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机械原理之平面机构的结构分析PPT(62张)

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平面机构的结构分析ppt课件

平面机构的结构分析ppt课件

n=6 PL=7 PH=2
F=36-2 7-2=2
G
C
H D
E B
F A
I
§1-5.平面机构的组成原理和构造分析
〔1〕高副低代
高副低代的普通方法：在接触点两轮廓曲率 中心处，用两个转动副联接一个构件来替代 这个高副。
高副低代的几种特例
二、平面机构组成原理
杆组：不可再分的、自在度为零的运动链。 杆组需满足的条件：F=3n－2PL＝0 PL＝3n/2
时
C
j1 • F=3×3-2×4-0=1
B D
A
E
F=3×4-2×5-0=2
结论:F>0,F=原动件数时,机 构具有确定的运动
2.F>0,但F>原动件时, 结论:机构的运动不确定.
3.当F>0,但F<原动件时: 结论:机构会遭到破坏.
4.当F<=0时:
结论:不能运动 n = 2 Pl= 3
F = 3×2 – 2×3= 0 (桁架)
O2 A
O3
1
6 1
3
4 DC
O 52
B
6 J K 7
MF5Eຫໍສະໝຸດ G4 3H 8’ D
C
8
N
2
A 1’B
0 1
§1-4.平面机构的自在度
1. 一构件、的平自面在机度构的3.自两在构度件用运动副联接后，
彼此的相对运动遭到某些约束。
Y
A
低副引入两个约束！
O
X
2.机构自在度是指 机构中各活动构件
相对于机架的独立 运动数目。
第一章
平面机构的构造分析
主要内容：
１〕平面机构运动简图的绘制

《机械原理》课件第二章平面机构的结构分

《机械原理》课件第二章平面机构的结构分

用规定的符号和线条代表构件和运动 副，按比例绘制出机构运动简图。
选择合适的投影面
一般选择机构的多数构件在同一平面 或相互平行的平面内运动的投影面作 为绘制运动简图的投影面。
自由度概念及计算公式
自由度概念
机构具有确定运动的独立参数数目称为机构的自由度。
自由度计算公式
F = 3n - 2PL - PH，其中F为机构自由度，n为活动构件数，PL为 低副数，PH为高副数。
《机械原理》课件第二章平面机构 的结构分析
目 录
• 平面机构基本概念与分类 • 平面机构运动简图及自由度计算 • 平面连杆机构结构分析与设计 • 凸轮机构结构分析与设计 • 齿轮传动系统结构分析与设计 • 其他常见平面机构介绍
01 平面机构基本概念与分类
平面机构定义及特点
定义
平面机构是指所有构件都在相互平行的平面内运动的机构，也称为平面连杆机 构。
采用多个连杆机构和关节组合而成，可实现 复杂的空间运动和操作任务。具有结构紧凑 、灵活性强等特点。
04 凸轮机构结构分析与设计
凸轮机构类型及特点
移动凸轮
凸轮相对机架作直线移动，适用于需要直 线往复运动的场合，如机床的进给机构等。
盘形凸轮
凸轮为绕固定轴线转动且有变化直 径的盘形构件，具有结构简单、紧 凑的特点，广泛应用于各种自动化
尺度和相对位置。具有直观、简便等优点，但精度较低。
02
解析法
通过建立机构的数学模型，利用数学方法求解机构的未知尺度和运动参
数。具有精度高、适用范围广等优点，但计算较复杂。
03
优化设计法
以机构的某项或多项性能指标为优化目标，通过计算机辅助设计软件进
行尺度综合和优化设计。可得到性能更优的机构方案，但需要较高的计

