《機(jī)構(gòu)自由度計算》課件

機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)課程電子教案機(jī)械與電子工程學(xué)院閆鋒欣西北農(nóng)林科技大學(xué)1編輯ppt機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)課程電子教案機(jī)械與電子工程學(xué)院西北農(nóng)林科技大學(xué)1編第1章機(jī)構(gòu)的組成及平面連桿機(jī)構(gòu)1.零件－螺釘、軸2.構(gòu)件－剛性組合3.機(jī)構(gòu)－確定的運(yùn)動一.基本定義1.1平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度4.自由度2編輯ppt第1章機(jī)構(gòu)的組成及平面連桿機(jī)構(gòu)1.零件－螺釘、軸2.構(gòu)件－第2章平面連桿機(jī)構(gòu)2-1

平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度2-2

平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型2-3

平面四桿機(jī)構(gòu)的特點及設(shè)計基本要求:掌握基本概念熟練掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制熟練掌握機(jī)構(gòu)自由度的計算方法掌握平面連桿機(jī)構(gòu)的類型、特點、演化方法掌握平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性3編輯ppt第2章平面連桿機(jī)構(gòu)2-1平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度基本要2-1平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度一、構(gòu)件二、運(yùn)動副三、機(jī)構(gòu)四、平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖五、平面機(jī)構(gòu)的自由度4編輯ppt2-1平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度一、構(gòu)件4編輯ppt一、構(gòu)件構(gòu)件：獨立影響機(jī)構(gòu)功能并能獨立運(yùn)動的單元體（實物、剛體、運(yùn)動的整體）機(jī)架、原動構(gòu)件、從動構(gòu)件零件：單獨加工的制造單元體通用零件、專用零件構(gòu)件可以由一個零件組成也可以由幾個零件組成原動件1234從動件機(jī)架5編輯ppt一、構(gòu)件構(gòu)件：獨立影響機(jī)構(gòu)功能并能獨立運(yùn)動的單元體構(gòu)件可以由與動力源組合機(jī)器的組成(從運(yùn)動觀點看)由構(gòu)件組成(從制造觀點看)由零件組成機(jī)械機(jī)器機(jī)構(gòu)構(gòu)件零件通用零件專用零件原動構(gòu)件從動構(gòu)件機(jī)架零件構(gòu)件機(jī)構(gòu)機(jī)器靜聯(lián)接動聯(lián)接(運(yùn)動副)6編輯ppt與動力機(jī)器的組成(從運(yùn)動觀點看)由構(gòu)件組成機(jī)械機(jī)器機(jī)構(gòu)構(gòu)件零xyo二、運(yùn)動副運(yùn)動副:

兩構(gòu)件直接接觸而形成的可動聯(lián)接運(yùn)動副元素：構(gòu)成運(yùn)動副時直接接觸的點、線、面部分接觸形式:

點、線、面7編輯pptxyo二、運(yùn)動副運(yùn)動副:兩構(gòu)件直接接觸而形成的可動聯(lián)接7編運(yùn)動副分類按接觸形式分類按相對運(yùn)動分類8編輯ppt運(yùn)動副分類按接觸形式分類8編輯ppt按接觸形式分類：接觸形式:

點、線、面低副：面接觸高副：點、線接觸平面低副空間低副xyo高副高副空間低副平面低副平面低副9編輯ppt按接觸形式分類：接觸形式:點、線、面平面低副xyo高副高副按相對運(yùn)動分類：運(yùn)動副的性質(zhì)（即運(yùn)動副引入的約束）確定了兩構(gòu)件的相對運(yùn)動按相對運(yùn)動分類：轉(zhuǎn)動副：相對轉(zhuǎn)動——回轉(zhuǎn)副、鉸鏈移動副：相對移動

