平面机构运动自由度

第11章 平面机构运动简图及自由度,一、名词术语解释: 1.构件 独立的运动单元,内燃机中的连杆,第11章 平面机构运动简图及自由度,内燃机连杆,零件 独立的制造单元,第11章 平面机构运动简图及自由度,2.运动副,a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动,运动副元素直接接触的部分（点、线、面） 例如：滚子凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。,定义：运动副两个构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。,三个条件，缺一不可,第11章 平面机构运动简图及自由度,运动副的分类： 按运动副接触形式分： 高副点、线接触，应力高。,低副面接触，应力低,例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。,例如：转动副（回转副）、移动副 。,第11章 平面机构运动简图及自由度,常见运动副符号的表示: 国标GB446084,第11章 平面机构运动简图及自由度,常用运动副的符号,运动副 名称,运动副符号,两运动构件构成的运动副,转动副,移动副,两构件之一为固定时的运动副,平面运动副,第11章 平面机构运动简图及自由度,平面高副,螺旋副,空间运动副,第11章 平面机构运动简图及自由度,一般构件的表示方法,杆、轴构件,固定构件,同一构件,第11章 平面机构运动简图及自由度,三副构件,两副构件,一般构件的表示方法,第11章 平面机构运动简图及自由度,运动链两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。,注意事项:,画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。,闭式链、开式链,3. 运动链,第11章 平面机构运动简图及自由度,二、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。,作用： 1.表示机构的结构和运动情况。,机动示意图不按比例绘制的简图 现摘录了部分GB446084机构示意图如下表。,2.作为运动分析和动力分析的依据。,第11章 平面机构运动简图及自由度,常用机构运动简图符号,第11章 平面机构运动简图及自由度,第11章 平面机构运动简图及自由度,机构运动简图应满足的条件： 1.构件数目与实际相同,2.运动副的性质、数目与实际相符,3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。,第11章 平面机构运动简图及自由度,绘制机构运动简图,顺口溜：先两头，后中间， 从头至尾走一遍， 数数构件是多少， 再看它们怎相联。,步骤： 1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；,4.检验机构是否满足运动确定的条件。,2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面）， 绘制示意图。,3.按比例绘制运动简图。 简图比例尺： l =实际尺寸 m / 图上长度mm,思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。,举例：绘制破碎机和偏心泵的机构运动简图。,第11章 平面机构运动简图及自由度,绘制图示鳄式破碎机的运动简图。,第11章 平面机构运动简图及自由度,绘制图示偏心泵的运动简图,偏心泵,第11章 平面机构运动简图及自由度,定义： 机构能产生的独立运动数目称为机构的自由度。,原动件能独立运动的构件。 通常一个原动件具有一个独立运动,机构具有确定运动的条件为：,A、机构自由度必须大于零； B、机构自由度原动件数。,三、 平面机构的自由度,第11章 平面机构运动简图及自由度,活动构件数 n,计算公式： F=3n2PL Ph,要求：记住上述公式，并能熟练应用。,构件总自由度,低副约束数,高副约束数,3n,2 PL,1 Ph,计算曲柄滑块机构的自由度,解：活动构件数n=,3,低副数PL=,4,F=3n 2PL PH =33 24 =1,高副数PH=,0,1、 平面机构自由度的计算公式,第11章 平面机构运动简图及自由度,计算五杆铰链机构的自由度,解：活动构件数n=,4,低副数PL=,5,F=3n 2PL PH =34 25 =2,高副数PH=,0,第11章 平面机构运动简图及自由度,计算图示凸轮机构的自由度,解：活动构件数n=,2,低副数PL=,2,F=3n 2PL PH =32 221 =1,高副数PH=,1,第11章 平面机构运动简图及自由度,2、计算平面机构自由度的注意事项,计算图示圆盘锯机构的自由度,解：活动构件数n=,7,低副数PL=,6,F=3n 2PL PH,高副数PH=0,=37 26 0,=9,计算结果肯定不对！,第11章 平面机构运动简图及自由度,1.复合铰链 两个以上的构件在同一处组成转动副。,计算：k个构件,有k1转动副。,两个低副,第11章 平面机构运动简图及自由度,上例：在B、C、D、E四处应各有 2 个运动副。,计算图示圆盘锯机构的自由度。,解：活动构件数n=7,低副数PL=,10,F=3n 2PL PH =37 2100 =1,可以证明：F点的轨迹为一直线。,圆盘锯机构,第11章 平面机构运动简图及自由度,计算图示两种凸轮机构的自由度。,解：n=,3，,PL=,3，,F=3n 2PL PH =33 23 1 =2,PH=1,对于右边的机构，有： F=32 22 1=1,事实上，两个机构的运动相同，且F=1,第11章 平面机构运动简图及自由度,2.局部自由度（多余自由度）,解： n=2，P L=2，PH=1,F=32 22 1 =1,定义：构件局部运动所产生的自由度。,出现在加装滚子的场合，计算时应去掉滚子和铰链。,滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。,第11章 平面机构运动简图及自由度,解：n=,4，,PL=,6，,F=3n 2PL PH =34 26 =0,PH=0,3.虚约束 对机构的运动实际不起作用的约束。 计算自由度时应去掉虚约束。, FEAB CD ，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧，。 增加的约束不起作用，应去掉构件4。,第11章 平面机构运动简图及自由度,重新计算：n=3, PL=4, PH=0,F=3n 2PL PH =33 24 =1,特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,第11章 平面机构运动简图及自由度,出现虚约束的场合： 1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，,2.两构件构成多个移动副，且导路平行。,如平行四边形机构，火车轮,椭圆仪等。(需要证明),第11章 平面机构运动简图及自由度,4.运动时，两构件上的两点距离始终不变。,3.两构件构成多个转动副，且同轴。,5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。,第11章 平面机构运动简图及自由度,6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。,如等宽凸轮,注意： 法线不重合时，变成实际约束！,第11章 平面机构运动简图及自由度,虚约束的作用： 改善构件的受力情况，如多个行星轮。,增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。,使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。,注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的 !,第11章 平面机构运动简图及自由度,举例：计算下面机构的自由度，判断机构运动是否确定？并指出特殊情况。,位置C ，2个低副,解：复合铰链:,局部自由度：,F处1个,虚约束：,E处1个,n=,7,PL =,9,PH =,1,F=3n 2PL PH =37 29 1 =2,由于自由度数F=2大于原动件数1，所以该机构没有确定的运动。,第11章 平面机构运动简图及自由度,作业：计算下面机构的自由度，判断机构运动是否确定？并指出特殊情况。教材P168。,a）,第11章 平面机构运动简图及自由度,作业：计算下面机构的自由度，判断机构运动是否确定？并指出特殊情况。教材P168。,b）,第11章 平面机构运动简图及自由度,作业：计算下面机构的自由度，判断机构运动是否确定？并指出特殊情况。教材P168。,c）,第11章 平面机构运动简图及自由度,作业：计算下面机构的自由度，判断机构运动是否确定？并指出特殊情况。教材P168。,d）,第11章 平面机构运动简图及自由度,作业：计算下面机构的自由度，判断机构运动是否确定？并指出特殊情况。教材P168。,e）,第11章 平面机构运动简图及自由度,作业：计算下面机构的自由度，判断机构运动是否确定？并指出特殊情况。教材P168。,f）,