平面机构以及自由度计算(课堂PPT).ppt

化工机械设计基础主讲：刘宗库12目录平面机构运动简图平面机构组成平面机构自由度计算课后补充22平面机构机构简图绘制自由度计算应用逻辑关系32提问环节零件和构件的区别？举例零件和构件的区别？举例零件和构件的区别？举例零件和构件的区别？举例说明。（学生自行讨论）说明。（学生自行讨论）说明。（学生自行讨论）说明。（学生自行讨论）42024/6/27 周四构件：机构中的运动单元，具有独立运动特性。零件：组成机器的不可拆卸的基本单元，制造单元。关系：机构可以是一个零件（曲轴），也可以是若干个无相对运动的零件组成（连杆）。答案提示52024/6/27 周四平面机构：所有构件都在相互平行的平面内运动的平面机构：所有构件都在相互平行的平面内运动的机构。机构。（否则称为（否则称为“空间机构空间机构”，本课程不讨论），本课程不讨论）自由度：构件所具有的独立运动（坐标）的数目。自由度：构件所具有的独立运动（坐标）的数目。一，平面机构的组成思考构件在平面内中有几个自由度？相应在空间内有几个自由度？62024/6/27 周四xzy12动画演示，仔细观察72024/6/27 周四xzy12为观察构件1，2的运动，将其置于0-xyz坐标系中，并将构件1与坐标系固定。82024/6/27 周四xzy1292024/6/27 周四zxy12102024/6/27 周四zxy12112024/6/27 周四zxy12122024/6/27 周四zxy12132024/6/27 周四xzy12构件2相对构件1有六个自由度。142024/6/27 周四xzy12若将其限制为平面运动，则构件2只能在O-XY坐标系中运动。152024/6/27 周四xy12o162024/6/27 周四xy12o限制为平面运动，即加入三个公共约束。可见，加入一个约束即减少一个自由度。172024/6/27 周四xy12o若两构件以转动副相连，则沿x,y方向受到约束，仅剩下沿z轴转动一个自由度。182024/6/27 周四xy12o若两构件以转动副相连，则沿受到约束，仅剩下沿轴转动一个自由度。192024/6/27 周四xy12o若两构件以转动副相连，则沿受到约束，仅剩下沿轴转动一个自由度。202024/6/27 周四xy12o若两构件以转动副相连，则沿受到约束，仅剩下沿轴转动一个自由度。212024/6/27 周四构件在平面中运动是重点，故再次巩固构件在平面中运动是重点，故再次巩固构件在平面中，自由度为构件在平面中，自由度为3222024/6/27 周四运动副及其分类（一）、运动副定义：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。两构件组成运动副，其接触不外乎点、线、面。（二）、运动副分类：1、低副：两构件通过面接触组成的运动副。如活塞与气缸、活塞与连杆。1）转动副（铰链）：只能在一个平面内相对转动的运动副。232024/6/27 周四图b 转动副（活动铰链）图a 转动副（固定铰链）242024/6/27 周四2）移动副：只能沿某一轴线相对移动的运动副。移动副思考：低副限制了几个自由度，剩余几个自由度？252024/6/27 周四凸轮副图齿轮副2，高副：两构件通过点或线接触组成的运动副思考：高副限制了几个自由度，剩余几个自由度？262024/6/27 周四图图螺旋副螺旋副图图球面副球面副图图1-5空间运动副空间运动副3，空间副两构件相对运动是空间运动272024/6/27 周四二，平面机构简图及其绘制联想：在高中（中专）大家在受力分析中对于复杂物体是如何处理的？机构简图回答：为了研究受力，忽略实际物体形状，大小，创建力学模型。讨论：如何分析内燃机和颚式破碎机？282024/6/27 周四12 平面机构运动简图平面机构运动简图（一）、机构运动简图：（一）、机构运动简图：说明机构各构件之间相对运动说明机构各构件之间相对运动关系关系 的简单图形。的简单图形。1）用简单线条和符号表示构件和运动副。）用简单线条和符号表示构件和运动副。2）按一定比例定出各运动副位置。）按一定比例定出各运动副位置。（二）、运动副表示方法（二）、运动副表示方法图图1-6 平面运动副的表示方法平面运动副的表示方法292024/6/27 周四低副构件的表示方法低副构件的表示方法 注意：画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。注意：画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。302024/6/27 周四（三）、构件分类：（三）、构件分类：1）机架（固定构件）机架（固定构件）每个机构中必有，常用作参考每个机构中必有，常用作参考坐标系。坐标系。2）原动件（输入构件）原动件（输入构件）运动规律已知的构件。必有一运动规律已知的构件。必有一个或几个，其运动规律由外界个或几个，其运动规律由外界给定。给定。3）从动件）从动件 随原动件随原动件运动而运动的其它活动构件。运动而运动的其它活动构件。其中输出预期运动的从动件称其中输出预期运动的从动件称为输出构件。为输出构件。图图 平面连杆机构平面连杆机构机构=机架+原动件+从动件1个1或几个若干个312024/6/27 周四（四）、机构运动简图的绘制（四）、机构运动简图的绘制绘制机构运动简图的步骤绘制机构运动简图的步骤1）分清机架、主动件；2）循着运动传递的路线；3）能充分反映机构的特性；4）确定比例尺，用规定的符号和线条绘制。