机械设计基础1平面机构的自由度和运动分析.ppt

本章主要内容,运动副及其分类(平面) 如何表示机构绘运动简图 机构具有确定运动的条件 机构速度瞬心及分析,第一章平面机构的自由度和运动分析,1-1 运动副及其分类(平面),机构构件通过联接,运动副构件之间直接接触并能产生一定 形式相对运动的联接。,运动副,1.低 副,两构件通过面接触组成的运动副,转 动 副(铰链):,移 动 副：,固定铰链：两构件中有一个 是固定的。 活动铰链：两构件都不固定。,两构件在接触处 只允许相对移动。,2.高副：两构件通过点或线接触组成的运动副。 凸轮副 齿轮副,3.其它：球面副；螺旋副(空间运动副),运动副表示方法：图16(书P.8),转动副,移动副,高副,二.机构运动简图：,12平面机构的运动简图 p.8,(平面)机构(具有确定运动)构件组成,2.构件的表示方法：,固定件(机架): 原动件(输入构件): 从动件:,(线条) 图17p.8 一个构件可有若干个运动副元素,描述运动的参考系,:运动规律已知的构件,其余活动构件,要研究机构首先要表达机构,一. 构件的分类及表示法：,1.分类：P.8倒3,表达各构件相对 运动关系的简单图形 (表达机构运动的语言),与运动有关的因素： 1.构件数目 2.运动副数目及类型 3.运动副之间的相对位置,表达方式： 1.线条代表构件 2.符号代表运动副 3.按比例作图 （区别“机构示意图”）,作图步骤： 1.分析结构和相对运动 动作原理、构件数(固定、活动)、运动副数及类型) 2.选择视图平面和比例尺 3.选择原动件的一个位置 4.按表达方式作图 (机构演示),二.机构运动简图：,机架,移动副,凸轮副,齿轮副,运动副用符号代表,机架原动件从动件,例2:,作图步骤： 1.分析结构和相对运动 2.选择视图平面和比例尺 3.选择原动件的一个位置 4.按表达方式作图,例1:,图1-9 活塞泵 p.10,图(18)颚式破碎机 p.9,1.找固定件(1个） 原动件(1个） 从动件 2.找运动副,作业：p.17 1-1，1-3,主要内容：1.运动副及其分类 2.平面机构运动简图的绘制,13平面机构的自由度 P10,一.自由构件的自由度,自由构件作平面运动,二.运动副引入的约束,三个自由度(三个独立运动的可能性),自由构件作空间运动,六个自由度,引入两个约束,引入一个约束,低副(转动副、移动副） 高副,三. 平面机构的自由度（）(F0),当原动件的数目机构有确定运动 (F=0不动；多于不确定;少于破坏）,(1)计算式：, （11） 活动构件数（原动件从动件） 低副数目 高副数目,(2)机构具有确定运动的条件: (3)计算平面机构自由度的注意事项:,K=4 ; n=3 ; pL=4 ; pH =0,F=33240=1,有一个机架、自由度 F0、 原动件数目机构自由度数目,例7:,有确定运动,K=7 , n=71= 6 , PL = 8 , PH =1 (3与5同一构件),F=3n2PLPH=36281 =1 原动件 机构有确定运动,3,例6:,(2)机构具有确定运动的条件: p.11,(F=0不动；多于不确定 ;少于破坏）,1.例图(110) p.11,K=5, n=K1=4, PL=5, 原动件数=1 F=3n2PLPH=3425=2, F 原动件数 机构运动不确定,2.例图(111), F 原动件数 杆2被拉断,3.例图(112), F=0 机构不动,K=5, n=K1=4, PL=6 F=3n2PLPH=3426=0,2,K=4, n=K1=3,原动件数=2 ，PL=4 F=3n2PLPH=3324=1,(3) 计算平面机构自由度的注意事项：11,F=3527=1,F=3526=3？,图(114),F=37260=9？,F=372100=1,两个以上（m个）的构件在同一轴线上用转动副联接实际转动副个, (Lm1)引入约束(m),1.复合铰链,F=3527=1,例12:,2.局部自由度 P.12,图210,某些构件的（不影响其他构件运动的）独立的运动,多余自由度 计算时排出(活动构件不计除去不计,F= 33231 = 2 ?,F= 32221 = 1,对机构运动不起限制作用的重复约束,3.