第一章平面机构的自由度和速度分析.ppt

*,/36,第一章,平面机构的自由度和速度分析,11,运动副及其分类,12,平面机构运动简图,13,平面机构的自由度,1,11,运动副及其分类,一、运动副的定义,零件 构件 机构,运动副：,两构件组成的,直接接触,并能产生某种,相对运动,的联接,。,分析图,0-1,，,寻找运动副,刚性联接,可动联接,接触形式：,点、线、面,运动形式：,滑、转、滚,内燃机,6,5,4,3,8,7,1,2,9,10,1,和,2,；,2,和,5,；,5,和,6,；,7,和,8,；,9,和,10,。,2,两构件组成运动副时，构件之间的,接触形式,不外乎,点,、,线,、,面,三种。,参与接触,而构成运动副的,点、线、面,，称为,运动副元素,。,图,a,、图,b,、图,c,的,运动副元素,分别是：,圆柱面与圆孔面、棱柱面与棱孔面、两齿廓曲面。,图,a,图,b,图,c,11,运动副及其分类,3,二、运动副的分类,按构成运动副的两构件,接触的形式,来分：,1,、平面运动副,1,）低副,：,两构件通过,面接触,而构成的运动副,。,又根据组成低副的两构件之间的,相对运动性质,分：,转动副,（或,铰链,）：,两构件之间的,相对运动为转动,的运动副,(,如图,1-2),。,固定铰链,:,两构件中,有一个构,件,是固定的；,活动铰链,:,两构件,都未,固定。,11,运动副及其分类,平面、圆柱面、棱柱面,图,1-2,4,2,）,高副,：,两构件通过,点,或,线接触,而组成的运动副,(,如图,1-4),。,移动副,：,两构件之间的,相对运动为移动,的运动副,(,如图,1-3),。,图,1,-,4,图,1,-,3,11,运动副及其分类,5,三、机构,1,、概念：,机构是由,若干个构件,通过,运动副,联接而成,的整体。,2,、特点：,1,）在机构中有一个,固定不动的构件,，称为,机架,。,2,）组成机构的,各构件之间具有确定的相对运动,。,11,运动副及其分类,6,一、概念,用,简单线条和规定的符号,来表示构件和运动副，并,按一定的比例,定出,各运动副的相对位置,，从而表示出各构件相对运动的简化图形。,1,、机构运动简图,比例尺：,L,=,（,L,1,时，表示,缩小,）,转动副间的中心距,要按比例画的尺寸有：,移动副的导路方向,高副的形状尺寸,12,平面机构运动简图,7,12,平面机构运动简图,要遵循的原则：,机构运动简图与原机构具有完全相同的运动特征；,凡与机构各部分运动有关的要素都应表示清楚；,凡与机构运动无关的要素都应略去。,构件数目，运动副数目、类型，运动,副间的相对位置，原动件的运动规律。,构件的外形,（高副的轮廓形状除外）,、,断面尺寸，运,动副的具体构造，组成构件的零件数目及固联方式。,8,二、运动副的表示方法（代号）,1,、转动副：,一般,用小圆圈“”表示，其,圆心,表示两构件,相对转动的中心,。,12,平面机构运动简图,1,2,1,2,1,2,2,1,2,1,1,2,1,2,2,1,9,2,、移动副：,一般用“”和“”表示，矩形框的,长边,或,直线,表示,移动导路,或,其中心线的位置,。,12,平面机构运动简图,10,3,、高副：,画出两构件,接触处的曲线轮廓,(,齿轮除外,：可用,两节圆,表示,),。,齿轮机构,凸轮机构,2,1,12,平面机构运动简图,11,三、构件的表示与分类,1,、构件的表示,1,）先将某构件上,所有运动副,按位置用,规定符号,画出；,2,）用,简单线条,将该构件上各运动副连成一体。,例,1,：,一,个构件,两,个运动副,12,平面机构运动简图,12,12,平面机构运动简图,例,2,：,一,个构件,三,个运动副,2,、构件的分类,1),固定构件（机架）,：用来支撑活动构件的构件,2),原动件（主动件）,：运动规律已知的活动构件。其运动由外界输入,3),从动件,：机构中随原动件的运动而运动的其余活动构件。可能是,输出构件,，也可能是,执行件,13,12,平面机构运动简图,四、机构运动简图的绘制步骤,思路：,先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路,末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及,运动副的类型，并用符号表示出来。