最新-第1章自由度-課件

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

多媒體課件機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

多媒體課件1第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析平面機(jī)構(gòu)：所有構(gòu)件都在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)稱平面機(jī)構(gòu)

，否則稱為空間機(jī)構(gòu)。第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析平面機(jī)構(gòu)：2一、自由度和約束1

自由度：一種相對的獨(dú)立運(yùn)動2約束：對運(yùn)動的一種限制二、運(yùn)動副構(gòu)件之間的相互聯(lián)接1低副兩構(gòu)件通過面接觸組成的運(yùn)動副回轉(zhuǎn)副（或鉸鏈）兩構(gòu)件只能相對轉(zhuǎn)動移動副兩構(gòu)件只能沿某一軸線相對移動§1-1運(yùn)動副極其分類一、自由度和約束1自由度：一種相對的獨(dú)立運(yùn)動23移動副回轉(zhuǎn)副平面低副提供2個約束，保留1個自由度移動副回轉(zhuǎn)副平面低副提供2個約束，42高副

兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動副空間運(yùn)動副球面副螺旋副等Y-Z平面內(nèi)有兩個自由度，即平面高副提供1個約束2高副兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動副Y-Z平面5球面低副球面高副球面低副球面高副6螺旋副螺旋副7§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖用簡單的線條和符號來表示構(gòu)件和運(yùn)動副，按比例尺寸畫出機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間相對運(yùn)動關(guān)系的簡單圖形運(yùn)動副的表示方法§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖用簡單的線條和符號來表示構(gòu)件和8轉(zhuǎn)動副移動副機(jī)架轉(zhuǎn)動副移動副機(jī)架9abcd構(gòu)件的表示方法abcd構(gòu)件的表示方法10最新-第1章自由度-課件11最新-第1章自由度-課件12最新-第1章自由度-課件13構(gòu)件的分類：（1）固定件（機(jī)架）支承活動構(gòu)件的構(gòu)件（2）原動件輸入構(gòu)件運(yùn)動規(guī)律已知的活動構(gòu)件（3）從動件隨原動件的運(yùn)動而運(yùn)動的構(gòu)件。其中輸出機(jī)構(gòu)預(yù)期運(yùn)動規(guī)律的從動件為輸出構(gòu)件構(gòu)件的分類：（1）固定件（機(jī)架）14繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的步驟1）確定機(jī)構(gòu)中的原動部分和工作部分，然后再把兩者之間的傳動搞清楚，從而找出組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件并確定構(gòu)件間的運(yùn)動副類型。2）恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面。一般選擇機(jī)構(gòu)中與多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動平面相平行的面為投影面。3）選擇適當(dāng)?shù)谋壤?，繪制出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖。繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的步驟15鄂式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖鄂式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖16牛頭刨床的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖牛頭刨床的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖17最新-第1章自由度-課件18§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式一個不受任何約束的構(gòu)件在平面運(yùn)動中有三個自由度具有n個活動構(gòu)件的平面機(jī)構(gòu)，若各構(gòu)件之間共構(gòu)成PL個低副和PH個高副，則它們共引了(2PL+PH)個約束，機(jī)構(gòu)的自由度F顯然為:

F=3n-(2PL+PH)(2-1)這就是平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式，也稱為平面機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)公式?！?-3平面機(jī)構(gòu)的自由度19二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目和機(jī)構(gòu)原動件的數(shù)目與機(jī)構(gòu)的運(yùn)動有著密切的關(guān)系：1)若機(jī)構(gòu)自由度Ｆ≤０，則機(jī)構(gòu)不能動；2)若Ｆ>０且與原動件數(shù)相等，則機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對運(yùn)動是確定的；這就是機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件。3)若Ｆ>0，而原動件數(shù)<F，則構(gòu)件間的運(yùn)動是不確定的4）若Ｆ>０，而原動件數(shù)>F，則構(gòu)件間不能運(yùn)動或產(chǎn)生破壞二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件20圖2－6【例】求顎式碎礦機(jī)機(jī)構(gòu)自由度。解：由機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖可以看出，該機(jī)構(gòu)共有3個運(yùn)動構(gòu)件（即構(gòu)件2、3、4），4個低副（即轉(zhuǎn)動副O(jiān)、A、B、C），沒有高副。故根據(jù)機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式可以求得機(jī)構(gòu)的自由度為：圖2－6【例】求顎式碎礦機(jī)機(jī)構(gòu)自由度。21推土機(jī)機(jī)構(gòu)F=3*5-2*7=1推土機(jī)機(jī)構(gòu)F=3*5-2*7=122鋸床機(jī)構(gòu)F=3n-2PL-PH3*7-2*6=9？3*7-2*10=1錯誤計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度鋸床機(jī)構(gòu)F=3n-2PL-PH3*7-2*6=9？3*7-223復(fù)合鉸鏈由兩個以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸鏈。由m個構(gòu)件匯集而成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當(dāng)包含（m-1）個轉(zhuǎn)動副。復(fù)合鉸鏈由兩個以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動24F=3n-2PL-PH=3*3-2*(2+1)-1=2F=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=1錯誤正確F=3n-2PL-PH=F=3n-2PL-PH=錯誤正確252局部自由度

