平面机构自由计算PPT课件

1、1零零 绪论绪论1研究机构的组成及绘制其运动简图2了解机构具有确定运动的条件3研究机构的组成原理及结构分类1. 研究平面机构的目的 第1页/共99页2 机构由构件组成的。几个构件堆砌在一机构由构件组成的。几个构件堆砌在一起，并不能构成机构，构件之间肯定要以某起，并不能构成机构，构件之间肯定要以某种形式发生联系，进而相互影响和相互制约，种形式发生联系，进而相互影响和相互制约，才能形成机构。这种发生联系的连接方式，才能形成机构。这种发生联系的连接方式，就是运动副。就是运动副。一、一、平面机构的组成平面机构的组成 1. 运动副（1）-必要性 第2页/共99页31. 运动副（2）-定义 两个两个构件构

2、件直接接触直接接触形成的形成的可动连接可动连接，称为运动副。称为运动副。一、一、平面机构的组成平面机构的组成 第3页/共99页41. 运动副（3）-运动副元素 参与参与接触接触而构成运动副的点、线和面。而构成运动副的点、线和面。一、一、平面机构的组成平面机构的组成 第4页/共99页52. 运动副的类型（1）-按相对运动性质1/2 空间运动副 平面运动副 螺旋副螺旋副 球副球副 一、一、平面机构的组成平面机构的组成 第5页/共99页62. 运动副的类型（1）-按相对运动性质1/2 平面运动副 空间运动副 移动副移动副 转动副转动副 一、一、平面机构的组成平面机构的组成 第6页/共99页7高副 低

3、副 齿轮副齿轮副 凸轮副凸轮副 2. 运动副的类型（2）-按运动副元素1/2 一、一、平面机构的组成平面机构的组成 第7页/共99页8高副 低副 2. 运动副的类型（2）-按运动副元素2/2 移动副移动副 转动副转动副 一、一、平面机构的组成平面机构的组成 第8页/共99页9 两个以上构件通过运动副联接而成的系统两个以上构件通过运动副联接而成的系统 3. 运动链（1）-定义 一、一、平面机构的组成平面机构的组成 第9页/共99页10闭式闭式 开式开式 构件形成封闭系统构件形成封闭系统 构件未形成封闭系统构件未形成封闭系统 3. 运动链（2）-类型 一、一、平面机构的组成平面机构的组成 第10页

4、/共99页11含有含有机架机架，具有，具有确定运动确定运动的运动链称为机构的运动链称为机构4. 机构 一、一、平面机构的组成平面机构的组成 第11页/共99页12 表达各种构件的相对运动关系，表达各种构件的相对运动关系，确切确切表达表达机构的运动规律和特性，用机构的运动规律和特性，用规定符号规定符号表示构件和运动副，并按表示构件和运动副，并按比例比例绘制的图形绘制的图形二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 1. 定义 第12页/共99页13（1 1）简图中的构件数目与实际相同；）简图中的构件数目与实际相同；（2 2）简图中运动副性质、数目与实际相符；）简图中运动副性质、数目与实际相

5、符；（3 3）简图中运动副之间的相对位置以及构件）简图中运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例；尺寸与实际机构成比例；2. 满足的条件 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第13页/共99页14 表达各种构件的相对运动关系，确切表达各种构件的相对运动关系，确切表达机构的运动规律和特性。表达机构的运动规律和特性。3. 作用 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第14页/共99页15 机构示意图是用规定符号，但不严格机构示意图是用规定符号，但不严格按比例绘制的图形，重在表达各种构件的按比例绘制的图形，重在表达各种构件的相对运动关系和结构，而不能揭示机构的相对运

6、动关系和结构，而不能揭示机构的运动规律和特性。运动规律和特性。4. 机构示意图 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第15页/共99页165. 常用符号（1）-转动副 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第16页/共99页175. 常用符号（2）-移动副 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第17页/共99页185. 常用符号（3）-高副 2112二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第18页/共99页195. 常用符号（4）-一般构件 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第19页/共99页205. 常用符号（5）-两副和三副

