机械设计基础1平面机构的自由度和运动分析ppt课件

1、1-1 运动副及其分类运动副及其分类(平面平面) 机构机构构件经过联接构件经过联接运动副构件之间直接接触并能产生一定运动副构件之间直接接触并能产生一定 方式相对运动的联接。方式相对运动的联接。 运动副运动副两构件接触方式两构件接触方式 点、线接触点、线接触高副高副 面接触面接触低副低副两构件经过面接触组成的运动副转转 动动 副副( (铰链铰链): ):移移 动动 副：副：固定铰链：两构件中有一个固定铰链：两构件中有一个 是固定的。是固定的。 活动铰链：两构件都不固定。活动铰链：两构件都不固定。 两构件在接触处两构件在接触处只允许相对挪动。只允许相对挪动。2. 2.高副：两构件经过点或线接触组成

2、的运动副。高副：两构件经过点或线接触组成的运动副。 凸轮副凸轮副 齿轮副齿轮副3. 3.其它：球面副；螺旋副其它：球面副；螺旋副( (空间运动副空间运动副) )111运动副表示方法：图运动副表示方法：图1 16( 6(书书P.8)P.8)转动副转动副挪动副挪动副高副高副二二. .机构运动简图：机构运动简图：12平面机构的运动简图 p.8 (平面)机构(具有确定运动)构件组成2.2.构件的表示方法：构件的表示方法： 固定件(机架): 原动件(输入构件): 从动件: (线条) 图17p.8一个构件可有假设干个运动副元素描画运动的参考系描画运动的参考系: :运动规律知的构件运动规律知的构件其他活动构

3、件其他活动构件要研讨机构首先要表达机构一一. . 构件的分类及表示法：构件的分类及表示法：1.1.分类：分类：P.8P.8倒倒3 3 表达各构件相对运动关系的简单图形(表达机构运动的言语)与运动有关的要素： 1.构件数目2.运动副数目及类型3.运动副之间的相对位置表达方式：1.线条代表构件2.符号代表运动副3.按比例作图区别“机构表示图作图步骤：作图步骤：1.1.分析构造和相对运动分析构造和相对运动 动作原理、构件数动作原理、构件数( (固定、固定、活动活动) )、运动副数及类型、运动副数及类型) )2.2.选择视图平面和比例尺选择视图平面和比例尺3.3.选择原动件的一个位置选择原动件的一个位

4、置4.4.按表达方式作图按表达方式作图( (机构演示机构演示) )二二. .机构运动简图：机构运动简图：转动副转动副机架机架挪动副挪动副凸轮副凸轮副齿轮副齿轮副运动副用符号代表运动副用符号代表机架原动件从动件例2:作图步骤：作图步骤：1.1.分析构造和相对运动分析构造和相对运动2.2.选择视图平面和比例尺选择视图平面和比例尺3.3.选择原动件的一个位置选择原动件的一个位置4.4.按表达方式作图按表达方式作图例1:图1-9 活塞泵 p.10图(18)颚式破碎机 p.91.找固定件(1个 原动件(1个 从动件 2.找运动副 作业：作业：p.17 1-1p.17 1-1，1-31-3主要内容：主要内

5、容：1.1.运动副及其分类运动副及其分类 2. 2.平面机构运动简平面机构运动简图的绘制图的绘制13平面机构的自在度 P10一一. .自在构件的自在度自在构件的自在度自在构件作平面运动二二. .运动副引入的约束运动副引入的约束三个自在度(三个独立运动的能够性)自在构件作空间运动六个自在度引入两个约束引入一个约束低副(转动副、挪动副高副三三. . 平面机构的自在度平面机构的自在度(F(F0) 0)(1)计算式： 1 11 1 活动构件数原动件从动件活动构件数原动件从动件 低副数目低副数目 高副数目高副数目(2)机构具有确定运动的条件:(3)计算平面机构自在度的本卷须知:K=4 ; n=3 ; p

6、L=4 ; pH =0F=33240=1有一个机架、自在度 F0、原动件数目机构自在度数目例例7: 7:有确定运动K=7 , n=71= 6 , PL = 8 , PH =1 (3与5同一构件) F=3n2PLPH=36281 =1原动件 机构有确定运动3例例6: 6:(2)机构具有确定运动的条件: p.11(F=0(F=0不动；多于不确定不动；多于不确定 ; ;少于破坏少于破坏1. 1.例图例图(1 (110) p.1110) p.11 K=5, n=K1=4, PL=5, 原动件数=1 F=3n2PLPH=3425=2 F 原动件数 机构运动不确定 2. 2.例图例图(1 (111) 11

