平面机构运动简图与自由度.ppt

,第1章 平面机构的自由度和速度分析,1-1 运动副及其分类,二、运动副 1、机构是由许多构件组成的，机构的每个构件都以一定方式与某些构件相互连接，这种连接不是固定连接，而是能产生一定相对运动的连接。使两构件直接接触并能产生一定形式的相对运动的连接称为运动副,2.分类:按照运动副元素接触形式不同,一、机构可以分为平面机构和空间机构两类，平面机构应用最广泛。,低副 两构件以面接触而形成的运动副。 按照构件之间的运动形式不同又分为,2-1 运动副及其分类,(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。,(1) 转动副：只允许两构件作相对转动。 有时候也称为铰链,转动副,1,2,转动副,1,2,高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。,齿轮副,凸轮副,2-1 运动副及其分类,空间运动副: 这些运动副两构件之间的相对运动是空间运动。,螺旋副,球面副,2-1 运动副及其分类,1,2, 1-2平面机构运动简图,我们都知道机构是具有相对运动的构件的组合，在研究机构运动时，为了使问题简化，可以不考虑那些与运动无关的因素（比如构件的外形、组成机构的零件的数目、运动副的具体构造等）。 仅用简单的线条和符号表示构件和运动副，并按一定的比例定出运动副的位置，这种表示机构各构件间相对位置关系的简化图形称为机构运动简图,一、机构运动简图,二、运动副的表示方法,转动副：,移动副：,平面高副：,在学习画机构运动简图之前我们先来看看运动副的表示方法,(a),(b),(c),(d),(e),(f),(g),图中a、b、c是两个构件组成转动副的表示方法,圆圈表示转动副， 其圆心代表相对转动的轴线，如果组成转动副的两构件都是活动 件则用a表示，若其中一个为机架，则用b、c图表示，在代表机架 的构件上打上阴影线。,两构件组成移动副的表示方法如图d、e、f表示，移动副的导路必须与相对移动的方向一致 同理，图中画阴影线的表示机架,两构件组成高副时在简图中应当画出两构件接触处的曲线轮廓。,t,t,n,n,三、构件的表示方法,(a),(b),(c),(d),d:表示如果三个转动副在一条直线上的构件,a:表示参与组成两 个转动副的构件，,b：表示参与组成一个 转动副一个移动副的 构件，,C:表示参与组成三个 转动副的构件，并且为 了表明三角形是一个刚性 整体，常常在三角形内部 打上剖面线或者在三个角 打上焊接标记。,(e),(f),用一对节圆表示相互啮合的齿轮,齿轮传动,图f表示凸轮,其他常用零部件的表示方法 可以参看国标GB446084 机械制图机构运动简图符号,机构的组成： 机构机架原动件从动件,四、机构中的构件分类,机架 作为参考系的构件，用来支撑活动构件的构件。 如机床床身、车辆底盘、飞机机身。例内燃机中的气缸体,原（主）动件 运动规律已知的活动的构件。它的运动是 由外界输入的又称输入构件。例如：内燃机中的活塞 从动件 机构中随着原动件运动而运动的其余活动构件。其中输出预期 运动的从动件称为输出构件，其他从动件则起着传递运动的作用。,例如内燃机中的连杆和曲轴都是从动件。由于该机构的功用就是将直线运动变换为定轴转动， 所以连杆是传递运动的从动件，曲轴是输出构件,机构中必定有一个构件被相对看成是固定构件，例如气缸体虽然 跟随骑车运动，但是在研究发动机内部运动时，仍然把气缸体视为 固定构件，在活动构件中，必须有一个或机构原动件，其余的都是从动件。,五、绘制机构运动简图,举例：绘制破碎机的机构运动简图。,绘制步骤 1、分析绘制机械的结构和动作原理，弄清楚构件数目 (编号）分清楚机架、原动件和从动件； 2、从原动件开始，按照运动传递顺序，仔细分析各构件相对运动的性质，确定各运动副的类 型、数目； 3、合理选择视图平面； 4、按合理的比例绘制运动简图。,例题1 绘制如图所示的颚式破碎机主体机构的运动简图,2-2平面机构运动简图,绘制图示鳄式破碎机的运动简图。,绘制图示偏心泵的运动简图,偏心泵,1,4,3,2,1,1、观察该机构，分析发现泵体是机架，原动件为偏心轮2，偏心轮起着曲柄的作用，连杆3和转块4是从动件。