《平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及其自由度.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及其自由度.ppt（45頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第二章 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及其自由度,2.1 運(yùn)動(dòng)副及其分類 2.2 平面機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 2.3 平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,2.1運(yùn)動(dòng)副及其分類,自由度：可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。,作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件有三個(gè)自由度,作空間運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件有六個(gè)自由度,機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件，在未組成機(jī)構(gòu)之前，都是自由構(gòu)件。,任一作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件有三個(gè)可能的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。,2.1運(yùn)動(dòng)副及其分類,一、平面運(yùn)動(dòng)副,由兩個(gè)構(gòu)件直接接觸并能保持一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)聯(lián)接稱為運(yùn)動(dòng)副。運(yùn)動(dòng)副是兩構(gòu)件接觸后的產(chǎn)物，分開即消失。,兩構(gòu)件組成的運(yùn)動(dòng)副根據(jù)其對(duì)構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的約束及兩構(gòu)件接觸形式不同，一般將平面運(yùn)動(dòng)副分為低副和高副
2、兩類。,1.低副,兩構(gòu)件通過面接觸形成的運(yùn)動(dòng)副稱為低副?？煞譃榛剞D(zhuǎn)副和移動(dòng)副。,,,2.1運(yùn)動(dòng)副及其分類,(1)回轉(zhuǎn)副,兩構(gòu)件之間只能繞同一軸線作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，這兩個(gè)構(gòu)件所組成的運(yùn)動(dòng)副稱為回轉(zhuǎn)副或鉸鏈。,(2)移動(dòng)副,兩個(gè)構(gòu)件組成只能沿某一直線作相對(duì)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副稱為移動(dòng)副。,2.1運(yùn)動(dòng)副及其分類,2.高副,兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副稱為高副。,凸輪高副,齒輪高副,2.1運(yùn)動(dòng)副及其分類,二、空間運(yùn)動(dòng)副,若運(yùn)動(dòng)副能允許兩構(gòu)件作空間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則稱該運(yùn)動(dòng)副為空間運(yùn)動(dòng)副。常用的空間運(yùn)動(dòng)副有螺旋副、球面副。,,2.2平面機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,一、機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的分類,組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件按其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)可分為三類：
3、,固定件（機(jī)架）,支承活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件。在研究機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常以固定件作為參考坐標(biāo)系。,原動(dòng)件,在機(jī)構(gòu)中，按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)機(jī)架運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。一般機(jī)構(gòu)中原動(dòng)件數(shù)為1，但也有多于1的。,從動(dòng)件,在機(jī)構(gòu)中，隨原動(dòng)件相對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的其余活動(dòng)構(gòu)件。,2.2平面機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,二、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,2.2平面機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,2.2平面機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,2.2平面機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,1.繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖應(yīng)遵守的原則,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖應(yīng)與實(shí)際機(jī)械有完全相同的運(yùn)動(dòng)特征。,凡是與機(jī)構(gòu)各部分運(yùn)動(dòng)有關(guān)的要素都應(yīng)該表示清楚，凡是與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的因素都應(yīng)該略去。,在機(jī)構(gòu)中，如原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、構(gòu)
4、件的數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目以及與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)有關(guān)的尺寸等都是與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)有關(guān)的要素； 而構(gòu)件的外形、剖面形狀和尺寸、組成構(gòu)件的零件數(shù)目及零件間的固聯(lián)方式以及各運(yùn)動(dòng)副的具體結(jié)構(gòu)等都是與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的因素。,2.2平面機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,2.繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的方法和步驟,弄清機(jī)構(gòu)的組成情況,測(cè)定與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)有關(guān)的尺寸,正確選擇投影平面,選定比例尺按規(guī)定符號(hào)畫出運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,按運(yùn)動(dòng)傳遞的順序，找出原動(dòng)件、從動(dòng)件、機(jī)架，確定構(gòu)件的數(shù)目，運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目和類型。,選擇與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平面相平行的面,各轉(zhuǎn)動(dòng)副之間的中心距，軸線固定的轉(zhuǎn)動(dòng)副及移動(dòng)副導(dǎo)路中心線的位置尺寸。,2.2平面機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,10，3，4，11
