機(jī)械原理自由度ppt課件.ppt

1 第1章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 基本要求及重點(diǎn) 難點(diǎn)運(yùn)動(dòng)副及其分類平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算 2 基本要求和重點(diǎn) 了解研究機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的目的 機(jī)構(gòu)的組成 熟練掌握運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制和機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算 會(huì)進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)組成原理和結(jié)構(gòu)分析 3 1 1研究機(jī)構(gòu)的目的 1 探討機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可能性和確定性2 對(duì)機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類 并建立運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的一般方法3 了解機(jī)構(gòu)的組成原理4 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 4 1 2運(yùn)動(dòng)副 運(yùn)動(dòng)鏈和機(jī)構(gòu) 1 運(yùn)動(dòng)副 兩個(gè)構(gòu)件直接接觸形成的可動(dòng)聯(lián)接 2 運(yùn)動(dòng)副元素 兩構(gòu)件構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副時(shí)直接接觸的點(diǎn) 線 面部分 5 自由度和約束 自由度 構(gòu)件具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目 確定構(gòu)件位置的獨(dú)立參變量的數(shù)目約束 對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制 6 3 運(yùn)動(dòng)副分類 1 按運(yùn)動(dòng)副的接觸形式分為低幅和高副 低幅 面與面接觸的運(yùn)動(dòng)副 接觸面壓強(qiáng)較低 高副 點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副 接觸面壓強(qiáng)較高 易磨損 常見(jiàn)低幅 常見(jiàn)高副 7 2 按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分平面副和空間副 平面副 空間副 8 運(yùn)動(dòng)鏈 由兩個(gè)或兩個(gè)以上構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng) 分兩類 閉式和開(kāi)式 9 開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈 10 機(jī)構(gòu) 原動(dòng)件 按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)力運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件 從動(dòng)件 其余的活動(dòng)構(gòu)件 機(jī)架 固定不動(dòng)的構(gòu)件 11 機(jī)構(gòu)分類 閉式鏈機(jī)構(gòu)和開(kāi)式鏈機(jī)構(gòu) 12 1 2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 必須與原機(jī)構(gòu)具有完全相同的運(yùn)動(dòng)特性 它不僅可以用來(lái)表示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況 而且還可以根據(jù)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和受力分析 它是一種用簡(jiǎn)單線條和符號(hào)表示機(jī)構(gòu)的工程圖形語(yǔ)言 應(yīng)表明 機(jī)構(gòu)的種類 構(gòu)件的數(shù)目及相互傳動(dòng)的路線 運(yùn)動(dòng)副的種類 數(shù)目 沒(méi)有嚴(yán)格按比例繪制的簡(jiǎn)圖稱為機(jī)構(gòu)示意圖 1 2 1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及其用途機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 用國(guó)標(biāo)規(guī)定的簡(jiǎn)單符號(hào)和線條表示運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件 并按一定的比例表示運(yùn)動(dòng)副的位置 這種用來(lái)說(shuō)明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的圖形 稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 13 運(yùn)動(dòng)副與構(gòu)件的表示方法 2 運(yùn)動(dòng)副的表示方法 3 構(gòu)件的表示方法 轉(zhuǎn)動(dòng)副符號(hào)移動(dòng)副符號(hào)高副符號(hào) 1 構(gòu)件的種類1 固定件或機(jī)架 2 原動(dòng)件 3 從動(dòng)件 必須有一個(gè)機(jī)架 至少有一個(gè)原動(dòng)件 其余為活動(dòng)構(gòu)件 用途 分析現(xiàn)有機(jī)械 構(gòu)思設(shè)計(jì)新機(jī)械 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 其他零部件的表示方法可參看GB4460 84 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào) 26 繪制小型壓力機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 27 28 29 30 31 1 3平面機(jī)構(gòu)的自由度 自由度 可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)稱為構(gòu)件的自由度 設(shè)平面機(jī)構(gòu)共有N個(gè)構(gòu)件 低副和高副數(shù)目分別為PL和PH 如將機(jī)構(gòu)中某一構(gòu)件固定為機(jī)架 則機(jī)構(gòu)中的活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為n N 1 由于活動(dòng)構(gòu)件給機(jī)構(gòu)帶進(jìn)3n個(gè)自由度 而機(jī)構(gòu)中全部運(yùn)動(dòng)副所引入的約束總數(shù)為2PL PH 