,顺口溜：,先两头，后中间，从头至尾走一遍，,数数构件是多少，再看它们怎相联。,具体步骤：,1),分析机构：先,找原动件和执行件,，再顺着原动件到执行件找到其余构件,;,2),确定各构件间的,运动副及其类型和数目,;,3),测定与机构运动有关的尺寸，测出,各运动副间的中心距,;,14,4),选择合适的投影面，取,比例尺,（要适当），,根据机构的运动尺寸,定出各运动副之间的相对位置,，用构件和运动副的,规定符号,绘制机构的运动简图。,5),标出,表示原动件运动方向的,箭头,，给各构件标上代号,(1,、,2,、,3.),，一般机架为最后代号，运动副用大写英文字母,(A,、,B,、,C.),来表示。,注意点：,12,平面机构运动简图,代表机架的构件要加上斜线,构件尽量不要重叠或交叉,15,注意以下简图的区别：,1,2,1,2,2,1,2,1,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,3,1,2,1,2,1,2,12,平面机构运动简图,16,例,1-1,绘制图,1-8,所示鄂式破碎机的机构运动简图。,12,平面机构运动简图,D,C,B,A,1,4,3,2,取比例尺：,1mm/mm,17,例：,绘制如图所示牛头刨床机构的运动简图。,1,2,3,4,5,6,7,7,12,平面机构运动简图,取比例尺：,1mm/mm,18,一、构件的自由度和约束,1,、构件的自由度,相对于参考系构件所具有的,独立运动的可能,性,，,或者说,确定构件位置所需的,独立运动的参数,。,如图，一个在平面内自由运动的构件（自由构件）在,xoy,坐标系中，其独立运动的可能性有：,O,x,y,S,A,x,、,y,、,A,。,每个自由构件有,3,个自由度,。,13,平面机构的自由度,19,13,平面机构的自由度,t,2,、约束：,限制构件相对独立运动的作用,对于平面机构来说，每个运动副引入的约束数目最多为,2,个，而剩下的自由度最少为,1,个。,3,、运动副的约束特点,转动副,名称,表示方法,约束,（自由度）相对运动,移动副,高 副,A,n,n,t,A,x、y,A,（,2,个）,（,1,个）,y、,（,2,个）,x,（,1,个）,n,n,（,1,个）,t,t,A,（,2,个）,每个低副,引入,2,个约束,；,每个高副,引入,1,个约束,。,1,2,2,1,2,1,20,13,平面机构的自由度,二、自由度计算公式,若机构共有,P,L,个低副,、,P,H,个高副,，则机构受到的,总约束数,为,2P,L,+P,H,个。,平面机构自由度的计算公式,为：,F=3n-（2P,L,+P,H,）=3n-2P,L,-P,H,假设：一个机构共有,n,个活动构件,(,不包括机架,),在未联接之前相对于机架,共有,3n,个自由度,通过运动副联接后就引入了约束,每个低副引入,2,个约束,，,每个高副引入,1,个约束,。,21,13,平面机构的自由度,三、机构具有确定运动的条件,机构具有确定相对运动的条件为：,机构的自由度数目,应等于,机构的原动件数,。,即,F=,给定的原动件数,，且,F0,。,从动件不能独立运动，只有原动件才能独立运动。,通常原动件是与机架用,低副,相联的，因此,每个原动件只能给定一个独立运动,。,22,13,平面机构的自由度,讨论,：,1,）如,FW(,原动件数,),且,F 0,，,机构的,运动不确定,；,3,）如,F0,，,机构,不能动,（如建筑上的桁架）；,2,）如,F 0,，,导致机构,卡死,或产生,破坏,；,23,例,:,分别计算图,a,、图,b,机构的自由度，分析是否具有确定的相对运动。,图,a,图,b,解：,n=,F=3n,-,（2P,L,+P,H,）,=1,=3,3,-,2,4,F=,给定的原动件数,该机构具有确定的相对运动,F=,给定的原动件数,该机构具有确定的相对运动,F=3n,-,（2P,L,+P,H,）,=2,=3,4,-,2,5,解：,3,，,P,L,=,4,，,P,H,=,0,n=,4,，P,L,=,5,，P,H,=,0,13,平面机构的自由度,24,例,：,计算图示牛头刨床机构的自由度。,解,：,F=3n,-,（2P,L,+P,H,）,=3,=3,8,-,2,10,n=,8,，P,L,=,10,，P,H,=,1,-,1,例,1,-,7,计算图,1,-,17,所示大筛机构的自由度。