自由度分析作业题(答案)PPT课件
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第一节平面机构运动简图及自由度计算ppt课件

b)常见类型:凸轮机构中的滚子从动件及类似滑动摩擦改为滚 动摩擦处。
c)处理方法:自由度计算时应将局部自由度除去,可设想把滚 子与从动件固成一体。
d)自由度计算实例
d)实例:计算下列图示机构自由度。
3C 2 B 1
A
实例
a)概念:机构中与其他运动副所起的限制作用重复,对机构运动 不起新的限制作用的约束,称为虚约束。
学习提要
1.了解相关基本概念:机器、机构、构件、零件、机械、 平面机构、运动副、低副、高副、约束、平面机构运动简 图、平面机构示意图、自由度。 2.掌握平面机构运动简图的绘制。 3.掌握平面机构自由度计算。 4.掌握平面机构自由度计算时几种特殊情况的处理。
(1)复合铰链 (2)局部自由度 (3)虚约束
x
F=3n-2PL-PH
A O
式中:F-机构的自由度 n-机构中活动构件数目
PL-机构中低副的数目 PH-机构中高副的数目
y
低副和高副的约束各是多少?
移动副动画
转动副动画
5)例题:计算内燃机的自由度
F 8
A2
1
3
6
B
E
4
7D
C
5
内燃机运动简图
➢2.平面机构具有确定相对运动的
平面机构只有机构自由度大于零,才可能运动。 ♥ 平面机构具有确定相对运动的条件是:
撇开实际机构中与运动无关的因素,用简单的线条和符号表 示构件和运动副,并按一定比例定出各运动副的位置,表示机构各构 件间相对运动关系的图。
➢2.机构示意图
只是定性地表示机构的组成及运动原理,而不用严格按比例绘 制的简图,通常称为机构示意图。
机构运动简图
F 8
A2
机构自由度计算(共42张PPT)

C4
绘制图示偏心泵的运动简图
3 2 1 4
甘肃工业大学专用
偏心泵
四 平面机构的自由度
1 θ1 2
3
S’3 S3
2 1 θ1
3 4 θ4
给定S3=S3(t),一个独立参数
θ1=θ1〔t〕唯一确定,该机
构仅需要一个独立参数。
假设仅给定θ1=θ1〔t〕,那么 θ2 θ3 θ4 均不能唯一确定。 假设同时给定θ1和θ4 ,那么θ3 θ2 能唯一确定,该机构需要两个 独立参数 。
定义:具有确定运动的运动链称为机构 。
机架-作为参考系的构件,如机床床身、车辆底 盘、飞机机身。
原〔主〕动件-按给定运动规律运动的构件。 从动件-其余可动构件。 机构的组成:
机构=机架+原动件+从动件
甘肃工业大学专用
1个
1个或几个
若干
三 平面机构运动简图
机构运动简图-用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。
副
1
2
螺
旋
1
空副 2
间 运
1
动 副
球
面
1
副
球 销
2
副
甘肃工业大学专用
2 1
2 1
1
2
2 1
2 1
1 2
1 2
1 2
2 1
构件的表示方法:
甘肃工业大学专用
一般构件的表示方法
杆、轴构件
固定构件
同一构件
甘肃工业大学专用
两副构件
一般构件的表示方法
三副构件
甘肃工业大学专用
本卷须知:
画构件时应撇开构件的实际外形,而只考虑运动副的性质。 3. 运动链 运动链-两个以上的构件通过运动副 的联接而构成的系统。 闭式链、开式链
绘制图示偏心泵的运动简图
3 2 1 4
甘肃工业大学专用
偏心泵
四 平面机构的自由度
1 θ1 2
3
S’3 S3
2 1 θ1
3 4 θ4
给定S3=S3(t),一个独立参数
θ1=θ1〔t〕唯一确定,该机
构仅需要一个独立参数。
假设仅给定θ1=θ1〔t〕,那么 θ2 θ3 θ4 均不能唯一确定。 假设同时给定θ1和θ4 ,那么θ3 θ2 能唯一确定,该机构需要两个 独立参数 。
