绪论及机构组成原理及可动性分析.ppt
绪论及机构组成原理及可动性分析,一、机械原理课程的研究对象,指执行机械运动的装置，它用来变换和传递能量、物料与信息。,绪 论,1、对象：,2、机器：,而机械是机器与机构的总称。,是机械。,内燃机,插齿机构,是能量变换的装置，即可将某种形式的能量变换成机械能，或者把机械能变换成其他形式的能量。,是完成有用的机械功或者是搬运物品。,是用来获得和变换信息。,机器一定要作机械运动，并通过运动来实现能量物料和信息的变换。,机器与其它装置的主要区别是：,机器是由机构组成的。,平底凸轮机构,内燃机,连杆机构凸轮机构齿轮机构间歇运动机构带传动和链传动机构螺旋机构组合机构,连杆机构,凸轮机构,曲柄摇杆机构,滚轮凸轮机构,齿轮机构,间歇运动机构,螺旋机构,直齿轮的啮合,电影机构,螺旋机构,凸轮组合机构,组合机构,一.机械原理课程的性质:,它的任务是使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能，初步具有拟定机械传动方案、分析和设计机构的能力。,0-2 机械原理课程的内容,是研究机械性能分析与设计的基本理论与方法的专业基础课程之一。,二.机械原理研究的基本问题：,3、机构系统运动方案设计。,三.机械原理的教学内容,1、研究机构的组成及具有确定运动的条件。,2、研究四种基本机构的特性和设计方法：连杆机构，凸轮机构，齿轮机构，间歇运动机构.,4、机构及其系统动力学设计。,结 束,机构组成原理及可动性分析,1-1 机构的组成及运动简图,一.机构的组成,构件,运动副,构件是由一个或若干个零件组成。,（一）构件,零件制造的单元体。,机架（或固定构件）,活动构件,运动规律已知的活动构件称为原动件。,作用有驱动力或驱动力矩的活动构件称为主动件。,输出运动或动力的从动件称为输出件。,机构中的运动单元体。,内燃机,用运动副联结后，彼此的相对运动受到某些约束.,两个构件在用运动副联结前有六个独立的相对运动。,转动副,球销副,转动副,（2）根据运动副中构件间的接触形式分：,移动副,转动副,常用的运动副,齿轮副,凸轮副,高副：点、线接触的运动副。,（3）根据构件间的相对运动分：,转动副,移动副,齿轮副,球顶凸轮副,（三）运动链,用运动副联结而成的相对可动的构件系统称为运动链,机械手运动链,（四）机构,机构的形成,二.机构运动简图,用线条和简单图形代表构件，用规定符号代表运动副，按比例作出的图形。,转动副,移动副,直齿轮的啮合,球顶凸轮副,内燃机,插齿机,1-2 机构可动的运动学条件,能动吗？,一.机构自由度的一般公式,机构自由度机构中各活动构件相对于机架的可能独立运 动的数目。,含有运动副个数为：,若机构中有n个活动构件，,二.公共约束与平面机构自由度,1.公共约束在有些机构中，由于运动副的特殊配置而使机 构中的所有活动构件共同失去了某些自由度，即 给机构中的所有构件施加了某些公共的约束。,作平面运动的自由构件有3个独立运动。,2.平面机构自由度计算式（有3个公共约束）,3.具有m个公共约束的机构，其自由度计算式：,m=4,所以,平面构件三自由度,三.机构可动的运动学条件,P5=4,P4=1,F=0,n=3,n=2,P5=3,F=0,n=3,P5=5,F=1,n=3,P5=4,F=1,n=4,P5=5,F=2,1.机构可能运动的条件是：,2.机构具有确定运动的条件是：,即主动件数等于机构自由度数F。,输入的独立运动数目等于机构自由度数F。,机构自由度数F1。,1-2 机构可动的运动学条件,四.计算机构自由度时应注意的问题,（一）虚约束,虚约束机构中那些对构件间的相对运动不起独立限制 作用的重复约束。或称消极约束。,？,机构的虚约束,机构的虚约束2,常见的虚约束：,1.