第一章 运动副及平面机构 (2)优秀课件.ppt

《第一章 运动副及平面机构 (2)优秀课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章 运动副及平面机构 (2)优秀课件.ppt（39页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第一章 运动副及平面机构第1页，本讲稿共39页1.构件的自由度构件的自由度AXYO3.两构件用运动副联接后，彼两构件用运动副联接后，彼此相对运动受到某些此相对运动受到某些约束约束。低副引入两个约束！低副引入两个约束！2.机构自由度机构自由度指指机机构构中中各各活活动动构构件件相相对对于于机机架架的的独独立立运运动动数目。数目。低副约束：约束：对独立运动所加的限制对独立运动所加的限制第2页，本讲稿共39页高副引入一个约束！高副引入一个约束！高副第3页，本讲稿共39页 两个以上构件以运动副连接而成的系统称为两个以上构件以运动副连接而成的系统称为运动链运动链。若组成运动链各构件形成首尾封闭的系。若组

2、成运动链各构件形成首尾封闭的系统则称为封闭运动链，简称闭链，如图统则称为封闭运动链，简称闭链，如图(a)、(b)所示；若组成运动链各构件未形成首尾封闭的系所示；若组成运动链各构件未形成首尾封闭的系统则称为开式运动链，简称开链，如图统则称为开式运动链，简称开链，如图(c)所示。所示。4、运动链、运动链第4页，本讲稿共39页5、机构机构（从运动链角度）：在运动链中将一构件（从运动链角度）：在运动链中将一构件加以固定而其余构件都具有确定的运动，此运加以固定而其余构件都具有确定的运动，此运动链便称为机构。动链便称为机构。（1）对一个运动链）对一个运动链（2）选一构件为机架）选一构件为机架（3）确定原动

3、件（一个或数个）确定原动件（一个或数个）（4）原动件运动时，从动件有）原动件运动时，从动件有确定的运动确定的运动。第5页，本讲稿共39页1）机构的构件总数）机构的构件总数K，其中必有一个机架，因其为固定，其中必有一个机架，因其为固定件，其自由度为零，故活动构件数件，其自由度为零，故活动构件数n=K-12）组成运动副前，机构总自由度）组成运动副前，机构总自由度3n，当用运动副连，当用运动副连接组成机构之后，则自由度减少。接组成机构之后，则自由度减少。3）当引入一个低副，自由度减少两个；当引入一个高副，）当引入一个低副，自由度减少两个；当引入一个高副，自由度减少一个。自由度减少一个。F F3n-2

4、P3n-2PL L-P-Ph h平面机构自由度计算平面机构自由度计算:第6页，本讲稿共39页举例举例1：图图a所示：所示：n=2PL=3PH=0F=3n-2PL-PH=0 各构件间已无相对运动，只构成各构件间已无相对运动，只构成一个刚性桁架，因而不能成为机构。一个刚性桁架，因而不能成为机构。图图b所示所示n=3PL=5PH=0F=3n-2PL-PH=-1 为超静定桁架，也不能成为机构为超静定桁架，也不能成为机构。第7页，本讲稿共39页图图c所示所示n=3PL=4PH=0F=3n-2PL-PH=1 若取构件若取构件1为原动件为原动件，构件，构件1每转过每转过一个角度，构件一个角度，构件2和构件和

5、构件3便有一个确便有一个确定的相对运动，也就是说这个运动链定的相对运动，也就是说这个运动链能成为机构。能成为机构。如果同时使构件如果同时使构件3也成为原动件也成为原动件，运，运动链内部的运动关系将发生矛盾，最动链内部的运动关系将发生矛盾，最薄弱的构件将损坏薄弱的构件将损坏。说明：要使自由度大于零的运动链成为机构，原动件的数目说明：要使自由度大于零的运动链成为机构，原动件的数目不可多于运动链的自由度数。不可多于运动链的自由度数。第8页，本讲稿共39页图图(d)所示所示n=4PL=5PH=0F=3n-2PL-PH=2若同时取构件若同时取构件1和构件和构件4作为原动作为原动件件，构件，构件2和构件和

6、构件3具有确定的运动，具有确定的运动，即该运动链能成为机构。即该运动链能成为机构。如果只取构件如果只取构件1作为原动件作为原动件，其余，其余三个活动构件三个活动构件2、3、4的运动不能确的运动不能确定，只能作无规则的运动定，只能作无规则的运动。说明：要使自由度大于零的运动链成为机构，原动件的数目不说明：要使自由度大于零的运动链成为机构，原动件的数目不可少于运动链的自由度数。可少于运动链的自由度数。第9页，本讲稿共39页F0，构件间无相对运动，不成为机构。，构件间无相对运动，不成为机构。F0,原动件数原动件数=F，运动确定，运动确定原动件数原动件数F，机构在薄弱处破坏，机构在薄弱处破坏u平面机构

