机械基础平面机构的运动简图和自由度.ppt

第二章 平面机构的运动简图和自由度,一、构件 二、运动副 三、机构 四、平面机构的运动简图 五、平面机构的自由度,一、构件,构件：独立影响机构功能并能独立运动的单元体 （实物、刚体、运动的整体） 机架、原动构件、从动构件 零件：单独加工的制造单元体 通用零件、专用零件,构件可以由一个零件组成 也可以由几个零件组成,机器的组成,(从运动观点看)由构件组成 (从制造观点看)由零件组成,二、运动副,运动副: 两构件直接接触而形成的可动联接 运动副元素：构成运动副时直接接触的点、线、面部分 接触形式: 点、线、面,按接触形式分类：,接触形式: 点、线、面 低副：面接触 高副：点、线接触,平面低副 空间低副,高副,高副,空间低副,平面低副,平面低副,按相对运动分类：,运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相对运动 按相对运动分类： 转动副：相对转动 回转副、铰链 移动副：相对移动 螺旋副：螺旋运动 球面副：球面运动,运动副类型小结,平面低副: 转动副、移动副 （面接触） 平面高副: 齿轮副、凸轮副 （点、线接触） 空间低副: 螺旋副、球面副、圆柱副 （面接触） 空间高副: 球和圆柱与平面、球与圆柱副 (点、线接触) 运动副特性:运动副一经形成, 组成它的两个构件间的可能的相对运动就确定。而且这种可能的相对运动, 只与运动副类型有关, 而与运动副的具体结构无关。 工程上常用一些规定的符号代表运动副,平面副,低副：转动副、移动副(面接触),高副：齿轮副、凸轮副(点、线接触),空间副,高副：点、线接触,球面副,螺旋副,了解,机构是由构件通过运动副连接而成的 原动件：按给定运动规律独立运动的构件 从动件：其余的活动构件 机 架：固定不动的构件,闭链,开链,机构,三、机构,1 概述 2 构件的表示方法 3 运动副的表示方法 4 运动简图的绘制方法 5 例题,四、平面机构的运动简图,1 概述,机构各部分的运动，取决于： 原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸(确定各运动副相对位置的尺寸) 机构运动简图: （表示机构运动特征的一种工程用图） 用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置 与原机械具有完全相同的运动特性 比较： 机构示意图：没严格按照比例绘制的机构运动简图 用途：分析现有机械，构思设计新机械,2 构件的表示方法,杆、轴类构件 机架 同一构件 两副构件 三副构件,3 运动副的表示方法,转动副 移动副 高副（齿轮副、凸轮副）,4 运动简图的绘制方法,步骤： 确定构件数目及原动件、输出构件 各构件间构成何种运动副？（注意微动部分） 选定比例尺、投影面，确定原动件某一位置，按规定符号绘制运动简图 标明机架、原动件和作图比例尺 绘制路线：原动件中间传动件 输出构件 观察重点：各构件间构成的运动副类型 良好习惯：各种运动副和构件用规定符号表达 误 区：构件外形,5 例题：内燃机,A,B,C,E,F,D,G,例题：破碎机,1,2,3,4,A,B,C,14,12,23,A14,B12,C234,3,2,4,1,4,例题：,1 平面机构自由度的计算 2 机构具有确定运动的条件 3 几种特殊结构的处理 复合铰链 局部自由度 虚约束 4 小结,五、平面机构的自由度,1 平面机构自由度的计算,(1) 平面运动构件的自由度 (构件可能出现的独立运动),(2) 平面运动副引入的约束R (对独立的运动所加的限制),与其它构件未连之前：3,用运动副与其它构件连接后, 运动副引入约束, 原自由度减少,R=2,R=2,R=1,结论： 平面低副引入2个约束 平面高副引入1个约束,(3) 平面机构自由度计算公式,如果：活动构件数：n 低副数： pl 高副数： ph,未连接前总自由度：,3n,连接后引入的总约束数：,2pl+ph,F=3n - ( 2pl + ph ),机构自由度F：,F=3n - 2pl - ph,机构自由度举例：,F =3n2plph = 3 2 ,3,4,0,= 1,F =3n2plph = 3 2 ,4,5,0,= 2,F =3n2plph = 3 2 ,2,2,1,= 1,F =3n2plph = 3 2 ,3,4,0,= 1,F =3n2plph = 3 2 ,4,5,1,= 1,F =3n2plph = 3 42 50= 2,F =3n2plph = 3 32 50= -1,F =3n2plph = 3 22 30=0,2 机构具有确定运动的条件,F=0,刚性桁架，构件之间无相对运动 原动件数小于F,各构件无确定的相对运动 原动件数大于F,在机构的薄弱处遭到破坏,结论：机构具有确定运动的条件： 1 机构自由度 0 2 原动件数 机构自由度数,m个构件(m2)在同一处构成转动副 m-1个低副,(1) 复合铰链,F 3n2plph 3 2 ,5,6,0, 3,F 3n 2plph 3 2 ,5,7,0, 1,错,对,计算在内,2,3,5,1,3 几种特殊结构的处理,F3n2plph 3 2 ,3,3,1, 2,F3n 2plph 3 2 ,2,2,1, 1,错,对,排除,(2) 局部自由度,定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动, 不影响机构输出运动的自由度 局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠 解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视作一个构件,动画,不影响机构运动传递的重复约束 在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限制作用的运动副叫虚约束 虚约束经常发生的场合 处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其所带入的运动副）去掉 结论,F3n2PLPH 3 2 ,F3n2PLPH 3 2 ,2,3,1,-1,错,2,2,1,1,对,排除,(3) 虚约束,虚约束经常发生的场合,A 两构件之间构成多个运动副时 B 两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时 C 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时 D 机构中对运动不起作用的对称部分,A 两构件之间构成多个运动副时,两构件组合成多个转动副，且其轴线重合 两构件组合成多个移动副，其导路平行或重合 两构件组合成若干个高副，但接触点之间的距离为常数,目的：为了改善构件的受力情况,F3n2PLPH 3 2 ,2,2,1,1,动画,B 两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时,在这两个例子中，加与不加红色构件AB效果完全一样，为虚约束 计算时应将构件AB及其引入的约束去掉来计算,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0,F3n2PLPH 3 2 ,4,6,0, 0,错,对, 1,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0,1,C 两构件上联接点的轨迹重合,在该机构中，构件2上的C点C2与构件3上的C点C3轨迹重合，为虚约束 计算时应将构件3及其引入的约束去掉来计算 同理，也可将构件4当作虚约束，将构件4及其引入的约束去掉来计算，效果完全一样,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0,1,动画,D 机构中对运动不起作用的对称部分,在该机构中，齿轮3是齿轮2的对称部分，为虚约束 计算时应将齿轮3及其引入的约束去掉来计算 同理，将齿轮2当作虚约束去掉，完全一样 目的：为了改善构件的受力情况,F3n2PLPH 3 2 ,3,3,2,1,动画,虚约束结论,机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动,采用虚约束是为了:改善构件的受力情况；传递较大功率；或满足某种特殊需要 在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所需要的几何条件,4 自由度计算小结,自由度计算公式: F3n2plph 机构自由度3活动构件数(2低副数+1高副数) 计算步骤: 确定活动构件数目 确定运动副种类和数目 确定特殊结构: 局部自由度、虚约束、复合铰链 计算、验证自由度 几种特殊结构的处理: 1、复合铰链计算在内 2、局部自由度排除 3、虚约束-重复约束排除,