机械原理第1章机构的结构分析11855.pptx
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1、第一章第一章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析11 机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的12 机构的组成机构的组成13 机构运动简图机构运动简图14 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件15 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算16 自由度计算中的特殊问题自由度计算中的特殊问题 17 机构的组成原理及其结构分类机构的组成原理及其结构分类11 机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件研究机构的组成及其具有确定运动的条件目的是2.按结构特点对机构进行分类按结构特点对机构进行分类 不同的机构都有各自的特点,把各种机构按结构不
2、同的机构都有各自的特点,把各种机构按结构加以分类,其目的是按其分类加以分类,其目的是按其分类建立运动分析和动力建立运动分析和动力分析的一般方法分析的一般方法。3.绘制机构运动简图绘制机构运动简图 目的是为运动分析和动力分析作准备。目的是为运动分析和动力分析作准备。弄清机构包含哪几个部分弄清机构包含哪几个部分;各部分如何相联?各部分如何相联?以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动?以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动?这对于设计新的机构显得尤其重要。4.研究机构的组成原理研究机构的组成原理 目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足运目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足运动确定性的要求。动确
3、定性的要求。机构有简有繁,构件有多有少,而运动确定是它们的共同特征。研究的名词术语解释名词术语解释:1.构件构件(Link)独立的运动单元独立的运动单元 内燃机内燃机中的连杆12 机构的组成机构的组成作者:潘存云教授内燃机内燃机连杆连杆套筒套筒连杆体连杆体螺栓螺栓垫圈垫圈螺母螺母轴瓦轴瓦连杆盖连杆盖零件零件(part)独立的制造单元独立的制造单元2.运动副运动副a)两个构件、两个构件、b)直接接触、直接接触、c)有相对运动有相对运动运动副元素直接接触的部分(点、线、面)运动副元素直接接触的部分(点、线、面)例如:例如:凸轮凸轮、齿轮齿廓齿轮齿廓、活塞与缸套活塞与缸套等。等。定义:定义:运动副两
4、个构件直接接触组成的仍能产运动副两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。生某些相对运动的联接。三个条件,缺一不可三个条件,缺一不可作者:潘存云教授 用运动副联结后,彼此的相对运动受到某些约用运动副联结后,彼此的相对运动受到某些约束束.空间任一构件在用运动副联结前有六个独立的相对运动。空间任一构件在用运动副联结前有六个独立的相对运动。构件构件2xzy构件构件1O转动副转动副作者:潘存云教授运动副的分类:运动副的分类:1)按引入的约束数分有:按引入的约束数分有:I级副级副II级副级副III级副级副I级副、级副、II级副、级副、III级副、级副、IV级副、级副、V级副。级副。2)按相对运动
5、范围分有:按相对运动范围分有:平面运动副平面运动副平面运动平面运动(Plannar kinematic pair)平面机构平面机构全部由平面运动副组成的机构。全部由平面运动副组成的机构。IV级副级副例如:球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。例如:球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。空间运动副空间运动副空间运动空间运动(Spatial kinematic pair)V级副级副1V级副级副2IV级副级副两者关联空间机构空间机构至少含有一个空间运动副的机构。至少含有一个空间运动副的机构。11 机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件研究机构的组成及其具有确
