(4.1.1)--1 平面机构的自由度和速度分析.ppt

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1、机械设计基础机械设计基础（B）课程）课程 第第1章章 平面机构的自由度和速度分析平面机构的自由度和速度分析21.3 平面机构的自由度自由度的作用？自由度的作用？深海水平卡箍式连接器1.3 平面机构的自由度31.3.1 平面机构的自由度计算公式平面机构的自由度计算公式一一.自由构件的自由度自由构件的自由度（构件可能出现的独立运动）（构件可能出现的独立运动）平面运动平面运动二二.运动副引入的约束运动副引入的约束（对独立运动所加的限制）（对独立运动所加的限制）三个自由度三个自由度空间运动空间运动六个自由度六个自由度引入引入两个两个约束约束引入引入一个一个约束约束低副低副（转动副、移动副）（转动副、移

2、动副）高副高副xy21xyoxyottnnR=2R=2R=1 与与其其它它构构件件未未连之前自由度：之前自由度：3用用运运动动副副与与其其它它构构件件连连接接后后,运运动动副副引引入入约约束束,原原自自由由度度减少减少1.3 平面机构的自由度41.3.1 平面机构的自由度计算公式平面机构的自由度计算公式如果：活动构件数：如果：活动构件数：n 低副数：低副数：pL 高副数：高副数：pHxy21未连接前总自由度：未连接前总自由度：3n连接后引入的总约束数：连接后引入的总约束数：2pL+pHF=3n-(2pL+pH)机构自由度机构自由度F：F=3n-2pl-ph1.3 平面机构的自由度51.3.2

3、计算平面机构自由度的计算平面机构自由度的注意事项注意事项m个构件个构件(m2)在同一处构成转动副在同一处构成转动副m-1-1个低副个低副(1)复合铰链复合铰链412356F F 3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 560 3F F 3n3n 2p2pl lp ph h 3 3 2 2 570 1412356错错对对计算在内计算在内523235m个构件个构件,m-1个铰链个铰链1.3 平面机构的自由度61.3.2 计算平面机构自由度的计算平面机构自由度的注意事项注意事项F3n2plph 3 2 33 1 2F3n 2plph 3 2 221 1错错对对排除在外排除在外(2)局部自

4、由度局部自由度定义：定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动机构中某些构件所具有的独立的局部运动,不影响机不影响机构输出运动的自由度构输出运动的自由度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滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠的滚子、轴承中的滚珠解决的方法：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，视作一个构件构件固结在一起，视作一个构件1.3 平面机构的自由度71.3.2 计算平面机构自由度的计算平面机构自由度的注意事项注意事项不影响机构运动传递的不影响机构运动传递的重复约束重

5、复约束在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束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，这种不起独立限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运动副叫制作用的运动副叫虚约束虚约束虚约束虚约束经常发生的场合经常发生的场合处理方法：处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其所带入的运动副）去掉所带入的运动副）去掉结论结论F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 23 1-1错错22 11对对排除在外排

6、除在外之一为之一为虚约束虚约束(3)虚约束虚约束自由度自由度计算算小小结1.3 平面机构的自由度81.3.2 计算平面机构自由度的计算平面机构自由度的注意事项注意事项虚约束经常发生的场合虚约束经常发生的场合A 两构件之间构成多个运动副时两构件之间构成多个运动副时B 两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时C 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时D 机构中对运动不起作用的对称部分机构中对运动不起作用的对称部分1.3 平面机构的自由度91.3.2 计算平面机构自由度的计算平面机构自由度的注意事项注意

7、事项A 两构件之间构成多个运动副时两构件之间构成多个运动副时两构件组合成多个两构件组合成多个转动副转动副，且其，且其轴线重合轴线重合两构件组合成多个两构件组合成多个移动副移动副，其，其导路平行或重合导路平行或重合两构件组合成若干个两构件组合成若干个高副高副，但接触点之间的，但接触点之间的距离为常数距离为常数123123目的：目的：为了改善构件的受力情况为了改善构件的受力情况F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 22 111.3 平面机构的自由度101.3.2 计算平面机构自由度的注意事项计算平面机构自由度的注意事项B 两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时两构件某两点之间

