第2章-平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析

會計(jì)學(xué)1第2章---平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析主要內(nèi)容：

1。運(yùn)動副的概念及類型

2。平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算

3。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制重點(diǎn)及難點(diǎn)：

1。平面機(jī)構(gòu)、運(yùn)動副、構(gòu)件和機(jī)構(gòu)自由度的概念

2。平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算和有確定運(yùn)動的條件第1頁/共111頁

2.1運(yùn)動副及其分類機(jī)構(gòu)的組成：

相互運(yùn)動的構(gòu)件組成 構(gòu)件分：機(jī)架——固定構(gòu)件或相對固定構(gòu)件

原動件——輸入運(yùn)動的構(gòu)件

從動件——除機(jī)架，原動件以外的構(gòu)件第2頁/共111頁

二.運(yùn)動副

1.運(yùn)動副的定義--使兩個構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運(yùn)動的聯(lián)接。

a)兩個構(gòu)件b)直接接觸c)有相對運(yùn)動三個條件，缺一不可第3頁/共111頁2.運(yùn)動副的分類按照接觸特性把運(yùn)動副分為兩類:1)低副——兩構(gòu)件通過面接觸組成的運(yùn)動副。

(1)轉(zhuǎn)動副

(2)移動副

2)高副——兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動副。

齒輪副、凸輪副、滾動副等第4頁/共111頁移動副第5頁/共111頁第6頁/共111頁第7頁/共111頁第8頁/共111頁第9頁/共111頁第10頁/共111頁運(yùn)動副元素第11頁/共111頁12運(yùn)動副符號第12頁/共111頁轉(zhuǎn)動副第13頁/共111頁第14頁/共111頁第15頁/共111頁第16頁/共111頁第17頁/共111頁第18頁/共111頁第19頁/共111頁運(yùn)動副元素第20頁/共111頁運(yùn)動副元素第21頁/共111頁12運(yùn)動副符號第22頁/共111頁XYZ高副第23頁/共111頁XYZ第24頁/共111頁XYZ第25頁/共111頁XYZ第26頁/共111頁XYZ第27頁/共111頁運(yùn)動副元素第28頁/共111頁12運(yùn)動副符號第29頁/共111頁

按運(yùn)動副元素分有：①高副(highpair)——點(diǎn)、線接觸，應(yīng)力高。②低副(lowerpair)－面接觸，應(yīng)力低。例如：滾動副、凸輪副、齒輪副等。例如：轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副）、移動副。第30頁/共111頁

2.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

一.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖--說明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對運(yùn)

動關(guān)系的簡化圖形.

二.構(gòu)件及運(yùn)動副的表示方法（P7）三.運(yùn)動簡圖的繪制--實(shí)驗(yàn)課

步驟：

1）分析機(jī)構(gòu)的構(gòu)件組成（從原動件開始）

2）分析各構(gòu)件間運(yùn)動副類型

3）按比例繪制運(yùn)動簡圖

第31頁/共111頁3.常用運(yùn)動副的符號（見教材P8頁圖1-6）運(yùn)動副名稱運(yùn)動副符號兩運(yùn)動構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動副轉(zhuǎn)動副移動副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時的運(yùn)動副122121平面運(yùn)動副第32頁/共111頁平面高副螺旋副2112121212球面副球銷副121212空間運(yùn)動副121212第33頁/共111頁一般構(gòu)件的表示方法

(P8圖1-7)桿、軸，塊構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動副的性質(zhì)第34頁/共111頁繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖順口溜：先兩頭，后中間，從頭至尾走一遍，數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少，再看它們怎相聯(lián)。步驟：1.運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，搞清楚運(yùn)動副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；4.檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是否滿足運(yùn)動確定的條件。2.測量各運(yùn)動副之間的尺寸，選投影面（運(yùn)動平面），繪制示意圖。3.按比例繪制運(yùn)動簡圖。簡圖比例尺：μl=實(shí)際尺寸m/圖上長度mm思路：先定原動部分和工作部分（一般位于傳動線路末端），弄清運(yùn)動傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運(yùn)動副的類型，并用符號表示出來。舉例：繪制破碎機(jī)和偏心泵的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。第35頁/共111頁

四.繪運(yùn)動簡圖:

例1：圖1-8顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖鱷式破碎機(jī)第36頁/共111頁b)圖1-8顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖11234ADBC第37頁/共111頁要求：1.準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)報告（教一樓308）；2.自帶鉛筆、橡皮、直尺（或三角板）、圓規(guī)。第38頁/共111頁

