機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1平面機(jī)構(gòu)的自由度和運(yùn)動(dòng)分析.ppt

1、本章主要內(nèi)容,運(yùn)動(dòng)副及其分類(平面) 如何表示機(jī)構(gòu)繪運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 機(jī)構(gòu)速度瞬心及分析,第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度和運(yùn)動(dòng)分析,1-1 運(yùn)動(dòng)副及其分類(平面),機(jī)構(gòu)構(gòu)件通過(guò)聯(lián)接,運(yùn)動(dòng)副構(gòu)件之間直接接觸并能產(chǎn)生一定 形式相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。,運(yùn)動(dòng)副,1.低 副,兩構(gòu)件通過(guò)面接觸組成的運(yùn)動(dòng)副,轉(zhuǎn) 動(dòng) 副(鉸鏈):,移 動(dòng) 副：,固定鉸鏈：兩構(gòu)件中有一個(gè) 是固定的。 活動(dòng)鉸鏈：兩構(gòu)件都不固定。,兩構(gòu)件在接觸處 只允許相對(duì)移動(dòng)。,2.高副：兩構(gòu)件通過(guò)點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副。 凸輪副 齒輪副,3.其它：球面副；螺旋副(空間運(yùn)動(dòng)副),運(yùn)動(dòng)副表示方法：圖16(書(shū)P.8),轉(zhuǎn)動(dòng)副,移動(dòng)副,高副,二.機(jī)

2、構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：,12平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 p.8,(平面)機(jī)構(gòu)(具有確定運(yùn)動(dòng))構(gòu)件組成,2.構(gòu)件的表示方法：,固定件(機(jī)架): 原動(dòng)件(輸入構(gòu)件): 從動(dòng)件:,(線條) 圖17p.8 一個(gè)構(gòu)件可有若干個(gè)運(yùn)動(dòng)副元素,描述運(yùn)動(dòng)的參考系,:運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的構(gòu)件,其余活動(dòng)構(gòu)件,要研究機(jī)構(gòu)首先要表達(dá)機(jī)構(gòu),一. 構(gòu)件的分類及表示法：,1.分類：P.8倒3,表達(dá)各構(gòu)件相對(duì) 運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形 (表達(dá)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的語(yǔ)言),與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的因素： 1.構(gòu)件數(shù)目 2.運(yùn)動(dòng)副數(shù)目及類型 3.運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置,表達(dá)方式： 1.線條代表構(gòu)件 2.符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副 3.按比例作圖 （區(qū)別“機(jī)構(gòu)示意圖”）,作圖步驟： 1.分析結(jié)構(gòu)和相

3、對(duì)運(yùn)動(dòng) 動(dòng)作原理、構(gòu)件數(shù)(固定、活動(dòng))、運(yùn)動(dòng)副數(shù)及類型) 2.選擇視圖平面和比例尺 3.選擇原動(dòng)件的一個(gè)位置 4.按表達(dá)方式作圖 (機(jī)構(gòu)演示),二.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：,機(jī)架,移動(dòng)副,凸輪副,齒輪副,運(yùn)動(dòng)副用符號(hào)代表,機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件,例2:,作圖步驟： 1.分析結(jié)構(gòu)和相對(duì)運(yùn)動(dòng) 2.選擇視圖平面和比例尺 3.選擇原動(dòng)件的一個(gè)位置 4.按表達(dá)方式作圖,例1:,圖1-9 活塞泵 p.10,圖(18)顎式破碎機(jī) p.9,1.找固定件(1個(gè)） 原動(dòng)件(1個(gè)） 從動(dòng)件 2.找運(yùn)動(dòng)副,作業(yè)：p.17 1-1，1-3,主要內(nèi)容：1.運(yùn)動(dòng)副及其分類 2.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制,13平面機(jī)構(gòu)的自由度 P10,一.自由

