《機械原理自由度》PPT課件.ppt

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第1章平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 基本要求及重點 難點運動副及其分類平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)的自由度計算 基本要求和重點 了解研究機構(gòu)結(jié)構(gòu)的目的 機構(gòu)的組成 熟練掌握運動簡圖的繪制和機構(gòu)自由度的計算 會進行平面機構(gòu)組成原理和結(jié)構(gòu)分析 1 1研究機構(gòu)的目的 1 探討機構(gòu)運動的可能性和確定性2 對機構(gòu)按結(jié)構(gòu)進行分類 并建立運動分析和動力分析的一般方法3 了解機構(gòu)的組成原理4 繪制機構(gòu)運動簡圖 1 2運動副 運動鏈和機構(gòu) 1 運動副 兩個構(gòu)件直接接觸形成的可動聯(lián)接 2 運動副元素 兩構(gòu)件構(gòu)成運動副時直接接觸的點 線 面部分 自由度和約束 自由度 構(gòu)件具有的獨立運動的數(shù)目 確定構(gòu)件位置的獨立參變量的數(shù)目約束 對獨立運動所加的限制 3 運動副分類 1 按運動副的接觸形式分為低幅和高副 低幅 面與面接觸的運動副 接觸面壓強較低 高副 點或線接觸的運動副 接觸面壓強較高 易磨損 常見低幅 常見高副 2 按相對運動形式分平面副和空間副 平面副 空間副 運動鏈 由兩個或兩個以上構(gòu)件通過運動副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng) 分兩類 閉式和開式 開式運動鏈 機構(gòu) 原動件 按給定運動規(guī)律獨力運動的構(gòu)件 從動件 其余的活動構(gòu)件 機架 固定不動的構(gòu)件 機構(gòu)分類 閉式鏈機構(gòu)和開式鏈機構(gòu) 1 2平面機構(gòu)的運動簡圖 必須與原機構(gòu)具有完全相同的運動特性 它不僅可以用來表示機構(gòu)的運動情況 而且還可以根據(jù)機構(gòu)簡圖對機構(gòu)進行運動分析和受力分析 它是一種用簡單線條和符號表示機構(gòu)的工程圖形語言 應(yīng)表明 機構(gòu)的種類 構(gòu)件的數(shù)目及相互傳動的路線 運動副的種類 數(shù)目 沒有嚴(yán)格按比例繪制的簡圖稱為機構(gòu)示意圖 1 2 1機構(gòu)運動簡圖及其用途機構(gòu)運動簡圖 用國標(biāo)規(guī)定的簡單符號和線條表示運動副和構(gòu)件 并按一定的比例表示運動副的位置 這種用來說明機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的圖形 稱為機構(gòu)運動簡圖 運動副與構(gòu)件的表示方法 2 運動副的表示方法 3 構(gòu)件的表示方法 轉(zhuǎn)動副符號移動副符號高副符號 1 構(gòu)件的種類1 固定件或機架 2 原動件 3 從動件 必須有一個機架 至少有一個原動件 其余為活動構(gòu)件 用途 分析現(xiàn)有機械 構(gòu)思設(shè)計新機械 其他零部件的表示方法可參看GB4460 84 機構(gòu)運動簡圖符號 繪制小型壓力機機構(gòu)運動簡圖 1 3平面機構(gòu)的自由度 自由度 可能出現(xiàn)的獨立運動稱為構(gòu)件的自由度 設(shè)平面機構(gòu)共有N個構(gòu)件 低副和高副數(shù)目分別為PL和PH 如將機構(gòu)中某一構(gòu)件固定為機架 則機構(gòu)中的活動構(gòu)件數(shù)為n N 1 由于活動構(gòu)件給機構(gòu)帶進3n個自由度 而機構(gòu)中全部運動副所引入的約束總數(shù)為2PL PH 因此活動構(gòu)件的自由度總數(shù)減去由運動副引入的約束總數(shù)就是該機構(gòu)的自由度 用F表示 即 1 3 1平面機構(gòu)自由度及其計算公式 1 3 2機構(gòu)具有確定相對運動的條件 機構(gòu)具有確定相對運動的條件 機構(gòu)的自由度等于原動件個數(shù) 原動件活塞 自由度為1 將直線運動變位往復(fù)擺動 1 3 3計算平面機構(gòu)自由度的注意事項 1 復(fù)合鉸鏈 兩個以上的構(gòu)件在同一軸線上用轉(zhuǎn)動副連接起來形成復(fù)合鉸鏈 由K個構(gòu)件匯交成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當(dāng)包含 K 1 個回轉(zhuǎn)副 計算時不可漏算 計算自由度 