机械系统的运动简图设计.ppt

第2章 平面机构的组成及结构分析,本章主要介绍了机构的组成及特点，分析机构具有确定运动的的条件，学会平面机构运动简图的绘制及自由度的计算， 明确机构分析的目的。,2008-9-1,机械设计基础,第2章 平面机构的组成及结构分析,2.1 平面机构的组成 2.2 平面机构的运动简图 2.3 平面机构的自由度 所有构件的运动平面都相互平行的机构称为平面机构，否则称为空间机构。常用机构大多数为平面机构，本章仅讨论平面机构的情况 。,2008-9-1,机械设计基础,2.1 平面机构的组成,2.1.1 构件的分类 根据构件在传递运动中的作用，机构中的构件可分为三类： 固定件或机架用来支撑活动构件固定不动的构件。研究机构中活动构件的运动时，常以固定件作为参考坐标系。 原动件按给定运动规律独立运动的构件。它是机构中输入运动的构件，故又称为主动件。 从动件机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件。 在一般的机构中，必有一个构件被相对地看作固定件，在活动构件中，必须有一个或几个原动件，其余的是从动件。当原动件按预定的运动规律运动时，机构中各从动件即有确定的相对运动。,2008-9-1,机械设计基础,2.1 平面机构的组成,2.1.2 运动副,自由度：把构件可能出现的独立运动的数目称为自由度。,2008-9-1,机械设计基础,2.1 平面机构的组成,2.1.2 运动副,运动副：机构中两构件之间直接接触并能作相对运动的联接，称为运动副。,图2-2 运动副,自由度和运动副约束 两构件构成运动副后，某些独立的相对运动便受到限制，这种限制称为约束。运动副引入约束，相对运动自由度随之减少。 运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。,运动副元素不外乎为 点、线、面。,2008-9-1,机械设计基础,按照接触特性，通常把运动副分为低副和高副两类。,1.低副 两构件通过面接触构成的运动副称为低副。 移动副：两构件间的相对运动为直线运动的，称为移动副 。,图2-3移动副,具有2个约束， 保留了1个自由度,2.1 平面机构的组成,2008-9-1,机械设计基础,图2-4 转动副,转动副： 两构件间的相对运动为转动的，称为转动副或称为铰链副,a)固定铰链,具有2个约束， 保留了1个自由度,2.1 平面机构的组成,2008-9-1,机械设计基础,b)活动铰链转动副,具有2个约束， 保留了1个自由度,由上述可知，在平面机构中，每个低副引入两个约束，机构即失去两个自由度。,2.1 平面机构的组成,2008-9-1,机械设计基础,2.高副两构件通过点或线接触构成的运动副称为高副。,2.1 平面机构的组成,图2-5 凸轮高副,保留2个自由度， 带进1个约束,2008-9-1,机械设计基础,2.1 平面机构的组成,图2-6 齿轮高副,保留2个自由度， 带进1个约束,由上述可知，在平面机构中，每个高副引入一个约束，机构即失去一个自由度。,2008-9-1,机械设计基础,低副两构件之间为面接触，只能作相对滑动，容易制造和维修，其承受载荷时接触处单位面积上的压力小，承载能力大，耐磨损，寿命长，但滑动效率较低； 高副的两构件之间则可作相对滑动或滚动，或两者并存，承受载荷时接触处单位面积上的压力大，耐磨损，制造维修困难，但能传递复杂的运动。,2.1 平面机构的组成,运动副的特点,2008-9-1,机械设计基础,2.2 平面机构运动简图,2.2.1 运动副和构件的表示方法,运动副的表示方法,转动副表示方法,小圆圈表示转动副，其圆心表示两构件相对转动的轴线位置。 构件上画斜线的表示机架。 图面垂直于回转轴线时用2-7a表示； 图面不垂直于回转轴线时用2-7b表示。,(a) (b) 图2-7 转动副的表示方法,2008-9-1,机械设计基础,移动副表示方法,两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。,2.2 平面机构运动简图,2008-9-1,机械设计基础,高副表示方法,两构件组成高副时，应绘出两构件接触处的曲线轮廓。 对于凸轮、滚子，习惯上绘出其全部轮廓； 对于齿轮，常用点划线画出其节圆。,图2-9 高副的表示方法,2.2 平面机构运动简图,其它他常用零部件的表示方法可参看GB4460-84“机构运动简图符号”。,2008-9-1,机械设计基础,2.2.2 构件的表示方法 构件的相对运动是由运动副决定的，所以在表示机构运动简图中的构件时，把构件上的运动副按照其相对位置先用符号表示出来，再用简单的线条连接起来。表示方法如图2-10所示。,2.2 平面机构运动简图,2008-9-1,机械设计基础,2.2 平面机构运动简图,2.2.3 平面机构运动简图的绘制 分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、原动部分、传动部分和执行部分，以确定运动副的数目。 按照运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目。 一般选择与机械的多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面。 选择适当的比例尺，定出各运动副之间的相对位置，用规定的简单线条和各种运动副符号，绘制机构运动简图。 根据图纸的大小、实际机构的大小和表达清楚机构的结构为依据，选择长度比例尺,2008-9-1,机械设计基础,例2.1 试绘制内燃机的机构运动简图,2.2.3 平面机构运动简图的绘制,2008-9-1,机械设计基础,解：1）分析运动，确定构件的类型和数量,2）确定运动副的类型和数目：5和6、7和8之间分别构成高副；2和4、8和4之间分别构成移动副；7和4、2和2、2和3、3和4之间分别构成转动副。