第一章平面机构的自由度和速度.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,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,*,第一章 平面机构的自由度 和速度分析,平面机构：所有构件都在互相平行的平面内运动,空间机构：构件不在互相平行的平面内运动,本课程主要研究平面机构,1-1,运动副及其分类,一、,构件的,自由度,(,构件相对参考系的独立运动,),A,X,Y,O,x,y,q,平面运动的构件，有,3,个自由度,空间运动的构件，有,6,个自由度,二、约束,(,对独立运动所加的限制,),三、运动副,平面机构中每个构件都不是自由构件，而以一定的方式与其他构件组成动联接,运动副,两构件,直接接触,并能产生一定,相对运动,的联接，称为运动副,运动副元素,参与接触而构成运动副的点、线、面,四、运动副分类,根据接触形式，运动副分：,1,）低副：面接触的运动副,转动副,、,移动副,2,）高副：点或线接触的运动副,齿轮副,、,凸轮副,1,）,平面运动副,：相对平面运动,2,）,空间运动副,：相对空间运动,螺旋副，球面副,根据运动形式，运动副分：,球面副,螺旋副,五、运动副的约束,1,）,低副：,转动副,、,移动副,2,）高副：,齿轮副,、,凸轮副,。,具有,2,个约束，保留,1,个自由度,具有,1,个约束，保留,2,个自由度,3,）空间运动副：,球面副,、,螺旋副,。,一、定义和作用,机构运动简图,说明机构,各构件间相对运动关系,的简化图形,运动副和构件的形状,运动副符号,及,代表构件的线条,运动副的相对位置,按比例画,线条长度及运动副间相对位置,1-2,平面机构运动简图,组成：线条和符号,符号表示运动副，线条表示构件,二、机构运动简图的绘制,1,、运动副的表示符号：,1),两构件构成转动副,2),两构件构成移动副,3),两构件组成平面高副,用两,构件接触点（线）附近的两段轮廓表示,4,）凸轮机构和齿轮机构的习惯表示,2,、,构件表示方法,：,构件上的,运动副元素,按其位置表示 用线条将运动副元素联接起来,1),具有两个运动副元素的构件：,2),具有三个运动副元素的构件,:,3,、机构中构件的分类,（,1,）固定构件（机架）,支撑活动构件，,固定不动,（,2,）原动件（主动件）,运动规律已知,的活动构件,运动,由外界输入,的,（,3,）从动件,随原动件运动而运动,的活动构件,又称输出构件,机构,=,机架,+,原动件,+,从动件,4,、运动简图的绘制步骤,1,）确定机架,2,）确定原动件,3,）确定从动件,4,）确定,构件数量,及,构件间的相对运动,关系,，以确定运动副的种类和数目,5,）选择适当的投影面,6,）选择比例尺,7,）以线条和规定的运动副符号表示构,件和运动副,单击,牛头刨床结构示意图,牛头刨床运动图,1-3,平面机构的自由度,组合起来的构件系统能否,产生相对运动,并,具有确定运动,?,平面机构的自由度,机构具有确定运动,的条件,一、平面机构的自由度,定义：,机构中各个构件相对于机架,具有的独立运动数目,两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些,约束,低副：,高副：,转动副,移动副,齿轮副,凸轮副,低副引入？约束,高副引入？约束,N,个平面运动构件，未用运动副联接前可动构件的自由度总数为？,3N,各构件用运动副连接后,由于运动副引入约束使构件自由度减少。若机构中有,P,L,个低副和,P,H,个高副，运动副引入的约束数为？,2P,L,+P,H,自由度的计算公式：,自由度总数减去约束总数,F,3N-2P,L,-P,H,F=3324=1,F=3,4,2,5=2,n=3,P,l,=4,n=4,P,l,=5,四杆机构,五杆机构,例：,二、机构具有确定运动的条件,机构的自由度必须大于零，才能保证除机架之外的其它构件能够运动。