第一章 平面机构的自由度和速度.ppt

第一章平面机构的自由度和速度分析,平面机构：所有构件都在互相平行的平面内运动空间机构：构件不在互相平行的平面内运动本课程主要研究平面机构,1-1运动副及其分类,一、构件的自由度(构件相对参考系的独立运动),平面运动的构件，有3个自由度,空间运动的构件，有6个自由度,二、约束(对独立运动所加的限制),三、运动副平面机构中每个构件都不是自由构件，而以一定的方式与其他构件组成动联接运动副两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接，称为运动副,运动副元素参与接触而构成运动副的点、线、面,四、运动副分类根据接触形式，运动副分：,1）低副：面接触的运动副转动副、移动副,2）高副：点或线接触的运动副齿轮副、凸轮副,1）平面运动副：相对平面运动,2）空间运动副：相对空间运动螺旋副，球面副,根据运动形式，运动副分：,球面副,螺旋副,五、运动副的约束,1）低副：转动副、移动副,2）高副：齿轮副、凸轮副。,具有2个约束，保留1个自由度,具有1个约束，保留2个自由度,3）空间运动副：球面副、螺旋副。,一、定义和作用机构运动简图说明机构各构件间相对运动关系的简化图形运动副和构件的形状运动副符号及代表构件的线条运动副的相对位置按比例画线条长度及运动副间相对位置,1-2平面机构运动简图,组成：线条和符号符号表示运动副，线条表示构件,二、机构运动简图的绘制,1、运动副的表示符号：1)两构件构成转动副,2)两构件构成移动副,3)两构件组成平面高副,用两构件接触点（线）附近的两段轮廓表示,4）凸轮机构和齿轮机构的习惯表示,2、构件表示方法：构件上的运动副元素按其位置表示用线条将运动副元素联接起来,1)具有两个运动副元素的构件：,2)具有三个运动副元素的构件:,3、机构中构件的分类（1）固定构件（机架）支撑活动构件，固定不动（2）原动件（主动件）运动规律已知的活动构件运动由外界输入的（3）从动件随原动件运动而运动的活动构件又称输出构件,机构=机架+原动件+从动件,4、运动简图的绘制步骤,1）确定机架2）确定原动件3）确定从动件4）确定构件数量及构件间的相对运动关系，以确定运动副的种类和数目5）选择适当的投影面6）选择比例尺7）以线条和规定的运动副符号表示构件和运动副,单击,牛头刨床结构示意图,牛头刨床运动图,1-3平面机构的自由度,组合起来的构件系统能否产生相对运动并具有确定运动?平面机构的自由度机构具有确定运动的条件,一、平面机构的自由度定义：机构中各个构件相对于机架具有的独立运动数目,两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些约束,低副：高副：,转动副,移动副,齿轮副,凸轮副,低副引入？约束高副引入？约束,N个平面运动构件，未用运动副联接前可动构件的自由度总数为？3N各构件用运动副连接后,由于运动副引入约束使构件自由度减少。若机构中有PL个低副和PH个高副，运动副引入的约束数为？2PL+PH,自由度的计算公式：自由度总数减去约束总数F3N-2PL-PH,F=3324=1,F=3425=2,n=3,Pl=4,n=4,Pl=5,四杆机构,五杆机构,例：,二、机构具有确定运动的条件机构的自由度必须大于零，才能保证除机架之外的其它构件能够运动。如果机构的自由度等于零，所有构件就不能运动了，因此也就构不成机构了。通常我们用具有一个独立运动的构件作原动件，因此，构件系统成为机构的充分必要条件为：构件系统的自由度必须大于零，且原动件的数目必须等于自由度数。,三、计算平面机构的自由度应注意的几个问题1复合铰链两个以上构件组成两个或更多个共轴线的转动副，即为复合铰链。,构件在A处构成复合铰链。由图B可知，此三构件共组成两个共轴线转动副，当有k个构件在同一处构成复合铰链时，就构成k-1个共线转动副。在计算机构自由度时，应仔细观察是否有复合铰链存在，以免算错运动副的数目。,F=37210=1,n=7,Pl=10,例：,A,C,D,F,F,B,E,2局部自由度机构中不影响其输出与输入运动关系的个别构件的独立运动自由度，称为机构的局部自由度，在计算机构自由度时，可预先排除。,在计算自由度时，拿掉这个局部自由度，即可将滚子与装滚子的构件固接在一起。,3虚约束在机构中与其他约束重复而不起限制运动作用的约束称为虚约束。在计算机构自由度时，应当除去不计。,N=4,PL=6,PH=0,F=3x4-2x6-0=0,有的约束所起的限制作用重复,N=3,PL=4,PH=0,F=3x3-2x4-0=1,常见的虚约束：,（1）两构件上的两点距离保持恒定，在此两点间加一构件和两个回转副，则此联结带入的约束为虚约束。,（2）两构件组成的若干个导路中心线互相平行或重合的移动副。,3）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。,（4）在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链来传递运动，只有一组起独立传递运动的作用，其余各组常引入虚约束。,计算机构的自由度,F=37-29-1=2,N=7,PL=9,PH=1,1-4速度瞬心法及其在机构速度分析上的应用,一、速度瞬心及其求法,1速度瞬心：两作相对运动的刚体，其相对速度为零的重合点。,绝对瞬心：两刚体其一是固定的,相对瞬心：两刚体都是运动的,i构件和j构件瞬心的表示方法：Pij或Pji,2瞬心的数目,k为构件数目,3瞬心的求法,1)根据瞬心定义直接求两构件的瞬心,三心定理:任意三个构件有三个瞬心,这三个瞬心在同一直线上,2)根据三心定理求两构件的瞬心,二、瞬心法在速度分析上的应用1、四杆机构的瞬心,P14,P12,P23,P34,vP13=w1lP14P13=w3lP14P34,P14,P12,vC=w1lAP13,2、曲柄滑块机构,3齿轮或摆动从动件凸轮机构,P21,P31,P13,4、直动从动件凸轮机构,三、瞬心法的优、缺点