5、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)； 1，18，2齒輪機(jī)構(gòu)； 7，8，9，2凸輪機(jī)構(gòu)。,氣缸體固定件； 活塞原動(dòng)件； 其余都是從動(dòng)件。,回轉(zhuǎn)副,移動(dòng)副,高副,2.2平面機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,,一、平面機(jī)構(gòu)的自由度,回轉(zhuǎn)副：約束了沿X和Y軸線方向移動(dòng)的兩個(gè)自由度，只保留了一個(gè)在XOY平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度；,移動(dòng)副：約束了沿一軸（X或Y軸）線方向的移動(dòng)和在XOY平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，只保留沿另一軸線方向移動(dòng)的自由度。,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,齒輪高副：只約束了一個(gè)沿接觸處公法線n-n方向移動(dòng)的自由度，保留了繞接觸處轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度和沿接觸處公切線方向移動(dòng)的自由度。,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定
6、運(yùn)動(dòng)的條件,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,在平面機(jī)構(gòu)中，每個(gè)低副引入兩個(gè)約束，使構(gòu)件失去兩個(gè)自由度；每個(gè)高副引入一個(gè)約束，使構(gòu)件失去一個(gè)自由度。,設(shè)某平面機(jī)構(gòu)除機(jī)架外，共有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，低副PL個(gè)，高副PH個(gè)，則機(jī)構(gòu)自由度為：,機(jī)構(gòu)的自由度就是機(jī)構(gòu)中所有活動(dòng)構(gòu)件相對(duì)機(jī)架所能具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。,,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,計(jì)算自由度：,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,沒有高副,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,如果機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)與機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)不等，則會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)中薄弱部分損壞，或使機(jī)構(gòu)中構(gòu)件運(yùn)動(dòng)
7、不確定。,F=1,應(yīng)當(dāng)具有1個(gè)原動(dòng)件,若指定兩個(gè)原動(dòng)件，則可能使機(jī)構(gòu)卡住不動(dòng)，或使薄弱處損壞。,所以，在自由度為1的機(jī)構(gòu)中設(shè)兩個(gè)原動(dòng)件是不允許的。,機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)應(yīng)等于原動(dòng)件數(shù)。,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,,說明該機(jī)構(gòu)中應(yīng)當(dāng)有兩個(gè)原動(dòng)件，機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)才是確定的。,靜定桁架，F(xiàn)=0。,如果算得的自由度為負(fù)值，則稱為超靜定桁架。,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,1.機(jī)構(gòu)自由度必須大于零，并且與原動(dòng)件數(shù)相等時(shí)，機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件才有確定運(yùn)動(dòng)。,2.當(dāng)機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)少于原動(dòng)件數(shù)時(shí)，機(jī)構(gòu)不動(dòng)或薄弱處損壞；當(dāng)機(jī)構(gòu)自由度數(shù)大于原動(dòng)件數(shù)時(shí)，機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)不確定。,機(jī)構(gòu)
8、具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：,機(jī)構(gòu)的自由度大于零，且自由度與原動(dòng)件數(shù)相等。,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,三、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)的注意事項(xiàng),1.復(fù)合鉸鏈,兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一軸線上用回轉(zhuǎn)副聯(lián)接就形成了復(fù)合鉸鏈。,3個(gè)構(gòu)件，2個(gè)回轉(zhuǎn)副,m個(gè)構(gòu)件，(m-1)個(gè)回轉(zhuǎn)副,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,C處兩個(gè)回轉(zhuǎn)副，共6個(gè)回轉(zhuǎn)副，1個(gè)移動(dòng)副,,,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,2.局部自由度,機(jī)構(gòu)中出現(xiàn)的與輸出構(gòu)件運(yùn)動(dòng)無關(guān)的自由度，稱為局部自由度（或多余自由度）。在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，應(yīng)將局部自由度除去不計(jì)。,兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng),2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確
9、定運(yùn)動(dòng)的條件,將滾子3與從動(dòng)桿2焊成一體,滾子繞其自身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)是與輸出構(gòu)件運(yùn)動(dòng)無關(guān)的一個(gè)局部自由度，計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)略去不計(jì)。,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,3.虛約束,在機(jī)構(gòu)中，有些運(yùn)動(dòng)副對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)所引起的約束作用是重復(fù)的，這種不起獨(dú)立限制作用的約束，稱為虛約束或消極約束。在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)將虛約束出去不計(jì)。,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,除上述因兩構(gòu)件在聯(lián)接處的軌跡重合，會(huì)出現(xiàn)虛約束外，當(dāng)兩構(gòu)件在多處組成移動(dòng)副且導(dǎo)路方向平行或重合時(shí)；或兩構(gòu)件在多處組成回轉(zhuǎn)副且都在同一軸線上時(shí)；或機(jī)械中出現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)無影響的對(duì)稱部分時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)虛約束。,構(gòu)件3與機(jī)架4在兩
