平面机构的结构分析和运动分析.ppt

1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析*1.4.1 平面机构的高副低代平面机构的高副低代1.4.2 平面机构的组成原理平面机构的组成原理 1.4.3 平面机构的结构分析平面机构的结构分析(重点和难点重点和难点)在机构中两构件直接接触而形成的可动联接。在机构中两构件直接接触而形成的可动联接。1.1.运动副运动副1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析*运动副分类：运动副分类：（根据两构件之间的接触情况分类）（根据两构件之间的接触情况分类）l高副：高副：两构件通过点或线的接触而构成的运动副。两构件通过点或线的接触而构成的运动副。u转动副转动副(也称为铰链也称为铰链)：两构件之间的相对运动为转动的低副两构件之间的相对运动为转动的低副u移动副：移动副：两构件之间的相对运动为移动的低副两构件之间的相对运动为移动的低副l低副：低副：两构件通过面接触而构成的运动副。两构件通过面接触而构成的运动副。1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 2.2.机构机构 定义：定义：在运动链中，将某一个构件加以固定而成为机架，在运动链中，将某一个构件加以固定而成为机架，而另一构件按给定的规律独立运动时，其余构件均随之作而另一构件按给定的规律独立运动时，其余构件均随之作确定相对运动，则此运动链便成为机构。确定相对运动，则此运动链便成为机构。原动件：原动件：按照给定运动规律独立运动的构件。按照给定运动规律独立运动的构件。从动件：从动件：随原动件作确定的相对运动的构件。随原动件作确定的相对运动的构件。机机 架：架：机构中固定不动的构件称为机架。机构中固定不动的构件称为机架。构件构件1 1 原动件原动件 构件构件2 2、3 3 从动件从动件构件构件4 4 机架机架1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 3 3 平面机构的自由度平面机构的自由度 设平面机构中包含有设平面机构中包含有N个构件，其中有个构件，其中有n=(N-1)个活动构件，个活动构件，PL个低副数和个低副数和PH个高副数。个高副数。F=3 n（2 PL+PH）这些活动构件在未用运动副联接之前这些活动构件在未用运动副联接之前,其自由度数应为其自由度数应为3n,用用运动副联接后，运动副联接后，引入的约束总数为引入的约束总数为(2 PL+PH）。）。机构的自由度为机构的自由度为:机构的自由度：机构的自由度：机构中各构件相对于机架所具有的独立运动数目。机构中各构件相对于机架所具有的独立运动数目。1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 机构具有确定运动的条件：机构具有确定运动的条件：机构自由度结论：机构自由度结论：自由度大于零，且原动件的数目等于自由度数自由度大于零，且原动件的数目等于自由度数。1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 机构机构结构结构分析分析目的目的1 1、为新机构的创造提供途径。、为新机构的创造提供途径。2 2、将各种机构按结构进行分类，在此基、将各种机构按结构进行分类，在此基 础上建立运动分析和受力分析的一般础上建立运动分析和受力分析的一般 方法。方法。3 3、根据构件间的特点及尺寸，画出、根据构件间的特点及尺寸，画出 机构的运动简图。机构的运动简图。1.4.1 1.4.1 平面机构的高副低代平面机构的高副低代如果机构中含有高副，则为了平面机构的结构分如果机构中含有高副，则为了平面机构的结构分析，可根据一定的条件将平面机构中的高副虚拟析，可根据一定的条件将平面机构中的高副虚拟的以低副来代替。的以低副来代替。将含有平面高副的机构进行低代后，可将其视为只将含有平面高副的机构进行低代后，可将其视为只含低副的平面机构，就可根据机构组成原理和结构含低副的平面机构，就可根据机构组成原理和结构分析方法对其进行结构分类，并运用低副平面机构分析方法对其进行结构分类，并运用低副平面机构的分析方法对其进行分析和研究。的分析方法对其进行分析和研究。高副低代高副低代：目的：目的：1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 1.4.1 1.4.1 平面机构的高副低代平面机构的高副低代（1）代替前后机构的自由度不变。代替前后机构的自由度不变。机构的高副低代条件机构的高副低代条件：（2）代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。）代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 高副两元素均为圆弧的高副机构高副两元素均为圆弧的高副机构 用一个虚拟构件分别与构件用一个虚拟构件分别与构件1 1及构件及构件2 2在在K1点和点和K2 2点构成点构成转动副，两圆弧所构成的高副即被图中虚线所示低副代替。转动副，两圆弧所构成的高副即被图中虚线所示低副代替。1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 具有任意曲线轮廓的高副机构高副低代具有任意曲线轮廓的高副机构高副低代1 1）过接触点）过接触点作公法线作公法线2 2）在公法线上确定接触点的曲率中心）在公法线上确定接触点的曲率中心 、3 3）用构件）用构件4 4通过转动副通过转动副 、分别与构件分别与构件1 1和构件和构件2 2相联相联 机构运动时，在不同的位置有不同的代替机构。机构运动时，在不同的位置有不同的代替机构。1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 用一个带有两个转动副的构件来代替一个高副，两个转动副用一个带有两个转动副的构件来代替一个高副，两个转动副分别处在高副接触点的两个曲率中心。分别处在高副接触点的两个曲率中心。