與輸出機(jī)構(gòu)運(yùn)動無關(guān)的自由度稱為局部自由度。在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，局部自由度應(yīng)當(dāng)排除不計(jì)。優(yōu)點(diǎn)：局部自由度雖不影響整個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，但滾子可使高副處的滑動摩擦變成滾動摩擦，減少磨損。2局部自由度與輸出機(jī)構(gòu)運(yùn)動無關(guān)的自由度稱為局部自由度。263虛約束對機(jī)構(gòu)運(yùn)動不起獨(dú)立限制作用的約束稱為虛約束。優(yōu)點(diǎn)：虛約束雖對運(yùn)動不起作用，但可增加構(gòu)件的剛性或使構(gòu)件受力均衡。注意：需要較高制造精度3虛約束對機(jī)構(gòu)運(yùn)動不起獨(dú)立限制作用的約束稱為虛約束。27常見的虛約束有以下幾種情況1)當(dāng)兩構(gòu)件組成多個移動副，且其導(dǎo)路互相平行或重合時(shí)，則只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束.2)當(dāng)兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且軸線互相重合時(shí)，則只有一個轉(zhuǎn)動副起作用，其余轉(zhuǎn)動副都是虛約束。常見的虛約束有以下幾種情況1)當(dāng)兩構(gòu)件組成多個移動副，且其283)如果機(jī)構(gòu)中兩活動構(gòu)件上某兩點(diǎn)的距離始終保持不變，此時(shí)若用具有兩個轉(zhuǎn)動副的附加構(gòu)件來連接這兩個點(diǎn)，則將會引入一個虛約束。4)機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動起重復(fù)限制作用的對稱部分也往往會引入虛約束。如圖所示的行星輪系具有兩個虛約束3)如果機(jī)構(gòu)中兩活動構(gòu)件上某兩點(diǎn)的距離始終保持不變，此時(shí)若29計(jì)算自由度F=3n-2PL-PH=3*7-2*9-1=2C：復(fù)合鉸鏈E：虛約束滾子為局部自由度

計(jì)算自由度F=3n-2PL-PH=C：復(fù)合鉸鏈E：30F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1C:復(fù)合鉸鏈E：虛約束滾子為局部自由度F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1C:復(fù)合鉸鏈E31唧筒機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)柱塞泵唧筒機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)柱塞泵32縫紉機(jī)下針機(jī)構(gòu)偏心輪模型縫紉機(jī)下針機(jī)構(gòu)偏心輪模型33沖壓機(jī)構(gòu)12345678910F=3n-2PL-PH=3*9-2*12-2=1沖壓機(jī)構(gòu)12345678910F=3n-2PL-PH=3*934鋸木機(jī)機(jī)構(gòu)F=3*8-2*11-1=1鋸木機(jī)機(jī)構(gòu)F=3*8-2*11-1=135平爐渣口堵塞機(jī)構(gòu)F=3*6-2*8-1=1平爐渣口堵塞機(jī)構(gòu)F=3*6-2*8-1=136測量儀表機(jī)構(gòu)F=3*6-2*8-1=1測量儀表機(jī)構(gòu)F=3*6-2*8-1=137縫紉機(jī)送布機(jī)構(gòu)F=3*4-2*4-2=2縫紉機(jī)送布機(jī)構(gòu)F=3*4-2*4-2=238§1-4

速度瞬心及其應(yīng)用1、速度瞬心的概念;2、速度瞬心數(shù)目;3、速度瞬心的位置;(直接構(gòu)成運(yùn)動副，間接構(gòu)成運(yùn)動副：三心定理)4.應(yīng)用§1-4速度瞬心及其應(yīng)用39速度瞬心及其應(yīng)用1、速度瞬心的概念：兩個剛體上相對速度為零的重合點(diǎn)。如果兩剛體之一是靜止的，其瞬心為絕對速度瞬心。如果兩剛體都是運(yùn)動的，其瞬心為相對速度瞬心。2、速度瞬心數(shù)目：如果一個機(jī)構(gòu)由k個構(gòu)件所組成，則它的瞬心總數(shù)為：N=k(k-1)/2

