机械设计基础自由度的计算.pdf

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1、SchoolofMechatronicsEngineering1/50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CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGYSchoolofMechatronicsEngineering2/50一、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

2、，具有1个自由度；平面高副：产生1个约束，具有2个自由度。3.平面系统自由度的计算公式F=3n-2P-P(n：活动构件数；P：低副数；P：高副数）LHLH机械基础教研室孙雅萍CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGYSchoolofMechatronicsEngineering3/50计算下列平面系统的自由度n=3,P=5,P=0n=2,P=3,P=0LHLHF=3n－2P－PF=3n－2P－PLHLH=3*2-2*3=0=3*3-2*5=-1n=3,P=4,P=0n=4,P=5,P=0LHLHF=3n－2P－PF=3n－2P－PLHLH=3*3-2*4=1

3、=3*4-2*5=2机械基础教研室孙雅萍CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGYSchoolofMechatronicsEngineering4/50三、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。机械基础教研室孙雅萍CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGYSchoolofMechatronicsEngineering5/50四、平面系统自

4、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。n=7,P=10,P=0例：LHF=3n－2P－PLH=3*7-2*10=1机械基础教研室孙雅萍CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGYSchoolofMechatronicsEngineering6/502.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。n=2P=2LP=1HF=3n－2P－PLH=3*2-2*2-1=1机械基础教研室孙雅萍CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGYSchoolofMec

5、hatronicsEngineering7/503.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。机械基础教研室孙雅萍CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGYSchoolofMechatronicsEngineering8/50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机械基础教研室孙雅萍CHANGCHUNINSTIT

6、UTEOFTECHNOLOGYSchoolofMechatronicsEngineering9/50２）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CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGYSchoolofMechatronicsEngineering10/50３）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CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGYSch

7、oolofMechatronicsEngineering11/50４）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CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGYSchoolofMechatronicsEngineering12/50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