2.3平面機(jī)構(gòu)自由度一.平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式1.自由度:在參考系中，構(gòu)件所具有的 獨(dú)立運(yùn)動個數(shù)。參考系：x-y平面第39頁/共111頁作平面運(yùn)動的剛體在空間的位置需要三個獨(dú)立的參數(shù)（x，y,θ）才能唯一確定。yxθ(x,y)F=3一個自由構(gòu)件的自由度為3第40頁/共111頁自由構(gòu)件的自由度數(shù)運(yùn)動副自由度數(shù)約束數(shù)回轉(zhuǎn)副1（θ）+2（x，y）=3yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2結(jié)論：一個構(gòu)件自由度＝3－約束數(shù)移動副1（x）+2（y，θ）=3高副2（x,θ）+1（y）=3θ經(jīng)運(yùn)動副相聯(lián)后，由于有約束，構(gòu)件自由度會有變化：＝自由構(gòu)件的自由度數(shù)－約束數(shù)第41頁/共111頁活動構(gòu)件數(shù)

n

平面自由度計(jì)算公式：F=3n－(2PL+PH)要求：記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。構(gòu)件總自由度低副約束數(shù)

高副約束數(shù)

3×n2×PL1

×PH推廣到一般：注：n--活動構(gòu)件數(shù)（不含機(jī)架）

PL--低副個數(shù)

PH--高副個數(shù)第42頁/共111頁例題1：計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)PL=4F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1高副數(shù)PH=0S312344第43頁/共111頁例題2：計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)PL=2F=3n－2PL－PH

=3×2－2×2－1=1高副數(shù)PH=1123第44頁/共111頁圖1-8顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖11234ADBC例題3：計(jì)算顎式破碎機(jī)的自由度解：活動構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)PL=4F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4－0=1高副數(shù)PH=0第45頁/共111頁

二.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件

第46頁/共111頁F=3×2-2×3=0桁架結(jié)構(gòu)F=3n-（2pL+pH

）第47頁/共111頁13123第48頁/共111頁13123第49頁/共111頁13123第50頁/共111頁3F=3n-（2pL+pH

）F=33-(24+0)=11312給一個主動件，機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動。第51頁/共111頁114234第52頁/共111頁114234第53頁/共111頁1142341.五桿機(jī)構(gòu)無確定運(yùn)動2.五桿機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動第54頁/共111頁11F=3×4-2×5=24234F=3n-（2pl+ph

）給兩個主動件，機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動。第55頁/共111頁F=0F=1第56頁/共111頁F=0F=2F=1第57頁/共111頁F=0F=2F=1機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：1.F>0；2.機(jī)構(gòu)的原動件數(shù)=F。第58頁/共111頁1.復(fù)合鉸鏈2.局部自由度3.虛約束三.計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng)

第59頁/共111頁1231.復(fù)合鉸鏈第60頁/共111頁ADECBF計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度F=？n=7;pH=0;PL=6;?F=37-(26+0)=9.???？園盤鋸機(jī)構(gòu)第61頁/共111頁ADECBF觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動第62頁/共111頁ADECBF第63頁/共111頁ADECBF第64頁/共111頁ADECBF第65頁/共111頁ADECBFC點(diǎn)的軌跡為直線第66頁/共111頁123pL=?復(fù)合鉸第67頁/共111頁123213pL=?pL=(3-1)=2第68頁/共111頁1234mpL=?第69頁/共111頁1234mpL=(m-1)復(fù)合鉸鏈——兩個以上的構(gòu)件（至少三個構(gòu)件）在同一處以 轉(zhuǎn)動副聯(lián)接，此聯(lián)接稱～。其轉(zhuǎn)動副個數(shù)=構(gòu)件數(shù)-1。第70頁/共111頁例：判斷下圖中，哪些是復(fù)合鉸鏈？第71頁/共111頁兩個以上的構(gòu)件在同一處構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副——復(fù)合鉸鏈。其轉(zhuǎn)動副個數(shù)等于構(gòu)件數(shù)減1。ADECBF兩轉(zhuǎn)動副的復(fù)合鉸鏈n=7;ph=0;Pl=10F=37-(210+0)=1第72頁/共111頁2.局部自由度定義：構(gòu)件局部運(yùn)動所產(chǎn)生的自由度。出現(xiàn)在加裝滾子的場合，計(jì)算時應(yīng)去掉Fp。第73頁/共111頁F=?F=33-(23+1)=2???第74頁/共111頁第75頁/共111頁第76頁/共111頁第77頁/共111頁滾子與廓線間純滾動以減小摩擦。滾子轉(zhuǎn)動是否影響機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動？第78頁/共111頁第79頁/共111頁第80頁/共111頁第81頁/共111頁可見，滾子轉(zhuǎn)動否與機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動無關(guān)。這種與機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動無關(guān)的自由度稱為局部自由度。