速度瞬心及其應(yīng)用1、速度瞬心的概念：兩個剛體上相對速40速度瞬心及其應(yīng)用3、速度瞬心的位置：直接構(gòu)成運(yùn)動副間接構(gòu)成運(yùn)動副三心定理：作平面運(yùn)動的三個構(gòu)件間共有三個瞬心，它們位于同一直線上。速度瞬心及其應(yīng)用3、速度瞬心的位置：41兩構(gòu)件通過轉(zhuǎn)動副直接相連兩構(gòu)件通過轉(zhuǎn)動副直接相連42兩構(gòu)件通過移動副直接相連兩構(gòu)件通過移動副直接相連43兩構(gòu)件通過高副直接相連兩構(gòu)件通過高副直接相連44速度瞬心及其應(yīng)用小結(jié)：常用在構(gòu)件較少的機(jī)構(gòu)中，不適用多桿機(jī)構(gòu)找瞬心時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況找所用的瞬心只適用于速度分析，不適用加速度分析只適用一個或幾個位置的求解，不適于多位置或一個周期內(nèi)的速度、加速度分析速度瞬心及其應(yīng)用小結(jié)：45xyzxyA返回空間自由度數(shù)為6平面自由度數(shù)為3xyzxyA返回空間自由度數(shù)為6平面自由度數(shù)為346機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

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多媒體課件47第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析平面機(jī)構(gòu)：所有構(gòu)件都在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)稱平面機(jī)構(gòu)

，否則稱為空間機(jī)構(gòu)。第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析平面機(jī)構(gòu)：48一、自由度和約束1

自由度：一種相對的獨(dú)立運(yùn)動2約束：對運(yùn)動的一種限制二、運(yùn)動副構(gòu)件之間的相互聯(lián)接1低副兩構(gòu)件通過面接觸組成的運(yùn)動副回轉(zhuǎn)副（或鉸鏈）兩構(gòu)件只能相對轉(zhuǎn)動移動副兩構(gòu)件只能沿某一軸線相對移動§1-1運(yùn)動副極其分類一、自由度和約束1自由度：一種相對的獨(dú)立運(yùn)動249移動副回轉(zhuǎn)副平面低副提供2個約束，保留1個自由度移動副回轉(zhuǎn)副平面低副提供2個約束，502高副

兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動副空間運(yùn)動副球面副螺旋副等Y-Z平面內(nèi)有兩個自由度，即平面高副提供1個約束2高副兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動副Y-Z平面51球面低副球面高副球面低副球面高副52螺旋副螺旋副53§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖用簡單的線條和符號來表示構(gòu)件和運(yùn)動副，按比例尺寸畫出機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間相對運(yùn)動關(guān)系的簡單圖形運(yùn)動副的表示方法§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖用簡單的線條和符號來表示構(gòu)件和54轉(zhuǎn)動副移動副機(jī)架轉(zhuǎn)動副移動副機(jī)架55abcd構(gòu)件的表示方法abcd構(gòu)件的表示方法56最新-第1章自由度-課件57最新-第1章自由度-課件58最新-第1章自由度-課件59構(gòu)件的分類：（1）固定件（機(jī)架）支承活動構(gòu)件的構(gòu)件（2）原動件輸入構(gòu)件運(yùn)動規(guī)律已知的活動構(gòu)件（3）從動件隨原動件的運(yùn)動而運(yùn)動的構(gòu)件。其中輸出機(jī)構(gòu)預(yù)期運(yùn)動規(guī)律的從動件為輸出構(gòu)件構(gòu)件的分類：（1）固定件（機(jī)架）60繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的步驟1）確定機(jī)構(gòu)中的原動部分和工作部分，然后再把兩者之間的傳動搞清楚，從而找出組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件并確定構(gòu)件間的運(yùn)動副類型。2）恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面。一般選擇機(jī)構(gòu)中與多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動平面相平行的面為投影面。3）選擇適當(dāng)?shù)谋壤?，繪制出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖。繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的步驟61鄂式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖鄂式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖62牛頭刨床的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖牛頭刨床的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖63最新-第1章自由度-課件64§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式一個不受任何約束的構(gòu)件在平面運(yùn)動中有三個自由度具有n個活動構(gòu)件的平面機(jī)構(gòu)，若各構(gòu)件之間共構(gòu)成PL個低副和PH個高副，則它們共引了(2PL+PH)個約束，機(jī)構(gòu)的自由度F顯然為:

F=3n-(2PL+PH)(2-1)這就是平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式，也稱為平面機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)公式?！?-3平面機(jī)構(gòu)的自由度65二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目和機(jī)構(gòu)原動件的數(shù)目與機(jī)構(gòu)的運(yùn)動有著密切的關(guān)系：1)若機(jī)構(gòu)自由度Ｆ≤０，則機(jī)構(gòu)不能動；2)若Ｆ>０且與原動件數(shù)相等，則機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對運(yùn)動是確定的；這就是機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件。3)若Ｆ>0，而原動件數(shù)<F，則構(gòu)件間的運(yùn)動是不確定的4）若Ｆ>０，而原動件數(shù)>F，則構(gòu)件間不能運(yùn)動或產(chǎn)生破壞二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件66圖2－6【例】求顎式碎礦機(jī)機(jī)構(gòu)自由度。解：由機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖可以看出，該機(jī)構(gòu)共有3個運(yùn)動構(gòu)件（即構(gòu)件2、3、4），4個低副（即轉(zhuǎn)動副O(jiān)、A、B、C），沒有高副。故根據(jù)機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式可以求得機(jī)構(gòu)的自由度為：圖2－6【例】求顎式碎礦機(jī)機(jī)構(gòu)自由度。67推土機(jī)機(jī)構(gòu)F=3*5-2*7=1推土機(jī)機(jī)構(gòu)F=3*5-2*7=168鋸床機(jī)構(gòu)F=3n-2PL-PH3*7-2*6=9？3*7-2*10=1錯誤計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度鋸床機(jī)構(gòu)F=3n-2PL-PH3*7-2*6=9？3*7-269復(fù)合鉸鏈由兩個以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸鏈。由m個構(gòu)件匯集而成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當(dāng)包含（m-1）個轉(zhuǎn)動副。復(fù)合鉸鏈由兩個以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動70F=3n-2PL-PH=3*3-2*(2+1)-1=2F=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=1錯誤正確F=3n-2PL-PH=F=3n-2PL-PH=錯誤正確712局部自由度

與輸出機(jī)構(gòu)運(yùn)動無關(guān)的自由度稱為局部自由度。在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，局部自由度應(yīng)當(dāng)排除不計(jì)。優(yōu)點(diǎn)：局部自由度雖不影響整個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，但滾子可使高副處的滑動摩擦變成滾動摩擦，減少磨損。2局部自由度與輸出機(jī)構(gòu)運(yùn)動無關(guān)的自由度稱為局部自由度。723虛約束對機(jī)構(gòu)運(yùn)動不起獨(dú)立限制作用的約束稱為虛約束。優(yōu)點(diǎn)：虛約束雖對運(yùn)動不起作用，但可增加構(gòu)件的剛性或使構(gòu)件受力均衡。注意：需要較高制造精度3虛約束對機(jī)構(gòu)運(yùn)動不起獨(dú)立限制作用的約束稱為虛約束。73常見的虛約束有以下幾種情況1)當(dāng)兩構(gòu)件組成多個移動副，且其導(dǎo)路互相平行或重合時(shí)，則只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束.2)當(dāng)兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且軸線互相重合時(shí)，則只有一個轉(zhuǎn)動副起作用，其余轉(zhuǎn)動副都是虛約束。常見的虛約束有以下幾種情況1)當(dāng)兩構(gòu)件組成多個移動副，且其743)如果機(jī)構(gòu)中兩活動構(gòu)件上某兩點(diǎn)的距離始終保持不變，此時(shí)若用具有兩個轉(zhuǎn)動副的附加構(gòu)件來連接這兩個點(diǎn)，則將會引入一個虛約束。4)機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動起重復(fù)限制作用的對稱部分也往往會引入虛約束。如圖所示的行星輪系具有兩個虛約束3)如果機(jī)構(gòu)中兩活動構(gòu)件上某兩點(diǎn)的距離始終保持不變，此時(shí)若75計(jì)算自由度F=3n-2PL-PH=3*7-2*9-1=2C：復(fù)合鉸鏈E：虛約束滾子為局部自由度

計(jì)算自由度F=3n-2PL-PH=C：復(fù)合鉸鏈E：76F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1C:復(fù)合鉸鏈E：虛約束滾子為局部自由度F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1C:復(fù)合鉸鏈E77唧筒機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)柱塞泵唧筒機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)柱塞泵78縫紉機(jī)下針機(jī)構(gòu)偏心輪模型縫紉機(jī)下針機(jī)構(gòu)偏心輪模型79沖壓機(jī)構(gòu)12345678910F=3n-2PL-PH=3*9-2*12-2=1沖壓機(jī)構(gòu)12345678910F=3n-2PL-PH=3*980鋸木機(jī)機(jī)構(gòu)F=3*8-2*11-1=1鋸木機(jī)機(jī)構(gòu)F=3*8-2*11-1=181