平面机构的自由度和速度幻灯片PPT

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C处为复合铰链
n = 5, Pl = 7, Ph =F =0 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
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
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
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
凸轮副 齿轮副
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
3.1 机构的组成
齿轮副
3.1 机构的组成
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。
与实际相符
1.3 平面机构的自由度
虚约束常见情况及处理
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。
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。
┌绝对瞬心(其中一刚体静止) └相对瞬心(两刚体均运动)
(二)瞬2.心速在度速瞬度心分的析求上法的: 应用
V21 1
V12
2
P12
2.速度瞬心的求法: 瞬心的数目: N=K(K-1)/2 (1-2)
瞬心的求法: ①已知两个重合点的相对
速度求瞬心 图1-18
2②组成转动副→转动副是瞬心 图1-19
V211 V12 2
∴C点不可能是第三个瞬心 P23
VC2
(瞬时绝对速度的重合点)
2C
3
→第三个瞬心应在
P12P13的连线上。
P12
1 P13
例1-8:图1-21 P.15
K=4 , N=4×3/2=6 P23
P24
P12 2
P13
P34
3
4
1
P14
找P24: 构件2、1、4 → 在P12P14连线上 构件2、3、4 → 在P23P34连线上
1
1
P23
O (P13)

P12
ω1
P13 (回转副是瞬心)
P23 →构件2、3的瞬心位于导轨垂线 →(三心定理)过P13⊥导轨的无穷远处
P12 →过接触点的公法线上 →三心定理求解
小结: 一.基本概念:机器、机构、构件、零件、
运动副(定义,判断) 、瞬心 二.基本内容: 1.自由度计算 2.计算自由度应注意事项 3.绘制运动简图 4.机构具有确定运动的条件
找P13:构件1、2、3 → 在P12P23连线上 构件1、4、3 → 在P14P34连线上
例1-9:图1-22 P.16 K=4 , N=4×(4-1) /2=6
找P13: 构件1、2、3 → 在P12P23连线上
∞P34 ∞P34
构件1、4、3 →在P14P34连线上 →过P14作导轨垂线
找P24:
1.2 平面机构的运动简图
1.2.2 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。
1.2 平面机构的运动简图
例1.1 试绘制内燃机的机构运动简图
: : :
机机本 构构章 速具重 度有点 瞬确 心定 及运 分动 析的
条 件
机机运运主 构构动动要 速具简副内 度有图及容 瞬确 其 心定 分 及运 类 分动 析的
条 件
1.1 运动副及其分类
1.1.1 运动副
运动副: 构件之间直接接触并能产生一定 形式相对运动的 (可动)连接。
运动副元素:两构件上直接鄂式破碎机
缝纫机引线机构
1.找固定件(1个) 、 原动件(≥1个) 、 从动件
2.找运动副
图1-9 活塞泵 p.10
1.3 平面机构的自由度
1.3.1 机构具有确定运动的条件
1.实例分析
不能产生运动
→ F=0 →机构不动
给定构件1运动参数 1 = ( 1t )
构件2、3的运动是确定的
2.结论
•机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称机 构的自由度。
•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。
◆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 平面机构的自由度
1.3.2 平面机构自由度的计算 1.构件自由度
一个构件未用运动 副与其它构件连接之前, 有三个自由度。
5.瞬心的求法
作业
S206 邓老师 机械原理作业集(p4五(2,3);
p8五(1,2,4,5)) 机械设计作业集(两本一共4元)
下周一收齐钱由班长到邓老师处集体购买, 作业下下周一交
1.3 平面机构的自由度
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。
1.3 平面机构的自由度
螺旋副
球面副
1.2 平面机构的运动简图
1.2.1 运动副及构件的表示方法
1.构件 构件均用直线或小方块等来表示,画有斜线的表示机架。
1.2 平面机构的运动简图
2.转动副
构件组成转动副时,如下图表示。
➢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。
P=h3×3 - 2×4 - 0
=1
Pl :机构中低副数; F :机构的自由度数;
3.3 平面机构的自由度
❖计算实例
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
1.3.3 自由度计算时应注意的几种情况
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机本 构章 速难 度点 瞬 心 及 分 析
1.4 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用
-利用瞬心法求简单机构的速度(速度分析) (一)速度瞬心及其求法:
1.速度瞬心的意作义相: 对运动的两刚体, 任何时
间总有一点的绝对速度相等→相对速度=0
瞬心 →相对运动两刚体上瞬时相对速度为零的重
合点→具同一瞬时绝对速度的重合点
→两刚体相对运动→绕瞬心的转动
1.2 平面机构的运动简图
解:1)分析运动,确定 构件的类型和数量
进气阀3
2)确定运动副的类型
和数目
3)选择视图平面
活塞2 顶杆8
4)选取比例尺,根 连杆5
据机构运动尺寸,定出各
运动副间的相对位置 曲轴6
5)画出各运动副和机 构符号,并表示出各构件
齿轮10
排气阀4 气缸体1
凸轮7
1.2 平面机构的运动简图
→ω →两者
4P)23
的同速点 P24
P12 2
E
A
∴该点 构件2绝对速度:VE= ω2LEA 构件4绝对速度:VE= ω4LED
P34
3
4
1
P14
D
2 LED 4 LEA
两构件的角速度与其绝对瞬心至相对瞬心
的距离成反比。
2.滑动兼滚动接触的高副:
(齿轮或摆动从动件凸轮机构) P12 →过接触点的公法线上→三心定理求解
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
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
例:图1-17 P·14
复合
解: 1.如不考虑上 2
3
述因素,解得: 1 K=9, n=K-1=8
PL=10,PH=1,
虚 5局
6
7
8
4 9
原动件数=2 → F=3n-2PL-PH=3×8-2×10-1=3
→原动件数< F →机构运动不确定→结论错误!
