机构运动简图和自由度计算

2-1 运动副及其分类 2-2 平面机构的组成及其运动简图 2-3 平面机构的自由度 第二章 平面机构的运动简图及其自由度 平面机构 ： 空间机构 ：各构件不完全在同一平面或相互平行的平面内运动 各构件在同一平面或平行平面内运动 构件： 2-1 运动副及其分类 内燃机 连杆 套筒 连杆体 螺栓 垫圈 螺母 轴瓦 连杆盖 零件： 运动单元 制造单元 运动副：两个构件直接接触， 又能产生一定相对运动的联接。 一个平面运动的自由构件有 ?个自由度 自由度： 构件所具有的这种独立运动的数目。 一、运动副 （点、线、面） 凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套 分为 低副 、 高副 两大类。 1、低副 ： 两构件以 面接触 而形成的运动副。 按运动特性可分为 转动副 和 移动副 （ 1）转动副 ： 只允许两构件作相对转动，又称作 铰链 。 a)固定铰链 二、 运动副分类 b)活动铰链转动副 固定铰链和活动铰链模型 （ 2） 移动副：只允许两构件作相对移动。 结论 : 两构件用低副联接，失去两个自由度。 2、高副：两构件以 点 或 线 接触而构成的运动副。 凸轮副（点接触） 齿轮副（线接触 ） 两构件用高副联接，失去一个自由度。 结论 : 二、空间运动副 若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。 螺旋副 球面副 2.2 平面机构的组成及运动简图 用代表构件和运动副的规定符号（表 2-1），并根据机构和运动的有关尺寸， 按一定的比例绘制的机构图形。 一、构件的分类 固定件（机架）：固定不动的构件 原动件：输入运动规律的构件 从动件：其它的活动构件 二、机构运动简图 和运动 有关 的：运动副的类型、数目、相对位置、构件数目； 和运动 无关 的：构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的 具体构造。 构件均用直线或小方（圆）块等来表示，画有 斜线 的表示机架。 1、构件 2、转动副 3、 移动副 两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。 4、高副 两构件组成高副时，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。 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 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 两构件之一为固定时的运动副 1 2 2 1 2 1 平 面 运 动 副 运 动 副 符 号 三、绘制机构运动简图的步骤 图上尺寸( m m ) mm实际尺寸 l 1、弄清机构组成：构件数目、运动副数目类型、原动件、从 动件和机架分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目； 2、确定与机构相关的的尺寸：中心距、构件尺寸、导路和 回转中心，高副轮廓 3、投影平面的选择 4、选择合理的比例尺： 5、用规定的符号和线条绘制成简图，一般从原动件开始画。 原则：简图与实际运动特征相同；取 “ 相关 ” 舍 “ 无关 ” 注意：要明确三类构件 固定件（机架）：机架中只有一个为机架。 原动件：机构中有驱动力或已知运动规律的构件。 从动件：除原动件以外的所有活动构件。 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 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，表示出各构件 例 1:试绘制内燃机的机构运动简图 例 2：试绘制牛头刨床的机构运动简图 牛头刨床结构示意图 牛头刨床运动图 2-6 绘出下列平面机构的运动简图 唧筒机构 缝纫机针杆机构 活塞泵机构 一、平面机构自由度 一个自由的平面构件有 ?个自由度。 低副联接 减少 ?个自由度 高副联接 减少 ?个自由度 2.3 平面机构的自由度及确定运动的条件 n个活动构件：自由度为 ? 。 PL个低副： 限制 ? PL个自由度 PH个高副： 限制 ? H 个自由度 F=3n- 2PL-PH 该机构的自由度应为活动构件的自由度数与引入运动副 减少的自由度数之差，以 F表示： 例 1：四杆机构（绿杆为机架） n ， L， H 例 2：三杆机构（刚性桁架） n ， L， H （机构不能运动） 铰 链 四 杆 机 构 三 杆 机 构 A B C 二、平面机构具有确定相对运动的条件 结论：应有一个原动件，任取 黑色 /蓝色 构件为原动件，机构有确立的运动。 给出一个角度 1， 其他构件便有一 个相应位置） 例 3：铰链五杆机构 铰链五杆机构 结论：机构具有确定运动的条件是 ： n ， L， H 构件为原动件，处于 AB位置时，构 件 234可处于 BCDE 或 BCDE ， 位置不确定。当取构件 1或者 4为原动 件，机构各构件的运动确定。 且等于原动件数目 原动件数 =F0，运动确定 原动件数 F，机构破坏 平面机构自由度计算实例： n：机构中活动构件数， PL：机构中低副数； PH ：机构中高副数； F ：机构的自由度数； F = 3n - 2PL - PH 例 1： （ 1） n = 3, PL = 4, PH = 0 F = 3 3 - 2 4 0=1 1 2 3 例 2： F=3n 2PL PH =3 2 2 2 1 =1 例 3：简易牛头刨床 n =5, Pl = 7, Ph = 0 F = 3n 2Pl Ph = 3 5 2 7 0 = 1 解： 三、计算自由度时的注意事项 1、 复合铰链 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。 计算： K个构件 ， 有 K 1转动副 。 两个低副 惯性筛机构 C处为复合铰链 n = 5, Pl = 7, Ph = 0 = 3 5 -2 7 0 = 1 F = 3n - 2Pl Ph 例：计算图示圆盘锯机构的自由度 。 解：活动构件数 低副数 F = 3n 2PL PH = 3 7 2 10 0 = 1 可以证明： F点的轨迹为一直线 。 1 2 3 4 5 6 7 8 A B C D E F 圆盘锯机构 分析： 在 B、 C、 D、 E四处应各有 2 个转动副。 n=7 PL=10 处理方法： 除去局部自由度，把滚子和从动件看作一个构件。 注意： 实际结构上为减小摩擦采用局部自由度 n = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 3 2 - 2 2 1 = 1 与实际相符 2、局部自由度 机构中出现的与输出构件运动无关的自由度称为 局部自由度 。 典型例子： 滚子 的转动自由度并不影响整个机构的运动。 （ 1）两构件构成多个导路平行的移动副，移动副其导路相互平行时，只 有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。 F=3n- 2PL-PH =3*3-2*4-0 =-1 处理方法： 计算中只计入一个移动副。 3、 虚约束 有些运动副对机构的运动约束作用是重复的，称为 虚约束 。 计算自由度时，应除去不计。 中图： 00624323 HL PPnF （错误） 右图： 10423323 HL PPnF （正确） （ 2）轨迹重合：平行四边形机构 （ 3）机构中存在对运动不起作用的对称部分 如图 行星轮系中的行星轮 2 、 2 为虚约束，去掉后： 行 星 轮 系 1 4 1 H O 1 H O H O 3 3 O 2 2 41 3O O 1 3 3 H H O O 2 2 1 O 1 H 2 3 2 O H O 若：轮 3固定 叫做：差动轮系 叫做：行星轮系 若：轮 3旋转 （ 4）联结点的轨迹重合 两构件组成多处接触点公法线重合的高副 1 2 处理方法： 计算中只计入一处高副 。 F=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=1 例题 1：计算筛料机构的自由度 F=3n-2PL-PH=3*7-2*9-1=2 注意： 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 。 例题 2： 求机构的自由度，并判断机构是否有确定运动。 例题 3： 计算挖土机的自由度，并说明为什么要配置三个油缸。 例题 4： 图示为一简易冲床的设计图。试分析设计方案是否 合理。如不合理，则绘出修改后的机构运动简图。