机械设计基础 第1章 平面机构的自由度和速度分析.ppt

1、第一章：平面机构的自由度和速度分析；第十三章：平面机构的自由度；学习要点：要求：掌握平面机构自由度的计算方法，确保平面机构有条件决定其运动。重点和难点：自由度的计算，虚拟约束机构的部件要有一定的相对运动。一组不产生相对运动或随机运动的部件很难传递运动。为了使组合部件确实运动，研究了机构的自由度和确定机构运动的条件。1.平面机构自由度的计算公式，平面运动空间中刚体的位置需要唯一确定三个独立的参数(x，y)。单个自由构件的自由度为3。首先，平面机构自由度的计算公式为3-约束数=自由构件自由度-约束数。首先，将平面机构的自由度、可动构件数n、构件总自由度、低副约束数3n、2 PL、1 Ph的计算公式

2、推广到一般高副约束数，计算公式为f=3n。每个高对引入一个约束，这使得成员失去一个自由度；k个成员-可移动成员的数量n=k-1；在与运动副连接之前，活动构件的总自由度为3n；低pl数。高对数，1。平面机构自由度的计算公式，机构自由度机构相对于框架的独立运动次数。f取决于运动部件的数量、运动副的性质和数量。从前面可以看出，从动部分不能独立移动，而原始部分可以独立移动。原动机只能提供一个独立的运动。该机构具有确定运动的条件如下：原始零件的自由度数，例如：计算曲柄滑块机构的自由度。溶液：活性组分的数量n=，低对的数量pl=，f=3n2pl ph=33 24=1，0，3，4；高副数PH=，计算图1-8

3、中颚式破碎机主机构的自由度。例：计算五杆铰链机构的自由度，解：活动件的数量n=，4，低副的数量PL=，5，F=3n 2PL酸碱度=34 25=2，高副的数量酸碱度=0，计算活塞泵的自由度图1-9:活动件的数量n=4；低数字pl=5；高阶数PH1=1F=3n 2PL PH1=34 25-1=1，例如：计算所示凸轮机构的自由度。解：可动件数n=，2，低副数PL=，2，F=3n 2PL PHS=32 221=1，高副数PHS=，1，1，2，3，机构有条件确定运动：机构的自由度F0，而F=原始零件数。2.平面机构自由度计算中的注意事项。1.复合铰链的两个或两个以上部件在同一位置形成旋转副的复合铰链。k

4、个构件，带(K1)旋转副。两个低对和三个部件构成两个旋转对。当计算机构f-识别复合铰链-旋转副的数量是错误的，计算圆锯机构的自由度如图所示。解决方案：活性成分的数量n=7；低阶数PL=，10，F=3n 2PL PH=37 2100=1，这证明了点F的轨迹是一条直线。圆盘锯机构，高副号PL=0，计算图中所示两个凸轮机构的自由度。解：n=，3，P1=，3，F=3n 2PL PH=33 23 1=2(错)，PH=1，对于正确的机构，有：F=3222 1=1，事实上，两个机构的运动是相同的，而F=1，2。F=3n-2PL-PH-Fp=33 -23-1-1=1，在本例中，局部自由度Fp=1，或在计算中去

5、掉滚轮和铰链：F=32 22 1=1，当安装滚轮时，FP应在计算中去掉。局部自由度不影响机构的运动，但滚轮可以使高副接触处产生滑动摩擦和滚动摩擦，减少磨损。解：n=，4，P1=，6，F=3n 2PL酸碱度=34 26=0(独立运动次数=0)，酸碱度=0，3。虚拟约束对机构运动没有影响。计算机构自由度时，应消除虚拟约束。FEAB光盘，因此，traj如平行四边形机构、火车轮、椭偏仪等。(需要证明)，4。移动时，两个成员上两点之间的距离始终是恒定的。3。当两个构件之间形成多个轴重合的旋转对时，只有一个旋转对起作用，其余为虚拟约束。5。对运动没有影响的对称部分。例如多个行星轮。两个成员组成一个高对，彼

6、此接触，法线重合。如等宽凸轮，注意：当法线不重合时，它们变成实际的约束！虚拟约束对运动没有影响，但是它提高了部件的应力，例如多个行星齿轮。增加机构的刚度，如轴和轴承、机床导轨。使机构平稳移动，避免不确定的运动，如车轮。要求高制造精度。注意：所有有虚拟约束的场合都是有条件的！计算图1-17a中大屏幕机构的自由度。位置c，2个下部对，复合铰链：局部自由度，1，虚拟约束，e，n=，7，pl=，9，ph=，1，f=3n-2pl-ph=37-29-1=2，先前内容点1。运动副：两个部件之间的直接接触。运动副分为以下几种：低副(表面接触):旋转副；运动副约束数为2，高副(点或线接触)约束数为1 2的机构运

