平面机构的自由度和速度分析1.ppt

第一章 平面机构的自由度和速度分析,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 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用,1-1 运动副及其分类,一、构件 机器中每一个独立的运动单元体 二、运动副 由两个构件组成的具有一定相对运动的 可动连接,三、构件的自由度：可能出现的独立运动 （1）平面运动的自由构件 （ i ）三个自由度 （ ii ）运动副引入约束数最多 2个，自由度最少1个 （2）空间运动的自由构件 （ i ）六个自由度 （ ii ）运动副引入约束 数最多5个，自 由度最少1个,四、运动副的类型 1、根据两构件接触特点 （1）低副：面接触 （2）高副：点或线接触,2、根据两构件间相对运动 （1）平面运动副 （a）转动副：相对运动是转动，回转副、铰链 （b）移动副：相对运动是移动,（c）平面高副：相对运动是转动和切向移动,（2）空间运动副： 球面副、螺旋副,1-2 平面机构运动简图,一、机构运动简图 根据机构的运动尺寸，按一定比例定出 各运动副的相对位置，以简单线条和符号表 示构件、运动副和常用机构，这种表示机构 运动特征的简化图形称为机构运动简图。 二、作用 （1）反映与原机械完全相同的运动特性 （2）对机械进行运动和动力分析,三、机构示意图 只表明机构运动 特征，不按比例绘制 的简图。 四、常用机构示意图 符号,五、平面运动副和构件的表示方法,五、机构的组成 1、机架：支承活动构件的构件，固定构件 2、原动件：按给定的已知运动规律独立 运动的构件，主动件 3、从动件：随原动件运动的其余活动构件 六、绘制机构运动简图的步骤 1、机构的运动分析 （1）确定原动部分和工作部分 （2）搞清传动部分 2、机构的结构分析：构件和运动副 3、选择适当投影面和比例尺，绘制机构运动简图,例1-1 绘制颚式破碎机的机构运动简图 解：1、机构的运动分析 （1）原动部分：偏心轴1 工作部分：动颚板5 （2）传动部分： 构件2、3、4 机架：6 2、机构的结构分析 6个构件，7个转动副 3、选择适当投影面和比 例尺绘图,例1-2 绘制内燃机的机构运动简图 解：1、机构的运动分析 （1）原动部分：活塞10 工作部分：曲轴4 （2）传动部分：连杆3，凸轮轴7，进气阀推杆8， 排气阀推杆9 机架：汽缸11 （3）曲柄滑块机构齿轮机构凸轮机构 2、机构的结构分析 7个构件，4个转动副，3个移动副，3个高副 3、选择适当投影面和比例尺绘图,例1-3 绘制活塞泵机构的机构运动简图,1-3 平面机构的自由度,一、平面机构自由度计算公式 1、平面机构的自由度 机构具有确定运动时所必须给定的独 立运动参数的数目 2、计算公式 F3n2PLPH,3、公式论证 （1）若平面机构有 K 个构件，因必有一个是固定 件，则活动构件数为 n K1。由于固定件 自由度为零，每个活动构件有 3 个自由度， 故共有 3 n 个自由度。 （2）若低副数为 PL ，高副数为 PH，因每个低副 引入2个约束，每个高副 引入1个约 束，故共引入 2 PL 1 PH个约束。,（3）活动构件自由度总数减去运动副引入约束总 数即为机构自由度数： F 3 n （2 PL1 PH） 例1-4 计算颚式破碎机的自由度 解： n 5 PL 7 PH 0 F3n2PLPH 1 n 3 PL 4 PH 0 F3n2PLPH 1,例1-5 计算内燃机的自由度 解： n 6 PL 7 PH 3 F3n2PLPH 1,例1-6 计算活塞泵的自由度 解： n 4 PL 5 PH 1 F3n2PLPH 1,4、机构具有确定运动的条件 机构的原动件数目等于机构的自由度数目 （1）铰链四杆机构 