機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件第一章.ppt

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1、中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,第1章,平面機(jī)構(gòu)的自由 度和速度分析,,,,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,平面機(jī)構(gòu):構(gòu)成機(jī)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件都在同一個(gè)或 互 相平行的平面內(nèi)運(yùn)動.,機(jī)構(gòu),空間機(jī)構(gòu):構(gòu)成機(jī)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件分別在不同的平 面內(nèi)運(yùn)動.,,中南大學(xué)專用

2、 作者： 潘存云教授,自由度:構(gòu)件或構(gòu)件系統(tǒng)所具有的獨(dú)立運(yùn)動數(shù)目,運(yùn)動副：兩個(gè)構(gòu)件聯(lián)接 直接接觸、相對運(yùn)動。,1-1、基本概念、術(shù)語,構(gòu)件+構(gòu)件+構(gòu)件+ ,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,,,,,,剛體（構(gòu)件）,f = 3,f =3,f=3,既: F= f+f=3+3=23=6,(2)、兩個(gè)在同一平面內(nèi)各自作平面運(yùn)動的構(gòu)件,此兩構(gòu)件系統(tǒng) 的自由度可認(rèn)為是:其中一構(gòu)件的絕對

3、自由度+ 另一構(gòu)件相對于它的相對自由度,(1)單個(gè)作平面運(yùn)動的構(gòu)件(剛體),自由度為3(相對固定機(jī)架,既絕對自由度)。,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,(3)、n個(gè)在同一平面內(nèi)各自作平面運(yùn)動的構(gòu)件,約束:,,,x,y,,f=3,,,,,,,,f=3,F= 3+3+3+3+= 3n,兩構(gòu)件以運(yùn)動副相連后,其相對運(yùn)動自由度受到的限制.,其系統(tǒng)的自由度為3n.,,F= f + f= 3 + 3 = 23 = 6,相對運(yùn)動自由度所減少的數(shù)目就是約束數(shù).,F= f + f= 3 + 3 =

4、23 = 6,約束數(shù)3,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,運(yùn)動副分類,平面運(yùn)動副,空間運(yùn)動副,平面低副,1約束,,,B7,平面高副,,D,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,運(yùn)動鏈:,運(yùn)動鏈,設(shè)構(gòu)件數(shù)為N，低副數(shù)為PL，高副數(shù)為PH,構(gòu)件+構(gòu)件+構(gòu)件+ ,4,3,中南大學(xué)專用

5、 作者： 潘存云教授,構(gòu)件+構(gòu)件+構(gòu)件+ ,運(yùn)動鏈,機(jī)構(gòu),,機(jī)構(gòu)中構(gòu)件分為三類： （1）機(jī)架：機(jī)構(gòu)中某一 相對固定的 構(gòu)件。（只有一個(gè)架),（2）原動件：運(yùn)動輸入的構(gòu)件，按給定的已知運(yùn)動規(guī)律運(yùn) 動。（其個(gè)數(shù)取決于機(jī)構(gòu)的自由度的數(shù)目）,（3）從動件,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副）,移動副 。,b6,滾動副,凸輪副,齒輪副,,,,,,中南大學(xué)專用

6、作者： 潘存云教授,,12、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制：,鱷式破碎機(jī)。,用簡單線條和符號來表示構(gòu)件和運(yùn)動副,說明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對運(yùn)動關(guān)系 的圖形,稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖.,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,常用運(yùn)動副的符號,,,,,,,,,運(yùn)動副 名稱,運(yùn)動副符號,兩運(yùn)動構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動副,轉(zhuǎn)動副,移動副,兩構(gòu)件之一為固定時(shí)的運(yùn)動副,平面運(yùn)動副,b45,b54,b55,,中南大學(xué)專用 作

7、者： 潘存云教授,平面高副,螺旋副,,,,,空間運(yùn)動副,,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,,一般構(gòu)件的表示方法,桿、軸構(gòu)件,固定構(gòu)件,同一構(gòu)件,,,,,,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,三副構(gòu)件,兩副構(gòu)件,,,,一般構(gòu)件的表示方法,,b45,b10,中南大學(xué)專用

8、 作者： 潘存云教授,常用機(jī)構(gòu)簡圖符號,,,,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,,,1,2,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖應(yīng)滿足的條件：,2.運(yùn)動副的性質(zhì)、數(shù)目及位置與實(shí)際相符,3.運(yùn)動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際機(jī)構(gòu) 成比例。,,,1.構(gòu)件數(shù)目與實(shí)際相同,1,2,中南大學(xué)專用

