机械原理研复习(2011).ppt

一、平面机构的结构分析 运动链成为机构的条件 运动链成为机构的条件是：取运动链中一个构件相对固定作为机架，运动链相对于机架的自由度必须大于零，且原动件的数目等于运动链的自由度数 满足以上条件的运动链即为机构，机构的自由度可用运动链自由度公式计算 平面运动链自由度计算公式为 F3n2pL PH,计算错误的原因,例题 圆盘锯机构自由度计算,解 n7，pL6，pH0 F3n2pLpH37269 错误的结果！,,两个转动副,,圆盘锯,● 复合铰链 两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副 k个构件组成的复合铰链，有(k-1)个转动副正确计算,B、C、D、E处为复合铰链，转动副数均为2 n7，pL10，pH0 F3n2pLpH372101,计算机构自由度时应注意的问题,准确识别复合铰链举例 关键：分辨清楚哪几个构件在同一处用转动副联接,两个转动副,两个转动副,两个转动副,两个转动副,两个转动副,两个转动副,例题 计算凸轮机构自由度 F3n2pLpH332312,● 局部自由度 机构中某些构件所具有的仅与其自身的局部运动有关的自由度。

考虑局部自由度时的机构自由度计算 设想将滚子与从动件焊成一体 F322211 计算时减去局部自由度FP F332311(局部自由度)1,？,● 虚约束 机构中不起独立限制作用的重复约束 计算具有虚约束的机构的自由度时，应先将机构中引入虚约束的构件和运动副除去虚约束发生的场合,⑴ 两构件间构成多个运动副,⑵ 两构件上某两点间的距离在运动过程中始终保持不变,未去掉虚约束时 F3n2pLpH34260,构件5和其两端的转动副E、F提供的自由度 F3122 1 即引入了一个约束，但这个约束对机构的运动不起实际约束作用，为虚约束去掉虚约束后,?,F3n2pLpH33241,,⑶ 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合,构件3与构件2组成的转动副E及与机架组成的移动副提供的自由度 F3122 1 即引入了一个约束，但这个约束对机构的运动不起实际约束作用，为虚约束去掉虚约束后,构件2和3在E点轨迹重合,BEBC=AB EAC=90,F 3n2pLpH33241,,⑷ 机构中对传递运动不起独立作用的对称部分,对称布置的两个行星轮2和2以及相应的两个转动副D、C和4个平面高副提供的自由度 F322214 2 即引入了两个虚约束。

未去掉虚约束时 F 3n2pLpH352516 1,去掉虚约束后,,F 3n2pLpH3323121,虚约束的作用 ⑴ 改善构件的受力情况，分担载荷或平衡惯性力，如多个行星轮 ⑵ 增加结构刚度，如轴与轴承、机床导轨 ⑶ 提高运动可靠性和工作的稳定性注意 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，则虚约束将变成实际有效的约束，从而使机构不能运动机构的结构分析,基本思路,驱动杆组,基本杆组,,机构,,由原动件和机架组成，自由度等于机构自由度,不可再分的自由度为零的构件组合,基本杆组应满足的条件 F3n2pL0 即 n  (23)pL,基本杆组的构件数 n 2，4，6，… 基本杆组的运动副数 pL 3，6，9，…,⑴ n2，pL3的双杆组(II级组),内接运动副,外接运动副,R-R-R组,R-R-P组,R-P-R组,P-R-P组,R-P-P组,⑵ n4，pL6的多杆组 ① III级组,结构特点 有一个三副构件，而每个内副所联接的分支构件是两副构件接触点处两高副元素的曲率半径为有限值,接触点处两高副元素之一的曲率半径为无穷大,虚拟构件,虚拟构件,高副低代,举例 作出下列高副机构的低副替代机构,例题 平面机构结构分析 1. 计算图示机构的自由度，并指出其中是否含有复合铰链、局部自由度或虚约束； 2. 该机构如有局部自由度或虚约束，说明采用局部自由度或虚约束的目的； 3. 画出图示瞬时该机构高副低代后的机构运动简图； 取与机构自由度数相同数目的连架杆为原动件，对机构进行结构分析，要求画出机构的驱动杆组和基本杆组，并指出机构的级别。

解,n8，,pL11，,pH1，,F3n2pLpH38211111K处为局部自由度，B处为复合铰链，移动副H、H之一为虚约束1,4,3,2,7,6,8,5,A,B,C,H,G,E,D,H,K,J,L,F,I,虚拟构件,9,,,拆分基本杆组,1,,,,,,,,,,A,,II级机构,二、平面连杆机构分析与设计 基本特性 1. 四杆机构中转动副成为整转副的条件 ⑴ 转动副所连接的两个构件中，必有一个为最短杆 ⑵ 最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和2. 急回运动特性,,,,,极限位置1 连杆与曲柄拉伸共线,极限位置2 连杆与曲柄重叠共线,极位夹角 —机构输出构件处于两极限位置时，输入构件在对应位置所夹的锐角工作行程(慢行程) 曲柄转过180º，摇杆摆角，耗时t1，平均角速度m1  t1,180º,180º,返回行程(快行程) 曲柄转过180º，摇杆摆角，耗时t2，平均角速度m2 t2,常用行程速比系数K来衡量急回运动的相对程度设计具有急回要求的机构时，应先确定K值，再计算180º,,180º,曲柄滑块机构的极位夹角,,,180º,180º,摆动导杆机构的极位夹角,,,摆动导杆机构  ,慢行程,,,快行程,慢行程,,,快行程,3. 传力特性 压力角和传动角,有效分力 F Fcos Fsin 径向压力 F  Fsin=Fcos  角越大， F 越大， F 越小，对机构的传动越有利。

