《《结构分析》ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《结构分析》ppt课件（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2019/3/1,1,机械原理,机械工程学院 机械设计研究室,2019/3/1,2,平面机构：,空间机构：,各构件的相对运动平面互相平行（常用的机构大多数为平面机构）。,至少有两个构件能在三维空间中相对运动。,第一章 平面机构的结构分析 （Structural Analysis of Planar Mechanisms),2019/3/1,3,第一章 平面机构的结构分析,11 研究机构结构的目的 12 运动副、运动链和机构 13 平面机构运动简图 14 平面机构自由度 15 平面机构组成原理和结构分析,预习题1,预习题2,2019/3/1,4, 11 研究机构结构的目的,研究机构的组成及机构运
2、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,2019/3/1,5, 12 运动副、运动链和机构,机构组成的要素: 构件 运动副,仍以内燃机为例分析:,2019/3/1,6,一、 运动副（kinematic pair),a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动,运动副元素直接接触的部分（点、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。,定义：运动副两个构件直接接触并能产生一定相对运动的联接。,三个条件, 缺一不可,2019/3/1,7,按接触特征分有： 高副(high pair)点、线接触，应力高。,低副(lower pair)面接触，应力低。,例如：滚动副、凸
3、轮副、齿轮副等。,运动副的分类：,2019/3/1,8,按相对运动范围分有： 平面运动副平面运动(Plannar kinematic pair),例如：球铰链、螺旋副、生物关节。,空间运动副空间运动(Spatial kinematic pair ),运动副的分类：,2019/3/1,9,平面低副按运动形式分有：,运动副的分类：,平面低副,转动副revolute pair,移动副 Sliding pair,2019/3/1,10,若干构件通过运动副联接而成的可动系统称运动链,二. 运动链（kinematic chain),开式链,闭式链,2019/3/1,11,若将运动链中的一个构件相对固定，运
4、动链则成为机构。,三. 机构 (mechanism),机构中构件的分类： 1、机架 frame（描述运动的参考系） 2、原动件 driving link（运动规律已知的构件） 3、从动件 driven link,输入构件与输出构件,2019/3/1,12,1-3 平面机构运动简图(kinematic diagram),机构运动简图 表示机构运动特征的一种工程用图,表达方式： 用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置,与运动有关的因素： 构件数目 运动副数目及类型 运动副之间的相对位置,作用： 表示机构的结构和运动情况。,作为运动分析和动力分析的依据。,2019/3/1
5、,13,转动副,一、运动副符号,移动副,两构件之一为机架,两构件之一为机架,2019/3/1,14,齿轮副,凸轮副,2019/3/1,15,二、构件 不管构件形状如何，简单线条表示，带短剖面线表示机架。,2019/3/1,16,三. 参与构成运动副的构件,2019/3/1,17,四.绘制机构运动简图,顺口溜：先两头，后中间， 从头至尾走一遍， 数数构件是多少， 再看它们怎相联。,步骤： 1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；,2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面）， 绘制示意图。,3.按比例绘制运动简图。 简图比例尺： l =实际尺寸 m / 图上长度mm,思路：先定原动
6、部分和工作部分（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的类型，并用符号表示出来。,2019/3/1,18,A,1,2,3,4,B,C,D,例1 颚式破碎机,2019/3/1,19,颚式破碎机,2019/3/1,20,例2 活塞泵,运动副？,2019/3/1,21,例2 液压泵,例3 刀架,2019/3/1,22,预习题,通过预习第1章第4小节，完成思考题1-1，1-2,2019/3/1,23,一、构件的自由度,自由度相对于参考系构件所具独立运动的个数（或确定构件位置所需独立坐标数）。,一个完全自由的平面运动构件具有三个自由度。,x,y,2,1,x,y,y,x,1-4 平
7、面机构的自由度(Degree of Freedom),2019/3/1,24,F=6,F=3,不论形成运动副的两个构件是否其中有一个相对固定，运动副引入的约束数S均相同。,二、平面运动副对构件的约束(constraint),运动副的形成引入了约束，使构件失去运动 自由度。,1. 转动副,约束数 S = 2,F=1,F=4,约束: 运动副对构件的独立运动所加的限制,2019/3/1,25,2. 移动副,约束数 S = 2,3. 齿轮副,4. 凸轮副,n,n,约束数 S = 1,n,n,平面低副约束数 S = 2 平面高副约束数 S = 1,2019/3/1,26,三. 平面机构自由度计算公式,如
