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1、CH1 机构的结构分析,(Structure Analysis of Mechanisms),构件,运动链,运动副,Kinematic Pair,运动链,机构,？,如何绘制机构的运动简图,如何计算机构的自由度,机构的组成原理和结构分析,mechanism,member,一、 运动副,1 运动副,构件与构件之间直接接触并存在相对运动的连接 。,运动副：,机构是由许多构件组成， 如何连接？,Kinematic Pair,连接,固定连接,有相对运动的连接运动副,1 按照运动副的相对运动形式分类,平面运动副,空间运动副,二、运动副的分类,planar pair,spatial pair,螺旋副,球面副
2、,低副,平面运动副：,高副,转动副（铰链）,移动副,点接触,线接触,2 按照运动副的接触形式分类,2 平面机构的运动简图绘制,为使问题简化，撇开与运动无关的外形和运动副的具体结构，仅用简单线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置的简化图形，成为运动简图。,机构运动简图：,说明机构各构件间相对运动关系的简化图形。,运动副的表示方法,低副,高副,转动副（铰链）,移动副,点接触,线接触,构件的表示方法,各种常用运动副模型,常用运动副的符号表,固定构件（机架）： 用来支撑活动构件的构件原动件（输入构件）： 外界赋予已知运动规律的构件从动件（输出构件）： 被迫作确定运动的构件,构件的分类
3、,例题,绘制颚式破碎机的机构运动简图,例题,抽油机的机构运动简图绘制,例题3,回执活塞泵机构的机构运动简图,例题4:发动机主机构,内燃机的主机构运动简图,一般应按照如下步骤进行 （1）、搞清机构各构件之间的相对运动关系，分清联接各构件的运动副类型，分清主动件，从动件，机架等； （2）、选择合理的视图方向和主动件位置； （3）、选取合适的比例尺，用规定的符号表示构件和运动副； （4）、绘出基准线，标出运动副、杆件编号和重要的尺寸。 在机械设计中，一般选择如下的比例尺。,绘制机构运动简图的步骤,一、自由度 Degree of Freedom,构件可能出现的独立运动的数目称为自由度。,平面运动构件的
4、自由度：二个移动、一个转动，共三个。,3 运动链成为机构的条件,空间运动的自由度：三个移动、三个转动，共六个。,二、运动链 kinematic chain,由运动副联接构件构成的系统 。,闭式运动链,开式运动链,分类,闭式链机构,开式链机构,三、约束,对构件自由度 （运动）的限制 。,四、运动链的活动度计算,运动链由k个构件构成，具有 个低副 ， 个高副，则运动链的活动度 ：,2. 运动链的相对自由度,1. 运动链的活动度,3.运动链成为机构的条件,1).取一个构件为机架；,闭式运动链,开式运动链,2).各构件的相对自由度F不小于1；,F=0,F= -1,F= 2,a原动件数小于F F=2,b
5、原动件数大于FF=1,c原动件数=F,3).原动件数等于相对自由度F。,结论：,1). 一个构件为机架；,2).各构件的相对自由度F不小于1；,3).原动件数等于相对自由度F。,只有符合上述条件的运动链才能成为机构。,“机构”的定义：在运动链中，将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各构件都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。,运动链,具有确定的相对运动,机构,桁架,运动链,相对运动不确定,无相对运动,4. 机构自由度的计算,机构由n个活动构件构成，具有 个低副 ， 个高副，则机构的自由度为 ：,例题1 计算颚式破碎机的自由度,例题 计算
6、活塞泵的自由度,例题3 计算翻斗车的自由度, 4 计算自由度时的注意事项,L型压缩机主机构,1.复合铰链,圆盘锯机构,复合铰链定义： 两个以上的构件在同一处以转动副 连接所构成的运动副。,解决方案 k 个构件在同一处构成复合铰链， 实际上构成了 ( k-1 ) 个转动副。,F = 35 - 27 = 1,2.局部自由度,解决方案 计算机构自由度时，假想滚子和安装滚子 的构件固接为一个整体，成为一个构件 或在计算结果中去除局部自由度,局部自由度定义：某些构件具有的只影响自身局部运动而不影响其它构件运动的自 由度，经常发生在将滑动摩擦变为滚动摩擦的场合。,3.虚约束,虚约束：在特定的几何条件或结构
7、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是一致的。这种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。,场合一：两个构件之间形成多个运动副,F = 31 - 22 = -1,解决方案 计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用，认为 两个构件之间只形成一个运动副,两个构件之间形成多个与导路重合或平行的移动副,等宽凸轮机构,等径凸轮机构,场合二：两构件上某两点之间的距离在运动中保持不变,场合三：联接构件和被联接构件上联接点的轨迹重合,AB = BC = BD DAC = 90 除 B、C、D点，各点轨迹为一椭圆 D点轨迹是沿 Y 轴的直线,场合四：机构中存在不起作用的对称部分,为了传递较大功
8、率，保持机构受力平衡，在机构中增加对称部分,虚约束的引入，一般是为了改善机构受力，增大传递功率或者其它特殊需求；计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用；虚约束的成立，要满足一定的几何条件或者结构条件，如果这些条件被破坏，将转化了实约束，影响机构运动；,虚约束问题小结：,机械设计中如果需要采用虚约束，必须保证设计、加工、装配精度，以确保满足虚约束存在的条件。,例题4 计算大筛机构的自由度,例：计算大筛机构自由度,复合铰链？ 局部自由度？ 虚约束？,n = 7P4 = 1 P5 = 9 F = 37 - 29 1 = 2,课堂练习,作 业,1-3 1-4 1-5,本章重点小结,三、机构运动简图的绘制
9、,回 顾,一、 运动副,运动副,运动副的分类,二、 平面机构的运动简图绘制,运动副的表示方法,构件的表示方法,构件的分类,机构的结构分析,复 习,1 .运动副,低副：转动副（铰链）移动副 高副：点接触线接触,2 .平面机构的运动简图绘制,4.计算自由度时的注意事项,3.机构自由度的计算,机 械,机 器,机 构,机器是一种人为实物组合的具有确定机械运动的装置，它用来完成有用功、转换能量或处理信息，以代替或减轻人类的劳动。,机构是一个具有确定的机械运动的构件系统，或称它是用来传递运动和动力的可动装置。,绪 论,复 习,1 .运动副,低副：转动副（铰链）移动副 高副：点接触线接触,2 .平面机构的运动简图绘制,3.机构自由度的计算,第一章 机构的结构分析,
