第1章 自由度.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械设计基础多媒体课件,第一章 平面机构的自由度和速度分析,平面机构：,所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称,平面机构,，否则称为,空间机构,。,一、自由度和约束,1,自由度：,一种相对的独立运动,2,约束：,对运动的一种限制,二、运动副,构件之间的相互联接,1,低副,两构件通过,面,接触组成的运动副,回转副,（或铰链）两构件只能相对转动,移动副,两构件只能沿某一轴线相对移动,1-1,运动副极其分类,移动副,回转副,平面低副提供,2,个约束,，,保留,1,个自由度,2,高副,两构件通过点或线接触组成的运动副,空间运动副,球面副,螺旋,副,等,Y-Z,平面内有两个自由度，即平面高副提供,1个约束,球面低副,球面高副,螺 旋 副,1-2,平面机构运动简图,用简单的线条和符号来表示构件和运动副，按比例尺寸画出机构中,各构件间相对运动关系,的简单图形,运动副,的表示方法,转动副,移动副,机架,a,b,c,d,构件,的表示方法,构件的分类：,（,1,）固定件（机架）,支承活动构件的构件,（,2,）原动件,输入构件,运动规律已知的活动构件,（,3,）从动件,随原动件的运动而运动的构件。其中输出机构预期运动规律的从动件为,输出构件,绘制机构运动简图的步骤,1,）,确定机构中的,原动部分,和,工作部分,，然后再把两者之间的传动搞清楚，从而找出组成机构的,所有构件,并确定构件间的,运动副类型,。,2,）恰当地选择,投影面,。一般选择机构中与多数构件的运动平面相平行的面为投影面。,3,）选择适当的,比例尺,，绘制出机构的运动简图。,鄂式破碎机机构运动简图,牛头刨床,的机构运动简图,1-3,平面机构的自由度,一、平面机构自由度的计算公式,一个不受任何约束的构件在平面运动中有三个自由度具有,n,个,活动构件,的平面机构，若各构件之间共构成,P,L,个低副和,PH,个高副，则它们共引了,(2P,L,+P,H,),个约束，机构的自由度,F,显然为,:,F=3n-(2,P,L,+,P,H,)(2-1),这就是平面机构自由度的计算公式，也称为平面机构结构公式。,二、机构具有确定运动的条件,机构的自由度数目和机构原动件的数目与机构的运动有着密切的关系：,1),若机构自由度,，则机构,不能动,；,2),若,且与原动件数相等,，则机构各构件间的相对运动是,确定的,；这就是机构具有确定运动的条件。,3),若,0,，而原动件数,，而原动件数,F,，,则构件间,不能运动或产生,破坏,图,2,6,【,例,】,求颚式碎矿机机构自由度。,解：,由机构运动简图可以看出，该机构共有,3,个运动构件（即构件,2,、,3,、,4,），,4,个低副（即转动副,O,、,A,、,B,、,C,），,没有高副。故根据机构自由度计算公式可以求得机构的自由度为：,推土机机构,F=3*5-2*7=1,锯床机构,F=3n-2PL-PH,3*7-2*6=9,？,3*7-2*10=1,错误,计算平面机构自由度,复合铰链,由,两个以上,构件在,同一处,构成的重合转动副称为复合铰链。由,m,个构件,汇集而成的复合铰链应当包含（,m-1,）,个转动副。,F=3n-2PL-PH=,3*3-2*(2+1)-1=2,F=3n-2PL-PH=,3*2-2*2-1=1,错误,正确,2,局部自由度,与,输出机构运动无关,的自由度称为局部自由度。在计算机构自由度时，局部自由度应当,排除,不计。,优点：局部自由度虽不影响整个机构的运动，但滚子可使高副处的滑动摩擦变成滚动摩擦，,减少磨损,。,3,虚约束,对机构运动,不起独立限制,作用的约束称为虚约束。,优点：虚约束虽对运动不起作用，但可,增加构件的刚性,或使,构件受力均衡,。,注意：需要较高制造精度,常见的虚约束有以下几种情况,1),当两构件组成多个,移动副,，且其,导路互相平行或重合,时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束,.,2),当两构件构成多个,转动副,，且,轴线互相重合,时，则只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。,3),如果机构中,两活动构件上某两点的距离始终保持不变,，此时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引入一个虚约束。,4),机构中对运动起重复限制作用的,对称部分,也往往会引入虚约束。如图所示的行星轮系具有两个虚约束,计算自由度,F=3n-2PL-PH=,3*7-2*9-1=2,C,：,复合铰链,E,：,虚约束 滚子为局部自由度,F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1,C:,复合铰链,E,：,虚约束,滚子为局部,自由度,唧筒机构,回转柱塞泵,缝纫机下针机构,偏心轮模型,冲压机构,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,F=3n-2PL-PH=3*9-2*12-2=1,锯木机机构,F=3*8-2*11-1=1,平炉渣口堵塞机构,F=3*6-2*8-1=1,测量仪表机构,F=3*6-2*8-1=1,缝纫机送布机构,F=3*4-2*4-2=2,1-4,速度瞬心及其应用,1,、速度瞬心的概念,;,2,、速度瞬心数目,;,3,、速度瞬心的位置,;(,直接构成运动副，间接构成运动副：三心定理,),4.,应用,速度瞬心及其应用,1,、速度瞬心的概念：,两个刚体上相对速度为零的重合点。,如果两刚体之一是静止的，其瞬心为绝对速度瞬心。,如果两刚体都是运动的，其瞬心为相对速度瞬心。,2,、速度瞬心数目：,如果一个机构由,k,个构件所组成，则它的瞬心总数为：,N=k(k-1)/2,速度瞬心及其应用,3,、速度瞬心的位置：,直接构成运动副,间接构成运动副,三心定理,：作平面运动的三个构件间共有三个瞬心，它们位于同一直线上。,两构件通过转动副直接相连,两构件通过移动副直接相连,两构件通过高副直接相连,速度瞬心及其应用,小结：,常用在构件较少的机构中，不适用多杆机构,找瞬心时可根据实际情况找所用的瞬心,只适用于速度分析，不适用加速度分析,只适用一个或几个位置的求解，不适于多位置或一个周期内的速度、加速度分析,x,y,z,x,y,A,返回,空间自由度数为,6,平面自由度数为,3,