机械设计基础 平面机构自由度和速度分析ppt

◆计算中只计入一个转动副。
1.3 平面机构的自由度
虚约束常见情况及处理
3.两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间用另 一构件连接时，将产生虚约束。
◆计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。
Байду номын сангаас
1.3 平面机构的自由度
虚约束常见情况及处理 4.机构中对运动不起独立作用的对称部分（结构重复），将产 生虚约束。
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
1.3 平面机构的自由度
1.3.4 自由度计算时应注意的几种情况
1.复合铰链
三个或三个以上构件在同一处构 成共轴线转动副的铰链，我们称 为复合铰链。 处理方法：若有m个构件组成 复合铰链，则复合铰链处的转 动副数应为（m－1）个
1.3 平面机构的自由度
1.3 平面机构的自由度
例：计算惯性筛机构自由度
C处为复合铰链 n = 5, Pl = 7, Ph = 0
F = 3n - 2Pl – Ph = 3×5 -2×7 – 0 = 1
惯性筛机构
◆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。
1.3 平面机构的自由度
1 平面机构的结构分析
§1.1 运动副及其分类 §1.2 平面机构的运动简图 §1.3 平面机构的自由度
§1.4 速度瞬心及其应用
1 平面机构的结构分析
1 平面机构的结构分析
1.1 运动副及其分类
1.1.1 运动副 构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有 运动副：
相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称 为运动副。
注意：平面机构只 有三个自由度：两 个移动自由度，一 个转动自由度。
1.3 平面机构的自由度
低副： 引入2个约束， 只有1个自由度
高副： 引入1个约束， 有2个自由度
1.3 平面机构的自由度
1.3 平面机构的自由度
1.3.2 平面机构自由度计算公式
设： N：机构中构件数； Pl ：低副数； n=N-1：机构中活动构件数； F ：自由度数； Ph ：高副数；
则平面机构自由度为： F = 3n - 2Pl - Ph 例：计算典型机构自由度
1）曲柄滑块机构的自由度。
解：活动构件数n=3 低副数 Pl =4 高副数 Ph =0 F=3n-2Pl -Ph =3*3-2*4=1
曲柄滑块机构
1.3 平面机构的自由度
2）计算五杆铰链机构的自由度。 解：活动构件数 n=4 低副数 PL=5 高副数 PH=0 F=3n -2PL -PH =3×4 -2×4 =2 3）计算凸轮机构的自由度 解：活动构件数n=2 低副数 PL=2 高副数 PH=1 F=3n -2PL –PH =3×2 -2×2-1 =1
n = 3, Pl =4, Ph =0 F = 3×3 - 2×4 – 0 = 1 与实际相符 “去除”
1.3 平面机构的自由度
虚约束常见情况及处理 1.两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。
◆计算中只计入一个移动副。
1.3 平面机构的自由度
虚约束常见情况及处理 2. 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，其余为约束。
原动件数<机构自由度数，机构运动不确定（任意乱动）
1.3 平面机构的自由度
F = 3n-2Pl-Ph =3×4-2×6-0=0
构件间没有相对运动 机构→刚性桁架
（多一个约束）超静定桁架
F = 3n-2Pl-Ph =3×3-2×5-0=-1
1.3 平面机构的自由度
F≤0，构件间无相对运动，不成为机构。
a)固定铰链
1.1 运动副及其分类
b)活动铰链转动副
1.1 运动副及其分类
(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。
移动副
1.1 运动副及其分类
2.高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副
1.1 运动副及其分类
齿轮副
1.1 运动副及其分类
二、空间运动副
若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。
1.2 平面机构的运动简图
例题1 绘制如图所示的颚式破碎机主体机构的运动简图
1.2 平面机构的运动简图
1.3 平面机构的自由度
1.3.1 自由度定义 自由度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目。 作平面运动的自由构件有三个自由度。
约束：对独立运动的限制，即运动副对成副的两构件间的相 对运动所加的限制称为约束。引入一个约束条件将减少一个 自由度。
1.4 速度瞬心及其应用
1.4 速度瞬心及其应用
1.4 速度瞬心及其应用
1.4 速度瞬心及其应用
