机械原理自由度课件

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1、第 1章 平 面 机 构 的 结 构 分 析 基 本 要 求 及 重 点 、 难 点 运 动 副 及 其 分 类 平 面 机 构 运 动 简 图 平 面 机 构 的 自 由 度 计 算 基 本 要 求 和 重 点 了 解 研 究 机 构 结 构 的 目 的 、 机 构 的 组 成 ，熟 练 掌 握 运 动 简 图 的 绘 制 和 机 构 自 由 度 的计 算 ， 会 进 行 平 面 机 构 组 成 原 理 和 结 构 分析 1.1 研 究 机 构 的 目 的1、 探 讨 机 构 运 动 的 可 能 性 和 确 定 性2、 对 机 构 按 结 构 进 行 分 类 ， 并 建 立 运动 分 析 和

2、 动 力 分 析 的 一 般 方 法3、 了 解 机 构 的 组 成 原 理4、 绘 制 机 构 运 动 简 图 1.2 运 动 副 、 运 动 链 和 机 构1、 运 动 副 ： 两 个 构 件 直 接 接 触 形 成 的 可 动 联 接 。2、 运 动 副 元 素 ： 两 构 件 构 成 运 动 副 时 直 接 接 触 的 点 、线 、 面 部 分 。 自 由 度 和 约 束 自 由 度 ： 构 件 具 有 的 独 立 运 动 的 数 目（ 确 定 构 件 位 置 的 独 立 参 变 量 的 数 目 约 束 ： 对 独 立 运 动 所 加 的 限 制 3、 运 动 副 分 类 ：（ 1）

3、按 运 动 副 的 接 触 形 式 分 为 低 幅 和 高 副低 幅 ： 面 与 面 接 触 的 运 动 副 ； 接 触 面 压 强 较 低 。高 副 ： 点 或 线 接 触 的 运 动 副 。 接 触 面 压 强 较 高 ， 易 磨 损 。 常 见 低 幅 常 见 高 副 （ 2） 按 相 对 运 动 形 式 分 平 面 副 和 空 间 副 平 面 副 空 间 副 运 动 链 由 两 个 或 两 个 以 上 构 件 通 过 运 动 副 联 接 而构 成 的 系 统 。 分 两 类 ： 闭 式 和 开 式 。 开 式 运 动 链 机 构 原 动 件 ： 按 给 定 运 动 规 律 独力 运 动

4、 的 构 件 。 从 动 件 ： 其 余 的 活 动 构 件 。 机 架 ： 固 定 不 动 的 构 件 。 机 构 分 类 ： 闭 式 链 机 构 和 开 式 链 机 构 。 1.2 平 面 机 构 的 运 动 简 图 必 须 与 原 机 构 具 有 完 全 相 同 的 运 动 特 性 ， 它 不 仅 可以 用 来 表 示 机 构 的 运 动 情 况 ， 而 且 还 可 以 根 据 机 构 简 图对 机 构 进 行 运 动 分 析 和 受 力 分 析 ， 它 是 一 种 用 简 单 线 条和 符 号 表 示 机 构 的 工 程 图 形 语 言 。 应 表 明 ： 机 构 的 种类 ， 构 件

5、 的 数 目 及 相 互 传 动 的 路 线 ， 运 动 副 的 种 类 、 数目 。 没 有 严 格 按 比 例 绘 制 的 简 图 称 为 机 构 示 意 图 。1.2.1 机 构 运 动 简 图 及 其 用 途机 构 运 动 简 图 用 国 标 规 定的 简 单 符 号 和 线 条 表 示 运 动 副 和 构件 ， 并 按 一 定 的 比 例 表 示 运 动 副 的位 置 ， 这 种 用 来 说 明 机 构 各 构 件 间相 对 运 动 关 系 的 图 形 ， 称 为 机 构 运动 简 图 。 运 动 副 与 构 件 的 表 示 方 法 2. 运 动 副 的 表 示 方 法 3. 构 件

6、 的 表 示 方 法 转 动 副 符 号 移 动 副 符 号 高 副 符 号 1. 构 件 的 种 类 1） 固 定 件 或 机 架 ； 2） 原 动 件 ； 3） 从 动 件*必须有一个机架，至少有一个原动件，其余为活动构件。 用 途 ： 分 析 现 有 机 械 ， 构 思 设 计 新 机 械 。 其 他 零 部 件 的 表 示 方 法 可 参 看 GB446084“机 构 运 动简 图 符 号 ” 。 绘 制 小 型 压 力 机 机 构 运 动 简 图 1.3 平 面 机 构 的 自 由 度 自 由 度 可 能 出 现 的 独 立 运 动 称 为 构 件 的 自 由 度 。 设 平 面 机