定义:具有确定运动的运动链称为机构 。
机架-作为参考系的构件,如机床床身、车辆底 盘、飞机机身。
原〔主〕动件-按给定运动规律运动的构件。 从动件-其余可动构件。 机构的组成:
机构=机架+原动件+从动件
甘肃工业大学专用
1个
1个或几个
若干
三 平面机构运动简图
机构运动简图-用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。
副
1
2
螺
旋
1
空副 2
间 运
1
动 副
球
面
1
副
球 销
2
副
甘肃工业大学专用
2 1
2 1
1
2
2 1
2 1
1 2
1 2
1 2
2 1
构件的表示方法:
甘肃工业大学专用
一般构件的表示方法
杆、轴构件
固定构件
同一构件
甘肃工业大学专用
两副构件
一般构件的表示方法
三副构件
甘肃工业大学专用
本卷须知:
画构件时应撇开构件的实际外形,而只考虑运动副的性质。 3. 运动链 运动链-两个以上的构件通过运动副 的联接而构成的系统。 闭式链、开式链
工件组合定位和自由度分析详解

单个定位时:
V1 限制了: x z
V2 限制了:
V3 限制了:
x
y
z z
x 两次重复限制,z 叁次重复限制,
按上准则分析,实际V1、V2较V3先
参与,V1、V2参与分不出先后,假
z 设V1为首参限制了 x ,V2次 参 xz 限制了 ;V3最后限制了 y y 。
图2.29 三个V形块 组合定位分析
2、判断准则 (1)定位元件单个定位时,限制转动自由度的作用在组合 定位中不变; (2)组合定位中各定位元件单个定位时限制的移动自由度 ,相互间若无重复,则在组合定位中该元件限制该移动自 由度的作用不变;若有重复,其限制自由度的作用要重新 分析判断,方法如下:
1)在重复限制移动自由度的元件中,按各元件实际参与定 位的先后顺序,分首参和次参定位元件,若实际分不出,可 假设;
x z 固定顶尖1限制了:
y
活动顶尖2限制了:
yz
x z y 固定顶尖为首参,限制了:
活动顶尖 y z
例5 如图2.32工件以外圆柱在两V形块上定位,分析各元 件限制的自由度。
图2.32 V形块组合定位分析右-V1、左-V2
单个定位时:
V1 限制了:x y
}
V2 限制了: y
y 两次重复限制,V1 首参限制了
例3:如图2.30工件以内孔面、平面在圆柱销、支承平面上 定位,分析各元件限制的自由
单个定位时:
平销面 限限制制了了 ::xxxyy
z
y
}
综且合x 限y 重制复了限x制 x
y
y
z
例4:如图2.31工件以两顶尖孔在两顶尖上定位,分析各元件限制 自由度。
图2.31 两顶尖组合定位分析
平面机构自由度的计算PPT课件

§3.2 平面机构的运动简图
机架
A B
机架和活动构件通过转动副联接 机架和活动构件通过移动副联接
§3.2 平面机构的运动简图
两个活动构件联接
§3.2 平面机构的运动简图
〔二〕绘机构运动简图的步骤
1〕分析机构,观察相对运动,数清所有构件的 数目;
2〕确定所有运动副的类型和数目; 3〕选择合理的位置〔即能充分反映机构的特性〕;
注意: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,并非实际撤除。
F3n2P LP H
预习:机构具有确定运动的条件。
假设两构件之间的相对运动均为空间运动,那 么称为空间运动副。
螺旋副
球面副
§3.1 机构的组成
〔二〕、平面运动副
按两构件接触特性,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。按运动 特性可分为转动副和移动副
(1) 转动副:只允许两构件作相对转动,又称作 铰链。
自用盘编号JJ321002
自用盘编号JJ321002