平面机构的PPT课件

平面机构的PPT课件

例题1：计算图示某包装机送纸机构的自由度，并判断该机构是否有确定 运动。
分析： 复合铰链：D处2个转动副(杆4和7) 局部自由度：F’=2 虚约束：杆8及转动副F、I引入1个虚 约束。
计算前可直接去除虚约束和局部自 由度：
n=6 p5=7 p4=3 F=3n-2p5-p4=1
第48页/共69页
机构的自由度与确定运动条件
常见的虚约束(3)
转动副轴线重合:当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个转动副起作用， 其余转副都是虚约束。
第42页/共69页
常见的虚约束(4)
• 机构存在对运动起重复约束作用的部分
第43页/共69页
F 33 23 2 1
• 如果两构件在多处接触而构成平面高副， 且在接触点处的公法线彼此重合,则只能 算一个平面高副。
第2页/共69页
• 从制造加工角度：机械由零件组成
构件
• 零件(component)——独立制造单元体
• 从运动和功能实现角度：
• 构件——独立运动的单元体
第3页/共69页
内燃机连杆
内燃机连 杆 螺栓
垫圈 螺母
套筒
连杆体 轴瓦
第4页/共69页
连杆盖
在机构中，每个构件都是以一定的方式与其它构件 相互联接 。
球面副 spherical pair
自由度(Degree of Freedom or d.o.f.)
• 可能出现的独立运动的数目称为自由度。
• 一个自由构件作平面运动时有三个独立运动的可能性。 • 平面运动构件有三个自由度。 • 空间运动构件有六个自由度？
第10页/共69页
运动副的约束(constraint)
4
3 第51页×5 - 2×7-0=1

ch02 平面机构的结构分析PPT课件

ch02 平面机构的结构分析PPT课件

常用运动副的符号
运动副符号
两运动构件构成的运动副
两构件之一为固定时的运动副
转 动
平副 面 运 动 副
2
2
1
1
2
2
2
1
1
2
移
动
1
副
2
1
1 2
1
2
2
22
1 1
2
1
2 1
1
1
2
1 2
1
平 面
平 面
2
运高
动副 副
1
2
螺
1
空旋
间副 2
运
1
动
副
球
1
面
副
球
销
2
副
2 1
2 1
1
2
2 1
2 1
1 2
1 2
2
1
2 1
例2-4泵机构
例2-5冲压机构
§2.3平面机构的自由度计算
一、机构具有确定运动的条件
2
3
1
θ1
2 1 θ1
3 4
θ4
给定一个独立参数θ1＝θ1(t), 机 构运动唯一确定，该机构仅需 θ3 θ4 均 不能唯一确定。若同时给定θ1和 θ4 ，则θ3 θ2 能唯一确定，该机 构需要两个独立参数 。
§2.2 平面机构的运动简图
2A 1 B 3
D C4
为什么要画机构运动简图？
模型不是越真实越好，在满 足应用要求的前提下，越简 单越好！
机构运动简图的要求
A 满足应用要求：分析机构组成 工作原理 运动分析、受力分析
完全反映原机械具有的运动特性。
B 表达简捷 C 符号统一、便于交流

大学课件之机械原理平面机构的结构分析

大学课件之机械原理平面机构的结构分析
的条件。图I 和H处导 路
相互平行。
4.在图示家用缝纫机的送布机构中 ，由缝 纫机 传 动 带 驱动 等 宽 凸 轮1 绕 轴A 转 动， 构 件5 是 送 布 牙， 导杆 9 可 绕 轴J 摆 动， 扳 动 导 杆 9，使 其 处 于 不 同 位 置， 可 实 现 倒、顺 方 向 送 布 以 及 调 节 送 布 距 离 (即 缝 线 的 针 距)。 试 计 算 该 机 构的 自 由 度。 若 含 复 合 铰 链、 局部 自 由 度 或 虚 约 束， 应 明 确 指 出。试 将 该 机 构 所 含 高 副 低 代， 分 析 该 机 构 所 含 基 本杆 组 的 级 别， 并 指 出 机 构 的 级 别。
该机构中的杆组全 为Ⅱ 级 组， 故 为Ⅱ 级 机 构。
解：(1) 有 二 个 答 案：
①新 增 加 构 件6， 其 两 端 分 别 以 转动 副 与E 点、AB 杆 上B 点 相 连， 得新 机 构， 如 图(a）所 示。
②新 增 加 构 件6，其两端分别以 转 动 副 与E 点、 构 件BC 上 点F 点 相 连，得新机构，如图(b） 所示。
图(a)
图(b)
(2) n 5, pL 7, pH 0, F 3n 2 pL pH 35 2 7 0 1
(3) 新 机 构 的 级 别
(a) 图(a)构件2、3及1、6分别组成Ⅱ级组。属于Ⅱ级机构。
(b) 图(b)所示机构有一个Ⅲ 级 组，属于Ⅲ 级 机 构。
解： (1) 原 机 构 中
二、基本概念和基础知识
1 .机构的运动简图绘制 2. 机构自由度计算 3 .机构的结构分析
机构的运动简图绘制
定义 用简单的线条和运动副的代表符号表示机器的组成
情况和运动情况的图形为机构运动示意图。如按比例尺 画出，则称之为机构运动简图。

