平面机构自由张培培课件.pptx

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1、问题？90纳米制造装备产品化65纳米制造装备样机45纳米若干关键技术晶体管与晶体管连接的宽度。晶体管与晶体管连接的宽度。现在主流的是现在主流的是6565纳米纳米,高端的有高端的有4545纳米。纳米。越小越小,功耗越低功耗越低,发热量越低发热量越低,超频性能更好超频性能更好,可以装更多的可以装更多的晶体管晶体管,所以性能也会更好。所以性能也会更好。第1页/共78页构件之间确定的相对运动满足什么条件？机构外形结构复杂，如何便于分析？如何得知机构工作时的变化规律？第2页/共78页第1章 平面机构的自由度和速度分析第3页/共78页1.1 运动副及其分类1.2平面机构运动简图1.3平面机构自由度1.4速

2、度瞬心及其在机构速度分析上的应用第4页/共78页所有构件均在同一平面或在所有构件均在同一平面或在几个相互平行的平面内运动几个相互平行的平面内运动机构机构平面机构平面机构空间机构空间机构空间机构平面机构课件-运动链和机构第5页/共78页重点内容：机构运动简图的绘制 机构自由度的计算 机构具有确定运动的条件第6页/共78页一、机构的组成1、构件的自由度及约束条件 构件的运动指构件每一瞬时位置的变化。一自由构件作平面运动，其位置由三个参变量确定:构件自由度：构件相对于参考系所具有的独立运动的数目。构件相对于参考系所具有的独立运动的数目。独立运动参数的个数或描述构件位置和姿态所独立运动参数的个数或描述

3、构件位置和姿态所需的独立坐标数。需的独立坐标数。一个作平面运动的自由一个作平面运动的自由构件有构件有3 3个自由度。个自由度。11 运动副及其分类运动副及其分类（x,y,x,y,)一个空间自由构件的自由度？第7页/共78页2、运动副两个构件直接接触并能产生一定相对运动的可动连接。如轴承与轴颈、滑块与导轨、齿轮与齿轮等。构件系统接触约束第8页/共78页约束：对构件的独立运动所加的限制。构件受一约束，失去一个自由度。由于约束是由机构中各构件的相互接触引起的。接触方式不同约束不同第9页/共78页2023/3/2410运动副运动副自由度：运动副自由度：1-51-5第10页/共78页2023/3/241

4、1运动副分类低副低副平面高副运动副根据引入的约束数量进行分类：运动副根据引入的约束数量进行分类：I级副(引入1个约束)，II级副，III级副，IV级副，V级副运动副根据构件接触情况进行分类：运动副根据构件接触情况进行分类：点、线接触高副面接触低副第11页/共78页按运动副元素接触情况的不同低副：运动副元素为面接触。固定铰链转动副(1)转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。11 运动副及其分类运动副及其分类运动副分类第12页/共78页活动铰链转动副11 运动副及其分类运动副及其分类第13页/共78页(2)(2)移动副：只允许两构件作相对移动。移动副：只允许两构件作相对移动。低副提供约束及自

5、由度情况：引入2个约束，保留1个自由度。11 运动副及其分类运动副及其分类第14页/共78页 点接触点接触高副：运动副元素为以点或线接触凸轮副凸轮副11 运动副及其分类运动副及其分类第15页/共78页 线线接接触触高副提供约束及自由度情况：限制了沿公法线n-n 方向的相对移动，保留了沿接触处切线t-t方向的相对移动和在平面内的相对转动。引入1个约束，保留2个自由度。齿轮副齿轮副第16页/共78页空间运动副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。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。螺旋副螺旋副球面副球面副第17页/共78页2023/3/24182-2常用

6、运动副模型动画第18页/共78页平面低副的特点1、面接触、面接触接触面积大，承载能力大。接触面积大，承载能力大。2、接触面为平面或柱面、接触面为平面或柱面便于加工，成本低，便便于加工，成本低，便于润滑。于润滑。第19页/共78页平面高副的特点1、点、线接触、点、线接触接触面积小，接触面积小，承载能力小。承载能力小。2、接触面为曲面、接触面为曲面不便于加工和润滑。不便于加工和润滑。第20页/共78页1.1 运动副及其分类1.2平面机构运动简图1.3平面机构自由度1.4速度瞬心机器在机构速度分析上的应用第21页/共78页 用国际规定简单的符号和线条表示，并按一定用国际规定简单的符号和线条表示，并按

