《機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

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第一節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及簡(jiǎn)圖,一、構(gòu)件與自由度,（二）構(gòu)件的自由度,（一）構(gòu)件的定義：獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元（剛體）。,●自由度的定義：獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的個(gè)數(shù)。,第一章機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),●構(gòu)件自由度數(shù)目,平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件：3個(gè)自由度。,空間運(yùn)動(dòng)構(gòu)件：6個(gè)自由度。,球面副,二、運(yùn)動(dòng)副與約束,(一）運(yùn)動(dòng)副與約束的概念,●運(yùn)動(dòng)副：兩個(gè)構(gòu)件直接接觸組成的可動(dòng)聯(lián)接。,●運(yùn)動(dòng)副作用:提供約束。,●約束:對(duì)運(yùn)動(dòng)所加的限制。,例如：球面副提供3個(gè)約束：sx、sy、sz；保留3個(gè)自由度：?x、?y、?z。,（二）運(yùn)動(dòng)副元素構(gòu)件上參與接觸的幾何元素。,（三）運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)成關(guān)系設(shè)：f為運(yùn)動(dòng)副保留的自由度；s為運(yùn)動(dòng)副提供的約束；則：空間運(yùn)動(dòng)副：s+f=6；平面運(yùn)動(dòng)副：s+f=3。,（四）約束反力運(yùn)動(dòng)副提供的約束與約束反力一一對(duì)應(yīng)。,FX,Fy,Fz,（五）運(yùn)動(dòng)副設(shè)計(jì),（六）運(yùn)動(dòng)副的分類,2.按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式：,1.按接觸形式：,平面副：保留的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)。,空間副：保留的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)。,轉(zhuǎn)動(dòng)副：只保留的1個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。,移動(dòng)副：只保留的1個(gè)相對(duì)移動(dòng)自由度。,3.按提供的約束數(shù)：,1級(jí)副、2級(jí)副、3級(jí)副、4級(jí)副、5級(jí)副。,4.按運(yùn)動(dòng)副元素：,圓柱副、球面副、球銷副、螺旋副球面與平面副、球面與圓柱副、圓柱與平面副。,5.平面運(yùn)動(dòng)副的分類,（1）平面低副：轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副，空間5級(jí)副。,（2）平面高副：例如齒輪副、凸輪副，空間4級(jí)副。,提示：1個(gè)平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件有3個(gè)自由度。,1個(gè)平面低副引入2個(gè)約束。,1個(gè)平面高副引入1個(gè)約束。,三、運(yùn)動(dòng)副的封閉方法,2.力封閉,1.幾何封閉,封閉方法：保持運(yùn)動(dòng)副元素之間接觸的方法。,四、運(yùn)動(dòng)鏈、機(jī)構(gòu)及簡(jiǎn)圖,1.運(yùn)動(dòng)鏈：兩個(gè)以上構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而成的系統(tǒng)。,（一）運(yùn)動(dòng)鏈與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,2.運(yùn)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：用規(guī)定的運(yùn)動(dòng)副符號(hào)和簡(jiǎn)單的幾何圖形表示的運(yùn)動(dòng)鏈圖形。,3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖表示的3要素：●運(yùn)動(dòng)副的類型與數(shù)目；●構(gòu)件數(shù)目；●連接關(guān)系。,4.常見運(yùn)動(dòng)副的規(guī)定符號(hào):國(guó)標(biāo)GB4460－84,5.構(gòu)件的表示方法──簡(jiǎn)單線條或幾何圖形,（二）運(yùn)動(dòng)鏈的分類,1.閉式運(yùn)動(dòng)鏈(閉鏈)：運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)欠忾]圖形。,2.開式運(yùn)動(dòng)鏈(開鏈)：運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)情_放圖形。,閉鏈沒(méi)有一元素桿。