機械原理自由度課件

第1章平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,基本要求及重點、難點運動副及其分類平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)的自由度計算,1,PPT學(xué)習(xí)交流,基本要求和重點,了解研究機構(gòu)結(jié)構(gòu)的目的、機構(gòu)的組成，熟練掌握運動簡圖的繪制和機構(gòu)自由度的計算，會進行平面機構(gòu)組成原理和結(jié)構(gòu)分析,2,PPT學(xué)習(xí)交流,1.1研究機構(gòu)的目的,1、探討機構(gòu)運動的可能性和確定性2、對機構(gòu)按結(jié)構(gòu)進行分類，并建立運動分析和動力分析的一般方法3、了解機構(gòu)的組成原理4、繪制機構(gòu)運動簡圖,3,PPT學(xué)習(xí)交流,1.2運動副、運動鏈和機構(gòu),1、運動副：兩個構(gòu)件直接接觸形成的可動聯(lián)接。2、運動副元素：兩構(gòu)件構(gòu)成運動副時直接接觸的點、線、面部分。,4,PPT學(xué)習(xí)交流,自由度和約束,自由度：構(gòu)件具有的獨立運動的數(shù)目（確定構(gòu)件位置的獨立參變量的數(shù)目約束：對獨立運動所加的限制,5,PPT學(xué)習(xí)交流,3、運動副分類：（1）按運動副的接觸形式分為低幅和高副,低幅：面與面接觸的運動副；接觸面壓強較低。高副：點或線接觸的運動副。接觸面壓強較高，易磨損。,常見低幅,常見高副,6,PPT學(xué)習(xí)交流,（2）按相對運動形式分平面副和空間副,平面副,空間副,7,PPT學(xué)習(xí)交流,運動鏈,由兩個或兩個以上構(gòu)件通過運動副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。分兩類：閉式和開式。,8,PPT學(xué)習(xí)交流,開式運動鏈,9,PPT學(xué)習(xí)交流,機構(gòu),原動件：按給定運動規(guī)律獨力運動的構(gòu)件。從動件：其余的活動構(gòu)件。機架：固定不動的構(gòu)件。,10,PPT學(xué)習(xí)交流,機構(gòu)分類：閉式鏈機構(gòu)和開式鏈機構(gòu)。,11,PPT學(xué)習(xí)交流,1.2平面機構(gòu)的運動簡圖,必須與原機構(gòu)具有完全相同的運動特性，它不僅可以用來表示機構(gòu)的運動情況，而且還可以根據(jù)機構(gòu)簡圖對機構(gòu)進行運動分析和受力分析，它是一種用簡單線條和符號表示機構(gòu)的工程圖形語言。應(yīng)表明：機構(gòu)的種類，構(gòu)件的數(shù)目及相互傳動的路線，運動副的種類、數(shù)目。沒有嚴格按比例繪制的簡圖稱為機構(gòu)示意圖。,1.2.1機構(gòu)運動簡圖及其用途機構(gòu)運動簡圖用國標規(guī)定的簡單符號和線條表示運動副和構(gòu)件，并按一定的比例表示運動副的位置，這種用來說明機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖。,12,PPT學(xué)習(xí)交流,運動副與構(gòu)件的表示方法,2.運動副的表示方法,3.構(gòu)件的表示方法,轉(zhuǎn)動副符號移動副符號高副符號,1.構(gòu)件的種類1）固定件或機架；2）原動件；3）從動件*必須有一個機架，至少有一個原動件，其余為活動構(gòu)件。,用途：分析現(xiàn)有機械，構(gòu)思設(shè)計新機械。,13,PPT學(xué)習(xí)交流,14,PPT學(xué)習(xí)交流,15,PPT學(xué)習(xí)交流,16,PPT學(xué)習(xí)交流,17,PPT學(xué)習(xí)交流,18,PPT學(xué)習(xí)交流,19,PPT學(xué)習(xí)交流,20,PPT學(xué)習(xí)交流,21,PPT學(xué)習(xí)交流,22,PPT學(xué)習(xí)交流,23,PPT學(xué)習(xí)交流,24,PPT學(xué)習(xí)交流,其他零部件的表示方法可參看GB446084“機構(gòu)運動簡圖符號”。,25,PPT學(xué)習(xí)交流,繪制小型壓力機機構(gòu)運動簡圖,26,PPT學(xué)習(xí)交流,27,PPT學(xué)習(xí)交流,28,PPT學(xué)習(xí)交流,29,PPT學(xué)習(xí)交流,30,PPT學(xué)習(xí)交流,1.3平面機構(gòu)的自由度,自由度可能出現(xiàn)的獨立運動稱為構(gòu)件的自由度。,設(shè)平面機構(gòu)共有N個構(gòu)件，低副和高副數(shù)目分別為PL和PH，如將機構(gòu)中某一構(gòu)件固定為機架，則機構(gòu)中的活動構(gòu)件數(shù)為n=N1。由于活動構(gòu)件給機構(gòu)帶進3n個自由度，而機構(gòu)中全部運動副所引入的約束總數(shù)為2PL+PH。因此活動構(gòu)件的自由度總數(shù)減去由運動副引入的約束總數(shù)就是該機構(gòu)的自由度，用F表示，即,1.3.1平面機構(gòu)自由度及其計算公式,31,PPT學(xué)習(xí)交流,1.3.2機構(gòu)具有確定相對運動的條件,32,PPT學(xué)習(xí)交流,33,PPT學(xué)習(xí)交流,機構(gòu)具有確定相對運動的條件:機構(gòu)的自由度等于原動件個數(shù)。,原動件活塞，自由度為1。將直線運動變位往復(fù)擺動。