9、 作者： 潘存云教授,1）、了解機(jī)構(gòu)工作原理，運(yùn)動傳 遞路線。,,,鱷式破碎機(jī)。,,,2）、確定畫圖平面及比例。,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,,鱷式破碎機(jī),,,1）、了解機(jī)構(gòu)工作原理，運(yùn)動傳 遞路線。,2）、確定畫圖平面及比例。,3）、從機(jī)架和原動件開始，依據(jù)構(gòu)件和運(yùn)動副的規(guī)定符號畫出構(gòu)件并確定運(yùn)動副位置及符號。,4）、將圖中的機(jī)架畫上斜線，并在原動件上標(biāo)出指示運(yùn)動方向的箭頭。,B2,B5,1,,L,中南大學(xué)專用

10、 作者： 潘存云教授,13、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算,平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式為：,n機(jī)構(gòu)中活動構(gòu)件的數(shù)目,計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。,解：活動構(gòu)件數(shù)n=,3,低副數(shù)PL =,4,F=3n 2PL PH =33 24 =1,高副數(shù)PH =,0,D,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,計(jì)算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度,解：活動構(gòu)件數(shù) n=,4,低副數(shù)PL =,5,F=3n 2PL PH =34 25 =2,高副

11、數(shù)PH =,0,,,,,,1,2,3,4,1,,,,,,13、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算,平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式為：,n機(jī)構(gòu)中活動構(gòu)件的數(shù)目,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。,解：活動構(gòu)件數(shù)n=,2,低副數(shù)PL =,2,F=3n 2PL PH =32 221 =1,高副數(shù)PH =,1,,,,,,1,2,3,13、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算,平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式為：,n機(jī)構(gòu)中活動構(gòu)件的數(shù)目,中南大學(xué)專用

12、 作者： 潘存云教授,當(dāng)原動件按給定的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動時(shí)，機(jī)構(gòu)中的其余構(gòu)件的運(yùn)動也完全確定。,一、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件,13、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算,平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式為：,n機(jī)構(gòu)中活動構(gòu)件的數(shù)目,B,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,,,F=1 原動件數(shù)=1=F,,,,,,F=0 非機(jī)構(gòu),,機(jī)構(gòu)運(yùn)動確定,機(jī)構(gòu)運(yùn)動不確定,,,四桿機(jī)構(gòu),若取原動件數(shù)=2=F則機(jī)構(gòu)運(yùn)動確定,F=2,中南大學(xué)專用

13、 作者： 潘存云教授,兩個(gè)以上的構(gòu)件同時(shí)在一處以回轉(zhuǎn)副相連接就構(gòu)成復(fù)合鉸鏈.,設(shè)：K個(gè)構(gòu)件組成一個(gè)復(fù)合鉸鏈,則轉(zhuǎn)動副數(shù)目為:,,,（1）復(fù)合鉸鏈 ：,二、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng),中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件引入的自由度與機(jī)構(gòu)的運(yùn)動無關(guān)，稱為局部自由度。,解：,低副數(shù)PL=,10,F=3n 2PL PH =37 2100 =1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6

14、,7,8,A,B,C,D,E,F,,圓盤鋸機(jī)構(gòu),活動構(gòu)件數(shù)n=7,（2）局部自由度：,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,n=,3,,PL=,3，,F=3n 2PL PH =33 23 1 =2,PH=1,(b)F=32 22 1=1,機(jī)構(gòu)(a)中,滾子2引入一個(gè)自由度(既滾子轉(zhuǎn)動),但無論滾子怎樣轉(zhuǎn)動,都不會對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動產(chǎn)生任何影響,是一個(gè)局部自由度,(a)式中將其計(jì)算在內(nèi),所以得到錯(cuò)誤結(jié)果.,(a)滾子,(b)尖頂,(a),,,正確方法是:先將局部自由度處理掉(如圖b),再進(jìn)行自

15、由度的計(jì)算(b式結(jié)果才正確).,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,機(jī)構(gòu)中有些部分引入的約束對機(jī)構(gòu)運(yùn)動 不起任何限 制作用， 這種約束稱為虛約束。,（A）兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個(gè)道路平行的移動副時(shí)， 只有一個(gè)移動副起約束作用，其余都是虛 約束。,（3）虛約束：,B15,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,(B) 兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個(gè)軸線重合的回轉(zhuǎn)副時(shí),只有 一個(gè)回轉(zhuǎn)副起