,開鏈至少有1個(gè)一元素桿。,術(shù)語(yǔ)：N元素桿——含N個(gè)運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件。,（三）運(yùn)動(dòng)鏈的自由度,2.運(yùn)動(dòng)鏈的自由度：運(yùn)動(dòng)鏈（運(yùn)動(dòng)確定時(shí)）獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。,1.運(yùn)動(dòng)確定：各構(gòu)件相對(duì)于運(yùn)動(dòng)鏈中某個(gè)構(gòu)件具有確定的位置和姿態(tài)（簡(jiǎn)稱位姿）。,F=1的閉鏈,,,,1,2,3,4,,,A,C,B,D,?1,,,,,,,F=3的開鏈,,,,1,2,3,4,,,A,C,B,D,?1,,,,,?2,,?3,（四）運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的2個(gè)條件,1.選定某一構(gòu)件為機(jī)架；,2.選定1個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件為原動(dòng)件，使運(yùn)動(dòng)確定。,從動(dòng)件─其余可動(dòng)構(gòu)件。,輸出構(gòu)件─運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力輸出的構(gòu)件。,機(jī)架─相對(duì)固定的構(gòu)件。,原動(dòng)件─運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的構(gòu)件。,術(shù)語(yǔ),連架桿─與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件。,（五）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,1.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖用規(guī)定符號(hào)和簡(jiǎn)單幾何圖形表示的機(jī)構(gòu)圖形。,畫構(gòu)件時(shí)應(yīng)忽略構(gòu)件的實(shí)際外形，只考慮構(gòu)件尺寸(即運(yùn)動(dòng)副之間的尺寸)和運(yùn)動(dòng)副的類型。,（五）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,2.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖表達(dá)1）運(yùn)動(dòng)副類型與數(shù)目；2）構(gòu)件數(shù)目；3）各構(gòu)件之間的連接關(guān)系；4）構(gòu)件尺寸。,3.作用1）表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型和尺寸。2）作為運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的依據(jù)。,●機(jī)構(gòu)示意圖：不按比例繪制的簡(jiǎn)圖；,●機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：按精確比例繪制的簡(jiǎn)圖。,4.常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào),,,,,,,,1）顎式破碎機(jī),4.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制舉例,,,,,,,,,,A,B,E,D,C,F,G,,,2)繪制圖示偏心泵的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。,,,偏心泵,知識(shí)回顧,1個(gè)平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件有()個(gè)自由度。,1個(gè)低副(轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副)引入()個(gè)約束。,1個(gè)高副引入()個(gè)約束。,第二節(jié)運(yùn)動(dòng)鏈的自由度計(jì)算(重點(diǎn)),3,1,2,F==1,33,－24,,,,,,,,F=1,4,,,3,,【引例】,設(shè)：,一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式,F=3n-2PL-PH,有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，,PL個(gè)低副，,PH個(gè)高副，,則,1,2,4,3,【例1-1】計(jì)算鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)的自由度。,【解】n=,4,PL=,5,F=3n-2PL-PH,PH=,0,F=2,=34-25-0,=2,F=0：靜定桁架,F=-1：超靜定桁架,結(jié)論：F>0，運(yùn)動(dòng)鏈可動(dòng)。,F=1,,,,1,2,3,4,,,A,C,B,D,F=1運(yùn)動(dòng)鏈給定1個(gè)原動(dòng)件:,F=1運(yùn)動(dòng)鏈給定2個(gè)原動(dòng)件:,運(yùn)動(dòng)確定。,損壞構(gòu)件。