第四章平面机构的结构分析讲义.ppt

第四章 机构的结构分析 第五节 平面机构的组成原理和结构分析 平面机构的高副低代 为了便于对含有高副的平面机构进行分析，将机构中的高副根据一定的条件用一种虚拟的低副和构件的适当组合来代替。 高副低代的替代条件 替代前后机构的自由度、瞬时速度和瞬时加速度保持不变。 第四章 机构的结构分析 高副低代的方法：用一个含有两个低副的虚拟构件来代替高副，且两低副位置分别在两高副两元素接触点处的曲率中心。 高副两元素均为圆弧 n n 4 第四章 机构的结构分析 接触点的法线上找出两曲线接触处的曲率中心 K1、K2，用铰链四杆机构O1K1K2O2来瞬时代替原高副机构。 高副元素为非圆曲线 第四章 机构的结构分析 当两接触轮廓之一为直线时，直线的曲率中心趋于无穷远，该转动副演化为移动副。 第四章 机构的结构分析 当两接触轮廓之一为一点时，其曲率半径为零，该转动副就在该点处。 第四章 机构的结构分析 两接触轮廓分别为直线和点。 第四章 机构的结构分析 高副元素 曲线和曲线 曲线和直线 曲线和点 点和直线 高副机构 瞬时替代机构 常见高副低代类型 第四章 机构的结构分析 基本杆组（自学） 不能再拆的最简单的自由度为零的构件组称为组成机构的基本杆组。 机构的组成原理 任何机构都可以看做是有若干个基本杆组依次联接于原动件和机架上而构成。 自由度为F的机构=F 个主动杆 +1个自由度为0的机架 +若干个自由度为0的基本杆组 第四章 机构的结构分析 杆组 若基本杆组的构件数为n，低副数为PL 由F＝3n－2PL＝0，得3n＝2PL 故 n 2 4 6 …… PL 3 6 9 …… Ⅱ级杆组 Ⅲ级杆组 …… 机构的级别取决于其所含基本杆组中的最高级别 －如Ⅱ级机构 第四章 机构的结构分析 ＋ ＋ 八杆机构的组成 第四章 机构的结构分析 注意：杆组的全部外接运动副不能都并接到一个构件上，因为这种并接会使杆组与被并接件形成桁架，如图所示，起不到增加杆组的作用。 第四章 机构的结构分析 平面机构的结构分析 将已知的机构分解为原动件、机架和基本杆组，并确定机构的级别。 机构分析的目的 了解机构的组成，确定机构的级别。 机构分析的过程 把机构分解为基本杆组、机架和原动件。 第四章 机构的结构分析 机构结构分析步骤： 1）计算自由度，确定原动件。 2）除去虚约束和局部自由度，进行高副低代。 3）从远离原动件的构件开始，先试拆Ⅱ级杆组，如不行再试拆Ⅲ级杆组。当拆去一个杆组后，按上述顺序重复进行，直到只剩下机架和原动件为止。 4）确定机构的级别。 注意：杆组的增减不应改变机构的自由度。 举例 第四章 机构的结构分析 常见Ⅱ级杆组 第四章 机构的结构分析 常见Ⅱ级杆组 第四章 机构的结构分析 常见Ⅲ级杆组 第四章 机构的结构分析 试对图示机构进行结构分析。 第四章 机构的结构分析 高副低代 第四章 机构的结构分析 拆Ⅱ级杆组 5 6 c B 第四章 机构的结构分析 5 6 c B A 拆Ⅱ级杆组 3 B G 4 第四章 机构的结构分析 5 6 c B A 3 B G 4 拆Ⅱ级杆组 原动件与机架 此机构为Ⅱ级机构 第四章 机构的结构分析 机构自由度计算中有关虚约束的识别。 首先要正确掌握虚约束的概念。 两个构件形成运动副将引入约束，会对构件的自由度产生限制。如果引入的约束所限制的自由度，已被其它约束限制，则该约束就是虚约束。 掌握机构中虚约束常出现的几种情况。 当两个构件形成多个移动副，导路又互相平行，或两构件构成多个转动副。而轴线互相重合时，将出现虚约束的情况。要注意是两个构件形成的。 本章难点 第四章 机构的结构分析 机构自由度 机构中各构件相对于机架的所具有的独立运动的数目。 机构自由度为活动构件自由度的总数与运动副引入的约束总数之差： F=3n-2PL-PH 　 1 2 3 4 ?1 活动构件数 低副数 高副数 以铰链四杆机构为例 第四章 机构的结构分析 1 2 3 4 ?1 取构件4为机架 与构件1铰接形成转动副引入两个约束，构件2相对于机架4独立