第3章平面机构的自由度计算分解.ppt

《第3章平面机构的自由度计算分解.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章平面机构的自由度计算分解.ppt（26页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 平面机构的结构分析平面机构的结构分析3.2 3.2 平面机构的自由度平面机构的自由度 3.2.1 3.2.1 构件的自由度和约束构件的自由度和约束 构件所具有的独立运动构件所具有的独立运动的数目。的数目。一个作平面运动的自由构件一个作平面运动的自由构件有三个自由度有三个自由度（x x，y,y,）。自由度：自由度：对构件的独立运动所加的对构件的独立运动所加的限制称为约束。限制称为约束。约束：约束：运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。yx(x,y)动画动画 平面机构的结构分析平面机构的结构分析沿轴向和垂直于轴向的移动均受到沿轴向和垂

2、直于轴向的移动均受到约束，它只能绕其轴线作转动。所约束，它只能绕其轴线作转动。所以，平面运动的一个转动副引入两以，平面运动的一个转动副引入两个约束，保留一个自由度。个约束，保留一个自由度。转动副：转动副：限制了构件一个移动和绕平面的限制了构件一个移动和绕平面的轴转动，保留了沿移动副方向的轴转动，保留了沿移动副方向的相对移动，所以平面运动的一个相对移动，所以平面运动的一个移动副也引入两个约束，保留一移动副也引入两个约束，保留一个自由度。个自由度。移动副：移动副：动画动画动画动画 平面机构的结构分析平面机构的结构分析一个平面高副引入一个约束，保留两个自由度。一个平面高副引入一个约束，保留两个自由度

3、。高副：高副：动画动画动画动画 平面机构的结构分析平面机构的结构分析3.2.2 3.2.2 平面机构自由度计算公式平面机构自由度计算公式 指机构所具有的独立运动的个数。指机构所具有的独立运动的个数。机构的自由度机构的自由度:F=3n-2PL-PHn n：机构中活动构件数，：机构中活动构件数，n=N-1;n=N-1;P PH H：机构中高副数；机构中高副数；P PL L ：机构中低副数；：机构中低副数；F F：机构的自由度数；：机构的自由度数；平面机构的结构分析平面机构的结构分析例例1计算鄂式破碎机机构的自由度计算鄂式破碎机机构的自由度F=3nF=3n2P2PL LP PH H=33=33242

4、40=10=1在鄂式破碎机主体机构中，有三个活在鄂式破碎机主体机构中，有三个活动构件；包括动构件；包括4 4个转动副，所以机构个转动副，所以机构自由度为：自由度为：平面机构的结构分析平面机构的结构分析例例2计算活塞泵的自由度计算活塞泵的自由度 在活塞泵主体机构中，有在活塞泵主体机构中，有四个活动构件；包括四个活动构件；包括5 5个低副（个低副（4 4个个转动副和转动副和1 1个移动副），个移动副），1 1个高副，个高副，所以机构自由度为：所以机构自由度为：F=3nF=3n2P2PL LP PH H=34=3425251=11=1 平面机构的结构分析平面机构的结构分析3.2.3 3.2.3 机构

5、具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件 F F =34-25=34-25=2 2 1 1 个原动件个原动件F F 0 0，但原动件数目，但原动件数目小于自由度数目，运小于自由度数目，运动链运动不确定，不动链运动不确定，不能成为机构。能成为机构。F F =33-24=33-24=1 1 2 2 个原动件个原动件F F 0 0，但原动件数，但原动件数目大于自由度数目，目大于自由度数目，运动链被破坏，不能运动链被破坏，不能成为机构。成为机构。F=F=34-26=0 34-26=0 F F=0,=0,运动链不运动链不能运动，不成为能运动，不成为机构机构 平面机构的结构分析平面机构的结构分析1 1）机

6、构自由度数）机构自由度数 F1;F1;平面机构具有确定运动的条件：平面机构具有确定运动的条件：2 2）原动件数目等于机构自由度数）原动件数目等于机构自由度数F F。平面机构的结构分析平面机构的结构分析先看例子：按照之前的算法下图机构的自由度为先看例子：按照之前的算法下图机构的自由度为为什么？为什么？3.2.4 3.2.4 计算机构自由度时应注意的几种情况计算机构自由度时应注意的几种情况F=3n2PLPH =3102132=2 平面机构的结构分析平面机构的结构分析1.1.复合铰链复合铰链 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。复合铰

7、链。解决方案解决方案:k k 个构件在同一处构成复合铰链，实际上构成了个构件在同一处构成复合铰链，实际上构成了(k k-1)-1)个转个转动副。动副。注意：复合铰链只存在于转动副中注意：复合铰链只存在于转动副中 。平面机构的结构分析平面机构的结构分析惯性筛机构惯性筛机构例例3.3 3.3 计算图示惯性筛机构计算图示惯性筛机构的自由度。的自由度。解：此机构解：此机构 C C 处由三个构件处由三个构件组成复合铰链，则组成复合铰链，则n n=5=5，P PL L=7=7，P PH H=0=0。由机构自由度公。由机构自由度公式得式得单击上图动画演示单击上图动画演示 平面机构的结构分析平面机构的结构分析