4、構(gòu)件的自由度,自由構(gòu)件作平面運(yùn)動(dòng),二.運(yùn)動(dòng)副引入的約束,三個(gè)自由度(三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的可能性),自由構(gòu)件作空間運(yùn)動(dòng),六個(gè)自由度,引入兩個(gè)約束,引入一個(gè)約束,低副(轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副） 高副,三. 平面機(jī)構(gòu)的自由度（）(F0),當(dāng)原動(dòng)件的數(shù)目機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng) (F=0不動(dòng)；多于不確定;少于破壞）,(1)計(jì)算式：, （11） 活動(dòng)構(gòu)件數(shù)（原動(dòng)件從動(dòng)件） 低副數(shù)目 高副數(shù)目,(2)機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件: (3)計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng):,K=4 ; n=3 ; pL=4 ; pH =0,F=33240=1,有一個(gè)機(jī)架、自由度 F0、 原動(dòng)件數(shù)目機(jī)構(gòu)自由度數(shù)目,例7:,有確定運(yùn)動(dòng),K=7 , n=71=

5、6 , PL = 8 , PH =1 (3與5同一構(gòu)件),F=3n2PLPH=36281 =1 原動(dòng)件 機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng),3,例6:,(2)機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件: p.11,(F=0不動(dòng)；多于不確定 ;少于破壞）,1.例圖(110) p.11,K=5, n=K1=4, PL=5, 原動(dòng)件數(shù)=1 F=3n2PLPH=3425=2, F 原動(dòng)件數(shù) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定,2.例圖(111), F 原動(dòng)件數(shù) 桿2被拉斷,3.例圖(112), F=0 機(jī)構(gòu)不動(dòng),K=5, n=K1=4, PL=6 F=3n2PLPH=3426=0,2,K=4, n=K1=3,原動(dòng)件數(shù)=2 ，PL=4 F=3n2PLPH=332

6、4=1,(3) 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng)：11,F=3527=1,F=3526=3？,圖(114),F=37260=9？,F=372100=1,兩個(gè)以上（m個(gè)）的構(gòu)件在同一軸線上用轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)副個(gè), (Lm1)引入約束(m),1.復(fù)合鉸鏈,F=3527=1,例12:,2.局部自由度 P.12,圖210,某些構(gòu)件的（不影響其他構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的）獨(dú)立的運(yùn)動(dòng),多余自由度 計(jì)算時(shí)排出(活動(dòng)構(gòu)件不計(jì)除去不計(jì),F= 33231 = 2 ?,F= 32221 = 1,對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不起限制作用的重復(fù)約束,3.虛約束 P.12,兩構(gòu)件組成多個(gè)重復(fù)的運(yùn)動(dòng)副 (平行的)移動(dòng)副、(軸線重合)轉(zhuǎn)動(dòng)副,機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)

7、不起獨(dú)立作用的對(duì)稱部分,F=32231 = 1？,F=32221=1,F=33232=1,F=34244= 0？,虛,虛,圖116,虛,解: 1.如不考慮上 述因素，解得：,K=9, n=K1=8,原動(dòng)件數(shù) F 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定結(jié)論錯(cuò)誤！,2.重解： n=7，,原動(dòng)件數(shù)= F 機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng),PL=10，PH=1， 原動(dòng)件數(shù)=2 F=3n2PLPH=382101=3,PL=9，PH=1 F=3729 1=2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,例1-7:圖1-17 P14,例1-12 補(bǔ)充,局,虛,復(fù),分析：局部自由度1個(gè)虛約束1個(gè),復(fù)合鉸鏈1個(gè)。8,L11, 1 解得:32 3821111 原

8、動(dòng)件數(shù)1 機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng),作業(yè)： P18 1-6, 1-7，1-10, 1-12,主要內(nèi)容：1.平面自由度的計(jì)算 2.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,利用瞬心法求簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的速度(速度分析),1,2,(一)速度瞬心及其求法,瞬心,絕對(duì)瞬心(其中一剛體靜止) 相對(duì)瞬心(兩剛體均運(yùn)動(dòng)),相對(duì)運(yùn)動(dòng)兩剛體上瞬時(shí)相對(duì)速度為零的重 合點(diǎn)具同一瞬時(shí)絕對(duì)速度的重合點(diǎn),2.速度瞬心的求法:,作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩剛體, 任何時(shí) 間總有一點(diǎn)的絕對(duì)速度相等相對(duì)速度=0,1.速度瞬心的意義:,兩剛體相對(duì)運(yùn)動(dòng)繞瞬心的轉(zhuǎn)動(dòng),(二)瞬心在速度分析上的應(yīng)用,1-4 速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用,2.速度瞬心的求法,組成純滾動(dòng)高副接觸點(diǎn)是

