平面机构以及自由计算

平面机构以及自由计算第1页/共108页点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本目录平面机构运动简图平面机构组成平面机构自由度计算课后补充第2页/共108页点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本平面机构机构简图绘制自由度计算应用逻辑关系第3页/共108页提问环节零件和构件的区别？举例说明。（学生自行讨论）第4页/共108页构件：机构中的运动单元，具有独立运动特性。零件：组成机器的不可拆卸的基本单元，制造单元。关系：机构可以是一个零件（曲轴），也可以是若干个无相对运动的零件组成（连杆）。答案提示第5页/共108页平面机构：所有构件都在相互平行的平面内运动的机构。（否则称为“空间机构”，本课程不讨论）自由度：构件所具有的独立运动（坐标）的数目。一，平面机构的组成思考构件在平面内中有几个自由度？相应在空间内有几个自由度？第6页/共108页xzy12动画演示，仔细观察第7页/共108页xzy12为观察构件1，2的运动，将其置于0-xyz坐标系中，并将构件1与坐标系固定。第8页/共108页xzy12第9页/共108页zxy12第10页/共108页zxy12第11页/共108页zxy12第12页/共108页zxy12第13页/共108页xzy12构件2相对构件1有六个自由度。第14页/共108页xzy12若将其限制为平面运动，则构件2只能在O-XY坐标系中运动。第15页/共108页xy12o第16页/共108页xy12o限制为平面运动，即加入三个公共约束。可见，加入一个约束即减少一个自由度。第17页/共108页xy12o若两构件以转动副相连，则沿x,y方向受到约束，仅剩下沿z轴转动一个自由度。第18页/共108页xy12o若两构件以转动副相连，则沿受到约束，仅剩下沿轴转动一个自由度。第19页/共108页xy12o若两构件以转动副相连，则沿受到约束，仅剩下沿轴转动一个自由度。第20页/共108页xy12o若两构件以转动副相连，则沿受到约束，仅剩下沿轴转动一个自由度。第21页/共108页构件在平面中运动是重点，故再次巩固构件在平面中，自由度为3第22页/共108页运动副及其分类（一）、运动副定义：两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接称为运动副。两构件组成运动副，其接触不外乎点、线、面。（二）、运动副分类：

1、低副：两构件通过面接触组成的运动副。如活塞与气缸、活塞与连杆。

1）转动副（铰链）：只能在一个平面内相对转动的运动副。第23页/共108页图b转动副（活动铰链）图a转动副（固定铰链）第24页/共108页2）移动副：只能沿某一轴线相对移动的运动副。移动副思考：低副限制了几个自由度，剩余几个自由度？第25页/共108页凸轮副图齿轮副2，高副：两构件通过点或线接触组成的运动副思考：高副限制了几个自由度，剩余几个自由度？第26页/共108页图螺旋副图球面副图1-5空间运动副3，空间副两构件相对运动是空间运动第27页/共108页二，平面机构简图及其绘制联想：在高中（中专）大家在受力分析中对于复杂物体是如何处理的？机构简图回答：为了研究受力，忽略实际物体形状，大小，创建力学模型。讨论：如何分析内燃机和颚式破碎机？第28页/共108页§1—2平面机构运动简图（一）、机构运动简图：说明机构各构件之间相对运动关系的简单图形。

1）用简单线条和符号表示构件和运动副。

2）按一定比例定出各运动副位置。（二）、运动副表示方法图1-6平面运动副的表示方法第29页/共108页低副构件的表示方法

注意：画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。第30页/共108页（三）、构件分类：

1）机架（固定构件）每个机构中必有，常用作参考坐标系。

2）原动件（输入构件）运动规律已知的构件。必有一个或几个，其运动规律由外界给定。

3）从动件随原动件运动而运动的其它活动构件。其中输出预期运动的从动件称为输出构件。图

平面连杆机构机构=机架+原动件+从动件1个1或几个若干个第31页/共108页（四）、机构运动简图的绘制绘制机构运动简图的步骤1）分清机架、主动件；2）循着运动传递的路线；3）能充分反映机构的特性；4）确定比例尺，用规定的符号和线条绘制。举例：绘制破碎机和内燃机的机构运动简图第32页/共108页1234ABC141223A14B12C233241D34例1：内燃机汽缸第33页/共108页A1234BCD例2颚式破碎机图1-9颚式破碎机及机构的运动简图第34页/共108页法线方向移动受约束转动副：x、y轴方向移动受约束移动副：转动及某一方向的移动受约束高副：三，机构自由度的计算——丧失2个自由度；——丧失2个自由度；——丧失1个自由度。结论：平面机构中，构件间形成一个低副，失去2个自由度，形成一个高副，失去1个自由度。第35页/共108页2、平面机构自由度计算