7、 构 共 有 N个 构 件 ， 低 副 和 高 副 数 目 分 别 为 PL和 PH，如 将 机 构 中 某 一 构 件 固 定 为 机 架 ， 则 机 构 中 的 活 动 构 件 数 为n=N 1。 由 于 活 动 构 件 给 机 构 带 进 3n个 自 由 度 ， 而 机 构 中 全 部运 动 副 所 引 入 的 约 束 总 数 为 2 PL + PH。 因 此 活 动 构 件 的 自 由 度总 数 减 去 由 运 动 副 引 入 的 约 束 总 数 就 是 该 机 构 的 自 由 度 ， 用 F表 示 ， 即 HL23 PPnF 1.3.1 平 面 机 构 自 由 度 及 其 计 算 公

8、 式 1.3.2 机 构 具 有 确 定 相 对 运 动 的 条 件 机 构 具 有 确 定 相 对 运 动 的 条 件 : 机 构 的 自 由 度 等 于 原 动 件 个 数 。原 动 件 活塞 ， 自 由度 为 1。将 直 线 运动 变 位 往复 摆 动 。 1.3.3 计 算 平 面 机 构 自 由 度 的 注 意 事 项 1 复 合 铰 链 两 个 以 上 的 构 件 在 同 一 轴 线 上 用 转动 副 连 接 起 来 形 成 复 合 铰 链 。 由 K个 构件 汇 交 成 的 复 合 铰 链 应 当 包 含 (K 1)个回 转 副 。 计 算 时 不 可 漏 算 。 计 算 自 由

9、 度 17*25*3 23 HL ppnFA为 复 合 铰 链 例 ： 计 算 图 所 示 圆 盘 锯 主 体机 构 的 自 由 度 。 解 机 构 中 有 7个 活 动 构 件 ，n =7， E， B， C， D 4处都 是 3个 构 件 汇 交 成 的 复合 铰 链 ， 各 有 二 个 回 转副 ， 故 PL=10。 11027323 HL PPnFF与 机 构 原 动 件 个 数 相 等 。 因 此 ， 当 原 动 件 8转 动 时 ， 圆 盘 中 心E将 确 定 地 沿 直 线 EE移 动 。 2 局 部 自 由 度 机 构 中 某 些 构 件 所 具 有 的 自 由 度 仅 与 其

10、自 身 的 局 部 运动 有 关 ， 并 不 影 响 其 它 构 件 的 运 动 ， 则 称 该 自 由 度 为 局 部自 由 度 。 发 生 场 合 ： 有 滚 子 的 地 方 ， 就 一 定 有 局 部 自 由 度 解 决 方 法 ： 将 滚 子 与 安 装 滚 子 的 构 件 固 结 在 一 起 ， 将二 者 视 为 一 个 构 件 。 3 虚 约 束 在 特 定 几 何 条 件 或 结 构 条 件 下 ， 某 些 运 动 副 所 引 入 的约 束 可 能 与 其 它 运 动 副 所 起 的 限 制 作 用 一 致 ， 这 种 不 起 独立 限 制 作 用 的 重 复 约 束 为 序 约

11、 束 ， 计 算 自 由 度 时 去 掉 。 虚 约 束 经 常 出 现 场 合 ：（ 1） 两 构 件 构 成 多 个 运 动 副 时两 构 件 构 成 多 个 转 动 副 ， 但 其 轴 线 相 重 合 ： 为 了 改 善 构 件受 力 情 况 。 两 构 件 构 成 多 个 运 动 副 时 ， 但 其 导 路 相 互 平 行 或重 合 ： 为 了 改 善 构 件 受 力 情 况 。 两 构 件 组 成 多 个 平 面 高 副 ， 但 接 触 点之 间 的 距 离 为 常 数 （ 2） 两 构 件 上 某 两 点 间 的 距 离 在 运 动过 程 中 始 终 保 持 不 变 。 （ 3）

