平面机构的自由度pptPPT推荐.ppt

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2）必须直接接触；

3）能够相对运动。

2、运动副分类：

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）：

构件在一个平面内只能相对转动的运动副。

2）移动副：

构件只能沿着某一轴线相对移动的运动副。

高副：

两构件通过点或线接触组成的运动副（如凸轮与顶杆、齿轮轮齿与齿轮轮齿）。

空间副：

两构件相对运动是空间运动。

空间副,图1-1转动副（固定铰链）,图1-2转动副（活动铰链）,返回,图1-3移动副,图1-4平面高副,返回,图1-4a凸轮副,图1-4b齿轮副,返回,图1-5b螺旋副,图1-5a球面副,图1-5空间运动副,12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。

作用：

1）对已有设备：

确定机械设备的机构组成、相互关系、各自功能、对设备的运动及受力状况进行分析；

2）设计新设备：

完成设备的功能规划、机构和结构的初步设计、运动及动力分析。

二、运动副及构件表示（画）方法1、运动副表示方法,三、构件分类：

1）机架（固定构件）：

机构的参考坐标系，每个机构中必有。

2）原动件（输入构件）:

运动规律已知，并由外界给定的构件，一个或几个。

3）从动件：

随原动件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。

2、构件的表示方法,图1-8平面连杆机构,1,2,3,4,四、机构运动简图的绘制,1）分析机构，确定构件数目；

2）观察相对运动，确定运动副的类型和数目；

3）选择机架（能充分反映机构的特性）；

4）确定比例尺；

5）用规定的符号和线条绘制成简图。

（一般从原动件开始画）,1,2,3,4,A,B,C,14,12,23,A14,B12,C23,3,2,4,1,D34,例1：

内燃机汽缸,A,1,2,3,4,B,C,D,例2颚式破碎机,图1-9颚式破碎机及机构的运动简图,例3活塞泵,构件、运动副？

图1-10活塞泵及机构的运动简图,13平面机构的自由度,机构具有什么条件才能有确定的运动呢？

一、平面机构的自由度及其计算1、自由度与运动副关系机构自由度机构（构件系统）可能出现的独立的运动。

一个作平面运动的自由构件有3个自由度。

运动副两构件直接接触形成的可动联接。

组成运动副后，构件间相对运动受到约束（限制）,自由度数目必然相应减少。

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：

形成运动副后自由度如何变化呢？

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。

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nK1，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,F3n2PLPH,则：

F3n2PLPH,例13计算图示颚式破碎机主体结构的自由度,解：

n3，,PL4，,PH0，,3x3,2x4,0,1,F3n2PLPH3x42x511,例14计算图示活塞泵的自由度,解：

n4，PL5，PH1，则：

二、机构具有确定运动的条件,原动件数=机构自由度,图1-9平面连杆机构,（F）,运动确定,图1-10平面连杆机构,原动件数机构自由度,（F）,不运动或破坏,铰链五杆机构：

原动件数机构自由度数,（F）,机构运动不确定,铰链五杆机构：

增加一个原动件,（F）,机构原动件数=机构自由度数,运动确定,构件间没有相对运动机构刚性桁架,（多一个约束）1次超静定桁架,机构自由度F=0?

机构自由度F0?

机构具有确定运动的条件：

自由度F0，且等于原动件个数。

F0：

构件间无相对运动，不成为机构。

原动件数=F，运动确定,原动件数F，运动不确定,原动件数F，机构不动或破坏,F3n2PLPH32,7,6,0,9,F3n2PLPH32,7,10,0,1,复合,复,复,复,复,例3圆盘锯机构,三、计算平面机构自由度的注意事项,翻,?

