机械设计基础项目一任务二、内燃机机构运动简图的绘课件

任务一任务一 认识机械认识机械项目一项目一 内燃机的机械系统分析内燃机的机械系统分析 b任务一 认识机械项目一 内燃机的机械系统分析 任务二任务二 机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制及机构结构分析及机构结构分析项目一项目一 内燃机的机械系统分析内燃机的机械系统分析 b任务二 项目一 内燃机的机械系统分析 由几个构件组成？由几个构件组成？由几个构件组成？由几个构件组成？构件之间怎么连接？构件之间怎么连接？构件之间怎么连接？构件之间怎么连接？真的能按要求运动吗？真的能按要求运动吗？真的能按要求运动吗？真的能按要求运动吗？一、任务引入一、任务引入b由几个构件组成？构件之间怎么连接？真的能按要求运动吗？b机械设计基础项目一任务二、内燃机机构运动简图的绘课件画机构运动简单图画机构运动简单图表达结构原理、运动关系表达结构原理、运动关系 在对旧机器进行改进和设计新机器时：在对旧机器进行改进和设计新机器时：分析运动链的运动确定性分析运动链的运动确定性 二、任务分析二、任务分析如何表达你的构思如何表达你的构思画出构件及相对位置画出构件及相对位置画出构件连接方式画出构件连接方式b画机构运动简单图表达结构原理、运动关系 在对旧机器进行改进和1.1.熟练掌握运动副、约束和自由度等基本概念熟练掌握运动副、约束和自由度等基本概念2.2.能看懂和绘制一般平面机构的运动简图；能看懂和绘制一般平面机构的运动简图；3.3.掌握机构具有确定运动的条件；掌握机构具有确定运动的条件；4.4.了解计算平面机构自由度的目的，掌握平面了解计算平面机构自由度的目的，掌握平面机构自由度的计算方法，能够准确判别机构中存在机构自由度的计算方法，能够准确判别机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束；的复合铰链、局部自由度和虚约束；三、任务目标三、任务目标 b1.熟练掌握运动副、约束和自由度等基本概念三、任务目标 知识点知识点1 1 机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的知识点知识点2 2 机构的组成机构的组成知识点知识点3 3 机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制知识点知识点4 4 机构自由度的计算机构自由度的计算知识点知识点5 5 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件知识点知识点6 6 计算平面机构自由度应注意事项计算平面机构自由度应注意事项四、相关知识点四、相关知识点b知识点1 机构结构分析的内容及目的四、相关知识点自由度的计算中复合饺链、局部自由度、虚自由度的计算中复合饺链、局部自由度、虚约束的判断。约束的判断。运动副及其分类运动副及其分类机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制 平面机构的自由度计算平面机构的自由度计算重重 点点难难 点点学习小提示学习小提示b自由度的计算中复合饺链、局部自由度、虚运动副及其分类重 知识点知识点1.1.机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的1.1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件研究机构的组成及其具有确定运动的条件弄清机构包含哪几个部分弄清机构包含哪几个部分;各部分如何相联？各部分如何相联？以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？这对于设计新的机构显得尤其重要这对于设计新的机构显得尤其重要。b知识点1.机构结构分析的内容及目的1.研究机构的组成及其具有4.研究机构的组成原理研究机构的组成原理 目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足运动确定性的要求。运动确定性的要求。2.绘制机构运动简图绘制机构运动简图 目的是为运动分析和动力分析作准备。目的是为运动分析和动力分析作准备。3.按结构特点对机构进行分类按结构特点对机构进行分类 不同的机构都有各自的特点，把各种机构按不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构加以分类，其目的是按其分类建立运动分析结构加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力分析的一般方法。和动力分析的一般方法。b4.研究机构的组成原理2.绘制机构运动简图3.