机械设计基础 教学课件作者 赵永刚 主编 1.ppt

2011年06月 河南理工大学机械与动力工程学院 第1章 平面机构运动简图及自由度 1－1 机构的组成 1－2 平面机构运动简图 1－3 运动确定性的概念 在设计新机器和研究机器的运动与动力特性时，常采用机械系统运动简图来对比各种设计方案，按照运动要求确定机器组成构件的主要尺寸，按照强度条件和工作情况确定机构各部分的详细结构尺寸。 1-3 运动确定性的概念 实例分析 给定构件1运动参数 = (t) 构件2、3的运动是确定的 机构具有确定运动是指该机构在原动件给定以后，所有从动件的运动是完全确定的。 四杆机构 机构的自由度：机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目。 平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数等于机构的自由度数目。 原动件数＜自由度数，机构无确定运动 原动件数＞自由度数，机构在薄弱处损坏 1-3 运动确定性的概念 平面机构自由度计算 一个平面构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。 当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。一个平面低副引入2个约束，高副引入1个约束。 自由度是指构件相对于参考坐标系所具有独立运动参数的数目。 1-3 运动确定性的概念 计算公式 n：机构中活动构件数； Pl ：机构中低副数； Ph ：机构中高副数； F ：机构的自由度数； F = 3n - 2Pl - Ph 计算实例 n = 3, Pl = 4, Ph = 0 F = 3n - 2Pl - Ph =3×3 - 2Pl - Ph =3×3 - 2×4 - 0 设 则 = 1 平面机构的自由度计算 计算实例 n =5, Pl = 7, Ph = 0 F = 3n – 2Pl – Ph = 3×5 – 2×7 – 0 = 1 解： 平面机构的自由度计算 自由度计算时应注意的几种情况 1.复合铰链 2.局部自由度 3.虚约束 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。 说明 个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。 说明 重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。 说明 4.虚约束常见情况及处理方法 说明 5.虚约束对机构的影响 说明 平面机构的自由度计算 三个构件在同一轴线处，两个转动副。 推理：m个构件时，有m – 1个转动副。 平面机构的自由度计算 惯性筛机构 C处为复合铰链 ◆计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。 n = 5, Pl = 7, Ph = 0 = 3×5 -2×7 – 0 = 1 F = 3n - 2Pl – Ph 平面机构的自由度计算 滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。 计入局部自由度时 n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F =3×3 - 2×- 1 = 2 与实际不符 平面机构的自由度计算 应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。 处理方法 ◆实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。 教材图1-13b动画 n = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 3×2 - 2×2 – 1 = 1 与实际相符 平面机构的自由度计算 n = 4, Pl =6, Ph = 0 构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。 与实际不符 F = 3×4 -2×6 – 0 = 0 平面机构的自由度计算 n = 3, Pl =4, Ph =0 F = 3×3 - 2×4 – 0 = 1 处理方法 与实际相符 应除去虚约束，即将产生虚约束的构件5及运动副除去不计。 平面机构的自由度计算 1.两构件未组成运动副前，连接点处的轨迹已重合为一，组成的运动副存在虚约束。 ◆计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。 虚约束常见情况及处理 平面机构的自由度计算 虚约束常见情况及处理? ◆计算中只计入一个移动副。 2.两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。 平面机构的自由度计算 3.两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为虚约束。 虚约束常见情况及处理? ◆计算中只计入一个转动副。 平面机构的自由度计算 * 机械设计基础 主编：赵永刚 机 械 工 业 出 版 社 机械系统要完成比较复杂的运动，一般都需要将若干个机构根据机械系统的运动协调配合的要求组合起来，因此机械系统的运动简图也是机构系