举例：绘制破碎机和内燃机的机构运动简图举例：绘制破碎机和内燃机的机构运动简图322024/6/27 周四1 12 23 34 4ABC141223A14B12C233 32 24 41 1D34例例1：内燃机汽缸：内燃机汽缸332024/6/27 周四A1234BCD例例2 2 颚式破碎机式破碎机图1-9 颚式破碎机及机构的式破碎机及机构的运运动简图34法线方向法线方向移动受约束移动受约束转动副转动副：x、y轴方向移动受约束轴方向移动受约束移动副：移动副：转动及某一方向的移动受约束转动及某一方向的移动受约束高高 副：副：三，机构自由度的计算三，机构自由度的计算丧失丧失2个个自由度；自由度；丧失丧失2个个自由度；自由度；丧失丧失1个个自由度。自由度。结论：平面机构中，构件间形成一个低副，失去结论：平面机构中，构件间形成一个低副，失去2个个自由自由度，形成一个高副，失去度，形成一个高副，失去1个个自由度。自由度。352024/6/27 周四2、平面机构自由度计算、平面机构自由度计算 若一平面机构有若一平面机构有K个构件个构件，除去固定件（除去固定件（1个），个），活动构件数活动构件数 nK1，若机构中若机构中低副数目为低副数目为 PL，高副数目为高副数目为 PH，则该机构自由度则该机构自由度 F 的计算公式为：的计算公式为：机构的自由度数即是机构的自由度数即是机构所具有的独立运机构所具有的独立运动的数目。动的数目。推想：欲使机构有确定的运动，必须使机构的自由度等于原动件的个数。3、举例、举例F3n2PLPH362024/6/27 周四则：则：F3n2PLPH例13 计算图示颚式破碎机主体结构的自由度解：n3，PL4，PH 0，3 x 32 x 4 0 1372024/6/27 周四F=32-23=0桁架结构F=3n-（2 pl+ph）具有确定运动的条件382024/6/27 周四13123392024/6/27 周四13123402024/6/27 周四13123412024/6/27 周四3F=3n-（2 pl+ph）F=33-(2 4+0)=11312给一个主动件，机构有确定运动。422024/6/27 周四114234432024/6/27 周四114234442024/6/27 周四114234452024/6/27 周四11F=34-25=24234F=3n-（2 pl+ph）给两个主动件，机构有确定运动。462024/6/27 周四F=0F=1472024/6/27 周四F=0F=2F=1482024/6/27 周四F=0F=2F=1机构具有确定运动的条件：1.F0；2.机构的主动件数=F。492024/6/27 周四m个构件个构件(m2)在同一处构成转动副在同一处构成转动副m-1-1个低副个低副1 复合铰链复合铰链412356F F 3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 560 3F F 3n3n 2p2pl lp ph h 3 3 2 2 570 1412356错错对对计算在内计算在内5232351m个构件个构件,m-1个铰链个铰链 几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理502024/6/27 周四复合铰链实物图512024/6/27 周四2.局部自由度522024/6/27 周四F=?F=33-(2 3+1)=2?532024/6/27 周四542024/6/27 周四552024/6/27 周四562024/6/27 周四滚子与廓线间纯滚动以减小摩擦。滚子转动否是否影响机构整体运动？572024/6/27 周四582024/6/27 周四592024/6/27 周四602024/6/27 周四可见，滚子转动否与机构整体运动无关。这种与机构整体运动无关的自由度称为局部自由度。计算机构自由度时应去掉。相当于将滚子与推杆固结。612024/6/27 周四F=33-(2 3+1)=2?F=32-(2 2+1)=1 !622024/6/27 周四ABCDEF12343.虚约束632024/6/27 周四ABCDEF1234平行四边形机构642024/6/27 周四ABCDEF12345平行四边形机构652024/6/27 周四ABCDEF12345平行四边形机构662024/6/27 周四ABCDEF12345平行四边形机构672024/6/27 周四ABCDEF12345平行四边形机构682024/6/27 周四ABCDEF12345平行四边形机构692024/6/27 周四ABCDEF12345平行四边形机构702024/6/27 周四ABCDEF12345平行四边形机构712024/6/27 周四ABCDEF12345平行四边形机构722024/6/27 周四ABCDEF12345平行四边形机构732024/6/27 周四ABCDEF12345平行四边形机构742024/6/27 周四ABCDEF12345平行四边形机构752024/6/27 周四ABCDEF12345平行四边形机构762024/6/27 周四ABCDEF12345平行四边形机构772024/6/27 周四ABCDEF1234平行四边形机构BC构件上点E的轨迹是以F为圆心EF（=AB=CD）为半径的圆。