6、定运动的条件目的是2.按结构特点对机构进行分类按结构特点对机构进行分类3.绘制机构运动简图绘制机构运动简图4.研究机构的组成原理研究机构的组成原理名词术语解释名词术语解释:1.构件构件(Link)独立的运动单元独立的运动单元 12 机构的组成机构的组成零件零件(part)独立的制造单元独立的制造单元2.运动副运动副a)两个构件、两个构件、b)直接接触、直接接触、c)有相对运动有相对运动运动副元素直接接触的部分(点、线、面)运动副元素直接接触的部分(点、线、面)定义:定义:运动副两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联运动副两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。接。3)按运动副
7、元素分有:按运动副元素分有:高副高副(high pair)点、线接触,应力高。点、线接触,应力高。低副低副(lower pair)面接触,应力低。面接触,应力低。例如:例如:滚动滚动副副、凸轮副凸轮副、齿轮副齿轮副等。等。例如:例如:转动副转动副(回转副)、(回转副)、移动副移动副。121212212121运动副表示方法运动副表示方法转动副转动副移动副移动副用规定符号代表运动副用规定符号代表运动副常用运动副的符号常用运动副的符号运动副运动副名称名称运动副符号运动副符号两运动构件构成的运动副两运动构件构成的运动副转转动动副副移移动动副副12121212121212121212121212两构件之
8、一为固定时的运动副两构件之一为固定时的运动副122121平平面面运运动动副副平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球销销副副121212空空间间运运动动副副121212一般构件的表示方法一般构件的表示方法 杆、轴构件杆、轴构件固定构件固定构件同一构件同一构件用线条和简单图形代表构件用线条和简单图形代表构件三副构件三副构件 两副构件两副构件 一般构件的表示方法一般构件的表示方法 运动链两个以上的构件通过运动副运动链两个以上的构件通过运动副的联接而构成的可动系统。的联接而构成的可动系统。注意事项注意事项:作者:潘存云教授 画构件时应撇开构件的实际外形,而只考虑运动副
9、画构件时应撇开构件的实际外形,而只考虑运动副的性质的性质。闭式链闭式链(Close chain)3.运动链运动链(Kinematic chain)作者:潘存云教授开式链开式链(Open chain)若干若干1个或几个个或几个1个个4.机构机构定义定义:具有确定运动的运动链称为具有确定运动的运动链称为 机构机构。机架机架作为参考系的构件作为参考系的构件,如机床床如机床床身、车辆底盘、飞机机身。身、车辆底盘、飞机机身。机构的组成:机构的组成:机构机构机架原动件从动件机架原动件从动件机构是由若干构件经运动副联接而成的,很显然,机构归属于运动链,那么,运动链在什么条件下就能称为机构呢?即各部分运动确定
10、。分别用四杆机构和五杆机构模型演示得出如下结论:在运动链中,如果以某一个构件作为参考坐标系,当其中另一个(或少数几个)构件相对于该坐标系按给定的运动规律运动时,其余所有的构件都能得到确定的运动,那么,该运动链便成为机构。原(主)动件原(主)动件按给定运动规律运动的构件按给定运动规律运动的构件。从动件从动件其余可动构件。其余可动构件。12341 1223 平面机构运动简图平面机构运动简图机构运动简图机构运动简图用以说明机构中各构件之间的相对用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。运动关系的简单图形。(用线条和简单图形代表构件,用用线条和简单图形代表构件,用规定符号代表运动副,按比例作
11、出的图形。规定符号代表运动副,按比例作出的图形。)作用:作用:1.表示机构的结构和运动情况。表示机构的结构和运动情况。机构示意图不按比例绘制的简图机构示意图不按比例绘制的简图现摘录了部分现摘录了部分GB446084机构运动简图如下表机构运动简图如下表。2.作为运动分析和动力分析的依据。作为运动分析和动力分析的依据。常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号 在在机机架架上上的的电电机机齿齿轮轮齿齿条条传传动动带带传传动动圆圆锥锥齿齿轮轮传传动动链链传传动动圆柱圆柱蜗杆蜗杆蜗轮蜗轮传动传动凸凸轮轮传传动动外啮外啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动机构运动简图机构运动简图应满足的条件应满足的条件:1.构件
12、数目与实际相同构件数目与实际相同 2.运动副的性质、数目与实际相符运动副的性质、数目与实际相符 3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。成比例。棘棘轮轮机机构构内啮内啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动绘制机构运动简图绘制机构运动简图顺口溜:顺口溜:先两头,后中间,先两头,后中间,从头至尾走一遍,从头至尾走一遍,数数构件是多少,数数构件是多少,再看它们怎相联。再看它们怎相联。步骤:步骤:1.运转机械,搞清楚运动副的性质、数目和构件数目;运转机械,搞清楚运动副的性质、数目和构件数目;4.检验机构是否满足运动确定的条件。检验机构是否满足运动确定的