7、) F 原动件数 杆2被拉断3. 3.例图例图(1 (112) 12) F=0 机构不动K=5, n=K1=4, PL=6F=3n2PLPH=3426=02K=4, n=K1=3,原动件数=2 ，PL=4 F=3n2PLPH=3324=1(3) 计算平面机构自在度的本卷须知：11123123412356F=3527=1F=3526=3？图图(1(114)14)F=37260=9？F=372100=1 两个以上m个的构件在同一轴线上用转动副联接实践转动副个, (Lm1)引入约束(m)1235641.复合铰链F=3527=1例例12: 12: 2.2.部分自在度部分自在度 P.12P.12图210

8、某些构件的不影响其他构件某些构件的不影响其他构件运动的独立的运动运动的独立的运动多余自在度多余自在度计算时排出计算时排出( (活动构件不计活动构件不计除去不计除去不计F= 3F= 33 32 23 31 1 = 2 ? = 2 ?部分自在度除去不计部分自在度除去不计对机构运动不起限制造用的反复约束对机构运动不起限制造用的反复约束3.3.虚约束虚约束 P.12P.12两构件组成多个反复的运动副两构件组成多个反复的运动副 ( (平行的平行的) )挪动副、挪动副、( (轴线重合轴线重合) )转动副转动副 机构中对传送运动不起独立作用的对称部分机构中对传送运动不起独立作用的对称部分F=32231= 1

9、？F=32221=1F=33232=1F=34244= 0？虚虚虚虚图图1 11616虚虚解解: 1.: 1.如不思索上如不思索上述要素，解得：述要素，解得：K=9, n=K1=8原动件数原动件数 F F 机构运动不确定机构运动不确定结论错误！结论错误！2.重解：重解： n=7，原动件数原动件数= F = F 机构有确定运动机构有确定运动PL=10，PH=1，原动件数原动件数=2 F=3n2PLPH=382101=3PL=9，PH=1F=3729 1=2123456789局虚复合例例1-7:1-7:图图1-17 P141-17 P14例例1-12 1-12 补充补充 局局虚虚复复分析：部分自在

10、度分析：部分自在度1个虚约束个虚约束1个个,复合铰链复合铰链1个。个。8,L11, 1解得解得:32 3821111原动件数原动件数1 机构有确定机构有确定运动运动作业：作业： P18 1-6, 1-7，1-10, 1-12主要内容：主要内容：1.1.平面自在度的计平面自在度的计算算 2. 2.机构具有确定运机构具有确定运动的条件动的条件利用瞬心法求简单机构的速度利用瞬心法求简单机构的速度( (速度分析速度分析) )12P12V21V12( (一一) )速度瞬心及其求法速度瞬心及其求法瞬心瞬心绝对瞬心(其中一刚体静止)相对瞬心(两刚体均运动) 相对运动两刚体上瞬时相对速度为零的重相对运动两刚体

11、上瞬时相对速度为零的重合点合点具同一瞬时绝对速度的重合点具同一瞬时绝对速度的重合点2.速度瞬心的求法: 作相对运动的两刚体作相对运动的两刚体, , 任何时任何时间总有一点的绝对速度相等间总有一点的绝对速度相等相对速度相对速度=0=01.1.速度瞬心的意义速度瞬心的意义: :两刚体相对运动两刚体相对运动绕瞬心的转动绕瞬心的转动( (二二) )瞬心在速度分析上的运用瞬心在速度分析上的运用1-4 1-4 速度瞬心及其在机构速度分析上的运用速度瞬心及其在机构速度分析上的运用2.2.速度瞬心的求法速度瞬心的求法组成纯滚动高副组成纯滚动高副接触点是瞬心接触点是瞬心P122V211V1212P12瞬心的数目