§3.2 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。
§3.2 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。
构件之间的可动连接。 运动副分为低副和高副。 低副引入2个约束。 高副引入1个约束。
平面上运动的自由构件具有3个自由度; 低副引入2个约束; 高副引入1个约束。
平面机构自由度的计算方法:
构件的自由度之和减去运动副的约束 。
设机构有n个活动构件,用PL个低副、PH个高副连接。
《机械原理自由度》课件

机械故障诊断
通过运动分析诊断机械故障的原因 和位置。
控制系统设计
利用运动分析结果设计控制系统的 参数和策略。
机构运动分析的实例
平面四杆机构的运动分析
01
通过解析法计算平面四杆机构的自由度,并分析其运动特性。
凸轮机构的运动分析
02
利用实验法测量凸轮机构的位移、速度和加速度,分析其运动
规律。
机器人臂关节的运动分析
03
通过数值法模拟机器人臂关节的运动行为,优化关节的设计参
数。
04
机构动力学分析
机构动力学的基本概念
机构动力学是研究机 械系统中机构运动及 其与力的关系的学科 。
机构动力学的基本概 念包括力、力矩、加 速度、速度和位移等 。
它涉及到系统的平衡 、运动规律、动态响 应等方面的内容。
机构动力学分析的Байду номын сангаас法
空间机构自由度计算
总结词
空间机构自由度计算是机械原理中一个复杂的概念,它涉及到机构在空间中的 运动自由度数。
详细描述
空间机构的自由度计算公式为F=6n-(3PL + Ph),其中n为活动构件数,PL为低 副数,Ph为高副数。与平面机构不同,空间机构需要考虑三个方向的自由度, 因此计算更为复杂。
特殊机构自由度计算
通过建立平面连杆机构的运动学和动力学模型,分析其运动规律 和动态响应。
凸轮机构的动力学分析
研究凸轮机构的动态行为,包括从动件的运动规律和受力情况等。
齿轮机构的动力学分析
分析齿轮机构的动态特性,如振动、冲击和噪声等,以提高齿轮传 动的平稳性和可靠性。
05
机构优化设计
机构优化设计的目标和方法
目标
3-3 平面机构自由度的计算ppt课件

正:F=32 -22-1=1
w
注意: 法线不重合时, 变成实际约束!
n2
A n1
n1 A n2
相当于一个转动副
虚约束
n1
n2
A
A
n1
n2
相当于一个移动副
虚约束的作用:
(1)改善构件的受力情况,分担载荷或平衡惯性力,如多个 行星轮。
(2)增加结构刚度,如轴与轴承、机床导轨。 (3)提高运动可靠性和工作的稳定性,如机车车轮联动机构。
处理方式:计算自由度时应去掉引入虚约束的构件(或运动 链部分)和运动副。
(avi) 带虚约束的凸轮机构
(avi) 带虚约束的杆机构
★常见的虚约束有以下几种情况: 1)两构件构成多个移动副,且导路互相平行或重合。
(只能算一个移动副)
E'
E
2)两构件构成多个转动副,且轴线互相重合。(只能算一个转动副)
F=3n-(2pL+pH)=3n-2pL-pH
——此即平面机构自由度的计算公式
三、机构具有确定运动的条件 什么情况下机构具有确定的运动呢?
n=2, pL=3, pH=0
F=3n-2pL-pH =3×2-2×3=0
刚性桁架 结论:
n=3, pL=5, pH=0 F=3n-2pL-pH =3×3-2×5=-1
3-3平面机构的自由度
§3-3平面机构的自由度(Degrees of Freedom) 一、平面机构自由度的定义
1.定义:机构具有确定运动时所需的独立运动的数目称为机构 的自由度。也可理解为:为确定机构中所有活动构件的位置, 必须给定的独立广义坐标的数目。
C
2 B
1
A
1
4
3 D
w
注意: 法线不重合时, 变成实际约束!
