机械设计基础(第3章)教程分析.pptVIP

1 .基本概念 自由度：相对于参考坐标系，构件所具有的独立运动数目称为构件的自由度。或者说：自由度指的是描述运动的独立参数。 约束：对构件的独立运动所加的限制称为约束。约束是由运动副提供的。 机构的自由度：在指定的参考坐标系内机构所具有的独立运动数目。 平面运动：作平面运动的构件则只有三个自由度，即沿x轴和y轴的移动及在xoy平面内的转动。这三个自由度可以用三个独立的参数x、y和角度θ表示。下面，只就作平面运动的构件进行分析。 2.运动副的作用：是约束构件间的某些运动，而保留另外一些运动。一个运动副至少引入一个约束，也至少保留一个自由度。 ◆转动副：沿轴向和垂直于轴向的移动均受到约束，它只能绕其轴线作转动。所以，平面运动的一个转动副引入两个约束，保留一个自由度。 ◆移动副：限制了构件一个移动和绕平面的轴转动，保留了沿移动副方向的相对移动，所以平面运动的一个移动副也引入两个约束，保留一个自由度。 ◆高副 一个平面高副引入一个约束，保留两个自由度。 如图所示为五构件运动链。若给定一个原动件(构件1)的角位移规律为φ1=φ1(t)，此时构件2、3、4的运动并不能确定。 复合铰链：两个以上构件在同一处用转动副相连接，该处则构成复合铰链。 复合铰链处的运动副数目为：K－1（K为构成复合铰链的构件数目）。 3.3 平面机构的自由度 3.3.3 自由度计算时应注意的几种情况 局部自由度：机构中与输出构件的运动无关的自由度称为局部自由度（或称多余自由度），计算自由度时应减去。 如图中滚子绕从动杆端部转动并不影响其它构件的运动，因而是局部自由度，在计算机构自由度时局部自由度应除去不计。 局部自由度 3.3 平面机构的自由度 虚约束：对机构起重复约束作用的约束称为虚约束或消极约束，计算自由度时应去掉构成虚约束的构件及运动副。 3.3 平面机构的自由度 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。 虚约束常见情况及处理 3.3 平面机构的自由度 ◆计算中只计入一个移动副或一个转动副。 2.两构件间形成多个轴线重合的转动副，轴与轴承在同一轴线上形成两个转动副；两构件形成多个导路平行的移动副。 3.3 平面机构的自由度 ◆计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。 3.两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。 3.3 平面机构的自由度 ◆计算中应将对称部分除去不计。 4.机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。 3.3 平面机构的自由度 虚约束对机构的影响 ◆机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。 虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如“平行”、“重合”、“距离不变”等。如果几何条件不满足，虚约束会转化为有效约束。 机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。 3.3 平面机构的自由度 例题： 复合铰链 局部自由度 虚约束 F =3n－2PL－PH =3×7－2×9－1 =2 3.3 平面机构的自由度 第3章 平面机构的结构分析 重点：1）有关机构组成的概念及机构具有确定运动的条件。 2）机构运动简图及其绘制。 3）机构的自由度。 难点：1）机构运动简图的绘制。 2）机构中虚约束的正确判别。 3.1 机构的组成 机构运行时，除相对固定的机架外其余的所有构件都按照某种规律运动。如果机构中的所有构件都在相同或相互平行的平面内运动，这种机构称为平面机构，否则称为空间机构。由于工程中使用的机构多半属于平面机构，故本章讨论的对象为平面机构。 3.1 机构的组成 构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称为运动副。 运动副元素：构件上参与接触的点、线、面 3.1.1 运动副 运动副： 3.1 机构的组成 3.1.2 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 按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。 1.低副 构件之间以面接触形成的运动副 (1) 转动副：组成运动副的两个构件只能在某一平面内作相对转动 ，又称作铰链。 a)固定铰链 3.1 机构的组成 一、平面运动副 b)活动铰链转动副 3.1 机构的组成 (2) 移动副：组成运动副的两个构件只能沿某一方向作相对移动 移动副 3.1 机构的组成 2.高副