自由及计算学习.pptx

1.1 研究机构的目的1、探讨机构运动的可能性和确定性2、对机构按结构进行分类，并建立运动分析和动力分析的一般方法3、了解机构的组成原理4、绘制机构运动简图第1页/共62页1.2 运动副、运动链和机构1 1、运动副：两个构件直接接触形成的可动联接。、运动副：两个构件直接接触形成的可动联接。2 2、运动副元素：两构件构成运动副时直接接触的、运动副元素：两构件构成运动副时直接接触的点、线、面部分。点、线、面部分。第2页/共62页3、运动副分类：（1 1）按运动副的接触形式分为低幅和高副）按运动副的接触形式分为低幅和高副低幅：面与面接触的运动副；接触面压强较低。低幅：面与面接触的运动副；接触面压强较低。高副：点或线接触的运动副。接触面压强较高，易磨高副：点或线接触的运动副。接触面压强较高，易磨损。损。常见低幅 常见高副第3页/共62页第4页/共62页（2 2）按相对运动形式分平面副和空间副）按相对运动形式分平面副和空间副 平面副 空间副第5页/共62页4.运动链由两个或两个以上构件通过运动副联接而构成的系统。分两类：闭式和开式。由两个或两个以上构件通过运动副联接而构成的系统。分两类：闭式和开式。第6页/共62页开式运动链第7页/共62页5.机构原动件：按给定运动规律独立原动件：按给定运动规律独立 运动的构件。运动的构件。从动件：其余的活动构件。从动件：其余的活动构件。机机 架：固定不动的构件架：固定不动的构件。第8页/共62页机构分类：闭式链机构和开式链机构。第9页/共62页1.2 平面机构的运动简图 必须与原机构具有完全相同的运动特性，它不仅必须与原机构具有完全相同的运动特性，它不仅可可以用来表示机构的运动情况，而且还可以根据机构简以用来表示机构的运动情况，而且还可以根据机构简图图对机构进行运动分析和受力分析，它是一种用简单线对机构进行运动分析和受力分析，它是一种用简单线条条和符号表示机构的工程图形语言。应表明：和符号表示机构的工程图形语言。应表明：机构的种机构的种类，构件的数目及运动传递的路线，运动副的种类、类，构件的数目及运动传递的路线，运动副的种类、数数目。注意：没有严格按比例绘制的简图称为机构示意目。注意：没有严格按比例绘制的简图称为机构示意图图。1.2.1 机构运动简图及其用途1 1、机构运动简图、机构运动简图用国标规定用国标规定的简单符号和线条表示运动副和构的简单符号和线条表示运动副和构件，并按一定的比例表示运动副的件，并按一定的比例表示运动副的位置，这种用来说明机构各构件间位置，这种用来说明机构各构件间相对运动关系的图形，称为机相对运动关系的图形，称为机构运构运动简图。动简图。第10页/共62页3、运动副与构件的表示方法 2）运动副的表示方法 3）构件的表示方法 转动副符号 移动副符号 高副符号 1）构件的种类 1 1）固定件或机架；）固定件或机架；2 2）原动件；）原动件；3 3）从动件）从动件*必须有一个机架，至少有一个原动件，其余为从动件。必须有一个机架，至少有一个原动件，其余为从动件。2、机构运动简图的用途：分析现有机械，构思设计新机械分析现有机械，构思设计新机械。第11页/共62页第12页/共62页第13页/共62页第14页/共62页第15页/共62页第16页/共62页第17页/共62页第18页/共62页第19页/共62页第20页/共62页第21页/共62页第22页/共62页 其他零部件的表示方法可参看GB446084“机构运动简图符号”。第23页/共62页1 1）搞清楚结构和动作）搞清楚结构和动作原理原理2 2）按运动的传递顺序，）按运动的传递顺序，分析构件的相对运动分析构件的相对运动性质，确定运动副的性质，确定运动副的类型和数目类型和数目3 3）选择视图平面）选择视图平面4 4）选择比例尺，进行）选择比例尺，进行绘制绘制4、机构运动简图的绘制过程第24页/共62页例题：绘制小型压力机机构运动简图第25页/共62页第26页/共62页第27页/共62页第28页/共62页1.