第2章机构的结构分析68452.ppt

2004-2005第二学期 第2章 机构的结构分析（Structural Analysis of Planar Mechanisms) 2－1　机构结构分析的内容及目的 2－2　机构的组成 2－3　机构运动简图 2－4　平面机构自由度 2－5　平面机构组成原理、结构分类及结构分析 § 2－1 机构结构分析的内容及目的 研究机构的组成及机构运动简图的画法 了解机构具有确定运动的条件 研究机构组成原理及结构分类 § 2－2 机构的组成 运动副的分类 运动副的分类 ● 按运动副引入的约束数分类 I级副(Class I kinematic pair)、II级副、III级副、IV级副、V级副。 ● 按运动副的接触形式分类 面与面接触的运动副—低副(Lower pair) 　 点、线接触的运动副—高副(Higher pair) ● 按两构件相对运动的范围分类 平面运动副(Planar kinematic pair) 空间运动副(Spatial kinematic pair) ● 按相对运动的形式分类 转动副、移动副、球面副、螺旋副等等。 ● 按保持接触的方式分类 几何封闭、力封闭。 运动副举例 §2-3 机构运动简图(kinematic diagram) 机构运动简图 ?表示机构运动特征的一种工程用图 齿轮副 §2-4 平面机构的自由度(Degree of Freedom) 三. 平面机构自由度计算公式 如果：活动构件数：n 低副数：pl 高副数：ph 机构自由度F： 机构自由度举例： 铰链五杆机构： 五、计算平面机构自由度时应注意的问题 复合铰链 Compound hinge 2) 局部自由度 Passive DOF 定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动, 不影响机构输出运动的自由度 局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠 解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视作一个构件 3) 虚约束Redundant Constraints 不影响机构运动传递的重复约束 在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限制作用的运动副叫虚约束 虚约束经常发生的场合 虚约束的本质 处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其所带入的运动副）去掉 结论 虚约束经常发生的场合 A 两构件之间构成多个运动副时 B 两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时 C 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时 D 机构中对运动不起作用的对称部分 A 两构件之间构成多个运动副时 两构件组合成多个转动副，且其轴线重合 两构件组合成多个移动副，其导路平行或重合 两构件组合成若干个高副，但接触点处的公法线彼此重合 目的：为了改善构件的受力情况 B 两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时 在这两个例子中，加与不加红色构件AB效果完全一样，为虚约束 计算时应将构件AB及其引入的约束去掉来计算 C 两构件上联接点的轨迹重合 在该机构中，构件2上的C点C2与构件3上的C点C3轨迹重合，为虚约束 计算时应将构件3及其引入的约束去掉来计算 同理，也可将构件4当作虚约束，将构件4及其引入的约束去掉来计算，效果完全一样 D 机构中对运动不起作用的对称部分 在该机构中，齿轮3是齿轮2的对称部分，为虚约束 计算时应将齿轮3及其引入的约束去掉来计算 同理，将齿轮2当作虚约束去掉，完全一样 目的：为了改善构件的受力情况 虚约束——结论 机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动 采用虚约束是为了:改善构件的受力情况；传递较大功率；或满足某种特殊需要 在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所需要的几何条件 六. 自由度计算小结 自由度计算公式: F＝3n－2pl－ph 机构自由度＝3×活动构件数－(2×低副数+1×高副数) 计算步骤: 确定活动构件数目 确定运动副种类和数目 确定特殊结构: 局部自由度、虚约束、复合铰链 计算、验证自由度 几种特殊结构的处理: 1、复合铰链—计算在内 2、局部自由度—排除 3、虚约束--重复约束—排除 计算图示机构的自由度，并在图上指出其中的复合铰链、局部自由度和虚约束。 § 2－5　平面机构的组成原理和结构分析 The Composition Principle and Structural Analysis 第一部分就是基本机构the basi