機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1平面機(jī)構(gòu)的自由度和運(yùn)動(dòng)分析.ppt

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本章主要內(nèi)容,運(yùn)動(dòng)副及其分類(平面)如何表示機(jī)構(gòu)→繪運(yùn)動(dòng)簡圖機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)速度瞬心及分析,第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度和運(yùn)動(dòng)分析,,,,1-1運(yùn)動(dòng)副及其分類(平面),機(jī)構(gòu)←構(gòu)件通過聯(lián)接,運(yùn)動(dòng)副－構(gòu)件之間直接接觸并能產(chǎn)生一定形式相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。,→運(yùn)動(dòng)副,,,,,1.低副,兩構(gòu)件通過面接觸組成的運(yùn)動(dòng)副,①轉(zhuǎn)動(dòng)副(鉸鏈):,②移動(dòng)副：,固定鉸鏈：兩構(gòu)件中有一個(gè)是固定的。活動(dòng)鉸鏈：兩構(gòu)件都不固定。,兩構(gòu)件在接觸處只允許相對(duì)移動(dòng)。,,,,,2.高副：兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副。凸輪副齒輪副,3.其它：球面副；螺旋副(空間運(yùn)動(dòng)副),運(yùn)動(dòng)副表示方法：圖1－6(書P.8),轉(zhuǎn)動(dòng)副,移動(dòng)副,高副,,,,,二.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖：,1－2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖p.8,(平面)機(jī)構(gòu)←(具有確定運(yùn)動(dòng))構(gòu)件組成,2.構(gòu)件的表示方法：,固定件(機(jī)架):原動(dòng)件(輸入構(gòu)件):從動(dòng)件:,(線條)圖1－7p.8→一個(gè)構(gòu)件可有若干個(gè)運(yùn)動(dòng)副元素,描述運(yùn)動(dòng)的參考系,:運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的構(gòu)件,其余活動(dòng)構(gòu)件,要研究機(jī)構(gòu)首先要表達(dá)機(jī)構(gòu),一.構(gòu)件的分類及表示法：,,1.分類：P.8倒3,,,,,表達(dá)各構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡單圖形(表達(dá)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的語言),與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的因素：1.構(gòu)件數(shù)目2.運(yùn)動(dòng)副數(shù)目及類型3.運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置,表達(dá)方式：1.線條代表構(gòu)件2.符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副3.按比例作圖（區(qū)別“機(jī)構(gòu)示意圖”）,作圖步驟：1.分析結(jié)構(gòu)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作原理、構(gòu)件數(shù)(固定、活動(dòng))、運(yùn)動(dòng)副數(shù)及類型)2.選擇視圖平面和比例尺3.選擇原動(dòng)件的一個(gè)位置4.按表達(dá)方式作圖(機(jī)構(gòu)演示),,,,,,二.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖：,機(jī)架,移動(dòng)副,凸輪副,齒輪副,,,,,,運(yùn)動(dòng)副用符號(hào)代表,,,,,,,,機(jī)架→原動(dòng)件→從動(dòng)件,,,,,,,,,,,例2:,作圖步驟：1.分析結(jié)構(gòu)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)2.選擇視圖平面和比例尺3.選擇原動(dòng)件的一個(gè)位置4.按表達(dá)方式作圖,,,,,例1:,圖1-9活塞泵p.10,,,,,,,,圖(1－8)顎式破碎機(jī)p.9,,,,,,,,,,,,,,,1.找固定件(1個(gè)）原動(dòng)件(≥1個(gè)）從動(dòng)件2.找運(yùn)動(dòng)副,,,,,作業(yè)：p.171-1，1-3,,,,,,主要內(nèi)容：1.運(yùn)動(dòng)副及其分類2.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制,1－3平面機(jī)構(gòu)的自由度P10,一.自由構(gòu)件的自由度,自由構(gòu)件作平面運(yùn)動(dòng),二.