[工学]机械设计基础课件第一章.ppt

中南大学专用 作者： 潘存云教授,第1章,平面机构的自由 度和速度分析,中南大学专用 作者： 潘存云教授,平面机构:构成机构的各个构件都在同一个或 互 相平行的平面内运动.,机构,空间机构:构成机构的各个构件分别在不同的平 面内运动.,中南大学专用 作者： 潘存云教授,自由度:构件或构件系统所具有的独立运动数目,运动副：两个构件联接 直接接触、相对运动。,1-1、基本概念、术语,构件+构件+构件+ ,中南大学专用 作者： 潘存云教授,刚体（构件）,f = 3,f =3,f=3,既: F= f+f=3+3=23=6,(2)、两个在同一平面内各自作平面运动的构件,此两构件系统 的自由度可认为是:其中一构件的绝对自由度+ 另一构件相对于它的相对自由度,(1)单个作平面运动的构件(刚体),自由度为3(相对固定机架,既绝对自由度)。,中南大学专用 作者： 潘存云教授,(3)、n个在同一平面内各自作平面运动的构件,约束:,x,y,f=3,f=3,F= 3+3+3+3+= 3n,两构件以运动副相连后,其相对运动自由度受到的限制.,其系统的自由度为3n.,F= f + f= 3 + 3 = 23 = 6,相对运动自由度所减少的数目就是约束数.,F= f + f= 3 + 3 = 23 = 6,约束数3,中南大学专用 作者： 潘存云教授,运动副分类,平面运动副,空间运动副,平面低副,1约束,B7,平面高副,D,中南大学专用 作者： 潘存云教授,运动链:,运动链,设构件数为N，低副数为PL，高副数为PH,构件+构件+构件+ ,4,3,中南大学专用 作者： 潘存云教授,构件+构件+构件+ ,运动链,机构,机构中构件分为三类： （1）机架：机构中某一 相对固定的 构件。（只有一个架),（2）原动件：运动输入的构件，按给定的已知运动规律运 动。（其个数取决于机构的自由度的数目）,（3）从动件,中南大学专用 作者： 潘存云教授,转动副（回转副）,移动副 。,b6,滚动副,凸轮副,齿轮副,中南大学专用 作者： 潘存云教授,12、平面机构运动简图绘制：,鳄式破碎机。,用简单线条和符号来表示构件和运动副,说明机构各构件间相对运动关系 的图形,称为机构运动简图.,中南大学专用 作者： 潘存云教授,常用运动副的符号,运动副 名称,运动副符号,两运动构件构成的运动副,转动副,移动副,两构件之一为固定时的运动副,平面运动副,b45,b54,b55,中南大学专用 作者： 潘存云教授,平面高副,螺旋副,空间运动副,中南大学专用 作者： 潘存云教授,一般构件的表示方法,杆、轴构件,固定构件,同一构件,中南大学专用 作者： 潘存云教授,三副构件,两副构件,一般构件的表示方法,b45,b10,中南大学专用 作者： 潘存云教授,常用机构简图符号,中南大学专用 作者： 潘存云教授,1,2,中南大学专用 作者： 潘存云教授,机构运动简图应满足的条件：,2.运动副的性质、数目及位置与实际相符,3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。,1.构件数目与实际相同,1,2,中南大学专用 作者： 潘存云教授,1）、了解机构工作原理，运动传 递路线。,鳄式破碎机。,2）、确定画图平面及比例。,中南大学专用 作者： 潘存云教授,鳄式破碎机,1）、了解机构工作原理，运动传 递路线。,2）、确定画图平面及比例。,3）、从机架和原动件开始，依据构件和运动副的规定符号画出构件并确定运动副位置及符号。,4）、将图中的机架画上斜线，并在原动件上标出指示运动方向的箭头。,B2,B5,1,L,中南大学专用 作者： 潘存云教授,13、平面机构自由度的计算,平面机构自由度的计算公式为：,n机构中活动构件的数目,计算曲柄滑块机构的自由度。,解：活动构件数n=,3,低副数PL =,4,F=3n 2PL PH =33 24 =1,高副数PH =,0,D,中南大学专用 作者： 潘存云教授,计算五杆铰链机构的自由度,解：活动构件数 n=,4,低副数PL =,5,F=3n 2PL PH =34 25 =2,高副数PH =,0,1,2,3,4,1,13、平面机构自由度的计算,平面机构自由度的计算公式为：,n机构中活动构件的数目,中南大学专用 作者： 潘存云教授,计算图示凸轮机构的自由度。,解：活动构件数n=,2,低副数PL =,2,F=3n 2PL PH =32 221 =1,高副数PH =,1,1,2,3,13、平面机构自由度的计算,平面机构自由度的计算公式为：,n机构中活动构件的数目,中南大学专用 作者： 潘存云教授,当原动件按给定的运动规律运动时，机构中的其余构件的运动也完全确定。