n2
A n1
n1 A n2
相当于一个转动副
虚约束
n1
n2
A
A
n1
n2
相当于一个移动副
虚约束的作用:
(1)改善构件的受力情况,分担载荷或平衡惯性力,如多个 行星轮。
(2)增加结构刚度,如轴与轴承、机床导轨。 (3)提高运动可靠性和工作的稳定性,如机车车轮联动机构。
处理方式:计算自由度时应去掉引入虚约束的构件(或运动 链部分)和运动副。
(avi) 带虚约束的凸轮机构
(avi) 带虚约束的杆机构
★常见的虚约束有以下几种情况: 1)两构件构成多个移动副,且导路互相平行或重合。
(只能算一个移动副)
E'
E
2)两构件构成多个转动副,且轴线互相重合。(只能算一个转动副)
F=3n-(2pL+pH)=3n-2pL-pH
——此即平面机构自由度的计算公式
三、机构具有确定运动的条件 什么情况下机构具有确定的运动呢?
n=2, pL=3, pH=0
F=3n-2pL-pH =3×2-2×3=0
刚性桁架 结论:
n=3, pL=5, pH=0 F=3n-2pL-pH =3×3-2×5=-1
3-3平面机构的自由度
§3-3平面机构的自由度(Degrees of Freedom) 一、平面机构自由度的定义
1.定义:机构具有确定运动时所需的独立运动的数目称为机构 的自由度。也可理解为:为确定机构中所有活动构件的位置, 必须给定的独立广义坐标的数目。
C
2 B
1
A
1
4
3 D
自由度难点细解ppt

第1章 平面机构的自由度
1-1运动副及其分类 1-2平面机构运动简图 1-3平面机构的自由度
1-4 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用
§1-1运动副及其分类
自由度:相对于参考系机构所具有的独立运动的参数 运动副:使两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接
按接触特性运动副分为:
转动副 移动副
低副;面接触
瞬心在速度分析上的应用
W2/w4=lp24p14的角速比与 其绝对瞬心至相对 瞬心的距离成反比
2. 齿轮或摆动从动件凸轮机构
vp12=w1*lp12p13=w2*lp12p23
3. 直动从动件凸轮机构 V2=w1*lp13p12
机构的原动件数目 <F 运动不确定 机构的原件数数目=F 运动确定 机构的原件数数目 >F 机构被破坏
F=3n-2 pl – ph=3*4-2*5=2
如图 1为原动件时五杆机构出 现运动不确定现象 结论:机构具有确定运 动的条件为: 1)自由度F>0; 2)机构的原件数数目=F。
§1-4 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用 速度瞬心:任一刚体2相对刚体1作平面运动时,在任一瞬时,其相对运动可
F=3n-2pl-ph=3*7-2*10=1
B,C,D,E为复合铰链
局部自由度F′ :这种与机构整体运动无关的自由度称为局部自由度。
计算机构自由度时应去掉。相当于将滚子与推杆固结
解法一:构件2和3分开 如图a
F=3n-2 pl – ph - F′ =3×3 - 2×3-1-1=1
解法二:假想构件2和3焊成一体 如图b
F=3n-2 pl – ph=3×2 - 2×2-1=1
注意:计算
机构自由度 时, 应将局 部自由度除
1-1运动副及其分类 1-2平面机构运动简图 1-3平面机构的自由度
1-4 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用
§1-1运动副及其分类
自由度:相对于参考系机构所具有的独立运动的参数 运动副:使两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接
按接触特性运动副分为:
转动副 移动副
低副;面接触
瞬心在速度分析上的应用
W2/w4=lp24p14的角速比与 其绝对瞬心至相对 瞬心的距离成反比
2. 齿轮或摆动从动件凸轮机构