机构中联结构件与被联结构件的轨迹重合,？,二维移动副虚约束,常见的虚约束：,4.在机构整个运动过程中，其中某两构件上两点之间的距离始终不变。,5.机构中自由度F=1的对称部分。,二维2Kh行星轮系,（二）局部自由度,局部自由度机构中个别构件所具有的不影响其它构件 运动，即与整个机构运动无关的自由度。,?,（三）正确确定运动副的数目,？,实际有(m-1)个转动副。,例,如图所示F、B、D、C处是复合铰链,二维直线运动机构,机构具有确定运动,因为主动件数等于机构自由度数F。,1-3 机构可动的力学条件,一.平面机构的压力角和传动角,（一）压力角与传动角,在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速度方向线所夹的锐角。,压力角：,越小，受力越好。,越大，受力越好。,?,（二）机构最小传动角位置的确定,1.铰链四杆机构中，原动件为AB为曲柄。,一.平面机构的压力角和传动角,（一）压力角与传动角,以AB为原动件的曲柄摇杆机构，,当曲柄和机架处于两共线位置时，连杆和输出件的夹角最小和最大（）。,2.AB为主动的曲柄滑块机构,只有使偏置方位、曲柄转向、输出件工作行程方向正确匹配，方能保证最小传动角的瞬时位置，刚好处于工作较小的空回行程中。,当=90时，可得min为,二.不考虑摩擦时机构可动的力学条件,（一）机构的死点位置,死点位置在不计构件重力、惯性力和运动副中摩擦力的条件下，当机构处于传动角=0（或压力角=90）的机构位置。在此位置下，无论给机构主动件的驱动力或驱动力矩有多大，均不能使机构运动。,请思考：下列机构的死点位置在哪里；怎样使机构通过死点位置。,（二）不考虑摩擦时机构可 动的力学条件,三.考虑摩擦时机构可动的力学条件,机构中的运动副是可动联结，但若其中有一个运动副在外力及摩擦力的作用下变成不可动联结，则机构显然不可动。,（一）运动副中的摩擦和自锁,当 时，若滑块A原来静止，则无论外力P增止多大，均不能使滑块A运动，即称之谓移动副的自锁。,1.移动副,注意：总反力RBA的方向总是逆着相对运动vAB而与相对 运动方向成（90+）。,2.转动副,（1）总反力总是切于摩擦圆，产生的摩擦力矩逆着相对转动方向;,（2）当h时，即 与摩擦圆相割或相切，产生自锁。,（二）机构的自锁区,由驱动力F通过运动副传给构件1的力矩,对于传动角始终为90的机构，其传力性能最佳且无死点。但是，即使只移动副的摩擦，在一定条件下也会自锁。,故当,此机构的自锁条件为：,1-4 平面机构的组成原理及结构分析,一.平面机构的组成原理,平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目等于机构的自由度数，故平面机构的从动系统的自由度数应为零。,F=1,F=0,F=0,F=1,F=0,内副联结杆组中构件的运动副。,机构的组成原理：,任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次联结到原动件和机架上去的方法来组成。,二.平面机构中的高副低代,1.高副低代,把机构中的高副根据一定的条件用虚拟的低副来等效地代替。,2.高副低代的条件,（1）代替前后机构的自由度数不变；,（2）代替前后机构的瞬时速度和加速度不变。,3.高副低代的方法,用两端各装有一个转动副的构件取代高副，其转动副的中心位于高副元素的曲率中心处。,三.平面机构中的结构分析,1.机构的结构分析,是将已知机构分解为若干杆组，并确定杆组的级别和类型。,2.机构结构分析的过程,（1）计算机构的自由度，去除虚约束、局部自由度，并高副低代，,（3）确定机构的级别，以机构杆组的最高级别命名机 构的级别。,注意：远离主动件的杆组先坼。,结 束,