因此活動(dòng)構(gòu)件的自由度總數(shù)減去由運(yùn)動(dòng)副引入的約束總數(shù)就是該機(jī)構(gòu)的自由度 用F表示 即 1 3 1平面機(jī)構(gòu)自由度及其計(jì)算公式 32 1 3 2機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件 33 34 機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件 機(jī)構(gòu)的自由度等于原動(dòng)件個(gè)數(shù) 原動(dòng)件活塞 自由度為1 將直線運(yùn)動(dòng)變位往復(fù)擺動(dòng) 35 1 3 3計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng) 1 復(fù)合鉸鏈 兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一軸線上用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接起來(lái)形成復(fù)合鉸鏈 由K個(gè)構(gòu)件匯交成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當(dāng)包含 K 1 個(gè)回轉(zhuǎn)副 計(jì)算時(shí)不可漏算 計(jì)算自由度 A為復(fù)合鉸鏈 36 例 計(jì)算圖所示圓盤(pán)鋸主體機(jī)構(gòu)的自由度 解機(jī)構(gòu)中有7個(gè)活動(dòng)構(gòu)件 n 7 E B C D4處都是3個(gè)構(gòu)件匯交成的復(fù)合鉸鏈 各有二個(gè)回轉(zhuǎn)副 故PL 10 F與機(jī)構(gòu)原動(dòng)件個(gè)數(shù)相等 因此 當(dāng)原動(dòng)件8轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 圓盤(pán)中心E將確定地沿直線EE 移動(dòng) 37 2 局部自由度 機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的自由度僅與其自身的局部運(yùn)動(dòng)有關(guān) 并不影響其它構(gòu)件的運(yùn)動(dòng) 則稱該自由度為局部自由度 發(fā)生場(chǎng)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(gòu)件固結(jié)在一起 將二者視為一個(gè)構(gòu)件 38 3 虛約束 在特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下 某些運(yùn)動(dòng)副所引入的約束可能與其它運(yùn)動(dòng)副所起的限制作用一致 這種不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束為序約束 計(jì)算自由度時(shí)去掉 虛約束經(jīng)常出現(xiàn)場(chǎng)合 1 兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副 但其軸線相重合 為了改善構(gòu)件受力情況 39 兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí) 但其導(dǎo)路相互平行或重合 為了改善構(gòu)件受力情況 40 兩構(gòu)件組成多個(gè)平面高副 但接觸點(diǎn)之間的距離為常數(shù) 41 2 兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)間的距離在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持不變 42 3 聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合 43 4 機(jī)構(gòu)中對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分 44 計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度 復(fù)合鉸鏈 C點(diǎn) 局部自由度 滾在9與活塞4視為一體 虛約束 與 兩處移動(dòng)副 去掉一個(gè)虛約束 彈簧10不影響機(jī)構(gòu)自由度 去掉 45 得機(jī)構(gòu) 46 1 4機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析 1 4 1平面機(jī)構(gòu)的高副低代根據(jù)一定條件對(duì)機(jī)構(gòu)中的高副以低副代替 稱為高副低代 代替條件 代替前后機(jī)構(gòu)自由度不變 瞬時(shí)度和瞬時(shí)加速度不變 方法 一個(gè)構(gòu)件加兩個(gè)低幅 構(gòu)件 過(guò)接觸點(diǎn)法線 兩個(gè)低幅 即為接觸點(diǎn)圓弧曲率中心 高副接觸有三種 圓弧和圓弧接觸 點(diǎn)和圓弧接觸 線和圓弧接觸 47 1 圓弧和圓弧接觸 1 圓形曲線 圖示 兩構(gòu)件在c點(diǎn)構(gòu)成高副 機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 AO1 BO O1O長(zhǎng)度不變 用一桿O1O加兩副O(jiān)1和O代替了原高副C 48 2 非圓形曲線 由于曲線各處曲率中心的位置不同 故在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中隨著接觸點(diǎn)的改變 曲率中心OO1相對(duì)于構(gòu)件1 2的位置及OO1間的距離也會(huì)隨之改變 因此對(duì)于一般的高副機(jī)構(gòu) 在不同的位置有不同的瞬時(shí)替代機(jī)構(gòu) 實(shí)例 如果是一對(duì)齒輪 如何替代 49 2 點(diǎn)和圓弧接觸 50 2 直線和圓弧接觸 51 1 4 2機(jī)構(gòu)的組成原理 低副機(jī)構(gòu) 任何機(jī)構(gòu)中都包含原動(dòng)件 機(jī)架和從動(dòng)件系統(tǒng)三部分 而原動(dòng)件的個(gè)數(shù)與自由度相等 所以去掉原動(dòng)件 從動(dòng)件系統(tǒng)的自由度為零 桿組 從動(dòng)件系統(tǒng)可分解成若干個(gè)不可再分的自由度為零的構(gòu)件組合 稱為基本桿組 簡(jiǎn)稱桿組 分類 從動(dòng)件系統(tǒng)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(jí)別的基本桿組在實(shí)際機(jī)構(gòu)中很少遇到 52 常見(jiàn)二級(jí)桿組 53 常見(jiàn)多級(jí)桿組 最常見(jiàn)的是如左圖所示的三級(jí)桿組 其特征是具有一個(gè)三副構(gòu)件 而每個(gè)內(nèi)副所聯(lián)接的分支機(jī)構(gòu)是雙福機(jī)構(gòu) 54 機(jī)構(gòu)的組成原理 把若干個(gè)自由度為零的基本桿組依次聯(lián)接到原動(dòng)件和機(jī)架上 就可組成一個(gè)新的機(jī)構(gòu) 其自由度數(shù)與原動(dòng)件數(shù)目相等 設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)則 在