连杆机构中，常用传动角的大小及变化情况来衡量机构传力性能的优劣压力角—作用在从动件上的力的方向与着力点速度方向所夹锐角 传动角 —压力角的余角传动角 出现极值的位置及计算,,min为1和2中的较小值者 思考： 对心式和偏置式曲柄滑块机构出现min的机构位置？,传动角总取锐角,4. 死点位置 不管在主动件上作用多大的驱动力，都不能在从动件上产生有效分力的机构位置，称为机构的死点这是机构在以做往复运动的构件为主动件时所具有的一种现象 = 0,,4. 死点位置 不管在主动件上作用多大的驱动力，都不能在从动件上产生有效分力的机构位置，称为机构的死点这是机构在以做往复运动的构件为主动件时所具有的一种现象 = 0,连杆与曲柄在两个共线位置时，主动件摇杆通过连杆作用于从动件曲柄上的力F通过其回转中心， 0，曲柄不能转动平面连杆机构的运动分析 理论基础 点的绝对运动是牵连运动与相对运动的合成 步骤 ● 选择适当的作图比例尺l,绘制机构位置图 ● 列出机构中运动参数待求点与运动参数已知点之间的运动分析矢量方程式 ● 根据矢量方程式作矢量多边形 ● 从封闭的矢量多边形中求出待求运动参数的大小或方向,同一构件两点间的运动关系,(1) 同一构件上两点间的速度关系,牵连速度,相对速度,基点,绝对速度,1. 机构各构件上相应点之间的速度矢量方程,移动副中两构件重合点的运动关系,(2)组成移动副两构件重合点间的速度关系,B( B1，B2 ),牵连速度,相对速度,绝对速度,两构件重合点运动关系总结,(3)两构件上重合点之间的运动关系,重合点,重合点,( A1，A2),,,2.机构运动分析的相对运动图解法举例,解 1)速度分析,大小 方向,√ √,水平,?,选速度比例尺v，在任意点p作矢量pb，使vB  v pb。

由图解法得到,C点的绝对速度 vC v pc，方向p→cC点相对于B点的速度 vCB vbc，方向b→c例 图示平面四杆机构，已知各构件尺寸及vB、aB，求2、2及vC、vE、 aC、 aE2 vCBlBC v bcl BC，逆时针方向vC  vB  vCB,BC,,相对运动图解法举例（速度分析续）,由图解法得到,E点的绝对速度 vE v pe，方向p→e大小 方向,可以证明：△bce∽△BCEE点相对于B点的速度 vEB vbe，方向b→eE点相对于C点的速度 vEC vce，方向c→e速度极点 (速度零点),速度多边形,,？ ？,√ √,BE,2lBE,√ √,CE,2lCE,vE  vB  vEB  vC  vEC,相对运动图解法举例（速度分析续）,,,速度极点 (速度零点),速度多边形,,速度影像,● 由极点p向外放射的矢量，代表机构中相应点的绝对速度● △bce∽△BCE，称△bce为机构图上△BCE的速度影像，两者相似且字母顺序一致，前者沿方向转过90º● 速度极点p代表机构中所有速度为零的点的影像速度多边形的性质,相对运动图解法举例（速度分析续）,例如当bc作出后，以bc为边作△bce∽△BCE，且两者字母的顺序方向一致，即可求得e点和vE，而不需要再列矢量方程求解。

速度影像的用途 对于同一构件，由两点的速度可求任意点的速度加速度分析,,2)加速度分析,由图解法得到,C点的绝对加速度 aCa pc，方向p→c2=atCBlBC=a ncl BC，逆时针方向大小 方向,√ √,水平,?,22lBC C→B,BC,?,选加速度比例尺a，在任意点p作矢量pb，使aBa pb，anCB=abnC点相对于B点的加速度 aCBabc ，方向b→c由图解法得到,E点的绝对加速度 aE a pe，方向p→e大小 方向,E点相对于B点的加速度 aEB abe，方向b→eE点相对于C点的加速度 aEC ace，方向c→e可以证明：△bce∽△BCE ？,√ √,22lBE E→B,2lBE ⊥BE,√ √,22lCE E→C,2lCE ⊥CE,,,加速度多边形,,加速度极点 (加速度零点),加速度多边形的性质,● 由极点p向外放射的矢量，代表机构中相应点的绝对加速度● △bce∽△BCE，称△bce为△BCE的加速度影像，两者相似且字母顺序一致。

● 加速度极点p代表机构中所有加速度为零的点的影像加速度影像,,,,,,,加速度影像的用途 对于同一构件，由两点的加速度可求任意点的加速度例如当bc作出后，以bc为边作△bce∽△BCE，且两者字母的顺序方向一致，即可求得e点和aE，而不需要再列矢量方程求解加速度影像,六杆机构运动分析（机构简图）,图示六杆机构，已知各构件尺寸和原动件1的角速度1，求机构在图示位置时的速度vC、vE5，角速度2、3及加速度aC，角加速度2、3解 (1)作机构运动简图 选取长度比例尺l lAB/AB m/mm，作出机构运动简图六杆机构速度分析,,,(2)速度分析 求vC 点C、B为同一构件上的两点,方向 大小,AB 1lAB,CD,?,BC,?,选速度比例尺v[(ms)mm]，作速度多边形图,,vC v pc ms，方向p→c,求vE2 根据速度影像原理，在bc线上，由be2bcBE2/BC得e2点,vE2 v pe2 ms，方向p→e2,六杆机构速度分析（续）,,,求vE5 点E4与E2为两构件上的重合点，且vE5vE4方向 大小,√ √,∥EF,?,∥BC,?,选同样的速度比例尺v，作其速度图,vE4 vE5vpe4 ms，方向p→e4,求2。