機械原理 機構(gòu)及其應(yīng)用 教學(xué)講義.ppt

,機構(gòu)及其應(yīng)用,機構(gòu)的應(yīng)用 機構(gòu)的基本概念 機構(gòu)運動簡圖 機構(gòu)自由度及計算,機構(gòu)的基本概念,機械(Machinery)：機器與機構(gòu)的總稱,機構(gòu),單元體（構(gòu)件）組合體 具有相對的確定運動,機器,完成有用的機械功或轉(zhuǎn)換機械能,機構(gòu)的基本概念,機器(Machine)：由若干個機構(gòu)組成 機構(gòu)(Mechanism)：由若干個構(gòu)件組成 構(gòu)件(Link) ：由一個或幾個零件組成,機構(gòu)的基本概念,機器的功能組成,機構(gòu)的基本概念,機構(gòu)是如何組成的？,運動單元（構(gòu)件）+聯(lián)接（運動副） 運動鏈 運動鏈 +機架 機構(gòu),機構(gòu)的基本概念,構(gòu)件 (link),組成機構(gòu)的獨立運動單元 由一個或幾個零件組成,零件：制造單元 構(gòu)件：運動單元,機構(gòu)的基本概念,運動副 (Joint 、 Kinematic pair),兩個構(gòu)件直接接觸形成的可動連接,機構(gòu)的基本概念,機構(gòu)的基本概念,運動副分類：根據(jù)運動副引入的約束數(shù)分類,機構(gòu)的基本概念,運動副分類：根據(jù)運動副引入的約束數(shù)分類,機構(gòu)的基本概念,運動副分類： 相對運動形式,空間運動副：相對運動為空間運動 平面運動副：相對運動為平面運動,Spatial kinematic pair,Planar kinematic pair,機構(gòu)的基本概念,運動副分類： 相對運動形式,轉(zhuǎn)動副：相對運動為轉(zhuǎn)動 移動副：相對運動為移動,機構(gòu)的基本概念,運動副分類： 運動副的接觸形式,低副(Lower pair) ：面與面接觸 高副(Higher pair) ：點、線相接觸,機構(gòu)的基本概念,運動副分類：, 按運動副引入的約束數(shù)分類 I級副、II級副、III級副、IV級副、V級副 按兩構(gòu)件相對運動的形式分類 平面運動副 轉(zhuǎn)動副 空間運動副 移動副 按運動副的接觸形式分類 低副面與面接觸的運動副 高副點、線接觸的運動副,機構(gòu)的基本概念,閉式鏈,組成的各構(gòu)件構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng),開式鏈,組成的各構(gòu)件未構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng),運動鏈 (Kinematic chain),多個構(gòu)件用運動副聯(lián)接構(gòu)成的系統(tǒng),機構(gòu)的基本概念,機構(gòu) (Mechanism),將運動鏈中某一構(gòu)件加以固定，則此運動鏈成為機構(gòu),機構(gòu),原動件 (driving link) 從動件(driven link) 機架 (frame),傳動構(gòu)件 執(zhí)行構(gòu)件,機構(gòu)的基本概念,平面機構(gòu) 空間機構(gòu),Planar mechanism,Spatial mechanism,機構(gòu)的基本概念,問題：平面機構(gòu) ？空間機構(gòu) ？,機構(gòu)的基本概念,機構(gòu)的組成,構(gòu)件運動副運動鏈機構(gòu),機構(gòu),原動件 (driving link) 從動件(driven link) 機架 (frame),傳動構(gòu)件 執(zhí)行構(gòu)件,機構(gòu)運動簡圖(Kinematic sketch),用規(guī)定簡單符號和線條代表運動副和構(gòu)件，并按比例表達(dá)機構(gòu)的運動尺寸，繪制出的表示機構(gòu)運動的簡明圖形稱為機構(gòu)運動簡圖,機構(gòu)運動簡圖與機械結(jié)構(gòu)圖的區(qū)別 機構(gòu)運動簡圖作用 