7、一定的比例定出各运动副及构件的位置，这种简明表示的比例定出各运动副及构件的位置，这种简明表示机构各构件之间机构各构件之间相对运动关系相对运动关系的图形称为的图形称为机构运动机构运动简图。简图。12 平面机构运动简图注：机构运动简图与实际机构有相同的运动特征。第22页/共78页机构运动机构运动有关有关（取）：（取）：原动件的运动规律原动件的运动规律 运动副类型运动副类型 机构形状机构形状 无关无关（舍）：（舍）：构件外型构件外型 断面尺寸断面尺寸 零件数及运动副的具体构造。零件数及运动副的具体构造。机构的简明图形机构的简明图形为了分析现有机构、构思新的机械运动方案、机构的运动和动力分析12 平面

8、机构运动简图第23页/共78页12 平面机构运动简图运动副的表示方法运动副的表示方法构件的表示方法构件的表示方法机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制第24页/共78页一、运动副的表示方法1、转动副（铰链）12 平面机构运动简图第25页/共78页 2、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。12 平面机构运动简图第26页/共78页 3、高副 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。12 平面机构运动简图第27页/共78页凸轮机构凸轮机构齿轮机构齿轮机构第28页/共78页二、构件的表示方法12 平面机构运动简图三副构

9、件三副构件 两副构件两副构件 第29页/共78页第30页/共78页第31页/共78页第32页/共78页第33页/共78页机架原动件从动件固定构件按给定运动规律独立运动的构件。其余活动构件，其活动取决于原动件的运动规律及机构的组成情况。机构中的构件类型原动件从动件机架第34页/共78页第35页/共78页构件用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。例：12 平面机构运动简图第36页/共78页2023/3/242023/3/243737外形，端面尺寸，构件零件数，固联方式，材料等无关实际构造和运动传递确定原动件和执行部份（输出运动部份）沿运动传递路线：原动件传动部份执行部份机构的构件数目、运动副

10、的类别及其位置绘制步骤：选定视图平面机械多数构件的运动平面选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运动副和机构的符号，最后用简单线条连接，即得机构运动简图。不按比例：结构示意图三、机构运动简图的绘制步骤三、机构运动简图的绘制步骤第37页/共78页12 平面机构运动简图绘制颚式碎矿机的机构运动简图第38页/共78页O2DBCO36543AO12112 平面机构运动简图例题：例题：绘制颚式破碎机的机构运动简图第39页/共78页12 平面机构运动简图例题：绘制内燃机的机构运动简图第40页/共78页1.1 运动副及其分类1.2平面机构运动简图1.3平面机构自由度1.4速度瞬心机器在机构速度分析上

11、的应用第41页/共78页1、机构自由度13 平面机构的自由度机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。如何使组合起如何使组合起来的构件产生来的构件产生运动并具有运运动并具有运动确定性？动确定性？1 1、机构的自由度、机构的自由度2 2、机构具有确定、机构具有确定性运动的条件性运动的条件第42页/共78页计算公式1）机构的构件总数）机构的构件总数K2）活动构件数）活动构件数n=K13）组成运动副前，机构总自由度）组成运动副前，机构总自由度3n 组成运动副后，机构的自由度：组成运动副后，机构的自由度：F3n-2PL-Ph 计算图示的自由度：计算图示的自由度：F3 32 41平面机构自由度与组成

12、机构的构件数目、运动副的数目及运动副的性质有关。ABCD1234v例题13 平面机构的自由度第43页/共78页2023/3/2444机构自由度的计算F=F=1 1 333324241 12 23 34 4F F=1 11 12 24 43 3平面机构自由度的计算公式：平面机构自由度的计算公式：F F=3n 3n-2P2PL L -P PH H有 n 个活动构件，PL个低副，PH个高副，则则第44页/共78页v例题n=5,PL=7,PH=0 F=3n 2PL PH=35 27 0=1解：13 平面机构的自由度第45页/共78页2023/3/2446机构自由度的计算计算铰链五杆机构的自由度计算铰链

