機械設(shè)計基礎(chǔ)01第1章-新改 (課件)

1、第一章 平面機構(gòu)自由度和速度分析11 運動副及其分類12 平面機構(gòu)運動簡圖13 平面機構(gòu)的自由度14 速度瞬心及其在機構(gòu)速度分析上的應(yīng)用本章教學(xué)內(nèi)容第一章 平面機構(gòu)自由度和速度分析了解機構(gòu)的組成，搞清運動副、自由度等概念；能繪制常用機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖；能計算平面機構(gòu)的自由度；能熟練計算平面機構(gòu)的全部速度瞬心及在速分析上的應(yīng)用本章教學(xué)目的11 運動副及其分類自由度：相對于參考系構(gòu)件所具有的獨立運動運動副 (Kinematic pair)：兩個構(gòu)件直接接觸組成可動的聯(lián)接。兩個構(gòu)件在用運動副聯(lián)結(jié)前有六個獨立的相對運動。xzy構(gòu)件1O構(gòu)件2運動副元素直接接觸的部分（點、線、面）例如：滾動軸承、活塞與缸

2、套、齒輪齒廓等?；剞D(zhuǎn)副移動副高副運動副分類按運動副接觸形式分 低副：兩構(gòu)件通過面接觸而構(gòu)成的運動副統(tǒng)稱為低 副;其特點為：應(yīng)力低 (lower pair)，耐磨損根據(jù)它們的相對運動形式又分為： 回轉(zhuǎn)副：若組成運動副的兩構(gòu)件只能在一個平面相對轉(zhuǎn)動 移動副：若組成運動副的兩個構(gòu)件只能沿某一軸線相對移動 高副：凡兩構(gòu)件系通過點或線接觸而構(gòu)成的運動副統(tǒng)稱為高 副;其特點為：應(yīng)力高 (higher pair)，易磨損12 機構(gòu)運動簡圖一、定義1.機構(gòu)運動簡圖：在研究機構(gòu)運動時，為了使問題簡化，有必要撇開那些與運動無關(guān)的構(gòu)件外形和運動副具體構(gòu)造，僅用簡單線條和符號代表構(gòu)件和運動副，并按比例定出各運動副的位

3、置,這種說明機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡化圖形。2.作用：（1）表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動情況； （2）作為運動分析和動力分析的依據(jù)。3.機構(gòu)的示意圖：只為了表明機構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況, 不要求嚴(yán)格 地按比例而繪制的簡圖二、常用運動副和構(gòu)件的表示方法常用運動副的符號 一般構(gòu)件的表示方法一般構(gòu)件的表示方法注意事項:畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外形，而只考慮運動副的性質(zhì)。機構(gòu)中構(gòu)件的分類： 固定件（機架）：用來支承活動構(gòu)件的構(gòu)件原動件（輸入構(gòu)件）：運動規(guī)律已知的活動構(gòu)件從動件（輸出構(gòu)件）：隨原動件運動而運動的其余活動構(gòu)件舉例：繪制破碎機的機構(gòu)運動簡圖。例1-1：繪制鄂式破碎機的機構(gòu)運動簡圖。分析：該機構(gòu)有6個構(gòu)件和7

4、個轉(zhuǎn)動副。例1-2：繪制活塞泵的機構(gòu)運動簡圖解：活塞泵由曲柄1、連桿2、齒扇3、齒條活塞4和機架5 等五個構(gòu)件組成。曲柄1是原動件2、3、4是從動件。 當(dāng)原動件1回轉(zhuǎn)時，活塞在汽缸中往復(fù)運動。 各構(gòu)件之間的連接：構(gòu)件1和5，2和1，3和2，3和5之 間為轉(zhuǎn)動，分別構(gòu)成A,B,C,D轉(zhuǎn)動副。構(gòu)件3的輪齒與 構(gòu)件4的齒構(gòu)成平面高副E。構(gòu)件4與5之間為相對移 動，構(gòu)成移動副。小結(jié)：分析機構(gòu)的組成及運動情況，確定機構(gòu)中的機架、原動件、從動件，以確定運動副的數(shù)目。循著運動傳遞的路線，逐一分析每兩個構(gòu)件間相對運動的性質(zhì)，確定運動副的類型和數(shù)目;恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面：一般選擇與機械的多數(shù)構(gòu)件的運動平面相平行的平