螺旋副：螺旋運(yùn)動球面副：球面運(yùn)動

10編輯ppt按相對運(yùn)動分類：運(yùn)動副的性質(zhì)（即運(yùn)動副引入的約束）確定了兩構(gòu)運(yùn)動副類型小結(jié)平面低副:轉(zhuǎn)動副、移動副（面接觸）平面高副:齒輪副、凸輪副（點、線接觸）空間低副:螺旋副、球面副、圓柱副（面接觸）空間高副:球和圓柱與平面、球與圓柱副(點、線接觸)運(yùn)動副特性:運(yùn)動副一經(jīng)形成,組成它的兩個構(gòu)件間的可能的相對運(yùn)動就確定。而且這種可能的相對運(yùn)動,只與運(yùn)動副類型有關(guān),而與運(yùn)動副的具體結(jié)構(gòu)無關(guān)。工程上常用一些規(guī)定的符號代表運(yùn)動副11編輯ppt運(yùn)動副類型小結(jié)平面低副:轉(zhuǎn)動副、移動副（面接觸）平面副低副：轉(zhuǎn)動副、移動副(面接觸)高副：齒輪副、凸輪副(點、線接觸)xyoxyottnnnt12編輯ppt平面副低副：轉(zhuǎn)動副、移動副(面接觸)高副：齒輪副、凸輪副(點空間副高副：點、線接觸球面副螺旋副了解13編輯ppt空間副高副：點、線接觸球面副螺旋副了解13編輯ppt機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件通過運(yùn)動副連接而成的原動件：按給定運(yùn)動規(guī)律獨立運(yùn)動的構(gòu)件從動件：其余的活動構(gòu)件機(jī)架：固定不動的構(gòu)件原動件1234從動件機(jī)架閉鏈開鏈機(jī)構(gòu)三、機(jī)構(gòu)14編輯ppt機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件通過運(yùn)動副連接而成的原動件1234從動件機(jī)架閉鏈1概述2構(gòu)件的表示方法3運(yùn)動副的表示方法4運(yùn)動簡圖的繪制方法5例題四、平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖15編輯ppt1概述四、平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖15編輯ppt1概述機(jī)構(gòu)各部分的運(yùn)動，取決于：原動件的運(yùn)動規(guī)律、各運(yùn)動副的類型、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸(確定各運(yùn)動副相對位置的尺寸)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖:（表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動特征的一種工程用圖）用簡單線條表示構(gòu)件規(guī)定符號代表運(yùn)動副按比例定出運(yùn)動副的相對位置與原機(jī)械具有完全相同的運(yùn)動特性比較：機(jī)構(gòu)示意圖：沒嚴(yán)格按照比例繪制的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖用途：分析現(xiàn)有機(jī)械，構(gòu)思設(shè)計新機(jī)械16編輯ppt1概述機(jī)構(gòu)各部分的運(yùn)動，取決于：16編輯ppt2構(gòu)件的表示方法桿、軸類構(gòu)件機(jī)架同一構(gòu)件兩副構(gòu)件三副構(gòu)件17編輯ppt2構(gòu)件的表示方法桿、軸類構(gòu)件17編輯ppt3運(yùn)動副的表示方法轉(zhuǎn)動副移動副高副（齒輪副、凸輪副）２18編輯ppt3運(yùn)動副的表示方法轉(zhuǎn)動副２18編輯ppt4運(yùn)動簡圖的繪制方法步驟：確定構(gòu)件數(shù)目及原動件、輸出構(gòu)件各構(gòu)件間構(gòu)成何種運(yùn)動副？（注意微動部分）選定比例尺、投影面，確定原動件某一位置，按規(guī)定符號繪制運(yùn)動簡圖標(biāo)明機(jī)架、原動件和作圖比例尺繪制路線：原動件

中間傳動件

輸出構(gòu)件觀察重點：各構(gòu)件間構(gòu)成的運(yùn)動副類型良好習(xí)慣：各種運(yùn)動副和構(gòu)件用規(guī)定符號表達(dá)誤區(qū)：構(gòu)件外形19編輯ppt4運(yùn)動簡圖的繪制方法步驟：19編輯ppt5例題：內(nèi)燃機(jī)20編輯ppt5例題：內(nèi)燃機(jī)20編輯pptABCEFDG例題：破碎機(jī)21編輯pptABCEFDG例題：破碎機(jī)21編輯ppt1234ABC141223A14B12C23432414例題：22編輯ppt1234ABC141223A14B12C23432414例題1平面機(jī)構(gòu)自由度的計算2機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件3幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理復(fù)合鉸鏈局部自由度虛約束4小結(jié)五、平面機(jī)構(gòu)的自由度23編輯ppt1平面機(jī)構(gòu)自由度的計算五、平面機(jī)構(gòu)的自由度23編輯ppt1平面機(jī)構(gòu)自由度的計算(1)平面運(yùn)動構(gòu)件的自由度(構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立運(yùn)動)(2)平面運(yùn)動副引入的約束R(對獨立的運(yùn)動所加的限制)xyＯ21

與其它構(gòu)件未連之前：3用運(yùn)動副與其它構(gòu)件連接后,運(yùn)動副引入約束,原自由度減少xyoxyottnnR=2R=2R=1結(jié)論：平面低副引入2個約束平面高副引入1個約束24編輯ppt1平面機(jī)構(gòu)自由度的計算(1)平面運(yùn)動構(gòu)件的自由度(2)(3)平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式如果：活動構(gòu)件數(shù)：n

低副數(shù)：pl

高副數(shù)：phxyＯ21未連接前總自由度：3n連接后引入的總約束數(shù)：2pl+phF=3n-(2pl+ph)機(jī)構(gòu)自由度F：F=3n-2pl-ph25編輯ppt(3)平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式如果：活動構(gòu)件數(shù)：nxyＯ21機(jī)構(gòu)自由度舉例：1234F=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

112345F=3n－2pl－ph

=3

－2

－450=

2F=3n－2pl－ph

=3

－2

－221=1BCAF=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

1F=3n－2pl－ph

=3

－2

－451=

126編輯ppt機(jī)構(gòu)自由度舉例：1234F=3n－2pl－ph340=F=3n－2pl－ph

=3

4－2

5－0=2

F=3n－2pl－ph

=3

3－2

5－0=-1

F=3n－2pl－ph

=3

2－2

3－0=0

2機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件F=0,剛性桁架，構(gòu)件之間無相對運(yùn)動原動件數(shù)小于F,各構(gòu)件無確定的相對運(yùn)動原動件數(shù)大于F,在機(jī)構(gòu)的薄弱處遭到破壞結(jié)論：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：1機(jī)構(gòu)自由度>02原動件數(shù)＝機(jī)構(gòu)自由度數(shù)BCABCADEAEBCD27編輯pptF=3n－2pl－phF=3n－2pl－phF=3m個構(gòu)件(m>2)在同一處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副m-1個低副(1)復(fù)合鉸鏈412356F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－560＝

3F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－570＝

1412356②錯對—計算在內(nèi)5232351m個構(gòu)件,m-1個鉸鏈3幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理28編輯pptm個構(gòu)件(m>2)在同一處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副(1)復(fù)合鉸鏈4123F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－331＝