13、条件。2.测量各运动副之间的尺寸,选投影面(运动平面)。测量各运动副之间的尺寸,选投影面(运动平面)。3.按比例绘制运动简图。按比例绘制运动简图。简图比例尺:简图比例尺:l=实际尺寸实际尺寸 m/m/图上长度图上长度mmmm思路:思路:先定先定原动部分和工作部分原动部分和工作部分(一般位于传动线路(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。的类型,并用符号表示出来。举例:举例:绘制绘制破碎机破碎机和和偏心泵偏心泵的机构运动简图。的机构运动简图。鳄式破碎机鳄式破碎机等同等同作者:潘存云教授1234绘制图示
14、绘制图示偏心泵偏心泵的运动简图的运动简图偏心泵偏心泵作者:潘存云教授24 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件给定给定1 11 1(t t)一个独立参一个独立参数数S S3 3S S3 3(t)(t),唯一确定,该机唯一确定,该机构仅需要一个独立参数。构仅需要一个独立参数。若若仅仅给给定定1 11 1(t t),则则2 2 3 3 4 4 均均不不能能唯唯一一确确定定。若若同同时时给给定定1 1和和4 4 ,则则3 3 2 2 能能唯唯一一确确定定,该该机机构构需需要要两两个个独独立立参数参数 。4 4S3123S31 112341 1曲柄滑块机构曲柄滑块机构五杆机构五杆机构1个原动件
15、个原动件2个原动件个原动件有无确定运动?有无确定运动?定义:定义:保证机构具有确定运动时所必须给定的保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数称为独立运动参数称为机构的自由度机构的自由度 (FreedomFreedom,F)F)。原动件原动件能独立运动的构件。能独立运动的构件。一个原动件只能提供一个独立参数一个原动件只能提供一个独立参数机构具有确定运动的条件为:机构具有确定运动的条件为:自由度原动件数自由度原动件数 025 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算作作平平面面运运动动的的刚刚体体在在平平面面上上的的位位置置需需要要三三个个独独立立的的参参数数(x,y,)才能唯一确定。才能唯
16、一确定。yx(x,y)F=3单个自由构件的自由度为单个自由构件的自由度为 自由构自由构件的自件的自由度数由度数运动副运动副 自由度数自由度数 约束数约束数回转副回转副 1()+2(x,y)=3yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2结论:结论:构件自由度构件自由度3约束数约束数移动副移动副 1(x)+2(y,)=3高高 副副 2(x,)+1(y)=3构件构件经运动副相联后,由于有约经运动副相联后,由于有约束束(R R),自由度会变化:),自由度会变化:自由构件的自由度数约束数自由构件的自由度数约束数活动构件数活动构件数 n n 计算公式:计算公式:F=3n(2PL+
17、Ph)要求:记住上述公式,并能熟练应用。要求:记住上述公式,并能熟练应用。构件总自由度构件总自由度 低副约束数低副约束数 高副约束数高副约束数 3n 2 PL1 Ph推广到一般:推广到一般:PL=4,PH=1,F=0n=3,n=2,PL=3,F=0231123ACB4Dn=3,PL=5,F=-1B2C4ADE13结论:结论:机构可能运动的条件是机构可能运动的条件是:机构自由度数机构自由度数F1F1。例题例题计算曲柄滑块机构的自由度。计算曲柄滑块机构的自由度。解:活动构件数解:活动构件数n=3低副数低副数PL=4F=3n 2PL PH =33 24 =1 高副数高副数PH=0S31234具有确定
18、原动条件:原动件数具有确定原动条件:原动件数=1机构机构可能运动可能运动且且具有确定运动具有确定运动的条件为:的条件为:2 2、自由度原动件数、自由度原动件数1 1、机构自由度数、机构自由度数F1F1。例题例题计算五杆铰链机构的自由度计算五杆铰链机构的自由度解:活动构件数解:活动构件数n=4低副数低副数PL=5F=3n 2PL PH =34 25 =2 高副数高副数PH=012341 1具有确定原动条件:原动件数具有确定原动条件:原动件数=2例题例题计算图示凸轮机构的自由度。计算图示凸轮机构的自由度。解:活动构件数解:活动构件数n=2低副数低副数PL=2F=3n 2PL PH =32 221
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