最新-第1章自由度-课件.ppt

1、第一章第一章 平面机构的自由度平面机构的自由度和速度分析和速度分析 平面机构：平面机构：所有构件都在相互平行的平面内运所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称动的机构称，否则称为，否则称为一、自由度和约束一、自由度和约束1 自由度：自由度：一种相对的独立运动一种相对的独立运动2 约束：约束：对运动的一种限制对运动的一种限制二、运动副二、运动副构件之间的相互联接构件之间的相互联接1 低副低副两构件通过两构件通过面面接触组成的运动副接触组成的运动副回转副回转副（或铰链）两构件只能相对转动（或铰链）两构件只能相对转动 移动副移动副 两构件只能沿某一轴线相对移动两构件只能沿某一轴线相对移动1-1 运动

2、副极其分类运动副极其分类移动副移动副回转副回转副平面低副提供平面低副提供2个约束个约束，保留保留1个自由度个自由度 2 高副高副 两构两构件通过点或线接件通过点或线接触组成的运动副触组成的运动副 空间运动副空间运动副 球面副球面副 螺旋螺旋副等副等Y-Z平面内有两个自由度，平面内有两个自由度，即平面高副提供即平面高副提供1个约束个约束球面低副球面低副球面高副球面高副螺螺 旋旋 副副 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 用简单的线条和符号来表示构件和运动用简单的线条和符号来表示构件和运动副，按比例尺寸画出机构中副，按比例尺寸画出机构中的简单图形的简单图形运动副的表示方法运动副的表示方法转动

3、副转动副移动副移动副机架机架abcd 构件的表示方法构件的表示方法构件的分类：构件的分类：（1）固定件（机架）固定件（机架）支承活动构件的构件支承活动构件的构件（2）原动件原动件输入构件输入构件 运动规律已知的活动构件运动规律已知的活动构件（3）从动件从动件 随原动件的运动而运动的构件。其中输随原动件的运动而运动的构件。其中输出机构预期运动规律的从动件为出机构预期运动规律的从动件为输出构输出构件件 绘制机构运动简图的步骤绘制机构运动简图的步骤 1）确定机构中的确定机构中的原动部分原动部分和和工作部分工作部分，然后，然后再把两者之间的传动搞清楚，从而找出组成机再把两者之间的传动搞清楚，从而找出组

4、成机构的构的所有构件所有构件并确定构件间的并确定构件间的运动副类型运动副类型。2）恰当地选择）恰当地选择投影面投影面。一般选择机构中与多。一般选择机构中与多数构件的运动平面相平行的面为投影面。数构件的运动平面相平行的面为投影面。3）选择适当的）选择适当的比例尺比例尺，绘制出机构的运动简，绘制出机构的运动简图。图。鄂式破碎机机构运动简图鄂式破碎机机构运动简图牛头刨床的机构运动简图牛头刨床的机构运动简图 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度一、平面机构自由度的计算公式一、平面机构自由度的计算公式 一个不受任何约束的构件在平面运动中有三个自一个不受任何约束的构件在平面运动中有三个自由度具有由度具

5、有n个个活动构件活动构件的平面机构，若各构件之间共的平面机构，若各构件之间共构成构成PL个低副和个低副和PH个高副，则它们共引了个高副，则它们共引了(2PL+PH)个个约束，机构的自由度约束，机构的自由度F显然为显然为:F=3n-(2PL+PH)(2-1)这就是平面机构自由度的计算公式，也称这就是平面机构自由度的计算公式，也称为平面机构结构公式。为平面机构结构公式。二、机构具有确定运动的条件二、机构具有确定运动的条件机构的自由度数目和机构原动件的数目与机构的运动有机构的自由度数目和机构原动件的数目与机构的运动有着密切的关系：着密切的关系：1)若机构自由度若机构自由度，则机构，则机构不能动不能动

6、；2)若若且与原动件数相等且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运，则机构各构件间的相对运动是动是确定的确定的；这就是机构具有确定运动的条件。；这就是机构具有确定运动的条件。3)若若0，而原动件数，而原动件数，而原动件数，而原动件数F，则构件间，则构件间不能运动或产生不能运动或产生 破坏破坏图图 2 26 6【例】求颚式碎矿机机构自由度。解：解：由机构运动简图可以看出，该机构共有3个运动构件（即构件2、3、4），4个低副（即转动副O、A、B、C），没有高副。故根据机构自由度计算公式可以求得机构的自由度为：10423323hlppnF推土机机构推土机机构F=3*5-2*7=1锯床机构锯床机构F=