,34,PPT學(xué)習(xí)交流,1.3.3計算平面機構(gòu)自由度的注意事項,1復(fù)合鉸鏈,兩個以上的構(gòu)件在同一軸線上用轉(zhuǎn)動副連接起來形成復(fù)合鉸鏈。由K個構(gòu)件匯交成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當包含(K1)個回轉(zhuǎn)副。計算時不可漏算。,計算自由度,A為復(fù)合鉸鏈,35,PPT學(xué)習(xí)交流,例：計算圖所示圓盤鋸主體機構(gòu)的自由度。,解機構(gòu)中有7個活動構(gòu)件，n=7，E，B，C，D4處都是3個構(gòu)件匯交成的復(fù)合鉸鏈，各有二個回轉(zhuǎn)副，故PL=10。,F與機構(gòu)原動件個數(shù)相等。因此，當原動件8轉(zhuǎn)動時，圓盤中心E將確定地沿直線EE移動。,36,PPT學(xué)習(xí)交流,2局部自由度,機構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的自由度僅與其自身的局部運動有關(guān)，并不影響其它構(gòu)件的運動，則稱該自由度為局部自由度。發(fā)生場合：有滾子的地方，就一定有局部自由度解決方法：將滾子與安裝滾子的構(gòu)件固結(jié)在一起，將二者視為一個構(gòu)件。,37,PPT學(xué)習(xí)交流,3虛約束,在特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運動副所引入的約束可能與其它運動副所起的限制作用一致，這種不起獨立限制作用的重復(fù)約束為序約束，計算自由度時去掉。,虛約束經(jīng)常出現(xiàn)場合：（1）兩構(gòu)件構(gòu)成多個運動副時兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，但其軸線相重合：為了改善構(gòu)件受力情況。,38,PPT學(xué)習(xí)交流,兩構(gòu)件構(gòu)成多個運動副時，但其導(dǎo)路相互平行或重合：為了改善構(gòu)件受力情況。,39,PPT學(xué)習(xí)交流,兩構(gòu)件組成多個平面高副，但接觸點之間的距離為常數(shù),40,PPT學(xué)習(xí)交流,（2）兩構(gòu)件上某兩點間的距離在運動過程中始終保持不變。,41,PPT學(xué)習(xí)交流,（3）聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合,42,PPT學(xué)習(xí)交流,（4）機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分,43,PPT學(xué)習(xí)交流,計算圖示大篩機構(gòu)的自由度,復(fù)合鉸鏈：C點；局部自由度：滾在9與活塞4視為一體；虛約束：與兩處移動副，去掉一個虛約束；彈簧10不影響機構(gòu)自由度，去掉。,44,PPT學(xué)習(xí)交流,得機構(gòu),45,PPT學(xué)習(xí)交流,1.4機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,1.4.1平面機構(gòu)的高副低代根據(jù)一定條件對機構(gòu)中的高副以低副代替，稱為高副低代。代替條件：代替前后機構(gòu)自由度不變；瞬時度和瞬時加速度不變。方法：一個構(gòu)件加兩個低幅。構(gòu)件：過接觸點法線，兩個低幅：即為接觸點圓弧曲率中心。高副接觸有三種：圓弧和圓弧接觸；點和圓弧接觸；線和圓弧接觸。,46,PPT學(xué)習(xí)交流,1、圓弧和圓弧接觸（1）圓形曲線：圖示，兩構(gòu)件在c點構(gòu)成高副，機構(gòu)在運動過程中，AO1、BO、O1O長度不變，用一桿O1O加兩副O(jiān)1和O代替了原高副C。,47,PPT學(xué)習(xí)交流,（2）非圓形曲線,由于曲線各處曲率中心的位置不同，故在機構(gòu)運動中隨著接觸點的改變，曲率中心OO1相對于構(gòu)件1、2的位置及OO1間的距離也會隨之改變。因此對于一般的高副機構(gòu)，在不同的位置有不同的瞬時替代機構(gòu)。實例,如果是一對齒輪，如何替代？,48,PPT學(xué)習(xí)交流,2、點和圓弧接觸,49,PPT學(xué)習(xí)交流,2、直線和圓弧接觸,50,PPT學(xué)習(xí)交流,1.4.2機構(gòu)的組成原理（低副機構(gòu)）,任何機構(gòu)中都包含原動件、機架和從動件系統(tǒng)三部分，而原動件的個數(shù)與自由度相等，所以去掉原動件，從動件系統(tǒng)的自由度為零。桿組：從動件系統(tǒng)可分解成若干個不可再分的自由度為零的構(gòu)件組合，稱為基本桿組。簡稱桿組。分類：從動件系統(tǒng)的自由度F=3n-2PL=01）n=2，PL=3-二類桿組（二桿三副）2）n=4，PL=6-多類桿組（四桿六副）更高級別的基本桿組在實際機構(gòu)中很少遇到。,51,PPT學(xué)習(xí)交流,常見二級桿組：,52,PPT學(xué)習(xí)交流,常見多級桿組：,最常見的是如左圖所示的三級桿組。其特征是具有一個三副構(gòu)件，而每個內(nèi)副所聯(lián)接的分支機構(gòu)是雙福機構(gòu)。,53,PPT學(xué)習(xí)交流,機構(gòu)的組成原理：,把若干個自由度為零的基本桿組依次聯(lián)接到原動件和機架上，就可組成一個新的機構(gòu)，其自由度數(shù)與原動件數(shù)目相等。,設(shè)計機構(gòu)的準則：在滿足相同工作要求的前提下，機構(gòu)的結(jié)構(gòu)越簡單，桿組的級別越低，構(gòu)件的運動副數(shù)目越少越好。,54,PPT學(xué)習(xí)交流,