(精品)第2章 平面机构的结构分析.ppt

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1、第一章 绪论第二章 机构的结构分析第三章 平面机构的运动分析第四章 平面机构的力分析第五章 机械的效率和自锁第六章 机械的平衡第七章 机械的运转及其速度波动的调节第八章 平面连杆机构及其设计第九章 凸轮机构及其设计第十章 齿轮机构及其设计第十一章 齿轮系及其设计第十二章 其他常用机构第十三章 工业机器人机构及其设计配套教材配套教材退出系统退出系统目录机械原理复习和习题讲解课件机械原理复习和习题讲解课件机械原理复习和习题讲解课件机械原理复习和习题讲解课件 构件是运动的单元体构件是运动的单元体构件是运动的单元体构件是运动的单元体，是组成机构的基本要素。而，是组成机构的基本要素。而，是组成机构的基本

2、要素。而，是组成机构的基本要素。而零件是制零件是制零件是制零件是制造的单元体造的单元体造的单元体造的单元体。实际的。实际的。实际的。实际的构件可以是一个零件也可以是由若干个零件构件可以是一个零件也可以是由若干个零件构件可以是一个零件也可以是由若干个零件构件可以是一个零件也可以是由若干个零件固联在一起的一个独立运动的整体固联在一起的一个独立运动的整体固联在一起的一个独立运动的整体固联在一起的一个独立运动的整体。任何机构中，必有也只能有任何机构中，必有也只能有任何机构中，必有也只能有任何机构中，必有也只能有一个构件作机架，有一个或几个原动件，若干个从动件一个构件作机架，有一个或几个原动件，若干个从

3、动件一个构件作机架，有一个或几个原动件，若干个从动件一个构件作机架，有一个或几个原动件，若干个从动件。2.2.2.2.掌握运动副的定义和分类掌握运动副的定义和分类掌握运动副的定义和分类掌握运动副的定义和分类定义定义定义定义：运动副是由两构件直接接触形成的可动联接，是组成机运动副是由两构件直接接触形成的可动联接，是组成机运动副是由两构件直接接触形成的可动联接，是组成机运动副是由两构件直接接触形成的可动联接，是组成机构的又一个基本要素。构的又一个基本要素。构的又一个基本要素。构的又一个基本要素。分类：分类：分类：分类：运动副按其接触形式分为高副运动副按其接触形式分为高副运动副按其接触形式分为高副运

4、动副按其接触形式分为高副(点或线接触的运动副点或线接触的运动副点或线接触的运动副点或线接触的运动副)和低和低和低和低副副副副(面接触的运动副面接触的运动副面接触的运动副面接触的运动副)。按所能产生相对运动的形式分为转动副、。按所能产生相对运动的形式分为转动副、。按所能产生相对运动的形式分为转动副、。按所能产生相对运动的形式分为转动副、移动副、螺旋副等。移动副、螺旋副等。移动副、螺旋副等。移动副、螺旋副等。约束：约束：约束：约束：两构件构成运动副之后，相对运动受到限制，引入约束。两构件构成运动副之后，相对运动受到限制，引入约束。两构件构成运动副之后，相对运动受到限制，引入约束。两构件构成运动副之

5、后，相对运动受到限制，引入约束。每个平面低副引入每个平面低副引入每个平面低副引入每个平面低副引入2 2个约束，每个平面高副引入个约束，每个平面高副引入个约束，每个平面高副引入个约束，每个平面高副引入1 1个约束。个约束。个约束。个约束。1.1.1.1.构件构件构件构件知识提炼与精讲知识提炼与精讲4.4.4.4.重点掌握平面机构的自由度计算及注意事项，明确复合铰链、重点掌握平面机构的自由度计算及注意事项，明确复合铰链、重点掌握平面机构的自由度计算及注意事项，明确复合铰链、重点掌握平面机构的自由度计算及注意事项，明确复合铰链、局部自由度、虚约束等局部自由度、虚约束等局部自由度、虚约束等局部自由度、

6、虚约束等3.3.3.3.能绘制机构运动简图能绘制机构运动简图能绘制机构运动简图能绘制机构运动简图 机构的运动仅与机构中的运动副机构的运动仅与机构中的运动副(转动副、移动副、高副转动副、移动副、高副)的结构情况和机构的运动尺寸的结构情况和机构的运动尺寸(由各运动副的相对位置确定的由各运动副的相对位置确定的尺寸尺寸)有关，而与构件的外形尺寸、剖面形式等因素无关。因有关，而与构件的外形尺寸、剖面形式等因素无关。因此，此，用简单的线条和符号来代表构件和运动副，并按一定比例用简单的线条和符号来代表构件和运动副，并按一定比例确定各运动副的相对位置，这种表示机构中各构件间相对运动确定各运动副的相对位置，这种