7、3n-2PL-PH3*7-2*6=9？3*7-2*10=1错误错误计算平面机构自由度计算平面机构自由度复合铰链复合铰链 由由两个以上两个以上构件在构件在同一处同一处构成的重合构成的重合转动副称为复合铰链。由转动副称为复合铰链。由m个构件个构件汇集而成的复合汇集而成的复合铰链应当包含（铰链应当包含（m-1）个转动副。）个转动副。F=3n-2PL-PH=3*3-2*(2+1)-1=2F=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=1错误错误 正确正确2 局部自由度局部自由度 与与输出机构运动无关输出机构运动无关的自由度称为局部自的自由度称为局部自由度。在计算机构自由度。在计算机构自由度时，局部自由度由

8、度时，局部自由度应当应当排除排除不计。不计。优点：局部自由度虽不影响整个机构的运动，优点：局部自由度虽不影响整个机构的运动，但滚子可使高副处的滑动摩擦变成滚动摩擦，但滚子可使高副处的滑动摩擦变成滚动摩擦，减少磨损减少磨损。3 虚约束虚约束 对机构运动对机构运动不起独立不起独立限制限制作用的约束称为作用的约束称为虚约束。虚约束。优点：虚约束虽对运优点：虚约束虽对运动不起作用，但可动不起作用，但可增增加构件的刚性加构件的刚性或使或使构构件受力均衡件受力均衡。注意：需要较高制造注意：需要较高制造精度精度常见的虚约束有以下几种情况常见的虚约束有以下几种情况 1)当两构件组成多个当两构件组成多个移动移动

9、副副，且其，且其导路互相平行或导路互相平行或重合重合时，则只有一个移动时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是副起约束作用，其余都是虚约束虚约束.2)当两构件构成多个当两构件构成多个转动转动副副，且，且轴线互相重合轴线互相重合时，时，则只有一个转动副起作用，则只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。其余转动副都是虚约束。3)如果机构中如果机构中两活动构两活动构件上某两点的距离始终件上某两点的距离始终保持不变保持不变，此时若用具，此时若用具有两个转动副的附加构有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则件来连接这两个点，则将会引入一个虚约束。将会引入一个虚约束。4)机构中对运动起重复机构中对运动

10、起重复限制作用的限制作用的对称部分对称部分也也往往会引入虚约束。如往往会引入虚约束。如图所示的行星轮系具有图所示的行星轮系具有两个虚约束两个虚约束计算自由度计算自由度AEDEOFCGBF=3n-2PL-PH=3*7-2*9-1=2C：复合铰链：复合铰链 E：虚约束：虚约束 滚子为局部自由度滚子为局部自由度 ABCDFEEGHF=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1C:复合铰链复合铰链E：虚约束：虚约束滚子为局部滚子为局部自由度自由度唧筒机构唧筒机构回转柱塞泵回转柱塞泵43123412缝纫机下针机构缝纫机下针机构偏心轮模型偏心轮模型冲压机构冲压机构12345678910F=3n-2PL-P

11、H=3*9-2*12-2=1锯木机机构锯木机机构F=3*8-2*11-1=1平炉渣口堵塞机构平炉渣口堵塞机构F=3*6-2*8-1=1测量仪表机构测量仪表机构F=3*6-2*8-1=1缝纫机送布机构缝纫机送布机构F=3*4-2*4-2=21-4 速度瞬心及其应用 1、速度瞬心的概念;2、速度瞬心数目;3、速度瞬心的位置;(直接构成运动副，间接构成运动副：三心定理)4.应用 速度瞬心及其应用 1、速度瞬心的概念：两个刚体上相对速度为零的重合点。如果两刚体之一是静止的，其瞬心为绝对速度瞬心。如果两刚体都是运动的，其瞬心为相对速度瞬心。2、速度瞬心数目：如果一个机构由k个构件所组成，则它的瞬心总数为：N=k(k-1)/2 速度瞬心及其应用3、速度瞬心的位置：直接构成运动副 间接构成运动副三心定理三心定理：作平面运动的三个构件间共有三个瞬心，它们位于同一直线上。两构件通过转动副直接相连两构件通过移动副直接相连两构件通过高副直接相连速度瞬心及其应用小结：常用在构件较少的机构中，不适用多杆机构 找瞬心时可根据实际情况找所用的瞬心 只适用于速度分析，不适用加速度分析 只适用一个或几个位置的求解，不适于多位置或一个周期内的速度、加速度分析xyzxyA返回返回空间自由度数为空间自由度数为6平面自由度数为平面自由度数为3