第一章 平面机构的自由度和速度分析(PSG).ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,第,1,章,平面机构的自由度和速度分析,课题名称：精密机械设计基础,2009,年,2,月,-,2009,年,4,月,构件分类,1-2,平面机构运动简图,常用的平面运动副符号,1-2,平面机构运动简图,运动副名称,运动副符号,两运动构件构成的运动副,两构件之一为固定时的运动副,平面运动副,转动副,移动副,平面高副,空间运动副,螺旋副,球面副及球销副,常用构件画法,1-2,平面机构运动简图,杆、轴类构件,固定构件,同一构件,两副构件,三副构件,构件分类,固定构件：,支撑活动构件（运动构件）的构件；,原动构件：,运动规律已知的活动构件；,从动构件,：随原动件运动而运动的其余活动构件,1-2,平面机构运动简图,内燃机机构图,固定构件,原动件,从动件,构件分类,1-2,平面机构运动简图,任何机构必有一个构件被相对地看做固定构件；在活动构件中必须有一个或几个原动件，其余的都是从动件。,如何绘制机构简图,1-2,平面机构运动简图,1-3,平面机构的自由度,平面机构满足什么条件才能具有确定的相对运动,？,一个作平面运动的自由构件具有,3,个独立的运动,这种相对于参考系构件所具有的独立运动称为构件的,自由度,三个自由度,平面机构的每个活动构件，在未用运动副连接之前都有,三个自由度，机架没有自由度。,1-3,平面机构的自由度,当两个构件组成运动副后，相对运动受到约束，自由度随之减少。,转动副,移动副,高副,约束了,两个移动自由度,约束了,(1),垂直于,导路方向上的移动自由度,；,(2),转动自由度,约束了,接触点法线方向上的移动自由度,平面机构中每引入一个,低副,，机构失去,2,个自由度，每引入一个,高副,，机构失去,1,个自由度,平面机构的自由度,F,=3,n,-2,P,L,-P,H,n,为活动构件数目,PL,为机构中低副的数量,PH,为机构中高副的数量,1-3,平面机构的自由度,平面机构中每引入一个,低副,，机构失去,2,个自由度，每引入一个,高副,，机构失去,1,个自由度,机构自由度取决于活动构件数，以及运动副的性质和个数,1-3,平面机构的自由度,机构的自由度就是机构相对于机架所具有的独立运动的数目。机构中只有原动件才有,确定的,独立运动，所以机构具有确定的相对运动的条件是：,机构的自由度,F1,且,F,等于原动件数,1-3,平面机构的自由度,机构的自由度就是机构相对于机架所具有的独立运动的数目。机构中只有原动件才有,确定的,独立运动，所以机构具有确定的相对运动的条件是：,机构的自由度,F1,且,F,等于原动件数,F,a,=,32-23=0,F,b,=,33-25=-1,F,0,运动链不能运动，不成为机构,F,=,34-25=,2,1,个原动件,F,0,，,但原动件数目小于自由度数目，运动不确定，不能成为机构。,1-3,平面机构的自由度,如果机构原动件如果不等于自由度,F,=,33-24=,1,2,个原动件,F,0,，,但原动件数目大于自由度数目，运动链被破坏，不能成为机构。,1-3,平面机构的自由度,1-3,平面机构的自由度,机构的自由度,F0,，且,F,等于原动件数！,机构有确定运动的条件是：,1-3,平面机构的自由度,问题,1,：复合铰链,两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。,解决方案,k,个构件在同一处构成复合铰链，,实际上构成了,(,k,-1),个转动副。,F,=,35-27=,1,计算机构自由度时应注意的问题,1-3,平面机构的自由度,解决方案：,计算机构自由度时，假想滚子和安装滚子的构件固接为一个整体，成为一个构件或在计算结果中去除局部自由度,某些构件具有的只影响自身局部运动而不影响其它构件运动的自由度，经常发生在将滑动摩擦变为滚动摩擦的场合。