【机械原理-清华课件】第02章 平面机构的结构分析

【机械原理-清华课件】第02章 平面机构的结构分析

1.局部自由度
在某些机构 中，不影响其他 构件运动的自由 度称为局部自由 度。
处理方法：当计算机构的自由度时，应从机构自 由度的计算公式中将局部自由度减去。
优点：为机构增加一个局部自由度，往往可以改 善构件的受力状况，如凸轮机构，可以将尖顶从动件 的滑动摩擦转化为滚子从动件的滚动摩擦，从而减小 摩擦力，使得凸轮机构的受力状况得到改善。
1. 局部自由度 2. 复合铰链 3. 虚约束
计算实例
计 算 实 例
(a) 双 曲 线 画 规 机 构
计算如图所示双曲线画规机构和牛头刨床机构
的自由度。
(b) 牛 头 刨 床 机 构
解 (a) F = 3n − 2PL − PH = 3 × 5 − 2 × 7 − 0 = 1
(b) F = 3n − 2PL − PH = 3 × 6 − 2 × 8 − 1 = 1
形式
1
2
②移动副——两构件只能沿某一轴线作相对移动的低副
形式
2 1
（2）高副—两构件通过点、线接触而组成的运动副
（3）其它运动副 ① 球面副
② 螺旋副 等。
三、自由度、约束
自由度 构件间动的两构件间具有3
个独立的相对运动；在三维空间作自由运 动的两构件间具有6个独立的相对运动。
比例尺是图示单位长度所代表的实际物理量，即在图上用一定长度 的线段来代表一个实际的物理量（如长度、位移、转角或力等），此线 段的长度（图示长度）与实际物理量之间的关系为：
µl
=
运动尺寸的实际长度 图上所画长度（
(m 或 mm) mm )
实例一 实例二
实 例一 ：曲柄滑块机构
实 例二 ：曲柄滑块机构
机构 在运动链中，若选定某构件为机架，且各

平面机构结构分析ppt课件

2.两构件构成多个移动副，且 导路平行。
甘肃工业大学专用
3. 两 构 件 构 成 多 个 转 动 副 ， 且同轴。
4. 运 动 时 ， 两 构 件 上 的 两点距离始终不变。
E
F
5.对运动不起作用的对 称部分。如多个行星轮。
甘肃工业大学专用
6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。 如等宽凸轮
WHale Waihona Puke 1副球 销
2
副
甘肃工业大学专用
2 1
2 1
1
2
2 1
2 1
1 2
1 2
1 2
2 1
构件的表示方法:
甘肃工业大学专用
一般构件的表示方法
杆、轴构件 固定构件 同一构件
甘肃工业大学专用
一般构件的表示方法
两副构件 三副构件
甘肃工业大学专用
注意事项:
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。
§2－1 机构结构分析的内容及目的
1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件 目的是弄清机构包含哪几个部分，各部分如何相
联？以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？ 这对于设计新的机构显得尤其重要。
2.按结构特点对机构进行分类 不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构
加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力 分析的一般方法。
一、平面机构自由度的计算
y 作平面运动的刚体在空间的位置需
要三个独立的参数（x，y, θ）
才能唯一确定。
单个自由构件的自由度为 3
F=3
θ (x , y)
x
甘肃工业大学专用
y
y
y
x
2
θ1 x