13、五杆机构的自由度 n=4 PL=5F=3n-2PL-PH PH=0F=2=34-25-0=2 4 41 12 23 35 5四杆机构的自由度？第46页/共78页2023/3/2447机构自由度的计算1 12 23 3F F =0=0：静定桁架静定桁架1 12 23 34 4F F =-1-1：超静定桁架超静定桁架结论：结论：F0，运动链可动。，运动链可动。第47页/共78页2023/3/2448机构自由度的计算F F=1 11 12 23 34 4A AC CB BD DF=1F=1运动链给定运动链给定1 1个原动件个原动件:F=1F=1运动链给定运动链给定2 2个原动件个原动件:运动确定。运

14、动确定。损坏构件。损坏构件。第48页/共78页2023/3/2449机构自由度的计算C CF=2 1 12 23 34 45 5B BA AD DE EF=2F=2机构给定机构给定1 1个原动件个原动件:F=2F=2机构给定机构给定2 2个原动件个原动件:运动不确定。运动不确定。运动确定。运动确定。即运动链成为机构的条件即运动链成为机构的条件原动件数原动件数=F=F0014第49页/共78页2、机构具有确定性运动的条件机构机构自由度自由度原动件原动件结论结论F33-2 4=11F=原动件数目原动件数目机构有确定运动机构有确定运动F33-2 4=12 F 原动件数原动件数目目机构运动不确定机构运

15、动不确定机构原动件的独立运动是由外界给定的。如给出的原动件数不等机构原动件的独立运动是由外界给定的。如给出的原动件数不等于机构的自由度，则会对机构的运动产生影响。于机构的自由度，则会对机构的运动产生影响。第50页/共78页 F 34-2 5=2 1F 原动件数目机构运动不确定F 32-2 3=00 F0机构为桁架结构，不能运动第51页/共78页由上例及其它机构分析：机构具有确定性运动的条件：机构具有确定性运动的条件：F0且等于原动件的数目第52页/共78页2023/3/242023/3/245353机构具有确定运动的条件 结论结论 机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等机构具有确定运动

16、的条件是：机构的原动件数目应等于机构的自由度数目于机构的自由度数目F F。如果原动件数如果原动件数 F F：则机构的运动将不确定；则机构的运动将不确定；则会导致机构最薄弱环节的损坏。则会导致机构最薄弱环节的损坏。第53页/共78页开式链第54页/共78页例题：计算图示机构的自由度有一个原动件，机构有确定运动第55页/共78页例题有一个原动件，机构有确定运动第56页/共78页 例题有一个原动件，机构有确定运动第57页/共78页例题正确吗？正确吗？第58页/共78页2023/3/242023/3/245959机构自由度的计算计算火车轮机构的自由度n=6PL=PH=08F=3n-2PL-PH=36-

17、28-0=21 15 54 43 32 26 6A AG GF FE ED DC CB B7 7需要两个原动件吗？第59页/共78页3、计算平面机构自由度时的注意事项三个问题：三个问题：（1）复合铰链）复合铰链定义：两个以上的构件在同定义：两个以上的构件在同一处以转动副相连接。一处以转动副相连接。处理：处理：三个构件在同一轴线处，两个转动副。三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：推理：m个构件时，有个构件时，有m 1个转动副。个转动副。第60页/共78页惯性筛机构惯性筛机构C处为复合铰链处为复合铰链计算中注意观察是否有复合铰计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现链，以免漏算转

18、动副数目，出现计算错误。计算错误。n=5,PL=7,PH=0=35-27 0=1F=3n-2PL PH3、计算平面机构自由度时的注意事项第61页/共78页2023/3/2462计算平面机构自由度时应注意的事项 重新计算火车轮机构的自由度n=6PL=PH=08F=3n-2PL-PH=36-28-0=21 15 54 43 32 26 6A AG GF FE ED DC CB B7 7099不需要原动件吗？第62页/共78页F3n-(2PL+PH)试计算直线机构的自由度。试计算直线机构的自由度。=37-210=13、计算平面机构自由度时的注意事项第63页/共78页2023/3/2464除去虚约束对

