1平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析ppt課件

1、第第1章章 平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析1.1 運(yùn)動副及其分類運(yùn)動副及其分類1.2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖1.3 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度1.4 速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用1.1 1.1 運(yùn)動副及其分類運(yùn)動副及其分類 （1 1）平面機(jī)構(gòu)：所有構(gòu)件都在互相平行的平面內(nèi)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)?？臻g機(jī)構(gòu)：除了平面機(jī)構(gòu)以外的機(jī)構(gòu)。一、運(yùn)動副(Kinematic Pair or Joint)：兩個構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運(yùn)動的可動連接。二、運(yùn)動副分類：低副(Lower Pairs)：兩構(gòu)件通過面接觸構(gòu)成的運(yùn)動副引入兩個約束）回轉(zhuǎn)

2、副、轉(zhuǎn)動副或鉸鏈(Revolute Joint)：組成運(yùn)動副的兩構(gòu)件只能在某一平面內(nèi)相對轉(zhuǎn)動。移動副(Sliding Joint)：組成運(yùn)動副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線相對移動。高副(Higher Pairs)：兩構(gòu)件通過點(diǎn)、線接觸構(gòu)成的運(yùn)動副引入一個約束）。幾種運(yùn)動副圖空間低副圖低副和高副1.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖1）二、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖(Mechanism Schematic)1. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的概念 用簡單的線條和符號代表構(gòu)件和運(yùn)動副，并按一定的比例定出各運(yùn)動副之間的相對位置，這種用來說明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對運(yùn)動關(guān)系的簡化圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。 機(jī)構(gòu)示意圖：不嚴(yán)格按照比例要求繪制的機(jī)構(gòu)簡圖。2. 運(yùn)動副、

3、構(gòu)件和常用機(jī)構(gòu)的表示方法見表2.11。表 常用運(yùn)動副表 構(gòu)件表示法 表2.11 運(yùn)動簡圖中的常用符號 1.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖2）3. 運(yùn)動簡圖的繪制方法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(dāng)?shù)谋壤摺?l實(shí)際長度/圖示長度 （m/mm）4確定運(yùn)動副的性質(zhì)、數(shù)目及位置。用構(gòu)件、運(yùn)動副和常用機(jī)構(gòu)的代表符號畫簡圖。5給構(gòu)件標(biāo)注序號1，2，3），運(yùn)動副標(biāo)注位置A,B,C）,原動件標(biāo)注運(yùn)動方向。1.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖3）例2.1 圖28 a)所示為一顎式破碎機(jī)，試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。例2.2 試?yán)L制如圖11所示內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。圖 顎式破碎機(jī)顎氏破碎機(jī)圖 內(nèi)燃機(jī)1.3 1.

4、3 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度1 1）1. 平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式 一個作平面運(yùn)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(jī)構(gòu)有n個活動構(gòu)件，在未用運(yùn)動副聯(lián)結(jié)之前，機(jī)構(gòu)共有3n個自由度。構(gòu)成運(yùn)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(jī)構(gòu)的自由度為 F 3n 2 pl ph 1.3 1.3 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度2 2） 公式表明，機(jī)構(gòu)自由度取決于活動構(gòu)件數(shù)目以及運(yùn)動副的類型和數(shù)目。 例2.2 試計(jì)算如圖所示顎式破碎機(jī)主體機(jī)構(gòu)的自由度。 解：F 3n 2 pl ph 352701圖2.

5、27 構(gòu)件的相對運(yùn)動顎氏破碎機(jī)1.3 1.3 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度3 3）2. 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件F原動件數(shù)目原動件數(shù)目鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)F 3n 2 pl ph 342502若給構(gòu)件若給構(gòu)件1一個獨(dú)立的運(yùn)動參數(shù)一個獨(dú)立的運(yùn)動參數(shù) 1(t)，此時，此時，其余構(gòu)件其余構(gòu)件2，3，4的運(yùn)動并不確定；若再給的運(yùn)動并不確定；若再給構(gòu)件構(gòu)件4一個獨(dú)立的運(yùn)動參數(shù)一個獨(dú)立的運(yùn)動參數(shù) 4(t)，則其余構(gòu)，則其余構(gòu)件的運(yùn)動便完全確定了。件的運(yùn)動便完全確定了。F0F 3n 2pl ph 342600，不是，不是機(jī)構(gòu)是珩架。機(jī)構(gòu)是珩架。因此機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件是：因此機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件是