A為復(fù)合鉸鏈 例 計算圖所示圓盤鋸主體機構(gòu)的自由度 解機構(gòu)中有7個活動構(gòu)件 n 7 E B C D4處都是3個構(gòu)件匯交成的復(fù)合鉸鏈 各有二個回轉(zhuǎn)副 故PL 10 F與機構(gòu)原動件個數(shù)相等 因此 當(dāng)原動件8轉(zhuǎn)動時 圓盤中心E將確定地沿直線EE 移動 2 局部自由度 機構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的自由度僅與其自身的局部運動有關(guān) 并不影響其它構(gòu)件的運動 則稱該自由度為局部自由度 發(fā)生場合 有滾子的地方 就一定有局部自由度解決方法 將滾子與安裝滾子的構(gòu)件固結(jié)在一起 將二者視為一個構(gòu)件 3 虛約束 在特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下 某些運動副所引入的約束可能與其它運動副所起的限制作用一致 這種不起獨立限制作用的重復(fù)約束為序約束 計算自由度時去掉 虛約束經(jīng)常出現(xiàn)場合 1 兩構(gòu)件構(gòu)成多個運動副時兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副 但其軸線相重合 為了改善構(gòu)件受力情況 兩構(gòu)件構(gòu)成多個運動副時 但其導(dǎo)路相互平行或重合 為了改善構(gòu)件受力情況 兩構(gòu)件組成多個平面高副 但接觸點之間的距離為常數(shù) 2 兩構(gòu)件上某兩點間的距離在運動過程中始終保持不變 3 聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合 4 機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分 計算圖示大篩機構(gòu)的自由度 復(fù)合鉸鏈 C點 局部自由度 滾在9與活塞4視為一體 虛約束 與 兩處移動副 去掉一個虛約束 彈簧10不影響機構(gòu)自由度 去掉 得機構(gòu) 1 4機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析 1 4 1平面機構(gòu)的高副低代根據(jù)一定條件對機構(gòu)中的高副以低副代替 稱為高副低代 代替條件 代替前后機構(gòu)自由度不變 瞬時度和瞬時加速度不變 方法 一個構(gòu)件加兩個低幅 構(gòu)件 過接觸點法線 兩個低幅 即為接觸點圓弧曲率中心 高副接觸有三種 圓弧和圓弧接觸 點和圓弧接觸 線和圓弧接觸 1 圓弧和圓弧接觸 1 圓形曲線 圖示 兩構(gòu)件在c點構(gòu)成高副 機構(gòu)在運動過程中 AO1 BO O1O長度不變 用一桿O1O加兩副O(jiān)1和O代替了原高副C 2 非圓形曲線 由于曲線各處曲率中心的位置不同 故在機構(gòu)運動中隨著接觸點的改變 曲率中心OO1相對于構(gòu)件1 2的位置及OO1間的距離也會隨之改變 因此對于一般的高副機構(gòu) 在不同的位置有不同的瞬時替代機構(gòu) 實例 如果是一對齒輪 如何替代 2 點和圓弧接觸 2 直線和圓弧接觸 1 4 2機構(gòu)的組成原理 低副機構(gòu) 任何機構(gòu)中都包含原動件 機架和從動件系統(tǒng)三部分 而原動件的個數(shù)與自由度相等 所以去掉原動件 從動件系統(tǒng)的自由度為零 桿組 從動件系統(tǒng)可分解成若干個不可再分的自由度為零的構(gòu)件組合 稱為基本桿組 簡稱桿組 分類 從動件系統(tǒng)的自由度F 3n 2PL 01 n 2 PL 3 二類桿組 二桿三副 2 n 4 PL 6 多類桿組 四桿六副 更高級別的基本桿組在實際機構(gòu)中很少遇到 常見二級桿組 常見多級桿組 最常見的是如左圖所示的三級桿組 其特征是具有一個三副構(gòu)件 而每個內(nèi)副所聯(lián)接的分支機構(gòu)是雙福機構(gòu) 機構(gòu)的組成原理 把若干個自由度為零的基本桿組依次聯(lián)接到原動件和機架上 就可組成一個新的機構(gòu) 其自由度數(shù)與原動件數(shù)目相等 設(shè)計機構(gòu)的準(zhǔn)則 在滿足相同工作要求的前提下 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)越簡單 桿組的級別越低 構(gòu)件的運動副數(shù)目越少越好 1 拆桿組 流程如下圖 1 4 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 實例1 拆成4個二級桿組 實例2 機構(gòu)的級別