平面機構(gòu)運動自由度

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1、第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,一、名詞術(shù)語解釋: 1.構(gòu)件 獨立的運動單元,,內(nèi)燃機中的連桿,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,內(nèi)燃機連桿,零件 獨立的制造單元,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,,2.運動副,a)兩個構(gòu)件、b) 直接接觸、c) 有相對運動,運動副元素直接接觸的部分（點、線、面） 例如：滾子凸輪、齒輪齒廓、活塞與缸套等。,定義：運動副兩個構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運動的連接。,三個條件，缺一不可,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,運動副的分類： 按運動副接觸形式分： 高副點、線接觸，應(yīng)力高。,,低副面接觸，應(yīng)力低,例如：滾動副、凸輪副、齒輪副等。,例如：轉(zhuǎn)動副

2、（回轉(zhuǎn)副）、移動副 。,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,常見運動副符號的表示: 國標GB446084,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,常用運動副的符號,,,,,,,,,運動副 名稱,運動副符號,兩運動構(gòu)件構(gòu)成的運動副,轉(zhuǎn)動副,移動副,兩構(gòu)件之一為固定時的運動副,平面運動副,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,平面高副,螺旋副,,,,,空間運動副,,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,,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,,,,,,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,三副構(gòu)件,兩副構(gòu)件,,,,一般構(gòu)件的表示方法,,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,運動鏈兩個以上的構(gòu)件通

3、過運動副的聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。,注意事項:,畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外形，而只考慮運動副的性質(zhì)。,閉式鏈、開式鏈,3. 運動鏈,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,二、平面機構(gòu)運動簡圖,機構(gòu)運動簡圖用以說明機構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對 運動關(guān)系的簡單圖形。,作用： 1.表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動情況。,機動示意圖不按比例繪制的簡圖 現(xiàn)摘錄了部分GB446084機構(gòu)示意圖如下表。,2.作為運動分析和動力分析的依據(jù)。,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,常用機構(gòu)運動簡圖符號,,,,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,,,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,機構(gòu)運動簡圖應(yīng)滿足的條件： 1.構(gòu)件數(shù)目與

4、實際相同,2.運動副的性質(zhì)、數(shù)目與實際相符,3.運動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實際機構(gòu) 成比例。,,,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,,繪制機構(gòu)運動簡圖,順口溜：先兩頭，后中間， 從頭至尾走一遍， 數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少， 再看它們怎相聯(lián)。,步驟： 1.運轉(zhuǎn)機械，搞清楚運動副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；,4.檢驗機構(gòu)是否滿足運動確定的條件。,2.測量各運動副之間的尺寸，選投影面（運動平面）， 繪制示意圖。,3.按比例繪制運動簡圖。 簡圖比例尺： l =實際尺寸 m / 圖上長度mm,思路：先定原動部分和工作部分（一般位于傳動線路末端），弄清運動傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運動副的類型，并用符號表示

5、出來。,舉例：繪制破碎機和偏心泵的機構(gòu)運動簡圖。,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,,,繪制圖示鱷式破碎機的運動簡圖。,,,,,,,,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,,,繪制圖示偏心泵的運動簡圖,,,偏心泵,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,定義： 機構(gòu)能產(chǎn)生的獨立運動數(shù)目稱為機構(gòu)的自由度。,原動件能獨立運動的構(gòu)件。 通常一個原動件具有一個獨立運動,機構(gòu)具有確定運動的條件為：,A、機構(gòu)自由度必須大于零； B、機構(gòu)自由度原動件數(shù)。,三、 平面機構(gòu)的自由度,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,活動構(gòu)件數(shù) n,計算公式： F=3n2PL Ph,要求：記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。,構(gòu)件總自

6、由度,低副約束數(shù),高副約束數(shù),3n,2 PL,1 Ph,計算曲柄滑塊機構(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=,0,1、 平面機構(gòu)自由度的計算公式,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,計算五桿鉸鏈機構(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,高副數(shù)PH=,0,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,計算圖示凸輪機構(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,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,2、計