虚约束 P.12,两构件组成多个重复的运动副 (平行的)移动副、(轴线重合)转动副,机构中对传递运动不起独立作用的对称部分,F=32231 = 1？,F=32221=1,F=33232=1,F=34244= 0？,虚,虚,图116,虚,解: 1.如不考虑上 述因素，解得：,K=9, n=K1=8,原动件数 F 机构运动不确定结论错误！,2.重解： n=7，,原动件数= F 机构有确定运动,PL=10，PH=1， 原动件数=2 F=3n2PLPH=382101=3,PL=9，PH=1 F=3729 1=2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,例1-7:图1-17 P14,例1-12 补充,局,虚,复,分析：局部自由度1个虚约束1个,复合铰链1个。8,L11, 1 解得:32 3821111 原动件数1 机构有确定运动,作业： P18 1-6, 1-7，1-10, 1-12,主要内容：1.平面自由度的计算 2.机构具有确定运动的条件,利用瞬心法求简单机构的速度(速度分析),1,2,(一)速度瞬心及其求法,瞬心,绝对瞬心(其中一刚体静止) 相对瞬心(两刚体均运动),相对运动两刚体上瞬时相对速度为零的重 合点具同一瞬时绝对速度的重合点,2.速度瞬心的求法:,作相对运动的两刚体, 任何时 间总有一点的绝对速度相等相对速度=0,1.速度瞬心的意义:,两刚体相对运动绕瞬心的转动,(二)瞬心在速度分析上的应用,1-4 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用,2.速度瞬心的求法,组成纯滚动高副接触点是瞬心,瞬心的数目:,N=K(K-1)/2 (1-2),瞬心的求法:,已知两个重合点的相对速度 两向量垂线的交点,组成转动副转动副是瞬心,组成移动副瞬心位于导轨垂线的无穷远处,所有重合点的相对速度移动方向,接触点的相对速度=0,组成滑动兼滚动副瞬心 位于过接触点的公法线方向,接触点的相对速度沿切线方向,不直接接触两构件的瞬心,不直接接触两构件的瞬心,三心定理,证明:,分析:,重合点C（C2、C3）的绝对速度VC2 =VC3,假设:,第三个瞬心(P23)不在P12及P13的连线上, 而在C点。,图1-20 (P.14) K=3 ，N=3(31)/2=3,作平面运动的 三个构件共有三个瞬心, 它们位于同一直线上。,可得：P12(构件1、2) 、P13(构件1 、3)是(绝对)瞬心,VC2 VC3 它们方向不可能一致 C点不可能是第三个瞬心 P23 (瞬时绝对速度的重合点),第三个瞬心应在 P12P13的连线上。,例1-8：图1-21 P.15,K=4 , N=43/2=6,构件2、1、4 在P12P14连线上,构件2、3、4 在P23P34连线上,找P24:,找P13 :,构件1、2、3 在P12P23连线上,构件1、4、3 在P14P34连线上,例1-9：图1-22 P.16,K=4 , N=4(41) /2=6,找P13：,构件1、2、3 在P12P23连线上,构件1、4、3 在P14P34连线上 过P14作导轨垂线,找P24：,构件2、1、4 在P12P14连线上,构件2、3、4 在P23P34连线上 过P23作导轨垂线,P34,P34,(二)瞬心在速度分析上的应用 P.16,瞬心相对速度=0,绝对速度相等速度分析,2.滑动兼滚动接触的高副 3.直动从动件凸轮机构,(知2 4),P24是构件2、4的瞬心 两者 的同速点,该点 构件2绝对速度：VE= 2LEA 构件4绝对速度：VE= 4LED,1.铰链四杆机构(图1-21),结论：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.滑动兼滚动接触的高副,n,n,P12 过接触点的公法线上三心定理求解,图1-23,(D),角速度与连心线被轮廓接触点公法线 所分割的两线段长度成反比,用在齿轮机构,(齿轮或摆动从动件凸轮机构),3.直动从动件凸轮机构(同上)图1-24,P12 过接触点的公法线上 三心定理求解,P13 (回转副是瞬心),P23 构件2、3的瞬心位于导轨垂线 (三心