自由度的詳解和計算PPT課件

1、2021/3/91第一章第一章 機構(gòu)的組成及其自由度的計算機構(gòu)的組成及其自由度的計算1.1 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成1.2 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖1.3 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件1.4 平面機構(gòu)自由度的計算平面機構(gòu)自由度的計算1.5 平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析2021/3/92本章的主要內(nèi)容1、主要內(nèi)容、主要內(nèi)容 機構(gòu)的組成及其具有確定運動的條件機構(gòu)的組成及其具有確定運動的條件 機構(gòu)運動簡圖及其繪制機構(gòu)運動簡圖及其繪制 機構(gòu)的組成原理和機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類機構(gòu)的組成原理和機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類2、重點、重點 機構(gòu)機構(gòu)具有確定運動的條件和平面機構(gòu)自由度的具有確定

2、運動的條件和平面機構(gòu)自由度的計算計算 機構(gòu)的組成分析和機構(gòu)的級別判別。機構(gòu)的組成分析和機構(gòu)的級別判別。3、難點、難點 虛約束的判別虛約束的判別2021/3/931.1 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成 1. 1.構(gòu)件構(gòu)件 2.2.運動副運動副 3.3.運動鏈運動鏈 4.4.機構(gòu)機構(gòu)2021/3/94構(gòu)構(gòu) 件件機構(gòu)是怎樣組成的？機構(gòu)是怎樣組成的？ 連接：連接：運動副運動副 運動單元：運動單元：構(gòu)件構(gòu)件 運動單元運動單元+ +連接連接 運動鏈運動鏈 運動鏈運動鏈+ +機架機架 機構(gòu)機構(gòu)2021/3/95 運動副運動副: :兩個構(gòu)件直接接觸并產(chǎn)生兩個構(gòu)件直接接觸并產(chǎn)生某些相對運動的某些相對運動的可動聯(lián)接可動聯(lián)接

3、 兩個構(gòu)件上參加接觸的兩個構(gòu)件上參加接觸的運動副表面運動副表面 稱稱運動副運動副元素元素，運動副的元素是，運動副的元素是點、點、線、面。線、面。2021/3/96 運動副運動副分類：分類： 空間和平面運動副空間和平面運動副平面運動副平面運動副空間運動副空間運動副2021/3/97 平面平面運動副運動副：兩構(gòu)件相對運動為平面運：兩構(gòu)件相對運動為平面運動的運動副動的運動副低副：面接觸的運動副（回轉(zhuǎn)副、移動副）低副：面接觸的運動副（回轉(zhuǎn)副、移動副）2021/3/98高副高副: : 點、線接觸的運動副點、線接觸的運動副2021/3/99 平面平面運動副運動副符號：符號：2021/3/910空間運動副的

4、符號空間運動副的符號2021/3/911 3. 3.運動鏈運動鏈運動鏈：運動鏈：構(gòu)件通過運動副聯(lián)接而成的相對可動的系統(tǒng)。構(gòu)件通過運動副聯(lián)接而成的相對可動的系統(tǒng)。2021/3/912 運動鏈成為機構(gòu)的條件：將運動鏈的一個構(gòu)件固定，運動鏈成為機構(gòu)的條件：將運動鏈的一個構(gòu)件固定，當它的一個或幾個構(gòu)件作獨立運動時，其余構(gòu)件隨之作當它的一個或幾個構(gòu)件作獨立運動時，其余構(gòu)件隨之作確定的運動，這種運動鏈便成為機構(gòu)。確定的運動，這種運動鏈便成為機構(gòu)。 顯然，不能運動或無規(guī)則亂動的運動鏈都不能成為顯然，不能運動或無規(guī)則亂動的運動鏈都不能成為機構(gòu)。機構(gòu)。 為使運動鏈獲得確定的相對運動，構(gòu)件的總數(shù)、運動為使運動鏈獲

5、得確定的相對運動，構(gòu)件的總數(shù)、運動副類型和數(shù)量以及獨立運動數(shù)目必須符合一定的關(guān)系，副類型和數(shù)量以及獨立運動數(shù)目必須符合一定的關(guān)系，將在自由度計算中加以論述。將在自由度計算中加以論述。2021/3/9131.2 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖 在對現(xiàn)有機械進行分析或設(shè)計新機器時，都需在對現(xiàn)有機械進行分析或設(shè)計新機器時，都需要繪出其機構(gòu)運動簡圖。要繪出其機構(gòu)運動簡圖。1. 1. 機構(gòu)運動簡圖的定義機構(gòu)運動簡圖的定義 機構(gòu)運動簡圖 根據(jù)機構(gòu)的運動尺寸，按一定的根據(jù)機構(gòu)的運動尺寸，按一定的比例尺定出各運動副的位置，比例尺定出各運動副的位置， 采用運動副及常采用運動副及常用機構(gòu)運動簡圖符號和構(gòu)件的表示方法，將

6、機構(gòu)用機構(gòu)運動簡圖符號和構(gòu)件的表示方法，將機構(gòu)運動傳遞情況表示出來的簡化圖形。運動傳遞情況表示出來的簡化圖形。 機構(gòu)示意圖 按比例繪出不嚴格的，只表示機械按比例繪出不嚴格的，只表示機械結(jié)構(gòu)狀況的簡圖。結(jié)構(gòu)狀況的簡圖。2021/3/9142.2.機構(gòu)運動簡圖的繪制機構(gòu)運動簡圖的繪制 繪制方法及步驟：繪制方法及步驟： （1 1）搞清機械的構(gòu)造及運動情況，沿著運動傳遞路線，）搞清機械的構(gòu)造及運動情況，沿著運動傳遞路線，查明組成機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目、運動副的類別及其位置；查明組成機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目、運動副的類別及其位置； （2 2）選定視圖平面；）選定視圖平面； （3 3）選適當比例尺，作出各運動副的相對位置，

