《機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算》課件

機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)課程電子教案機(jī)械與電子工程學(xué)院閆鋒欣西北農(nóng)林科技大學(xué)1編輯ppt機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)課程電子教案機(jī)械與電子工程學(xué)院西北農(nóng)林科技大學(xué)1編第1章機(jī)構(gòu)的組成及平面連桿機(jī)構(gòu)1.零件－螺釘、軸2.構(gòu)件－剛性組合3.機(jī)構(gòu)－確定的運(yùn)動(dòng)一.基本定義1.1平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖和自由度4.自由度2編輯ppt第1章機(jī)構(gòu)的組成及平面連桿機(jī)構(gòu)1.零件－螺釘、軸2.構(gòu)件－第2章平面連桿機(jī)構(gòu)2-1

平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖和自由度2-2

平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型2-3

平面四桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)基本要求:掌握基本概念熟練掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制熟練掌握機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法掌握平面連桿機(jī)構(gòu)的類型、特點(diǎn)、演化方法掌握平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性3編輯ppt第2章平面連桿機(jī)構(gòu)2-1平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖和自由度基本要2-1平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖和自由度一、構(gòu)件二、運(yùn)動(dòng)副三、機(jī)構(gòu)四、平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖五、平面機(jī)構(gòu)的自由度4編輯ppt2-1平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖和自由度一、構(gòu)件4編輯ppt一、構(gòu)件構(gòu)件：獨(dú)立影響機(jī)構(gòu)功能并能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元體（實(shí)物、剛體、運(yùn)動(dòng)的整體）機(jī)架、原動(dòng)構(gòu)件、從動(dòng)構(gòu)件零件：單獨(dú)加工的制造單元體通用零件、專用零件構(gòu)件可以由一個(gè)零件組成也可以由幾個(gè)零件組成原動(dòng)件1234從動(dòng)件機(jī)架5編輯ppt一、構(gòu)件構(gòu)件：獨(dú)立影響機(jī)構(gòu)功能并能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元體構(gòu)件可以由與動(dòng)力源組合機(jī)器的組成(從運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)看)由構(gòu)件組成(從制造觀點(diǎn)看)由零件組成機(jī)械機(jī)器機(jī)構(gòu)構(gòu)件零件通用零件專用零件原動(dòng)構(gòu)件從動(dòng)構(gòu)件機(jī)架零件構(gòu)件機(jī)構(gòu)機(jī)器靜聯(lián)接動(dòng)聯(lián)接(運(yùn)動(dòng)副)6編輯ppt與動(dòng)力機(jī)器的組成(從運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)看)由構(gòu)件組成機(jī)械機(jī)器機(jī)構(gòu)構(gòu)件零xyo二、運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副:

兩構(gòu)件直接接觸而形成的可動(dòng)聯(lián)接運(yùn)動(dòng)副元素：構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副時(shí)直接接觸的點(diǎn)、線、面部分接觸形式:

點(diǎn)、線、面7編輯pptxyo二、運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副:兩構(gòu)件直接接觸而形成的可動(dòng)聯(lián)接7編運(yùn)動(dòng)副分類按接觸形式分類按相對運(yùn)動(dòng)分類8編輯ppt運(yùn)動(dòng)副分類按接觸形式分類8編輯ppt按接觸形式分類：接觸形式:

點(diǎn)、線、面低副：面接觸高副：點(diǎn)、線接觸平面低副空間低副xyo高副高副空間低副平面低副平面低副9編輯ppt按接觸形式分類：接觸形式:點(diǎn)、線、面平面低副xyo高副高副按相對運(yùn)動(dòng)分類：運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)（即運(yùn)動(dòng)副引入的約束）確定了兩構(gòu)件的相對運(yùn)動(dòng)按相對運(yùn)動(dòng)分類：轉(zhuǎn)動(dòng)副：相對轉(zhuǎn)動(dòng)——回轉(zhuǎn)副、鉸鏈移動(dòng)副：相對移動(dòng)

螺旋副：螺旋運(yùn)動(dòng)球面副：球面運(yùn)動(dòng)

