第二章-平面机构的运动简图及其自由度课件

第二章第二章平面机构的运动简图及其自由度平面机构的运动简图及其自由度7/13/20247/13/20241 1机械设计基础机械设计基础第二章第二章主要内容主要内容1 1 运动副及其分类运动副及其分类2 2 平面结构运动简图平面结构运动简图3 3 平面结构的自由度平面结构的自由度7/13/20247/13/20242 2机械设计基础机械设计基础第二章第二章1 1 运动副及其分类运动副及其分类基础知识基础知识构件构件有相对运动的各个单元体有相对运动的各个单元体(独立的运动单元独立的运动单元)。不同构件间有相对运动不同构件间有相对运动单一构件内部没有相对运动单一构件内部没有相对运动可以是单一零件，也可以是多个零件组成可以是单一零件，也可以是多个零件组成平面机构平面机构所有构件都在同一平面或平行平面内运动的机构所有构件都在同一平面或平行平面内运动的机构机构是一个能够相对运动的构件系统机构是一个能够相对运动的构件系统构件组合应满足一定条件才能构成机构构件组合应满足一定条件才能构成机构7/13/20247/13/20243 3机械设计基础机械设计基础第二章第二章1 1 运动副及其分类运动副及其分类基础知识基础知识构件的自由度构件的自由度构件具有的独立运动数目构件具有的独立运动数目确定构件位置的独立变量数目确定构件位置的独立变量数目约束约束对独立运动所加的限制对独立运动所加的限制每加上一个约束，构件便失去一每加上一个约束，构件便失去一个自由度个自由度平面运动的自由构件的自由度平面运动的自由构件的自由度OxyOxy坐标系中，构件坐标系中，构件S S可随其上任一点可随其上任一点A A沿沿x x轴、轴、y y轴方向移动和轴方向移动和绕绕A A点转动，即一个作平面运动的自由构件具有三个自由度点转动，即一个作平面运动的自由构件具有三个自由度同理一个做空间运动的自由构件具有六个自由度同理一个做空间运动的自由构件具有六个自由度7/13/20247/13/20244 4机械设计基础机械设计基础第二章第二章1 1 运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副运动副有两个构件直接接触组成的具有一定相对运动的可动连接有两个构件直接接触组成的具有一定相对运动的可动连接两构件组成运动副后，它们的独立运动受到约束，但都保留一两构件组成运动副后，它们的独立运动受到约束，但都保留一定的自由度定的自由度运动副分类（按接触方式分）运动副分类（按接触方式分）典型运动副典型运动副低副：转动副、移动副低副：转动副、移动副高副：齿轮副、凸轮副高副：齿轮副、凸轮副空间副：球面副、螺旋副空间副：球面副、螺旋副点接触点接触高副高副(1(1个约束，个约束，2 2个自由度个自由度)线接触线接触高副高副(1(1个约束，个约束，2 2个自由度个自由度)面接触面接触低副低副(2(2个约束，个约束，1 1个自由度个自由度)7/13/20247/13/20245 5机械设计基础机械设计基础第二章第二章1 1 运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类转动副转动副两个构件的相对移动受到约束，只能绕某一轴线作相对转动的两个构件的相对移动受到约束，只能绕某一轴线作相对转动的运动副，也称为回转副或铰链运动副，也称为回转副或铰链2 2个约束个约束1 1个自由度个自由度实例实例铰链铰链轴与轴承轴与轴承7/13/20247/13/20246 6机械设计基础机械设计基础第二章第二章1 1 运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类移动副移动副两构件的相对移动和相对转动受到约束，只能作相对直线移动两构件的相对移动和相对转动受到约束，只能作相对直线移动的运动副，也称为棱柱副的运动副，也称为棱柱副2 2个约束个约束1 1个自由度个自由度实例实例汽缸与活塞汽缸与活塞滑块与导轨滑块与导轨7/13/20247/13/20247 7机械设计基础机械设计基础第二章第二章1 1 运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类移动副移动副7/13/20247/13/20248 8机械设计基础机械设计基础第二章第二章1 1 运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类移动副移动副7/13/20247/13/20249 9机械设计基础机械设计基础第二章第二章1 1 运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类凸轮副凸轮副沿径向的相对移动受到约束，能作相对转动和沿切线方向的相沿径向的相对移动受到约束，能作相对转动和沿切线方向的相对移动对移动1 1个约束个约束2 2个自由度个自由度7/13/20247/13/20241010机械设计基础机械设计基础第二章第二章1 1 运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类凸轮副凸轮副凸轮发动机凸轮发动机7/13/20247/13/20241111机械设计基础机械设计基础第二章第二章1 1 运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类齿轮副齿轮副沿径向的相对移动受到约束，能作相对转动和沿切线方向的相沿径向的相对移动受到约束，能作相对转动和沿切线方向的相对移动对移动1 1个约束个约束2 2个自由度个自由度7/13/20247/13/20241212机械设计基础机械设计基础第二章第二章1 1 运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类球面副球面副球面副可绕空间坐标系球面副可绕空间坐标系X X、Y Y、Z Z独立转动独立转动自由度为自由度为3 37/13/20247/13/20241313机械设计基础机械设计基础第二章第二章1 1 运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类螺旋副螺旋副螺旋副可做转动和移动的合成运动螺旋副可做转动和移动的合成运动自由度为自由度为1 17/13/20247/13/20241414机械设计基础机械设计基础第二章第二章1 1 运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类螺旋副螺旋副7/13/20247/13/20241515机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图知识点回顾知识点回顾构件构件独立的运动单元独立的运动单元特点特点不同构件间有相对运动不同构件间有相对运动单一构件内部没有相对运动单一构件内部没有相对运动可以是单一零件（如曲轴），也可以是多个零件组成（如连杆）可以是单一零件（如曲轴），也可以是多个零件组成（如连杆）构件分类构件分类固定件：机架固定件：机架原动件：主动件原动件：主动件从动件：随原动件运动的其余构件从动件：随原动件运动的其余构件7/13/20247/13/20241616机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图运动链运动链定义定义两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。