精密机械设计基础4-3.ppt
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- 精密 机械设计 基础
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1、第四章第四章 机构的结构分析机构的结构分析n机构自由度机构自由度 机构中各构件相对于机架的所具有的独机构中各构件相对于机架的所具有的独立运动的数目。立运动的数目。以以铰链四杆机构铰链四杆机构为例。为例。故机构自由度为活动构件自由度的总数故机构自由度为活动构件自由度的总数与运动副引入的约束总数之差:与运动副引入的约束总数之差:F=3n-2PL-PH n-活动构件数活动构件数 PL-低副数低副数 PH-高副数高副数1x1x111y 1y 1y 1y 1y 1234 1第四节第四节 平面机构的自由度平面机构的自由度 第四章第四章 机构的结构分析机构的结构分析n机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的
2、条件 观察:观察:1)自由度等于)自由度等于1,铰链四杆机构铰链四杆机构 2)自由度等于)自由度等于2,铰链五杆机构铰链五杆机构 3)自由度小于等于)自由度小于等于0,桁架桁架 结论:结论:当当F0F0时,构件间不可能有相对运动。时,构件间不可能有相对运动。当当F F0 0时,原动件数时,原动件数F F,机构遭破坏;,机构遭破坏;原动件数原动件数F F,机构运动不确定;,机构运动不确定;原动件数原动件数F F,机构有确定的运动。,机构有确定的运动。举例:举例:牛头刨床牛头刨床第四章第四章 机构的结构分析机构的结构分析n计算机构自由度时应注意的事项计算机构自由度时应注意的事项?复合铰链复合铰链
3、同一轴线上有两个以上的构件用转动副联接时,同一轴线上有两个以上的构件用转动副联接时,则形成复合铰链。则形成复合铰链。局部自由度局部自由度 有些机构中,某些构件所产生的局部运动,并不有些机构中,某些构件所产生的局部运动,并不影响其他构件的运动。这些局部运动的自由度称为影响其他构件的运动。这些局部运动的自由度称为局部自由度。局部自由度。虚约束虚约束 机构中,有些运动副引入的约束可能与其它运动机构中,有些运动副引入的约束可能与其它运动副的约束重复,因而实际并无约束作用,这类约束副的约束重复,因而实际并无约束作用,这类约束为虚约束。为虚约束。从机构运动观点看,虚约束是多余的,但为改善从机构运动观点看,
4、虚约束是多余的,但为改善构件受力,增加机构刚度,有时则是必要的。构件受力,增加机构刚度,有时则是必要的。第四章第四章 机构的结构分析机构的结构分析存在于转动副处存在于转动副处正确处理方法:复合铰链处有正确处理方法:复合铰链处有m个个构件则有构件则有(m-1)个转动副个转动副 复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度常发生在为减小高副磨损而将滑动摩常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩擦所增加的滚子处。擦变成滚动摩擦所增加的滚子处。正确处理方法:计算自由度时将局部正确处理方法:计算自由度时将局部自由度减去。自由度减去。虚约束虚约束存在于特定几何条件或结构条件下。存在于特定几何条件或结构条件下。
5、正确处理方法:将引起虚约束的构件正确处理方法:将引起虚约束的构件和运动副除去不计。和运动副除去不计。第四章第四章 机构的结构分析机构的结构分析 例题:计算图示机构的自由度。例题:计算图示机构的自由度。n=3n=3 P PL L=4=4 P PH H=0=0 F=3F=33-23-24-0=14-0=1 1234虚约束虚约束例题例题1例题例题2例题例题3第四章第四章 机构的结构分析机构的结构分析 铰链四杆机构铰链四杆机构1234 1F=1F=1,对于构件,对于构件1 1的每一的每一个转动位置,构件个转动位置,构件2 2,3 3便有一个确定位置,因便有一个确定位置,因此自由度等于此自由度等于1 1
6、的机构,的机构,有一个原动件时运动是有一个原动件时运动是确定的。确定的。若同时让构件若同时让构件3 3也为原动件,也为原动件,即让构件即让构件3 3在由构件在由构件1 1确定位确定位置后还可以作独立运动,这置后还可以作独立运动,这是无法实现的,若强迫构件是无法实现的,若强迫构件3 3独立运动,机构中薄弱构独立运动,机构中薄弱构件将被损坏。件将被损坏。第四章第四章 机构的结构分析机构的结构分析n铰链五杆机构铰链五杆机构若只以构件若只以构件1 1为原动件,则为原动件,则对于构件对于构件1 1的的每一个独立运每一个独立运动,构件动,构件2 2,3 3,4 4的运动位置的运动位置不确定。不确定。若取构
7、件若取构件1 1和和4 4为为原动件,可知对原动件,可知对于每一组于每一组(1,2),构件构件2 2,3 3便有一便有一个确定的相应位个确定的相应位置,即机构的运置,即机构的运动是确定的。动是确定的。第四章第四章 机构的结构分析机构的结构分析1 1)自由度)自由度F=0F=0,此为静定桁架,各构件皆不,此为静定桁架,各构件皆不能产生相对运动。能产生相对运动。2 2)自由度)自由度F=-1F=-1,此为超静定桁架,所受约束,此为超静定桁架,所受约束过多。过多。第四章第四章 机构的结构分析机构的结构分析 图示为一牛头刨床初步设计方案。动力由图示为一牛头刨床初步设计方案。动力由齿轮齿轮1输入,通过齿
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