平面机构的自由度幻灯片.ppt

1运动副及其分类2平面机构的运动简图3平面机构的自由度,平面机构的自由度,案例导入,案例分析：如图所示为缝纫机踏板机构，为其机构运动简图和结构示意图。缝纫机传动路线为:操作者踩踏踏板使摇杆1（原动件）往复摆动连杆2驱曲柄3（从动件）带动带轮使机头主轴连续转动。,缝纫机踏板机构,问题：（1）各构件的长度如何才能保证实现相关的运动？（2）该机构在工作时，出现卡死现象如何处理？,缝纫机踏板机构,案例导入,一、自由度和约束：,1.自由度：构件所具有的这种独立运动的数目称为构件的自由度。,1运动副及其分类,2.约束但当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构件系统时，各个构件不再是自由构件。两相互接触的构件间只能作一定的相对运动，自由度减少。这种对构件独立运动所施加的限制称为约束。,3.自由度和约束的关系运动副每引入一个约束，构件就失去N自由度。,运动副既限制了两构件的某些相对运动，又允许构件间有一定的相对运动。,二、运动副,1.运动副概念：两构件直接接触并能产生相对运动的联接，称为运动副。是可动连接。例如：轴和轴承、啮合中的一对齿廓、均保持直接接触，并能产生一定的相对运动，因而它们都构成了运动副。,a)两个构件、b)直接接触、c)有相对运动,三个条件，缺一不可,2.运动副元素：两构件直接接触而构成运动副的点、线、面部分。例如：轴与轴承间构成运动副，轴的外圆柱面与轴承内孔为运动副元素。凸轮与滚子间构成运动副，凸轮与滚子接触部分为运动副元素。,运动副元素,运动副元素,二、运动副,所有构件均在同一平面或在几个相互平行的平面内运动,概述,第2章,机构,平面机构,空间机构,二、运动副,按两构件接触特性，常分为低副、高副两大类。,低副：两构件以面接触而形成的运动副。按运动特性可分为转动副和移动副,1)转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。,a)固定铰链,（1）、平面运动副,3.运动副分类,二、运动副,b)活动铰链转动副,固定铰链和活动铰链模型,2)移动副：只允许两构件作相对移动。,移动副模型,结论:,两构件用低副联接，失去两个自由度；压力小。,高副：两构件以点或线接触而构成的运动副。,凸轮副,齿轮副,高副模型,两构件用高副联接，失去一个自由度；压力大。,结论:,(2)、空间运动副,若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。,螺旋副,球面副,2平面机构的运动简图,1、机构运动简图：用简单的线条和规定符号表示构件和运动副，并按一定的比例确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种表明机构组成和各构件间真实运动关系的简单的图形。和运动有关的：运动副的类型、数目、相对位置、构件数目；和运动无关的：构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体构造。,一、机构运动简图的概念,2、机构示意图：只需表明机构运动传递情况和构造特征，不必按严格比例所画的图形,二、平面机构运动简图的绘制,（一）构件的表示方法1.构件,构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。,2.转动副,构件组成转动副时，如下图表示。图垂直于回转轴线用图a表示；图不垂直于回转轴线时用图b表示。表示转动副的圆圈，圆心须与回转轴线重合。一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。,3.移动副,两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。,4.平面高副,两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。,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,平面高副,螺旋副,空间运动副,一般构件的表示方法,杆、轴构件,固定构件,同一构件,两副构件,三副构件,常用机构运动简图符号,（二）绘机构运动简图的步骤,1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；,2）确定所有运动副的类型和数目；,3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；,4）确定比例尺：,5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画),注意：要明确三类构件,固定件（机架）：机架中只有一个为机架。原动件：机构中有驱动力或已知运动规律的构件。从动件：除原动件以外的所有活动构件。,机构运动简图应满足的条件：1.构件数目与实际相同2.运动副的性质、数目与实际相符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。