8、果：活动构件数：n 低副数： pl 高副数： ph,未连接前总自由度：,3n,连接后引入的总约束数：,2pl+ph,F=3n - ( 2pl + ph ),机构自由度F：,F=3n - 2pl - ph,2019/3/1,27,机构自由度举例：,F =3n2plph = 3 2 ,3,4,0,= 1,F =3n2plph = 3 2 ,4,5,0,= 2,F =3n2plph = 3 2 ,2,2,1,= 1,F =3n2plph = 3 2 ,3,4,0,= 1,F =3n2plph = 3 2 ,4,5,1,= 1,2019/3/1,28,定义：机构相对于机架所具有的独立运动的数目(或为使
9、机构的位置得以确定,必须给定的独立参变量的个数),原动件能独立运动的构件。 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：,自由度原动件数,平面机构自由度的概念:,四. 机构具有确定相对运动的条件,2019/3/1,29,讨论,n=2, PL=3, PH=0 F=3n2PLPH =3*2-2*3=0,n=3, PL=5, PH=0 F=3n2PLPH =3*3-2*5=-1,1)若机构自由度，则机构不能动,2019/3/1,30,铰链五杆机构：,2) 原动件数机构自由度数，机构运动不确定,给定一个独立运动参数： 机构没有确定运动。,给定两个独立运动参数： 机构有确定运动。,2019
10、/3/1,31,3）若，而原动件数F，则构件间不能运动或产生破坏。,结论：机构具有确定运动的条件： 1 机构自由度 0 2 原动件数 机构自由度数,讨论预习题1,2019/3/1,32,五、计算平面机构自由度时应注意的问题,复合铰链 Compound hinge,m个构件(m3)在同一处构成共轴线的转动副,F 3n2PLPH 3 2 ,5,6,0, 3,F 3n2PLPH 3 2 ,5,7,0, 1,m-1个低副,复,计算在内,1）要正确计算运动副数目,2019/3/1,33,F3n2PLPH 3 2 ,7,6,0, 9,F3n2PLPH 3 2 ,7,10,0, 1,?,复,复,复,复,例
11、圆盘锯机构,2019/3/1,34,F3n2plph 3 2 ,3,3,1, 2,F3n 2plph 3 2 ,2,2,1, 1,错,对,排除,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,动画,2019/3/1,35,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
12、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,F3n2PLPH 3 2 ,F3n2PLPH 3 2 ,2,3,1,-1,错,2,2,1,1,对,排除,3) 虚约束Redundant Constraints,2019/3/1,36,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,2019/3/1,37,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
13、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,F3n2PLPH 3 2 ,2,2,1,1,动画,补充,2019/3/1,38,如果两构件在多处相接触而构成平面高副，但各接触点处的公法线方向并不彼此重合，则相当于一个低副 （图a相当于一个转动副， 图b相当于一个移动副）。,a),b),2019/3/1,39,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,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0,F3n2PLPH 3 2 ,4,6,0,
14、0,错,对, 1,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0,1,2019/3/1,40,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,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0,1,动画,2019/3/1,41,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,F3n2PLPH 3 2
15、 ,3,3,2,1,动画,2019/3/1,42,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,2019/3/1,43,虚约束的本质是什么?,从运动的角度看,虚约束就是“重复的约束”或者是“多余的约束”。,2019/3/1,44,六. 自由度计算小结,自由度计算公式: F3n2plph 机构自由度3活动构件数(2低副数+1高副数) 计算步骤: 确