計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)去掉。相當(dāng)于將滾子與推桿固結(jié)。第82頁/共111頁F=32-(22+1)=1!!!第83頁/共111頁3.虛約束－－對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動實(shí)際不起作用的約束。解：n=4，PL=6，F(xiàn)=3n－2PL－PH=3×4－2×6=0PH=0例：已知AB＝CD＝EF，計(jì)算圖示平行四邊形機(jī)構(gòu)的自由度。1234ABCDEF∵EF＝AB＝CD，故增加構(gòu)件4前后E點(diǎn)的軌跡都是圓弧。增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件4。第84頁/共111頁重新計(jì)算：n=3,PL=4,PH=0F=3n

－2PL

－PH

=3×3－2×4=1特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：123ABCDEAB＝CD＝EF第85頁/共111頁如下情況出現(xiàn)虛約束：1.構(gòu)件上某點(diǎn)軌跡與該點(diǎn)引入約束后的軌跡相同；ABCD123若AB=BC=BD，觀察C點(diǎn)的運(yùn)動。第86頁/共111頁ABCD123如下情況出現(xiàn)虛約束：1.構(gòu)件上某點(diǎn)軌跡與該點(diǎn)引入約束后的軌跡相同；第87頁/共111頁ABCD123如下情況出現(xiàn)虛約束：1.構(gòu)件上某點(diǎn)軌跡與該點(diǎn)引入約束后的軌跡相同；第88頁/共111頁ABCD123如下情況出現(xiàn)虛約束：1.構(gòu)件上某點(diǎn)軌跡與該點(diǎn)引入約束后的軌跡相同；第89頁/共111頁ABCD123如下情況出現(xiàn)虛約束：1.構(gòu)件上某點(diǎn)軌跡與該點(diǎn)引入約束后的軌跡相同；第90頁/共111頁ABCD123如下情況出現(xiàn)虛約束：1.構(gòu)件上某點(diǎn)軌跡與該點(diǎn)引入約束后的軌跡相同；第91頁/共111頁ABCD123如下情況出現(xiàn)虛約束：1.構(gòu)件上某點(diǎn)軌跡與該點(diǎn)引入約束后的軌跡相同；第92頁/共111頁ABCD123C點(diǎn)的軌跡為一條垂直線。若在C點(diǎn)加一垂直導(dǎo)路的滑塊，必為虛約束。F=33-(24+0)=1如下情況出現(xiàn)虛約束：1.構(gòu)件上某點(diǎn)軌跡與該點(diǎn)引入約束后的軌跡相同；第93頁/共111頁如下情況出現(xiàn)虛約束：2.兩構(gòu)件組成多個導(dǎo)路平行的移動副；第94頁/共111頁如下情況出現(xiàn)虛約束：2.兩構(gòu)件組成多個導(dǎo)路平行的移動副；第95頁/共111頁如下情況出現(xiàn)虛約束：2.兩構(gòu)件組成多個導(dǎo)路平行的移動副；第96頁/共111頁如下情況出現(xiàn)虛約束：2.兩構(gòu)件組成多個導(dǎo)路平行的移動副；第97頁/共111頁如下情況出現(xiàn)虛約束：2.兩構(gòu)件組成多個導(dǎo)路平行的移動副；兩移動副限制作用重復(fù)，計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)去掉一個。F=33-(24+0)=1第98頁/共111頁如下情況出現(xiàn)虛約束：3.兩構(gòu)件組成多個軸線重復(fù)的轉(zhuǎn)動副；去掉一側(cè)約束不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。第99頁/共111頁如下情況出現(xiàn)虛約束：3.兩構(gòu)件組成多個軸線重復(fù)的轉(zhuǎn)動副；等同F(xiàn)=32-(22+1)=1第100頁/共111頁如下情況出現(xiàn)虛約束：4.在機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，兩構(gòu)件上的兩動點(diǎn)間的距離保持不變，兩點(diǎn)以構(gòu)件鉸接。ABCDEF第101頁/共111頁如下情況出現(xiàn)虛約束：4.在機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，兩構(gòu)件上的兩動點(diǎn)間的距離保持不變，兩點(diǎn)以構(gòu)件鉸接。ABCDEF12345若以構(gòu)件5在點(diǎn)E，F(xiàn)處鉸接，必產(chǎn)生虛約束。計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)去掉。F=33-(24+0)=1第102頁/共111頁如下情況出現(xiàn)虛約束：1.構(gòu)件上某點(diǎn)軌跡與該點(diǎn)引入約束后的軌跡相同；2.兩構(gòu)件組成多個導(dǎo)路平行的移動副；3.兩構(gòu)件組成多個軸線重復(fù)的轉(zhuǎn)動副；4.在機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，兩構(gòu)件上的兩動點(diǎn)間的距離保持不變，兩點(diǎn)以構(gòu)件鉸接。第103頁/共111頁4.計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度步驟：

1）分析機(jī)構(gòu)的構(gòu)件及運(yùn)動副

2）找出三種特殊情況（復(fù)合鉸，局部自由度， 虛約束）

3）由F=3n-2PL-PH求自由度第1