汽车机械基础 课件03 机械系统具有确定运动的条件

机械系统具有确定运动的条件主

要

内容1平面机构自由度计算公式2平面机构具有确定运动的条件3计算平面机构自由度时应注意的问题

机构的自由度：

机构所具有的独立运动的数目。单个自由构件的自由度为3一、平面机构自由度计算公式平面运动副对自由度的影响高副——1个约束，2个自由度。低副——2个约束，1个自由度。一、平面机构自由度计算公式如果：活动构件数：n

低副数：pl

高副数：phxyＯ21未连接前总自由度：3n连接后引入的总约束数：2pl+ph机构自由度F：F=3n-2pl-ph

平面机构自由度计算公式一、平面机构自由度计算公式（1）计算手摇唧筒机构的自由度。

一、平面机构自由度计算公式一、平面机构自由度计算公式（1）计算手摇唧筒机构的自由度。

手摇唧筒机构解：分析此机构的组成：n=3，PL=4，PH=0，所以

F＝3n－2PL－PH＝3×3－2×4－0＝1一、平面机构自由度计算公式（1）计算手摇唧筒机构的自由度。

一、平面机构自由度计算公式（2）计算曲柄滑块机构的自由度。一、平面机构自由度计算公式（2）计算曲柄滑块机构的自由度。123解：活动构件数n=3低副数PL=4F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1

高副数PH=04（2）计算曲柄滑块机构的自由度。一、平面机构自由度计算公式解：n=3F=3n-2Pl-Ph

Pl=4=3×3-2×4-0Ph=0=1S3123一、平面机构自由度计算公式（2）计算曲柄滑块机构的自由度。内燃机中曲柄滑块机构解：分析此机构的组成：n=3，PL=4，PH=0，所以F＝3n－2PL－PH＝3×3－2×4－0＝1一、平面机构自由度计算公式（2）计算曲柄滑块机构的自由度。（3）计算图示凸轮机构的自由度。一、平面机构自由度计算公式123ω2解：n=2Pl=2Ph=1F=3n-2Pl-Ph

=3×2-2×2-1=1一、平面机构自由度计算公式（3）计算图示凸轮机构的自由度。3ABCD124

解：n=3Pl=4Ph=0F=3n-2Pl-Ph=3×3-2×4-0=1一、平面机构自由度计算公式（4）计算四杆的自由度。1解：活动构件数n=4低副数PL=5F=3n－2PL－PH=3×4－2×5=2高副数PH=05234该机构的自由度等于2.一、平面机构自由度计算公式（5）计算五杆铰链机构的自由度。一、平面机构自由度计算公式（6）计算缝纫机踏板机构的自由度3124一、平面机构自由度计算公式（6）计算缝纫机踏板机构的自由度解：分析此机构的组成：n=3，PL=4，PH=0，所以F＝3n－2PL－PH＝3×3－2×4－0＝1设计者的思路是：带轮5（原动件，由电动机驱动，和本例自由度计算无关）转动，带动凸轮1转动，使得杠杆2围绕C摆动，通过铰链D牵动冲头3上下运动完成冲床工作。图为一简易冲床，试绘制机构运动简图，分析简易冲床是否具有确定的运动，如存在问题，提出改进方案。1--凸轮，2—杠杆，3—冲头，4—机架，5—带轮一、平面机构自由度计算公式

计算简易冲床的自由度。

计算简易冲床的自由度。

一、平面机构自由度计算公式F=3n－2PL－PH=3×3-2×4-1×1=0n=3PL=4PH=1一、平面机构自由度计算公式

计算简易冲床的自由度。

经分析，该机构从运动角度看，确实存在问题，D点是构件2和构件3的连接点，但构件2和构件3在D点的运动轨迹不同，构件2上的D点的运动轨迹是以C点为圆心，以CD长为半径的圆弧，而构件3上的D点的运动轨迹是垂直机架的直线移动。同样在一个点，既有圆弧摆动又有直线移动，故机构不能动。一、平面机构自由度计算公式

计算简易冲床的自由度。

三杆铰链构件系统分析1：不能动，为刚性结构分析2：2134不能动---超静定结构。123ACBABCDE二、平面机构具有确定运动的条件分析3：铰链四杆机构1234θ1ABCD二、平面机构具有确定运动的条件分析3：铰链四杆机构二、平面机构具有确定运动的条件铰链五杆机构分析4：12345θ1θ2BACDE二、平面机构具有确定运动的条件1234θ15ABC1C2D1ED2二、平面机构具有确定运动的条件铰链五杆机构分析4：综合：

（1）当F≤0时：不能动，刚性结构（2）当F＞0时：

可能动原动件数>F：

卡死或最薄弱环节破坏

原动件数<F：能动----乱动

原动件数=F:机构具有确定的运动

二、平面机构具有确定运动的条件平面机构具有确定运动的条件：

机构的自由度

F>0

1原动件数

=机构的自由度数2二、平面机构具有确定运动的条件

要想让机构运动，必须解决D点的运动轨迹不同的问题，现提出三种修改方案。二、平面机构具有确定运动的条件二、平面机构具有确定运动的条件二、平面机构具有确定运动的条件二、平面机构具有确定运动的条件改进后的机构，活动构件数n=4，低副数PL=5（图a、图b是3个转动副，2个移动副；图c是4个转动副，1个移动副），高副数PH=1，则机构的自由度为:F＝3n-2PL-PH＝3×4-2×5-1＝1二、平面机构具有确定运动的条件图a图b图c修改方案二、平面机构具有确定运动的条件三、计算平面机构自由度时应注意的问题F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－

