级副(class I pairs)、II 级副、III 级副、IV 级副、V 级副。
引入1个约束
引入2个约束
引入3个约束 引入4个约束 引入5个约束
x
I 级副
球面高副
II 级副
球与方槽接触
II 级副
柱面副
Ⅳ 级副
球销副
P15
III级副
球面低副
IV级副
圆柱套筒副
V级副1
V级副2
④了解平面机构的组成原理,能正确判断机构结构合理性。
2. 本章重点、难点
重点: 机构运动简图绘制,机构结构分析,机构的自由
度计算;
难点: 机构结构分析及虚约束的判断。
§2-1 平面机构的组成
P5
机构是由具有确定 相对运动的“实物”— —一些相对独立运动的 单元体(构件)组成。
各构件组成机构时是按照一定的方式联接而 成的。由两构件直接接触并能产生相对运动的活 动连接,称为运动副。
从动件(driven link、follower) ——机构中随原动件运动的其他活 动构件。
例如:在连杆机构中,汽缸11为机架, 活塞10为原动件,而连杆3和曲轴4为 从动件。
P8
说明:
机构中各构件可以是刚性的,某些构件也可以是挠 性或弹性的,或是由液压、气动、电磁件构成的。即 机构不一定是由纯刚性构件组成的。

机械原理第一章 平面机构组成原理及其自由度分析

机械原理第一章  平面机构组成原理及其自由度分析

机构自由度与能运动的条件为:机构自由度数大于等于1。 (二)机构具有确定运动的条件为:机构输入的独立运动数目等 于机构的自由度数。 由于平面机构的每个驱动副一般只有一个自由度,此时,机 构具有确定运动的条件又可表述为:机构驱动副数应等于机构的 自由度数。对驱动副位于机架的机构,与驱动力相连的构件为主 动构件,或称为原动件。故这时该类机构具有确定运动的条件又 可表述为:机构原动件数应等于自由度数。
按运动副的运动空间分:
平面运动副——指构成运动副的两构件之间的相对运动为平面 运动的运动副;
空间运动副——指构成运动副的两构件之间的相对运动为空间 运动的运动副。
按运动副对被联接的两构件相对运动约束数的不同分为: 低副——两构件通过面接触而构成的运动副; 高副——凡两构件系通过点或线接触而构成的运 动副。
4)选择适当的长度比例尺l( l =实际尺寸/图示长度),定出 各运动副的相对位置,绘制机构运动简图。从原动件开始,按运 动传递路线,顺序标出各构件的编号和运动副的代号。在原动件 上标明箭头方向即其运动方向。
例1-1-1:绘制图示颚式破碎机的运动简图 分析:该机构有6个构件和7个转动副。
颚式破碎机构
机构运动简图
第二节 平面机构自由度分析及应用举例
一、运动副的自由度和约束
运动副对该两构件独立运动所加的限制称为约束。约束数目 等于被其限制的自由度数。组成运动副两构件间约束的特点和数 目取决于该运动副的型式。 (一)转动副
只能绕垂直于xoy平面的轴的相对转动 (二)移动副 只能沿x轴方向移动
(三)高副
绘制机构运动简图的步骤与方法:
1)对照实物或实物图,分析机构的动作原理、组成情况和运动 情况,确定其组成的各构件,哪些构件为原动件、哪一构件为机 架和哪些构件为从动件 。 2)沿着运动传递路线,从原动件开始,逐一分析每两个构件间 相对运动的性质,并确定运动副的类型和数目。

机构运动简图

机构运动简图

2
2
2
1
1
1
(a)
(b)
(c)
图 5 转动副的表示方法
2) 移动副
两构件组成移动副的表示方法如图6(a)、 (b)、 (c)所示。 移 动副的导路必须与相对移动方向一致。
1
2 1
2 (a)
1 2
1 2
(b)
21 1
2
(c)
图 6 移动副的表示方法
3) 平面高副 两构件组成高副的表示方法如图7所示。 其运动简图
中应画出两构件接触处的曲线轮廓。
凸轮副:
齿轮副:
2
2
1
1
图 7 高副的表示方法
了解:
2、 构件的表示方法
构件可用直线、 三角形或方块等图形表示。 图8(a)表示参与组成 两个转动副的构件; 图8(b)表示参与组成一个转动副和一个移动副 的构件; 图8(c)表示参与组成三个转动副的构件, 它一般用三角形 表示, 在三角形内加剖面线或在三个内角上涂上焊缝标记, 表明三 角形为一个构件; 若三个转动副在同一直线上, 则可用跨越半圆 符号来连接直线, 如图8(d)所示。
(2) 移动副: 若组成运动副的两个构件只能沿轴线 相对移动, 则称为移动副。
y
O 12
x
图 3 移动副
转动副、移动副实例
2)高副 两构件通过点、 线接触所构成的运动副称为高副。
图 4 高副
齿轮副实例
2、 构件
机 架——机构中的固定构件;一般机架相 对地面固定不动,但当机构安装在运动的机 械上时则是运动的。
对运动的性质, 确定构件的数目、 运动副的类型和数目。
(3) 合理选择视图平面: 选择多数构件所在的运动平面或平行于运动平面的平