,一、机构具有确定运动的条件,13、平面机构自由度的计算,平面机构自由度的计算公式为：,n机构中活动构件的数目,B,中南大学专用 作者： 潘存云教授,F=1 原动件数=1=F,F=0 非机构,机构运动确定,机构运动不确定,四杆机构,若取原动件数=2=F则机构运动确定,F=2,中南大学专用 作者： 潘存云教授,两个以上的构件同时在一处以回转副相连接就构成复合铰链.,设：K个构件组成一个复合铰链,则转动副数目为:,（1）复合铰链 ：,二、计算平面机构自由度的注意事项,中南大学专用 作者： 潘存云教授,机构中某些构件引入的自由度与机构的运动无关，称为局部自由度。,解：,低副数PL=,10,F=3n 2PL PH =37 2100 =1,1,2,3,4,5,6,7,8,A,B,C,D,E,F,圆盘锯机构,活动构件数n=7,（2）局部自由度：,中南大学专用 作者： 潘存云教授,n=,3,PL=,3，,F=3n 2PL PH =33 23 1 =2,PH=1,(b)F=32 22 1=1,机构(a)中,滚子2引入一个自由度(既滚子转动),但无论滚子怎样转动,都不会对机构的运动产生任何影响,是一个局部自由度,(a)式中将其计算在内,所以得到错误结果.,(a)滚子,(b)尖顶,(a),正确方法是:先将局部自由度处理掉(如图b),再进行自由度的计算(b式结果才正确).,中南大学专用 作者： 潘存云教授,机构中有些部分引入的约束对机构运动 不起任何限 制作用， 这种约束称为虚约束。,（A）两构件之间构成多个道路平行的移动副时， 只有一个移动副起约束作用，其余都是虚 约束。,（3）虚约束：,B15,中南大学专用 作者： 潘存云教授,(B) 两构件之间构成多个轴线重合的回转副时,只有 一个回转副起约束作用, 其余都是虚约束.,(C）、在机构运动的过程中，若某两构件上两点 之间的距离始终保持不变，则用双回转副 杆将此两点相连，将引入虚约束。,中南大学专用 作者： 潘存云教授,椭圆仪,F=3n 2PL PH =34 26 =0,F=3n 2PL PH =33 24 =1,平行四边形机构，,D,F=3n 2PL PH =33 24 =1,中南大学专用 作者： 潘存云教授,（D）、两构件之间组成多个高副时，若过高副 所作公法线相互重合，则只算一个副， 其余都是虚约束。,中南大学专用 作者： 潘存云教授,（E）、机构中的对称部分。,F=3n 2PL PH =33 232 =1,中南大学专用 作者： 潘存云教授,2,4,7,6,5,9,4,4,4,3,8,1,计算图示大筛机构的自由度。,局部自由度,虚约束,n=,7,PL =,9,PH =,1,F=3n 2PL PH =37 29 1 =2,E,复合铰链:,1个,位置C ，2个低副,b9,L,中南大学专用 作者： 潘存云教授,14、速度瞬心及其在机构速度分析上的应用,一、速度瞬心的定义,K1,K2,P,中南大学专用 作者： 潘存云教授,X,Y,A,B,K1,K2,P,相对速度瞬心,O,* 每个重合点都有相对运动(k1点、k2点),在任意瞬间，可以找到一个特殊重合点P,此处 的相对速 度为零、这个 特殊的重合点被称为相对速度瞬心。当其中之一构件为固定不动时，此点为绝对速度瞬心。,相对速度瞬心和绝对速度瞬心统称为瞬心 。,= 0,中南大学专用 作者： 潘存云教授,* 瞬心是两构件在某一瞬间的同速重合点，在这瞬间两构件相对运动可认为是绕该瞬心的相对转动，而其他各个重合点的相对速度恰等于两构件绕瞬心相对转动时，相对圆周线速度。,X,A,B,K1,K2,P,相对瞬心,O,= 0,Y,中南大学专用 作者： 潘存云教授,二、机构中的瞬心总数,三、找瞬心,设：机构有K个构件组成，则机构总瞬心数为：,1、定义法：当两构件上某两点的相对速度方向已知时。,移动副,中南大学专用 作者： 潘存云教授,2、直观法：适用于两构件以运动副相连的情况。,P12,P14,P23,P34,D,中南大学专用 作者： 潘存云教授,3、三心定理： A：三构件，三瞬心。 B：三瞬心在同一直线上。,P12,P13,中南大学专用 作者： 潘存云教授,* 求瞬心的关键： （1）、找三构件，其中包括需求瞬心的两构件。 （2）、必须已知需求瞬心的两构件与第三构件的瞬 心。,P12,P14,P23,P34,P24,P13,D,中南大学专用 作者： 潘存云教授,举例：求曲柄滑块机构的速度瞬心。,解：瞬心数为：,1.直接观察求瞬心,2.三心定律求瞬心,Nn(n-1)/26,b54,中南大学专用 作者： 潘存云教授,二、速度瞬心在机构速度分析中的应用,1.求线速度,已知凸轮转速1，求推杆的速度。,解： 直接观察求瞬心P13、 P23 。,求瞬心P12的速度 。,V2V P12l(P13P12)1,长度P13P12直接从图上量取。,根据三心定律和公法线 nn求瞬心的位置P12