按结构特点对机构构 件件 与与 零零 件件1运运 动动 副副2运运 动动 链链3机机 构构4知识点知识点2 2 机构的组成机构的组成b构 件 与 零 件1运 动 副2运 动 链3构构 件件动连接动连接运动链运动链组合组合机器机器称为运动副称为运动副 机构机构是一个构件系统，为了传递运动是一个构件系统，为了传递运动和动力，各构件之间必须通过一定的联接和动力，各构件之间必须通过一定的联接而产生确定的相对运动。而产生确定的相对运动。机构机构一定条件一定条件b构 件动连接运动链组合机器称为运动副 机构是一个构件系零件：零件：单独加工的制造单元体单独加工的制造单元体构件：构件：每一个独立影响机构功能每一个独立影响机构功能并且能单独运动的单元体并且能单独运动的单元体,一个构一个构件可以由一个或多个零件组成。件可以由一个或多个零件组成。构件与零件构件与零件1b零件：单独加工的制造单元体构件：每一个独立影响机构功能构件与1 1、定义、定义：两个构件之间直接接触所形成的可动联接：两个构件之间直接接触所形成的可动联接u 运动副是一种联接运动副是一种联接u 形成运动副的两个构件直接接触形成运动副的两个构件直接接触 u 两者之间允许一定的相对运动两者之间允许一定的相对运动u 机构中每个构件至少和另外一个构件通过运机构中每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接动副联接运运 动动 副副2b1、定义：两个构件之间直接接触所形成的可动联接 运动副是一种2 2、运动副元素：、运动副元素：两个构件上参与接触构成运两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、面）动副的部分（点、线、面）.b2、运动副元素：两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、3.3.自由度与约束：自由度与约束：u自由度：构件所具有的独立运动的数目，或确定自由度：构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所需的独立变量的数目构件位置所需的独立变量的数目作空间运动的自由构件：作空间运动的自由构件：F=6F=6一个作平面运动的自由一个作平面运动的自由构件：构件：F=3F=3oxyZ(x,y)x,y)F=3F=3u 约束：约束：运动副对构件独立运动所加的限制运动副对构件独立运动所加的限制运动副引入的约束数等于两构件相运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。对自由度减少的数目。b3.自由度与约束：作空间运动的自由构件：F=6oxyZ4.4.运动副的分类：运动副的分类：1)1)按照运动副的相对运动范围分按照运动副的相对运动范围分平面运动副平面运动副(）、）、空间运动副空间运动副2)2)按照运动副的接触形式分类按照运动副的接触形式分类低副低副、高副高副低副：低副：2 2个约束，个约束，1 1个自由度个自由度高副：高副：1 1个约束，个约束，2 2个自由度个自由度b4.运动副的分类：1)按照运动副的相对运动范围分平面运动球面副球面副螺旋副螺旋副b球面副螺旋副3).3).按运动副相对运动形式分按运动副相对运动形式分 转动副转动副移动副移动副b3).按运动副相对运动形式分 转动副移动副按接触形式分类：按接触形式分类：按相对运动形式分类：按相对运动形式分类：按相对运动范围分类：按相对运动范围分类：平面运动副平面运动副低副低副移动副移动副b按接触形式分类：平面运动副低副移动副低副机构低副机构高副机构高副机构b低副机构高副机构 运动链：两个或两个以上的构件通过运动副运动链：两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统联接而构成的系统 开式运动链（开链）运动链开式运动链（开链）运动链的各构件未构成首末封闭系统的各构件未构成首末封闭系统 闭式运动链（闭链）运闭式运动链（闭链）运动链的各构件构成首末封闭动链的各构件构成首末封闭的系统的系统运运 动动 链链3b 运动链：两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系机机 构：在运动链中，如果将某一个构件加以固定，构：在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件而让另一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各活动构件都有确定的相运动时，如果运动链中其余各活动构件都有确定的相对运动，则此运动链称为机构。对运动，则此运动链称为机构。机构是具有确定运动的运动链。机构是具有确定运动的运动链。