平面机构自由度张培培.ppt

原动机,工作机,人力风力电力磁力,传感器液压气压计算机,机构机器主体,机构机器主体,问题？90纳米制造装备产品化65纳米制造装备样机45纳米若干关键技术,晶体管与晶体管连接的宽度。现在主流的是65纳米,高端的有45纳米。越小,功耗越低,发热量越低,超频性能更好,可以装更多的晶体管,所以性能也会更好。,第1章 平面机构的自由度和速度分析,1.1 运动副及其分类1.2平面机构运动简图1.3平面机构自由度1.4速度瞬心及其在机构速度分析上的应用,所有构件均在同一平面或在几个相互平行的平面内运动,机构,平面机构,空间机构,空间机构,平面机构,课件-运动链和机构,重点内容：机构运动简图的绘制 机构自由度的计算 机构具有确定运动的条件,一、机构的组成,1、构件的自由度及约束条件,构件的运动指构件每一瞬时位置的变化。一自由构件作平面运动，其位置由三个参变量确定:,构件自由度：,构件相对于参考系所具有的独立运动的数目。独立运动参数的个数或描述构件位置和姿态所需的独立坐标数。,一个作平面运动的自由构件有3个自由度。,11 运动副及其分类,（x,y,),一个空间自由构件的自由度？,2、运动副,两个构件直接接触并能产生一定相对运动的可动连接。如轴承与轴颈、滑块与导轨、齿轮与齿轮等。,构件系统,接触,约束,约束：,对构件的独立运动所加的限制。构件受一约束，失去一个自由度。,由于约束是由机构中各构件的相互接触引起的。接触方式不同约束不同,2023/9/30,12,运动副,运动副自由度：1-5,2023/9/30,13,运动副分类,低副,低副,平面高副,运动副根据引入的约束数量进行分类：I级副(引入1个约束)，II级副，III级副，IV级副，V级副,运动副根据构件接触情况进行分类：点、线接触高副面接触低副,按运动副元素接触情况的不同,低副：运动副元素为面接触。,固定铰链转动副,(1)转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。,11 运动副及其分类,运动副分类,活动铰链转动副,11 运动副及其分类,(2)移动副：只允许两构件作相对移动。,低副提供约束及自由度情况：引入2个约束，保留1个自由度。,11 运动副及其分类,点接触,高副：运动副元素为以点或线接触,凸轮副,11 运动副及其分类,线接触,高副提供约束及自由度情况：限制了沿公法线n-n 方向的相对移动，保留了沿接触处切线t-t方向的相对移动和在平面内的相对转动。引入1个约束，保留2个自由度。,齿轮副,空间运动副,若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。,螺旋副,球面副,2023/9/30,20,2-2常用运动副模型动画,平面低副的特点,1、面接触接触面积大，承载能力大。,2、接触面为平面或柱面便于加工，成本低，便于润滑。,平面高副的特点,1、点、线接触接触面积小，承载能力小。,2、接触面为曲面不便于加工和润滑。,1.1 运动副及其分类1.2平面机构运动简图1.3平面机构自由度1.4速度瞬心机器在机构速度分析上的应用,用国际规定简单的符号和线条表示，并按一定的比例定出各运动副及构件的位置，这种简明表示机构各构件之间相对运动关系的图形称为机构运动简图。,12 平面机构运动简图,注：机构运动简图与实际机构有相同的运动特征。,机构运动有关（取）：原动件的运动规律 运动副类型 机构形状 无关（舍）：构件外型 断面尺寸 零件数及运动副的具体构造。,机构的简明图形,为了分析现有机构、构思新的机械运动方案、机构的运动和动力分析,12 平面机构运动简图,12 平面机构运动简图,运动副的表示方法,构件的表示方法,机构运动简图的绘制,一、运动副的表示方法,1、转动副（铰链）,12 平面机构运动简图,2、移动副,两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。,12 平面机构运动简图,3、高副,运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。,12 平面机构运动简图,凸轮机构,齿轮机构,二、构件的表示方法,12 平面机构运动简图,三副构件,两副构件,机架,原动件,从动件,固定构件,按给定运动规律独立运动的构件。,其余活动构件，其活动取决于原动件的运动规律及机构的组成情况。,机构中的构件类型,原动件,从动件,机架,例：,12 平面机构运动简图,2023/9/30,39,外形，端面尺寸，构件零件数，固联方式，材料等无关,实际构造和运动传递,确定原动件和执行部份（输出运动部份）,沿运动传递路线：原动件传动部份执行部份,机构的构件数目、运动副的类别及其位置,绘制步骤：,选定视图平面机械多数构件的运动平面,选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运动副和机构的符号，最后用简单线条连接，即得机构运动简图。,不按比例：结构示意图,三、机构运动简图的绘制步骤,12 平面机构运动简图,绘制颚式碎矿机的机构运动简图,O2,D,O3,6,5,4,3,1,12 平面机构运动简图,例题：,绘制颚式破碎机的机构运动简图,12 平面机构运动简图,例题：绘制内燃机的机构运动简图,1.1 运动副及其分类1.2平面机构运动简图1.3平面机构自由度1.4速度瞬心机器在机构速度分析上的应用,1、机构自由度,13 平面机构的自由度,机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。,如何使组合起来的构件产生运动并具有运动确定性？