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 2 3 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 3 n 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 2 3 6 相对运动自由度所减少的数目就是约束数 F f f 3 3 2 3 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 1 2 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 1 3 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 3 3 2 4 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 3 4 2 5 2 高副数PH 0 1 2 3 4 1 1 3 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 3 2 2 2 1 1 高副数PH 1 1 2 3 1 3 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 1 3 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 3 7 2 10 0 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 3 3 2 3 1 2 PH 1 b F 3 2 2 2 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 3 4 2 6 0 F 3n 2PL PH 3 3 2 4 1 平行四边形机构 D F 3n 2PL PH 3 3 2 4 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 3 3 2 3 2 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 3 7 2 9 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 1 4 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 N n n 1 2 6 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 V2 VP12 l P13P12 1 长度P13P12直接从图上量取 根据三心定律和公法线n n求瞬心的位置P