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 机械设计基础机械设计基础 1.1 运动副及其分类 机械设计基础机械设计基础 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 w运动副：可根据两构件之间接触方式分为低副和高副两种。 w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。 机械设计基础机械设计基础 空间运动副 机械设计基础机械设计基础 其他运动副的简图 机械设计基础机械设计基础 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，n3;包含四个转动副, PL4,没有高副， PH o： 机构自由度： F3n一2PLPH3X 3241 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PH1；则总自由度数：F3425一11 机构的自由度与原动件曲柄)数相等。 机械设计基础机械设计基础 具有确定运动的条件 机械设计基础机械设计基础 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 w1、复合铰链：两个以上的构件在同一处用转动副联接。 nK个构件汇交而成的复合铰链具有（K1）个转动副。 wA、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 w故：圆盘锯的总自由度是：F372101 机械设计基础机械设计基础 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 机械设计基础机械设计基础 虚约束构件的自由度的计算实例 图中：n7，PL 9（7个转动副和两个移动副），PH 1， 故机构的总自由度为：F3n2 PL PH 3729 1 机械设计基础机械设计基础 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 机械设计基础机械设计基础 速度瞬心的求解实例1 机械设计基础机械设计基础 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 机械设计基础机械设