高职机械设计基础平面机构的运动简图和自由度教案

*职业技术学院教案 第 2 次课教学课型：理论课 试验课 习题课 理论课 技能课 其它主要教学内容第3章 平面机构的运动简图和自由度3.1 自由度及运动简图 3.1.1 自由度 3.1.2 机构运动简图重点、难点重点：运动副、自由度等根本概念难点：运动副教学目的要求：1. 理解机构的组成，搞清运动副、运动链、约束和自由度的概念；2. 能绘制常用平面机构的运动简图；教学方法和教学手段：多媒体讲授探讨、思索题、作业：1. 什么是机构？2. 剪子、针筒、抽屉、柜门是什么机构？自由度？运动副？参考资料：多媒体材料，网络资料讲 稿 内 容备注第3章 平面机构的运动简图和自由度3.1 自由度及机构运动简图3.1.1 自由度1.构件的自由度构件所具有的独立运动的数目。一个作平面运动的自由构件有三个自由度。（动画演示）2.运动副两构件干脆接触而又能产生肯定形式的相对运动的联接。3.运动副的类型及其特点平面机构中，由于运动副将各构件的运动限制在同一平面或互相平行的平面内，故这种运动副也称为平面运动副。依据构件间接触形式的不同，平面运动副可分为低副和高副。 低副（举例、动画演示说明）低副两构件通过面接触组成的运动副。 依据两构件间相对运动形式的不同，常见的平面低副有转动副和挪动副两种。转动副转动副两构件间只能产生相对转动的运动副。又称回转副或铰链。固定铰链；活动铰链（中间铰链） 挪动副挪动副两构件间只能产生相对挪动的运动副。 高副（举例、动画演示说明）两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。4.约束（举例、动画演示说明）当一个构件与另一个构件组成运动副以后，由于构件间的干脆接触，使构件的某些独立运动受到限制，构件的自由度便随之削减。这种对构件独立运动的限制称为约束。转动副、挪动副约束数目为2；高副约束数目为1.3.1.2 机构运动简图1. 机构运动简图我们在探讨分析现有机械和设计新机械时，一般是先不考虑那些与运动无关的因素，如构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目以及运动副的详细构造，仅仅用简洁的线条和符号来代表构件和运动副，并按肯定比例确定各运动副的相对位置。这种表示机构中各构件间相对运动关系的简洁图形称为机构运动简图。转动副简图挪动副的运动简图高副的运动简图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。2. 平面机构运动简图的绘制1）分析机构，视察相对运动，数清全部构件的数目；2）确定全部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）；4）确定比例尺；5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开场画）注：机架画上阴影，原动件用箭头表示出运动方向举例绘图：内燃机 腭式破裂机 缝纫机引线机构*职业技术学院教案 第 3 次课教学课型：理论课 试验课 习题课 理论课 技能课 其它主要教学内容第3章 常用机构3.1 自由度及运动简图 3.1.3 机构具有确定运动的条件 3.1.4 平面机构自由度的计算重点、难点重点：平面自由度的计算难点：虚约束教学目的要求：1. 理解机构自由度的概念；2. 能计算机构的自由度教学方法和教学手段：多媒体讲授探讨、思索题、作业：1. 三角形机构如何运动？平行四边形机构如何运动？2. 内燃机如何运动？参考资料：多媒体材料，网络资料讲 稿 内 容备注上节内容回忆：运动副的概念以及运动副的分类； 运动副的约束数目。第2章 常用机构2.1 自由度及机构运动简图2.1.3 机构具有确定运动的条件1.机构的自由度我们定义机构自由度为：机构具有独立运动的数目。2.机构具有确定运动的条件机构的自由度数等于机构的原动件数，既机构有多少个自由度，就应当给机构多少个原动件。原动件数自由度数，机构无确定运动 原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏 2.1.4 平面机构自由度的计算1. 平面机构自由度的计算公式F=3n2PlPh(2-1)2计算机构自由度时应留意的问题1复合铰链三个或三个以上构件在同一处构成共轴线转动副的铰链，我们称为复合铰链（2部分自由度机构中某些构件具有部分的、不影响其它构件运动的自由度，同时与输出运动无关的自由度我们称为部分自由度。对于含有部分自由度的机构在计算自由度时，不考虑部分自由度（设想把部分自由度固定进展计算）部分自由度不影响机构的运动，因此，计算自由度应将部分自由度除去不计。3虚约束虚约束是指为增加机构的刚度、改善受力状况、保持传动的牢靠性而增加的、对机构不起实际约束作用的约束。计算机构自由度时应将虚约束除去不计。虚约束常出现的形式有以下几种：a) 轨迹重合的虚约束虚约束1如图（虚约束1）四杆机构中，为增加机构的刚度、改善受力状况引进了EF杆，但EF=CD=AB，引入EF前后E点的运动轨迹不变更，对杆2并未起实际的约束作用，所以为虚约束。b) 转动副轴线重合的虚约束如图（虚约束2）所示齿轮机构中，A和A，B和B之中分别有一个属于虚约束。c) 挪动副导路平行的虚约束如图（虚约束3）所示，杆3的滑道，可以解除其中一个而不影响机构的实际约束状况。d) 机构对称部分的虚约束也就是对运动不起作用的对称构造部分产生的约束。如图（虚约束4）所示行星轮系三个行星轮中只有一个起实际约束作用，其余两个均为虚约束。虚约束2虚约束3虚约束4须要留意：假如加工误差过大，虚约束就可能成为实际约束，而对机构产生不良影响。因此，对于存在虚约束的机构，在制造时对尺寸的精度要求要高些，以免防止其成为实际约束，而对机构产生不良影响。在计算含有虚约束机构的自由度时，为了精确地计算自由度，应当先把运动简图中的虚约束去掉再计算举例计算：