,?1,,,?3,,,,F=2機(jī)構(gòu)給定1個(gè)原動(dòng)件:,F=2機(jī)構(gòu)給定2個(gè)原動(dòng)件:,運(yùn)動(dòng)不確定。,運(yùn)動(dòng)確定。,二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,原動(dòng)件數(shù)=F>0,,?1,,【例教師1-2】計(jì)算火車輪機(jī)構(gòu)的自由度。,【解】,n=,6,PL=,PH=0,8,F=3n-2PL-PH,=36-28-0,=2,,,,,,,,,,,,,,1,5,4,3,2,6,A,G,F,E,D,C,B,,,,7,（一）復(fù)合鉸鏈(簡(jiǎn)稱復(fù)鉸),若有m個(gè)構(gòu)件,,三、虛約束、局部自由度及復(fù)合鉸鏈,二個(gè)以上構(gòu)件(含機(jī)架)在同一軸線上構(gòu)成的多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，稱為復(fù)合鉸鏈。,,,,,,,,,1,2,則有m－1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。,【例教師1-2】重新計(jì)算火車輪機(jī)構(gòu)的自由度。,【解】,n=,6,PL=,PH=0,8,F=3n-2PL-PH,=36-28-0,=2,,0,9,9,對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束。計(jì)算自由度時(shí)要去除掉。,（二）虛約束(消極約束),,,D4,D3,,,,,,,,,,,1,5,4,3,2,6,A,G,F,E,C,B,,,,7,對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束。計(jì)算自由度時(shí)要去除掉。,（二）虛約束(消極約束),B,F,,D,,,,,,,,,1,5,3,2,6,A,G,E,C,,,7,【解】,n=5,PL=7,F=3n-2PL-PH,=1,PH=0,=35-27-0,【例教師1-2】重新計(jì)算火車輪機(jī)構(gòu)的自由度。,●出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合(重點(diǎn)、難點(diǎn)),例如火車輪機(jī)構(gòu)、橢圓儀。,1.聯(lián)接點(diǎn)與被聯(lián)接點(diǎn)軌跡重合,,,,,,,,,,,,,,,,2.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，兩構(gòu)件上的兩點(diǎn)距離始終不變。,,,,,,,,,,,,,,,,3.復(fù)合運(yùn)動(dòng)副,1）復(fù)合移動(dòng)副兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副，導(dǎo)路重合或平行。,2）復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副：兩構(gòu)件組成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，同軸。,,,,3）復(fù)合高副：兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，法線重合。,等寬凸輪,4.運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,4.運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分。,,,,,,,4.運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分。,─改善構(gòu)件的受力情況：例如多個(gè)行星輪。,─增加機(jī)構(gòu)的剛度：例如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。,●虛約束的作用：,【解】,【例教師1-5】計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度。,n=3,PL=3,F=3n-2PL-PH,=2,PH=1,=33-23-1,,,（三）局部自由度不影響機(jī)構(gòu)輸入輸出關(guān)系的自由度。,F=1,,第三節(jié)平面運(yùn)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)綜合的公式法（了解）,表1-2F=1的4－8桿運(yùn)動(dòng)鏈的數(shù)目,結(jié)論：,（1）F=1時(shí)，運(yùn)動(dòng)鏈為偶數(shù)桿，最少桿數(shù)為4；,（2）4桿運(yùn)動(dòng)鏈只有1種類型；,（3）6桿運(yùn)動(dòng)鏈只有2種類型；,（4）8桿運(yùn)動(dòng)鏈共有16種類型。,F=1,F=1,F=0,F=0,原動(dòng)件,桿組,桿組,一、平面低副機(jī)構(gòu)的組成原理,第四節(jié)按基本桿組的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析,一、平面低副機(jī)構(gòu)的組成原理,第四節(jié)按基本桿組的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析,原動(dòng)件畫法：1個(gè)機(jī)架、1個(gè)活動(dòng)構(gòu)件、1個(gè)低副、1個(gè)箭頭，一個(gè)都不能少。