10編輯ppt按相對運(yùn)動(dòng)分類：運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)（即運(yùn)動(dòng)副引入的約束）確定了兩構(gòu)運(yùn)動(dòng)副類型小結(jié)平面低副:轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副（面接觸）平面高副:齒輪副、凸輪副（點(diǎn)、線接觸）空間低副:螺旋副、球面副、圓柱副（面接觸）空間高副:球和圓柱與平面、球與圓柱副(點(diǎn)、線接觸)運(yùn)動(dòng)副特性:運(yùn)動(dòng)副一經(jīng)形成,組成它的兩個(gè)構(gòu)件間的可能的相對運(yùn)動(dòng)就確定。而且這種可能的相對運(yùn)動(dòng),只與運(yùn)動(dòng)副類型有關(guān),而與運(yùn)動(dòng)副的具體結(jié)構(gòu)無關(guān)。工程上常用一些規(guī)定的符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副11編輯ppt運(yùn)動(dòng)副類型小結(jié)平面低副:轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副（面接觸）平面副低副：轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副(面接觸)高副：齒輪副、凸輪副(點(diǎn)、線接觸)xyoxyottnnnt12編輯ppt平面副低副：轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副(面接觸)高副：齒輪副、凸輪副(點(diǎn)空間副高副：點(diǎn)、線接觸球面副螺旋副了解13編輯ppt空間副高副：點(diǎn)、線接觸球面副螺旋副了解13編輯ppt機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副連接而成的原動(dòng)件：按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件從動(dòng)件：其余的活動(dòng)構(gòu)件機(jī)架：固定不動(dòng)的構(gòu)件原動(dòng)件1234從動(dòng)件機(jī)架閉鏈開鏈機(jī)構(gòu)三、機(jī)構(gòu)14編輯ppt機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副連接而成的原動(dòng)件1234從動(dòng)件機(jī)架閉鏈1概述2構(gòu)件的表示方法3運(yùn)動(dòng)副的表示方法4運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制方法5例題四、平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖15編輯ppt1概述四、平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖15編輯ppt1概述機(jī)構(gòu)各部分的運(yùn)動(dòng)，取決于：原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、各運(yùn)動(dòng)副的類型、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸(確定各運(yùn)動(dòng)副相對位置的尺寸)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖:（表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特征的一種工程用圖）用簡單線條表示構(gòu)件規(guī)定符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副按比例定出運(yùn)動(dòng)副的相對位置與原機(jī)械具有完全相同的運(yùn)動(dòng)特性比較：機(jī)構(gòu)示意圖：沒嚴(yán)格按照比例繪制的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖用途：分析現(xiàn)有機(jī)械，構(gòu)思設(shè)計(jì)新機(jī)械16編輯ppt1概述機(jī)構(gòu)各部分的運(yùn)動(dòng)，取決于：16編輯ppt2構(gòu)件的表示方法桿、軸類構(gòu)件機(jī)架同一構(gòu)件兩副構(gòu)件三副構(gòu)件17編輯ppt2構(gòu)件的表示方法桿、軸類構(gòu)件17編輯ppt3運(yùn)動(dòng)副的表示方法轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副高副（齒輪副、凸輪副）２18編輯ppt3運(yùn)動(dòng)副的表示方法轉(zhuǎn)動(dòng)副２18編輯ppt4運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制方法步驟：確定構(gòu)件數(shù)目及原動(dòng)件、輸出構(gòu)件各構(gòu)件間構(gòu)成何種運(yùn)動(dòng)副？（注意微動(dòng)部分）選定比例尺、投影面，確定原動(dòng)件某一位置，按規(guī)定符號(hào)繪制運(yùn)動(dòng)簡圖標(biāo)明機(jī)架、原動(dòng)件和作圖比例尺繪制路線：原動(dòng)件