運(yùn)動(dòng)副引入的約束,→三個(gè)自由度(三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的可能性),自由構(gòu)件作空間運(yùn)動(dòng),→六個(gè)自由度,→引入兩個(gè)約束,→引入一個(gè)約束,┌低副(轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副）└高副,,,,,三.平面機(jī)構(gòu)的自由度（Ｆ）(F＞0),當(dāng)Ｆ＝原動(dòng)件的數(shù)目→機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)(F=0不動(dòng)；多于不確定;少于破壞）,(1)計(jì)算式：,Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ（1－1）ｎ－活動(dòng)構(gòu)件數(shù)（原動(dòng)件＋從動(dòng)件）ＰＬ－低副數(shù)目ＰＨ－高副數(shù)目,(2)機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件:(3)計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng):,,,,,K=4;n=3;pL=4;pH=0,F=33－24－0=1,有一個(gè)機(jī)架、自由度F?0、原動(dòng)件數(shù)目＝機(jī)構(gòu)自由度數(shù)目,例7:,有確定運(yùn)動(dòng),K=7,n=7－1=6,PL=8,PH=1(3與5同一構(gòu)件),F=3n－2PL－PH=36－28－1=1Ｆ＝原動(dòng)件→機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng),3,例6:,(2)機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件:p.11,(F=0不動(dòng)；多于不確定;少于破壞）,,,,,1.例圖(1－10)p.11,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,K=5,n=K－1=4,PL=5,原動(dòng)件數(shù)=1→F=3n－2PL－PH=34－25=2,→F＞原動(dòng)件數(shù)→機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定,2.例圖(1－11),→F＜原動(dòng)件數(shù)→桿2被拉斷,3.例圖(1－12),→F=0→機(jī)構(gòu)不動(dòng),K=5,n=K－1=4,PL=6→F=3n－2PL－PH=34－26=0,2,,,,,,K=4,n=K－1=3,原動(dòng)件數(shù)=2，PL=4→F=3n－2PL－PH=33－24=1,(3)計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng)：Ｐ11,F=35－27=1,F=35－26=3？,圖(1－14),F=37－26－0=9？,F=37－210－0=1,－兩個(gè)以上（m個(gè)）的構(gòu)件在同一軸線上用轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接→實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)副＞１個(gè),(ＰL＝m－1)→引入約束＝２(m－１),1.復(fù)合鉸鏈,,,,,,F=35－27=1,例12:,,,,,2.局部自由度P.12,圖2－10,某些構(gòu)件的（不影響其他構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的）獨(dú)立的運(yùn)動(dòng),→多余自由度→計(jì)算時(shí)排出(活動(dòng)構(gòu)件不計(jì)→除去不計(jì),F=33－23－1=2?,F=32－22－1=1,,,,,對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不起限制作用的重復(fù)約束→,3.虛約束P.12,①兩構(gòu)件組成多個(gè)重復(fù)的運(yùn)動(dòng)副→(平行的)移動(dòng)副、(軸線重合)轉(zhuǎn)動(dòng)副,②機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對(duì)稱部分,F=32－23－1=－1？,F=32－22－1=1,F=33－23－2=1,F=34－24－4=0？,虛,虛,圖1－16,,,,,虛,解:1.如不考慮上述因素，解得：,K=9,n=K－1=8,→原動(dòng)件數(shù)＜F→機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定→結(jié)論錯(cuò)誤！,2.重解：n=7，,→原動(dòng)件數(shù)=F→機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng),PL=10，PH=1，原動(dòng)件數(shù)=2→F=3n－2PL－PH=38－210－1=3,PL=9，PH=1F=37－29－1=2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,例1-7:圖1-17P14,,,,,例1-12補(bǔ)充,,局,虛,復(fù),,,,,分析：局部自由度1個(gè)虛約束1個(gè),復(fù)合鉸鏈1個(gè)。ｎ＝8,ＰL＝11,ＰＨ＝1解得:∴Ｆ＝3ｎ－2ＰＬ－ＰＨ＝38－211－1＝1∵原動(dòng)件數(shù)＝1∴機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng),作業(yè)：P181-6,1-7，1-10,1-12,主要內(nèi)容：1.