12、联 接 构 件 与 被 联 接 构 件 上 联 接 点的 轨 迹 重 合 （ 4） 机 构 中 对 运 动 不 起 作 用 的 对 称 部分 计 算 图 示 大 筛 机 构 的 自 由 度复 合 铰 链 ： C点 ； 局 部 自 由 度 ： 滚 在 9与 活 塞 4视 为 一 体 ；虚 约 束 ： 与 两 处 移 动 副 ， 去 掉 一 个 虚 约 束 ； 弹 簧10不 影 响 机 构 自 由 度 ， 去 掉 。 得 机 构 1.4 机 构 的 组 成 原 理 和 结 构 分 析1.4.1 平 面 机 构 的 高 副 低 代 根 据 一 定 条 件 对 机 构 中 的 高 副 以 低 副 代

13、替 ，称 为 高 副 低 代 。 代 替 条 件 ： 代 替 前 后 机 构 自 由 度 不 变 ； 瞬 时度 和 瞬 时 加 速 度 不 变 。 方 法 ： 一 个 构 件 加 两 个 低 幅 。 构 件 ： 过 接 触点 法 线 ， 两 个 低 幅 ： 即 为 接 触 点 圆 弧 曲 率 中 心 。 高 副 接 触 有 三 种 ： 圆 弧 和 圆 弧 接 触 ； 点 和 圆弧 接 触 ； 线 和 圆 弧 接 触 。 1、 圆 弧 和 圆 弧 接 触（ 1） 圆 形 曲 线 ： 图 示 ， 两 构 件 在 c点 构 成 高 副 ， 机 构在 运 动 过 程 中 ， AO1、 BO、 O1O长

14、 度 不 变 ， 用 一 杆O1O加 两 副 O1和 O代 替 了 原 高 副 C。 （ 2） 非 圆 形 曲 线由 于 曲 线 各 处 曲 率 中 心 的 位 置 不 同 ， 故 在 机 构 运 动 中 随 着接 触 点 的 改 变 ， 曲 率 中 心 OO1相 对 于 构 件 1、 2的 位 置 及OO1间 的 距 离 也 会 随 之 改 变 。 因 此 对 于 一 般 的 高 副 机 构 ，在 不 同 的 位 置 有 不 同 的 瞬 时 替 代 机 构 。 实 例如 果 是 一 对 齿 轮 ， 如 何 替 代 ？ 2、 点 和 圆 弧 接 触 2、 直 线 和 圆 弧 接 触 1.4.2

15、 机 构 的 组 成 原 理 （ 低 副 机 构 ） 任 何 机 构 中 都 包 含 原 动 件 、 机 架 和 从 动 件 系统 三 部 分 ， 而 原 动 件 的 个 数 与 自 由 度 相 等 ， 所 以去 掉 原 动 件 ， 从 动 件 系 统 的 自 由 度 为 零 。 杆 组 ： 从 动 件 系 统 可 分 解 成 若 干 个 不 可 再 分的 自 由 度 为 零 的 构 件 组 合 ， 称 为 基 本 杆 组 。 简 称杆 组 。 分 类 ： 从 动 件 系 统 的 自 由 度 F=3n-2PL=01） n=2， P L=3 -二 类 杆 组 （ 二 杆 三 副 ）2） n=4，

16、 PL=6 -多 类 杆 组 （ 四 杆 六 副 ）更 高 级 别 的 基 本 杆 组 在 实 际 机 构 中 很 少 遇 到 。 常 见 二 级 杆 组 ： 常 见 多 级 杆 组 ： 最 常 见 的 是 如 左图 所 示 的 三 级杆 组 。 其 特 征是 具 有 一 个 三副 构 件 ， 而 每个 内 副 所 联 接的 分 支 机 构 是双 福 机 构 。 机 构 的 组 成 原 理 ： 把 若 干 个 自 由 度 为 零 的 基 本 杆 组 依 次 联 接 到原 动 件 和 机 架 上 ， 就 可 组 成 一 个 新 的 机 构 ， 其 自由 度 数 与 原 动 件 数 目 相 等 。设 计 机 构 的 准 则 ： 在 满 足 相 同 工 作 要 求 的 前 提 下 ，机 构 的 结 构 越 简 单 ， 杆 组 的 级 别 越 低 ， 构 件 的 运动 副 数 目 越 少 越 好 。 1、 拆 杆 组 ： 流 程 如 下 图1.4. 机 构 的 结 构 分 析 实 例 1 拆 成 4个 二 级 杆 组 实 例 2 机 构 的 级 别 ：