10、處組成移動(dòng)副，且移動(dòng)方向一致，其中一個(gè)移動(dòng)副應(yīng)視為虛約束。,齒輪與機(jī)架組成兩個(gè)回轉(zhuǎn)副，其中一個(gè)應(yīng)視為虛約束。,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,虛約束類型較多，比較復(fù)雜，在自由度計(jì)算時(shí)要特別注意。為便于判斷，將常見的幾種形式簡(jiǎn)述如下。,（1）兩構(gòu)件在多處用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，且各轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線重合，這時(shí)只有一處轉(zhuǎn)動(dòng)副起作用，其余轉(zhuǎn)動(dòng)副均為虛約束。 下圖所示的齒輪機(jī)構(gòu)中，每根軸處都有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，每根軸上僅計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，余者為虛約束。,,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,（2）兩構(gòu)件在多處用移動(dòng)副聯(lián)接，且各移動(dòng)副的導(dǎo)路平行，這時(shí)只計(jì)一處移動(dòng)副，其余為虛約束。
11、下圖所示的機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件3與機(jī)架4用兩個(gè)移動(dòng)副 ，連接，且導(dǎo)路平行，計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，僅考慮一個(gè)移動(dòng)副，余者為虛約束。,,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,（3）兩構(gòu)件在多處用高副聯(lián)接，且各高副的公法線重合，這時(shí)只計(jì)一處高副的約束，余者為虛約束。,下圖所示的機(jī)構(gòu)中，圓形構(gòu)件與框架在A、B兩處形成兩個(gè)高副，且各高副處的公法線重合，計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，僅考慮一個(gè)高副，余者為虛約束。,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,（4）不起約束作用的構(gòu)件將導(dǎo)致虛約束，在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)要去掉該構(gòu)件。,圖a所示的輪系機(jī)構(gòu)中，齒輪Z1、Z2、Z3、H組成一個(gè)具有確定運(yùn)動(dòng)的輪系機(jī)構(gòu)，為平衡齒
12、輪2的慣性力，在其對(duì)稱方向又安裝一個(gè)行星輪，該行星輪連同支撐該齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)副為虛約束，計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)該去掉。,,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,圖b所示機(jī)構(gòu)中，AB=AC=OA，沒有OA之前，A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是以O(shè)為圓心，OA為半徑的圓。加裝OA后，A點(diǎn)的軌跡沒變，因此OA為虛約束。在計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)該去掉帶有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副元素的構(gòu)件OA。這類約束的判斷比較復(fù)雜，一般要經(jīng)過幾何證明。,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,（5）若兩構(gòu)件上兩點(diǎn)間距離在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持不變，當(dāng)用運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件連接該兩點(diǎn)時(shí)，則構(gòu)成虛約束，如下圖所示機(jī)構(gòu)中，B、C兩點(diǎn)之間的距離不隨機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)而改變，桿
13、件BC連同轉(zhuǎn)動(dòng)副元素B、C為虛約束，計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)必須將其去掉。,典型例題,計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度。,n=4，PL=6，PH=0,F=3n-2PL-PH =34-26=0,計(jì)算結(jié)果表明：圖示機(jī)構(gòu)實(shí)際上使一個(gè)不能活動(dòng)的剛性結(jié)構(gòu)。,典型例題,計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度。,構(gòu)件2和5聯(lián)接點(diǎn)E的運(yùn)動(dòng)軌跡互相重合，引入一個(gè)虛約束，計(jì)算時(shí)將構(gòu)件5，轉(zhuǎn)動(dòng)副E,F除去，得如圖的平行四邊形結(jié)構(gòu)，它與原機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)等效。,F=33241,典型例題,計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度。,如將滑塊4去掉，則可得到下圖的基本機(jī)構(gòu)。,構(gòu)件2上D點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為垂直于AC的直線，即與原機(jī)構(gòu)中滑塊4的運(yùn)動(dòng)軌跡重合。因此原機(jī)構(gòu)中具有一個(gè)虛約束，在計(jì)算時(shí)應(yīng)除去。,
14、自由度為：,F3n2PLPH 33241,注意：若將構(gòu)件1拿去，其兩端的鉸鏈應(yīng)同時(shí)去除。,典型例題,計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度。,若去掉行星輪2,則對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)并無影響， 2是用來起平衡作用的，可將2去掉。,F3n2PLPH 332321,僅需一個(gè)主動(dòng)件,,,,典型例題,計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度。,n=4,PL=4，轉(zhuǎn)臂H，中心輪1與機(jī)架4在同一處構(gòu)成復(fù)合鉸鏈，具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。,PH=2,F342422,自由度為2，需給定兩個(gè)主動(dòng)件，輪系才具有確定運(yùn)動(dòng)。,典型例題,例1：指出圖中所示結(jié)構(gòu)中的復(fù)合鉸鏈，局部自由度和虛約束，計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度。,E處：復(fù)合鉸鏈,G處：局部自由度,K處：虛約束,注意：凸輪與大齒輪固聯(lián)！
15、,n=9,PL=10+2=12(10個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，2個(gè)移動(dòng)副）,PH=2,F=3921221,,,,典型例題,例2：在圖示機(jī)構(gòu)中，AB,EF,CD三桿相互平行且長(zhǎng)度相等。試計(jì)算其自由度。,由題意知，此平面機(jī)構(gòu)ABEFCD具有特定的幾何條件，故為平行四邊形機(jī)構(gòu)。,由構(gòu)件EF及轉(zhuǎn)動(dòng)副E,F引入一個(gè)虛約束；G處的滾子轉(zhuǎn)動(dòng)為局部自由度；C處為復(fù)合鉸鏈。,G及I為兩構(gòu)件在接觸處的高副，因過兩接觸線的公法線重合，故G,I處只能算一個(gè)高副。,去掉機(jī)構(gòu)中的虛約束和局部自由度，則n=6,PL=7,PH=2，F(xiàn)=2。,,,,,,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,,
平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及其自由度.ppt