,例试绘制颚式破碎机的机构运动简图,绘制机构运动简图的方法,电动机,工作原理：,1、工作原理,1机架2曲轴（原动件）3动颚4肘板,2、运动副,机架1,肘板4,动颚3,曲轴2,1与2在A回转副2和3在B回转副3与4在C回转副4与1在D回转副,A,B,C,3、选择投影面,4、比例尺1：1,D,A,B,C,D,1,2,3,4,例试绘制颚式破碎机的机构运动简图,解：1）分析运动，确定构件的类型和数量,2）确定运动副的类型和数目,3）选择视图平面,4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置,5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件,例1-2试绘制内燃机的机构运动简图,解：1）分析运动，确定构件的类型和数量,2）确定运动副的类型和数目,3）选择视图平面,4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置,5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件,内燃机工作原理,一、平面机构自由度计算,1.构件自由度（复习）,一个自由的平面构件有三个自由度。,构件间,1.3平面机构的自由度,2.自由度计算公式,n:机构中活动构件数;PL：机构中低副数；,PH：机构中高副数；F：机构的自由度数；,则F=3n-2PL-PH,计算实例,n=3,PL=4,PH=0,F=3n-2Pl-Ph,=33-24-0,=1,例题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=3n2PLPH=3425=2,高副数PH=,0,例题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=3n2PLPH=32221=1,高副数PH=,1,二、机构具有确定运动的条件,如果自由度与原动件数不相等，会有以下4种情况：,第一种情况：原动件数小于自由度，如图。,F342x52原动件数(1),当只给定原动件1的位置角1时，从动件2、3、4的位置不能确定，不具有确定的相对运动。只有给出两个原动件，使构件1、4都处于给定位置，才能使从动件获得确定运动。,自由度原动件数,第二种情况：原动件数大于自由度，如图111。F=332X41原动件数2,如果原动件1和原动件3的给定运动都要同时满足，势必将杆2拉断!,第三种情况：原动件数等于0，如图112。F34260,各构件间不可能产生相对运动!,图1-13F0,原动件数=F，运动确定,原动件数F，机构破坏,综上所述可知，机构具有确定运动的条件是：,F0且F=原动件数,三、自由度计算中的特殊问题,例题计算图示圆盘锯机构的自由度。,解：活动构件数n=,7,低副数PL=,6,F=3n2PLPH,高副数PH=0,=37260,=9,计算结果肯定不对！构件数不会错，肯定是低副数目搞错了！,1.复合铰链,两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。,惯性筛机构,C处为复合铰链,n=5,Pl=7,Ph=0,=35-270=1,F=3n-2PlPh,三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有m1个转动副。,上例：在B、C、D、E四处应各有2个运动副。,例题重新计算图示圆盘锯机构的自由度。,解：活动构件数n=7,低副数PL=,10,F=3n2PLPH=372100=1,圆盘锯机构,计算图示两种凸轮机构的自由度。,解：n=,3，,PL=,3，,F=3n2PLPH=33231=2,PH=1,对于右边的机构，有：F=32221=1,事实上，两个机构的运动相同，且F=1,2.局部自由度,F=3n2PLPH=33231=1,或计算时去掉滚子和铰链：F=32221=1,定义：构件局部运动所产生的自由度。,出现在加装滚子的场合，计算时应去掉。,滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。,解：n=,4，,PL=,6，,F=3n2PLPH=3426=0,PH=0,3.虚约束对机构的运动实际不起作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。,FEABCD，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧，。增加的约束不起作用，应去掉构件4。,重新计算：n=3,PL=4,PH=0,F=3n2PLPH=3324=1,特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,出现虚约束的场合：1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，,如平行四边形机构（火车轮）,椭圆仪等。