1、复合铰链：

两个以上构件在同一处相联接的回转副（转动副）。

若K个构件构成的复合铰链，具有（K1）个转动副。

返回,2、局部自由度：

图a凸轮机构自由度F=3n2PlPh=33231=2？

C是局部自由度F=3n2PlPh=32221=1,与输出构件运动无关的自由度。

（多余自由度）在计算时要排除。

3、虚约束：

（消极约束）对机构运动不起限制作用的重复约束。

虚约束的例子,平面机构的虚约束常出现于下列情况：

（1）平行四边形机构,

（2）两构件组成多个导路相互平行的移动副,（3）两构件构成多个轴线互相重合的转动副,（4）对运动不起作用的对称部分,F=3n2PLPh=33232=1,复合,虚约束,例17计算图示大筛机构的自由度分析：

例：

计算自由度（首先要看有无复合铰链、局部自由度、虚约束，标注清楚，再按公式求解）,位置C，有2个回转副。

复合铰链:

局部自由度：

1个，F处。

虚约束：

1个，E处。

解：

n7，PL9（7个转动副和2个移动副）PH=1，则:

F3n2PLPH3x72x912,14速度瞬心及其在机构速度分析中的应用,一、速度瞬心及其求法,1、速度瞬心的定义,刚体2相对于刚体1作平面运动时，其相对运动可看作是绕某一重合点的转动，该重合点称为瞬时回转中心或速度瞬心，简称瞬心。

如果两个刚体都是运动的，则其瞬心称为相对速度瞬心；

如果两个刚体之一是静止的，另一个是运动的，则称绝对速度瞬心。

速度瞬心是两个构件绝对速度相等，相对速度为零的重合点。

（同速点）,特点：

该点涉及两个构件。

是绝对速度相同，相对速度为零的速度重合点（简称同速点）。

是两个构件的相对（绝对）回转中心。

2、瞬心数目,每两个构件就有一个瞬心根据排列组合有：

123,若机构中有n个构件，则,Nn（n-1）/2,1,2,3、机构瞬心位置的确定,1）直接观察法适用于：

直接（通过运动副）相联两构件的瞬心求取。

回转副：

回转副中心移动副：

导轨垂直线的无穷远处纯滚动高副：

接触点一般高副：

过接触点公法线上,2）“三心定理”适用于求不直接接触构件瞬心,定理：

三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬心，这三个瞬心位于同一条直线上。

P21、P31、P32位于同一条直线上。

证明（需证明：

P23在P12P13直线上）反证法：

任取P12P13连线外某重合点K（假设瞬心点）,因而，只有K点在p13、p12的连线上才能保证重合点绝对速度方向相同，此时K点才是瞬心。

举例：

求曲柄滑块机构的速度瞬心。

瞬心数为：

1、直接观察求瞬心,2、三心定律求瞬心,构件数n=4，瞬心数Nn（n-1）/26,P12、P23、P34、P14,P12,P23,P34,P14,P24、,P13,P12、P13、P14是绝对瞬心,P23、P34、P24是相对瞬心,1.求角速度,解：

瞬心数为,6个,直接观察能求出,4个,余下的2个用三心定律求出。

求瞬心P24的速度。

42（P24P12）/（P24P14）,a）铰链机构已知：

构件2的转速2，求构件4的角速度4。

方向:

4与2相同。

相对瞬心位于两绝对瞬心的同一侧，两构件转向相同。

二、速度瞬心在机构速度分析中的应用,b）高副机构已知构件2的转速2，求构件3的角速度3。

解:

用三心定律求出P23。

求瞬心P23的速度:

VP23（P23P13）3,32（P12P23）/（P13P23）,方向:

3与2相反。

VP23（P23P12）2,相对瞬心位于两绝对瞬心之间，两构件转向相反。

2.求线速度,已知凸轮转速1，求推杆的速度。

直接观察求瞬心P13、P23。

求瞬心P12的速度。

V2VP12（P13P12）1,根据三心定律和公法线nn求瞬心的位置P12。

3.求传动比,定义：

两构件角速度之比为传动比。

3/2P12P23/P13P23,结论:

两构件的角速度之比等于绝对瞬心至相对瞬心的距离之反比。

角速度的方向为：

相对瞬心位于两绝对瞬心的同一侧时，两构件转向相同。

相对瞬心位于两绝对瞬心之间时，两构件转向相反。

4.用瞬心法解题步骤,绘制机构运动简图；

用直接观测法求可知瞬心的位置；

用“三心定理”求出全部瞬心位置；

瞬心法的优缺点：

适合于求简单机构的速度，机构复杂时，因瞬心数急剧增加使求解过程复杂。

有时瞬心点落在纸面外。

仅适于求速度V或角速度,有一定局限性。

求构件绝对速度V或角速度。