機構(gòu)運動簡圖畫法,機構(gòu)運動簡圖,規(guī)定畫法,運動副畫法,轉(zhuǎn)動副,移動副,機構(gòu)運動簡圖,規(guī)定畫法,運動副畫法,轉(zhuǎn)動副,移動副,機構(gòu)運動簡圖,轉(zhuǎn)動副結(jié)構(gòu),機構(gòu)運動簡圖,移動副結(jié)構(gòu),機構(gòu)運動簡圖,構(gòu)件的表示方法,機構(gòu)運動簡圖,三副構(gòu)件表達(dá),機構(gòu)運動簡圖,構(gòu)件的固定連結(jié),機構(gòu)運動簡圖,特殊構(gòu)件規(guī)定畫法,齒輪傳動,機構(gòu)運動簡圖,特殊構(gòu)件規(guī)定畫法,蝸桿蝸輪傳動,齒輪齒條傳動,機構(gòu)運動簡圖,特殊構(gòu)件規(guī)定畫法,凸輪傳動,棘輪機構(gòu),機構(gòu)運動簡圖,特殊構(gòu)件規(guī)定畫法,在機架上的電機,液壓馬達(dá),機構(gòu)運動簡圖,機構(gòu)運動簡圖的繪制,1. 分析機械工作原理，確定其組成構(gòu)件 2. 沿運動傳遞路線，逐一分析每兩個構(gòu)件間 相對運動情況，已確定運動副的類型 3. 恰當(dāng)選擇視圖平面 4. 按規(guī)定表示方法選擇適當(dāng)?shù)谋壤呃L圖,機構(gòu)運動簡圖,機構(gòu)運動簡圖的繪制,機構(gòu)運動簡圖,機構(gòu)運動簡圖,課堂練習(xí),機構(gòu)運動簡圖,課堂練習(xí),機構(gòu)運動簡圖,課堂練習(xí),機構(gòu)的自由度 (degree of freedom),構(gòu)件自由度 : 構(gòu)件獨立運動參數(shù)的數(shù)目,機構(gòu)自由度 : 機構(gòu)獨立運動參數(shù)的數(shù)目,位置確定所需的獨立參數(shù)數(shù)目,機構(gòu)的自由度,約束 (constraint) 對獨立運動的限制（自由度減少）,平面運動副與約束,機構(gòu)的自由度,運動副與約束,組成平面低副的兩構(gòu)件有1個相對自由度相互受到2個約束 組成平面高副的兩構(gòu)件有2個相對自由度，相互受到1個約束,機構(gòu)的自由度,機構(gòu)自由度計算,n ：活動構(gòu)件數(shù) pl ：低副數(shù)目 ph ：高副數(shù)目,機構(gòu)自由度計算,三桿結(jié)構(gòu),機構(gòu)自由度計算,四桿機構(gòu),機構(gòu)自由度計算,五桿機構(gòu),機構(gòu)具有確定運動的條件,原動件數(shù) = 機構(gòu)的自由度,機構(gòu)自由度 0 機構(gòu)自由度 0 時： 機構(gòu)自由度原動件數(shù)目 機構(gòu)自由度= 原動件數(shù)目 機構(gòu)自由度原動件數(shù)目,思考？,機構(gòu)自由度計算,六桿機構(gòu),機構(gòu)自由度計算注意問題,復(fù)合鉸鏈(compound hinges),局部自由度(passive degree of freedom),虛約束(redundant constraint),機構(gòu)自由度計算注意問題,復(fù)合鉸鏈(compound hinges) 兩個以上構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相連所構(gòu)成的運動副。M個構(gòu)件組成復(fù)合鉸鏈形成M-1個轉(zhuǎn)動副。,機構(gòu)自由度計算注意問題,局部自由度(passive degree of freedom) 若機構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的自由度僅與其自身的局部運動有關(guān)，并不影響其它構(gòu)件的運動，則稱這種自由度為局部自由度。,機構(gòu)自由度計算注意問題,處理方法： 1）F = 3n 2Pl Ph F = 33 23 1 1 = 1,2）把滾子與推桿看作一體 F = 32 22 1 = 1,機構(gòu)自由度計算注意問題,F = 34 26 = 0 ？,機構(gòu)自由度計算注意問題,虛約束(redundant constraint) 在特定的條件下，某些運動副所引入的約束可能與其它運動副所起的限制作用是一致的。這種不起獨立限制作用的重復(fù)約束稱為虛約束。