1.4 速度瞬心及其应用
例2
1.4 速度瞬心及其应用
1.4 速度瞬心及其应用
1.4 速度瞬心及其应用
1.4 速度瞬心及其应用
4. 平面高副 两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲 线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用 点划线划出其节圆。
1.2 平面机构的运动简图
1.2.3 绘制机构运动简图的步骤
1）功能分析。确定机械系统的总功能和进行功能分解。 2）绘制机械系统运动循环图。 3）执行（工作）机构选型。 4）绘制机械系统的运动方案图。 5）机构的尺度综合。 6）绘制机械系统运动简图。
运动副元素：两构件上直接参加接触构成运动副的部分（点、线、面）
点接触
线接触
面接触
1.1 运动副及其分类
1.1.2 运动副分类
根据运动副元素不同 低副（面接触）
转动副
移动副
平面运动副：
高副（点、线接触）
空间运动副：螺旋副、球面副
1.1 运动副及其分类
1.低副 两构件以面接触而形成的运动副。
(1) 转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。
n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F =3×3 - 2×- 1 = 2
是否正确？？
处理方法 应除去局部自由度，即把滚子 和从动件看作一个构件， 图2。 N = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 3×2 - 2×2 – 1 = 1
1.3 平面机构的自由度
3.虚约束 对机构运动实际上不起限制作用 （1）不同构件上两点间的距离保持恒定 （2）两构件构成多个移动副且导路互相平行 （3）两构件构成多个转动副且轴线互相重合 （4）在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链来 传递运动 H 2 2
2 3 1
1.3 平面机构的自由度
n = 4, Pl =6, Ph = 0 F = 3×4 -2×6 – 0 = 0 与实际不符 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。
1.3 平面机构的自由度
处理方法
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。
点分析做的假想处理，并非实际拆除。
习题
习题
习题
习题
1.4 速度瞬心及其应用
1.4.1 速度瞬心的概念
1.4 速度瞬心及其应用
1.4 速度瞬心及其应用
1.4 速度瞬心及其应用
1.4.2 速度瞬心的位置确定
1.4 速度瞬心及其应用
1.4 速度瞬心及其应用
1.4 速度瞬心及其应用
1.4 速度瞬心及其应用
=3×3 - 2×4 - 0
=1
1.3 平面机构的自由度
例2 牛头刨床主体机构简图自由度计算
解： n =5, Pl = 7, Ph = 0
F = 3n – 2Pl – Ph = 3×5 – 2×7 – 0 =1
1.3 平面机构的自由度
例3 求内燃机机构简图自由度
解： n =6, Pl = 7, Ph =3
图垂直于回转轴线时用图a表示； 图面不垂直于回转轴线时用图b表示。 表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。 一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或 在其内画上斜线。
1.2 平面机构的运动简图
3. 移动副
两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。
1.2 平面机构的运动简图
F = 3n – 2Pl – Ph = 3×6 – 2×7 – 3 =1
1.3 平面机构的自由度
1.3.4 自由度计算时应注意的几种情况
1.复合铰链
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
2.局部自由度
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
3.虚约束
2.局部自由度 与机构运动无关的构件独立运动 称为局部自由度。
处理方法对于含有局部自由度的机构在计算自由度 2 2 时，不考虑局部自由度（如图2） 注意：实际结构中采用局部 自由度是为了减小摩擦力， “除去”指计算中不计入， 并非实际拆除
3 A 1 1
3
1
2
1.3 平面机构的自由度
例：计算凸轮机构自由度 计入局部自由度时
F>0
原动件数=F，运动确定 原动件数<F，运动不确定 原动件数>F，机构破坏
结论： •平面机构具有确定运动的条件： 机构原动件个数应等于机构的自由度数目，且自由度F＞0。
1.3 平面机构的自由度
计算实例
例1 颚式破碎机主体机构简图自由度 计算 解：n = 3, Pl = 4, Ph = 0
F = 3n - 2Pl - Ph =3×3 - 2Pl - Ph
◆计算中应将对称部分除去不计。
1.3 平面机构的自由度