vp12=w1*lp12p13=w2*lp12p23
3. 直动从动件凸轮机构 V2=w1*lp13p12
机构的原动件数目 <F 运动不确定 机构的原件数数目=F 运动确定 机构的原件数数目 >F 机构被破坏
F=3n-2 pl – ph=3*4-2*5=2
如图 1为原动件时五杆机构出 现运动不确定现象 结论:机构具有确定运 动的条件为: 1)自由度F>0; 2)机构的原件数数目=F。
§1-4 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用 速度瞬心:任一刚体2相对刚体1作平面运动时,在任一瞬时,其相对运动可
F=3n-2pl-ph=3*7-2*10=1
B,C,D,E为复合铰链
局部自由度F′ :这种与机构整体运动无关的自由度称为局部自由度。
计算机构自由度时应去掉。相当于将滚子与推杆固结
解法一:构件2和3分开 如图a
F=3n-2 pl – ph - F′ =3×3 - 2×3-1-1=1
解法二:假想构件2和3焊成一体 如图b
F=3n-2 pl – ph=3×2 - 2×2-1=1
注意:计算
机构自由度 时, 应将局 部自由度除
自由度的计算(经典PPT)

组内自由度是指每个处理 组内部观测值变异所对应 的自由度。
计算方法
组内自由度 = 总观测值数 - 处理因素的水平数。
示例
若有12个观测值,处理因 素有3个水平,则组内自由 度为12-3=9。
总自由度计算方法
总自由度的定义
计算方法
示例
总自由度是指所有观测 值变异所对应的自由度。
总自由度 = 总观测值数 - 1。
自由度的计算(经 典ppt)
目录
• 自由度概念及意义 • 单因素方差分析中自由度计算 • 多因素方差分析中自由度计算 • 回归分析中自由度计算与应用 • 假设检验中自由度确定方法 • 总结:提高自由度计算准确性策
略
01
自由度概念及意义
自由度定义
01
自由度是指当以样本的统计量来 估计总体的参数时,样本中独立 或能自由变化的数据的个数,称 为该统计量的自由度。
根据实验目的、效应大小、显 著性水平等因素合理确定样本 量。
在实验过程中及时调整样本量, 以确保结果的可靠性。
结合实际案例进行练习以提高熟练度
选择具有代表性的案例,涵盖不 同类型实验设计和数据处理方法。
逐步分析案例中的实验设计、数 据处理及自由度计算过程。
通过反复练习,加深对自由度计 算原理和方法的理解,提高计算
交互效应自由度
当考虑A、B两因素交互作用时, 交互效应的自由度为(a-1)(b-1)。 若不考虑交互作用,则交互效应
自由度为0。
总自由度
实验中所有观测值数目减1。例 如,在有n个观测值的实验中,
总自由度为n-1。
多因素实验设计下自由度计算实例
实验设计
主效应自由度
假设有一个2x3x2的多因素实验设计,即因 素A有2个水平,因素B有3个水平,因素C 有2个水平。
计算方法
组内自由度 = 总观测值数 - 处理因素的水平数。
示例
若有12个观测值,处理因 素有3个水平,则组内自由 度为12-3=9。
总自由度计算方法
总自由度的定义
计算方法
示例
总自由度是指所有观测 值变异所对应的自由度。
总自由度 = 总观测值数 - 1。
自由度的计算(经 典ppt)
目录
• 自由度概念及意义 • 单因素方差分析中自由度计算 • 多因素方差分析中自由度计算 • 回归分析中自由度计算与应用 • 假设检验中自由度确定方法 • 总结:提高自由度计算准确性策
略
01
自由度概念及意义
自由度定义
01
自由度是指当以样本的统计量来 估计总体的参数时,样本中独立 或能自由变化的数据的个数,称 为该统计量的自由度。
根据实验目的、效应大小、显 著性水平等因素合理确定样本 量。
在实验过程中及时调整样本量, 以确保结果的可靠性。
结合实际案例进行练习以提高熟练度
选择具有代表性的案例,涵盖不 同类型实验设计和数据处理方法。
逐步分析案例中的实验设计、数 据处理及自由度计算过程。
通过反复练习,加深对自由度计 算原理和方法的理解,提高计算