7、具有确定运动条件平面机构具有确定运动条件：机构原动件机构原动件 个数应等于机构的自由度数目。个数应等于机构的自由度数目。第10页，本讲稿共39页 机构机构自由度自由度原动件原动件结论结论F3 3-2 4=11F=原动件原动件数目数目机构有机构有确定运动确定运动F3 3-2 4=12F原动原动件数目件数目机构运机构运动不确定动不确定 机构原动件独立运动由外界给定。如给出原动件数不机构原动件独立运动由外界给定。如给出原动件数不等于机构自由度，则会对机构运动产生影响。等于机构自由度，则会对机构运动产生影响。第11页，本讲稿共39页 F3 4-2 5=21F原动件原动件数目数目机构运机构运动不确定动不

8、确定F3 2-2 3=00F0机构为机构为桁架结构桁架结构，不能运动不能运动23 平面机构的自由度第12页，本讲稿共39页例例1：试计算图示牛头刨床机构的自由度，并确定：试计算图示牛头刨床机构的自由度，并确定其原动件数目。其原动件数目。n=6PL=8(5个转动副和个转动副和3个移动副个移动副PH=1F=3628-1=1此机构应有一个原动件第13页，本讲稿共39页计算实例计算实例2 解：解：n=3,Pl=4,Ph=0 F=3n-2Pl-Ph =33-24-0=1 第14页，本讲稿共39页计算实例计算实例3 n=5,Pl=7,Ph=0 F=3n2PlPh=35270=1解：解：第15页，本讲稿共3

9、9页计算平面机构自由度时的注意事项计算平面机构自由度时的注意事项三个问题：三个问题：1 1、复合铰链、复合铰链定义：两个以上的构件在同一处以转动副转动副相连接。处理：处理：三个构件在同一轴线处，两个转动副。三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：推理：m个构件时，有个构件时，有m1个转动副。个转动副。第16页，本讲稿共39页例例1：计算惯性筛机构自由度。：计算惯性筛机构自由度。C处为复合铰链处为复合铰链计算中注意观察是否有复合铰链以免漏算转动副数目。计算中注意观察是否有复合铰链以免漏算转动副数目。n=5,PL=7,PH=0=35-270=1F=3n-2PLPH第17页，本讲稿共39页例例2：计

10、算图示钢板剪切机的自由度。：计算图示钢板剪切机的自由度。解解：由图可知由图可知,n=5,Pl=7,Ph=0(B处为复合铰链处为复合铰链,含两个转动含两个转动副副)，则：则：F3n2PlPh352701第18页，本讲稿共39页 F=3n-(2PL+PH)课堂练习课堂练习：=3 7-2 10=1第19页，本讲稿共39页2、局部自由度、局部自由度定义：不影响其它构件相对运动的自定义：不影响其它构件相对运动的自由度，只与局部运动有关由度，只与局部运动有关。F F3 3 3 32 2 3 31 12 2（）F F3 3 2 22 2 2 21 11 1（）在计算机构自由度时，在计算机构自由度时，可预先排

11、除。可预先排除。第20页，本讲稿共39页 局部自由度经常发生的场合：局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子；轴承中的滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子；轴承中的滚珠。滚珠。解决的方法：解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视为一个构件。件固结在一起，视为一个构件。第21页，本讲稿共39页3、虚约束、虚约束 应应除除去去虚虚约约束束，即即将将产产生生虚虚约约束束的的构构件件MN及及运动副不计。运动副不计。n=3,Pl=4,Ph=0F=33-240=1定义：重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的定义：重复出

12、现的，对机构运动不起独立限制作用的约束，是构件几何尺寸满足某些特殊要求的产物。约束，是构件几何尺寸满足某些特殊要求的产物。第22页，本讲稿共39页 （1 1）轨轨迹迹重重合合：连连接接构构件件上上的的轨轨迹迹和和机机构构上上连连接接点点的的轨迹重合时轨迹重合时,引入虚约束。引入虚约束。虚约束常见情况及处理虚约束常见情况及处理计算时将虚约束去掉。计算时将虚约束去掉。（a）（b）第23页，本讲稿共39页计算中只计入一个移动副。计算中只计入一个移动副。（2 2）导导路路平平行行或或重重合合的的移移动动副副：两两构构件件构构成成多多个个导导路路相相互互平行的移动副时平行的移动副时,会出现虚约束。会出现

13、虚约束。F F3 3 2 22 2 2 2 1 11 1（）第24页，本讲稿共39页（3 3）轴轴线线重重合合的的转转动动副副：两两构构件件组组成成多多个个转转动动副副，且且轴轴线线重重合合，只只有有一一个个转转动动副副起起约约束束作作用，其余为虚约束用，其余为虚约束。计算中只计入一个转动副。计算中只计入一个转动副。第25页，本讲稿共39页计算中应将对称部分除去不计。计算中应将对称部分除去不计。（4 4）传动对称：）传动对称：机构中对运动不起独立作用的对称机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。部分，将产生虚约束。此虚约束对机构运动此虚约束对机构运动虽然不起作用，但可以虽然不起作用，