,任何一個(gè)平面機(jī)構(gòu)都可以看作是由一系列基本組依次聯(lián)接到原動(dòng)件、機(jī)架或前一個(gè)基本組而形成的。,1.定義：F=0不可再分的構(gòu)件組。,二、桿組（基本桿組、基本組、Assur組）,2.結(jié)構(gòu)公式：,F=3n－2PL－PH=3n－2PL=0,PL＝3n/2,3.分類,(1)Ⅱ級(jí)組(n=2，PL=3),PL＝3n/2,外接副,外接副,R──轉(zhuǎn)動(dòng)副（Revolutepair）P──移動(dòng)副（Prismaticpair）,內(nèi)接副,外接副,外接副,內(nèi)接副,Ⅱ級(jí)組的結(jié)構(gòu)特征（記住）：兩個(gè)含有外接副的構(gòu)件直接（用運(yùn)動(dòng)副）聯(lián)接。,PL＝3n/2,（2）Ⅲ級(jí)組(n=4，PL=6),,,中心構(gòu)件,,PL＝3n/2,,Ⅲ級(jí)組其它型舉例,,,,,,,,,,,,,Ⅲ級(jí)組的結(jié)構(gòu)特征（記?。喝齻€(gè)含有外接副的構(gòu)件與同一構(gòu)件（用運(yùn)動(dòng)副）聯(lián)接。,PL＝3n/2,（3）Ⅳ級(jí)組(n=4，PL=6),Ⅳ級(jí)組的結(jié)構(gòu)特征（記住）：兩個(gè)含有外接副的構(gòu)件通過(guò)兩個(gè)構(gòu)件間接相聯(lián)。,三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的桿組法(理解),給定自由度（原動(dòng)件）數(shù)目和類型，用不同數(shù)目、不同類型的基本組去聯(lián)接，可得到新機(jī)構(gòu)。,注意：桿組的各個(gè)外端副不允許聯(lián)在同一個(gè)構(gòu)件上。,四、運(yùn)動(dòng)副的高副低代(重點(diǎn)),,,,,,,,,,,,O1,O2,A,B,,,1,2,,,,,●替代原則,●替代構(gòu)件：1桿2低副,（1）替代前后自由度不變；（2）替代前后運(yùn)動(dòng)不變。,●替代方法,─在高副兩個(gè)曲率中心之間畫出替代構(gòu)件；,─替代構(gòu)件分別與組成高副的兩個(gè)構(gòu)件相聯(lián)；,─組成高副的兩個(gè)構(gòu)件應(yīng)去掉高副、簡(jiǎn)化成桿。,,,─尖頂,●高副低代舉例,,,,─尖頂,●高副低代舉例,,─平底,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,──平底,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,─平底,【例教師1-3】,,,,,,A,C,I,,,,,,,,,,,B,D,E,F,G,H,J,n,P,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,C,I,,,,,,,,B,D,F,G,H,J,P,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,【例教師1-3】,五、機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,──正確拆分桿組;,──判斷機(jī)構(gòu)級(jí)別。,●目的,●機(jī)構(gòu)的級(jí)別：,機(jī)構(gòu)所含基本組的最高級(jí)別為機(jī)構(gòu)的級(jí)別。,●步驟,（5）驗(yàn)證：每拆出一個(gè)桿組后，余下部分必須是一個(gè)自由度為零的構(gòu)件組合或桿組。,（1）計(jì)算F；確定原動(dòng)件；去掉虛約束、局部自由度；注意復(fù)鉸。,（2）如果機(jī)構(gòu)中有高副，應(yīng)高副低代。,（3）拆出機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件和機(jī)架，剩下從動(dòng)件組合。,（4）根據(jù)桿組的結(jié)構(gòu)特征對(duì)從動(dòng)件組合依次拆組。,,,,,【例教師1-4】對(duì)圖示機(jī)構(gòu)進(jìn)行高副低代和結(jié)構(gòu)分析。,,,,,,,C,,,,B,D,,,,,,I,,,F,G,H,J,P,,,,,【解】1.高副低代：,,,,,,C,,,,B,D,,,,,,I,,,F,G,H,J,P,,,,,,,【解】1.高副低代：,,【解】2.結(jié)構(gòu)分析：（1）除去虛約束：,,【解】2.結(jié)構(gòu)分析：（2）拆出原動(dòng)件和機(jī)架：,（3）拆組：,Ⅲ級(jí)機(jī)構(gòu),【解】以GH為原動(dòng)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析：,Ⅱ級(jí)機(jī)構(gòu),●分組的3個(gè)常識(shí),（1）分組的目的：為運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力分析服務(wù)。,,,,,,,,,R1,R2,R3,,,,O,B,C,D,,R4,（2）運(yùn)動(dòng)分析時(shí)：外接副的運(yùn)動(dòng)是已知的。,,,,,,,,,,R1,R2,R3,R4,,,,O,B,C,D,,,,,,（3）運(yùn)動(dòng)分析時(shí)：,Ⅱ級(jí)組有精確解；,Ⅲ級(jí)以上組只有近似解。,（3）運(yùn)動(dòng)分析時(shí)：,Ⅱ級(jí)組有精確解；,,,,,,所以，將Ⅳ級(jí)組劃分成2個(gè)Ⅱ級(jí)組是教師的錯(cuò)誤，,作業(yè)1-41-6,