机机 构构4b机 构：在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一个或几机架机架原动件原动件从动件从动件若干个若干个1个个1个或几个个或几个机构的组成：机构的组成：机构构件机构构件+运动副运动副机架原动件机架原动件 从动件从动件b机架原动件从动件若干个1个1个或几个机构的组成：机架原动件v 闭式链机构闭式链机构v 开式链机构开式链机构b 闭式链机构 开式链机构构构 件件动连接动连接运动链运动链组合组合机器机器称为运动副称为运动副 机构机构是一个构件系统，为了传递运动和是一个构件系统，为了传递运动和动力，各构件之间必须通过一定的联接而产动力，各构件之间必须通过一定的联接而产生确定的相对运动。生确定的相对运动。机构机构一定条件一定条件b构 件动连接运动链组合机器称为运动副 机构是一个构件系零件零件刚性联接刚性联接构件构件活动联接活动联接运动副运动副运动链运动链给定机架、原动件给定机架、原动件机构机构电器、液压等电器、液压等控制部分控制部分机器机器辅助部分辅助部分小小 结结b零件刚性联接构件活动联接运动副运动链给定机架、原动件机构电器 运动链运动链 具有确定的相对运动具有确定的相对运动机构机构桁架桁架运动链运动链相对运动不确定相对运动不确定无相对运动无相对运动b 运动链 具有确定的相对运动机构桁架运动链相对运动不确定定定 义义1绘制简图的目的绘制简图的目的2运动链和构件的表示方法运动链和构件的表示方法3运动简图的绘制运动简图的绘制4知识点知识点3 3 机构运动简图机构运动简图 b定 义1绘制简图的目的2运动链和构件的表示方 撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质及其撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质及其位置。用国标规定的最简单的线条和符号代表运动副和位置。用国标规定的最简单的线条和符号代表运动副和构件，按一定比例绘制的用以说明机构中各构件之间的构件，按一定比例绘制的用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简明图形。机构运动简图与原机械具有相对运动关系的简明图形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。完全相同运动特性。1 12 22 21 1机构示意图：机构示意图：没严格按照比例绘制的机构运动简图没严格按照比例绘制的机构运动简图定定 义义1b 撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质及其位置。用 1.1.简明表达一部机器的的运动原理，表示机简明表达一部机器的的运动原理，表示机构的结构和运动情况。构的结构和运动情况。2.2.作为运动分析和动力分析的依据。作为运动分析和动力分析的依据。机构构件机构构件+运动副运动副简图表示的内容：构件的数目，运动副的类型、简图表示的内容：构件的数目，运动副的类型、数目，运动尺寸，主、从动关系等。数目，运动尺寸，主、从动关系等。绘制简图的目的绘制简图的目的2b 1.简明表达一部机器的的运动原理，表示机构的结构和运动3.3.用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论与讨论u重点在于机构的运动分析重点在于机构的运动分析u构件的具体结构、组成方式等在方案设计构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响机构的运动特性阶段并不影响机构的运动特性u运动副类型表明了构件之间的联接关系和运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式传动方式u构件的运动尺寸是运动分析的基础构件的运动尺寸是运动分析的基础b3.用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论重点在于机：运动链和构件的表示方法运动链和构件的表示方法3b：运动链和构件的表示方法3杆、轴构件杆、轴构件固定构件固定构件同一构件同一构件构件的表示方法构件的表示方法:一般构件均用直线或小方块等来表示，画一般构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。有斜线的表示机架。