构件自由度 构件具有的独立运构件具有的独立运动的数目（确定构动的数目（确定构件位置的独立参变件位置的独立参变量的数目量的数目)1.3 平面机构的自由度 2.约束 对独立运动所加的对独立运动所加的限制限制 第29页/共62页3.机构自由度机构中各构件相对于机架可能出现的机构中各构件相对于机架可能出现的独立运动称为机构的自由度。独立运动称为机构的自由度。设平面机构共有设平面机构共有N N个构件，低副和高副数目分别为个构件，低副和高副数目分别为P PL L和和P PH H，如将机构中某一构件固定为机架，则机构中的活动构件数为如将机构中某一构件固定为机架，则机构中的活动构件数为n n=N N1 1。由于活动构件给机构带进。由于活动构件给机构带进3 3n n个自由度，而机构中全部个自由度，而机构中全部运动副所引入的约束总数为运动副所引入的约束总数为2 2 P PL L+P+PH H。因此活动构件的自由度。因此活动构件的自由度总数减去由运动副引入的约束总数就是该机构的自由度，用总数减去由运动副引入的约束总数就是该机构的自由度，用F F表示，即表示，即 1.3.1 平面机构自由度及其计算公式 第30页/共62页1.3.2 机构具有确定相对运动的条件 第31页/共62页第32页/共62页机构具有确定相对运动的条件:机构的自由度等于原动件个数机构的自由度等于原动件个数。原动件活塞，自由度为1。将直线运动变为曲轴的转动。第33页/共62页1.3.3 计算平面机构自由度的注意事项 1复合铰链 两个以上的构件在同一轴线上用转两个以上的构件在同一轴线上用转动副连接起来形成复合铰链。由动副连接起来形成复合铰链。由K K个构个构件汇交成的复合铰链应当包含件汇交成的复合铰链应当包含(K K1)1)个个回转副。计算时不可漏算。回转副。计算时不可漏算。计算自由度计算自由度A A为复合铰链为复合铰链第34页/共62页例：计算图所示圆盘锯主体机构的自由度。解解 机机构构中中有有7 7个个活活动动构构件件，n n=7=7，A A，B B，C C，D D 4 4处处都都是是3 3个个构构件件汇汇交交成成的的复复合合铰铰链链，各各有有二二个回转副，故个回转副，故P PL L=10=10。F F与机构原动件个数相等。因此，当原动件与机构原动件个数相等。因此，当原动件8 8转动时，圆盘中心转动时，圆盘中心E E将确定地沿直线将确定地沿直线EEEE移动。移动。第35页/共62页2局部自由度 机构中某些构件所具有的自由度仅与其自身的局部运动有关，机构中某些构件所具有的自由度仅与其自身的局部运动有关，并不影响其它构件的运动，则称该自由度为局部自由度。并不影响其它构件的运动，则称该自由度为局部自由度。发生场合：有滚子的地方，就一定有局部自由度发生场合：有滚子的地方，就一定有局部自由度 解决方法：将滚子与安装滚子的构件固结在一起，将二者视解决方法：将滚子与安装滚子的构件固结在一起，将二者视为一个构件。为一个构件。第36页/共62页 3虚约束 在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独约束可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限制作用的重复约束为序约束立限制作用的重复约束为序约束 ，计算自由度时去掉。，计算自由度时去掉。虚约束经常出现场合：虚约束经常出现场合：1 1）两构件构成多个转动副时（1 1）两构件构成多个转动副，但其轴线相重合：为了改两构件构成多个转动副，但其轴线相重合：为了改善构件受力情况。善构件受力情况。第37页/共62页（2 2）两构件构成多个移动副时，但其导路相互平行或重合：为但其导路相互平行或重合：为了改善构件受力情况了改善构件受力情况。第38页/共62页（3 3）两构件组成多个平面高副，但接触点之间的距离为常数第39页/共62页2）两构件上某两点间的距离在运动过程中始终保持不变。