2.重解: n=7,
PL=9,PH=1 F=3×7-2×9
-1=2
→原动件数= F →机构有确定运动
1.1 运动副及其分类
1.1.2 自由度和运动副约束
自由度:把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自由度
1.1 运动副及其分类
一、平面运动副
按两构件接触情况,常分为低副、高副两大类。 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。
a)固定铰链
证明: 图1-20 (P.14) K=3 ,N=3(3-1)/2=3
可得:P12(构件1、2) 、P13(构件1 、3)是(绝对)瞬心
假设: 第三个瞬心(P23)不在P12及P13的连线上, 而在C点。 分析: 重合点C(C2、C3)的绝对速度VC2 =VC3
VC2 ≠VC3 →它们方向不可能一致 →
→角速度与连心线被轮廓接触点公法线 所分割的两线段长度成反比
n
→用在齿轮机构
1
C
2
3 (A)P13
(D)P12n
图1-23
(B)P23
1 LDB 2 LDA
3.直动从动件凸轮机构(同上) K=3 , N=3×(3-1) /2=3
图1-24
3
V2 2
l v 1 P13P12
2
v2
l P13P12
原动件数目=机构自由度数目
1.3 平面机构的自由度
给定构件1运动参数 1= (1 t ),构
件2、3、4的运动是不确定的
→ F >原动件数 →机构运动不确定
再给定构件4运动参数 4= 4( t ),
构件2、3的运动是确定的
原动件数目=机构自由度数目
1.3 平面机构的自由度
2
→ F <原动件数 →杆2被拉断
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。
1.3 平面机构的自由度
2.计算公式 设 n:机构中活动构件数;
Ph :机构中高副数; 则 F = 3n - 2Pl - Ph
3.计算实例
n = 3, Pl = 4, Ph = 0 F = 3n - 2Pl Ph=3×3 - 2Pl -
1.3 平面机构的自由度
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。
N = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 3×2 - 2×2 – 1 = 1
与实际相符
教材图1-13b动画
◆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。
1.3 平面机构的自由度
P12
1 P12③组成移动副→瞬心位于导轨垂线的无穷远处
→所有重合点的相对速度∥移动方向
④组成纯滚动高副→接触点是瞬心
→接触点的相对速度=0
P12∞
⑤组成滑动兼滚动副→瞬心
位于过接触点的公法线方向
P12
→接触点的相对速度沿切线方向
⑥不直接接触两构件的瞬心
⑥不直接接触两构件的瞬心
→三心定理→ 作平面运动的 三个构件共有三个瞬心, 它们位于同一直线上。
n = 4, Pl =6, Ph = 0F = 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。
n = 3, Pl =4, Ph =0 F = 3×3 - 2×4 – 0 = 1
构件2、1、4 → 在P12P14连线上
构件2、3、4 →
在P23P34连线上 → 过P23作导轨垂线
P13
P12B 2
P14 1A
4
P24
3 C P23
(二)瞬心在速度分析上的应用 p.16
瞬心→相对速度=0 , 绝对速度相等
P13
→速度分析
1.铰链四杆机构 (图1-21) (知ω2
P24是构件2、4的瞬心
◆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 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,其余为约束。
◆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 4.两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。
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