8、处理办法：处理办法：在计算自由度时，在计算自由度时，拿掉这个局部自由度拿掉这个局部自由度，即可将滚，即可将滚子与装滚子的构件固接在一起。子与装滚子的构件固接在一起。ABC321ABC321F=3x3-2x3-1x1=2F=2x3-2x2-1x1=1n=3PL=3PH=1n=2PL=2 PH=12.2.局部自由度局部自由度 机构中个别构件不影响其它构件运动，即对整个机构运动机构中个别构件不影响其它构件运动，即对整个机构运动无关的自由度。无关的自由度。平面机构的结构分析平面机构的结构分析 两构件间形成多个轴线重合两构件间形成多个轴线重合的转动副，则只能算一个转动副；的转动副，则只能算一个转动副；两

9、构件形成多个导路平行的移动两构件形成多个导路平行的移动副，则只能算一个移动副。副，则只能算一个移动副。虚约束之一：虚约束之一：3.3.虚约束虚约束 在特定的几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的在特定的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是一致的。这种不起约束可能与其它运动副所起的限制作用是一致的。这种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。独立限制作用的重复约束称为虚约束。虚约束虚约束虚约束虚约束 平面机构的结构分析平面机构的结构分析2023/3/314注：应除去虚约束。注：应除去虚约束。F=33-24=1F=33-24=1优点：可以提高支承的稳定性优点

10、：可以提高支承的稳定性F=33-25=-1F=33-25=-1 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 虚约束之二：虚约束之二：高副接触点公法线重合高副接触点公法线重合两构两构件在多处接触而构成平面高副且各件在多处接触而构成平面高副且各接触点处的公法线彼此重合时，只接触点处的公法线彼此重合时，只有一个高副起约束作用。有一个高副起约束作用。AB虚约束虚约束虚约束虚约束 两构件上某两点之间的距两构件上某两点之间的距离在运动中保持不变。离在运动中保持不变。虚约束之三：虚约束之三：平面机构的结构分析平面机构的结构分析2023/3/316串联的平行四边形机构中，可能存在虚约束。串联的平行四边形机构中，可能

11、存在虚约束。注：应除去虚约束。注：应除去虚约束。F=34-26-0F=34-26-0=0 =0 F=33-24-0F=33-24-0=1=1除去虚约束除去虚约束 平面机构的结构分析平面机构的结构分析如如果果不不满满足足上上述述条条件件，如如上上图图所所示示则则不不构构成成虚虚约约束束该该机机构构的的自由度为自由度为0 0。平面机构的结构分析平面机构的结构分析虚约束之四：虚约束之四：机构中存在对传递运动不起机构中存在对传递运动不起独立作用的对称部分。独立作用的对称部分。虚约束对机构的影响：虚约束对机构的影响：机机构构中中引引入入虚虚约约束束是是为为了了受受力力均均衡衡，增增大大刚刚度度等等，同时

12、也提高了对制造和装配精度的要求。同时也提高了对制造和装配精度的要求。虚约束虚约束 既然虚约束对机构的运动不起直接的限制作用，为什么在既然虚约束对机构的运动不起直接的限制作用，为什么在实际机器中还要设计出虚约束？实际机器中还要设计出虚约束？【思考题思考题3.33.3】平面机构的结构分析平面机构的结构分析2023/3/319如何处理虚约束？如何处理虚约束？有两个准则：有两个准则：u去除虚约束后剩余部分组成的机构仍为完去除虚约束后剩余部分组成的机构仍为完整机构，且每一个构件的运动状态不变；整机构，且每一个构件的运动状态不变；u去除虚约束前后机构的自由度不同。去除虚约束前后机构的自由度不同。注意：去除

13、虚约束时，每次只能去除一个构件，且剩注意：去除虚约束时，每次只能去除一个构件，且剩余部分的运动状况不会改变。否则即不是虚约束。余部分的运动状况不会改变。否则即不是虚约束。平面机构的结构分析平面机构的结构分析例例3.4计算冲压机构的自由度。计算冲压机构的自由度。F=3n2PLPH=392122=1解：解：虚约束虚约束局部自由度局部自由度复合铰链复合铰链 平面机构的结构分析平面机构的结构分析机构自由度例：计算大筛机构的自由度机构自由度例：计算大筛机构的自由度机构中的滚子有一个机构中的滚子有一个局部自由度局部自由度，顶杆与机架在，顶杆与机架在E E和和E E组成组成两个导路平行的移动副，其中之一为两

14、个导路平行的移动副，其中之一为虚约束虚约束，C C处是处是复合铰链复合铰链。今将滚子与顶杆焊为一体，去掉移动副今将滚子与顶杆焊为一体，去掉移动副E E ，并在，并在C C点注明转点注明转动副数，如图动副数，如图b b。图图b b中，中，n=7n=7，P PL L=9=9，P PH H=1=1，因此：，因此：F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=37-29-1=2=37-29-1=2此机构的自由度为此机构的自由度为2 2，有两个原动件。，有两个原动件。平面机构的结构分析平面机构的结构分析BCDE12345678APl=10n=7F=37210=1下一页下一页 平面机构的结构分析平面机

15、构的结构分析3.2.5 3.2.5 计算机构自由度的实用意义计算机构自由度的实用意义 1 1判定机构运动设计方案是否合理判定机构运动设计方案是否合理 2 2改进不合理的运动方案使其具有确定的相对运动改进不合理的运动方案使其具有确定的相对运动 改进前设计方案简图改进前设计方案简图改进后设计方案简图改进后设计方案简图五杆机构五杆机构 【思考题思考题3.43.4】简易冲床改进后设计方案除了图所示设计方案外，简易冲床改进后设计方案除了图所示设计方案外，是否还有其它方案？是否还有其它方案？3 3判断测绘的机构运动简图是否正确判断测绘的机构运动简图是否正确 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 平面机构的结构分析平面机构的结构分析