机械原理教案

机械原理教案

机械原理教案平面机构的组成原理分析 1.平面机构的组成原理任何机构中都包含原动件、机架和从动件系统三部分。

由于机架的自由度为零,每个原动件的自由度为1,而机构的自由度等于原动件数,所以,从动件系统的自由度必然为零。

杆组:自由度为零的从动件系统。

基本杆组:不可再分的自由度为零的构件组合称为基本杆组,简称基本组。

杆组的结构式为:l p n 23机构的组成原理:把若干个自由度为零的基本杆组依次联接到原动件和机架上,就可组成新的机构,其自由度数目与原动件的数目相等。

在进行新机械方案设计时,可以按设计要求根据机构的组成原理,创新设计新机构。

在设计中必须遵循的原则:在满足相同工作要求的前提下,机构的结构越简单、杆组的级别越低、构件数和运动副的数目越少越好。

2.平面机构的结构分析对已有机构或已设计完的机构进行运动分析和力分析时,首先需要对机构进行结构分析,即将机构分解为基本杆组、原动件和机架,结构分析的过程与由杆组依次组成机构的过程正好相反。

通常称此过程为拆杆组。

拆杆组时应遵循的原则:从传动关系离原动件最远的部分开始试拆;每拆除一个杆组后,机构的剩余部分仍应是一个完整的机构;试拆时,按二级组试拆,若无法拆除,再试拆高一级别的杆组。

3.平面机构的高副低代法目的:为了使平面低副机构结构分析和运动分析的方法适用于含有高副的平面机构。

概念:用低副代替高副方法:用含两个低副的虚拟构件代替高副 高副低代必须满足的条件: 1.替代前后机构自由度不变 2.替代瞬时速度加速度不变对于一般的高副机构,在不同位置有不同的瞬时替代机构。

经高副低代后的平面机构,可视为平面低副机构。

第三章平面机构的运动分析和力分析基本要求:1.掌握速度瞬心的概念,平面机构速度瞬心的数目及确定方法,学会用速度瞬心法对现有机构进行速度分析;2.掌握用相对运动图解法对机构进行速度分析的方法;3.掌握机构运动分析的复数矢量法,了解矩陈法;4.掌握平面机构力分析中的动态静力分析法,能够对给出机构用解析法建模并进行机构运动分析和力分析。

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思考题 1、构件和零件区别是什么?试分别举例说明两者的区别。

2、机器和机构有什么区别?试分别举例说明。

3、运动链和机构有何区别?具备什么条件运动链才具有运动的可能性?具备什么条件后才具有运动确定性?具备什么条件运动链才能成为机构?
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5、何谓机构运动简图?它着重表示机构的什么特点?能否用它来进行机构运动分析及动力分析?它与机构运动示意图有什么区别?
6、绘制机构运动简图应注意哪些事项?
7、计算机构自由度时应注意哪些事项?
8、学习机构进行组成和结构分析的目的是什么?
9、什么叫杆组?满足什么条件才能组成杆组? 10、何谓机构的级别? 11、请设计一个自由度为 2 的机构,并标明原动件。

12、高副低代的目的、原则及方法是什么? 13、如思考题图 1 所示,由全移动副组成的机构,请问该机构能否用平面机构自由度计算公式( 1)计算该机构自由度?应如何正确计算该机构的自由度?习题 1 将习题图 1 所示的各机构结构图绘制成机构运动简图,标出原动件和机架,并计算出各机构自由度。

图中 a)为内燃机主体机构; b)为唧筒机构; c)为链纫机脚踏板驱动机构; d)为缝纫机针往复运动机构; e)为表面粗
1/ 3
糙度测量仪; f)为手握式打气筒机构。

(注:
若结构图为立体图,按图无法量取尺寸时,允许只画出机构运动示意图)。

a) b) c) 12344132BAC4321思考题图 1 d) e) f)习题图 1 2 如习题图 2 所示,计算各机构的自由度。

指出机构中是否含有复合铰链、局部自由度及虚约束,说明计算机构自由度时应作如何处理。

指出该图中各机构欲作确定运动时机构应满足的条件。

图中 a)为控制气门运动的机构; b)为缝纫机送布运动机构;c)为锯料机机构; d)为铲土机机构; e)为仪表指示机构。

a) b) c) d)e)习题图 2 3 计算习题图 3 所示各机构的自由度,图中若有高副,请将其高副低代,再对该机构的组成进行分析,分析其由那些基本杆组组成,指出杆组级别及机构级别,指出机构原动件及机架。

4321OB’BAB’4BC123CAB1423小齿条齿条12347ABCDEFGG’6BCDE2134F’FP1P2ABCDEFGHIJF123456789556ABCD EF123412345ABCDEF67 a) b)c)习题图 3 4 确定习题图 4 所示 SOC 的方位特征矩阵及其运动输出特性分析设拓扑结构的符号表示为:
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ {}21//PRSOC 并选定末端运动副轴线上的点 o 为基点, 如习题图4 所示,将运动副的方位特征矩阵依次代入式( 26),请写出方位特征方程;进行转动元素之间的运算、平移元素之间的运算和运动输出特性分析。

习题图 4 5 确定习题图 5 所示 SOC 的方位特征矩阵及其特性分析设拓扑结构的符号表示为:
{}12SOCPP ,并选定末端运动副轴线上的点 o 为基点, 如习题图 5 所示,将运动副的方位特征矩阵依次代入式( 26),请写出方位特征方程;进行转动元素之间的运算、平移元素之间的运算和运动输出特性分析。

习题图 5 {} PPSOC 习题图6 {}),,(321PPPSOC 6 确定习题图 6 所示 SOC 的方位特征矩阵及其运动输出特性分析设拓扑结构的符号表示:
{} ),,(321PPPSOC,并选定末端运动副轴线上的点 o 为基点, 如习题图 6 所示,将运动副的方位特征矩阵依次代入式( 25),请写出方位特征方程;进行转动元素之间的运算、平移元素之间的运算和运动输出特性分析。

ABCDEFG12345678ABCDEF1234曲率中心ABCDEFPB12345
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