机构自由度计算

1机械学基础 课程电子教案机械与电子工程学院闫锋欣西北农林科技大学2第 1章 机构的组成及平面连杆机构1.零件 螺钉、轴2.构件 刚性组合3.机构 确定的运动一 . 基本定义1.1 平面机构的运动简图和自由度4.自由度第第 2章章 平面连杆机构平面连杆机构2-1 平面机构的运动简图和自由度2-2 平面四杆机构的基本类型2-3 平面四杆机构的特点及设计基本要求 :v掌握基本概念v熟练掌握机构运动简图的绘制v熟练掌握机构自由度的计算方法v掌握平面连杆机构的类型、特点、演化方法v掌握平面四杆机构的工作特性2-1 平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度一、 构件二、 运动副三、 机构四、 平面机构的运动简图五、 平面机构的自由度一、构件构件： 独立影响机构功能并能独立运动的单元体（ 实物、刚体、运动的整体 ） 机架 、 原动构件、从动构件零件： 单独加工的制造单元体 通用零件、专用零件v 构件可以由一个零件组成v 也可以由几个零件组成 原动件1234从动件机架与动力源组合机器的组成(从运动观点看 )由构件组成(从制造观点看 )由零件组成机械机器机构构件 零件通用零件专用零件原动构件从动构件机 架零件 构件 机构 机器静联接 动联接(运动副 )xyo二、运动副二、运动副v 运动副 : 两构件直接接触而形成的可动联接v 运动副元素： 构成运动副时直接接触的点、线、面部分v 接触形式 : 点、线、面运动副分类运动副分类v 按接触形式分类v 按相对运动分类按接触形式分类：v 接触形式 : 点、线、面v 低副 ：面接触v 高副 ：点、线接触平面低副空间低副xyo高副 高副 空间低副 平面低副 平面低副按相对运动分类：v 运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相对运动v 按相对运动分类： 转动副：相对转动 回转副、铰链 移动副：相对移动 螺旋副：螺旋运动 球面副：球面运动 运动副类型小结v 平面低副 : 转动副、移动副 （ 面接触 ）v 平面高副 : 齿轮副、凸轮副 （ 点、线接触 ）v 空间低副 : 螺旋副、球面副、圆柱副 （ 面接触 ）v 空间高副 : 球和圆柱与平面、球与圆柱副 (点、线接触 )v 运动副特性 :运动副一经形成 , 组成它的两个构件间的可能的相对运动就确定。而且 这种可能的相对运动 , 只与运动副类型有关 , 而与运动副的具体结构无关。v 工程上常用一些规定的符号代表运动副平面副低副 ：转动副、移动副(面接触 )高副 ：齿轮副、凸轮副 (点、线接触 )xyoxyo ttnnnt空间副高副 ：点、线接触 球面副螺旋副了解v机构是由构件通过运动副连接而成的v原动件： 按给定运动规律独立运动的构件v从动件： 其余的活动构件v机 架： 固定不动的构件原动件 1234从动件机架闭链 开链机构三、机构三、机构1 概述2 构件的表示方法3 运动副的表示方法4 运动简图的绘制方法5 例题四、平面机构的运动简图四、平面机构的运动简图1 概述v 机构各部分的运动，取决于：原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸 (确定各运动副相对位置的尺寸 )v 机构运动简图 :（表示机构 运动特征 的一种工程用图） 用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置 与原机械具有完全相同的运动特性v 比较： 机构示意图： 没严格按照比例绘制的机构运动简图v 用途： 分析现有机械，构思设计新机械2 构件的表示方法v 杆、轴类构件v 机架v 同一构件v 两副构件v 三副构件3 运动副的表示方法v 转动副v 移动副v 高副 （齿轮副、凸轮副）4 运动简图的绘制方法v 步骤： 确定构件数目及原动件、输出构件 各构件间构成何种运动副？（注意微动部分） 选定比例尺 、投影面，确定原动件某一位置， 按规定符号绘制运动简图 标明机架、原动件和作图比例尺v 绘制路线： 原动件 中间传动件 输出构件v 观察重点： 各构件间构成的运动副类型v 良好习惯： 各种运动副和构件用规定符号表达v 误 区： 构件外形5 例题： 内燃机ABCEFDG例题： 破碎机1234ABC141223A14B12C23432 414例题：1 平面机构自由度的计算2 机构具有确定运动的条件3 几种特殊结构的处理 复合铰链 局部自由度 虚约束4 小结五、平面机构的自由度五、平面机构的自由度1 平面机构自由度的计算(1) 平面运动构件的自由度(构件可能出现的独立运动 )(2) 平面运动副引入的约束 R(对独立的运动所加的限制 )xy21 与其它构件未连之前： 3 用运动副与其它构件连接后 , 运动副引入约束 , 原自由度减少xyoxyo tt nnR=2 R=2 R=1结论：平面低副引入2个约束平面高副引入1个约束(3) 平面机构自由度计算公式如果：活动构件数： n低副数： pl高副数： phxy21未连接前总自由度： 3n连接后引入的总约束数： 2pl+phF=3n - ( 2pl + ph )v 机构自由度 F：F=3n - 2pl - ph机构自由度举例：1234F =3n 2pl ph = 3 2 3 4 0= 112345F =3n 2pl ph = 3 2 4 5 0= 2F =3n 2pl ph = 3 2 2 2 1= 1BCAF =3n 2pl ph = 3 2 3 4 0 = 1 F =3n 2pl ph = 3 2 4 5 1 = 1F =3n 2pl ph = 3 4 2 5 0= 2 F =3n 2pl ph = 3 3 2 5 0= -1 F =3n 2pl ph = 3 2 2 3 0=0 2 机构具有确定运动的条件F=0,刚性桁架，构件之间无相对运动原动件数小于 F,各构件无确定的相对运动原动件数大于 F,在机构的薄弱处遭到破坏结论： 机构具有确定运动的条件：1 机构自由度 0 2 原动件数 机构自由度数BCABCAD EAEBCDv m个构件 (m2)在同一处构成转动副v m-1个低副(1) 复合铰链4123 56F 3n 2pl ph 3 2 5 6 0 3F 3n 2pl ph 3 2 5 7 0 14123 56错 对 计算在内5232351m个构件 ,m-1个铰链3 几种特殊结构的处理F 3n 2pl ph 3 2 3 3 1 2F 3n 2pl ph 3 2 2 2 1 1错 对 排除(2) 局部自由度v 定义： 机构中某些构件所具有的独立的局部运动 , 不影响机构输出运动的自由度v 局部自由度经常发生的场合： 滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠v 解决的方法： 计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视作一个构件动画v 不影响机构运动传递的 重复约束v 在特定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