偏心轮2相对机架1绕O点回转，并通过转动副联接带动连杆3运动，连杆3既有往复移动又有相对转动，转块4相对机架做往复转动。通过分析可知该机构共有3个活动构件和4个低副（3个转动副、1个移动副）； 2、根据该机构的运动情况，可选择其运动平面(垂直于偏心轮轴线的平面)作为投影面 3、根据机构的运动尺寸,确定各运动副之间的相对位置；然后用简单的线条和规定的简图符号绘制出机构运动简图， 4、从机构运动简图可知：活动构件数，低副数，高副数，故机构自由度 ，而该机构只有一个原动件，与机构的自由度数相同，所以该机构具有确定的运动。,13 平面机构的自由度,一、机构具有确定运动的条件,如果给定一个独立运动的参数，比如构件1的角运动规律1（t） ，其余构件2、3的运动就完全确定了。,如果也只给定一个独立运动参数，比如构件1的角运动规律1（t）,此时构件2、3、4的运动并不能唯一确定。例如 但是，若再给定另一个独立运动的参数，如构件4的角运动规律4（t） ，该机构的各个构件的运动规律就完全确定了，也就是说：该机构需要两个独立运动的参数 。,定义：把机构具有确定运动时所必须给定的 独立运动参数的数目称为机构的自由度 其数目常用F表示。,原动件机构中能独立运动的构件。 一个原动件只能提供一个独立运动的参数,机构具有确定运动的条件为：,原动件数目机构的自由度,原动件数目 F， 机构破坏 原动件数目 F ，机构运动不确定,二、 平面机构自由度的计算公式,一个做平面运动的自由构件具有三个自由度，因此，平面机构的每个活动构件，在未用运动副联接之前，都有三个自由度，即沿着X轴和Y轴移动，以及在XOY平面内转动 当构件组成运动副之后，它们的相对运动就会受到约束，自由度就会随之减少不同种类的运动副引入的约束不同，所保留的自由度也不同,1、低副,（2）转动副,（1）移动副,约束了沿一个轴方向的移动和在平面内转动两个自由度，只保留沿另一个轴方向移动的自由度。,约束了沿两个轴移动的自由度，只保留一个转动的自由度。,2、 高副,只约束了沿接触处公法线n-n方向移动的自由度，保留绕接触处的转动和沿接触处公切线t-t方向移动的两个自由度。,结论：在平面机构中，每个低副引入两个约束，使机构失去两个自由度；每个高副引入一个约束，使机构失去一个自由度。,（二）机构的自由度数，用F表示：,机构自由度F取决于活动构件的数目以及运动副的性质（高副或低副）和数目 。,F=3n-2PL-PH,例1：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,例2：计算活塞泵的自由度。,解：活动构件数n=4,低副数PL=5,F=3n 2PL PH =34 251 =1,高副数PH=1,机构的自由度与原动件数相等。,三、计算平面机构自由度的注意事项,1复合铰链-,两个以上构件同时在一处用转动副相联接，就构成复合铰链,结论：当由K个构件组成复合铰链时，则应当组成（K-1）个共轴线转动副。,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,2局部自由度-,机构中常出现一种与输出构件运动无关的自由度,结论：在计算机构自由度时，局部自由度应预先排除。,3虚约束,-在运动副引入的约束中，有些约束对机构自由度的影响是重复的，对机构运动不起任何限制作用的。这些对机构运动不起限制作用的重复约束称为虚约束或者消极约束。,（1）两个构件之间组成多个导路平 行（或重合）的移动副时，只有一个移动副起作用，其余都是虚约束。,内燃机,内燃机中的顶杆8与缸体之间就组成两个导路平行的移动副，那么其中一个就是虚约束。,（3）机构中对传递运动不起独立作用的对称部分，也为虚约束。,结论：在计算平面机构自由度时，必须考虑是否存在复合铰链，并应将局部自由度和虚约束除去不计，才能得到正确的结果。,（2）两个构件之间组成多个轴线重合的回转副时，只有一个回转副起作用，其余都是虚约束。,计算图示大筛机构的自由度。,位置C ，2个低副,复合铰链:,局部自由度,1个,虚约束,E,n=,7,PL =,9,PH =,1,F=3n 2PL PH =37 29 1 =2,