,3）选择视图平面,4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置,5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件,2.2.3 平面机构运动简图的绘制,2008-9-1,机械设计基础,2.2.3 平面机构运动简图的绘制,2008-9-1,机械设计基础,例题二：绘制图示颚式破碎机的机构运动简图,(a) (b) 图2-12 颚式破碎机及其机构简图,2.2.3 平面机构运动简图的绘制,分析： 构件2、2组成以A为中心的回转副； 构件2、3组成以B为中心的回转副； 故构件3、4组成以C为中心的回转副； 构件4、2组成以D为中心的回转副。,2008-9-1,机械设计基础,2.3.1 平面机构自由度的计算 如果一个平面机构中包含有N个构件，其中2个构件固定为机架，则有n=N-2个活动构件，若有PL个低副和PH个高副。则这些活动构件在未用运动副联接之前，其自由度总数为3n。当用PL 个低副和PH 个高副联接成机构之后，全部运动副所引入的约束为2PL+ PH 。因此活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数，就是该机构的自由度数，用F表示，有 F=3n-2PL- PH （2-2） 由公式可知，机构自由度F取决于活动构件的数目以及运动副的性质和数目。,2.3 平面机构的自由度及具有确定运动的条件,2008-9-1,机械设计基础,例2-3 计算图2-12b所示的颚式破碎机的自由度。 解： 除机架外，颚式破碎机有三个活动构件，n=3；四个转动副共4个低副，PL=4，PH=0。 由式(2-2)得 F=3n-2PL-PH =33-24-20=2 该机构的自由度为2。,2.3 平面机构的自由度及具有确定运动的条件,2008-9-1,机械设计基础,实例分析,2.3.2 机构具有确定运动的条件,2.3 平面机构的自由度及具有确定运动的条件,(a)两个自由度 (b)一个自由度 (c)0个自由度 F=34-25=2 F=33-24=1 F=34-26=0 图2-13 不同自由度机构的运动,综上所述：机构具有确定运动的条件是：机构自由度必须大于零、且原动件数与其自由度必须相等。,2008-9-1,机械设计基础,1.复合铰链,2.局部自由度,3.虚约束,2.3.3 计算平面机构自由度时几种特殊结构的处理,2.3 平面机构的自由度及具有确定运动的条件,2008-9-1,机械设计基础,例2-4 试计算图2-19所示的大筛机构的自由度，并判断它是否有确定的运动。 解 机构中的滚子有一个局部自由度。在E和E组成两个导路平行的移动副，其中之一为虚约束。C处是复合铰链。将滚子与顶杆焊成一体，去掉移动副E，并在C点去掉2个回转副。由此得，n=7，PL=9，PH=2。其自由度为： F=3n-2PL-PH=37-29-2=2 因为机构有两个原动件 ，其自由度等于2， 所以具有确定的运动。,2.3 平面机构的自由度及具有确定运动的条件,2008-9-1,机械设计基础,三个构件在同一轴线处，两个转动副。 推理：m个构件时，有m 1个转动副。,3.3 平面机构的自由度,2008-9-1,机械设计基础,惯性筛机构,C处为复合铰链,计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。,n = 5, Pl = 7, Ph = 0,= 35 -27 0 = 1,F = 3n - 2Pl Ph,3.3 平面机构的自由度,2008-9-1,机械设计基础,滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。,计入局部自由度时 n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F =33 - 2- 1 = 2 与实际不符,3.3 平面机构的自由度,2008-9-1,机械设计基础,应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。,处理方法,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，并非实际拆除。,教材图1-13b动画,N = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 32 - 22 1 = 1,与实际相符,3.3 平面机构的自由度,2008-9-1,机械设计基础,n = 4, Pl =6, Ph = 0,构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。,与实际不符,F = 34 -26 0 = 0,3.3 平面机构的自由度,2008-9-1,机械设计基础,n = 3, Pl =4, Ph =0 F = 33 - 24 0 = 1,处理方法,与实际相符,应除去虚约束，即将产生虚约束的构件5及运动副除去不计。,3.3 平面机构的自由度,2008-9-1,机械设计基础,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,2008-9-1,机械设计基础,虚约束常见情况及处理,计算中只计入一个移动副。,2.两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。,3.3 平面机构的自由度,2008-9-1,机械设计基础,3.两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为约束。,虚约束常见情况及处理,计算中只计入一个转动副。,3.3 平面机构的自由度,2008-9-1,机械设计基础,虚约束常见情况及处理,计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。,4.两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,2008-9-1,机械设计基础,虚约束常见情况及处理,计算中应将对称部分除去不计。,5.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,2008-9-1,机械设计基础,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,