7、表示机构中各构件间相对运动关系的简单图形称为机构运动简图关系的简单图形称为机构运动简图。平面机构自由度的计算公式：平面机构自由度的计算公式：在计算机构自由度时，必须正确计算运动副数目，会辨别复合在计算机构自由度时，必须正确计算运动副数目，会辨别复合铰链、局部自由度和虚约束。铰链、局部自由度和虚约束。1)1)1)1)局局局局部部部部自自自自由由由由度度度度：局局局局部部部部自自自自由由由由度度度度是是是是在在在在一一一一些些些些机机机机构构构构中中中中，某某某某些些些些构构构构件件件件所所所所产产产产生生生生的的的的不不不不影影影影响响响响整整整整个个个个机机机机构构构构运运运运动动动动的的的的

8、局局局局部部部部运运运运动动动动的的的的自自自自由由由由度度度度，常常常常见见见见的的的的为为为为滚滚滚滚子子子子。在在在在计计计计算算算算机机机机构构构构自自自自由由由由度度度度时时时时，可可可可将将将将产产产产生生生生局局局局部部部部运运运运动动动动的的的的构构构构件件件件和和和和与与与与其其其其相相相相联联联联接接接接的的的的构构构构件件件件视视视视为为为为焊接在一起，除去局部自由度。焊接在一起，除去局部自由度。焊接在一起，除去局部自由度。焊接在一起，除去局部自由度。2)2)虚虚虚虚约约约约束束束束：虚虚虚虚约约约约束束束束是是是是机机机机构构构构中中中中实实实实际际际际上上上上不不不不

9、起起起起约约约约束束束束作作作作用用用用的的的的约约约约束束束束。(在在在在计计计计算算算算机机机机构构构构自自自自由由由由度度度度时时时时，可可可可将将将将引引引引入入入入虚虚虚虚约约约约束束束束的的的的运运运运动动动动副副副副和和和和构构构构件件件件去去去去掉掉掉掉)。虚虚虚虚约约约约束束束束在在在在特定的几何条件下出现特定的几何条件下出现特定的几何条件下出现特定的几何条件下出现:A A、轨迹重合轨迹重合轨迹重合轨迹重合 如：平行四边形机构如：平行四边形机构如：平行四边形机构如：平行四边形机构B B、对称部分对称部分对称部分对称部分3)3)要正确计算运动副的数目：要正确计算运动副的数目：要

10、正确计算运动副的数目：要正确计算运动副的数目：两个以上的构件同在一处以转动副联接，则构成复合铰链两个以上的构件同在一处以转动副联接，则构成复合铰链两个以上的构件同在一处以转动副联接，则构成复合铰链两个以上的构件同在一处以转动副联接，则构成复合铰链。两构件在多处接触形成公法线彼此重合的高副时只能算一个。两构件在多处接触形成公法线彼此重合的高副时只能算一个。两构件在多处接触形成公法线彼此重合的高副时只能算一个。两构件在多处接触形成公法线彼此重合的高副时只能算一个。两两两两构构构构件件件件在在在在多多多多处处处处接接接接触触触触形形形形成成成成移移移移动动动动方方方方向向向向平平平平行行行行或或或或

11、重重重重合合合合的的的的移移移移动动动动副副副副时时时时只只只只能能能能算算算算一一一一个。个。个。个。两构件在多处接触形成转动方向重合的转动副时只能算一个。两构件在多处接触形成转动方向重合的转动副时只能算一个。两构件在多处接触形成转动方向重合的转动副时只能算一个。两构件在多处接触形成转动方向重合的转动副时只能算一个。5.5.5.5.掌握自由度的意义及机构具有确定运动的条件；掌握自由度的意义及机构具有确定运动的条件；掌握自由度的意义及机构具有确定运动的条件；掌握自由度的意义及机构具有确定运动的条件；机构具有确定运动的条件是机构具有确定运动的条件是：机构的自由度大于零，且原动件机构的自由度大于零

12、，且原动件数与其自由度相等。数与其自由度相等。6.6.6.6.掌握平面机构的组成原理，会进行简单机构的结构分析，如何掌握平面机构的组成原理，会进行简单机构的结构分析，如何掌握平面机构的组成原理，会进行简单机构的结构分析，如何掌握平面机构的组成原理，会进行简单机构的结构分析，如何确定机构的级别？确定机构的级别？确定机构的级别？确定机构的级别？平面机构的组成原理平面机构的组成原理平面机构的组成原理平面机构的组成原理：任何机构都是有若干杆组依次联接到原：任何机构都是有若干杆组依次联接到原动件和机架上而组成。动件和机架上而组成。杆组杆组杆组杆组：自由度为零，且自由度为零，且不可再拆不可再拆的从动件系统