2F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－221＝

1錯對—排除(2)局部自由度定義：機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的獨立的局部運(yùn)動,不影響機(jī)構(gòu)輸出運(yùn)動的自由度局部自由度經(jīng)常發(fā)生的場合：滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦?xí)r添加的滾子、軸承中的滾珠解決的方法：計算機(jī)構(gòu)自由度時，設(shè)想將滾子與安裝滾子的構(gòu)件固結(jié)在一起，視作一個構(gòu)件動畫29編輯pptF＝3n－2pl－ph331＝2F＝3n－2pl－ph不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動傳遞的重復(fù)約束在特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運(yùn)動副所引入的約束可能與其它運(yùn)動副所起的限制作用一致，這種不起獨立限制作用的運(yùn)動副叫虛約束虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合處理方法：計算自由度時，將虛約束（或虛約束構(gòu)件及其所帶入的運(yùn)動副）去掉結(jié)論F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－123F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－231＝-1錯221＝1對—排除之一為虛約束(3)虛約束30編輯ppt不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動傳遞的重復(fù)約束F＝3n－2PL－PH123F虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合A兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運(yùn)動副時B兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運(yùn)動過程中始終保持不變時C聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合時D機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動不起作用的對稱部分31編輯ppt虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合A兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運(yùn)動副時31編輯pA兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運(yùn)動副時兩構(gòu)件組合成多個轉(zhuǎn)動副，且其軸線重合兩構(gòu)件組合成多個移動副，其導(dǎo)路平行或重合兩構(gòu)件組合成若干個高副，但接觸點之間的距離為常數(shù)123123目的：為了改善構(gòu)件的受力情況F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－221＝1動畫32編輯pptA兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運(yùn)動副時兩構(gòu)件組合成多個轉(zhuǎn)動副，且其軸B兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運(yùn)動中保持不變時在這兩個例子中，加與不加紅色構(gòu)件AB效果完全一樣，為虛約束計算時應(yīng)將構(gòu)件AB及其引入的約束去掉來計算412351234F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－460＝

0BA錯對＝

1F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝133編輯pptB兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運(yùn)動中保持不變時在這兩個例子中，C兩構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合在該機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件2上的C點C2與構(gòu)件3上的C點C3軌跡重合，為虛約束計算時應(yīng)將構(gòu)件3及其引入的約束去掉來計算同理，也可將構(gòu)件4當(dāng)作虛約束，將構(gòu)件4及其引入的約束去掉來計算，效果完全一樣BAC(C2,C3)D1234F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝1動畫34編輯pptC兩構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合在該機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件2上的C點C2與D機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動不起作用的對稱部分在該機(jī)構(gòu)中，齒輪3是齒輪2的對稱部分，為虛約束計算時應(yīng)將齒輪3及其引入的約束去掉來計算同理，將齒輪2當(dāng)作虛約束去掉，完全一樣目的：為了改善構(gòu)件的受力情況F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－332＝112345動畫35編輯pptD機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動不起作用的對稱部分在該機(jī)構(gòu)中，齒輪3是齒輪2虛約束——結(jié)論機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)的，如果這些幾何條件不滿足，則虛約束將變成有效約束，而使機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動采用虛約束是為了:改善構(gòu)件的受力情況；傳遞較大功率；或滿足某種特殊需要在設(shè)計機(jī)械時，若為了某種需要而必須使用虛約束時，則必須嚴(yán)格保證設(shè)計、加工、裝配的精度，以滿足虛約束所需要的幾何條件12336編輯ppt虛約束——結(jié)論機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)的，如4自由度計算小結(jié)自由度計算公式:F＝3n－2pl－ph機(jī)構(gòu)自由度＝3×活動構(gòu)件數(shù)－(2×低副數(shù)+1×高副數(shù))計算步驟:確定活動構(gòu)件數(shù)目確定運(yùn)動副種類和數(shù)目確定特殊結(jié)構(gòu):局部自由度、虛約束、復(fù)合鉸鏈計算、驗證自由度幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理:1、復(fù)合鉸鏈—計算在內(nèi)2、局部自由度—排除3、虛約束--重復(fù)約束—排除37編輯ppt4自由度計算小結(jié)自由度計算公式:37編輯ppt二.運(yùn)動副及其分類回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副簡圖回轉(zhuǎn)副移動副1.低副(面接觸)低副高副38編輯ppt二.運(yùn)動副及其分類回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副簡圖回轉(zhuǎn)副移動副1.低副(面移動副移動副簡圖39編輯ppt移動副移動副簡圖39編輯ppt2.高副（點、線接觸）三.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖40編輯ppt2.高副（點、線接觸）三.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖40編輯ppt活塞泵機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡圖例題1－1：繪制如圖所示活塞泵機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)簡圖。已知活塞泵由曲柄1、連桿2、齒扇3、齒條活塞4和機(jī)架5共五個構(gòu)件