5、面作為投影面。選擇適當(dāng)?shù)谋壤? 定出各運動副之間的相對位置，用規(guī)定的簡單線條和各種運動副符號, 將機構(gòu)運動簡圖畫出來。13 平面機構(gòu)自由度平面機構(gòu)自由度的計算公式 分析：平面自由構(gòu)件：3個自由度；平面低副：引入2個約束；平面高副：引入1個約束 假設(shè)平面機構(gòu)有K構(gòu)件，除去固定構(gòu)件， 則活動構(gòu)件數(shù)為n=K-1： 3n個自由度 有PL個低副和PH個高副：引入(2 PL +PH)約束 平面機構(gòu)的自由度計算公式： F=3n-(2 PL + PH)=3n-2 PL - PH例1-3：計算鄂式破碎機主體機構(gòu)的自由度F=3n-2P-PH=3*3-2*4-1=1例1-4：計算活塞泵的自由度解：F=3*4-2*

6、5-1=1 機構(gòu)的自由度與原動件數(shù)相等 機構(gòu)的原動件的獨立運動是由外界給定。如果給出 的原動件數(shù)不等于機構(gòu)自由度，將發(fā)生下列問題。 圖1-10所示為原動件小于機構(gòu)自由度的例子。F=2,原 動件等于1圖1-11所示為原動件大于機構(gòu)自由度的例子。原動件 =2，F(xiàn)=1。圖1-12所示為機構(gòu)自由度等于零的構(gòu)件組合F=3*4- 2*6=0,它是一個桁架。它的各構(gòu)件之間不可能產(chǎn)生相對運動。綜上所述可知，機構(gòu)具有確定運動的條件是：機構(gòu)自由度F0,且F等于原動件。計算機構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項解：F=3n-2 pl ph=37 - 210-0=1 復(fù)合鉸鏈 兩個以上構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接即構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。m個構(gòu)

7、件以復(fù)合鉸鏈聯(lián)接所構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副數(shù)為(m-1)個。例1：計算圖示圓盤鋸主體機構(gòu)的自由度例2：計算圖示凸輪機構(gòu)自由度解：F=3n-2 pl ph=33 - 23-1=2注意：計算機構(gòu)自由度時, 應(yīng)將局部自由度除去不計。方法一：F=3n-2 pl ph - F =33 - 23-1-1=1方法二：假想構(gòu)件2和3焊成一體F=3n-2 pl ph=32 - 22-1=1 計算機構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項 局部自由度機構(gòu)中某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運動并不影響其他構(gòu)件的運動, 把這種局部運動的自由度稱為局部自由度。數(shù)目用F表示.22 虛約束指機構(gòu)在某些特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，有些運動副帶入的約束對機構(gòu)運動實際上起不

8、到獨立的約束作用, 這些對機構(gòu)運動實際上不起約束作用的約束稱為虛約束，用P表示。注意：在計算自由度時，應(yīng)將虛約束除去不計。去除虛約束的方法：將因虛約束而減少的自由度再加上。 即： F=3n-2 pl ph + P 不計引起虛約束的附加構(gòu)件和運動副數(shù)。 F=3n-2 pl ph 虛約束常出現(xiàn)的情況：機構(gòu)中兩構(gòu)件未聯(lián)接前的聯(lián)接點軌跡重合, 則該聯(lián)接引入1個虛約束;正確計算：將因虛約束而減少的自由度 再加上。 F=3n-2 pl ph + P =34 - 26-0+1=1不計引起虛約束的附加構(gòu)件 和運動副數(shù)。 F=3n-2 pl ph=33 - 24-0=1F=3n-2 pl ph=33 - 24-

