平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)自由度

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1、第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,一、名詞術(shù)語(yǔ)解釋: 1.構(gòu)件 獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元,,內(nèi)燃機(jī)中的連桿,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,內(nèi)燃機(jī)連桿,零件 獨(dú)立的制造單元,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,,2.運(yùn)動(dòng)副,a)兩個(gè)構(gòu)件、b) 直接接觸、c) 有相對(duì)運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)副元素直接接觸的部分（點(diǎn)、線、面） 例如：滾子凸輪、齒輪齒廓、活塞與缸套等。,定義：運(yùn)動(dòng)副兩個(gè)構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接。,三個(gè)條件，缺一不可,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,運(yùn)動(dòng)副的分類： 按運(yùn)動(dòng)副接觸形式分： 高副點(diǎn)、線接觸，應(yīng)力高。,,低副面接觸，應(yīng)力低,例如：滾動(dòng)副、凸輪副、齒輪副等。,例如：轉(zhuǎn)動(dòng)副

2、（回轉(zhuǎn)副）、移動(dòng)副 。,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)副符號(hào)的表示: 國(guó)標(biāo)GB446084,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào),,,,,,,,,運(yùn)動(dòng)副 名稱,運(yùn)動(dòng)副符號(hào),兩運(yùn)動(dòng)構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副,轉(zhuǎn)動(dòng)副,移動(dòng)副,兩構(gòu)件之一為固定時(shí)的運(yùn)動(dòng)副,平面運(yùn)動(dòng)副,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,平面高副,螺旋副,,,,,空間運(yùn)動(dòng)副,,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,,一般構(gòu)件的表示方法,桿、軸構(gòu)件,固定構(gòu)件,同一構(gòu)件,,,,,,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,三副構(gòu)件,兩副構(gòu)件,,,,一般構(gòu)件的表示方法,,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,運(yùn)動(dòng)鏈兩個(gè)以上的構(gòu)件通

3、過(guò)運(yùn)動(dòng)副的聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。,注意事項(xiàng):,畫(huà)構(gòu)件時(shí)應(yīng)撇開(kāi)構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)。,閉式鏈、開(kāi)式鏈,3. 運(yùn)動(dòng)鏈,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,二、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖用以說(shuō)明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對(duì) 運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形。,作用： 1.表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況。,機(jī)動(dòng)示意圖不按比例繪制的簡(jiǎn)圖 現(xiàn)摘錄了部分GB446084機(jī)構(gòu)示意圖如下表。,2.作為運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的依據(jù)。,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào),,,,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,,,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖應(yīng)滿足的條件： 1.構(gòu)件數(shù)目與

4、實(shí)際相同,2.運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目與實(shí)際相符,3.運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際機(jī)構(gòu) 成比例。,,,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)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?cè)跸嗦?lián)。,步驟： 1.運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，搞清楚運(yùn)動(dòng)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(dòng)確定的條件。,2.測(cè)量各運(yùn)動(dòng)副之間的尺寸，選投影面（運(yùn)動(dòng)平面）， 繪制示意圖。,3.按比例繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 簡(jiǎn)圖比例尺： l =實(shí)際尺寸 m / 圖上長(zhǎng)度mm,思路：先定原動(dòng)部分和工作部分（一般位于傳動(dòng)線路末端），弄清運(yùn)動(dòng)傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的類型，并用符號(hào)表示

5、出來(lái)。,舉例：繪制破碎機(jī)和偏心泵的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,,,繪制圖示鱷式破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。,,,,,,,,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,,,繪制圖示偏心泵的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,,,偏心泵,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,定義： 機(jī)構(gòu)能產(chǎn)生的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度。,原動(dòng)件能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。 通常一個(gè)原動(dòng)件具有一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng),機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為：,A、機(jī)構(gòu)自由度必須大于零； B、機(jī)構(gòu)自由度原動(dòng)件數(shù)。,三、 平面機(jī)構(gòu)的自由度,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,活動(dòng)構(gòu)件數(shù) n,計(jì)算公式： F=3n2PL Ph,要求：記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。,構(gòu)件總自

