第一講機構的結構分析

2022-06-20 04:39:03 字數 4540 閱讀 1745

理論知識部分:

一機構的組成

1.構件:機器中每乙個獨立的運動單元,任何機器都是由若干個(兩個以上)構件組合而成。

2.零件:機器的獨立製造單元。

二、運動副及分類

1.運動副:由兩構件直接接觸而組成的可動聯接稱為運動副。

2.運動副的分類

根據構成運動副的兩構件的接觸情況進行分類。

①高副:兩構件通過點或線接觸而構成的運動副。常見的高副:凸輪副齒輪副

②低副:兩構件通過面接觸而構成的運動副。常見的低副有:迴轉副,移動副,球面副。

3. 約束:平面高副引入的1個約束,自由度為2,低副引入2個約束,自由度為1.

三、運動鏈

1. 定義:兩個以上的構件通過運動副的聯接而構成的相對可動的系統。

2. 閉鏈:若運動鏈的各構件構成了首末封閉的系統,則稱其為閉式運動鏈。

3. 開鏈:若運動鏈的各構件未構成首末封閉的系統,則稱其為開式運動鏈。

四、機構

1.機構:在運動鏈中,若將某一構件加以固定而成為機架,則這種運動鏈叫機構。

2.機架:機架是固定不動的構件。(注:乙個機構只有乙個機架)

3.原動件:機構中按給定的已知運動規律獨立運動的構件。(乙個工作著機構中,驅動機構的外力所作用的構件,又叫主動件)

4.從動件:運動鏈中除原動件外其餘活動構件。

五、機構運動簡圖

思路:先定原動部分和工作部分(一般位於傳動線路末端),弄清運動傳遞路線,確定構件數目及運動副的型別,並用符號表示出來。

為了準確地反映構件間原有的相對運動,表示轉動副的小圓必須與相對迴轉軸線重合;表示移動副的滑塊,導桿或導槽,其導路必須與相對移動方向一致;表示平面高副的曲線,其曲率中心的位置必須與構件的實際輪廓相等。

六、機構具有確定運動的條件

為了使機構具有確定的運動規律,則機構的原動件數目應等於機構的自由度數目。

說明:(1)機構的自由度至少不小於1,即f≥1。(2)當原動件數目小於機構的自由度時,機構的運動是不確定的,機構的運動遵循最小阻力定律。

當原動件數目大於機構的自由度時,則將導致機構中最薄弱環節的損壞。(3)通常機構的原動件都是和機架相連的。

七、 機構自由度的計算

自由度:保證機構具有確定運動時所必須給定的獨立運動引數稱為機構的自由度。

計算自由度的方法:

1.計算方法一:先分析並明確指出機構中存在的區域性自由度、虛約束、復合鉸鏈,確定區域性自由度和虛約束的數目,然後用公式計算: f=3n- (2pl+ ph -p )- f

★說明:n:指活動構件的個數,f 區域性自由度數 ph 高副數

n 活動構件數 p 虛約束數 pl 低副數 f 區域性自由度數

2. 計算方法二:先分析並明確指出機構中存在的區域性自由度、虛約束、復合鉸鏈,然後去除區域性自由度及虛約束後,用公式計算:f=3n- (2pl+ ph)

計算時需要注意的問題:

(一).復合鉸鏈:兩個以上的構件在同一處以轉動副聯接所構成的運動副。

1.常見的復合鉸鏈

注意:2.桿狀構件構成的復合鉸鏈比較明顯,而齒輪、凸輪及機架等構件構成的復合鉸鏈容易忽略,計算時應特別注意。

a處為機架、小齒輪和ab杆組成的復合鉸鏈。f=

如下圖差動輪系中1和3與機架組成復合鉸鏈,計算自由度為2.

(二)區域性自由度

1.定義:有些機構中,某些構件所產生的區域性運動,並不影響其他構件的運動,這種構件產生的區域性運動的自由度稱為區域性自由度。

2.特點:區域性自由度不影響機構整體運動的自由度。

3.自由度的計算:

法一: 區域性自由度

法二:將區域性自由度除去不計。如將滾子焊在杆上,再進行計算。(常見的區域性自由度也就是滾子,其作用是減少高副元素的磨損)。

(三)、虛約束

1.定義:在機構中有些運動副帶入的約束,對機構的運動起重複約束作用,這類約束叫虛約束。在計算自由度時,應將虛約束除去不計。

2.常見的虛約束:如圖所示

(a) ab、cd、ef平行且相等 ;(b)平行導路多處移動副;(c)同軸多處轉動副 ;(d) ab=bc=bd,ad垂直於ac且a在d、c 軌跡交點;(e) 在機構的運動過程中,兩構件上兩點始終等距;(f) 軌跡重合;(g) 在機構中,某些不影響機構運動傳遞的重複部分所引入的約束為虛約束----有對稱結構;

h) 如果兩構件在多處接觸而構成平面高副,且在各接觸點處的公法線彼此重合,則在計算機構的自由度時,只能算乙個平面高副,其它為虛約束。如(h)等徑凸輪的兩處高副;(i)等寬凸輪的兩處高副。

