机械设计基础自由度

B
A 1
D P 6 L=8,4
=3*5-2*7-1
=0
PH=1
孙雅萍
即：系统不能运动。
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
机械基础教研室
School of Mechatronics Engineering
15/50
将D点改成如图：
n=6, PL=8, PH=1
A
3 Cn=6, 2 D B 7 PL=8, 6 4 G 1
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
9/50
２）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时， 则只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
带虚约束的曲轴
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
33/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
34/50
作业
• 平面系统有确定相对运动的条件是什么？ 平面系统的自由度计算
School of Mechatronics Engineering
10/50
３）如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持 不变，此时若用具有两个转动副的附加构件来连接这 两个点，则将会引入一个虚约束。
带虚约束的杆机构
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
29/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
30/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
11/50
４）机构中对运动起重复限制作用的对称部分也往 往会引入虚约束。
带虚约束的行星轮系
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
13/50
比较下面二图有何区别
2 B
A 1
5 3E Cn=6 D P 4 6 , L=8, G
F
PH=1
孙雅萍
F 5 3E 2 Cn=6 D B , 7=8, P 6 L 4 G A 1
School of Mechatronics Engineering
27/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
28/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
n =2 PL=2
PH=1
F=3n－2PL－PH =3*2-2*2-1 =1
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
7/50
3.虚约束
定义：在平面系统中，有些约束所起的限制作用可 能是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚 约束。 处理：应在计算结果中加上虚约束数，或先将产生 虚约束的构件和运动副去掉，然后再进行计算。
3.平面系统自由度的计算公式 F=3n-2PL-PH(n：活动构件数；PL：低副数；PH：高副数）
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
3/50
计算下列平面系统的自由度
n=2, PL=3, PH=0
School of Mechatronቤተ መጻሕፍቲ ባይዱcs Engineering
25/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
26/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
n=3, PL=5, PH=0
F=3n－2PL－PH
=3*2-2*3=0
F=3n－2PL－PH
=3*3-2*5=-1
n=3, PL=4, PH=0 F=3n－2PL－PH
n=4, PL=5, PH=0 F=3n－2PL－PH
=3*3-2*4=1
机械基础教研室
=3*4-2*5=2
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
17/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
18/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
31/50
n=7, PL=10, PH=0 F=3n－2PL－PH =3*7-2*10-0 =1
机械基础教研室
n=6, PL=8, PH=1 F=3n－2PL－PH =3*6-2*8-1 =1
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
2/50
一、自由度
自由度:机构具有确定运动时所必须给定的独立运动 参数的数目。
二、平面系统自由度的计算
1.平面自由物体具有三个自由度 沿X轴的移动、沿Y轴的移动、绕原点O的转动。 2.运动副对自由度的限定 平面低副：产生2个约束，具有1个自由度； 平面高副：产生1个约束，具有2个自由度。
F 5
E
F=3n－2PL－PH
=3*6-2*8-1
=1
PH=1
系统有一个原动 件时机构具有确 定的相对运动
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
16/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
8/50
常见的虚约束有以下几种情况:
１）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行 或重合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都 是虚约束。
带虚约束的凸轮机构
PH=1
机械基础教研室
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
14/50
自由度计算例： 计算说明下列平面系统运动是否确定，若不确定 ，如何改正。
F 5 2 Cn=6,
E 3 G
n=5, PL=7, PH=1 F=3n－2PL－PH
=3*7-2*10=1
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
6/50
2.局部自由度 定义：不影响系统整体运动的自由度，称 为局部自由度。
处理：在计算系统自由度时，局部自由度应 当舍弃不计。
School of Mechatronics Engineering
32/50
n=5, PL=6, PH=1
n=4, PL=4, PH=2 F=3n－2PL－PH
F=3n－2PL－PH
=3*5-2*6-1
=3*4-2*4-2
=2
=2
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
12/50
虚约束的本质是什么?
从运动的角度看,虚约束就是“重复的约束” 或者是“多余的约束”。
机构中为什么要使用虚约束?
a.使受力状态更合理 b.使机构平衡 c.考虑机构在特殊位置的运动
使用虚约束时要注意什么问题?
保证满足虚约束存在的几何条件，在机械设计 中使用虚约束时，机械制造的精度要提高。
机械基础教研室
School of Mechatronics Engineering
23/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
24/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
孙雅萍
School of Mechatronics Engineering
4/50
三、平面系统具有确定运动的条件
1)若系统自由度Ｆ≤０，则系统不能动 2)若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不确 定的； 3）若Ｆ>０，而原动件数>F，则构件间不能运动或 产生破坏。
系统具有确定运动的条件是： 系统的自由度大于零，且等于系统的原动件数。
School of Mechatronics Engineering
21/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
22/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
1/50
第三节
平面机构的自由度
主要教学内容： 1.何谓自由度 2.机构自由度的计算 3.平面系统具有确定运动的条件 4. 平面系统自由度计算的注意事项 5.自由度计算举例
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
5/50
四、平面系统自由度计算应注意的事项
1.复合铰链 两个以上的构件用转动副在一处构成的联接。
例：
n=7, PL=10, PH=0
F=3n－2PL－PH
School of Mechatronics Engineering
19/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
School of Mechatronics Engineering
20/50
机械基础教研室
孙雅萍
CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY