西建大机械设计基础课件01平面机构的自由度和速度分析

第1章平面机构的自由度和速度分析

机器是由机构组成的平底凸轮机构连杆机构齿轮机构内燃机机构的组成?组成要素构件运动副机架（或固定构件）活动构件主动件从动件给定运动规律的活动构件称为原动件。作用有驱动力或驱动力矩的活动构件称为主动件。最终输出运动或动力的从动件称为输出件。构件分成平面机构的运动简图与自由度§1-3平面机构的自由度§1-l运动副及其分类§1-2平面机构运动简图第1章§1-4速度瞬心及其在机构速度分析上的应用

用运动副联结后，彼此的相对运动受到某些约束。

两个构件在用运动副联结前有六个独立的相对运动。构件2xzy构件1O机构中两构件直接接触的可动联接。§1-1运动副及其分类一、运动副转动副根据运动副中构件间的接触形式分移动副转动副齿轮副凸轮副低副：面接触的运动副高副：点、线接触的运动副。二、运动副分类1234ABCD机构的形成§1-2平面机构的运动简图及其绘制用线条和简单图形代表构件，用规定符号代表运动副，按比例作出的图形。一、机构运动简图一、机构运动简图121212212121转动副移动副§2-3平面机构的运动简图及其绘制齿轮副凸轮副一、机构运动简图机构运动简图画法举例颚式破碎机机构运动简图内燃机机构运动简图注意事项1．首先要搞清楚实际构造和运动情况，弄清路线：原动件→传动路线→执行部件2．高副要绘制接触处的曲线轮廓。3．选择机构的多数构件的运动平面为投影面。4．比例尺表示方法。5．机架间的相对位置很重要（如对心曲柄滑块机构和偏置曲柄滑块机构）。6．转动副的转动中心，和移动副的移动导路方向。为了准确地反映构件间原有的相对运动，表示转动副的小圆必须与相对回转轴线重合；表示移动副的滑块，导杆或导槽，其导路必须与相对移动方向一致；表示平面高副的曲线，其曲率中心的位置必须与构件的实际轮廓相等。

能动吗？机构自由度——机构中各活动构件相对于机架的可能独立运动的数目。213ACB4D§1-3平面机构的自由度1234ABCD自由构件——具有3个自由度低副——减少2个自由度高副——减少1个自由度——运动链自由度——低副数——活动构件数——高副数一、平面机构自由度计算公式§1-3平面机构的自由度1234ABCD——运动链自由度——低副数——活动构件数——高副数pL=4n=3pH=01245ABDEC3F=1pL=5n=4pH=0F=2一、平面机构自由度计算公式§1-3平面机构的自由度P5=4,P4=1,F=0n=3,n=2,P5=3,F=0231123ACB4Dn=3,P5=5,F=

1B2C4ADE13n=3,P5=4,F=1

14123ABCD

1

4C2B54ADE13n=4,P5=5,F=2C'结论：1.机构可能运动的条件是：2.机构具有确定运动的条件是：

即主动件数等于机构自由度数F。输入的独立运动数目等于机构自由度数F。机构自由度数F1。二、机构具有确定相对运动的条件（一）虚约束虚约束——机构中那些对构件间的相对运动不起独立限制作用的重复约束。或称消极约束。4F5ABCDEF123ADBCE？123ADBCE三、计算机构自由度时应注意的问题常见的虚约束：1.机构中联结构件与被联结构件在联接处的轨迹重合？2.两构件组成若干个导路中心线互相平行或重叠的移动副2CAB1343CAD=BD=DC2AB14D常见的虚约束：4.在机构整个运动过程中，其中某两构件上两点之间的距离始终不变。5.机构中自由度F=–1的对称部分。ACBD1232'4CAB1325DEFBC=EF，AB=CD，BE=CF，AE=DF。2132'2"O3.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。（二）局部自由度局部自由度——机构中个别构件所具有的不影响其它构件运动，即与整个机构运动无关的自由度。21ACB43?（一）虚约束21ACB3三、计算机构自由度时应注意的问题（三）复合铰链？A2CB134DE56324复合铰链——由m个构件在一处组成轴线重合的转动副。实际有(m-1)个转动副。如图所示F、B、D、C处是复合铰链[例]BCDF（二）局部自由度（一）虚约束三、计算机构自由度时应注意的问题A[例]2CB13DE5647局部自由度虚约束

机构具有确定运动,因为主动件数等于机构自由度数F。EABCDOFGH复合铰链只能算一个虚约束§1-4速度瞬心及其在机构速度分析上的应用一、速度瞬心的概念速度瞬心——两构件作相对运动时，其相对速度为零时的重合点称为速度瞬心，简称瞬心。jiPijABvBiBjvAiAj

ij

因此,两构件在任一瞬时的相对运动都可看成绕瞬心的相对运动。绝对瞬心：瞬心点的绝对速度为0相对瞬心：瞬心点的绝对速度不为0二、机构的瞬心数目每两个相对运动的构件都有一个瞬心，故若有N个构件的机构，其瞬心总数为：

也就是两构件在该瞬时具有相同绝对速度的重合点.Pij一、速度瞬心的概念二、机构的瞬心数目三、瞬心位置的确定1.根据瞬心的定义jiABvBiBjvAiAj

若已知两构件i、j上两重合点A、B的相对速度vAiAj

、vBiBj。

作两重合点相对速度的垂线，其交点就是构件i、j的瞬心Pij。§1-4速度瞬心及其在机构速度分析上的应用2.两构件直接用运动副连接AB12A12（P12）P128三、瞬心位置的确定1.根据瞬心的定义nnM12tt12p12M（1）若两构件1、2以转动副相联结，则瞬心P12位于转动副的中心；（2）若两构件1、2以移动副相联结，则瞬心P12位于垂直于导路线方向的无穷远处；（3）若两构件1、2以高副相联结，在接触点M处作纯滚动，则接触点M就是它们的瞬心，在接触点M处有相对滑动，则瞬心位于过接触点M的公法线上，P122.两构件直接用运动副连接三、瞬心位置的确定1.根据瞬心的定义

3.两构件间没有用运动副直接连接，则可用三心定理来确定其瞬心位置CVc2Vc3P12P13三心定理:作平面运动的三个构件共有三个瞬心，这三个瞬心必在一条直线上AB123

2

3P12[例]

平底移动从动件盘形凸轮机构，构件2的角速度

2，求从动件3在图示位置时的移动速度v3。321

2KnnP13P23