8、的距离在运动中保持不变时在这两个例子中，加与不加红色构件在这两个例子中，加与不加红色构件ABAB效果完全一样，效果完全一样，为虚约束为虚约束计算时应将构件计算时应将构件ABAB及其引入的约束去掉来计算及其引入的约束去掉来计算412351234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 340F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 460 0BA错错对对 1F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34011.3 平面机构的自由度111.3.2 计算平面机构自由度的计算平面机构自由度的注意事项注意事项C 两构件上联接点的轨迹重合两构件上联接点的轨迹

9、重合在该机构中，构件在该机构中，构件2 2上的上的C C点点C C2 2与构件与构件3 3上的上的C C点点C C3 3轨迹重合，为虚约束。轨迹重合，为虚约束。计算时应将构件计算时应将构件3 3及其引入的约束去掉及其引入的约束去掉来计算。来计算。同理，也可将构件同理，也可将构件4 4当作虚约束，将构当作虚约束，将构件件4 4及其引入的约束去掉来计算，效及其引入的约束去掉来计算，效果完全一样。果完全一样。BAC(C2,C3)D1234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 011.3 平面机构的自由度121.3.2 计算平面机构自由度的计算平面机构自由度的注意事项注意事项

10、D 机构中对运动不起作用的对称部分机构中对运动不起作用的对称部分在该机构中，齿轮在该机构中，齿轮3 3是齿轮是齿轮2 2的对称部分，为虚约束的对称部分，为虚约束计算时应将齿轮计算时应将齿轮3 3及其引入的约束去掉来计算及其引入的约束去掉来计算同理，将齿轮同理，将齿轮2 2当作虚约束去掉，完全一样当作虚约束去掉，完全一样目的：目的：为了改善构件的受力情况为了改善构件的受力情况F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 33 2112345131.3 平面机构的自由度1.3.3 深海水平卡箍式连接器自由度分析深海水平卡箍式连接器自由度分析第一闭环中，n=2（构件1和2），不要求掌握，

11、是空间的螺纹副，确定的自由度1。第二闭环为构件5-2-3-4-5以构件2为原动件的平面低副机构，自由度F42的计算公式为：活动构件n=3（构件2、3和4），PL=4，PH=0。第二闭环自由度F42=1，运动唯一。虚约束141.3 平面机构的自由度1.3.3 深海水平卡箍式连接器自由度分析深海水平卡箍式连接器自由度分析通过了挪威船级社认证，即将在中国南海乐东通过了挪威船级社认证，即将在中国南海乐东22-1油气田进行国内首例实际工程应用。油气田进行国内首例实际工程应用。151.3 平面机构的自由度1.3.3 深海水平卡箍式连接器自由度分析深海水平卡箍式连接器自由度分析序号论文名称期刊类型1Stat

12、icmetalsealingmechanismofasubseapipelinemechanicalconnector.AdvancesinMechanicalEngineeringSCI2Analyticalandexperimentalstudyonsealingcontactcharacteristicsofsubseacolletconnectors.AdvancesinMechanicalEngineeringSCI3Researchontheloading-unloadingfractalcontactmodelbetweentwothree-dimensionalspherica

13、lroughsurfaceswithregardtofrictionACTAMECHANICASCI4AnalysisofSealingandLeakagePerformanceoftheSubseaColletConnectorwithLens-TypeSealingStructureJOURNALOFMARINESCIENCEANDENGINEERINGSCI5ModelingoftheLoading-UnloadingContactofTwoCylindricalRoughSurfaceswithFrictionAPPLIEDSCIENCES-BASELSCI6水下连接器密封性能分析及实验研究哈尔滨工程大学学报EI7深水卡爪连接器防松机构研究及试验分析哈尔滨工程大学学报EI8船舶破损应急封堵技术与发展趋势舰船科学技术中国核心发表学术论文：6篇申请及授权发明专利：9项序号专利名专利类型1改进的复合式密封圈发明2一种应用于深海设备安装的导向柱发明3一种液压操作式密封圈更换工具发明4深水卧式连接器压力帽发明5一种可拆卸的H型双重球面金属密封圈及法兰结构发明6水下卡箍连接器的摩擦式防松结构发明7 应用于水下卡箍连接器的凸轮防松机构发明8一种立式内锁压力帽发明9非标密封面O型圈的外密封槽结构发明参研学生最近一年的科研成果16