,与输出构件运动无关的自由度，亦称多余自由度,局部自由度,1-3,平面机构的自由度,局部自由度,局部自由度！,假设焊接成一体,虚约束：,在特定的几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用是一致的。这种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。,1-3,平面机构的自由度,虚约束,计算自由度时应将虚约束去除不记,场合一：两个构件之间形成多个与导路平行的运动副,F,=,31-22=-,1,解决方案：,计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用，认为两个构件之间只形成一个运动副,F,=,31-21=,1,1-3,平面机构的自由度,虚约束,场合二：,用双转动副杆联接两构件上距离保持不变的两点,机构运动过程中，如果两构件上某两点之间的距离始终保持不变，则若用双转动副杆将这两点相连，将带入一个虚约束。,上图机构的自由度是：,F=33-24=1,1-3,平面机构的自由度,虚约束,1-3,平面机构的自由度,场合三：机构传动中存在,不起独立作用,的对称部分,传递较大功率，保持机构受力平衡,机构的自由度,F=33-23-2=1,1,2,2,3,虚约束,1-3,平面机构的自由度,虚约束小结：,虚约束的作用：,虚约束的引入，一般是为了改善机构受力，增大传递功 率或者其它特殊需求；,如何处理：,计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用；,注意问题：,（,1,）,虚约束的成立，要满足一定的几何条件或者结构条件，如果这些条件被破坏，将转化了实约束，影响机构运动；,（,2,）,机械设计中如果需要采用虚约束，必须保证设计、加工、装配精度，以确保满足虚约束存在的条件。,1-3,平面机构的自由度,例：计算大筛机构自由度,复合铰链？,局部自由度？,虚约束？,n,=7,P,H,=1 P,L,=9,F,=,37-29 1=2,1-4,速度瞬心及其在机构速度分析上的应用,速度瞬心,瞬时相对速度为零的重合点,瞬时绝对速度相等的重合点,构件,i,和构件,j,之间的瞬心用符号,Pij,表示,相对速度瞬心：,绝对速度不等于零的速度瞬心,绝对速度瞬心：,绝对速度等于零的速度瞬心,机构中瞬心数目的确定,:K=N(N-1)/2,速度瞬心：,任一刚体相对于另一刚体作平面运动时，在任一瞬时，其相对运动可以看作绕某重合点的转动，该重合点称为这两个刚体的速度瞬心,速度瞬心及其在机构速度分析上的应用,速度瞬心的求法,定义法,速度瞬心及其在机构速度分析上的应用,常见运动副速度瞬心,转动副中心,垂直于导路方向的无穷远处,接触点,接触点处的公法线,速度瞬心及其在机构速度分析上的应用,不直接接触构件间速度瞬心的求法,三心定理：,作相对平面运动的三个构件共有三个瞬心，这三个瞬心位于同一条直线上,速度瞬心：,平面机构的瞬心数：,绝对速度相等（大小相等，方向相同）,1-4,速度瞬心及其在机构速度分析上的应用,速度瞬心是否一定在构件上,？,1-4,速度瞬心及其在机构速度分析上的应用,例,:,带移动副机构速度瞬心的求法,1-4,速度瞬心及其在机构速度分析上的应用,W2/W4=?,W2/W3=?,1-4,速度瞬心及其在机构速度分析上的应用,问题,1,：构件,1,、,2,的速度瞬心在哪里？,问题,2,：,W1/W2=,？,1-4,速度瞬心及其在机构速度分析上的应用,问题,1,：构件,1,、,2,的速度瞬心在哪里？,问题,2,：,V2=,？,本章总结,运动副的概念及分类,平面机构运动简图的绘制方法,平面机构自由度的计算，能正确判断 复合铰链、局部自由度、虚约束,速度瞬心的概念，三心定理，能利用三心定理画出机构的全部瞬心，,求构件间速度和（或）角速度的关系,本章作业,1-1,至,1-4,1-6,，,1-10,，,1-13,