6、： F0, 且且F原動件數(shù)目。原動件數(shù)目。圖2.29 F0的構(gòu)件組合圖2.30 復(fù)合鉸鏈1.3 1.3 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度6 6）計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項(xiàng)1） 復(fù)合鉸鏈：兩個以上構(gòu)件同時在一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)，就構(gòu)成了復(fù)合鉸鏈。 若m個構(gòu)件組成復(fù)合鉸鏈，則有m1個轉(zhuǎn)動副。例27 計(jì)算如圖215所示直線機(jī)構(gòu)的自由度。解：F 3n （2 pl ph ）37（2100）1圖2.31 搖桿機(jī)構(gòu)圖 復(fù)合鉸鏈例題1.3 1.3 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度7 7）2） 局部自由度：指不影響其他構(gòu)件運(yùn)動的局部運(yùn)動。如圖220所示的滾子推桿凸輪機(jī)構(gòu)中，滾子繞自身轉(zhuǎn)動不影響其他構(gòu)件的運(yùn)動，

7、因此是局部自由度。在計(jì)算自由度時應(yīng)減去。試計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。 F322211圖2.32 局部自由度 1.3 1.3 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度8 8）3. 虛約束：指對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動起重復(fù)限制作用的約束。在計(jì)算自由度時應(yīng)除去不計(jì)。虛約束常發(fā)生的場合：1） 兩構(gòu)件相聯(lián)接，當(dāng)聯(lián)接處拆開后，兩構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)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。虛約束軌跡重合圖2221.3 1.3 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度9 9）2） 如果在機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中，兩構(gòu)件上兩點(diǎn)之間的距離始終不變，那么若將此兩

8、點(diǎn)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(yùn)動不起獨(dú)立作用的對稱部分為虛約束。圖2附2圖2.34 虛約束示例圖 虛約束多處接觸、配合圖 虛約束高副1 圖 虛約束高副21.3 1.3 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度1010）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(diǎn)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(diǎn)公法線不重合，相當(dāng)于一個低副一個轉(zhuǎn)動副或一個移動副）。 圖示機(jī)構(gòu)能否有確定的運(yùn)動？

9、為什么？ 圖示機(jī)構(gòu)能否有確定的運(yùn)動？為什么？1.4 1.4 速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用 （1 1）一、速度瞬心二、瞬心數(shù)目三、機(jī)構(gòu)中瞬心位置的確定四、瞬心在速度分析中的應(yīng)用1.4 1.4 速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用2 2）一、速度瞬心： 作平面相對運(yùn)動的兩構(gòu)件，在任一瞬時都可看作是繞某一點(diǎn)作相對轉(zhuǎn)動，該相對轉(zhuǎn)動的點(diǎn)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(diǎn)，也是瞬時絕對速度相同的重合點(diǎn)，即瞬時等速重合點(diǎn)。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瞬心。圖31

10、圖3.40 剛體運(yùn)動速度瞬心1.4 速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用速度瞬心及其在機(jī)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(jī)構(gòu)中有N個構(gòu)件，則瞬心數(shù)目為K CN2! 2)!2(!NN2) 1(NN1.4 速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用4）三、機(jī)構(gòu)中瞬心位置的確定用瞬心定義確定瞬心位置 已知兩構(gòu)件上兩重合點(diǎn)的相對速度，其垂線的交點(diǎn)為瞬心；直接接觸的兩構(gòu)件的瞬心位置兩構(gòu)件構(gòu)成轉(zhuǎn)動副時，轉(zhuǎn)動副的中心為瞬心；兩構(gòu)件構(gòu)成移動副時，瞬心為垂直于導(dǎo)路無窮遠(yuǎn)處；圖321.4 速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)

11、用5）c) 兩構(gòu)件構(gòu)成純滾動的高副，接觸點(diǎn)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(diǎn)公法線上。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(yùn)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。圖3.42 兩構(gòu)件的瞬心1.4 速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用6）例 試求圖33所示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的全部瞬心。解：鉸鏈四桿機(jī)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，如下圖。 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。圖3.43 平面四桿機(jī)構(gòu)1.4 速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用7）四、瞬心在速度分析中的應(yīng)用已知如圖33所示機(jī)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 4P14P24）l 4 2 （P12P24/