交互效应自由度
当考虑A、B两因素交互作用时, 交互效应的自由度为(a-1)(b-1)。 若不考虑交互作用,则交互效应
自由度为0。
总自由度
实验中所有观测值数目减1。例 如,在有n个观测值的实验中,
总自由度为n-1。
多因素实验设计下自由度计算实例
实验设计
主效应自由度
假设有一个2x3x2的多因素实验设计,即因 素A有2个水平,因素B有3个水平,因素C 有2个水平。
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2020/1/1
20
1、 分析题下图所列定位方案: (1)指出各定位元件所限制的自由度; (2)判断有无欠定位或过定位; (3)对不合理的定位方案提出改进意见。
1
图(a):车阶梯轴外圆。
注:三爪卡盘在 这里相当于长套筒
有过定位:过定位了:
四个自由度
改进:方法1)去掉三爪卡盘
2
方法2)去掉前顶尖,并且卡盘夹持棒料的部分接触长度缩短
Z
y X
1)限制:
2)限制:
3)限制:
14
结论:综合以上该零件共需要限制的自由度为:
2)在图d)所示的拖拉机差速锁操纵杠杆上铣槽和钻孔,应保证: (1)铣槽宽度尺寸为4.5mm,槽对¢18mm和¢12.5mm两孔中心 平面的对称度公差为0.3mm;(2)钻阶梯孔¢6.7mm及¢9mm,
位置尺寸Z如图所示。
注意削边销和浮4 动 V型块的画法
2、分析下例定位方案限制的自由度
5
3、 分析题下图所列加工零件中必须限制的自由度
6
图(a): 过球心打一孔 。
应限制第一种自由度为:
7
图(b):加工齿轮坯两端面,要求保证尺寸A及两 端面与内孔的垂直度;
应限制第一种自由度为:
8
图(c):在小轴上铣槽,保证尺寸H和L 。
Z
y X
大平面4限制自由度为: 短销2限制自由度为: 浮动V型块3限制自由度为:
结论:该定位方式,6个自由度都限制
17
注意:分析时,以主视图为对象进行分析
5)加工汽车钢板弹簧吊耳时,采用图d)所示定位方案, 试分析定位元件所限制的自由度。
Z
y X 小平面1
小平面1限制自由度为: 削边销14限制自由度为:
应限制第一种自由度为:
9
图(d):过轴心打通孔,保证尺寸L 。
应限制第一种自由度为:
10
2020/1/1
11
图(e):在支座零件上加工两通孔,保证尺寸A和H。
应限制第一种自由度为:
12
3、根据下列各题所列工件的加工要求,分析需要限 制的第一类自由度。
13
1)在图c)所示的汽车传动轴突缘叉上磨削平面K及Q,需要保证: (1)两平面K及Q间的尺寸为118mm;(2)两平面对2—¢39孔的垂 直度公差为0.1mm;(3)两平面对¢95mm外圆的对称度公差为 0.15mm。
y X
1)限制: 2)限制:
15
结论:综合以上共需要限制的自由度为:
3)试分析在立式钻床上扩活塞销孔时,采用图a)所 示定位方案,定位元件所能限制的自由度。
Z
y
X
大平面4限制自由度为: 短销2限制自由度为: 浮动V型块3限制自由度为:
结论:该定位方式,6个自由度都限1制6
4)试分析在连续拉床上,拉削图b)所示连杆接合平面、 半圆孔及两侧面时,定位元件所能限制的自由度。
两个短销2组成一个长 销限制自由度为:
结论:该定位方式,6个自由度都1限8 制
6)试分析采用图e)所示定位方案精镗活塞销孔时, 定位元件所限制的自由度。
Z
y
X
大平面4限制自由度为: 削边销9限制自由度为: 短销2限制自由度为:
结论:该定位方式,6个自由度都限制
19
注意:分析时以主视图为对象进行分析
图(a):车阶梯轴外圆。
注:三爪卡盘在 这里相当于长套筒
卡盘限制:
一对顶尖限制
五个自由度
3
图(c) :钻铰连杆零件小头孔,保证小头孔与大 头孔之间的距离及两孔平行度。
短销限制:
固定短V型块限制:
Байду номын сангаас
平面限制:
结论:有过定位,X轴的移动被重复限制了。 改进:方法1)把短销改成削边销
方法2)把固定短V型块改成浮动短V型块