平面机构以及自由度计算

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,*,化工机械设计基础,主讲：刘宗库,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,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,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,点击添加文本,平面机构,机构简图绘制,自由度计算,应用,逻辑关系,提问环节,零件和构件的区别？举例,说明。（学生自行讨论）,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,平面机构：所有构件都在相互平行的平面内运动的机构。,（否则称为“空间机构”，本课程不讨论）,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？,x,z,y,1,2,动画演示，仔细观察,x,z,y,1,2,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。,x,z,y,1,2,z,x,y,1,2,z,x,y,1,2,z,x,y,1,2,z,x,y,1,2,x,z,y,1,2,构件,2,相对构件,1,有六个自由度。,x,z,y,1,2,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。,x,y,1,2,o,x,y,1,2,o,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。,x,y,1,2,o,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。,x,y,1,2,o,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。,x,y,1,2,o,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。,x,y,1,2,o,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。,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,3,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。,图,b,转动副（活动铰链,）,图,a,转动副（固定铰链）,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？,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？,图,螺旋副,图,球面副,图,1-5,空间运动副,3,，空间副两构件相对运动是空间运动,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？,12,平面机构运动简图,（一）、机构运动简图：,说明机构各构件之间相对运动关系 的简单图形。,1,）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。,（二）、运动副表示方法,图,1-6,平面运动副的表示方法,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。,（三）、构件分类：,1,）机架（固定构件） 每个机构中必有，常用作参考坐标系。,2,）原动件（输入构件） 运动规律已知的构件。必有一个或几个，其运动规律由外界给定。,3,）从动件 随原动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为输出构件。,图,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,（四）、机构运动简图的绘制,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,1,2,3,4,A,B,C,14,12,23,A,14,B,12,C,23,3,2,4,1,D,34,例,1,：内燃机汽缸,A,1,2,3,4,B,C,D,例,2,颚式破碎机,图,1-9,颚式破碎机及机构的,运动简图,法线方向,移动受约束,转动副,：,x,、,y,轴方向移动受约束,移动副：,转动及某一方向的移动受约束,高 副：,三，机构自由度的计算,丧失,2,个,自由度；,丧失,2,个,自由度；,丧失,1,个,自由度。,结论：平面机构中，构件间形成一个低副，失去,2,个,自由,度，形成一个高副，失去,1,个,自由度。,2,、平面机构自由度计算,若一平面机构有,K,个构件,，,除去固定件（,1,个），,活动构件数,n,K,1,，,若机构中,低副数目为,P,L,，,高副数目为,P,H,，,则该机构自由度,F,的计算公式为：,机构的自由度数即是,机构所具有的独立运动的数目。,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,F,3n,2P,L,P,H,则：,F,3n,2P,L,P,H,例,1,3,计算图示颚式破碎机主体结构的自由度,解：,n,3,，,P,L,4,，,P,H,0,，,3 x 3,2 x 4,0,1,F=3,2-23=0,桁架结构,F= 3n-,（,2 p,l,+ p,h,）,具有确定运动的条件,1,3,1,2,3,1,3,1,2,3,1,3,1,2,3,3,F= 3n-,（,2 p,l,+ p,h,）,F=3,3-(2 4+0)=1,1,3,1,2,给一个主动件，机构有确定运动。,1,1,4,2,3,4,1,1,4,2,3,4,1,1,4,2,3,4,1,1,F=3,4-25=2,4,2,3,4,F= 3n-,（,2 p,l,+ p,h,）,给两个主动件，机构有确定运动。,F=0,F=1,F=0,F=2,F=1,F=0,F=2,F=1,机构具有确定运动的条件：,1,.F0,；,2.,机构的主动件数=,F,。,m,个构件,(m,2),在同一处构成转动副,m,-1,个低副,1,复合铰链,4,1,2,3,5,6,F,3n,2p,l,p,h,3,2,5,6,0,3,F,3n,2p,l,p,h,3,2,5,7,0,1,4,1,2,3,5,6,错,对,计算在内,5,2,3,2,3,5,1,m,个构件,m-1,个铰链,几种特殊结构的处理,复合铰链实物图,2.,局部自由度,F=?,F=3,3-(2 3+1)=2,?,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？,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。,F=3,3-(2 3+1)=2 ?,F=3,2-(2 2+1)=1 !,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,3.,虚约束,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,平行四边形机构,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,平行四边形机构,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,平行四边形机构,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,平行四边形机构,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,平行四边形机构,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,平行四边形机构,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,平行四边形机构,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,平行四边形机构,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,平行四边形机构,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,平行四边形机构,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,平行四边形机构,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,平行四边形机构,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,平行四边形机构,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,平行四边形机构,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,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。,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,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。,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,计算机构自由度,F,，去掉构件,5,及其相连的运动副,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,计算机构自由度,F,，去掉构件,5,及其相连的运动副,F=3,3-(2 4+0)=1,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；,A,B,C,D,1,2,3,若,AB=BC=BD,，观察,C,点的运动。,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；,A,B,C,D,1,2,3,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；,A,B,C,D,1,2,3,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；,A,B,C,D,1,2,3,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；,A,B,C,D,1,2,3,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；,A,B,C,D,1,2,3,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；,A,B,C,D,1,2,3,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；,A,B,C,D,1,2,3,C,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=3,3-(2 4+0)=1,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；,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；,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；,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；,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=3,3-(2 4+0)=1,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。,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=3,2-(2 2+1)=1,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。,A,B,C,D,E,F,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。,A,B,C,D,E,F,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。,A,B,C,D,E,F,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。,A,B,C,D,E,F,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。,A,B,C,D,E,F,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。,A,B,C,D,E,F,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。,A,B,C,D,E,F,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。,A,B,C,D,E,F,1,2,3,4,5,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=3,3-(24+0)=1,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。,补充例题,复合铰链,局部自由度,虚约束,F =,3,n,2,P,L,P,H,=37,29,1,=2,谢谢各位领导莅临,