平面機構(gòu)自由度和速度分析PPT課件

1、幾種運動副第1頁/共59頁圖空間低副第2頁/共59頁圖低副和高副第3頁/共59頁1.2 機構(gòu)運動簡圖（1）二、機構(gòu)運動簡圖(Mechanism Schematic)1. 機構(gòu)運動簡圖的概念 用簡單的線條和符號代表構(gòu)件和運動副，并按一定的比例定出各運動副之間的相對位置，這種用來說明機構(gòu)中各構(gòu)件相對運動關(guān)系的簡化圖形稱為機構(gòu)運動簡圖。 機構(gòu)示意圖：不嚴格按照比例要求繪制的機構(gòu)簡圖。2. 運動副、構(gòu)件和常用機構(gòu)的表示方法見表2.11。第4頁/共59頁表 常用運動副第5頁/共59頁表 構(gòu)件表示法 第6頁/共59頁表2.11 運動簡圖中的常用符號 第7頁/共59頁1.2 機構(gòu)運動簡圖（2）3. 運動簡圖

2、的繪制方法1）找出原動件和執(zhí)行構(gòu)件，確定構(gòu)件數(shù)目。2）正確選擇視圖平面。3）選擇適當?shù)谋壤摺?l實際長度/圖示長度 （m/mm）4）確定運動副的性質(zhì)、數(shù)目及位置。用構(gòu)件、運動副和常用機構(gòu)的代表符號畫簡圖。5）給構(gòu)件標注序號（1，2，3），運動副標注位置（A,B,C）,原動件標注運動方向。第8頁/共59頁1.2 機構(gòu)運動簡圖（3）例2.1 圖28 a)所示為一顎式破碎機，試繪制其機構(gòu)運動簡圖。例2.2 試繪制如圖11所示內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖。第9頁/共59頁圖 顎式破碎機第10頁/共59頁顎氏破碎機第11頁/共59頁圖 內(nèi)燃機第12頁/共59頁1.3 平面機構(gòu)的自由度（1）1. 平面機構(gòu)自由度

3、的計算公式 一個作平面運動的自由構(gòu)件具有3個自由度；一個平面低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）引入2個約束，一個平面高副引入1個約束。 設(shè)一平面機構(gòu)有n個活動構(gòu)件，在未用運動副聯(lián)結(jié)之前，機構(gòu)共有3n個自由度。構(gòu)成運動副之后，設(shè)有pl個低副和ph個高副，則引入（2 pl ph ）個約束，故機構(gòu)的自由度為 F 3n 2 pl ph 第13頁/共59頁1.3 平面機構(gòu)的自由度（2） 公式表明，機構(gòu)自由度取決于活動構(gòu)件數(shù)目以及運動副的類型和數(shù)目。例2.2 試計算如圖所示顎式破碎機主體機構(gòu)的自由度。解：F 3n 2 pl ph 352701第14頁/共59頁圖2.27 構(gòu)件的相對運動第15頁/共59頁顎氏破碎機第1

4、6頁/共59頁1.3 平面機構(gòu)的自由度（3）2. 機構(gòu)具有確定運動的條件F原動件數(shù)目 鉸鏈五桿機構(gòu)F 3n 2 pl ph 342502 若給構(gòu)件1一個獨立的運動參數(shù)1(t)，此時，其余構(gòu)件2，3，4的運動并不確定；若再給構(gòu)件4一個獨立的運動參數(shù)4(t)，則其余構(gòu)件的運動便完全確定了。F0 F 3n 2pl ph 342600，不是機構(gòu)是珩架。 因此機構(gòu)具有確定運動的條件是： F0, 且F原動件數(shù)目。第20頁/共59頁圖2.29 F0的構(gòu)件組合第21頁/共59頁圖2.30 復合鉸鏈第22頁/共59頁1.3 平面機構(gòu)的自由度（6）3.計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項1） 復合鉸鏈：兩個以上構(gòu)件同

5、時在一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)，就構(gòu)成了復合鉸鏈。 若m個構(gòu)件組成復合鉸鏈，則有（m1）個轉(zhuǎn)動副。例27 計算如圖215所示直線機構(gòu)的自由度。解：F 3n （2 pl ph ）37（2100）1第23頁/共59頁圖2.31 搖桿機構(gòu)第24頁/共59頁圖 復合鉸鏈例題第25頁/共59頁1.3 平面機構(gòu)的自由度（7）2） 局部自由度：指不影響其他構(gòu)件運動的局部運動。如圖220所示的滾子推桿凸輪機構(gòu)中，滾子繞自身轉(zhuǎn)動不影響其他構(gòu)件的運動，因此是局部自由度。在計算自由度時應(yīng)減去。試計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。 F322211第26頁/共59頁圖2.32 局部自由度 第27頁/共59頁1.3 平面機構(gòu)的自由度（8）