,如果机构的自由度等于零，所有构件就不能运动了，因此也就构不成机构了。,通常我们用具有一个独立运动的构件作原动件，因此，构件系统成为机构的充分必要条件为：,构件系统的自由度必须大于零，且原动件的数目必须等于自由度数。,三、计算平面机构的自由度应注意的几个问题,1,复合铰链,两个以上构件组成两个或更多个共轴线的转动副，即为,复合铰链,。,构件在,A,处构成复合铰链。由图,B,可知，此三构件共组成两个共轴线转动副，当有,k,个构件在同一处构成复合铰链时，就构成,k-1,个共线转动副。在计算机构自由度时，应仔细观察是否有复合铰链存在，以免算错运动副的数目。,F=37210=1,n=7,P,l,=10,例：,A,C,D,F,F,B,E,2,局部自由度,机构中不影响其输出与输入运动关系的个别构件的独立运动自由度，称为机构的局部自由度，在计算机构自由度时，可预先排除。,在计算自由度时，拿掉这个局部自由度，即可将滚子与装滚子的构件固接在一起。,A,B,C,3,2,1,A,B,C,3,2,1,3,虚约束,在机构中与其他约束重复而不起限制运动作用的约束称为虚约束。在计算机构自由度时，应当除去不计。,N=4,P,L,=6,P,H,=0,F=3x4-2x6-0=0,有的约束所起的限制作用重复,N=3,P,L,=4,P,H,=0,F=3x3-2x4-0=1,常见的虚约束：,（,1,）,两构件上的两点距离保持恒定，在此两点间加一构件和两个回转副，则此联结带入的约束为虚约束。,（,2,）两构件组成的若干个导路中心线互相平行或重合的移动副。,x,1,x,2,A,B,C,1,2,3,4,x,1,x,2,3,）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。,A,B,C,2,A,B,D,F,E,3,4,1,5,5,（,4,）在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链来传递运动，只有一组起独立传递运动的作用，其余各组常引入虚约束。,计算机构的自由度,F=37-29-1=2,N=7,P,L,=9,P,H,=1,1-4,速度瞬心法及其在机构速度分析上的应用,一、速度瞬心及其求法,1,速度瞬心：两作相对运动的刚体，其相对速度为零的重合点。,绝对瞬心：两刚体其一是固定,的,相对瞬心：两刚体都是运动的,P,12,1,2,v,A,2,A,1,v,B,2,B,1,A,B,i,构件和,j,构件瞬心的表示方法：,P,ij,或,P,ji,2,瞬心的数目,k,为构件数目,3,瞬心的求法,P,12,1,2,P,12,1,2,P,12,1,2,v,K,2,K,1,K,1,2,1),根据瞬心定义直接求两构件的瞬心,三心定理,:,任意三个构件有三个瞬心,这三个瞬心 在同一直线上,2),根据三心定理求两构件的瞬心,二、瞬心法在速度分析上的应用,1,、四杆机构的瞬心,P,24,P,13,v,P,3,P,14,P,12,P,23,P,34,v,P,13,=,w,1,l,P,14,P,13,=,w,3,l,P,14,P,34,w,1,w,3,1,2,3,4,P,14,P,12,P,23,P,13,P,34,2,1,3,A,B,C,v,C,=,w,1,l,AP,13,2,、曲柄滑块机构,3,齿轮或摆动从动件凸轮机构,P,21,P,31,P,32,A,B,1,2,3,w,2,w,3,n,n,1,2,3,w,1,P,13,P,23,P,12,4,、直动从动件凸轮机构,三、瞬心法的优、缺点,优点：求简单机构的速度方便,缺点：复杂机构，瞬心数目多，求解复杂；作图时，瞬心可能在图纸外；不便于求解加速度。,The End,转动副,(,回转副或铰链,),：具有一个独立相对转动的运动副,移动副（棱柱副）：具有沿一个方向独立相对移动的运动副,齿轮副,凸轮副,