如果兩構件在多處接觸而構成平面高副,且在各接觸點處的公法線方向並不彼此重合,則在計算機構的自由度時,只能算乙個平面低副。

兩構件在多處組成高副,且各接觸點的公法線彼此重合,按乙個高副計算

3.虛約束作用:雖然不影響機構的運動,但能改善機構的受力狀況,增加機構的剛度,或保證機構運動的順利進行,所以在設計中有廣泛的應用。

考研題型:

試確定圖所示機構的自由度,若有復合鉸鏈、區域性自由度和虛約束,請指出。

第一大類:有復合鉸鏈和區域性自由度的計算

1.分析: 機構共有8個活動件,10個低副( g是鉸鏈數為2的復合鉸鏈),兩個

高副,1個區域性自由度,沒有虛約束。

題1題2

解  (1)機構的自由度的計算:

2.解:機構共有6個活動件,兩個區域性自由度,分別將兩滾子與相鉸接的一構件看成一體。

去除兩個區域性自由度,有5個活動件,2個高副,6個低副,沒有虛約束。

f=3×5-2×6-2×1=1

題3題4

3.解:c處為復合鉸鏈, n=7, =10, =0, (注e處不是虛約束也不是復合鉸鏈)

=14 (哈工大考題)

第二大類:含虛約束的計算

5. ch或dg、j處為虛約束,b處為區域性自由度,應消除。,ph=1,pl=8。

自由度 。

6、已知ab平行cd,cd平行ef,計算自由度

題5(西安電子科技大2013)

7.(1)

2)(2) 解:g為復合鉸鏈;cd為虛約束;滾子b帶來乙個區域性自由度,應除去滾子引入的區域性自由度,即將其與構件2固連。 n=12, =17, =1

8.9.

10(山科2014)

1112.

(南理、浙工業)

11解:h 或i 為虛約束,f 處為復合鉸鏈,b、c 兩處有區域性自由度。

第三大類:有三副構件的計算

11.解:(a)機構共有9個活動件,1個區域性自由度,去除區域性自由度,有8個活動件,1個高副,11個低副,沒有虛約束。f=3×8-2×11-1=1

大連海事、南理)

(abc)

12.13.

(ab第四大類:輪系的自由度計算:計算時各同軸關係的各件視為乙個構件

14.計算

123)

5)(4)

(4)活動構件為6,各同軸關係的為乙個構件,轉動副為6,一處虛約束,高副為5個,去掉虛約束,f=3*6-2*6-5=1

(5)八、平面機構的組成原理、結構分類及結構分析

理論知識部分;

(一)、平面機構的組成原理

1.基本杆組(阿蘇爾杆組):把不能再拆的、最簡單的、自由度為零的構件組稱

為基本杆組。

2.機構組成原理:任何機構都可以看作是由若干個基本杆組依次連于原動件和機架上而構成的。

4.原理應用:

(1)拆分杆組,以便對相同的基本杆組以相同方法進行分析。

(2)設計新機構:可選定一機架,並將數目等於機構自由度的f個原動件用運動副聯於機架上,然後再將乙個個基本杆組依次聯於機架和原動件上。注意:

在杆組並接時,不能將同一桿組的各外接運動副接於同一構件上,否則將起不到增加杆組的作用

(二)、平面機構的結構分類

1.ⅱ級組常見型式(二桿三副):

2個構件,3個低副。

2.ⅲ級組常見型式(四桿六副):

4.機構的級別:同一機構中可以包含不同級別的基本杆組,其中最高端別的杆組的級別即為機構的級別。如:

最高端別為ⅲ級組的基本杆組的機構,稱為ⅲ級機構。另外,只由機架和原動件構成的機構叫ⅰ級機構。

三、平面機構的結構分析

1.目的:了解機構的組成,並確定機構的級別。

2.步驟:從遠離原動件的構件開始拆組。

(1)正確計算機構的自由度。

(2)除去虛約束和區域性自由度,將機構中的高副全部化為低副,改畫機構的運動簡圖。

(3)確定原動件,用箭頭在其上作標誌。

(4)先試拆n=2的杆組,如不能,再拆n=3,n=4…,每拆出乙個杆組後,留下的部分仍應是乙個與原機構有相同自由度的機構,直至全部杆組拆出,只剩下原動件和機架為止。

(5)至此可定出機構的級別。

4.說明:拆組後,剩餘機構不允許殘存只屬於乙個構件的運動副和只有乙個運動副的構件(原動件除外),因為前者將匯入虛約束,而後者產生區域性自由度。

考研題型:

1..計算圖所示機構的自由度。並確定機構的杆組及機構的級別。

解題要點: 正確區分ⅱ或ⅲ級杆組。

解:如所示,計算機構的自由度: n=9, =13, =0

a)圖b)圖

如 (b)圖所示,2、3構件可以組成rrrⅱ級杆組;4、5、6、7構件可以組成ⅲ級杆組;8、9構件可以組成rrrⅱ級杆組;該機構的基本杆組最高端為ⅲ級,所以機構為ⅲ級機構。

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