中間傳動(dòng)件

輸出構(gòu)件觀察重點(diǎn)：各構(gòu)件間構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副類型良好習(xí)慣：各種運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件用規(guī)定符號(hào)表達(dá)誤區(qū)：構(gòu)件外形19編輯ppt4運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制方法步驟：19編輯ppt5例題：內(nèi)燃機(jī)20編輯ppt5例題：內(nèi)燃機(jī)20編輯pptABCEFDG例題：破碎機(jī)21編輯pptABCEFDG例題：破碎機(jī)21編輯ppt1234ABC141223A14B12C23432414例題：22編輯ppt1234ABC141223A14B12C23432414例題1平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算2機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件3幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理復(fù)合鉸鏈局部自由度虛約束4小結(jié)五、平面機(jī)構(gòu)的自由度23編輯ppt1平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算五、平面機(jī)構(gòu)的自由度23編輯ppt1平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算(1)平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的自由度(構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng))(2)平面運(yùn)動(dòng)副引入的約束R(對獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)所加的限制)xyＯ21

與其它構(gòu)件未連之前：3用運(yùn)動(dòng)副與其它構(gòu)件連接后,運(yùn)動(dòng)副引入約束,原自由度減少xyoxyottnnR=2R=2R=1結(jié)論：平面低副引入2個(gè)約束平面高副引入1個(gè)約束24編輯ppt1平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算(1)平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的自由度(2)(3)平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式如果：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)：n

低副數(shù)：pl

高副數(shù)：phxyＯ21未連接前總自由度：3n連接后引入的總約束數(shù)：2pl+phF=3n-(2pl+ph)機(jī)構(gòu)自由度F：F=3n-2pl-ph25編輯ppt(3)平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式如果：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)：nxyＯ21機(jī)構(gòu)自由度舉例：1234F=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

112345F=3n－2pl－ph

=3

－2

－450=

2F=3n－2pl－ph

=3

－2

－221=1BCAF=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

1F=3n－2pl－ph

=3

－2

－451=

126編輯ppt機(jī)構(gòu)自由度舉例：1234F=3n－2pl－ph340=F=3n－2pl－ph

=3

4－2

5－0=2

F=3n－2pl－ph

=3

3－2

5－0=-1

F=3n－2pl－ph

=3

2－2

3－0=0

2機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件F=0,剛性桁架，構(gòu)件之間無相對運(yùn)動(dòng)原動(dòng)件數(shù)小于F,各構(gòu)件無確定的相對運(yùn)動(dòng)原動(dòng)件數(shù)大于F,在機(jī)構(gòu)的薄弱處遭到破壞結(jié)論：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：1機(jī)構(gòu)自由度>02原動(dòng)件數(shù)＝機(jī)構(gòu)自由度數(shù)BCABCADEAEBCD27編輯pptF=3n－2pl－phF=3n－2pl－phF=3m個(gè)構(gòu)件(m>2)在同一處構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副m-1個(gè)低副(1)復(fù)合鉸鏈412356F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－560＝

3F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－570＝

1412356②錯(cuò)對—計(jì)算在內(nèi)5232351m個(gè)構(gòu)件,m-1個(gè)鉸鏈3幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理28編輯pptm個(gè)構(gòu)件(m>2)在同一處構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副(1)復(fù)合鉸鏈4123F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－331＝

2F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－221＝

1錯(cuò)對—排除(2)局部自由度定義：機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的獨(dú)立的局部運(yùn)動(dòng),不影響機(jī)構(gòu)輸出運(yùn)動(dòng)的自由度局部自由度經(jīng)常發(fā)生的場合：滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦?xí)r添加的滾子、軸承中的滾珠解決的方法：計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，設(shè)想將滾子與安裝滾子的構(gòu)件固結(jié)在一起，視作一個(gè)構(gòu)件動(dòng)畫29編輯pptF＝3n－2pl－ph331＝2F＝3n－2pl－ph不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞的重復(fù)約束在特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運(yùn)動(dòng)副所引入的約束可能與其它運(yùn)動(dòng)副所起的限制作用一致，這種不起獨(dú)立限制作用的運(yùn)動(dòng)副叫虛約束虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合處理方法：計(jì)算自由度時(shí)，將虛約束（或虛約束構(gòu)件及其所帶入的運(yùn)動(dòng)副）去掉結(jié)論F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－123F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－231＝-1錯(cuò)221＝1對—排除之一為虛約束(3)虛約束30編輯ppt不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞的重復(fù)約束F＝3n－2PL－PH123F虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合A兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)B兩構(gòu)件某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持不變時(shí)C聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合時(shí)D機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動(dòng)不起作用的對稱部分31編輯ppt虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合A兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)31編輯pA兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)兩構(gòu)件組合成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且其軸線重合兩構(gòu)件組合成多個(gè)移動(dòng)副，其導(dǎo)路平行或重合兩構(gòu)件組合成若干個(gè)高副，但接觸點(diǎn)之間的距離為常數(shù)123123目的：為了改善構(gòu)件的受力情況F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－221＝1動(dòng)畫32編輯pptA兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)兩構(gòu)件組合成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且其軸B兩構(gòu)件某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)中保持不變時(shí)在這兩個(gè)例子中，加與不加紅色構(gòu)件AB效果完全一樣，為虛約束計(jì)算時(shí)應(yīng)將構(gòu)件AB及其引入的約束去掉來計(jì)算412351234F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－460＝

