机械原理CH02机构的组成及工程课件

8/15/2023第二章第二章 机构的组成及机构的组成及 其自由度的计算其自由度的计算2-1 机构的组成机构的组成2-2 机构运动简图机构运动简图2-3 机构机构具有确定运动的条件具有确定运动的条件2-4 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算2-5 计算平面机构自由度时应注意的事项计算平面机构自由度时应注意的事项返回返回一、本章知识脉络1、机构的组成构件运动副 运动副元素运动链 平面闭式运动链气缸体连杆体曲轴齿轮轴活塞2、本章以机构整体为对象的有关知识机构具有确定运动的条件机构运动简图的绘制机构自由度的计算2、学习的难点二、学习的重点及难点构件、运动副、运动链等的概念 机构运动简图的绘制 机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算 1、学习的重点机构中虚约束的判定 是两构件参与接触而构成运动副的表面。是两构件直接接触而构成的可动联接；2-1 机构的组成机构的组成1.构件零件是机器中的一个独立制造单元体；构件是机器中的一个独立运动单元体。从运动来看，任何机器都是由若干个构件组合而成的。任何机器都是由许多零件组合而成的。气缸体连杆体连杆头曲轴齿轮活塞2.运动副运动副运动副元素例 轴与轴承、滑块与导轨、两轮齿啮合。2）按其相对运动形式分转动副（回转副或铰链）移动副螺旋副球面副还可分为平面运动副与空间运动副两类。1）按其接触形式分高副：点、线接触的运动副低副：面接触的运动副（1）运动副的分类机构的组成机构的组成(2/4)3.运动链构件通过运动副的联接而构成的相对可动的系统。闭式运动链（简称闭链）开式运动链（简称开链）平面闭式运动链空间闭式运动链平面开式运动链空间开式运动链（2）运动副符号运动副常用规定的简单符号来表达（GB446084）。各种常用运动副模型常用运动副的符号表机构的组成机构的组成(3/4)但当机构安装在运动的机械上时则是运动的。按给定已知运动规律独立运动的构件；4.机构具有固定构件的运动链称为机构。机 架原动件从动件机构中的固定构件；机构中其余活动构件。平面铰链四杆机构 机构常分为平面机构和空间机构两类，其中平面机构应用最为广泛。空间铰链四杆机构 一般机架相对地面固定不动，常以转向箭头表示。其运动规律决定于原动件的运动规律和机构的结构及构件的尺寸。机架原动件从动件机架从动件原动件机构的组成机构的组成(4/4)不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的简图。根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，2-2 机构运动简图机构运动简图 在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其机构运动简图。1.何谓机构运动简图？例 内燃机机构运动简图。机构运动简图 采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。机构示意图举例：（2）选定视图平面；（3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运动副和机构的符号，最后用简单线条连接，即得机构运动简图。机构运动简图机构运动简图(2/2)2.机构运动简图的绘制绘制方法及步骤：（1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，查明组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置；内燃机机构运动简图绘制颚式破碎机机构运动简图绘制2-3 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件一个机构在什么条件下才能实现确定的运动呢？两个例子例1 铰链四杆机构例2 铰链五杆机构则机构的运动完全确定；则机构的最薄弱环节损坏。则机构的运动不确定；则机构的运动完全确定。机构的自由度 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目，其数目用F表示。结论 机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等于机构的自由度数目F。若给定机构一个独立运动，若给定机构两个独立运动，若给定机构一个独立运动，若给定机构两个独立运动，如果原动件数F,则机构的运动将不确定；则会导致机构最薄弱环节的损坏。