平面机构的结构分析_图文

副，则该机构的自由度(degrees of Freedom)：
2、举例与讨论
1) 由于机构的自由度是机构的独立运动的数目，因此要使 机构能够运动，其自由度F0。
a）铰链四杆机构
解：该机构具有4个构件，活动构件 数n为3；低副数PL=4；高副数PH=0。 根据机构自由度计算公式，该机构的 自由度F为
（2）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性的视图平面）；
（3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运 动副和机构的符号，最后用简单线条连接即得机构运动简图。
例2-1：
1-原动；4-机架。 1-4在A处组成回转副； 1-2在B处组成回转副； 2-3组成移动副； 3-4组成移动副。
约束：运动副对构件运动的限制作用。
限制1个独立运动=构件上加1个约束=失去1个自由度 限制独立运动的数目=约束数=自由度减少的数目 构件组成运动副后，构件间的直接接触使某些独立运动受到 限制，即引入了约束，自由度因而随之减少。 运动副不同，引入了约束的数目也不尽相同。
转动副（铰链）： 组成运动副的两构件只能在一个平面内相对 转动。每个构件只剩1个转动自由度。
2）原动件与自由度的关系
由于1个原动件一般只给1个运动，因此 给定运动数目=原动件数目 机构具有确定运动的条件为: 原动件数=机构自由度F
综上所述： 原动件数=F，运动确定
F>0, 原动件数<F，运动不确定 原动件数>F，机构破坏
F≤0， 构件间无相对运动，不成为机构
四、计算自由度时应注意的事项
从本结果来看该机构的自由度9 ，需要9个原动件。 实际应用中该机构只有1个原动 件。
按运动简图计算机构自由度是 有问题的！
1、复合铰链

第章平面机构的结构分析PPT资料


第2章——平面机构的构造分析
3.能绘制机构运动简图
机构的运动仅与机构中的运动副(转动副、挪动副、高副) 的构造情况和机构的运动尺寸(由各运动副的相对位置确定的 尺寸)有关，而与构件的外形尺寸、剖面形式等因素无关。因 而，用简单的线条和符号来代表构件和运动副，并按一定比例 确定各运动副的相对位置，这种表示机构中各构件间相对运动 关系的简单图形称为机构运动简图。 4.重点掌握平面机构的自在度计算及本卷须知，明确复合铰链、 部分自在度、虚约束等
4〕何谓复合铰链、部分自在度和虚约束？
5〕杆组具有什么特点?如何确定机构的级别？选择不同的 原动件对机构级别有无影响？
二、计算以下图所示机构的自在度，假设含有复合铰链、部分
自在度计算 自在度、虚约束等特殊情况时必需一一指出。
复合铰链
F 3 n ( 2 P L P H p ) F 3 6 ( 2 8 1 0 ) 0 1
解：C点为复合铰链，EF为虚约束，滚子绕其中心的转动为部分自在度。 第十章 齿轮机构及其设计 (在计算机构自在度时，可将引入虚约束的运动副和构件去掉)。 掌握自在度的意义及机构具有确定运动的条件； 〔2〕替代前后瞬时运动〔瞬时速度和加速度〕不变。 ④两构件在多处接触形成转动方向重合的转动副时只能算一个。 定义：运动副是由两构件直接接触形成的可动联接，是组成机构的又一个根本要素。 〔2〕替代前后瞬时运动〔瞬时速度和加速度〕不变。 2〕说明机构的级别——所含杆组的最高级别。 注意：杆组中不包含机架，画杆组时一定不要画机架。 2) 虚约束：虚约束是机构中实际上不起约束作用的约束。 高副低代的方法与原那么： 按所能产生相对运动的形式分为转动副、挪动副、螺旋副等。
➢构造分析的内容〔任务〕 构件的外形尺寸、剖面形式等因素无关。