7、构件 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第20页/共99页21 5. 常用符号（6）-注意事项 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第21页/共99页22先定原动件和工作件（一般位于传先定原动件和工作件（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。表示出来。6. 绘制机构运动简图（1）-一般思路 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第22页/共99页23（1 1）分析运动，确定构件的类型和数量；）分析运动，确定构件的类型和数量；（2 2）确

8、定运动副的类型和数目；）确定运动副的类型和数目；（3 3）选择视图平面；）选择视图平面；（4 4）选取比例尺，定出各运动副间相对位置；）选取比例尺，定出各运动副间相对位置；（5 5）画出运动副和机构，并表示出各构件。）画出运动副和机构，并表示出各构件。6. 绘制机构运动简图（2）-步骤 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第23页/共99页247.唧筒实例（1）-平面图 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第24页/共99页257.唧筒实例（2）-三维动画 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第25页/共99页267.唧筒实例（3）-答案 二、二、机械

9、系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第26页/共99页278.泵实例 （1）-平面图 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第27页/共99页281 12 23 34 48.泵实例（2）-答案 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第28页/共99页299. 缝纫机跳针机构实例（1）-平面图 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第29页/共99页309. 缝纫机跳针机构实例（2）-动画 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第30页/共99页31四、实例（四、实例（3 3）-9. 缝纫机跳针机构实例（3）-答案 二、二、机械系统运动简图设计机

10、械系统运动简图设计 第31页/共99页32（1 1）先找首端）先找首端原动件；再找尾端原动件；再找尾端工作件；工作件；（2 2）确定机架；）确定机架；（3 3）确定各构件之间的运动副种类，）确定各构件之间的运动副种类， “ “两两分两两分析相对运动；析相对运动；10. 小结1/2 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第32页/共99页33（4 4）代表回转副的小圆，其圆心必须与相对）代表回转副的小圆，其圆心必须与相对运动回转中心重合。代表移动副的滑块，其运动回转中心重合。代表移动副的滑块，其导路方向必须与相对运动方向一致；导路方向必须与相对运动方向一致；（5 5）比例、符号、线条

11、、标号、原动件。）比例、符号、线条、标号、原动件。10. 小结2/2 二、二、机械系统运动简图设计机械系统运动简图设计 第33页/共99页34机构中各构件相对于机架所能有的机构中各构件相对于机架所能有的 独立运动的数目独立运动的数目 三、机械系统具有确定运动的条件三、机械系统具有确定运动的条件 1. 自由度的定义 第34页/共99页352. 约束（1）-定义 运动副对成副两构件间的相对运动所运动副对成副两构件间的相对运动所加的限制。引入加的限制。引入1 1个约束将减少个约束将减少1 1个自由度。个自由度。第35页/共99页36（1 1） 2 2个约束个约束/1/1个低副（如转动副或移动副）个低

12、副（如转动副或移动副）2. 约束（2）-数目1/2 第36页/共99页37（2 2） 1 1个约束个约束/1/1个高副（如凸轮副或齿轮副）个高副（如凸轮副或齿轮副）2. 约束（2）-数目2/2 第37页/共99页38F=3n-2PL-PHF:F:机构的自由度n n：可动构件数目P PL L：低副的数目P PH H: :高副的数目3. 自由度的计算公式 第38页/共99页391232 2解：n = 2 Pl= 2 Ph=1 F = 3n - 2Pl - Ph = 32 - 22 - 1 = 14. 例题（1）-凸轮机构 第39页/共99页403ABCD124 解：n = 3 Pl= 4 Ph=