0BA錯(cuò)對＝

1F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝133編輯pptB兩構(gòu)件某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)中保持不變時(shí)在這兩個(gè)例子中，C兩構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合在該機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件2上的C點(diǎn)C2與構(gòu)件3上的C點(diǎn)C3軌跡重合，為虛約束計(jì)算時(shí)應(yīng)將構(gòu)件3及其引入的約束去掉來計(jì)算同理，也可將構(gòu)件4當(dāng)作虛約束，將構(gòu)件4及其引入的約束去掉來計(jì)算，效果完全一樣BAC(C2,C3)D1234F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝1動(dòng)畫34編輯pptC兩構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合在該機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件2上的C點(diǎn)C2與D機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動(dòng)不起作用的對稱部分在該機(jī)構(gòu)中，齒輪3是齒輪2的對稱部分，為虛約束計(jì)算時(shí)應(yīng)將齒輪3及其引入的約束去掉來計(jì)算同理，將齒輪2當(dāng)作虛約束去掉，完全一樣目的：為了改善構(gòu)件的受力情況F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－332＝112345動(dòng)畫35編輯pptD機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動(dòng)不起作用的對稱部分在該機(jī)構(gòu)中，齒輪3是齒輪2虛約束——結(jié)論機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)的，如果這些幾何條件不滿足，則虛約束將變成有效約束，而使機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)采用虛約束是為了:改善構(gòu)件的受力情況；傳遞較大功率；或滿足某種特殊需要在設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，若為了某種需要而必須使用虛約束時(shí)，則必須嚴(yán)格保證設(shè)計(jì)、加工、裝配的精度，以滿足虛約束所需要的幾何條件12336編輯ppt虛約束——結(jié)論機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)的，如4自由度計(jì)算小結(jié)自由度計(jì)算公式:F＝3n－2pl－ph機(jī)構(gòu)自由度＝3×活動(dòng)構(gòu)件數(shù)－(2×低副數(shù)+1×高副數(shù))計(jì)算步驟:確定活動(dòng)構(gòu)件數(shù)目確定運(yùn)動(dòng)副種類和數(shù)目確定特殊結(jié)構(gòu):局部自由度、虛約束、復(fù)合鉸鏈計(jì)算、驗(yàn)證自由度幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理:1、復(fù)合鉸鏈—計(jì)算在內(nèi)2、局部自由度—排除3、虛約束--重復(fù)約束—排除37編輯ppt4自由度計(jì)算小結(jié)自由度計(jì)算公式:37編輯ppt二.運(yùn)動(dòng)副及其分類回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副簡圖回轉(zhuǎn)副移動(dòng)副1.低副(面接觸)低副高副38編輯ppt二.運(yùn)動(dòng)副及其分類回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副簡圖回轉(zhuǎn)副移動(dòng)副1.低副(面移動(dòng)副移動(dòng)副簡圖39編輯ppt移動(dòng)副移動(dòng)副簡圖39編輯ppt2.高副（點(diǎn)、線接觸）三.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖40編輯ppt2.高副（點(diǎn)、線接觸）三.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖40編輯ppt活塞泵機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡圖例題1－1：繪制如圖所示活塞泵機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)簡圖。已知活塞泵由曲柄1、連桿2、齒扇3、齒條活塞4和機(jī)架5共五個(gè)構(gòu)件