第1章-自由度.ppt

第一章平面机构的自由度和速度分析,平面机构：所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称平面机构，否则称为空间机构。,一、自由度和约束,1自由度：,一种相对的独立运动,2约束：,对运动的一种限制,二、运动副,构件之间的相互联接,1低副,两构件通过面接触组成的运动副,回转副（或铰链）两构件只能相对转动移动副两构件只能沿某一轴线相对移动,1-1运动副极其分类,移动副,回转副,平面低副提供2个约束，保留1个自由度,2高副两构件通过点或线接触组成的运动副空间运动副球面副螺旋副等,Y-Z平面内有两个自由度，即平面高副提供1个约束,球面低副,球面高副,螺旋副,1-2平面机构运动简图,用简单的线条和符号来表示构件和运动副，按比例尺寸画出机构中各构件间相对运动关系的简单图形,运动副的表示方法,转动副,移动副,机架,a,b,c,d,构件的表示方法,构件的分类：,（1）固定件（机架）支承活动构件的构件（2）原动件输入构件运动规律已知的活动构件（3）从动件随原动件的运动而运动的构件。其中输出机构预期运动规律的从动件为输出构件,绘制机构运动简图的步骤1）确定机构中的原动部分和工作部分，然后再把两者之间的传动搞清楚，从而找出组成机构的所有构件并确定构件间的运动副类型。2）恰当地选择投影面。一般选择机构中与多数构件的运动平面相平行的面为投影面。3）选择适当的比例尺，绘制出机构的运动简图。,鄂式破碎机机构运动简图,牛头刨床的机构运动简图,1-3平面机构的自由度一、平面机构自由度的计算公式一个不受任何约束的构件在平面运动中有三个自由度具有n个活动构件的平面机构，若各构件之间共构成PL个低副和PH个高副，则它们共引了(2PL+PH)个约束，机构的自由度F显然为:F=3n-(2PL+PH)(2-1)这就是平面机构自由度的计算公式，也称为平面机构结构公式。,二、机构具有确定运动的条件机构的自由度数目和机构原动件的数目与机构的运动有着密切的关系：1)若机构自由度，则机构不能动；2)若且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是确定的；这就是机构具有确定运动的条件。3)若0，而原动件数，而原动件数F，则构件间不能运动或产生破坏,图26,【例】求颚式碎矿机机构自由度。解：由机构运动简图可以看出，该机构共有3个运动构件（即构件2、3、4），4个低副（即转动副O、A、B、C），没有高副。故根据机构自由度计算公式可以求得机构的自由度为：,推土机机构,F=3*5-2*7=1,锯床机构,F=3n-2PL-PH,3*7-2*6=9？,3*7-2*10=1,错误,计算平面机构自由度,复合铰链由两个以上构件在同一处构成的重合转动副称为复合铰链。由m个构件汇集而成的复合铰链应当包含（m-1）个转动副。,F=3n-2PL-PH=3*3-2*(2+1)-1=2,F=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=1,错误,正确,2局部自由度,与输出机构运动无关的自由度称为局部自由度。在计算机构自由度时，局部自由度应当排除不计。,优点：局部自由度虽不影响整个机构的运动，但滚子可使高副处的滑动摩擦变成滚动摩擦，减少磨损。,3虚约束,对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。优点：虚约束虽对运动不起作用，但可增加构件的刚性或使构件受力均衡。注意：需要较高制造精度,常见的虚约束有以下几种情况,1)当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束.2)当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。,3)如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引入一个虚约束。4)机构中对运动起重复限制作用的对称部分也往往会引入虚约束。如图所示的行星轮系具有两个虚约束,计算自由度,F=3n-2PL-PH=3*7-2*9-1=2,C：复合铰链E：虚约束滚子为局部自由度,F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1,C:复合铰链,E：虚约束,滚子为局部自由度,唧筒机构,回转柱塞泵,缝纫机下针机构,偏心轮模型,冲压机构,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,F=3n-2PL-PH=3*9-2*12-2=1,锯木机机构,F=3*8-2*11-1=1,平炉渣口堵塞机构,F=3*6-2*8-1=1,测量仪表机构,F=3*6-2*8-1=1,缝纫机送布机构,F=3*4-2*4-2=2,1-4速度瞬心及其应用,1、速度瞬心的概念;2、速度瞬心数目;3、速度瞬心的位置;(直接构成运动副，间接构成运动副：三心定理)4.应用,速度瞬心及其应用,1、速度瞬心的概念：两个刚体上相对速度为零的重合点。如果两刚体之一是静止的，其瞬心为绝对速度瞬心。如果两刚体都是运动的，其瞬心为相对速度瞬心。2、速度瞬心数目：如果一个机构由k个构件所组成，则它的瞬心总数为：N=k(k-1)/2,速度瞬心及其应用,3、速度瞬心的位置：直接构成运动副间接构成运动副三心定理：作平面运动的三个构件间共有三个瞬心，它们位于同一直线上。,两构件通过转动副直接相连,两构件通过移动副直接相连,两构件通过高副直接相连,速度瞬心及其应用,小结：常用在构件较少的机