b杆、轴构件固定构件同一构件构件的表示方法:一般构件均三三副副构构件件 两两副副构构件件 四四副副构构件件 b三副构件 两副构件 四副构件 常见运动副的表示符号常见运动副的表示符号:国标国标GB/T4460GB/T446019841984b常见运动副的表示符号:国标GB/T44601984名称名称运动副符号运动副符号两运动构件构成的运动副两运动构件构成的运动副转转动动副副移移动动副副1 12 21 12 21 12 21 12 21 12 21 12 21 12 21 12 21 12 21 12 21 12 21 12 2两构件之一为固定时的运动副两构件之一为固定时的运动副1 12 22 21 12 21 1平平面面运运动动副副1 12 2b名称运动副符号两运动构件构成的运动副转动副移动副121212平平面面高高副副螺螺旋旋副副2 21 11 12 21 12 22 21 12 21 11 12 21 12 2球球面面副副球球销销副副1 12 21 12 21 12 2空空间间运运动动副副1 12 21 12 21 12 2b平面高副螺旋副21121221211212球121212空间常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号在在机机架架上上的的电电机机带带传传动动凸凸轮轮传传动动棘棘轮轮机机构构b常用机构运动简图符号在机架上的电机带传动凸轮传动棘轮机构链链传传动动外啮外啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动内啮内啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动齿轮齿条传动齿轮齿条传动b链传动外啮合圆柱齿轮传动内啮合圆柱齿轮传动齿轮齿条传动圆锥齿轮传动圆锥齿轮传动圆柱圆柱蜗杆蜗杆蜗轮蜗轮传动传动b圆锥齿轮传动圆柱蜗杆蜗轮传动原动机原动机b原动机注意事项注意事项:画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质运动副的性质。b注意事项:画构件时应撇开构件的实际外形，而只绘制小型压力机的机构运动简图绘制小型压力机的机构运动简图1.1.分析整个机构的工作原理及组成分析整个机构的工作原理及组成z动作原理和运动情况动作原理和运动情况例一例一:解解:运动简图的绘制运动简图的绘制4b绘制小型压力机的机构运动简图1.分析整个机构的工作原理及组成编号原则：注意区分位置重叠的编号原则：注意区分位置重叠的不同构件和同轴刚性联接的多个不同构件和同轴刚性联接的多个零件。前者分别编号，后者采用零件。前者分别编号，后者采用一个编号，加一个编号，加 以示区别。以示区别。z机构组成机构组成:确定构件的类型和数量确定构件的类型和数量偏心轮偏心轮1 1 齿轮齿轮1 1 杆件杆件2 2 齿轮齿轮66 杆件杆件3 3 槽凸轮槽凸轮6 6 杆件杆件4 4 滑块滑块7 7 压头压头8 8原动件原动件执行构件执行构件齿轮齿轮66槽凸轮槽凸轮6 6杆件杆件3 3杆件杆件2 2机座机座9 9齿轮齿轮1 1偏心轮偏心轮1 1压杆压杆8 8滑块滑块7 7杆件杆件4 4滚子滚子5 5b编号原则：注意区分位置重叠的不同构件和同轴刚性联接的多个零件2.2.沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动关系，确定运动副的类型和数目。动关系，确定运动副的类型和数目。转动副转动副移动副移动副平面高副平面高副9 9 1-1 1-11 1 2 22 2 3 33 3 4 44 4 5 59 9 6-6 6-67 7 8 83 3 9 98 8 9 94 4 7 711 6 65 5 6 6齿轮齿轮66槽凸轮槽凸轮6 6杆件杆件3 3杆件杆件2 2机座机座9 9齿轮齿轮1 1偏心轮偏心轮1 1压杆压杆8 8滑块滑块7 7杆件杆件4 4滚子滚子5 5b2.沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动关系，确定运动副 选择原则选择原则1)1)清楚表达机构的主体部分；清楚表达机构的主体部分；2)2)尽可能反映机构的全面运动；尽可能反映机构的全面运动；3)3)可以选择其他视图平面可以选择其他视图平面作为补充。作为补充。常以机构的运动平面为投影面常以机构的运动平面为投影面3.3.选择适当的视图平面及原动件的静态位置选择适当的视图平面及原动件的静态位置齿轮齿轮66槽凸轮槽凸轮6 6杆件杆件3 3杆件杆件2 2机座机座9 9齿轮齿轮1 1偏心轮偏心轮1 1压杆压杆8 8滑块滑块7 7杆件杆件4 4滚子滚子5 5b 选择原则常以机构的运动平面为投影面3.选择适当4.4.绘图绘图u选择机架选择机架u提取构件的运动尺寸提取构件的运动尺寸u确定比例尺确定比例尺u选择机构运动中的一个状态选择机构运动中的一个状态u确定各运动副位置，绘图确定各运动副位置，绘图u编号：编号：A A、B B、C C 表示运动副表示运动副 1 1、2 2、3 3 表示构件表示构件 O O1 1、O O2 2表示固定转轴表示固定转轴u 用箭头表示出原动件的运动方向用箭头表示出原动件的运动方向以以O O1 1为原点。为原点。a.a.坐标法坐标法 b.b.几何关系法几何关系法 b4.