《機械原理自由度》PPT課件.ppt

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第1章平面機構的結構分析 基本要求及重點 難點運動副及其分類平面機構運動簡圖平面機構的自由度計算 基本要求和重點 了解研究機構結構的目的 機構的組成 熟練掌握運動簡圖的繪制和機構自由度的計算 會進行平面機構組成原理和結構分析 1 1研究機構的目的 1 探討機構運動的可能性和確定性2 對機構按結構進行分類 并建立運動分析和動力分析的一般方法3 了解機構的組成原理4 繪制機構運動簡圖 1 2運動副 運動鏈和機構 1 運動副 兩個構件直接接觸形成的可動聯接 2 運動副元素 兩構件構成運動副時直接接觸的點 線 面部分 自由度和約束 自由度 構件具有的獨立運動的數目 確定構件位置的獨立參變量的數目約束 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件通過運動副聯接而構成的系統 分兩類 閉式和開式 開式運動鏈 機構 原動件 按給定運動規(guī)律獨力運動的構件 從動件 其余的活動構件 機架 固定不動的構件 機構分類 閉式鏈機構和開式鏈機構 1 2平面機構的運動簡圖 必須與原機構具有完全相同的運動特性 它不僅可以用來表示機構的運動情況 而且還可以根據機構簡圖對機構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的工程圖形語言 應表明 機構的種類 構件的數目及相互傳動的路線 運動副的種類 數目 沒有嚴格按比例繪制的簡圖稱為機構示意圖 1 2 1機構運動簡圖及其用途機構運動簡圖 用國標規(guī)定的簡單符號和線條表示運動副和構件 并按一定的比例表示運動副的位置 這種用來說明機構各構件間相對運動關系的圖形 稱為機構運動簡圖 運動副與構件的表示方法 2 運動副的表示方法 3 構件的表示方法 轉動副符號移動副符號高副符號 1 構件的種類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 其余為活動構件 用途 分析現有機械 構思設計新機械 其他零部件的表示方法可參看GB4460 84 機構運動簡圖符號 繪制小型壓力機機構運動簡圖 1 3平面機構的自由度 自由度 可能出現的獨立運動稱為構件的自由度 設平面機構共有N個構件 低副和高副數目分別為PL和PH 如將機構中某一構件固定為機架 則機構中的活動構件數為n N 1 由于活動構件給機構帶進3n個自由度 而機構中全部運動副所引入的約束總數為2PL PH 因此活動構件的自由度總數減去由運動副引入的約束總數就是該機構的自由度 用F表示 即 1 3 1平面機構自由度及其計算公式 1 3 2機構具有確定相對運動的條件 機構具有確定相對運動的條件 機構的自由度等于原動件個數 原動件活塞 自由度為1 將直線運動變位往復擺動 1 3 3計算平面機構自由度的注意事項 1 復合鉸鏈 兩個以上的構件在同一軸線上用轉動副連接起來形成復合鉸鏈 由K個構件匯交成的復合鉸鏈應當包含 K 1 個回轉副 計算時不可漏算 計算自由度 A為復合鉸鏈 例 計算圖所示圓盤鋸主體機構的自由度 解機構中有7個活動構件 n 7 E B C D4處都是3個構件匯交成的復合鉸鏈 各有二個回轉副 故PL 10 F與機構原動件個數相等 因此 當原動件8轉動時 圓盤中心E將確定地沿直線EE 移動 2 局部自由度 機構中某些構件所具有的自由度僅與其自身的局部運動有關 并不影響其它構件的運動 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件固結在一起 將二者視為一個構件 3 虛約束 在特定幾何條件或結構條件下 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約束為序約束 計算自由度時去掉 虛約束經常出現場合 1 兩構件構成多個運動副時兩構件構成多個轉動副 但其軸線相重合 為了改善構件受力情況 兩構件構成多個運動副時 但其導路相互平行或重合 為了改善構件受力情況 兩構件組成多個平面高副 但接觸點之間的距離為常數 2 兩構件上某兩點間的距離在運動過程中始終保持不變 3 聯接構件與被聯接構件上聯接點的軌跡重合 4 機構中對運動不起作用的對稱部分 計算圖示大篩機構的自由度 復合鉸鏈 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不影響機構自由度 去掉 得機構 1 4機構的組成原理和結構分析 1 4 1平面機構的高副低代根據一定條件對機構中的高副以低副代替 稱為高副低代 代替條件 代替前后機構自由度不變 瞬時度和瞬時加速度不變 方法 一個構件加兩個低幅 構件 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 兩構件在c點構成高副 機構在運動過程中 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 故在機構運動中隨著接觸點的改變 曲率中心OO1相對于構件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 在不同的位置有不同的瞬時替代機構 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機構的組成原理 低副機構 任何機構中都包含原動件 機架和從動件系統三部分 而原動件的個數與自由度相等 所以去掉原動件 從動件系統的自由度為零 桿組 從動件系統可分解成若干個不可再分的自由度為零的構件組合 稱為基本桿組 簡稱桿組 分類 從動件系統的自由度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件 而每個內副所聯接的分支機構是雙福機構 機構的組成原理 把若干個自由度為零的基本桿組依次聯接到原動件和機架上 就可組成一個新的機構 其自由度數與原動件數目相等 設計機構的準則 在滿足相同工作要求的前提下 機構的結構越簡單 桿組的級別越低 構件的運動副數目越少越好 1 拆桿組 流程如下圖 1 4 機構的結構分析 實例1 拆成4個二級桿組 實例2 機構的級別