7、动草图：为了突出与运动相关的因素，注意保持与运动相关的形状，只使用指定的符号来表示部件和运动副。3平面机构自由度的计算公式：F=3n-2PL-PH 4机构具有确定运动的条件：机构的自由度必须大于零，运动部件的数量必须等于其自由度。5在计算平面机构的自由度时，必须考虑是否存在复合铰链，并消除局部自由度和虚拟约束，这样才能得到正确的结果，并计算出如图所示的双曲线规划机构和整形机构的自由度。(a)双曲拉伸机构，(b)成形机构，计算实例，解(a) (b)，f=3n-2pl-ph=3 * 5-2 * 7=1，f=3n-2pl-ph=3 * 6-2 * 8-1=1，瞬时中心法特别适用于简单机构的运动分析。

8、1.速度瞬心及其求解。具有绝对瞬时中心的两个刚体之一是静止的，重合点的绝对速度为零。两个刚体都相对于瞬时中心移动，重合点的绝对速度不为零。在平面内运动的两个构件上的一对具有相同速度的重合点，这两个构件在某一时刻相对于这些点旋转，这称为瞬时速度中心。寻求法律？1.速度瞬心的定义。特点：这一点涉及两个组成部分。绝对速度相同，相对速度为零。相对旋转中心。2，瞬时中心的数量，每两个成员有一个瞬时中心。根据排列组合，瞬心数为：1，2，3。如果机制中有K个成员，那么NK(K-1)/2，3。确定机构的瞬时中心位置。1.直接观察法适用于寻找由运动副直接连接的两个构件的瞬时中心位置。两个刚体的相对运动是已知的。

9、瞬时中心位置是根据其定义计算的。1)两个重合点的相对速度方向速度矢量的垂直线的交点构件1和2的瞬时中心是已知的。2)两个分量构成旋转对旋转对的中心瞬时中心。3)两个分量构成了运动对引导道路垂直线的无限远瞬时中心。4)两个部件构成一个纯滚动高副-接触点-瞬心。5)两个部件形成一个滑动和滚动的高对-通过接触点的公共法线-瞬时中心。2。三心定律，定义：在一个平面内运动的三个分量有三个瞬心，它们位于同一条直线上。这种方法特别适用于两个组件没有直接连接的情况。(见P15的证明)例1:铰接四杆机构的瞬心，解：该机构的瞬心数为N=4(4-1)/2=6。旋转副中心a、b、c和d是instaP16、解：瞬心数为

10、：1。瞬时中心通过直接观察计算，2。瞬心由三心定律计算，Nn(n-1)/26 n=4，2。速度瞬心在机构速度分析中的应用，1。铰链四杆机构，解决方案：瞬时中心数为n=4 (4-1)四个可以通过直接观察得到，其余两个可以通过三个中心的定律得到。求瞬时中心P24的速度。P24是部件4和2的相同速度点，vp24l p24p 122 VP 24l p24p 144 4/2lp 24p 12 p24p 12/p24p 14，已知部件2的转速2，求出部件4的角速度4。它表明两个分量的角速度与其绝对瞬心到相对瞬心的距离成反比。2齿轮或摆动从动件凸轮机构，P16，已知凸轮速度1，求推杆速度。解决方案：通过直接

11、观察找到即时中心P13和P23。求瞬时中心P12的速度。V2V P12 L(P13P12)1，长度P13P12直接从图纸测量。根据三心定律和普通神经网络，求出瞬心的位置P12。3直从动件凸轮机构(计算速度)，L(P13P12)=V2/1，2。计算角速度，解：瞬时中心数为6，可通过直接观察计算，4，其余2个由三中心定律计算。找到瞬时中心P24的速度。vp24l (p24p14) 4，42 (p24p12)/p24p14，a)铰链机构知道部件2的旋转速度2并找到部件4的角速度4。VP24l(P24P12)2，方向：与2相同。相对瞬心位于两个绝对瞬心的同一侧，两个分量的方向相同。b)部件2的旋转速度

12、2由高对机构已知，并且计算部件3的角速度3。解：根据三个中心的定律找到P23。瞬心P23的速度为：vp23l (p23p13) 3，32 (p13p23/p12p23)，方向：与2相反。VP23l(P23P12)2，相对瞬时中心位于两个绝对瞬时中心之间，两个分量向相反方向转动。3。求出传动比，它被定义为两个分量角速度的传动比。3 /2 P12P23/P13P23，扩展至通用：i /j P1jPij/P1iPij。结论：中两分量的角速度之比等于绝对瞬心到相对瞬心距离的反比。角速度的方向是：当相对瞬时中心位于两个绝对瞬时中心的同一侧时，两个分量转向相同的方向。当相对瞬时中心在两个绝对瞬时中心之间时，两个分量