机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件(2/2)结论：机构具有确定运动的条件是：机构原动件数目应等于机构的自由度的数目F。2-4 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算1.平面机构自由度的计算（1）计算公式F3n(2plph)式中：n为机构的活动构件数目；pl 为机构的低副数目；ph为机构的高副数目。(2)举例1）铰链四杆机构F3n(2plph)33 24 012）铰链五杆机构F3n(2plph)34 25 023）内燃机机构F3n(2plph)36 27 31机构自由度的计算机构自由度的计算(2/4)例2 楔形滑块机构解 因此机构为全移动副平面机构，故m4，则F(6m)n(5m)p5(64)2(54)31 （2）含公共约束的空间机构自由度的计算公共约束F(6m)n(im)pii=m+15 由上式可知，公共约束m=0、1、2、3、4。故相应的机构分别称为0族、1族、2族、3族、4族机构（五类）。是指机构中所有构件均受到的共同的约束，以m表示。机构自由度的计算机构自由度的计算(3/4)（3）空间开链机构的自由度计算 因空间开链机构运动副总数p(=pi)等于其活动构件数n，i=156n(6fi)pii=15 fipii=15式中，fi为i级运动副的自由度，fi6i。例3 机械手开链机构解 F(65)p5(64)p417219 因机械手具有9个自由度，故它运动的灵活性较大，可绕过障碍进入作业区。F6n ipii=15故机构自由度的计算机构自由度的计算(4/4)如果两构件在多处接触而构成运动副，且符合下列情况者，则为同一运动副，即只能算一个运动副。2-5 计算平面机构自由度时应注意的事项计算平面机构自由度时应注意的事项1.要正确计算运动副的数目 由m个构件组成的复合铰链，共有(m-1)个转动副。（1）复合铰链（2）同一运动副 1）移动副，且移动方向彼此平行或重合；2）转动副，且转动轴线重合；3）平面高副，且各接触点处的公法线彼此重合。是指机构中某些构件所产生的不影响其他构件运动的局部运动的自由度。如果两构件在多处接触而构成平面高副，但各接触点处的公法线方向并不彼此重合，则为复合高副，相当于一个低副（移动副或转动副）。（3）复合平面高副2.要除去局部自由度 局部自由度计算平面机构自由度时应注意的事项计算平面机构自由度时应注意的事项(2/6)滚子绕其轴线的转动为一个局部自由度，在计算机构自由度时，应将 机构中的局部自由度除去不计，即例2 滚子推杆凸轮机构解F3n(2plph)故凸轮机构的自由度为F32(221)13.要除去虚约束 虚约束是指机构中某些运动副带入的对机构运动起重复约束作用的约束，对机构的运动实际上不产生约束效果。例3 平行四边形四杆机构F3n(2plph)33241计算平面机构自由度时应注意的事项计算平面机构自由度时应注意的事项(3/6)当增加一个构件5和两个转动副E、F，且BE AF，则F3n(2plph)34260原因：构件5 和两个转动副E、F 引入的一个约束为虚约束。在计算机构的自由度时，应从机构的约束数中减去虚约束数目，故F3n(2plph)如平行四边形五杆机构的自由度为F33241计算平面机构自由度时应注意的事项计算平面机构自由度时应注意的事项(4/6)（1）轨迹重合的情况 在机构中，如果用转动副联接的是两个构件上运动轨迹相重合的点，该联接将带入1个虚约束。例如椭圆仪机构就是这种情况（图中：CAD90，BCBD）。显然，转动副C所联接的C2、C3两点的轨迹重合，将带入一个虚约束。（2）用双副杆联接两构件上距离恒定不变的两点的情况 在机构运动过程中，如果两构件上两点之间的距离始终保持不变，若用一双副杆将此两点相连，也将带入一个虚约束。计算平面机构自由度时应注意的事项计算平面机构自由度时应注意的事项(5/6)4机构中的虚约束常发生的几种情况例如图示平行四边形机构就属于此种情况。显然，构件 5和转动副E、F所联接的两点间的距离始终保持不变，故带入一个虚约束。（3）结构重复的情况 在机构中，不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为虚约束。例如图示轮系就属于这种情况。显然，从机构运动传递来看，仅有一个齿轮就可以了，而其余两个齿轮并不影响机构的运动传递，故带入了虚约束，且p2。计算平面机构自由度时应注意的事项计算平面机构自由度时应注意的事项(6/6)