,处理方法：计算中只计入一个移动副。,2.两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。,F=3n-2PL-PH=33-24=1,F=3n-2PL-PH=31-21=1,3.两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为约束。,处理方法：计算中只计入一个转动副。,4.运动时，两构件上的两点距离始终不变。,5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。,6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。,如等宽凸轮,F=3n-2PL-PH=32-22-1=1,注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的!虚约束的作用：改善构件的受力情况，如多个行星轮。增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。,7.在输入与输出件之间用多组完全相同的结构联接。,1,2,1,2,2”,1”,1,2,3,4,5,F=3n2PLPH=3527=1,综上：计算机构自由度时应先判断有无复合铰链、局部自由度、虚约束,例1,1,3,2,4,7,5,6,8,解：n=,10，,PL=,F=3n2PLPH=310214=2,PH=,9,10,1,2,3,4,解：n=,4，,F=3n2PLPH=34251=1,14，,0,PL=,5，,PH=,1,例2,例3,解：n=,6，,PL=,F=3n2PLPH=3628-1=1,PH=,8，,1,例4,解：n=,7，,PL=,F=3n2PLPH=3729-1=2,PH=,9，,1,习题,一判断1.平面低副具有两个约束，而高副具有一个约束。()2.计算机构自由度时不需要考虑复合铰链。()3.齿轮与齿轮的接触属于低副联接。()二选择1.当机构中主动件数目()机构自由度数目时，该机构具有确定的相对运动。A.小于B.等于C.大于D.大于或等于2.平面运动构件最多具有()A.一个自由度B.两个自由度C.三个自由度D.四个自由度3.一个高副可以对构件限制()A.一个自由度B.两个自由度C.三个自由度D.四个自由度4.一个低副可以对构件限制()A.一个自由度B.两个自由度C.三个自由度D.四个自由度三简答1.机构具有确定运动的条件？2.计算机构的自由度时需要注意哪些问题？,四试计算下列图示机构的自由度(若有复合铰链、局部自由度或虚约束，必须明确指出)。,8、,10、,11、,9、,12、,13、,15、,14、,（A，B两个凸轮固连于同一轴上）,16、,17、,19、,18、,HF垂直FI,HG=FG=GI,20、,本章重点：机构运动简图的绘制方法。自由度的计算。,例题：图示为一简易冲床的设计图。试分析设计方案是否合理。如不合理，则绘出修改后的机构运动简图。,在一般情况下，梁横截面上的剪力和弯矩是随横截面的位置而变化的。设横截面沿梁轴线的位置用坐标x表示，则梁的各个横截面上的剪力和弯矩可以表示为坐标x的函数，即,剪力方程和弯矩方程分别表示梁轴线各横截面上剪力和弯矩的变化规律。,二、剪力方程和弯矩方程：剪力图和弯矩图,为了直观地确定梁的最大剪力和最大弯矩，及其所在截面的位置，需要画出剪力图和弯矩图。另外，在计算梁的位移时，也需要利用弯矩方程或者弯矩图。,以横截面上的剪力或弯矩为纵坐标，以横截面的位置为横坐标，根据剪力方程或弯矩方程绘出表示Fs(x)和M(x)的图线，表示沿梁轴线各横截面上剪力或者弯矩的变化情况，分别称为梁的剪力图或弯矩图。绘制时将正值的剪力画在x轴的上侧，负值剪力画在x轴的下侧。至于弯矩，则正弯矩画在下侧，负的画在梁上侧(也就是将弯矩画在受拉侧)。,二、剪力方程和弯矩方程：剪力图和弯矩图,解：求支反力,写出内力方程,P,YO,L,根据方程画内力图,Fs(x),M(x),x,x,P,PL,例作出下图梁的剪力图和弯矩图。,解：写出内力方程,根据方程画内力图,L,q,Fs(x),x,qL,例作出下图梁的剪力图和弯矩图。,例作出下图梁的剪力图和弯矩图。,解：求支反力,内力方程,根据方程画内力图,Fs(x),x,q,例作出下图梁的剪力图和弯矩图。,l,解：求支反力,内力方程,根据方程画内力图,a,b,F,对于左段,对于右段,例作出下图梁的剪力图和弯矩图。,l,解：求支反力,内力方程,根据方程画内力图,a,b,Me,三、纯弯曲时正应力,对某一截面而言，M和Iz若都是确定的，当横截面的弯矩为正时，则s(y)沿截面高度的分布规律:,受压一侧正应力为负，受拉一侧正应力为正,三、纯弯曲时正应力,由公式可知，某一截面的最大正应力发生在距离中性轴最远处。,取,Wz抗弯截面系数（抗弯截面模量）,实心矩形截面的抗弯截面系数,实心圆截面（直径为d）的抗弯截面系数,三、纯弯曲时正应力,四、梁的合理设计,一、合理配置梁的荷载和支座二、合理选择截面形状三、合理设计梁的外形,按强度条件设计梁时，主要是依据正应力强度条件。,可