平面机构的结构分析幻灯片PPT


2
3
例：计算圆盘锯主体机构的自由度。 解：
n=7, A、B、C、D处有复合铰链， PL=10
F=3n-2 PL-PH =3×7-2×10-0 =1
2.局部自由度——与整个机构运动无关的自由度（即多 余的）。
计算时，应排 除局部自由度。
常见于凸轮机构滚子从动件以及类似将滑动摩擦变为滚 动摩擦的情况中。
3.机构中存在着与整个机构运动无关的自由度称
为 局部自。由在度计算机构自由度时应
。去掉
4.在任何一个机构中，只能有 一个个构件作为机架。
5.在平面机构中若引入一个高副将引入______个约束，
而引入一个低副将引入 个约束。约束数与1 自由度的关
系是____________
2
抵消
二、选择题
1.一个作平面运动的自由构件具有 C 自由度。
固定铰链——其中一个构件是固定的。 活动铰链——两构件都是活动的。
转动副
2）移动副：组成运动副的两构件只能沿某一直线作相 对移动。
移动副
2.高副 ——两构件通过点、线接触组成的运动副。
高副的承载能力差，但能传递较复杂的运动。
空间运动副：
球面副
螺旋副
§2-2 平面机构运动简图
不考虑那些与运动无关的因素（构件的形状、具体构 造、组成构件的零件数目等），只说明机构中各构件的相 对运动关系的简单图形，称为机构运动简图。
高副：引入一个约束，有两个自由度，转动 + 移动。
自由度计算公式：
F=3n-2PL-PH
式中：n——活动构件的数目。 PL ——低副的数目。 PH ——高副数。
例：计算图中机构的自由度。
解： n=5，PL=7 ，PH=0 F=3n-2PL–PH=3×5-2×7-0=1
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1、圆弧和圆弧接触 （1）圆形曲线：图示，两构件在c点构成高副，机构 在运动过程中，AO1、BO、O1O长度不变，用一杆 O1O加两副O1和O代替了原高副C。
（2）非圆形曲线
由于曲线各处曲率中心的位置不同，故在机构运动中随着 接触点的改变，曲率中心OO1相对于构件1、2的位置及 OO1间的距离也会随之改变。因此对于一般的高副机构， 在不同的位置有不同的瞬时替代机构。实例
• 自由度——可能出现的独立运动称为构件的自由度。 1.3.1 平面机构自由度及其计算公式
设平面机构共有N个构件，低副和高副数目分别为PL和PH，
如将机构中某一构件固定为机架，则机构中的活动构件数为
n=N－1。由于活动构件给机构带进3n个自由度，而机构中全部 运动副所引入的约束总数为2 PL + PH。因此活动构件的自由度 总数减去由运动副引入的约束总数就是该机构的自由度，用F
如果是一对齿轮，如何替代？
2、点和圆弧接触
2、直线和圆弧接触
1.4.2 机构的组成原理（低副机构）
任何机构中都包含原动件、机架和从动件系 统三部分，而原动件的个数与自由度相等，所以 去掉原动件，从动件系统的自由度为零。
F与机构原动件个数相等。因此，当原动件8转动时，圆盘中心 E将确定地沿直线EE’移动。
2．局部自由度
机构中某些构件所具有的自由度仅与其自身的局部运 动有关，并不影响其它构件的运动，则称该自由度为局部 自由度。
发生场合：有滚子的地方，就一定有局部自由度 解决方法：将滚子与安装滚子的构件固结在一起，将 二者视为一个构件。
以用来表示机构的运动情况，而且还可以根据机构简图
对机构进行运动分析和受力分析，它是一种用简单线条
和符号表示机构的工程图形语言。应表明：机构的种
类，构件的数目及相互传动的路线，运动副的种类、数
目。没有严格按比例绘制的简图称为机构示意图。
• 用途：分析现有机械，构思设计新机械。
运动副与构件的表示方法
1. 构件的种类
机构分类：闭式链机构和开式链机构。
1.2 平面机构的运动简图 1.2.1 机构运动简图及其用途
