机构的结构综合.ppt
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1、1.3 机构的结构综合,机构的结构综合包括两个方面的基本问题:一是为了实现某种运动转换,所采用的机构应该由多少构件和哪些类型的运动副组成,叫做型综合;二是由一定数量的构件和一定类型的运动副,能组成的具有某一自由度的运动链共有多少种,叫做数综合。我们首先讨论数综合。,1.3.1 开式链机构的结构综合,开式链机构的自由度数就等于各运动副的自由度之和,即,对上式变形可得:,式中,Pj表示第j类运动副的数目。,1.3.1 开式链机构的结构综合,当机构自由度已给定时,便可直接按上式求得其结构简图的可能型式。对于只含有转动副、圆柱副和球销副的开式链机构的自由度可简写为 当机构自由度W为1时,其结构 简图的
2、可能型式只有一种。,1.3.1 开式链机构的结构综合,当机构自由度W为2时,其结构简图的可能型式有三种。,1.3.1 开式链机构的结构综合,当机构自由度W为3时,其结构简图的可能型式有三种。,随着机构自由度的增大及所含运动副类型的增加,其结构简图的可能型式将大大增加。,1.3.1 开式链机构的结构综合,某些机械手结构的结构简图。在这类机构中很少采用自由度大于2的运动副。,1.3.1 开式链机构的结构综合,单自由度平面闭式链机构的结构综合,一、单自由度平面机构中构件数与运动副数的配置。为了说明问题起见,现只限于讨论仅含转动副且自由度为1的平面闭式链机构,而且不包含复合铰链和虚约束。,单自由度平面
3、闭式链机构的结构综合,该机构的构件总数N与转动副数P之间的关系为:,式中N为运动链中的构件总数,P为其中的运动副总数。N必为偶数。,常见的运动链有:,单自由度平面闭式链机构的结构综合,环路数L与构件总数N的关系为 由上式可见,环数只与杆数有关。,若运动链的环数记为L,则,单自由度平面闭式链机构的结构综合,单自由度平面闭式链机构的结构综合,单自由度机构,开式运动链。,单环机构,闭式运动链,四杆机构。,其余为复环闭式运动链。,环数L,运动副数P,构件数N,单自由度平面闭式链机构的结构综合,四杆运动链只有1个环,故其可能的构型只有1种。,六杆运动链应有2个环,故其可能的构型有两种,瓦特(Watt)型
4、和斯蒂芬森(Stephenson)型,三副件相邻,三副件被二副件隔开,单自由度平面闭式链机构的结构综合,八杆运动链应有3个环,其可能的构型有16种,单自由度平面闭式链机构的结构综合,十杆运动链应有四个环,其可能的构型有230种。,运动链如此众多的型式是按什么规律组合出来的,这一问题可用图论的方法加以研究。,单自由度平面闭式链机构的结构综合,二、图论的基本知识,图:由直线段和小圆圈组成的网络状连通系统,节点:小圆圈,直线段的端点,边:直线段,连接两个节点的直线段,单自由度平面闭式链机构的结构综合,子图:若一图的节点集合、边集合分别是另一图的节点集合、边集合的子集,则成该图为另一图的子图。,单自由
5、度平面闭式链机构的结构综合,完全连接图:任一节点和其他所有节点都有边相连接的图。,平面图:各边除在节点相交外,没有其他相交边的图。,单自由度平面闭式链机构的结构综合,支路:图中一系列边的集合,其每两个相继的边联接于一个节点。,环路:从某一个节点开始又回到该节点的支,此支路通过各节点不超过一次,又称封闭环。,长度:构成支路或环路的 边数。,单自由度平面闭式链机构的结构综合,同构:若两图的节点集合和边集合的元素分别有一一对应关系,且对应边与对应节点相关联,则成该两图同构。(换言之,由一幅图演化后可以得到另一幅图,可以认为是同一个机构的不同表现形式。),单自由度平面闭式链机构的结构综合,联接矩阵:表
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