9、0=1F=3n-2 pl ph=34 - 26-0=0分析：E3和E5點的軌跡重合，引入一個虛約束正確計算：F=3n-2 pl ph + P =34 - 26-0+1=12. 兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成運動副兩構(gòu)件在幾處接觸 而構(gòu)成移動副且導(dǎo) 路互相平行或重合。只有一個運動副起約 束作用,其它各處均為 虛約束;AA兩個構(gòu)件組成在幾處 構(gòu)成轉(zhuǎn)動副且各轉(zhuǎn)動 副的軸線是重合的。若兩構(gòu)件在多處相接觸構(gòu)成平面高副，且各接觸點處 的公法線重合,則只能算一個平面高副。若公法線方向 不重合，將提供各2個約束。有一處為虛約束此兩種情況沒有虛約束4. 機構(gòu)運動過程中, 某兩構(gòu)件上的兩點之間的距離始終保持不變,將此兩點

10、以構(gòu)件相聯(lián), 則將帶入1個虛約束。5. 某些不影響機構(gòu)運動的對稱部分或重復(fù)部分所帶入的約 束為虛約束。小結(jié): 復(fù)合鉸鏈存在于轉(zhuǎn)動副處正確處理方法：復(fù)合鉸鏈處有m個構(gòu)件則有(m-1)個轉(zhuǎn)動副局部自由度常發(fā)生在為減小高副磨損而將滑動摩擦變成滾動摩擦所增加的滾子處。正確處理方法：計算自由度時將局部自由度減去。 虛約束存在于特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下。正確處理方法：將引起虛約束的構(gòu)件和運動副除去不計。計算機構(gòu)自由度典型例題分析例題二：計算圖示機構(gòu)的自由度，如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束，需明確指出。畫箭頭的構(gòu)件為原動件。局部自由度復(fù)合鉸鏈1個虛約束復(fù)合鉸鏈解：分析1 118HL=ppn、111128

11、323HL=-=-=ppnF14 速度瞬心及其在機構(gòu)速度分析應(yīng)用 機構(gòu)速度分析的圖解法有：速度瞬心法、相對運動法、 線圖法。瞬心法尤其適合于簡單機構(gòu)的運動分析。速度瞬心 剛體2相對于剛體1作平面運動時，在任一瞬時，其相 對運動可看作是繞某一重合點的轉(zhuǎn)動，該重合點稱為 速度瞬心或瞬時回轉(zhuǎn)中心，簡稱瞬心。相對瞬心重合點絕對速度不為零。Vp2=Vp10 Vp2=Vp1=0絕對瞬心重合點絕對速度為零。瞬心數(shù)目 若機構(gòu)中有n個構(gòu)件，則每兩個構(gòu)件就有一個瞬心 根據(jù)排列組合有Nn(n-1)/2機構(gòu)瞬心位置的確定 1.直接觀察法 用于直接相聯(lián)的兩構(gòu)件瞬心位置。轉(zhuǎn)動副聯(lián)接兩構(gòu)件的瞬心在轉(zhuǎn)動副中心移動副聯(lián)接兩構(gòu)件

12、的瞬心在垂直于導(dǎo)路方向的無究遠(yuǎn)處若為純滾動, 接觸點即為瞬心；若既有滾動又有滑動, 則瞬心在高副接觸點處的公法線上定義：三個彼此作平面運動的構(gòu)件共有三個瞬心，且它們位于同一條直線上。此法特別適用于兩構(gòu)件不直接相聯(lián)的場合。證明：如圖所示，構(gòu)件1、2、3共有三個速度瞬心。為證明方便起見，設(shè)構(gòu)件1為固定構(gòu)件。三心定律速度瞬心在機構(gòu)速度分析中的應(yīng)用1.求線速度 已知凸輪轉(zhuǎn)速1，求推桿的速度。 解： V2V P12l(P13P12)1 長度P13P12直接從圖上量取。22nKP12P231nP1332.求角速度鉸鏈機構(gòu)已知構(gòu)件2的轉(zhuǎn)速2，求構(gòu)件4的角速度4 。解：直接觀察能求出4個余下 的2個用三心定律求出。求瞬心P24的速度VP24l(P24P12)2 VP24l(P24P14)4 4 2 (P24P12)/ P24P14方向: CW, 與2相同。23412P24P13P12P14P34P23已知構(gòu)件1的轉(zhuǎn)速1，求構(gòu)件2的角速度2 。解:VP12l(P13P12)1VP23l(P23P12)2 21(P13P12/P12P23)方向: 與2相反。高副機構(gòu)適合于求簡單