机构运动简图——用国标规定
的简单符号和线条表示运动副和构 件，并按一定的比例表示运动副的 位置，这种用来说明机构各构件间 相对运动关系的图形，称为机构运 动简图。
必须与原机构具有完全相同的运动特性，它不仅可
得机构
1.4 机构的组成原理和结构分析 1.4.1 平面机构的高副低代
根据一定条件对机构中的高副以低副代替， 称为高副低代。
代替条件：代替前后机构自由度不变；瞬时 度和瞬时加速度不变。
方法：一个构件加两个低幅。构件：过接触 点法线，两个低幅：即为接触点圆弧曲率中心。
高副接触有三种：圆弧和圆弧接触；点和圆 弧接触；线和圆弧接触。
3．虚约束
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 立限制作用的重复约束为序约束 ，计算自由度时去掉。
虚约束经常出现场合： （1）两构件构成多个运动副时 两构件构成多个转动副，但其轴线相重合：为了改善构件 受力情况。
两构件构成多个运动副时，但其导路相互平行或重 合：为了改善构件受力情况。
第1章 平面机构的结构分析
基本要求及重点、难点 运动副及其分类 平面机构运动简图 平面机构的自由度计算
基本要求和重点
了解研究机构结构的目的、机构的组成， 熟练掌握运动简图的绘制和机构自由度的 计算，会进行平面机构组成原理和结构分 析
1.1 研究机构的目的
1、探讨机构运动的可能性和确定性 2、对机构按结构进行分类，并建立运 动分析和动力分析的一般方法 3、了解机构的组成原理 4、绘制机构运动简图
1）固定件或机架；2）原动件；3）从动件 *必须有一个机架，至少有一个原动件，其余为活动构件。
2. 运动副的表示方法
转动副符号
3. 构件的表示方法
移动副符号
高副符号
其他零部件的表示方法可参看GB4460—84“机构运 动简图符号”。
• 绘制小型压力机机构运动简图
1.3 平面机构的自由度
回转副。计算时不可漏算。
计算自由度 F 3n 2 pL pH 3*5 2*7 1
A为复合铰链
例：计算图所示圆盘锯主体 机构的自由度。
解 机构中有7个活动构件，
n =7， E，B，C，D 4处
都是3个构件汇交成的复 合铰链，各有二个回转
副，故PL=10。
F 3 n 2 P L P H 3 7 2 1 1 0
两构件组成多个平面高副，但接触点之 间的距离为常数
（2）两构件上某两点间的距离在运动过 程中始终保持不变。
（3）联接构件与被联接构件上联接点的 轨迹重合
（4）机构中对运动不起作用的对称部分
计算图示大筛机构的自由度
复合铰链：C点；局部自由度：滚在9与活塞4视为一体； 虚约束：Ｅ与Ｅ１两处移动副，去掉一个虚约束；弹簧 10不影响机构自由度，去掉。
1.2 运动副、运动链和机构
1、运动副：两个构件直接接触形成的可动联接。
2、运动副元素：两构件构成运动副时直接接触的点、 线、面部分。
自由度和约束
自由度：构件具有的独立运动的数目 （确定构件位置的独立参变量的数目
约束：对独立运动所加的限制
3、运动副分类： （1）按运动副的接触形式分为低幅和高副 低幅：面与面接触的运动副；接触面压强较低。
表示，即
F3n2P LP H
1.3.2 机构具有确定相对运动的条件
机构具有确定相对运动的条件: 机构的自由度等于原动件个数。
原动件活 塞，自由 度为1。 将直线运 动变位往 复摆动。
1.3.3 计算平面机构自由度的注意事项
1．复合铰链
• 两个以上的构件在同一轴线上用转
动副连接起来形成复合铰链。由K个构 件汇交成的复合铰链应当包含(K－1)个
高副：点或线接触的运动副。接触面压强较高，易磨损。和空间副
平面副
空间副
运动链
• 由两个或两个以上构件通过运动副联接而 构成的系统。分两类：闭式和开式。
开式运动链
机构
原动件：按给定运动规律独 力运动的构件。
从动件：其余的活动构件。 机架：固定不动的构件。