绘图选择机架提取构件的运动尺寸确定比例尺选择机构运动中内燃机内燃机机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制五、任务完成（五、任务完成（1）b内燃机机构运动简图的绘制五、任务完成（1）b机械设计基础项目一任务二、内燃机机构运动简图的绘课件自由构件的自由度自由构件的自由度1运动副引入的约束运动副引入的约束2运动链的自由度运动链的自由度3知识点知识点4 4 机构自由度的计算机构自由度的计算b自由构件的自由度1运动副引入的约束2运动链的自由度3知识点4单个自由构件的自由度为单个自由构件的自由度为 3 3自由构件的自由度自由构件的自由度1b单个自由构件的自由度为 3自由构件的自由度1自由构自由构件的自件的自由度数由度数运动副运动副 自由度数自由度数 约束数约束数回转副回转副 1 1（）+2+2（x x，y y）=3=3yx12S Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2R=1,F=2移动副移动副 1 1（x x）+2+2（y y，）=3=3高高 副副 2 2（x,x,）+1+1（y y）=3=3经运动副相联后，由于有约束，构件自由度会有变化：经运动副相联后，由于有约束，构件自由度会有变化：1运动副引入的约束运动副引入的约束2b自由构运动副 自由度数 约束数yx12Syx12xy运动链的自由度：运动链中各构件相对于机运动链的自由度：运动链中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目。架所能有的独立运动的数目。运动链（设运动链（设n n个活动构件，个活动构件，P PL L个低副，个低副，P PH H个高个高副）自由度的计算公式：副）自由度的计算公式：通过运动副联接后，低副产生的约束数通过运动副联接后，低副产生的约束数 ：高副产生的约束数：高副产生的约束数：运动副联接前运动副联接前自由度自由度：计算公式计算公式:运动链的自由度运动链的自由度3b运动链的自由度：运动链中各构件相对于机架所能有的独立运动的数计算平面运动链计算平面运动链自由度自由度12345P PH H=1 P=1 PL L=5=5n=4n=4F F =34=34 25 25 1=1 1=1例三例三:b计算平面运动链自由度12345PH=1 PL=5知识点知识点5 5 机构机构具有确定运动的条件机构机构具有确定运动的条件 机构自由度机构自由度F01机构自由度机构自由度F 02运动链成为机构的条件运动链成为机构的条件3b知识点5 机构机构具有确定运动的条件 机构自由度F01机 机构的自由度数目和机构原动件的数目与机构的自由度数目和机构原动件的数目与机构的运动有着密切的关系：机构的运动有着密切的关系：Fa=32-23=0Fa=32-23=0Fb=33-25=-1Fb=33-25=-1F F 0 0 运动链不能运动，不成为机构运动链不能运动，不成为机构 （多多一一个个约约束束）超超静静定桁架定桁架若机构自由度若机构自由度F F00，则机构不能运动（桁架）。则机构不能运动（桁架）。机构自由度机构自由度F01b 机构的自由度数目和机构原动件的数目与Fa=32自自由由度度与与原原动动件件数数之之间间，会会有有以下几种关系：以下几种关系：1 1：原动件数小于自由度：原动件数小于自由度F F34-2x 534-2x 52 2当只给定当只给定原动件原动件1 1的运动参数的运动参数时，从动件时，从动件2 2、3 3、4 4的位置不的位置不能确定，不具有确定的相对运能确定，不具有确定的相对运动。只有给出动。只有给出两个原动件两个原动件，使，使构件构件1 1、4 4都处于给定位置，才都处于给定位置，才能使从动件获得确定运动。能使从动件获得确定运动。机构自由度机构自由度F 02b自由度与原动件数之间，会有以下几种关系：1：原动件数小于自由2 2：原动件数大于自由度：原动件数大于自由度如如果果原原动动件件1 1和和原原动动件件3 3的的给给定定运运动动都要同时满足，势必将杆都要同时满足，势必将杆2 2拉断拉断!3 3：原动件数等于自由度数目：原动件数等于自由度数目则则机机构构各各构构件件间间的的相相对对运运动动是是确确定的；定的；14123ABCDn=3,Pl=4,F=1如右图如右图F=33-2F=33-24 411原动件数原动件数F F34-2434-241 1b2：原动件数大于自由度如果原动件1和原动件3的给定运动都要同u 运动链中取一个构件相对固定作为机架，运动链运动链中取一个构件相对固定作为机架，运动链相对于机架的自由度必须大于零，且原动件数目等于相对于机架的自由度必须大于零，且原动件数目等于运动链自由度数。运动链自由度数。u 满足此条件的运动链即成为机构，机构自由度的满足此条件的运动链即成为机构，机构自由度的计算可采用运动链自由度的计算公式。计算可采用运动链自由度的计算公式。