14、但可以增加构件的刚性，改进增加构件的刚性，改进受力，减少磨损，因而受力，减少磨损，因而在机构中经常出现。在机构中经常出现。F F3 3 3 32 2 3 3 2 21 1（）第26页，本讲稿共39页（5 5）若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触点处的若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触点处的公法线重合公法线重合,则只能算一个平面高副。若公法线方向不重合，将则只能算一个平面高副。若公法线方向不重合，将提供各提供各2 2个约束。个约束。有一处为虚约束有一处为虚约束此两种情况没有虚约束此两种情况没有虚约束第27页，本讲稿共39页结论：结论：采用虚约束是为了改善构件的受力情况；增加采用虚约

15、束是为了改善构件的受力情况；增加构件的刚性；传递较大功率；或满足某种特殊需构件的刚性；传递较大功率；或满足某种特殊需要，在结构设计中被广泛使用。要，在结构设计中被广泛使用。注意：注意：机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动。有效约束，而使机构不能运动。第28页，本讲稿共39页 例例1：在下图所示机构中，构件：在下图所示机构中，构件AB,EF,CD相互平相互平行且相等，试计算该机构的自由度。行且相等，试计算该机构的自由度。分析：注意机构中的分析：

16、注意机构中的分析：注意机构中的分析：注意机构中的复合铰链复合铰链复合铰链复合铰链、局部自由度局部自由度局部自由度局部自由度及及及及虚约束虚约束虚约束虚约束。解：去掉机构中的局部自解：去掉机构中的局部自 由度和虚约束，则：由度和虚约束，则：276=HLPPn22-72-63F=第29页，本讲稿共39页复合铰链复合铰链第30页，本讲稿共39页例例2：计算图示发动机配气机构的自由度。：计算图示发动机配气机构的自由度。此机构中，此机构中，G，F为导路重为导路重合的两移动副，其中一个是虚合的两移动副，其中一个是虚约束；约束；P处的滚子为局部自由处的滚子为局部自由度。度。除除去去虚虚约约束束及及局局部部自

17、自由由度度后后，该该 机机 构构 则则 有有n=6；PL=8;PH=1,其自由度为：其自由度为：F=3n-2PL-PH=3 6-2 8-1=1解：解：第31页，本讲稿共39页例例3：计算图示某包装机送纸机构的自由度，并：计算图示某包装机送纸机构的自由度，并判断该机构是否有确定运动。判断该机构是否有确定运动。解：复合铰链：解：复合铰链：D包含包含2个转个转动副局部自由度：动副局部自由度：F=2虚约束：杆虚约束：杆8及转动副及转动副F、I引引入入1个虚约束。个虚约束。计算自由度前直接去除虚计算自由度前直接去除虚约束和局部自由度：约束和局部自由度：n=6 pl=7 ph=3 F=3n-2pl-ph=

18、1第32页，本讲稿共39页大筛机构大筛机构的自由度的自由度F3n-2Pl-PH=3 7-2 9-1=2=原动件数原动件数例例4：第33页，本讲稿共39页课堂练习课堂练习1：第34页，本讲稿共39页课堂练习课堂练习2：第35页，本讲稿共39页一、运动副及其分类一、运动副及其分类高副高副低副低副转动副转动副 移动副移动副二、构件自由度、运动副和约束的关系二、构件自由度、运动副和约束的关系 总总结结1、平面平面内自由的构件，有内自由的构件，有3个自由度；个自由度；空间空间内自由的构件，有内自由的构件，有6个个自由度。自由度。2、构件自由度、运动副和约束的关系、构件自由度、运动副和约束的关系（1）转动

19、副：）转动副：2约束，约束，1自由度自由度（2）移动副：）移动副：2约束，约束，1自由度自由度（3）平面高副：）平面高副：1约束，约束，2自由度自由度第36页，本讲稿共39页三、机构运动简图的绘制三、机构运动简图的绘制1、找出组成机构的各构件、找出组成机构的各构件2、选择视图平面、选择视图平面3、绘制机构简图、绘制机构简图四、机构自由度的计算四、机构自由度的计算2、平面机构具有确定运动的条件：机构原动、平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目，即件个数应等于机构的自由度数目，即W=F=3n-2Pl-Ph F=3n-2Pl-Ph 1、机构自由度：、机构自由度：第37页，本讲稿共39页五、计算自由度时应注意的几种情况五、计算自由度时应注意的几种情况 1、复合铰链、复合铰链2、局部自由度、局部自由度3、虚约束、虚约束第38页，本讲稿共39页作业：作业：P12:3、6（b)、7（b、c、e)本章结束本章结束第39页，本讲稿共39页