19、对机构的运动不起独立限制作用的重复约束。机构的运动不起独立限制作用的重复约束。计算自由度时要去除掉。计算自由度时要去除掉。1 15 54 43 32 26 6A AG GF FE ED DC CB B7 7第64页/共78页2023/3/2465D4D31 15 54 43 32 26 6A AG GF FE EC CB B7 7第65页/共78页2023/3/2466计算平面机构自由度时应注意的事项B BF FD D1 15 53 32 26 6A AG GE EC C7 74 4n n=5 5 P PL L =7=7F F=3n-2P3n-2PL L-P-PH H=1 1P PH H=0=

20、0=3 355-2-277-0-0 第66页/共78页（3）虚约束）虚约束定义：对机构运动实际上不起约束作用的约束，是构件几何尺寸定义：对机构运动实际上不起约束作用的约束，是构件几何尺寸满足某些特殊要求的产物。满足某些特殊要求的产物。三种情况的虚约束三种情况的虚约束F3 32 4 1（）F3 42 6 0（）机构运动时，如果两构件上两点间的距离始终保持不变，将此两点用构件和运动副联接，则会带进虚约束。第67页/共78页局部自由度局部自由度定义：不影响其它构件相对运动的自定义：不影响其它构件相对运动的自由度，只与局部运动有关。由度，只与局部运动有关。在计算机构自由度时，在计算机构自由度时，可预先

21、排除。可预先排除。3、计算平面机构自由度时的注意事项第68页/共78页2023/3/2469计算图示机构的自由度：n=3 PL=3F=3n-2PL-PH=2PH=1=33-23-1 1 12 24 43 3偏置直动滚子推杆凸轮机构偏置直动滚子推杆凸轮机构第69页/共78页2023/3/2470计算平面机构自由度时应注意的事项局部自由度：局部自由度：不影响机构输入输出关系的自由度。不影响机构输入输出关系的自由度。F=1 1 12 24 43 31 12 24 43 3第70页/共78页两构件组成多个移动副或回转副，其导路平行或回转轴线重合。F3 22 2 11（）（3）虚约束）虚约束第71页/共

22、78页机构中对传递运动不起独立作用的对称部分。F3 32 321（）虚约束对机构运动虽然不起作用，但可以增加构件的刚性，改进受力，减少磨损，因而在机构中经常出现。（3）虚约束）虚约束第72页/共78页综合例题综合例题大筛机构大筛机构的自由度的自由度F 3n-2Pl-PH =3 7-2 9-1 =2=原动件数原动件数机构有确定的运动。机构有确定的运动。第73页/共78页构件构件机架机架原动件原动件从动件从动件运动副运动副高副高副低副低副转动副转动副移动副移动副平面机构平面机构自由度计算自由度计算平面机构平面机构运动简图运动简图1、F3n-2Pl-Ph2、注意事项、注意事项复合铰链复合铰链局部自由

23、度局部自由度虚约束虚约束具有确定运动的条件具有确定运动的条件F0原动件数原动件数本章知识点总结第74页/共78页作业作业：作业：1-31-31-51-5、6 6、7 7、9 9、1010、1111附加作业（附加作业（pptppt）3 3月月1111号（周二）交作业号（周二）交作业第75页/共78页如图所示，已知：如图所示，已知：DE=FG=HIDE=FG=HI，且相互平行；，且相互平行；DF=EGDF=EG，且相互，且相互平行；平行；DH=EIDH=EI，且相互平行。计算此机构的自由度，且相互平行。计算此机构的自由度 (若存在若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。第76页/共78页计算图所示机构的自由度计算图所示机构的自由度 (若存在局部自由度、复合铰链、若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。虚约束请标出）。第77页/共78页感谢您的观看！第78页/共78页