7、算平面機構(gòu)自由度的注意事項,計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度,解：活動構(gòu)件數(shù)n=,7,低副數(shù)PL=,6,F=3n 2PL PH,高副數(shù)PH=0,=37 26 0,=9,計算結(jié)果肯定不對！,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,1.復(fù)合鉸鏈 兩個以上的構(gòu)件在同一處組成轉(zhuǎn)動副。,計算：k個構(gòu)件,,有k1轉(zhuǎn)動副。,兩個低副,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,上例：在B、C、D、E四處應(yīng)各有 2 個運動副。,計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。,解：活動構(gòu)件數(shù)n=7,低副數(shù)PL=,10,F=3n 2PL PH =37 2100 =1,可以證明：F點的軌跡為一直線。,,圓盤鋸機構(gòu),第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度

8、,計算圖示兩種凸輪機構(gòu)的自由度。,解：n=,3，,PL=,3，,F=3n 2PL PH =33 23 1 =2,PH=1,對于右邊的機構(gòu)，有： F=32 22 1=1,事實上，兩個機構(gòu)的運動相同，且F=1,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,2.局部自由度（多余自由度）,解： n=2，P L=2，PH=1,F=32 22 1 =1,定義：構(gòu)件局部運動所產(chǎn)生的自由度。,出現(xiàn)在加裝滾子的場合，計算時應(yīng)去掉滾子和鉸鏈。,滾子的作用：滑動摩擦滾動摩擦。,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,解：n=,4，,PL=,6，,F=3n 2PL PH =34 26 =0,PH=0,3.虛約束 對機構(gòu)的運

9、動實際不起作用的約束。 計算自由度時應(yīng)去掉虛約束。,, FEAB CD ，故增加構(gòu)件4前后E點的軌跡都是圓弧，。 增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件4。,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,重新計算：n=3, PL=4, PH=0,F=3n 2PL PH =33 24 =1,特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：,,,,,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,出現(xiàn)虛約束的場合： 1.兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點的軌跡重合，,2.兩構(gòu)件構(gòu)成多個移動副，且導(dǎo)路平行。,,,,如平行四邊形機構(gòu)，火車輪,,橢圓儀等。(需要證明),第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,4.

10、運動時，兩構(gòu)件上的兩點距離始終不變。,3.兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且同軸。,5.對運動不起作用的對稱部分。如多個行星輪。,,,,,,,,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,6.兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，且法線重合。,如等寬凸輪,,,注意： 法線不重合時，變成實際約束！,,,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,虛約束的作用： 改善構(gòu)件的受力情況，如多個行星輪。,增加機構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機床導(dǎo)軌。,使機構(gòu)運動順利，避免運動不確定，如車輪。,注意：各種出現(xiàn)虛約束的場合都是有條件的 !,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,舉例：計算下面機構(gòu)的自由度，判斷機構(gòu)運動是否確定？并指出特殊情況。,位置C ，

11、2個低副,解：復(fù)合鉸鏈:,局部自由度：,F處1個,虛約束：,E處1個,n=,7,PL =,9,PH =,1,F=3n 2PL PH =37 29 1 =2,由于自由度數(shù)F=2大于原動件數(shù)1，所以該機構(gòu)沒有確定的運動。,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,作業(yè)：計算下面機構(gòu)的自由度，判斷機構(gòu)運動是否確定？并指出特殊情況。教材P168。,a）,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,作業(yè)：計算下面機構(gòu)的自由度，判斷機構(gòu)運動是否確定？并指出特殊情況。教材P168。,b）,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,作業(yè)：計算下面機構(gòu)的自由度，判斷機構(gòu)運動是否確定？并指出特殊情況。教材P168。,c）,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,作業(yè)：計算下面機構(gòu)的自由度，判斷機構(gòu)運動是否確定？并指出特殊情況。教材P168。,d）,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,作業(yè)：計算下面機構(gòu)的自由度，判斷機構(gòu)運動是否確定？并指出特殊情況。教材P168。,e）,第11章 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度,作業(yè)：計算下面機構(gòu)的自由度，判斷機構(gòu)運動是否確定？并指出特殊情況。教材P168。,f）,