13、。杆组中的构件的从动件系统。杆组中的构件数数n n 和低副个数和低副个数P P L L之间一点满足之间一点满足:3:3n n-2 P-2 P L L=0,=0,所以最简单所以最简单的杆组是的杆组是2 2杆杆3 3副的副的级杆组级杆组,其次为四杆六副的其次为四杆六副的级杆组。虽然级杆组。虽然级杆组的杆数和运动副数是级杆组的杆数和运动副数是级杆组的二倍，但绝对不可拆成两级杆组的二倍，但绝对不可拆成两个个级杆组。级杆组。结构分析的步骤和方法结构分析的步骤和方法结构分析的步骤和方法结构分析的步骤和方法：在进行机构的结构分析时在进行机构的结构分析时,先去除局部先去除局部自由度，虚约束，有高副的先低代。自

14、由度，虚约束，有高副的先低代。结构分析的内容（任务）结构分析的内容（任务）结构分析的内容（任务）结构分析的内容（任务）1 1）把机构拆成原动件和机架、若干杆组。把机构拆成原动件和机架、若干杆组。注意：杆组中不包含注意：杆组中不包含机架，画杆组时一定不要画机架。机架，画杆组时一定不要画机架。2 2）说明说明机构的级别机构的级别机构的级别机构的级别所含杆组的最高级别所含杆组的最高级别所含杆组的最高级别所含杆组的最高级别。从从离原动件离原动件传递路线传递路线最远最远的构件拆起的构件拆起,先试拆先试拆级杆组级杆组,不行的话不行的话再试拆再试拆级杆组级杆组.行与不行的原则是不能将机构拆散行与不行的原则是

15、不能将机构拆散,即除了原动即除了原动件和机架外件和机架外,其余全为杆组，没有单独构件。其余全为杆组，没有单独构件。高副低代的方法与原则：高副低代的方法与原则：高副低代的方法与原则：高副低代的方法与原则：方法：方法：方法：方法：用一个含有两个低副的构件代替一个高副用一个含有两个低副的构件代替一个高副 原则：原则：原则：原则：（1 1）代替前后自由度不变）代替前后自由度不变 （2 2）代替前后瞬时运动（瞬时速度和加速度）不变。）代替前后瞬时运动（瞬时速度和加速度）不变。典型题目分析一、一、填充题及简答题填充题及简答题填充题及简答题填充题及简答题1 1）平面运动副的最大约束数为）平面运动副的最大约束

16、数为）平面运动副的最大约束数为）平面运动副的最大约束数为，最小约束数为，最小约束数为，最小约束数为，最小约束数为。2 2）平面机构中若引入一高副将带入）平面机构中若引入一高副将带入）平面机构中若引入一高副将带入）平面机构中若引入一高副将带入个约束，而引入个约束，而引入个约束，而引入个约束，而引入一个低副将带入一个低副将带入一个低副将带入一个低副将带入 个约束。个约束。个约束。个约束。3 3）机构具有确定运动的条件是什么？）机构具有确定运动的条件是什么？）机构具有确定运动的条件是什么？）机构具有确定运动的条件是什么？4 4）何谓复合铰链、局部自由度和虚约束？）何谓复合铰链、局部自由度和虚约束？）

17、何谓复合铰链、局部自由度和虚约束？）何谓复合铰链、局部自由度和虚约束？5 5）杆组具有什么特点）杆组具有什么特点）杆组具有什么特点）杆组具有什么特点?如何确定机构的级别？选择不同的如何确定机构的级别？选择不同的如何确定机构的级别？选择不同的如何确定机构的级别？选择不同的原动件对机构级别有无影响？原动件对机构级别有无影响？原动件对机构级别有无影响？原动件对机构级别有无影响？二、计算下图所示机构的自由度，若含有复合铰链、局部自由度、二、计算下图所示机构的自由度，若含有复合铰链、局部自由度、虚约束等特殊情况时必须一一指出。虚约束等特殊情况时必须一一指出。自由度计算复合铰链复合铰链解：解：C点为复合铰

18、链，点为复合铰链，EF为虚约束，滚子绕其中心的转为虚约束，滚子绕其中心的转动为局部自由度。动为局部自由度。虚约束虚约束复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度M、N只算一个，但K、L应算两个移动副三三、如如图图所所示示为为一一简简易易冲冲床床的的初初拟拟设设计计方方案案。设设计计者者的的思思路路是是：动动力力由由齿齿轮轮1输输入入，使使轴轴A连连续续回回转转，而而固固装装在在轴轴A上上的的凸凸轮轮2和和杠杠杆杆3组组成成的的凸凸轮轮机机构构将将使使冲冲头头4上上下下运运动动，以以达达到到冲冲压压的的目目的的，试试从机构运动的角度分析其设计是否合理，为什么？从机构运动的角度分析其设计是否合理，为什么？提示：自由度为零，提示：自由度为零，故不能运动。故不能运动。修改措施：设法修改措施：设法增加杆或运动副，增加杆或运动副，使自由度等于原使自由度等于原动件数。动件数。本质原因：本质原因：M点不点不可能既绕机架上可能既绕机架上的点摆动又沿着的点摆动又沿着冲头冲头4上下移动。上下移动。M