构件 1 按 1 1 (t) 运动， 构件 2 、3的运动完全确定 （2）铰链五杆机构 （a）构件 1 按 1 1 (t) 运动， 构件 2、3 和 4 的运动不确定 （b）构件 1 按 1 1 (t)、 构件 4 按 4 4 (t) 运动， 构件 2 、3 的运动完全确定,二、计算平面机构的自由度的注意事项 1、复合铰链 （1）定义：两个以上构件在同一轴线 上用转动副连接 （2）转动副数的计算 K 1 K 构件数 例1-7 计算直线机构自由度 解：n 7 PL 10 PH 0 F3n 2PL PH1 其中 A、B、C、D 为 复合铰链,2、局部自由度 （1）定义：不影响整个机构运动的自由度 F3n2PL PH 332312 不合理 （2）处理方法：滚子与推杆焊成一体 F3n2PL PH 32221 1 （3）作用： 变滑动为滚动， 减少摩擦阻力 和磨损。,3、虚约束 （1）定义：对机构运动不起约束作用的约束 F3n2PL PH 342600 不合理 （2）处理方法：将引入虚约束的构件和运动副 去掉 F3n 2PL PH332401,（3） 类型 （a）运动轨迹重合 （b）对运动不起作用的对称部分,（c）多处用移动副、转动副、高副联接 （4）作用：改善构件受力情况，增加机构刚度， 保证机械运动顺利。,例1-8 计算包装机送纸机构的自由度，并判断是 否具有确定运动。 解：n 6 PL7 PH 3 F3n2PL PH1 其中 D为复合铰链，C、H 为局部自由度，FI 为 虚约束 与原动件数相等， 具有确定 运动,例1-9 计算冲压机构的自由度 解：n 9 PL12 PH2 F3n2 PL PH1 其中 C、G为复合铰链， I为局部自由度，M 为 虚约束，7、8、9 为结 构重复构件而引入虚 约束,例1-10 计算大筛机构的自由度 解：n 7 PL9 PH1 F3n2 PL PH2 其中 C为复合铰链，F为局部自由度， E 为虚约束,1-4 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用,一、速度瞬心 1、定义：两构件作平面相对 运动时，在任一瞬时都可认为 它们是绕某一点作相对转动， 该点称为速度瞬心，简称瞬心。 （1）绝对瞬心：两构件之一固 定，重合点绝对速度为零 （2）相对瞬心：两构件均运动，重合点相对速度 为零，绝对速度相等 2、特点：两构件作平面相对运动时的等速重合点,二、机构中瞬心的数目 N K（K 1）2 K为构件数 三、机构中瞬心位置的确定 1、通过运动副直接相联两构件的瞬心 （1）以转动副联接的两构件：转动副中心 （2）以移动副联接的两构件：垂直导路无穷远 （3）以平面高副联接的两构件 （i）高副两元素作纯滚动：接触点 （ii）高副两元素作滚动和滑动：接触点公法线上,2、两构件不直接接触：三心定理 （1）定义：三个彼此作平面相对运动的构件共有 三个瞬心，且必定位于同一直线上。 （2）证明 （i）构件1、2和3有三个瞬心 NK（K1）/ 2 3 （ii）设1固定，P12 和 P13 为2和3与1所构成的转动 副中心，即为绝对瞬心 （iii）假定P23不在 上，而在2和3上任一重合 点C，显然 和 方向不同，由瞬心定 义知P23 必定不在C点而在 P12 和 P13的连线上,例1-11 求铰链四杆机构的瞬心 解： N K（K 1）2 6 P12、P23、P34、P14 分别为转动副中心 P13为 和 交点 P24为 和 交点,例1-12 确定曲柄摇块机构的全部瞬心位置 解： K N（N 1）26 P14 、P12、P34 为转动副中心A、B、C P23位于垂直BC无穷远，P24为 与 交点 P13为 与 交点 P14、P24、P34为绝对 瞬心 P12、P13、P23为相对 瞬心,例1-13 求曲柄滑块机构的瞬