16、約束作用, 其余都是虛約束.,(C）、在機(jī)構(gòu)運(yùn)動的過程中，若某兩構(gòu)件上兩點(diǎn) 之間的距離始終保持不變，則用雙回轉(zhuǎn)副 桿將此兩點(diǎn)相連，將引入虛約束。,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,橢圓儀,F=3n 2PL PH =34 26 =0,,F=3n 2PL PH =33 24 =1,,,平行四邊形機(jī)構(gòu)，,D,F=3n 2PL PH =33 24 =1,中南大學(xué)專用

17、作者： 潘存云教授,（D）、兩構(gòu)件之間組成多個(gè)高副時(shí)，若過高副 所作公法線相互重合，則只算一個(gè)副， 其余都是虛約束。,,,,,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,（E）、機(jī)構(gòu)中的對稱部分。,F=3n 2PL PH =33 232 =1,,,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,2,4,7,6,5,9,4,4,4,3,8,1,計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度。,局部自由度

18、,虛約束,n=,7,PL =,9,PH =,1,F=3n 2PL PH =37 29 1 =2,E,,復(fù)合鉸鏈:,1個(gè),位置C ，2個(gè)低副,b9,L,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,14、速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用,一、速度瞬心的定義,K1,K2,P,,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,,,X,Y,,,A,B,,,,,K1,K2,,,P,,,相對速度瞬心,O,,,

19、* 每個(gè)重合點(diǎn)都有相對運(yùn)動(k1點(diǎn)、k2點(diǎn)),在任意瞬間，可以找到一個(gè)特殊重合點(diǎn)P,此處 的相對速 度為零、這個(gè) 特殊的重合點(diǎn)被稱為相對速度瞬心。當(dāng)其中之一構(gòu)件為固定不動時(shí)，此點(diǎn)為絕對速度瞬心。,相對速度瞬心和絕對速度瞬心統(tǒng)稱為瞬心 。,,,= 0,,,,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,* 瞬心是兩構(gòu)件在某一瞬間的同速重合點(diǎn)，在這瞬間兩構(gòu)件相對運(yùn)動可認(rèn)為是繞該瞬心的相對轉(zhuǎn)動，而其他各個(gè)重合點(diǎn)的相對速度恰等于兩構(gòu)件繞瞬心相對轉(zhuǎn)動時(shí)，相對圓周線速度。,,,X,,,A,B,,,,,K1,

20、K2,,P,,,相對瞬心,O,,,,,= 0,,Y,,,,,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,二、機(jī)構(gòu)中的瞬心總數(shù),三、找瞬心,設(shè)：機(jī)構(gòu)有K個(gè)構(gòu)件組成，則機(jī)構(gòu)總瞬心數(shù)為：,1、定義法：當(dāng)兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)的相對速度方向已知時(shí)。,,,,,,,移動副,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,2、直觀法：適用于兩構(gòu)件以運(yùn)動副相連的情況。,P12,P14,P23,P34,,,D,中南大學(xué)專用

21、 作者： 潘存云教授,,3、三心定理： A：三構(gòu)件，三瞬心。 B：三瞬心在同一直線上。,,,,,P12,P13,,,,,,,,,,,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,* 求瞬心的關(guān)鍵： （1）、找三構(gòu)件，其中包括需求瞬心的兩構(gòu)件。 （2）、必須已知需求瞬心的兩構(gòu)件與第三構(gòu)件的瞬 心。,,,,,,,P12,P14,P23,P34,P24,P13,D,中南大學(xué)專

22、用 作者： 潘存云教授,舉例：求曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的速度瞬心。,,,,,解：瞬心數(shù)為：,1.直接觀察求瞬心,2.三心定律求瞬心,Nn(n-1)/26,b54,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,二、速度瞬心在機(jī)構(gòu)速度分析中的應(yīng)用,1.求線速度,已知凸輪轉(zhuǎn)速1，求推桿的速度。,解： 直接觀察求瞬心P13、 P23 。,求瞬心P12的速度 。,V2V P12l(P13P12)1,長度P

23、13P12直接從圖上量取。,,根據(jù)三心定律和公法線 nn求瞬心的位置P12 。,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,2.求傳動比和角速度,VP24l(P24P14)4,4 2 (P24P12)/ P24P14,已知構(gòu)件2的轉(zhuǎn)速2，求構(gòu)件4的角速度4 及傳 動比 i24,VP24l(P24P12)2,方向: 與2相同。,解：,i24 =2 /4 P24P14 / P24P12,,,L,中南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,本章重點(diǎn)： 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的測繪方法。 自由度的計(jì)算。 用瞬心法作機(jī)構(gòu)的速度分析,,