6、3. 虛約束：指對機構(gòu)的運動起重復限制作用的約束。在計算自由度時應(yīng)除去不計。虛約束常發(fā)生的場合：1） 兩構(gòu)件相聯(lián)接，當聯(lián)接處拆開后，兩構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合，則該聯(lián)接引入的約束為虛約束。推論：如果在兩個構(gòu)件之間聯(lián)以若干個長度相等、互相平行的構(gòu)件，構(gòu)成K個平行四邊形，則存在（K1）個虛約束。第28頁/共59頁虛約束軌跡重合第29頁/共59頁圖222第30頁/共59頁1.3 平面機構(gòu)的自由度（9）2） 如果在機構(gòu)運動過程中，兩構(gòu)件上兩點之間的距離始終不變，那么若將此兩點以雙轉(zhuǎn)動副構(gòu)件相聯(lián)，則引入的約束為虛約束。3） 對傳遞運動不起獨立作用的對稱部分為虛約束。第31頁/共59頁圖2附2第32頁/共5

7、9頁圖2.34 虛約束示例第33頁/共59頁圖 虛約束多處接觸、配合第34頁/共59頁圖 虛約束高副1 第35頁/共59頁圖 虛約束高副2第36頁/共59頁1.3 平面機構(gòu)的自由度（10）4） 如果兩構(gòu)件在多處接觸構(gòu)成移動副，且在各接觸處兩構(gòu)件的相對移動方向一致；或兩構(gòu)件在多處配合構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，且各配合處兩構(gòu)件的相對轉(zhuǎn)動軸線重合，則只有一處起作用，其余都是虛約束。5） 如果兩構(gòu)件在多處接觸構(gòu)成高副，且各接觸點公法線重合，則只有一個高副起作用，其余為虛約束；若各接觸點公法線不重合，相當于一個低副（一個轉(zhuǎn)動副或一個移動副）。第37頁/共59頁第38頁/共59頁第39頁/共59頁 圖示機構(gòu)能否有確定的

8、運動？為什么？第40頁/共59頁 圖示機構(gòu)能否有確定的運動？為什么？第41頁/共59頁第42頁/共59頁第43頁/共59頁1.4 速度瞬心及其在機構(gòu)速度分析上的應(yīng)用 （1）一、速度瞬心二、瞬心數(shù)目三、機構(gòu)中瞬心位置的確定四、瞬心在速度分析中的應(yīng)用第44頁/共59頁1.4 速度瞬心及其在機構(gòu)速度分析上的應(yīng)用（2）一、速度瞬心： 作平面相對運動的兩構(gòu)件，在任一瞬時都可看作是繞某一點作相對轉(zhuǎn)動，該相對轉(zhuǎn)動的點稱為速度瞬心，簡稱瞬心。如圖3-1所示 瞬心是兩構(gòu)件瞬時相對速度為零的重合點，也是瞬時絕對速度相同的重合點，即瞬時等速重合點。 絕對瞬心：瞬時絕對速度為零的瞬心。 相對瞬心：瞬時絕對速度不為零的

9、瞬心。第45頁/共59頁圖31第46頁/共59頁圖3.40 剛體運動速度瞬心第47頁/共59頁1.4 速度瞬心及其在機構(gòu)速度分析上的應(yīng)用 （3）二、瞬心數(shù)目 因兩個構(gòu)件之間有一個瞬心，若機構(gòu)中有N個構(gòu)件，則瞬心數(shù)目為K CN2! 2)!2(!NN2) 1(NN第48頁/共59頁1.4 速度瞬心及其在機構(gòu)速度分析上的應(yīng)用（4 4）三、機構(gòu)中瞬心位置的確定1.用瞬心定義確定瞬心位置 已知兩構(gòu)件上兩重合點的相對速度，其垂線的交點為瞬心；2.直接接觸的兩構(gòu)件的瞬心位置a)兩構(gòu)件構(gòu)成轉(zhuǎn)動副時，轉(zhuǎn)動副的中心為瞬心；b)兩構(gòu)件構(gòu)成移動副時，瞬心為垂直于導路無窮遠處；第49頁/共59頁圖32第50頁/共59頁

10、1.4 速度瞬心及其在機構(gòu)速度分析上的應(yīng)用（5 5）c) 兩構(gòu)件構(gòu)成純滾動的高副，接觸點為瞬心；d) 兩構(gòu)件構(gòu)成滾動兼滑動的高副，瞬心在過接觸點公法線上。3.不直接接觸的兩構(gòu)件的瞬心位置借助三心定理確定三心定理：彼此作平面運動的三個構(gòu)件共有三個瞬心，這三個瞬心位于同一條直線上。第51頁/共59頁圖3.42 兩構(gòu)件的瞬心第52頁/共59頁1.4 速度瞬心及其在機構(gòu)速度分析上的應(yīng)用（6 6）例 試求圖33所示鉸鏈四桿機構(gòu)的全部瞬心。解：鉸鏈四桿機構(gòu)的瞬心數(shù)目為 KN(N1)/24（41）/26 直接接觸的構(gòu)件瞬心為P12、P23、P34、P14，如圖所示。 不直接接觸的構(gòu)件瞬心為P13和P24，其位置用三心定理確定。第53頁/共59頁圖3.43 平面四桿機構(gòu)第54頁/共59頁1.4 速度瞬心及其在機構(gòu)速度分析上的應(yīng)用（7 7）四、瞬心在速度分析中的應(yīng)用 已知如圖33所示機構(gòu)各構(gòu)件尺寸，原動件2的角速度為2，試求圖示位置從動件4的角速度4。 VP24 2 （P12P24）l 4（P14P24）l 4 2 （P12P24/ P14P24 ） 2/ 4 （P14P24/P12 P24 ）第55頁/共59頁第56頁/共59頁