13、0 F=3n - 2Pl - Ph = 33 - 24 -0 = 14. 例题（2）-四杆机构 第40页/共99页41解：n = 3 F=3n - 2Pl - Ph Pl= 4 = 33 - 24 -0 Ph= 0 = 1S31234. 例题（3）-对心曲柄滑块机构 第41页/共99页42（1 1）原动件是通过转动副或移动副和机架相联；（2 2）每个原动件只能输入1 1个独立运动。3ABCD124 S31235. 机构具有确定运动的条件（1）-理论准备 第42页/共99页43（1）机构自由度F=0；F=0F=05. 机构具有确定运动的条件（2）-三杆机构 第43页/共99页44（1 1）机构自

14、由度F=1F=1；F=1F=1原动件原动件=1=1（3 3）同时给定11（t t）和33（t t），机构会被破坏。（2 2）给定1111（t t）, ,构件位置全部确定。5. 机构具有确定运动的条件（3）-四杆机构1/2 第44页/共99页455. 机构具有确定运动的条件（3）-四杆机构2/2 第45页/共99页46（1 1）机构自由度F=2F=2；4 412341 1F=2F=2原动件原动件=2=2（3 3）若同时给1 1和4 4 ，则能唯一确定. .（2 2）若仅给定1 11 1（t t）, ,则其它构件位置均不能确定。5. 机构具有确定运动的条件（4）-五杆机构1/3 第46页/共99页

15、47运动不确定5. 机构具有确定运动的条件（4）-五杆机构2/3 第47页/共99页48运动确定5. 机构具有确定运动的条件（4）-五杆机构3/3 第48页/共99页49自由度F0F0F=F=原动件数目机构具有确定运动6. 机构具有确定运动的条件 第49页/共99页50 F=3n2PLPH F原动件数目 机构没有确定运动 =35 -26 =3-01 12 23 34 45 51 13 34 46 62 25 57. 复合铰链（1）-引言 第50页/共99页51 两个以上构件在同一轴线处，用转动副联接，就形成了复合铰链。7. 复合铰链（2）-定义 第51页/共99页52m m个构件时，算m1m1

16、个转动副m=3m=3铰链个数铰链个数=m-1=2=m-1=27. 复合铰链（3）-处理方法 第52页/共99页53 F= F=原动件数目，机构有确定运动 =35 -27 =1-01 12 23 34 45 51 13-4 3-4 5 57 72 26 6 F=3n2PLPH 7. 复合铰链（4）-练习题1/4 第53页/共99页54 F= F=原动件数目，机构有确定运动 =37 -210 =1-0 F=3n2PLPH 1 12 23 34 45 51-21-25-6 5-6 7 73-4 3-4 8-98-96 67 7 10 107. 复合铰链（4）-练习题2/4 第54页/共99页55 F

17、= F=原动件数目，机构有确定运动1 12 23 34 45 51 14-5 4-5 7 72 2 8 86 67 76 63 39 91010 =37 -210 =1-0 F=3n2PLPH 7. 复合铰链（4）-练习题3/4 第55页/共99页568. 局部自由度（1）-感性认识 第56页/共99页57 F=3n2PLPH =33231 =2 F原动件数目 机构没有确定运动8. 局部自由度（2）-理论分析 第57页/共99页58 个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。8. 局部自由度（3）-定义 第58页/共99页59 把滚子和与它铰接的从动件看作一个构件，作虚拟的“

18、焊死”处理8. 局部自由度（4）-处理方法1/2 第59页/共99页608. 局部自由度（4）-处理方法2/2 第60页/共99页61 将滑动摩擦变成滚动摩擦。降低摩擦力，减轻磨损8. 局部自由度（4）-作用 第61页/共99页62 F=3n2PLPH F=原动件数目，机构有确定运动 =32221 =18. 局部自由度（5）-练习题1/3 第62页/共99页63 F=3n2PLPH =33232 =11 12 23 38. 局部自由度（5）-练习题2/3 第63页/共99页64 F=3n2PLPH =33232 =11 12 23 38. 局部自由度（5）-练习题3/3 第64页/共99页65