,解,：,F=3n,-,（2P,L,+P,H,）,=1,=3,6,-,2,8,n=,6,，P,L,=,8,，P,H,=,1,-,1,25,四、计算平面机构自由度时应注意的事项,1,、复合铰链,概念,：,两个以上,的构件,同在一处,用,转动副,（重合）来联接的运动副。,图,1-13,a),b),处理办法,：如图,1-13 a),所示，,3,个构件,构成了复合铰链，由图,b,可看出，这,3,个构件共构成,2,个转动副,。同理，,m,个构件,（,包括机架,）组成的复合铰链，共有,m-1,个转动副,。,13,平面机构的自由度,26,例,1-5,计算图,1-14,所示圆盘锯主体机构的自由度数。,图,1-14,解：,此,机构在,A,、,B,、,C,、,D,四处都是由,3,个构件组成的复合铰链，各有,2,个转动副。,n=,7,，P,L,=,10,，P,H,=,0,F=3n,-,（2P,L,+P,H,）,=1,=3,7,-,2,10,13,平面机构的自由度,27,2,、局部自由度,1,）概念,：,与输出构件的运动无关,的自由度。,如图,1-15a,所示的,滚子从动件凸轮机构,中，滚子,3,绕其自身轴线是否转动，并不影响其他构件的运动，因此滚子绕其轴线的转动是一个局部自由度。,图,1-15a,2,）处理办法,：,在计算自由度时，去掉这个局部自由度，即可将,滚子与装滚子的构件焊接在一起,（如图,1-15b,）。,图,1-15b,13,平面机构的自由度,28,3,）局部自由度引入的目的,：,一般来说，局部自由度的引入主要是,减轻磨损,，,减少摩擦,。,例：计算图,1-15,所示滚子从动件凸轮机构的自由度。,解,：,F=3n,-,（,2P,L,+P,H,）,=1,=3,2,-,(2,2,n=,2,，P,L,=,2,，P,H,=,1,+,1),图,1,-,15,13,平面机构的自由度,29,3,、虚约束,1,）概念：,在运动副引入的约束中，有些约束对机构自由度的影响是重复的，它对机构运动不起任何的限制作用。我们把这种,重复,而对机构运动,不起限制作用的约束,称为,虚约束,。,2,）处理办法：,在计算机构的自由度时，应当将,具有虚约束运动副的构件,连同它所带入的,与机构运动无关的运动副,一并,除去不计,。,3,）常见的虚约束：,13,平面机构的自由度,30,（,1,）两构件在,多处接触,而构成移动副，且移动的导路彼此,平行或重合,，只能算,一个移动副,。,（,2,）两构件在,多处接触,而构成转动副，且转动,轴线重合,，只能算,一个转动副,。,13,平面机构的自由度,31,（,3,）,机构中起相同作用的,对称部分,：,如图,1-16,所示的轮系中，,从机构传递运动的角度,来说，仅有一个齿轮（,2,）就可以了，其余两个齿轮（,2,和,2,）是多余的，故此两个齿轮引入的约束为虚约束。,则该机构的自由度为：,F=3n-(2P,L,+P,H,),=3 3-,（,2 3+2,）,-0,=1,图,1-16,4,、虚约束的作用：,可以增加,构件的刚度,和,改善,机构的受力情况,。,13,平面机构的自由度,32,解：,F=3n,-,（2P,L,+P,H,）,=3,=3,8,-,2,10,n=,8,，P,L,=,10,，P,H,=,1,-,1,例,1-7,计算图,1,-,17,所示大筛机,构的自由度。,解：,F=3n,-,（,2P,L,+P,H,）,2,=3,7,-,(2,9+,n=,7,，P,L,=,9,，P,H,=,1,1,),=,13,平面机构的自由度,复,局,虚,33,例：计算图示机构的自由度,解,：,F=3n,-,（,2P,L,+P,H,）,1,=3,6,-,(2,7+,n=,6,，P,L,=,7,，P,H,=,3,3,),=,(,构件,1,和,AB,焊接在一起,),。,复,复,复,34,小 结：,通过本章的学习，要求：,1,、会绘制简单的平面机构运动简图，,应该表达出,：,构件的数目,、,运动副的数目,、,运动副的类型,、,运动副间的相对位置,、,原动件的运动规律,等。,2,、熟练掌握,平面机构自由度的计算,（,会,正确判断,复合铰链、局部自由度、虚约束,）。,第一章,平面机构的自由度和速度分析,3,、掌握,机构具有确定运动的条件,。,35,题,1,-,1,图 唧筒机构,题,1,-,2,图 回转柱塞泵,36,