第40页/共62页3）联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合第41页/共62页4）机构中对运动不起作用的对称部分第42页/共62页例题：计算图示机构的自由度复合铰链：C C点；局部自由度：滚在点；局部自由度：滚在9 9与活塞与活塞4 4视为一体；视为一体；虚约束：与虚约束：与两处移动副，去掉一个虚约束；弹簧两处移动副，去掉一个虚约束；弹簧1010不影响机构自由度，去掉。不影响机构自由度，去掉。第43页/共62页得机构第44页/共62页1.4 机构的组成原理和结构分析1.4.1 平面机构的高副低代 为了表明高副和低副的内在联系，使得平面低副机构的为了表明高副和低副的内在联系，使得平面低副机构的分析方法也适用于一切平面机构，分析方法也适用于一切平面机构，根据一定条件对机构中根据一定条件对机构中的高副以低副代替，称为高副低代。的高副以低副代替，称为高副低代。代替条件：代替条件：代替前后机构自由度不变；瞬时代替前后机构自由度不变；瞬时度和瞬时加速度不变。度和瞬时加速度不变。方法：方法：一个构件加两个低幅。一个构件加两个低幅。构件：过接触点法线，构件：过接触点法线，两个低幅：即为接触点圆弧曲率中心两个低幅：即为接触点圆弧曲率中心。高副接触有三种：高副接触有三种：圆弧和圆弧接触；点和圆弧接触；线圆弧和圆弧接触；点和圆弧接触；线和圆弧接触。和圆弧接触。第45页/共62页1、圆弧和圆弧接触（1）圆形曲线：图示，两构件在c点构成高副，机构在运动过程中，AO1、BO、O1O长度不变，用一杆O1O加两副O1和O代替了原高副C。第46页/共62页（2）非圆形曲线由于曲线各处曲率中心的位置不同，故在机构运动中随着接触点的改变，曲率中心OO1相对于构件1、2的位置及OO1间的距离也会随之改变。因此对于一般的高副机构，在不同的位置有不同的瞬时替代机构。实例如果是一对齿轮，如何替代？第47页/共62页2、点和圆弧接触第48页/共62页3、直线和圆弧接触第49页/共62页1.4.2 机构的组成原理（低副机构）任何机构中都包含原动件、机架和从动件系任何机构中都包含原动件、机架和从动件系统三部分，而原动件的个数与自由度相等，所以统三部分，而原动件的个数与自由度相等，所以去掉原动件，从动件系统的自由度为零。去掉原动件，从动件系统的自由度为零。杆组：从动件系统可分解成若干个不可再分杆组：从动件系统可分解成若干个不可再分的自由度为零的构件组合（运动链），称为基本杆组。的自由度为零的构件组合（运动链），称为基本杆组。简称杆组。简称杆组。分类：从动件系统的自由度分类：从动件系统的自由度F=3n-2PL=01）n=2，PL=3-二级杆组（二杆三副）二级杆组（二杆三副）2）n=4，PL=6-多级杆组（四杆六副）多级杆组（四杆六副）更高级别的基本杆组在实际机构中很少遇到。更高级别的基本杆组在实际机构中很少遇到。第50页/共62页常见二级杆组：第51页/共62页常见的多级杆组：最常见的是如左图所示的三级杆组。其特征是具有一个包含三个运动副的构件，而每个内副所联接的分支机构是双副构件。第52页/共62页机构的组成原理：把若干个自由度为零的基本杆组依次联接到原动件把若干个自由度为零的基本杆组依次联接到原动件和机架上，就可组成一个新的机构，其自由度数与原动件和机架上，就可组成一个新的机构，其自由度数与原动件数目相等。数目相等。设计机构的准则：在满足相同工作要求的前提下，机构在满足相同工作要求的前提下，机构的结构越简单，杆组的级别越低，构件的运动副数目越少的结构越简单，杆组的级别越低，构件的运动副数目越少越好。越好。第53页/共62页 机构的结构分析就是将已知机构分解为原动件、机架和杆组并确定机构的级别。1.4.机构的结构分析第54页/共62页拆杆组：流程如下图第55页/共62页实例1第56页/共62页拆成4个二级杆组第57页/共62页实例2第58页/共62页机构的级别：第59页/共62页原动件更换时对机构级别的影响：第60页/共62页第61页/共62页感谢您的观看！第62页/共62页