19、9. 虚约束（1）-感性认识 第65页/共99页66 F=3n2PLPH =34260 =0 F=0 机构不能动9. 虚约束（2）-理论分析 第66页/共99页67 在机构中与其他运动副作用重复，而对构件间的相对运动不起独立限制作用的约束。9. 虚约束（3）-定义 第67页/共99页68转动副联接的是两构件上运动轨迹相重合的点9. 虚约束（4）-表现形式1/6 第68页/共99页69两构件上的两点间的距离始终不变 EFEF或或BCBC9. 虚约束（3）-表现形式2/6 第69页/共99页70机构中对运动不起作用的对称部分9. 虚约束（3）-表现形式3/6 第70页/共99页71 两构件组成多个

20、轴线重合的转动副，只有一个转动副起约束作用，其余为虚约束。9. 虚约束（3）-表现形式4/6 第71页/共99页72 两构件组成多个导路相互平行或重合的移动副，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束9. 虚约束（3）-表现形式5/6 第72页/共99页73 两构件构成高副，两处接触且法线重合或平行9. 虚约束（3）-表现形式6/6 第73页/共99页74 将具有虚约束运动副的构件连同它所带入的与机构运动无关的运动副一并不计。9. 虚约束（4）-处理方法1/2 第74页/共99页759. 虚约束（4）-处理方法2/2 将具有虚约束运动副的构件连同它所带入的与机构运动无关的运动副一并不计。第75页

21、/共99页76 机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。9. 虚约束（5）-作用 第76页/共99页77 F=3n2PLPH =34242 =2 F=原动件数目，机构有确定运动9. 虚约束（6）-练习题1/4 第77页/共99页78 F=3n2PLPH =33240 =1 F=原动件数目，机构有确定运动9. 虚约束（6）-练习题2/4 第78页/共99页79 F=3n2PLPH =33240 =1 F=原动件数目，机构有确定运动9. 虚约束（6）-练习题3/4 第79页/共99页80 F=3n2PLPH =32221 =1 F=原动件数目，机构有确定运动

22、9. 虚约束（6）-练习题4/4 第80页/共99页81 F=3n2PLPH =34251 =1 F=原动件数目，机构有确定运动10. 综合练习题1/3 第81页/共99页82 F=3n2PLPH =37291 =210. 综合练习题2/3 第82页/共99页83 F=3n2PLPH =392122 =1 F=原动件数目，机构有确定运动10. 综合练习题3/3 第83页/共99页84 根据机构原动件的已知运动规律确定：1）构件的角位移、角速度和角加速度；2）求机构中任一构件的任一点的轨迹，位移，速度和加速度。 通过对机构进行速度分析：1）了解从动件的速度变化是否满足工作要求；2）确定各构件及构

23、件上某点的加速度和角加速度，及其变化规律。 1.机构运动分析的目的 第84页/共99页85常采用的方法：瞬心法、图解法、解析法。 图解法 形象、直观、简单。但精度不高，且求 系列位置时需反复作图。解析法 精确度高，采用不同的数学工具，可分 为直角坐标解析法、矢量法，矩阵法、 复数矢量法等。随着电子计算机的普及 解析法将得到广泛的应用。 2.机构运动分析的常用方法 第85页/共99页86j 当构件i 和构件j 作平面相对运动时，在任一瞬时，都可以看作是绕该两构件某一重合点的转动，该重合点称为速度瞬心。简称瞬心(Pij)。Bi(Bj)vBiBjiAi(Aj) vAiAjPij瞬心 重合点的相对速度为零；绝对速度相同。相对瞬心该点的绝对速度不为零。绝对瞬心该点的绝对速度为零。 Bi(Bj)vBiBj3.速度瞬心（1）-定义 第86页/共99页87jBi(Bj)vBiBjiAi(Aj) vAiAjPijN n ( n - 1) / 2 Bi(Bj)vBiBj3.速度瞬心（2）-数目 第87页/共99页8812用转动副联接1212P12P12用移动副联接12P1212P12用高副联接12P12vM1M2M4.速度瞬心位置的确定（1）-直接观察法 第88页/共99页89三心定理：作平面运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于同一直线上。三个相对瞬心必在一条直