高副低代实质：高副低代实质：高副两元素之一为点高副两元素之一为点 点的曲率半径为零，所以曲率中心与两构件的接触点重合点的曲率半径为零，所以曲率中心与两构件的接触点重合1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 高副两元素之一为直线高副两元素之一为直线 直线的曲率中心在无穷远处，所以直线一端转动副转化为移动副直线的曲率中心在无穷远处，所以直线一端转动副转化为移动副 平面机构中高副均可用低副来代替，所以任何平面机构都可以平面机构中高副均可用低副来代替，所以任何平面机构都可以转化为只含低副的机构。转化为只含低副的机构。结论：结论：1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 1.4.2 平面机构的组成原理平面机构的组成原理 机构组成：机构组成：机构中原动件的数目等于其自由度的数目。机构中原动件的数目等于其自由度的数目。将从动件系统继续拆分，将那些不可再拆的自由度为零的构将从动件系统继续拆分，将那些不可再拆的自由度为零的构件组称为基本杆组。件组称为基本杆组。机构特征：机构特征：F从动件从动件=0（从动件系统的自由度必为零）从动件系统的自由度必为零）基本杆组（杆组）：基本杆组（杆组）：1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 原动件原动件+从动件从动件+机架机架F机构机构=（F原动件原动件+F机架机架）+F从动件从动件设基本杆组由设基本杆组由n个构件和个构件和PL个低副组成个低副组成即：即：构件和运动副必为整数，所以构件和运动副必为整数，所以n应是应是2的倍数，的倍数，PL是是3的倍数。的倍数。1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 级杆组的组合形式级杆组的组合形式 1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 RRRRRPRPRPRP级杆组：级杆组：由由2 2个构件和个构件和3 3个低副构成的杆组。个低副构成的杆组。级杆组的组合形式级杆组的组合形式 1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 级杆组：级杆组：由由4 4个构件和个构件和6 6个低副组成的杆组，且都有一个包个低副组成的杆组，且都有一个包含三个低副的构件。含三个低副的构件。平面机构的组成原理平面机构的组成原理：任何平面机构都是由若干个基本杆组依次连接任何平面机构都是由若干个基本杆组依次连接于原动件和机架而构成。于原动件和机架而构成。1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 先选定机架，并将等于该机构自由度数的若干个原先选定机架，并将等于该机构自由度数的若干个原动件以运动副连接于机架上，然后再将一个个基本杆动件以运动副连接于机架上，然后再将一个个基本杆组依次连接于机架和原动件上而构成。组依次连接于机架和原动件上而构成。设计新机构原则：设计新机构原则：*1.4.3 1.4.3 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 *1 1 机构的结构分析：机构的结构分析：将机构分解为原动件、机架和若干基本杆组，并确定机构级别。将机构分解为原动件、机架和若干基本杆组，并确定机构级别。2 平面机构的级别是由所含杆组的最高级别所决定平面机构的级别是由所含杆组的最高级别所决定 级机构：级机构：级机构：级机构：所含杆组的最高级别为所含杆组的最高级别为级的机构；级的机构；所含杆组的最高级别为所含杆组的最高级别为级的机构。级的机构。1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 机构结构分析的内容和步骤：机构结构分析的内容和步骤：(1)(1)检查并去除机构中的局部自由度和虚约束。检查并去除机构中的局部自由度和虚约束。(2)(2)计算自由度，并确定原动件。计算自由度，并确定原动件。(3)(3)将机构中的高副全部用低副代替。将机构中的高副全部用低副代替。(4)(4)从远离原动件的构件开始，先试拆从远离原动件的构件开始，先试拆级杆组，若拆不级杆组，若拆不 出，再试拆出，再试拆级杆组。应一直拆到剩下机架和原动件为止。级杆组。应一直拆到剩下机架和原动件为止。(5)(5)最后确定出机构的级别。最后确定出机构的级别。（对同一机构，若选不同构对同一机构，若选不同构件为原动件，可能会得到不同级别的机构）。件为原动件，可能会得到不同级别的机构）。1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 例例1：图示机构自由度为：图示机构自由度为1，现取凸轮为主动件，试进行结构分析，现取凸轮为主动件，试进行结构分析瞬时等效瞬时等效代替机构代替机构2131231234564RRRRPP级机构级机构123461623455例例2:2:分析如图所示机构的结构并确定其级别。分析如图所示机构的结构并确定其级别。解解:（）计算机构的自由度。（）计算机构的自由度。取构件取构件1 1为原动件为原动件1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析（）进行结构分析。（）进行结构分析。从远离原动件的一端拆下构件从远离原动件的一端拆下构件7 7与与8 8这个这个级杆组级杆组。继续试拆继续试拆级杆组，如不能再拆出级杆组，如不能再拆出级杆组，试拆级杆组，试拆级杆组。级杆组。拆下由构件拆下由构件2 2、3 3、4 4、5 5组成的组成的级杆组级杆组 （）确定机构的级别。（）确定机构的级别。机构由一个机构由一个级杆组、一个级杆组、一个级杆组和原动件级杆组和原动件1 1与机架与机架6 6所组成。所组成。结论：该机构为结论：该机构为级机构级机构1.4 1.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析 高等教育出版社高等教育出版社