,機構(gòu)自由度計算注意問題,虛約束經(jīng)常出現(xiàn)在以下幾種情況中：,相聯(lián)兩構(gòu)件在聯(lián)接點上的運動軌跡相互重合時， 此種聯(lián)接（運動副）帶入的約束為虛約束。 兩構(gòu)件某兩點間的距離在運動過程中始終不變 不影響機構(gòu)運動的重復(fù)部分(兩個構(gòu)件構(gòu)成多個運動副) 機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分,機構(gòu)自由度計算注意問題,1)相聯(lián)兩構(gòu)件在聯(lián)接點上的運動軌跡相互重合時，此種聯(lián)接（運動副）帶入的約束為虛約束。,處理方法：將被聯(lián)結(jié)構(gòu)件及形成的運動副除去,機構(gòu)自由度計算注意問題,F = 3n 2Pl Ph = 34 26 = 0,？,機構(gòu)自由度計算注意問題,F = 3n 2Pl Ph = 33 24 = 1,處理方法：將被聯(lián)結(jié)構(gòu)件及形成的運動副除去,機構(gòu)自由度計算注意問題,2）兩構(gòu)件某兩點間的距離在運動過程中始終不變,處理方法：去掉聯(lián)結(jié)兩點的構(gòu)件及運動副,F = 3n 2Pl Ph = 33 24 = 1,機構(gòu)自由度計算注意問題,3）不影響機構(gòu)運動的重復(fù)部分: 兩個構(gòu)件構(gòu)成多個運動副,轉(zhuǎn)動副,移動副,處理方法：只計算其中一個運動副,機構(gòu)自由度計算注意問題,4）機構(gòu)中對運動不起 作用的對稱部分,處理方法：去掉對稱部分,F = 3n 2Pl Ph = 37 210 = 1,機構(gòu)自由度計算注意問題,虛約束作用：,增加剛性 平衡作用力 增大功率,機構(gòu)自由度計算,例1,1. F = 3n 2Pl Ph F = 39 212 1 1 = 1,2. F = 3n 2Pl Ph F = 38 211 1 = 1,機構(gòu)自由度計算,撥車機,機構(gòu)自由度計算,伸出（退回）動作階段機構(gòu)簡圖,扣鉤（脫鉤）動作階段機構(gòu)簡圖,例2,機構(gòu)自由度計算,機構(gòu)自由度計算,例3 圖示機構(gòu)設(shè)計是否合理,說明理由,提出改正方案,機構(gòu)自由度計算,機構(gòu)自由度計算,空間機構(gòu)（Spatial mechanism）簡介,空間機構(gòu)運動簡圖繪制 空間機構(gòu)自由度計算,空間機構(gòu)簡介,空間機構(gòu)常用運動副及符號,球面副 三級低副,圓柱副 四級低副,空間機構(gòu)簡介,空間機構(gòu)常用運動副及符號,轉(zhuǎn)動副 五級低副,移動副 五級低副,螺旋副 五級低副,空間機構(gòu)簡介,空間機構(gòu)基本型式,球面4R機構(gòu),空間機構(gòu)簡介,空間機構(gòu)基本型式,RSSP機構(gòu),空間機構(gòu)簡介,空間機構(gòu)基本型式,RSSR機構(gòu),空間機構(gòu)簡介,空間機構(gòu)基本型式,RSRC機構(gòu),自動駕駛儀操縱裝置,空間機構(gòu)運動簡圖繪制,空間機構(gòu)自由度計算,F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2-P1,空間機構(gòu)的自由度計算公式,式中：n為活動構(gòu)件數(shù)； P1、P2、P3、P4、P5分別為1 5級運動副的個數(shù),空間機構(gòu)自由度計算,自動駕駛儀操縱裝置,F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2-P1,空間機構(gòu)自由度計算,計算圖示五軸立式加工中心機構(gòu)的自由度（主軸刀具回轉(zhuǎn)切削運動不計）。,空間機構(gòu)自由度計算,割草機,繪制機構(gòu)運動簡圖 計算機構(gòu)自由度,？,課堂練習(xí),空間機構(gòu)自由度計算,F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2-P1,機構(gòu)及其應(yīng)用（小結(jié)）,熟練掌握平面機構(gòu)運動簡圖 熟練掌握平面機構(gòu)自由度及計算,機構(gòu)運動簡圖,自卸車液動六桿傾卸機構(gòu),