6、由度,低副約束數(shù),高副約束數(shù),3n,2 PL,1 Ph,計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度,解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=,3,低副數(shù)PL=,4,F=3n 2PL PH =33 24 =1,高副數(shù)PH=,0,1、 平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,計(jì)算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度,解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=,4,低副數(shù)PL=,5,F=3n 2PL PH =34 25 =2,高副數(shù)PH=,0,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度,解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=,2,低副數(shù)PL=,2,F=3n 2PL PH =32 221 =1,高副數(shù)PH=,1,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,2、計(jì)

7、算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng),計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度,解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=,7,低副數(shù)PL=,6,F=3n 2PL PH,高副數(shù)PH=0,=37 26 0,=9,計(jì)算結(jié)果肯定不對(duì)！,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,1.復(fù)合鉸鏈 兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處組成轉(zhuǎn)動(dòng)副。,計(jì)算：k個(gè)構(gòu)件,,有k1轉(zhuǎn)動(dòng)副。,兩個(gè)低副,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,上例：在B、C、D、E四處應(yīng)各有 2 個(gè)運(yùn)動(dòng)副。,計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。,解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=7,低副數(shù)PL=,10,F=3n 2PL PH =37 2100 =1,可以證明：F點(diǎn)的軌跡為一直線。,,圓盤鋸機(jī)構(gòu),第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度

8、,計(jì)算圖示兩種凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。,解：n=,3，,PL=,3，,F=3n 2PL PH =33 23 1 =2,PH=1,對(duì)于右邊的機(jī)構(gòu)，有： F=32 22 1=1,事實(shí)上，兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)相同，且F=1,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,2.局部自由度（多余自由度）,解： n=2，P L=2，PH=1,F=32 22 1 =1,定義：構(gòu)件局部運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的自由度。,出現(xiàn)在加裝滾子的場(chǎng)合，計(jì)算時(shí)應(yīng)去掉滾子和鉸鏈。,滾子的作用：滑動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦。,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,解：n=,4，,PL=,6，,F=3n 2PL PH =34 26 =0,PH=0,3.虛約束 對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)

9、動(dòng)實(shí)際不起作用的約束。 計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)去掉虛約束。,, FEAB 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11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,重新計(jì)算：n=3, PL=4, PH=0,F=3n 2PL PH =33 24 =1,特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：,,,,,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合： 1.兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合，,2.兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副，且導(dǎo)路平行。,,,,如平行四邊形機(jī)構(gòu)，火車輪,,橢圓儀等。(需要證明),第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,4.

10、運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩構(gòu)件上的兩點(diǎn)距離始終不變。,3.兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且同軸。,5.對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分。如多個(gè)行星輪。,,,,,,,,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,6.兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，且法線重合。,如等寬凸輪,,,注意： 法線不重合時(shí)，變成實(shí)際約束！,,,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,虛約束的作用： 改善構(gòu)件的受力情況，如多個(gè)行星輪。,增加機(jī)構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。,使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)順利，避免運(yùn)動(dòng)不確定，如車輪。,注意：各種出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合都是有條件的 !,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,舉例：計(jì)算下面機(jī)構(gòu)的自由度，判斷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是否確定？并指出特殊情況。,位置C ，

11、2個(gè)低副,解：復(fù)合鉸鏈:,局部自由度：,F處1個(gè),虛約束：,E處1個(gè),n=,7,PL =,9,PH =,1,F=3n 2PL PH =37 29 1 =2,由于自由度數(shù)F=2大于原動(dòng)件數(shù)1，所以該機(jī)構(gòu)沒(méi)有確定的運(yùn)動(dòng)。,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,作業(yè)：計(jì)算下面機(jī)構(gòu)的自由度，判斷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是否確定？并指出特殊情況。教材P168。,a）,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,作業(yè)：計(jì)算下面機(jī)構(gòu)的自由度，判斷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是否確定？并指出特殊情況。教材P168。,b）,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,作業(yè)：計(jì)算下面機(jī)構(gòu)的自由度，判斷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是否確定？并指出特殊情況。教材P168。,c）,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,作業(yè)：計(jì)算下面機(jī)構(gòu)的自由度，判斷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是否確定？并指出特殊情況。教材P168。,d）,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,作業(yè)：計(jì)算下面機(jī)構(gòu)的自由度，判斷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是否確定？并指出特殊情況。教材P168。,e）,第11章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,作業(yè)：計(jì)算下面機(jī)構(gòu)的自由度，判斷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是否確定？并指出特殊情況。教材P168。,f）,