平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算課件

平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算課件CATALOGUE目錄平面機(jī)構(gòu)基本概念平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式推導(dǎo)典型平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算實(shí)例分析復(fù)雜平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算方法論述平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)條件總結(jié)歸納平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算中常見問題解析與討論01平面機(jī)構(gòu)基本概念由兩個(gè)以上的構(gòu)件通過活動(dòng)聯(lián)接以形成的具有一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。機(jī)構(gòu)定義根據(jù)構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的不同，機(jī)構(gòu)可分為平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)。其中，平面機(jī)構(gòu)所有構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)，而空間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)則不在同一平面內(nèi)。機(jī)構(gòu)分類機(jī)構(gòu)定義及分類結(jié)構(gòu)特點(diǎn)平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)件一般呈平面形狀，易于加工和制造。此外，平面機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副也多為平面運(yùn)動(dòng)副，其摩擦和磨損相對(duì)較小，使用壽命較長(zhǎng)。運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)相對(duì)簡(jiǎn)單，各構(gòu)件之間的相對(duì)位置關(guān)系易于確定和分析。應(yīng)用廣泛平面機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備和儀器儀表中，如平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等。平面機(jī)構(gòu)特點(diǎn)自由度定義機(jī)構(gòu)中獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度。在平面機(jī)構(gòu)中，自由度是指機(jī)構(gòu)在平面內(nèi)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。自由度計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算是機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。通常采用基于運(yùn)動(dòng)副數(shù)和構(gòu)件數(shù)的計(jì)算方法，即F=3n-2Pl-Ph，其中F為自由度，n為構(gòu)件數(shù)，Pl為低副數(shù)，Ph為高副數(shù)。自由度概念引入02平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式推導(dǎo)機(jī)構(gòu)中能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，如連桿、滑塊等?；顒?dòng)構(gòu)件低副引入兩構(gòu)件之間通過面接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副，如轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副等。在計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，需要統(tǒng)計(jì)活動(dòng)構(gòu)件數(shù)和低副數(shù)，進(jìn)而應(yīng)用公式進(jìn)行計(jì)算。030201活動(dòng)構(gòu)件與低副引入兩構(gòu)件之間通過點(diǎn)或線接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副，如齒輪副、凸輪副等。高副高副在計(jì)算自由度時(shí)需要特殊處理，通常將一個(gè)高副拆分為兩個(gè)低副進(jìn)行計(jì)算。處理方法高副處理方法機(jī)構(gòu)中對(duì)運(yùn)動(dòng)無實(shí)際限制的約束，如重復(fù)約束、對(duì)稱約束等。虛約束在計(jì)算自由度時(shí)，需要識(shí)別出機(jī)構(gòu)中的虛約束，避免重復(fù)計(jì)算。識(shí)別對(duì)于識(shí)別出的虛約束，需要進(jìn)行相應(yīng)處理，如去除重復(fù)約束、考慮對(duì)稱性等。處理虛約束識(shí)別與處理03典型平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算實(shí)例分析運(yùn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副自由度計(jì)算F=3n-(2Pl+Ph)，其中n為活動(dòng)構(gòu)件數(shù)，Pl為低副數(shù)，Ph為高副數(shù)機(jī)構(gòu)組件曲柄、連桿、搖桿曲柄搖桿機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算機(jī)構(gòu)組件：兩個(gè)曲柄、連桿運(yùn)動(dòng)副：轉(zhuǎn)動(dòng)副自由度計(jì)算：F=3n-(2Pl+Ph)，其中n為活動(dòng)構(gòu)件數(shù)，Pl為低副數(shù)，Ph為高副數(shù)雙曲柄機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算凸輪機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算01機(jī)構(gòu)組件：凸輪、從動(dòng)件02運(yùn)動(dòng)副：高副03自由度計(jì)算：F=3n-(2Pl+Ph)，其中n為活動(dòng)構(gòu)件數(shù)，Pl為低副數(shù)，Ph為高副數(shù)04注：在計(jì)算自由度時(shí)，需要注意機(jī)構(gòu)中是否存在局部自由度和虛約束，以及是否存在復(fù)合鉸鏈和多個(gè)構(gòu)件組成一個(gè)運(yùn)動(dòng)副的情況。04復(fù)雜平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算方法論述將機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件按照一定的規(guī)律分組，每組內(nèi)的構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系較為簡(jiǎn)單，從而簡(jiǎn)化自由度計(jì)算。對(duì)于含有多個(gè)復(fù)合鉸鏈的機(jī)構(gòu)，可將復(fù)合鉸鏈視為一個(gè)整體進(jìn)行分組，分別計(jì)算各組的自由度，再將結(jié)果疊加。分組法原理及應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例分組法原理將復(fù)雜機(jī)構(gòu)拆分成若干簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)，分別計(jì)算各簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的自由度，再根據(jù)拆分后的機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系求得原機(jī)構(gòu)的自由度。拆解法原理對(duì)于含有局部自由度或虛約束的機(jī)構(gòu)，可將其拆分成若干簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)，分別計(jì)算各簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的自由度，再根據(jù)拆分后的機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系求得原機(jī)構(gòu)的自由度。例如，對(duì)于含有局部自由度的機(jī)構(gòu)，可將其拆分成一個(gè)局部自由度和一個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)，分別計(jì)算兩者的自由度，再將結(jié)果疊加。應(yīng)用舉例拆解法原理及應(yīng)用舉例05平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)條件總結(jié)歸納

必要條件闡述機(jī)構(gòu)自由度等于原動(dòng)件數(shù)機(jī)構(gòu)自由度是指機(jī)構(gòu)中獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件數(shù)減去機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副數(shù)。為了使機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的自由度必須等于原動(dòng)件數(shù)。運(yùn)動(dòng)副類型和數(shù)目確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副類型和數(shù)目必須確定，以確保機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度等特性是確定的。構(gòu)件尺寸和形狀已知為了使機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度等特性是確定的，必須已知構(gòu)件的尺寸和形狀，以便計(jì)算出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知為了使機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)，必須已知原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，包括原動(dòng)件的角速度、角加速度等參數(shù)。運(yùn)動(dòng)副反力可求機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副反力是指機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中，各構(gòu)件之間相互作用力的反作用力。為了使機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)，必須能夠求解出運(yùn)動(dòng)副反力，以便分析機(jī)構(gòu)的受力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。構(gòu)件慣性特性已知為了使機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)，必須已知構(gòu)件的慣性特性，包括構(gòu)件的質(zhì)量、質(zhì)心位置、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)。這些參數(shù)對(duì)于分析機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性和優(yōu)化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要意義。充分條件闡述06平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算中常見問題解析與討論03局部自由度消除方法在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，應(yīng)先將局部自由度消除，得到機(jī)構(gòu)的實(shí)際自由度。01局部自由度定義在機(jī)構(gòu)中，常出現(xiàn)一種與輸出構(gòu)件運(yùn)動(dòng)無關(guān)的自由度，稱為局部自由度或內(nèi)部自由度。02局部自由度影響局部自由度雖然不影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，但會(huì)使機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算復(fù)雜化。局部自由度問題解析兩個(gè)以上構(gòu)件在同一位置以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接，構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。復(fù)合鉸鏈定義復(fù)合鉸鏈會(huì)增加轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目，從而影響機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算。復(fù)合鉸鏈影響在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，需正確識(shí)別復(fù)合鉸鏈，并將其作為一個(gè)單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)副進(jìn)行處理。復(fù)合鉸鏈處理方法復(fù)合鉸鏈問題解析虛約束影響虛約束雖然不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，但會(huì)使機(jī)構(gòu)