9、瞬心,瞬心的數(shù)目:,N=K(K-1)/2 (1-2),瞬心的求法:,已知兩個(gè)重合點(diǎn)的相對(duì)速度 兩向量垂線的交點(diǎn),組成轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副是瞬心,組成移動(dòng)副瞬心位于導(dǎo)軌垂線的無(wú)窮遠(yuǎn)處,所有重合點(diǎn)的相對(duì)速度移動(dòng)方向,接觸點(diǎn)的相對(duì)速度=0,組成滑動(dòng)兼滾動(dòng)副瞬心 位于過(guò)接觸點(diǎn)的公法線方向,接觸點(diǎn)的相對(duì)速度沿切線方向,不直接接觸兩構(gòu)件的瞬心,不直接接觸兩構(gòu)件的瞬心,三心定理,證明:,分析:,重合點(diǎn)C（C2、C3）的絕對(duì)速度VC2 =VC3,假設(shè):,第三個(gè)瞬心(P23)不在P12及P13的連線上, 而在C點(diǎn)。,圖1-20 (P.14) K=3 ，N=3(31)/2=3,作平面運(yùn)動(dòng)的 三個(gè)構(gòu)件共有三個(gè)瞬心, 它們位

10、于同一直線上。,可得：P12(構(gòu)件1、2) 、P13(構(gòu)件1 、3)是(絕對(duì))瞬心,VC2 VC3 它們方向不可能一致 C點(diǎn)不可能是第三個(gè)瞬心 P23 (瞬時(shí)絕對(duì)速度的重合點(diǎn)),第三個(gè)瞬心應(yīng)在 P12P13的連線上。,例1-8：圖1-21 P.15,K=4 , N=43/2=6,構(gòu)件2、1、4 在P12P14連線上,構(gòu)件2、3、4 在P23P34連線上,找P24:,找P13 :,構(gòu)件1、2、3 在P12P23連線上,構(gòu)件1、4、3 在P14P34連線上,例1-9：圖1-22 P.16,K=4 , N=4(41) /2=6,找P13：,構(gòu)件1、2、3 在P12P23連線上,構(gòu)件1、4、3 在P1

11、4P34連線上 過(guò)P14作導(dǎo)軌垂線,找P24：,構(gòu)件2、1、4 在P12P14連線上,構(gòu)件2、3、4 在P23P34連線上 過(guò)P23作導(dǎo)軌垂線,P34,P34,(二)瞬心在速度分析上的應(yīng)用 P.16,瞬心相對(duì)速度=0,絕對(duì)速度相等速度分析,2.滑動(dòng)兼滾動(dòng)接觸的高副 3.直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu),(知2 4),P24是構(gòu)件2、4的瞬心 兩者 的同速點(diǎn),該點(diǎn) 構(gòu)件2絕對(duì)速度：VE= 2LEA 構(gòu)件4絕對(duì)速度：VE= 4LED,1.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)(圖1-21),結(jié)論：兩構(gòu)件的角速度與其絕對(duì)瞬心至相對(duì)瞬心的距離成反比。,2.滑動(dòng)兼滾動(dòng)接觸的高副,n,n,P12 過(guò)接觸點(diǎn)的公法線上三心定理求解,圖1-23,(D),角速度與連心線被輪廓接觸點(diǎn)公法線 所分割的兩線段長(zhǎng)度成反比,用在齒輪機(jī)構(gòu),(齒輪或擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)),3.直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)(同上)圖1-24,P12 過(guò)接觸點(diǎn)的公法線上 三心定理求解,P13 (回轉(zhuǎn)副是瞬心),P23 構(gòu)件2、3的瞬心位于導(dǎo)軌垂線 (三心