7、再畫）選適當比例尺，作出各運動副的相對位置，再畫出各運動副和機構(gòu)的符號，最后用簡單線條連接即得出各運動副和機構(gòu)的符號，最后用簡單線條連接即得機構(gòu)運動簡圖。機構(gòu)運動簡圖。2021/3/915 舉例舉例 1 小型壓力機小型壓力機2021/3/91613478 9101118ABCD,舉例舉例 2 內(nèi)燃機內(nèi)燃機2021/3/9171.3 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件構(gòu)件自由度構(gòu)件自由度 : 構(gòu)件具有獨立運動參數(shù)的數(shù)目構(gòu)件具有獨立運動參數(shù)的數(shù)目 機構(gòu)自由度機構(gòu)自由度 : 機構(gòu)具有獨立運動參數(shù)的數(shù)目機構(gòu)具有獨立運動參數(shù)的數(shù)目2021/3/918一個構(gòu)件的平面運動有一個構(gòu)件的平面運動有三個

8、三個自由度自由度 無約束無約束2021/3/919平面運動副的約束平面運動副的約束 2021/3/920平面運動副的約束平面運動副的約束高副約束高副約束1個自由度個自由度2021/3/9211.4 平面機構(gòu)的自由度計算公式平面機構(gòu)的自由度計算公式n個活動個活動構(gòu)件（不包括機架）構(gòu)件（不包括機架）, pl個個低低副副, ph個個高副，則高副，則自由度計算公式自由度計算公式: F=3n-(2pl+ph)2021/3/922 舉例 312341234513478 9101118ABCD,2021/3/923機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件 原動件數(shù) = 機構(gòu)的自由度2021/3/924

9、計算平面機構(gòu)自由度時的注意事項計算平面機構(gòu)自由度時的注意事項 復(fù)合鉸鏈：兩個以上構(gòu)件通過回轉(zhuǎn)副兩個以上構(gòu)件通過回轉(zhuǎn)副并聯(lián)在一起并聯(lián)在一起 局部自由度：機構(gòu)中某構(gòu)件所產(chǎn)生的機構(gòu)中某構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運動并不影響整個機構(gòu)中其它構(gòu)件的局部運動并不影響整個機構(gòu)中其它構(gòu)件的運動運動 虛約束：機構(gòu)中某些運動副或某些運動機構(gòu)中某些運動副或某些運動副與構(gòu)件的組合所形成的約束與其它約束副與構(gòu)件的組合所形成的約束與其它約束重復(fù)而不再起作用重復(fù)而不再起作用2021/3/9253 06253 23hlppnF2 13233 23hlppnF0 06243 23hlppnF舉例舉例 42021/3/926 虛約束注意事項

10、虛約束注意事項 兩構(gòu)件連接前后軌跡重合點 兩構(gòu)件某兩點間的距離始終不變 兩構(gòu)件組成多個移動副 兩構(gòu)件組成多個轉(zhuǎn)動副 不影響機構(gòu)運動的重復(fù)部分2021/3/9271.5 平面機構(gòu)的組成原理平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)分析 組成原理 結(jié)構(gòu)分類 結(jié)構(gòu)分析2021/3/928基本桿組：基本桿組：（低副） 構(gòu)件組去掉機架和原動件后剩下的構(gòu)件組去掉機架和原動件后剩下的F=0的最小運動鏈。的最小運動鏈。F=3n-2pl =0 級別級別 ： n 2 4 pl 3 62021/3/929結(jié)構(gòu)分類：桿組為幾級？什么形式？結(jié)構(gòu)分類：桿組為幾級？什么形式？例如例如級組：二桿三副組級組：二桿三副組外接副：與桿組以

11、外的構(gòu)件相連的運動副外接副：與桿組以外的構(gòu)件相連的運動副內(nèi)接副：與桿組內(nèi)部的構(gòu)件相連的運動副內(nèi)接副：與桿組內(nèi)部的構(gòu)件相連的運動副2021/3/930例如例如級組：三桿六副組級組：三桿六副組 特點：其中一個構(gòu)件上有三個內(nèi)接副特點：其中一個構(gòu)件上有三個內(nèi)接副2021/3/931 舉例 52021/3/932 結(jié)構(gòu)分析：結(jié)構(gòu)分析： 從遠離原動件的構(gòu)件開始從遠離原動件的構(gòu)件開始，盡可，盡可能拆成能拆成最低的桿組最低的桿組，每拆完一個桿，每拆完一個桿組，保證組，保證剩下的桿組自由度為零剩下的桿組自由度為零。對剩下的桿組再拆時，仍從最遠端對剩下的桿組再拆時，仍從最遠端開始拆，每拆一次桿組，開始拆，每拆一次

12、桿組，均從最低均從最低級的桿組開始，無法拆時，再試拆級的桿組開始，無法拆時，再試拆高一級的桿組。高一級的桿組。 所拆桿組中，所拆桿組中，級別最高的桿組為級別最高的桿組為該機構(gòu)的桿組級別該機構(gòu)的桿組級別2021/3/933 顎式破碎機顎式破碎機 機構(gòu)簡圖及桿組拆法機構(gòu)簡圖及桿組拆法組成原理：原動件組成原理：原動件+ +機架機架+ +桿組（桿組（F=0)F=0)2021/3/934平面機構(gòu)中的高副低代平面機構(gòu)中的高副低代高副低代的原則： 代替前后機構(gòu)的自由度完全相同 代替前后機構(gòu)的瞬時速度和瞬時加速度完全相同2021/3/935高副低代的方法：高副低代的方法：二高副元素在接觸點處的曲率中心用二高副元素在接觸