机械设计基础课件-第一章

一、平面机构自由度F的计算
F=3×(n个活动构件)－(2 ×低副数Pl+高副数Ph)
=3·n－（2 Pl+Ph）
C
即 ＝总自由度数 － 总约束数
2
如：连杆机构
B
3
1
A
4
D
n=3，Pl=4，Ph＝0， F＝3*3－2*4＝1
二、平面机构具有确定运动的条 件？
请看下列运动链，计算其自由度并考虑其运动情 况
由度。
滚动将经 子摩滑常
擦动出 时摩现 ，擦的 添变场 加为合 的滚：
解决方法：计算时去除
3、虚约束：——起不到约束作用的“约束”
运动轨迹重合——尺寸有要求(e1,e2) E1：.两个构件上某两点间的距离在运动过程中始终 保持不变。
E2: 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时；
两个构件之间构成多个运动副时
Fa 3 2 2 3 0 Fb 3 3 2 5 1
再来看下列运动链，计算其自由度并考虑其运动 情况
F 3425 2
运动情况？
F 33 24 1
运动情况？
B 1 A
C 2
3
4
D
平面机构具有确定运动的条件：
1. F≥1或F>0
2、F=原动件数目
三、计算平面机构自由度注意事项
1. 复合铰链
P13
P12
3 ω1
Ex3: 曲柄滑块机构，已知
B
ω1＝const，求V滑块
2
1
C
A
4
3
作业
• 题1-14、1-17
本章小结
三心定理 及应用
机构运动简图
机构具有确定 运动的条件
速度分析
平面机构
机架 主动件 从动件 运动副
自由度的计算 复合铰链
低副
高副
注意事项
局部自由度 虚约束
移动副 转动副 凸轮副 齿轮副
绘图步骤：1、弄清构件数； 2、弄清运动副类型、数量（分析运动情况） 3、量取尺寸，取比例尺μL，作图。 μL＝构件实际长度 / 构件图上尺寸
注意：1、固定件加画斜线； 2、原动件标注箭头
Ex: 颚式破碎机主体机构
机构简图绘制例题
1、运动副扩大 2、手摇唧筒 3、自 卸 车
§1.3 平面机构的自由度
• 判定所测绘的机构运动简图是否正确。
作业
• 书P17：
1-6、 1-8、 1-9、 1-12
要求要抄题、图，指出复合铰链、 局部自由度、虚约束，表明构件 和运动副序号再计算自由度。
§1.4 速度瞬心及其在机构速度 分析中的应用
一、速度瞬心及其求法
1、定义：
（理力）任何一个刚体2相对于刚 体1作平面相对运动时，两刚体上 瞬时相对速度为零的重合点
2. 采用虚约束是为了改善机构的受力情况；传递 较大功率或是满足某些特殊要求。
3. 设计机械时，若是为了满足某种需要而采用虚 约束时，则必须严格保证设计、加工、装配的 精度，以满足虚约束所需的几何条件。
计算图示机构 的自由度F， 要求：标出各 构件序号、复 合铰链、局部 自由度、虚约 束。
综合例子
第一章 平面机构的自由度 和速度分析
§1.1 运动副及其分类
一、构件的自由度
一构件相对另一构件所具有的独立运动参数数目
二、运动副及其分类
1、运动副定义：
两构件互相接触，且有相对运动的联接
2、约束：运动副引入后，二构件相对的独立运动受到限
制，导致构件自由度减少的现象，就称为约束。 显然，减少数等于约束数。
第一步、找出机构中的复合铰链、局部 自由度和虚约束
①复合铰链
①
②局部自由度
②
③虚约束
③
弹簧不影响机构的自由度，可去除。
第二步、 计算机构自由度
标注活动构件及运动副序号
2
B1 A
C①
3 4
D②
F
5E ③
I
6
G7 H
N=7, PL=9, PH=1 F=3·n－（2 PL+PH）＝3×7－2×9－1＝2
绝对瞬心：1固定 相对瞬心：1不固定 （机原）两构件等速重合点Pij
2、数目：
机构中有K个构件（含机架），则
N
CK2
KK 1
2
3、求 法
A）直接观察
（直接形成运动副时）
两个构件以 转动副连接
两个构件以移动副连接
两个构件以纯滚动（只滚动 不滑动）高副连接
两个构件以既滚动又滑 动的高副连接
B）三心定理
两构件组成许多移动副，其导路一致成平行 两构件组成许多转动副，其转轴重合
轴线重合 的转动副
导路重合 的移动副
两个构件组成若干个平面高副， 接触点之间的距离为常数。
机构中对运动不起作用的对称部分
虚约束小结
1. 机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现 的，如果这些条件得不到满足，则虚约束就会 变成有效约束，致使机构不能运动。
计算图示机构的自由度F
四、计算平面机构自由度的实用意义
• 判定机构运动设计方案是否合理，改进不合理 的方案，使之具有确定的相对运动。
——如果机构F＝0，而设计要求机构具有一个自由度， 一般可在机构中适当位置用增加一个带有低副的构件 来解决。 ——对于设计方案中运动不确定的构件系统，可采用 增加约束或是原动件的方法，使其运动确定而成为机 构。
3、平面运动副分类及其约束
凸轮副 Ⅰ级副
齿轮副
高副（约束数＝1）
Ⅱ级副
转动副 移动副
低副（约束数＝2）
三、机构：由构件通过运动副联接而成的构件系统
组成：机架、原动件、从动件
§1.2 平面机构的运动简图
用来准确表达机构运动特性的简单图形
三个要求：1、用规定符号来表达运动副； 2、用简单线条表示构件； 3、按比例画图。
请计算右图机构 的自由度
F=3*5-2*6=3
（实例）
两个以上的构件在同一处以转动副相联接，
这样所构成的运动副称为复合铰链
解决方法：若有m个构件在同一处形成复合铰链，
则它们构成的转动副的数目为（m-1)个。 F=3*5-2*7=1
2、局部自由度——与输出构件运动无关的自由度
具体讲：机构某些构件所具有的自由度仅与其自身的局部运 动有关，并不影响其它构件的运动，则称这种自由度为局部自
若两个构件不直接接触需用三心定理来确定其瞬心位置。
三个作平面相对运动的构件有三个共线瞬心。
二、瞬心在速度分析中的应用
应用范围:
Ex1: 已知机构尺寸，
ω2求ω4，ω3/ω4，Vc
Ex2：图示机构中，已知ω1。求：v2
解：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
v2
P∞23
v2
v2 P1 2
v1 P1 2
1 P12P13
2 1
方向垂直向上