高等机构学第三章.doc

《高等机构学第三章.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三章机构的结构理论本章介绍机构的组成理论，空间开链与空间闭链机构的自由度计算方法，平面机构的结构分析，运用图论讨论平面运动链的结构综合，介绍空间运动链的型综合，为机构类型的创新设计提供理论基础。3-1机构的组成理论机构是表示机器组成情况和运动特征的数学模型。机器中的运动部件转化为机构中的构件，机器中各运动部件的可动连接转化为机构中的运动副。这种表明机器组成和运动情况的数学模型以机构运动简图的方式出现。这样大大简化了机械的设计与分析的步骤，也促进了机构学的迅猛发展。机械种类繁多，结构复杂，特别是机械装置与电子装置、机械技术与液压技术、气动技术、传感技术、光电技术、控制技术的互相渗

2、透结合，已形成机电一体化的高科技的系列化机械产品c传统机械中的刚性运动部件有时可以被流体、弹性体、挠性体、磁场、电场等取代，所以，构件已不单纯为刚性体。但本书的研究范围仍把构件局限在刚性体范畴之内。无论科学技术如何发展，机械是水存的。机械运动实现的主要手段仍以机械装置为主，所以，本书仍以刚性构件组成的机构为研究对象。1．运动副的自由度如图3—1所示，一个构件在三维空间中有6个自由度，分别是绕3个坐标轴的转动和沿3个坐标轴的移动。当用运动副把两构件连接时，构件的运动就会受到运动副的约束作用。运动副的种类不同，所提供的约束数目不同。如果运动副提供6个约束，则被连接的构件将失去可动性，

3、连接件与被连接件成为一个刚体。如果运动副提供0个约束，则被连接件仍保留运动的自由性，从而失去了连接作用。因此运动副所能提供的最小约束为，最大约束为。而运动副的自由度数为6减去运动副提供的约束数。即式中f为运动副的自由度；c为运动副提供的约束数。运动副的自由度在1~5之间。2．运动副的分类可以根据运动副提供的约束数日分类，也可以根据运动副的自由度数分类。两种分类方法行有特色，本书按运动副的自由度分类。(1)Ⅰ类副：自由度的运动副。Ⅰ类副中，共提供5个约束，故根据Ⅰ类副所提供的相对运动形式，可分为图3—2所示的转动副(用R表示)、移动副(用P表示)利螺旋副(用H表示)。转动副中，只保

4、留一个旋转自由度；移动副中，只保留一个移动自由度；在螺旋副中，由于螺旋的转动和移动线性相关，不是两个独立运动，故属于Ⅰ类别。(2)Ⅱ类副：自由度的运动副。Ⅱ类副中，共提供4个约束，即C=4。根据Ⅱ类副提供的相对运动形式．可分为图3—3所示的圆柱副(用C表示)和球销副(用S’表示)。圆柱副具有一个转动自由度和—个移动自由度。球销副具有两个转动自由度。(3)Ⅲ类副：自由度的运动副。m类运动副中，提供3个约束，即。根据Ⅲ类运动副提供的相对运动方式，可分为图3—4所示的球面副(用S表示)、平面副(用E表示)和销轴圆柱副球面副允许三个转动，平面副允许二个移动和一个转动，销轴圆柱副允许二个转

5、动和一个移动。(4)Ⅳ类副：自由度的运动副。Ⅳ类副中，提供2个约束，即。根据Ⅳ类副提供的运动方式，可分为图3—5所示的球槽副(用SG表示)和圆柱平面副(用CE表示)；球槽副允许三个转动和一个移动，圆柱平面副允许二个转动和二个移动。(5)Ⅴ类副：自由度的运动副，Ⅴ类副中，提供1个约束．即根据Ⅴ类副的自由度特点，通常为空间点接触高副，球平面(SE)为其代表，提供三个转动自由度和二个移动自由度，如图3—6所示。表3—1详细列举了上述各类运动副的名称，结构．运动简图，自由度与约束数目。在上述诸多的运动副中，常用的运动副主要有Ⅰ类副中的转动副、移动副、螺旋副Ⅱ类副中的圆柱副，Ⅲ类副中的球面

6、副，其他类型的运动副在工程中应用较少。二、运动链若干构件通过运动副的连接而组成的可动构件系统，称之为运动链。按构件是否封闭，将其分成闭链系统和开链系统，简称闭链与开链。1．闭链构成封闭环式的运动链，称为闭链。闭链中，每个构件上至少有2个运动副元素。闭链小有单环闭链和多环闭链，图3—7所示运动链为单环闭链与多环闭链的示意图。图3—7(a)中，ABCD构成平面单环闭链；图3—7(b)中，ABCD构成环路Ⅰ，CDEFG构成环路Ⅱ，故称之为双环闭链。图3—7(c)为空间单环闭链。2.开链用运动副连接的构件没有构成守卫封闭的系统，称之为开链。开链中，有一个构建上仅有一个运动副元素。图3—8

7、(a)为空间开链；图3—8(b)为平面开链。按运动链中各构件的运动是平面运动还是空间运动，可把运动链分为平面运动链和空间运动链。图3—7(a)、(b)，国3—8(b)为平面运动链，图3—7(c)和图3—8(a)为空间运动链。平面运动链中，运动副的自由度一般小于或等于2，有时，特殊布置的空间运动链也可看做平面运动链。图3—9所示运动链即为平面运动链。把运动链中的一个构件固定，该运动链成为机构。根据运动链是否封闭的特征，机构可以分为闭链机构和开链机构；根据构件的运动情况，机构可以分为