331＝

2F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－

221＝

11.局部自由度解决方法：假想焊接。发生场合：小滚子。

动画2三、计算平面机构自由度时应注意的问题

把滚子和与它铰接的从动件看作一个构件，作虚拟的“焊死”处理。三、计算平面机构自由度时应注意的问题1.局部自由度

将滑动摩擦变成滚动摩擦。降低摩擦力，减轻磨损。三、计算平面机构自由度时应注意的问题1.局部自由度F=3n－2PL－PH

F=原动件数目，机构有确定运动=3×2－2×2－1=1三、计算平面机构自由度时应注意的问题1.局部自由度

个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。三、计算平面机构自由度时应注意的问题1.局部自由度F=3n－2PL－PH

=3×3－2×3－2=1123三、计算平面机构自由度时应注意的问题1.局部自由度F=3n－2PL－PH

=3×3－2×3－2=11231.局部自由度三、计算平面机构自由度时应注意的问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=6F=3n－2PL－PH高副数PH==3×7－2×6－0=90圆盘锯机构

12345678ABCDEF三、计算平面机构自由度时应注意的问题计算图示摇筛机构的自由度。解：活动构件数n=5低副数PL=6F=3n－2PL－PH高副数PH==3×5－2×6－0=3计算结果不符合实际情况摇筛机构0三、计算平面机构自由度时应注意的问题123解决方法：m个构件(m>2)--m－1个转动副。发生场合：只存在于转动副中。321复合铰链－－两个以上的构件在同一处以转动副相联。三、计算平面机构自由度时应注意的问题2.复合铰链

准确识别复合铰链举例

12313421223两个转动副两个转动副两个转动副一个移动副1232一个转动副一个移动副三、计算平面机构自由度时应注意的问题2.复合铰链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=10F=3n－2PL－PH高副数PH==3×7－2×10－0=10复复复复

12345678ABCDEF三、计算平面机构自由度时应注意的问题2.复合铰链重新计算图示摇筛机构的自由度。经分析，该机构在C处为复合铰链，为2个转动副，故低副数为7个。解：活动构件数n=5低副数PL=7F=3n－2PL－PH高副数PH==3×5－2×7－0=1计算结果符合实际情况图

摇筛机构0三、计算平面机构自由度时应注意的问题2.复合铰链51F=3n－2PL－PH

F≠原动件数目机构没有确定运动=3×5-2×6=3-012345134625三、计算平面机构自由度时应注意的问题2.复合铰链F=原动件数目，机构有确定运动=3×5-2×7=1-01234513-45726F=3n－2PL－PH

三、计算平面机构自由度时应注意的问题2.复合铰链计算钢板剪切机的自由度，并判断其运动是否确定。自由度数等于原动件数所以，机构具有确定的相对运动。三、计算平面机构自由度时应注意的问题2.复合铰链三、计算平面机构自由度时应注意的问题解：n=4，PL=6，F=3n－2PL－PH

=3×4－2×6=01234ABCDEFPH=0

虚约束－－对机构的运动实际不起作用的约束在机构中与其他运动副作用重复，而对构件间的相对运动不起独立限制作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。∵FE＝AB＝CD，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。已知：AB＝CD＝EF,计算图示平行四边形机构的自由度∥∥∥∥三、计算平面机构自由度时应注意的问题3.虚约束三、计算平面机构自由度时应注意的问题3.虚约束例：已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形机构的自由度。解：n=3，PL=4，PH=0D3C21ABF＝3n－2PL－PH=3×3-2×4-0=1E4F特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：AB＝CD＝EF∥∥三、计算平面机构自由度时应注意的问题3.虚约束机构中的虚约束都是在一定的几何条件下形成的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动。注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的!三、计算平面机构自由度时应注意的问题3.虚约束如平行四边形机构，椭圆仪等。三、计算平面机构自由度时应注意的问题3.虚约束（1）两构件联接前后，联接点的轨迹重合出现虚约束的场合：D3C21ABE4F三、计算平面机构自由度时应注意的问题（1）两构件联接前后，联接点的轨迹重合出现虚约束的场合：3.虚约束F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝1BA作用：使机构运动顺利，避免运动不确定。三、计算平面机构自由度时应注意的问题3.虚约束（1）两构件联接前后，联接点的轨迹重合出现虚约束的场合：三、计算平面机构自由度时应注意的问题3.虚约束（1）两构件联接前后，联接点的轨迹重合出现虚约束的场合：123三、计算平面机构自由度时应注意的问题3.虚约束（2）两构件组合成多个移动副，其导路平行或重合出现虚约束的场合：123三、计算平面机构自由度时应注意的问题3.虚约束（2）两构件组合成多个移动副，其导路平行或重合出现虚约束的场合：三、计算平面机构自由度时应注意的问题3.虚约束（2）两构件组合成多个移动副，其导路平行或重合出现虚约束的场合：三、计算平面机构自由度时应注意的问题3.虚约束（3）两构件组合成多个转动副，且其轴线重合出现虚约束的场合：三、计算平面机构自由度时应注意的问题3.虚约束（3）两构件组合成多个转动副，且其轴线重合出现虚约束的场合：等宽凸轮W三、计算平面机构自由度时应注意的问题3.虚约束（4）两构件组合成多个高副，且接触点公法线重合出现虚约束的场合：EF天平机构三、计算平面机构自由度时应注意的问题3.虚约束（5）运动时，两构件上的两点距离始终不变