,1、机构的自由度2、机构具有确定性运动的条件,计算公式,1）机构的构件总数K2）活动构件数n=K13）组成运动副前，机构总自由度3n,组成运动副后，机构的自由度：,F3n-2PL-Ph,计算图示的自由度：,F332 41,平面机构自由度与组成机构的构件数目、运动副的数目及运动副的性质有关。,13 平面机构的自由度,2023/9/30,46,机构自由度的计算,F=1,33,24,F=1,4,3,平面机构自由度的计算公式：,F=3n-2PL-PH,有 n 个活动构件，,PL个低副，,PH个高副，,则,例题,n=5,PL=7,PH=0,F=3n 2PL PH,=35 27 0,=1,解：,13 平面机构的自由度,2023/9/30,48,机构自由度的计算,计算铰链五杆机构的自由度,n=,4,PL=,5,F=3n-2PL-PH,PH=,0,F=2,=34-25-0,=2,四杆机构的自由度？,2023/9/30,49,机构自由度的计算,F=0：静定桁架,F=-1：超静定桁架,结论：F0，运动链可动。,2023/9/30,50,机构自由度的计算,F=1运动链给定1个原动件:,F=1运动链给定2个原动件:,运动确定。,损坏构件。,2023/9/30,51,机构自由度的计算,F=2机构给定1个原动件:,F=2机构给定2个原动件:,运动不确定。,运动确定。,即运动链成为机构的条件,原动件数=F0,1,2、机构具有确定性运动的条件,机构原动件的独立运动是由外界给定的。如给出的原动件数不等于机构的自由度，则会对机构的运动产生影响。,由上例及其它机构分析：,机构具有确定性运动的条件：,F0且等于原动件的数目,2023/9/30,55,机构具有确定运动的条件,结论 机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等于机构的自由度数目F。,如果原动件数F：,如果原动件数F：,则机构的运动将不确定；,则会导致机构最薄弱环节的损坏。,开式链,例题：计算图示机构的自由度,有一个原动件，机构有确定运动,例题,有一个原动件，机构有确定运动,例题,有一个原动件，机构有确定运动,例题,正确吗？,2023/9/30,61,机构自由度的计算,计算火车轮机构的自由度,n=,6,PL=,PH=0,8,F=3n-2PL-PH,=36-28-0,=2,1,5,4,3,2,6,A,G,F,E,D,C,B,7,需要两个原动件吗？,3、计算平面机构自由度时的注意事项,三个问题：,（1）复合铰链,定义：两个以上的构件在同一处以转动副相连接。,处理：三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有m 1个转动副。,惯性筛机构,C处为复合铰链,计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。,n=5,PL=7,PH=0,=35-27 0=1,F=3n-2PL PH,3、计算平面机构自由度时的注意事项,2023/9/30,64,计算平面机构自由度时应注意的事项,重新计算火车轮机构的自由度,n=,6,PL=,PH=0,8,F=3n-2PL-PH,=36-28-0,=2,0,9,9,不需要原动件吗？,F3n-(2PL+PH),试计算直线机构的自由度。,=37-210=1,3、计算平面机构自由度时的注意事项,2023/9/30,66,除去虚约束,对机构的运动不起独立限制作用的重复约束。计算自由度时要去除掉。,2023/9/30,67,2023/9/30,68,计算平面机构自由度时应注意的事项,B,F,D,1,5,3,2,6,A,G,E,C,7,n=5,PL=7,F=3n-2PL-PH,=1,PH=0,=35-27-0,（3）虚约束,定义：对机构运动实际上不起约束作用的约束，是构件几何尺寸满足某些特殊要求的产物。,三种情况的虚约束,F3324 1（）,F3426 0（）,机构运动时，如果两构件上两点间的距离始终保持不变，将此两点用构件和运动副联接，则会带进虚约束。,局部自由度,定义：不影响其它构件相对运动的自由度，只与局部运动有关。,在计算机构自由度时，可预先排除。,3、计算平面机构自由度时的注意事项,2023/9/30,71,计算图示机构的自由度：,n=3,PL=3,F=3n-2PL-PH,=2,PH=1,=33-23-1,偏置直动滚子推杆凸轮机构,2023/9/30,72,计算平面机构自由度时应注意的事项,局部自由度：不影响机构输入输出关系的自由度。,F=1,两构件组成多个移动副或回转副，其导路平行或回转轴线重合。,F3222 11（）,（3）虚约束,机构中对传递运动不起独立作用的对称部分。,F332321（）,虚约束对机构运动虽然不起作用，但可以增加构件的刚性，改进受力，减少磨损，因而在机构中经常出现。,（3）虚约束,综合例题,大筛机构的自由度,F 3n-2Pl-PH=37-29-1=2=原动件数,机构有确定的运动。,构件,机架原动件从动件,运动副,高副低副,转动副移动副,平面机构,自由度计算,平面机构运动简图,1、F3n-2Pl-Ph,2、注意事项,复合铰链局部自由度虚约束,具有确定运动的条件,F0原动件数,本章知识点总结,作业,作业：1-31-5、6、7、9、10、11附加作业（ppt）3月11号（周二）交作业,如图所示，已知：DE=FG=HI，且相互平行；DF=EG，且相互平行；DH=EI，且相互平行。计算此机构的自由度(若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。,计算图所示机构的自由度(若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。,