12、瞬心的数目: :N=K(K-1)/2 (1-2)N=K(K-1)/2 (1-2)瞬心的求法瞬心的求法: :知两个重合点的相对速度知两个重合点的相对速度两向量垂线的交点两向量垂线的交点组成转动副组成转动副转动副是瞬心转动副是瞬心组成挪动副组成挪动副瞬心位于导轨垂线的无穷远处瞬心位于导轨垂线的无穷远处P12一切重合点的相对速度一切重合点的相对速度挪动方向挪动方向P12接触点的相对速度接触点的相对速度=0=0组成滑动兼滚动副组成滑动兼滚动副瞬心瞬心位于过接触点的公法线方向位于过接触点的公法线方向接触点的相对速度沿切线方向接触点的相对速度沿切线方向不直接接触两构件的瞬心不直接接触两构件的瞬心不直接接触

13、两构件的瞬心不直接接触两构件的瞬心三心定理证明证明: :123VC2VC3分析分析: : 重合点重合点C CC2C2、C3C3的绝对速度的绝对速度VC2 =VC3 VC2 =VC3 假设假设: : 第三个瞬心第三个瞬心(P23)(P23)不在不在P12P12及及P13P13的连线上的连线上, , 而在而在C C点。点。 图图1-20 (P.14) K=3 1-20 (P.14) K=3 ，N=3(3N=3(31)/2=31)/2=3 作平面运动的三个构件共有三个瞬心, 它们位于同不断线上。可得：可得：P12(P12(构件构件1 1、2) 2) 、P13(P13(构件构件1 1 、3) 3)是是

14、( (绝对绝对) )瞬心瞬心VC2 VC3 VC2 VC3 它们方向不能够一致它们方向不能够一致 CC点不能够是第三个瞬心点不能够是第三个瞬心 P23 P23 ( (瞬时绝对速度的重合点瞬时绝对速度的重合点) )第三个瞬心应在第三个瞬心应在 P12P13 P12P13的连线上。的连线上。P12P13C1234P24P13例例1-81-8：图：图1-21 P.151-21 P.15K=4 , N=43/2=6P23P34P14P12构件构件2 2、1 1、4 4 在在P12P14P12P14连线上连线上构件构件2 2、3 3、4 4 在在P23P34P23P34连线上连线上找找P24:找找P13

15、 :构件构件1 1、2 2、3 3 在在P12P23P12P23连线上连线上构件构件1 1、4 4、3 3 在在P14P34P14P34连线上连线上例例1-91-9：图：图1-22 P.161-22 P.16K=4 , N=4(41) /2=6找找P13： 构件构件1 1、2 2、3 3 在在P12P23P12P23连线上连线上构件构件1 1、4 4、3 3 在在P14P34P14P34连线上连线上 过过P14P14作导轨垂线作导轨垂线找找P24：构件构件2 2、1 1、4 4 在在P12P14P12P14连线上连线上构件构件2 2、3 3、4 4 在在P23P34P23P34连线上连线上过过

16、P23P23作导轨垂线作导轨垂线A1B234CP34P24P34P13P14P12P23(二)瞬心在速度分析上的运用 P.16瞬心瞬心相对速度相对速度=0,=0,绝对速度相等绝对速度相等速度速度分析分析2. 2.滑动兼滚动接触的高副滑动兼滚动接触的高副 3. 3.直动从动件凸轮机构直动从动件凸轮机构1234P12P14P23P34P24P13( (知知2 4)2 4)P24P24是构件是构件2 2、4 4的瞬心的瞬心 两者两者 的同速点的同速点该点该点 构件构件2 2绝对速度：绝对速度：VE= 2LEAVE= 2LEA 构件构件4 4绝对速度：绝对速度：VE= 4LEDVE= 4LEDADEE

17、AEDLL421. 1.铰链四杆机构铰链四杆机构( (图图1-21)1-21)2. 2.滑动兼滚动接触的高副滑动兼滚动接触的高副(A)(B)C132P12 P13 P23nnP12 P12 过接触点的公法线上过接触点的公法线上三心定理求解三心定理求解图图1-231-23(D)角速度与连心线被轮廓接触点公法线角速度与连心线被轮廓接触点公法线 所分割的两线段长度成反比所分割的两线段长度成反比DADBLL21用在齿轮机构用在齿轮机构( (齿轮或摆动从动件凸轮机构齿轮或摆动从动件凸轮机构) )3. 3.直动从动件凸轮机构直动从动件凸轮机构( (同上同上) )图图1-241-24231O1V2P23P12P12 P12 过接触点的公法线上过接触点的公法线上 三心定理求解三心定理求解P13 (P13 (回转副是瞬心回转副是瞬心) )P23 P23 构件构件2 2、3 3的瞬