平面自由度的計(jì)算2.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,－利用瞬心法求簡單機(jī)構(gòu)的速度(速度分析),,,1,2,(一)速度瞬心及其求法,瞬心,┌絕對(duì)瞬心(其中一剛體靜止)└相對(duì)瞬心(兩剛體均運(yùn)動(dòng)),→相對(duì)運(yùn)動(dòng)兩剛體上瞬時(shí)相對(duì)速度為零的重合點(diǎn)→具同一瞬時(shí)絕對(duì)速度的重合點(diǎn),2.速度瞬心的求法:,作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩剛體,任何時(shí)間總有一點(diǎn)的絕對(duì)速度相等→相對(duì)速度=0,1.速度瞬心的意義:,→兩剛體相對(duì)運(yùn)動(dòng)→繞瞬心的轉(zhuǎn)動(dòng),(二)瞬心在速度分析上的應(yīng)用,1-4速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用,,,,,,,2.速度瞬心的求法,④組成純滾動(dòng)高副→接觸點(diǎn)是瞬心,瞬心的數(shù)目:,N=K(K-1)/2(1-2),瞬心的求法:,①已知兩個(gè)重合點(diǎn)的相對(duì)速度→兩向量垂線的交點(diǎn),②組成轉(zhuǎn)動(dòng)副→轉(zhuǎn)動(dòng)副是瞬心,③組成移動(dòng)副→瞬心位于導(dǎo)軌垂線的無窮遠(yuǎn)處,→所有重合點(diǎn)的相對(duì)速度∥移動(dòng)方向,→接觸點(diǎn)的相對(duì)速度=0,⑤組成滑動(dòng)兼滾動(dòng)副→瞬心位于過接觸點(diǎn)的公法線方向,→接觸點(diǎn)的相對(duì)速度沿切線方向,⑥不直接接觸兩構(gòu)件的瞬心,,,,,⑥不直接接觸兩構(gòu)件的瞬心,→三心定理→,證明:,分析:,重合點(diǎn)C（C2、C3）的絕對(duì)速度VC2=VC3,假設(shè):,第三個(gè)瞬心(P23)不在P12及P13的連線上,而在C點(diǎn)。,圖1-20(P.14)K=3，N=3(3－1)/2=3,作平面運(yùn)動(dòng)的三個(gè)構(gòu)件共有三個(gè)瞬心,它們位于同一直線上。,可得：P12(構(gòu)件1、2)、P13(構(gòu)件1、3)是(絕對(duì))瞬心,VC2≠VC3→它們方向不可能一致→∴C點(diǎn)不可能是第三個(gè)瞬心P23(瞬時(shí)絕對(duì)速度的重合點(diǎn)),→第三個(gè)瞬心應(yīng)在P12P13的連線上。,,,,,,,,,例1-8：圖1-21P.15,K=4,N=43/2=6,構(gòu)件2、1、4→在P12P14連線上,構(gòu)件2、3、4→在P23P34連線上,找P24:,找P13:,構(gòu)件1、2、3→在P12P23連線上,構(gòu)件1、4、3→在P14P34連線上,,,,,,例1-9：圖1-22P.16,K=4,N=4(4－1)/2=6,找P13：,構(gòu)件1、2、3→在P12P23連線上,構(gòu)件1、4、3→在P14P34連線上→過P14作導(dǎo)軌垂線,找P24：,構(gòu)件2、1、4→在P12P14連線上,構(gòu)件2、3、4→在P23P34連線上→過P23作導(dǎo)軌垂線,,∞P34,,,∞P34,,,,,,,(二)瞬心在速度分析上的應(yīng)用P.16,瞬心→相對(duì)速度=0,絕對(duì)速度相等→速度分析,2.滑動(dòng)兼滾動(dòng)接觸的高副3.直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu),(知ω2→ω4),P24是構(gòu)件2、4的瞬心→兩者的同速點(diǎn),∴該點(diǎn)構(gòu)件2絕對(duì)速度：VE=ω2LEA構(gòu)件4絕對(duì)速度：VE=ω4LED,1.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)(圖1-21),結(jié)論：兩構(gòu)件的角速度與其絕對(duì)瞬心至相對(duì)瞬心的距離成反比。,,,,,2.滑動(dòng)兼滾動(dòng)接觸的高副,,n,n,P12→過接觸點(diǎn)的公法線上→三心定理求解,圖1-23,(D),→角速度與連心線被輪廓接觸點(diǎn)公法線所分割的兩線段長度成反比,→用在齒輪機(jī)構(gòu),(齒輪或擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)),,,,,3.直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)(同上)圖1-24,,P12→過接觸點(diǎn)的公法線上→三心定理求解,P13(回轉(zhuǎn)副是瞬心),P23→構(gòu)件2、3的瞬心位于導(dǎo)軌垂線→(三心定理)過P13⊥導(dǎo)軌的無窮遠(yuǎn)處,K=3,N=3(3－1)/2=3,,,,,作業(yè)：P171-13,1-14,主要內(nèi)容：1.速度瞬心及其求法2.瞬心在速度分析上的應(yīng)用,小結(jié):一.基本概念:機(jī)器、機(jī)構(gòu)、構(gòu)件、零件、運(yùn)動(dòng)副(定義,判斷)、瞬心二.基本內(nèi)容:1.自由度計(jì)算2.計(jì)算自由度應(yīng)注意事項(xiàng)3.繪制運(yùn)動(dòng)簡圖4.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件5.瞬心的求法,,,,,