运动链成为机构的条件运动链成为机构的条件3综综上上所所述述可可知知，运运动动链链成成为为机机构构的的条条件件（机构具有确定运动的条件）是：（机构具有确定运动的条件）是：F Fo o且且F F等于原动件数等于原动件数.b 运动链中取一个构件相对固定作为机架，运动链相对于机架的自知识点四知识点四 计算平面机构自由度应注意事项计算平面机构自由度应注意事项 复复 合合 铰铰 链链 1局局 部部 自自 由由 度度2虚虚 约约 束束3b知识点四 计算平面机构自由度应注意事项 复 合 铰 链 计算图示计算图示圆盘锯机圆盘锯机构的自由度。构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数 n=n=7低副数低副数 P PL L=6F=3n F=3n 2P2PL L P PH H 高副数高副数 P PH H=0=0=37=3726260 0=9计计算算结结果果肯肯定定不不对对！构构件件数数不不会会错错，肯肯定定是是低副数目搞错了！低副数目搞错了！例四例四:12345678ABCDEF 复复 合合 铰铰 链链 1b计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数 n=7低副数 复合铰链复合铰链两个以上的构件在同一处以转两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。动副联接所构成的运动副。k k 个构件在同一处构成复合铰链，个构件在同一处构成复合铰链，实际上构成了实际上构成了 (k k-1)-1)个转动副。个转动副。解决方案解决方案b 复合铰链解决方案上例：在上例：在B、C、D、E四处应各有四处应各有 2 个运动副。个运动副。重新计算图示圆盘锯机构的自由度。重新计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n=7低副数低副数PL=10F =3n 2PL PH =37 2100 =1可以证明：可以证明：F点的轨迹为一直线。点的轨迹为一直线。圆盘锯机构圆盘锯机构12345678ABCDEFb上例：在B、C、D、E四处应各有 2 个运动副。重新计算图示计算图示两种凸轮机构的自由度。计算图示两种凸轮机构的自由度。解：解：PL=3 =33 23 1=2PH=1对于对于右边的机构右边的机构，有：，有：F =32 22 1=1例五例五:n=3123123对于对于左边机构左边机构 F=3n 2PL PH 事实上，两个机构的运动相同，且事实上，两个机构的运动相同，且F=1局局 部部 自自 由由 度度2b计算图示两种凸轮机构的自由度。解：PL=3 =33 个别构件所具有的，不影响整个机构运动个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。的自由度称为局部自由度。上例中滚子的转动自由度并不影响整个机上例中滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。构的运动，属局部自由度。b 个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部F=3n 2PL PH FP =3323 11=1或计算时去掉滚子和铰链：或计算时去掉滚子和铰链：F=32221=1滚滚子子的的作作用用：滑滑动动摩摩擦擦滚滚动动摩摩擦擦。“除除去去”指指计计算算中中不不计计入，并非实际拆除。入，并非实际拆除。123123 应应除除去去局局部部自自由由度度，即即把把滚子和从动件看作一个构件。滚子和从动件看作一个构件。解决方案解决方案 bF=3n 2PL PH FP或计算时去掉滚子和铰链解：解：n=4，PL=6，F=3n 2PL PH =34 26 =0PH=01234ABCDEF 已已知知：ABCDEF，计计算算图图示示平平行行四四边形机构的自由度。边形机构的自由度。例六例六:与实际不符与实际不符 重复出现的，对机构运重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束动不起独立限制作用的约束称为称为虚约束虚约束。虚虚 约约 束束3b解：n=4，PL=6，F=3n 2PL PH PH=因因为为：FEFEABABCD CD，故故增增加加构构件件4 4前前后后E E点点的的轨轨迹迹都都是是圆圆弧弧，构构件件4 4给给机机构构引引入入三三个个自自由由度度，四四个个约约束束。多多出出的的一一个个约约束束对对机机构构的的运运动动不不起起独独立立的的限限制制作作用用，是是虚约束，应去掉。虚约束，应去掉。1234ABCDEF 应应除除去去虚虚约约束束，即即将将产产生生虚虚约约束束的的构构件件及及运运动副除去不计。动副除去不计。