若一平面机构有K个构件，除去固定件（1个），活动构件数n＝K－1，若机构中低副数目为PL，高副数目为PH，则该机构自由度F的计算公式为：

机构的自由度数即是机构所具有的独立运动的数目。推想：欲使机构有确定的运动，必须使机构的自由度等于原动件的个数。3、举例F＝3n－2PL－PH第36页/共108页则：F＝3n－2PL－PH例1－3计算图示颚式破碎机主体结构的自由度解：n＝3，PL＝4，PH＝0，＝3x3－2x4－0＝1第37页/共108页F=3×2-2×3=0桁架结构F=3n-（2pl+ph

）具有确定运动的条件第38页/共108页13123第39页/共108页13123第40页/共108页13123第41页/共108页3F=3n-（2pl+ph

）F=33-(24+0)=11312给一个主动件，机构有确定运动。第42页/共108页114234第43页/共108页114234第44页/共108页114234第45页/共108页11F=3×4-2×5=24234F=3n-（2pl+ph

）给两个主动件，机构有确定运动。第46页/共108页F=0F=1第47页/共108页F=0F=2F=1第48页/共108页F=0F=2F=1机构具有确定运动的条件：1.F>0；2.机构的主动件数=F。第49页/共108页m个构件(m>2)在同一处构成转动副m-1个低副1复合铰链412356F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－560＝

3F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－570＝

1412356②错对—计算在内5232351m个构件,m-1个铰链

几种特殊结构的处理第50页/共108页复合铰链实物图第51页/共108页2.局部自由度第52页/共108页F=?F=33-(23+1)=2???第53页/共108页第54页/共108页第55页/共108页第56页/共108页滚子与廓线间纯滚动以减小摩擦。滚子转动否是否影响机构整体运动？第57页/共108页第58页/共108页第59页/共108页第60页/共108页可见，滚子转动否与机构整体运动无关。这种与机构整体运动无关的自由度称为局部自由度。计算机构自由度时应去掉。相当于将滚子与推杆固结。第61页/共108页F=33-(23+1)=2???F=32-(22+1)=1!!!第62页/共108页ABCDEF12343.虚约束第63页/共108页ABCDEF1234平行四边形机构第64页/共108页ABCDEF12345平行四边形机构第65页/共108页ABCDEF12345平行四边形机构第66页/共108页ABCDEF12345平行四边形机构第67页/共108页ABCDEF12345平行四边形机构第68页/共108页ABCDEF12345平行四边形机构第69页/共108页ABCDEF12345平行四边形机构第70页/共108页ABCDEF12345平行四边形机构第71页/共108页ABCDEF12345平行四边形机构第72页/共108页ABCDEF12345平行四边形机构第73页/共108页ABCDEF12345平行四边形机构第74页/共108页ABCDEF12345平行四边形机构第75页/共108页ABCDEF12345平行四边形机构第76页/共108页ABCDEF12345平行四边形机构第77页/共108页ABCDEF1234平行四边形机构BC构件上点E的轨迹是以F为圆心EF（=AB=CD）为半径的圆。第78页/共108页ABCDEF12345若加入构件5（EF），则构件5上的点E与构件3上的点E的轨迹相同而不起实际约束作用。对运动不起实际限制作用约束称为虚约束。计算机构自由度时应去掉。第79页/共108页ABCDEF12345计算机构自由度F，去掉构件5及其相连的运动副第80页/共108页ABCDEF12345计算机构自由度F，去掉构件5及其相连的运动副F=33-(24+0)=1第81页/共108页如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123若AB=BC=BD，观察C点的运动。第82页/共108页如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123第83页/共108页如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123第84页/共108页如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123第85页/共108页如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123第86页/共108页如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123第87页/共108页如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123第88页/共108页如下情况出现虚约束：1，构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同；ABCD123C点的轨迹为一条垂直线。若在C点加一垂直导路的滑块，必为虚约束F=33-(24+0)=1第89页/共108页如下情况出现虚约束：2,两构件组成多个导路平行的移动副；第90页/共108页如下情况出现虚约束：2,两构件组成多个导路平行的移动副；第91页/共108页如下情况出现虚约束：2,两构件组成多个导路平行的移动副；第92页/共108页如下情况出现虚约束：2,两构件组成多个导路平行的移动副；第93页/共108页如下情况出现虚约束：2,两构件组成多个导路平行的移动副；两移动副限制作用重复，计算机构自由度时应去掉一个。F=33-(24+0)=1第94页/共108页如下情况出现虚约束：3,两构件组成多个轴线重复的转动副；去掉一侧约束不影响机构的运动。第95页/共108页如下情况出现虚约束：3,两构件组成多个轴线重复的转动副；等同F=32-(22+1)=1第96页/共108页如下情况出现虚约束：4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持不变，两点以构件铰接。ABCDEF第97页/共108页如下情况出现虚约束：4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持不变，两点以构件铰接。ABCDEF第98页/共108页如下情况出现虚约束：4,在机构运动时，两构件上的两动点间的距离保持不变，两点以构件铰接。ABCDEF第99页/共108页如下情况出现虚