2.6.3 平面机构结构分析在线视频

这一节我们探讨

平面机构的结构分析方法

平面机构的结构分析方法

前面我们提出了

平面机构的组成原理

认为一个机构是由

原动件机架和基本杆组组成的

我们根据基本杆组的类型

定义了机构的类型

那么下面我们沿着

这个思路来看一看

一个机构

一个复杂的机构

到底应该怎样

来分析它的结构组成

也就是我们需要

把一个机构分解成一系列的基本杆组

那为什么要做

机构的结构分析呢

它的意义和目的在哪呢

从机构分析的角度

我们要分析一个机构

从原动件到从动件之间的

运动传递和变换

对于复杂机构

我们需要联立

很多方程来进行求解

那么我们可以想办法

把这个复杂机构化整为零

把它分解成一些

由基本杆组组成的基本单元

对这些基本单元进行运动分析

然后再结合这些基本单元之间的联系

从而可以分析整个机构的

它的运动是如何进行传递和变换的

那么各个基本杆组

就是我们运动分析的基本的单元

这是从机构分析的角度来看

那么反过来

我们也可以利用基本杆组

进行组合来设计新的机构

它的基本思路是

我们先根据自由度

以及我们的输入运动的要求

确定原动件

比如我们希望输入运动

是一个电动机带动的回转运动

那么我们可以设计原动件

与机架之间通过转动副连接

如果我们的输入运动是一个平动

那么我们可以设计原动件为滑块

它与机架之间形成了移动副的连接

这样我们就确定了

机构组成原理中间的这一部分

然后我们根据

所需要的运动输出的要求

来增加基本杆组

当然这些运动要求

可能包括要输出几个独立的运动

以及输出的是回转运动还是平动

我们确定了要输出的运动之后

我们就可以从原动件

机架这一部分开始

依次的增加基本杆组

增加的杆组的数目

那取决于我们需要的

这个运动要求

这样经过叠加基本杆组之后

我们就可以组合出

我们所需要的机构

当然无论如何

我们增加多少个基本杆组

这个机构的自由度是不变

因为基本杆组有一个基本的条件

是自由度等于0

基于这样的一个思想

我们来看一下

我们如何对一个平面机构

进行化整为零的分析

也就是把这个机构拆分成原动件

机架和不同的基本杆组

当然我们分析的第一步

是要确定这个机构的自由度

因为按照运动确定性条件

自由度等于原动件数目

也就是我们拆出多少个原动件

那就取决于

这个机构的自由度计算的结果是多少

而且在计算自由度的时候

为了后面分析的简化

我们需要去除虚约束

局部自由度这些特殊的情况

然后确定原动件的位置

再把原动件连同机架剥离开来

剩下的部分就是

我们拆分出基本杆组的部分

我们一般的方法是从

原动件之外的构件开始拆分杆组

当然我们需要先尝试

能不能拆除二级组

如果能拆出来

那么我们再来看剩下的

如果拆不出二级组

我们就来尝试

它是不是一个三级组

我们就按三级组常见的类型

去尝试进行拆分

当然拆分的结果

可能包含若干个基本杆组

拆到最后

我们还剩的原动件机架

以及基本杆组

我们可以逐一的列出

那最后我们需要检查一下

我们这样拆分出的各个部分

跟原来的机构是不是对应

其中一个重要的条件是

拆除的所有部分的

运动副数目和构件的数目

必须与机构的运动副数目

和构件数目是一致的

而且低副高副

它的数目也应该是一致的

一个运动副

如果算在A杆组

就不能算在B的杆组

也就是一个运动副不能计算两次

这样拆分之后

我们再来看拆出的所有的基本杆组

它的最高级别是多少

因为根据定义

最高级别的基本杆组

决定了机构的级别

这样我们就可以得到结论

这个机构它到底是一个

二级机构还是一个三级机构

也就间接的反映了这个机构的复杂程度

基于这样的分析方法

我们来看一个具体的示例

这是从一个牛头刨床的机构演变而来的

对于这样的机构

图中的短杆是原动件

我们把原动件和机架拆除之后

从原动件离的最远的部分开始分析

基本杆组

我们可以取出

最上面的两个构件形成一个基本杆组

这是不是一个基本杆组呢

它是由两个构件

三个低副组成

其中转动副是内副

而移动副两个移动副

组成了外副

按照我们前面的分析

它是属于二级组的一种

除了这两个构件之外

我们再来看中间的部分

红色这一部分

它是由一根杆和一个滑块

组成的一个基本杆组

那么其中有两个转动副

一个转动副连接了原动件

另外最下面的这个转动副连接了机架

也就是两个转动副为外副

一个移动副为内副的一个二级组

这样我们就可以把这样一个机构

拆分成三个部分

它是由两个二级组

加原动件和机架形成的

所以这个机构的级别是属于二级机构

那么我们在画拆除的

基本杆组的时候需要注意

一个运动副

它如果算在第一个杆组内

就不能算在另外一个杆组内

比如说上面这个滑块

我们把它归入了上面这一个二级组

那么这个滑块连接的移动副

就不能算在红色的这一个基本杆组内

否则的话将会导致

我们无法正确地得到它的结构

也就是这样的杆组

有可能算出来的自由度就不再为零了

当然它也不是原来机构对应的一个结构

我们再看一个示例

这是前面我们举过的一个例子

我们先拆出标注为原动件的部分

然后从远离原动件的部分去拆

那么我们会发现

我们很难从最远端

先拆出一个二级组

如果不能拆除二级组

我们就尝试把它拆成一个三级组

所以最后我们经过尝试

可以把远离原动件的这一部分

按照一个三级组进行拆分

那么中间剩余的这一部分

我们经过分析发现它是一个二级组

这样我们就可以把

这样一个机构拆成了三个部分

原动件加机架

一个二级组和一个三级组

我们最后再统计计算一下这三个部分

它的构件数和运动副数目

是和原来的机构保持一致

这可以作为一个拆分

分析过程的一个校核办法

那么拆出来这样的部分之后

我们很容易得到

最高级别的基本杆组是三级

所以这个机构它的结论是

它是一个三级机构

相对比较复杂一些了

好了

对机构的结构分析方法

我们就讲到这里

谢谢大家