解决方案解决方案 b因为：FEABCD，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧重新计算：重新计算：n=3,PL=4,PH=0n=3,PL=4,PH=0F=3n 2PL PH =33 24 =1特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：124ABCDE34FABCDEF虚约束虚约束b重新计算：n=3,PL=4,PH=0F=3n 2常出现虚约束的场合：常出现虚约束的场合：1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，两构件联接前后，联接点的轨迹重合，如如平行四边形机构平行四边形机构、椭圆仪椭圆仪等。等。b常出现虚约束的场合：如平行四边形机构、椭圆仪等。2.两构件构成多个移动副，且导路平行。两构件构成多个移动副，且导路平行。计算中只计入一个移动副。计算中只计入一个移动副。3.两两构构件件构构成成多多个个转转动动副副，且且同同轴轴。只只有有一一个个转动副起约束作用，其余为虚约束。转动副起约束作用，其余为虚约束。计算中只计入一个转动副。计算中只计入一个转动副。解决方案解决方案 解决方案解决方案 b2.两构件构成多个移动副，且导路平行。计算中只计入一个移4.4.运运动动时时，两两构构件件上上的的两两点点距距离离始始终终不不变变。两两点点间用另一构件连接时，间用另一构件连接时，将产生虚约束。将产生虚约束。EF 计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。解决方案解决方案 b4.运动时，两构件上的两点距离始终不变。两点间用另一构件连接5.对运动不起作用的对称部分。如对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮多个行星轮。解决方案解决方案 作者：潘存云教授计算中应将对称部分除去不计。计算中应将对称部分除去不计。b5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。解决方案 作者：6.两两构构件件构构成成高高副副，两两处处接接触触，且且法法线线重重合。如合。如等宽凸轮等宽凸轮W注意：注意：法线不重合时，法线不重合时，变成实际约束！变成实际约束！AAn1n1n2n2n1n1n2n2AA解决方案解决方案 计算中只计算一个高副。计算中只计算一个高副。b6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。如等宽凸轮W注意：虚约束的作用：虚约束的作用：改善构件的受力情况，如多个行星轮。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。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。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注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的!机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不除去不计计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。b虚约束的作用：增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。使机CDABGFoEE计算图示大筛机构的自由度。计算图示大筛机构的自由度。位置位置C，2个个低副低副复合铰链复合铰链:局部自由度局部自由度 1 1个个虚约束虚约束E En =7 7PL=9 9PH=1F=3n 2PL PH =37 29 1=2例六例六:解解:bCDABGFoEE计算图示大筛机构的自由度。位置C，2个b机械设计基础项目一任务二、内燃机机构运动简图的绘课件五、任务完成（五、任务完成（2）计算内燃机的自由度。计算内燃机的自由度。由分析可知：由分析可知：内燃机机构有内燃机机构有7 7个可动构个可动构件件8 8个低副个低副(其中有其中有3 3个移动副、个移动副、5 5个转动副个转动副)，4 4个高副。即个高副。即n=7n=7，P PL L=8=8，P PH H=4=4。所以，所以，该机构的自由度为：该机构的自由度为：F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=37-28-437-28-4l lb五、任务完成（2）计算内燃机的自由度。由分析可知：本章小结本章小结基基本本定定义义：构构件件、运运动动副副、运运动动链链、机机构构、机构运动简图、自由度、约束机构运动简图、自由度、约束 机构简图的作用和画法机构简图的作用和画法 平平面面机机构构自自由由度度的的计计算算方方法法，及及机机构构中中存存在在的的复复合合铰铰链链、局局部部自自由由度度和和虚虚约约束束的的准准确确识识别别与与处理方法处理方法运动链成为机构的条件。运动链成为机构的条件。b 本章小结基本定义：构件、运动副、运动链、机构、机构运动简