广义机构应用案例分析报告姓名：刘骏学号：02008305日期：2012-1-1目录1. 柔顺机构应用案例分析 22. 振动与惯性机构应用案例分析 33. 微动机构应用案例分析 44. 可变自由度机构应用案例分析 45. 变胞机构应用案例分析 53)11m d 2 + m d 2 + J2 14 21m2202m d 2 +1 m d 2 + 2 J 012 2+ 譽 0 = F 6a九5)1. 柔顺机构应用案例分析文中介绍的是平行导向柔顺机构。其示意图如图1-1 (a)所示。该机构由四 个椭圆型柔性铰链及杆件构成，若以扭转弹簧来模拟椭圆型 柔性铰链，可得到机构的动力学模型，如图1-1 (b)所示。根据能量法，该机构系统的势能为：U 二 4AU(1)fAUf 为单个柔性铰链的变形能，1AU 二树2(2)f2Ewt 312a九如图1-1所示，在力F的作用下该平行导向柔顺机构的 位移为u,于是该系统的动能为：1T = mu 2 + 221( 4 )式中，m =p Iwh 平动杆的质量；11m =p dw (t + 2b )支撑杆的质量；2J支撑杆的转动惯量；d柔性铰链间的距离(即支撑杆长)；u平动杆的位移。将(3)式中的势能U和(4)式中的动能T代入拉格朗日方程可得该系统 的动力学方程：通过分析可以看出，机构的材料参数fp，铰链的长度，铰链的宽度等参数 对机构的固有频率及刚度有重要关系。参考文献：毕树生，宗光华，柔性铰链操作机构的误差源分析J.机械科学与 技.2003.22(4):591594 .2. 振动与惯性机构应用案例分析文中介绍的是振捣用惯性振动机构。其机构如图 2-1 所示。该机构主要由偏心块， 轴和滑杆构成。在理想情况下，质量为 m 的2偏心块以圆频率绕m的质心Q旋转；滑1 杆受导轨限制只能作上、下运动，轴和滑杆 的质量合为 m 。把该偏心振动机构简化为二1质点系，其运动如图2-2所示。静止时m位1于Q，且y =0; m位于Q位置，且y =-e1Q122Q 2(e为偏心距)；C为m、m的公共质心，12其 y 坐标为 Y 。由质点系质心坐标公式可C1得：Y (m + m )二em。C 2122图2-1振动机构示意图当偏心块逆时针转过角度卩=t时，m从Q运动到Q ； m从Q下降到Q，设2 2 2 1 1 1下移h ；质心C移动到c，其y坐标为Y。由质点系质心坐标公式可得：Y (m + m )二 m h + m (h e cos & t) c 2 1 21 m1 2 m1假定作用于该质点系的所有外力的主矢在y轴上的投影恒为零，则由质心运动守恒原理有：Y = Yc1 c 2解得m的位移为:1m1me2m + m12(cos w t 一 1)1)式(1)即为滑杆在理想条件的位移方程。它是一个余弦函数，最大往复动程为1C 22m e/（m + m ），振幅为 m e/（m + m ）。2 1 2 2 1 2 参考文献：车胜创，葛仁礼，自行式光轮 振动压实机的力学特性分析与研究J.筑 路机械与施工机械化， 1996.13（2）.3. 微动机构应用案例分析文中介绍的是微动开关，并以微动开 关在鼠标中的应用为例进行分析。图微动开关原理结构Wittt用 獰功UHI Ira滚轮等）将力作用于动作簧片上，并微动开关是一种施压触动的快速开 关，又叫灵敏开关。其工作原理是：外机 械力通过传动元件（如按钮、按销、杠杆 将能量积聚到临界点后，产生瞬时动作，使动作簧片末端的动触点（常开触头） 与定触点（常闭触头）快速接通或断开。当传动元件上的作用力移去后，动作簧 片产生反向动作力。当传动元件反向行程达到簧片的动作临界点后，瞬时完成反 向动作。微动开关的触点间距很小，具有动作行程短、按动力小、通断迅速的特 点。微动开关的原理结构如图3-1 所示。鼠标中的微动开关位于按键之下的电路板上，当按键按下一次后，微动开关 内的金属簧片触发一次，并且向电脑传送出一个电信号，之后再复位，完成一次 点击。由于微动是纯物理设备，所以 它每次的点击实际上都会造成磨损和消耗。4. 可变自由度机构应用案例分析文中介绍一种舱门开关 机构，其结构简图如图 4-1（a） 所示。该舱门开关机构采用 平面四杆机构作为基础结 构，并在把手与舱门门轴处 使用槽销副。 舱门开关机构完成打开藏慢 动作的过程可以分为 3 个阶 段，各有不同的构态：问d)一扯门乳4验门斤虫机构圧下连杆和上连杆J（3）舱门开关机崗1 （b）拘侄芍 构感无 构念J图4-1舱门开关机构及其构态简图1）构态1舱门构件1 在 解除约束后，由图 4-1（a） 的位置平移到图 4-1 （b） 中的位置，运动方向如图 4-1 （b）中虚线箭头方向 所示。连杆3和4保持静止状态。舱门门轴 A 处槽销副的圆柱销和舱门构件 1 分别平移到图 4-1(b) 所示的位置。此时，舱门门轴B处圆柱销位于销槽的最上端，连杆构件3 的圆柱销位于舱门把手A处槽销的最底端，2个极限位置共同限制了舱门的 运动。此阶段可看作两杆机构，其自由度为 1，具有确定的运动。2) 构态2固联在构件4上的电机驱动构件按照图4-1(c)所示的方向运动, 由于舱门门轴B处的槽销副处于顶端位置而形成转动副，其自由度为1.舱门 把手A处槽销副由于处于向上运动的过程，其自由度为2。另外，由于构件1 处受到的竖直向上的支撑力使其保持不动，使整个机构具有确定的运动。3) 构态3舱门把手A处的槽销副运动到顶端位置，驱动构件4继续运动， 槽销副成为单纯的转动副，自由度变为 1，整体机构成为四杆机构，舱门被 打开，其运动简图如图4-1 (d)所示。参考文献：郭宗和、马履中、杨启志. 基于变胞原理的变自由度机构拓扑型分析 J. 中国机械工程, 2005, 16(1): 1-3,7.5. 变胞机构应用案例分析文中介绍刹车机构。其机构简图如图5-1所示。 机构自由度计算公式：F = 3n - (2 p + p ) lh初始状态时，n为构件数为6； p 为低副数为 8；p 为高副数为 0。lh 解得F为2，即此时机构的自由度 为 2。之后，在构件 1 上施加一水平 向右的力，使构件 1 向右平移。随 着构件1的移动，构件6与车轮抱 紧，相当于构件 6 与机架7 合并为一个构件。此时，该机构中n为5； p为7； p为0。解得F为1，即此时机构 lh的自由度为1。 然后，构件1继续向右平移，构件5、构件6均与车轮抱紧，相当于构件5、构件6与机架合并为一个构件。此时，该机构中n为4； p为6； p为0。解得 lhF为0，即此时机构的自由度为0。 以上即为刹车机构动作过程中自由度的变化过程。在其自由度2-1-0的变化 中，机构完成了刹车。参考文献：金国光，高峰，丁希伦，变胞机构的分类及其构态分析J.机械科 学与技术, 2005(7)： 764-767.