平面机构的自由度和速度分析.ppt

主要内容 1.1 运动副及其分类 1.2 平面机构运动简图 1.3 平面机构的自由度 1.4 平面四杆机构的设计 平面机构的自由度和速度分析 机械设计基础 1.1 运动副及其分类 机械设计基础 O y x 自由度 :相对于参考 系构件所具有的独 立运动 运动副 :使构件直接 接触并能产生一定 相对运动的联接 运动副的分类 运动副：可根据两构件之间接触方式分为低副和高副两种。 低副：两构件通过面接触组成的运动副。平面机构中的低副有转 动副和移动副 机械设计基础 高副： 两构件通过点和线接触组成的运动副。 机械设计基础 空间运动副 机械设计基础 其他运动副的简图 机械设计基础 球面副 (S) 圆柱副 (C) 球销副 (S) 1.2平面机构运动简图 机械设计基础 一、运动副的表示方法 : (1) a、 b、 c是两个构件组成转动副的表示方法。用圆圈表示转动副其圆心代 表相对转动轴线 ,图中画阴影线的构件表示机架。 (2) d、 e、 f是两构件组成移动副的表示方法，移动副的导路必须与相对 移动方向一致。图中画阴影线的构件表示机架。 (3) 两构件组成高副时，在简图中应当画出两构件接触处的曲线轮 廓例： 内燃机 二、构件表示方法 (1)固定构件 (机架 ) 是用来支承活动构件 (运动构件 )的构件” (2)原动件 (主动件 ) 是运动规律己知的活动构件， (3)从动件 是机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件 , 其中：输出预期运动的从动件称为输出构件，其他从功件则起传 递运动的作用。 机械设计基础 机构运动简图的绘制步骤及注 意事项 绘图步骤： 1、确定机构的构件数目； 2、根据各构件间的相对运动确定运动副的种类和数目； 3、根据机构图形，选择适当的比例，用构件和运动副的规定符 号绘出机构的运动简图； 4、将机构的机架部分画上阴影线，并在原动件上标出运动方向 的箭头 主要事项： 1、运动简图只与相对运动性质有关，与运动副的结构尺寸无关； 2、原动件的位置选择不同，所绘机构运动简图的图形液不同， 因此应选择一个恰当的原动件位置来绘图。 1.3 平面机构自由度的计算 机械设计基础 目的： 为了确定多个构件组成起来的机构是否具有相对运动，并 决议运动的确定性 一 .平面机构自由度计算公式 平面机构自由度的几个特点： 1、一个作平面运动的自由构件具有三个自由度； 2、当两个构件组成运动副以后，它们的相对运动就受到了约 束，相应的自由度就会减少； 3、不同类型运动副引入的约束不同，所保留的自由度的数量 也就不同。如：低副引入了两个约束，保留了一个自由度， 而高副则仅引入了一个约束，保留了两个自由度。 机构总自由度数： F=3n-2PL-PH 机构自由度的计算实例 机构自由度的计算步骤： 1、计算机构中活动构件的数量； 2、分析机构中各个运动副种类和数量； 3、利用机构自由度的计算公式进行计算。 例 1： 额式破碎机 有三个活动构件， n 3;包含四个转动副 , PL 4,没有高副， PH o： 机构自由度： F 3n一 2PLPH 3X 32 4 1 例 2 活塞泵 活塞泵有四个活动构件， 4个转动副和一个移动副， PL 5,一个 高副 PH 1；则总自由度数： F 3 42 5一 1 1 机构的自由度与原动件 曲柄 )数相等。 机械设计基础 具有确定运动的条件 机械设计基础 机构运动与机构自由度的关系： 1、 机构的自由度实际上就是机构相对于机架所具有的独立运动的数 目； 2、机构中只有原动件具有独立的运动，从动件是随原动件的运动而运 动的，不具有独立的运动，通常每个原动件只有一个独立运动； 3、机构具有确定运动的条件是：机构的自由度与原动件的数量相等。 如果原动件数量不等于机构的自由度，则主要存在以下几种情况： 三、自由度计算的注意事项 1、复合铰链：两个以上的构件在同一处用转动副联接。 K个构件汇交而成的复合铰链具有（ K 1）个转动副。 A、 B、 C、 D为三个构件汇交的符合铰链，各有两个转动副， E、 F各 有一个转动副 故：圆盘锯的总自由度是： F 3 7 2 10 1 机械设计基础 2、局部自由度 局部自由度： 机构中与输出构件 运动无关的自由度，也称为 多余自由度，在计算机构自 由度时应予排除。 注：局部自由度虽然不影响机构 的运动，但可以改变运动副 的接触方式，减少磨损 机械设计基础 3、虚约束： 重复而对机构运动不起限制作用的约束 概念： 重复而对机构运动不起限制作用的约束， 在机构自由度的计算时予以排除。 虚约束的存在形式： (1)两个构件之间组成多个导路平行的移动副时， 只有一个移动副起作用。如内燃机的顶杆与缸 体之间就有两个移动副，计算时应排除一个； (2)两个构件之间组成多个轴线重台的转动副时， 只有一个转动副起作用，其余的是虚约束。如 轴与多个轴承的联接； (3)机构中传递运动不起独立作用的对称部分 。 虚约束的作用： 增加构件的刚性； 使构件受力均衡 机械设计基础 虚约束构件的自由度的计算实例 图中： n 7， PL 9（ 7个转动副和两个移动副）， PH 1， 故机构的总自由度为： F 3n 2 PL PH 3 7 2 9 1 机械设计基础 1-4 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用 速度瞬心： 平面机构中任一刚性构件相对于 另一构件作平面运动时，在任一瞬间，其 相对运动可以看作是绕某一重合点的转动， 这个重合点（ 或同速点）被称为速度瞬心， 也可以叫做瞬时回转中心，简称瞬心。 相对速度瞬心： 两个相对运动构件的速度瞬 心。 绝对速度瞬心： 两个构件之一是静止的时的 速度瞬心。 机构瞬心数的计算： N=K(K-1)/2 机械设计基础 速度瞬心的求法 (1)运动已知时，瞬心位置可根据定义求出； (2) 两构件组成转动副时，转动副的中心便是它们的瞬心； (3) 当两构件组成移动副时、所以其瞬心位于导路垂线的无穷远处 (4)当两构件组成纯滚动高副时，接触点就是其瞬心， (5)当两构件组成滑动兼滚动的高副时，其瞬心应位于过接触点的公法 线上 机械设计基础 三心定理 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 条直线上 不直接接触的各个构件， 其瞬心可用三心定理求 出 机械设计基础 速度瞬心的求解实例 1 机械设计基础 图 1-21： P12 、 P13、 P14为绝对瞬心； P23、 ,P34、 P24 为相对瞬心。 速度瞬心的求解实例 2 机械设计基础 1铰链四杆机构 两构件的角速度与其绝对瞬心 至相对瞬心的距离成反比 、 2齿轮或摆动从动件凸轮机构 组成高副的两构件，其角速度 连心线被接触点公法线所分 割的两线段长度成反比。 速度瞬心的求解实例 3 机械设计基础 Lp13 p12 =V2 / 1 作业 机械设计基础 指出以上机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约 束，计算各自的自由度。 内燃机中曲柄连杆机构机构运动简图 机械设计基础 颚式破碎机的运动简图 机械设计基础 活塞泵的运动简图 机械设计基础