第一章平面机构组成原理及其自由度分析.ppt

第一章 平面机构组成原理及其自由度分析 第一章 平面机构组成原理及其自由度分析 §1.1 机构的组成及运动简图 §1.2 平面机构自由度分析及应用举例 §1.3 平面机构组成原理 §1.4 平面机构的拓补结构理论* §1.1 机构的组成及运动简图 一、机构的组成 机构是一种具有确定运动的人为实物组合体。机构的组成要素为构件和运动副。 二、机构运动简图 (一)零件与构件 构件分类（按构件在机构中所起的作用分） (二)运动副及其分类 (三)运动链 (四)机构 二、 机构运动简图 机构运动简图中的常用符号 绘制机构运动简图的步骤与方法 §1.2 平面机构自由度分析及应用举例 一、运动副的自由度和约束 二、平面机构自由度计算公式 三、机构可能运动条件及机构具有确定运 动条件 四、计算机构自由度应注意的问题 一、运动副的自由度和约束 运动副对该两构件独立运动所加的限制称为约束。约束数目等于被其限制的自由度数。 图1.1.28 一构件二低副 从上述例题可总结出平面机构结构分析步骤为： （1）去除局部自由度，虚约束，并注意是否有复合铰链，由题明确机构原动件为哪一构件。 （2）机构中若有高副，需高副低代，使机构成为全低副机构。 （3）从远离原动件处开始拆杆组，先拆Ⅱ级杆组，当不可能拆Ⅱ级杆组时，再试拆Ⅲ级或更高级别杆组，且应保证每拆出一个杆组后，余下部分仍应为一机构，且其自由度，必须与原机构相同，直至只剩下原动件及机架。 （4）确定机构级别，将机构中最高级别的杆组级别，作为该机构的级别。 （5）计算机构自由度，并检验上述杆组分析的正确性。 由以上讨论可知：驱动副位于机架的平面机构可由原动件、机架、单个或若干个基本杆组用运动副组合而成。 （二） 基本运动链组成原理 1．基本运动链与单开链 定义： 单开链(Single Open Chain , 简记为SOC) ——由运动副和构件串联而成的简单开链,记为 并约定: 串联机构亦简记为SOC。 例题1.1.11：确定图1.1.43所示3回路BKC的耦合度. 一、平面机构的拓补结构及其符号表示 （二） 机构拓扑结构的符号表示 机构的拓扑结构包括三种基本要素： (1) 运动副类型：如P副和R副等。 (2) 尺度约束类型。 (3) 机构结构单元(如构件，回路，SOC等单元) 之间的联接关系。 基于拓扑结构的3种要素, 机构的拓扑结构可用符号表示。 二、平面机构的方位特征矩阵 （一） 方位输出矩阵 （二） 方位特征矩阵 （三） 运动副的方位特征矩阵 三、方位特征矩阵与速度特征矩阵的对应性原理 对机构连续运动的任意位置(不包括奇异位置)，基于机构拓扑结构的不变特性得到的速度特征矩阵具有如下性质： （1） 如果速度特征矩阵的某元素为零，则在连续运动过程中，该元素恒为零。 （2） 独立速度元素及其数目保持不变。即：速度特征矩阵的秩不变。 机构的方位特征矩阵具有如下性质： （1）速度特征矩阵的某元素为零，则方位特征矩阵的对应元素为常量。 （2） 速度特征矩阵与方位特征矩阵的独立元素对应不变，故两者的秩相等。 四 、串联机构的方位特征方程 （一） 串联机构方位特征方程 五 、并联机构的方位特征方程 （一） 方位特征矩阵 （二） 并联机构的方位特征方程 独立回路组： 若有一组回路同时满足下述两个条件时则称为独立回路组，独立回路组中每个回路皆为独立回路。 （1）每一回路至少有一个运动副是其它回路所未包含的。 （2）独立回路数满足 图1.1.27 由3个移动副组成的平面机构及其回路 §1.3 平面机构组成原理 一、平面机构中的高副低代 二、驱动副位于机架的平面机构组成原理 三、一般平面机构的组成原理* ◆高副低代须满足的条件为： （一）代替前后机构的自由度数保持不变 为保证代替前后机构自由度数不变，可用假想的一构件二低副来代替一个高副。 （二）代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度。 一、平面机构的高副低代 目的：为使平面低副机构的结构分析和运动分析的方法适用于一切平面机构，可以按一定条件将机构中的高副用低副来代替。这种以低副来代替高副的做法称为高副低代。 平面机构组成原理 图1.1.29 高副低代 图1.1.30 直线轮廓高副低代 平面机构组成原理 图1.1.31 尖点轮廓高副低代 二、驱动副位于机架的平面机构组成原理 通常从动