782024/6/27 周四ABCDEF12345若加入构件5（EF），则构件5上的点E与构件3上的点E的轨迹相同而不起实际约束作用。对运动不起实际限制作用约束称为虚约束。计算机构自由度时应去掉。792024/6/27 周四ABCDEF12345计算机构自由度F，去掉构件5及其相连的运动副802024/6/27 周四ABCDEF12345计算机构自由度F，去掉构件5及其相连的运动副F=33-(2 4+0)=1812024/6/27 周四如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123若AB=BC=BD，观察C点的运动。822024/6/27 周四如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123832024/6/27 周四如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123842024/6/27 周四如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123852024/6/27 周四如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123862024/6/27 周四如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123872024/6/27 周四如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123882024/6/27 周四如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123C点的轨迹为一条垂直线。若在C点加一垂直导路的滑块，必为虚约束F=33-(2 4+0)=1892024/6/27 周四如下情况出现虚约束：2,两构件组成多个导路平行的移动副；902024/6/27 周四如下情况出现虚约束：2,两构件组成多个导路平行的移动副；912024/6/27 周四如下情况出现虚约束：2,两构件组成多个导路平行的移动副；922024/6/27 周四如下情况出现虚约束：2,两构件组成多个导路平行的移动副；932024/6/27 周四如下情况出现虚约束：2,两构件组成多个导路平行的移动副；两移动副限制作用重复，计算机构自由度时应去掉一个。F=33-(2 4+0)=1942024/6/27 周四如下情况出现虚约束：3,两构件组成多个轴线重复的转动副；去掉一侧约束不影响机构的运动。952024/6/27 周四如下情况出现虚约束：3,两构件组成多个轴线重复的转动副；等同F=32-(2 2+1)=1962024/6/27 周四如下情况出现虚约束：4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持不变，两点以构件铰接。ABCDEF972024/6/27 周四如下情况出现虚约束：4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持不变，两点以构件铰接。ABCDEF982024/6/27 周四如下情况出现虚约束：4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持不变，两点以构件铰接。ABCDEF992024/6/27 周四如下情况出现虚约束：4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持不变，两点以构件铰接。ABCDEF1002024/6/27 周四如下情况出现虚约束：4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持不变，两点以构件铰接。ABCDEF1012024/6/27 周四如下情况出现虚约束：4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持不变，两点以构件铰接。ABCDEF1022024/6/27 周四如下情况出现虚约束：4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持不变，两点以构件铰接。ABCDEF1032024/6/27 周四如下情况出现虚约束：4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持不变，两点以构件铰接。ABCDEF12345若以构件5在点E，F处铰接，必产生虚约束。计算机构自由度时应去掉。F=33-(24+0)=11042024/6/27 周四如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；2,两构件组成多个导路平行的移动副；3,两构件组成多个轴线重复的转动副；4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持不变，两点以构件铰接。1052024/6/27 周四补充例题补充例题复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度虚约束虚约束F=3n2PLPH =37291 =21062024/6/27 周四谢谢各位领导莅临1072024/6/27 周四