分类分类开式链开式链运动链的各构件不构成首尾封闭的系统。运动链的各构件不构成首尾封闭的系统。闭式链闭式链运动链的各构件构成了首尾封闭的系统。运动链的各构件构成了首尾封闭的系统。机构机构定义定义将运动链的一个构件固定为机架，其中的一个或几个原动件作将运动链的一个构件固定为机架，其中的一个或几个原动件作独立运动时，其余从动件即随之作确定的运动独立运动时，其余从动件即随之作确定的运动注：不能运注：不能运动或无规则动或无规则乱动的运动乱动的运动链不能成为链不能成为机构机构7/13/20247/13/20241717机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图机构机构特点特点机构各部分的运动仅取决于该机构中原动件的运动规律、各运机构各部分的运动仅取决于该机构中原动件的运动规律、各运动副的类型和运动尺寸（各运动副相对的位置的尺寸），而与动副的类型和运动尺寸（各运动副相对的位置的尺寸），而与构件的外形和运动副的具体结构无关构件的外形和运动副的具体结构无关机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图不考虑与运动无关的因素而仅用简单的线条和符号代表构件与不考虑与运动无关的因素而仅用简单的线条和符号代表构件与运动副，并按一定比例表示各构件间的相对运动关系的简单图运动副，并按一定比例表示各构件间的相对运动关系的简单图形形作用作用表示机构的组成和运动情况表示机构的组成和运动情况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7/13/20247/13/20241818机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构简图（也称机构示意图）机构简图（也称机构示意图）只是为了表示机构的结构特征，而不按比例绘制得到的简图只是为了表示机构的结构特征，而不按比例绘制得到的简图无法进行正确的运动和动力分析无法进行正确的运动和动力分析构件与运动副的表示构件与运动副的表示常用运动副的符号常用运动副的符号一般构件的表示方法一般构件的表示方法常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号如何用简单的如何用简单的线条和符号表线条和符号表示构件和运动示构件和运动副？副？7/13/20247/13/20241919机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图绘图步骤绘图步骤分析清楚所要绘制机械的结构和动作原理，判别固定件、原动分析清楚所要绘制机械的结构和动作原理，判别固定件、原动件和从动件，确定构件的数目。件和从动件，确定构件的数目。从原动件开始，按照运动传递的顺序，仔细分析各构件相对运从原动件开始，按照运动传递的顺序，仔细分析各构件相对运动的性质，确定运动副的类型和数目动的性质，确定运动副的类型和数目合理选择视图平面，通常选择与大多数构件的运动平面相平行合理选择视图平面，通常选择与大多数构件的运动平面相平行的平面为视图平面的平面为视图平面选取适当的长度比例尺，按一定的顺序进行绘图，并将比例尺选取适当的长度比例尺，按一定的顺序进行绘图，并将比例尺标注图上标注图上注意与机械制图中的比例相区别7/13/20247/13/20242020机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图注意事项注意事项画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。7/13/20247/13/20242121机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图实例实例1 12 23 34 4A14B12C234A14B12C2343 32 24 41 17/13/20247/13/20242222机械设计基础机械设计基础第二章第二章曲柄滑块机构曲柄滑块机构2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图实例实例内燃机内燃机7/13/20247/13/20242323机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图实例实例内燃机内燃机齿轮机构齿轮机构7/13/20247/13/20242424机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图实例实例内燃机内燃机凸轮机构凸轮机构567/13/20247/13/20242525机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图实例实例内燃机内燃机12344556156+=7/13/20247/13/20242626机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图实例实例颚式破碎机颚式破碎机4.肘板肘板1.机架机架2.偏心轴偏心轴5.带轮带轮3.动颚板动颚板7/13/20247/13/20242727机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图实例实例颚式破碎机颚式破碎机3D12BA1C44.肘板肘板1.机架机架2.偏心轴偏心轴5.带轮带轮3.动颚板动颚板ACBD7/13/20247/13/20242828机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图例题例题如图所示的破碎机应如何绘制运动简图？如图所示的破碎机应如何绘制运动简图？ABCEFDG7/13/20247/13/20242929机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度运动链（或机构）的自由度运动链（或机构）的自由度运动链（或机构）具有的独立运动的数目运动链（或机构）具有的独立运动的数目运动链成为机构的条件运动链成为机构的条件自由度大于自由度大于0 0（保证运动链能运动）（保证运动链能运动）自由度数等于原动件数（保证运动链具有确定的运动）自由度数等于原动件数（保证运动链具有确定的运动）自由度的计算自由度的计算设设n n个活动构件，个活动构件，P PL L个低副，个低副，P PH H个高副，自由度数为个高副，自由度数为F F构件总自由度构件总自由度 低副约束数低副约束数 高副约束数高副约束数 3n 2 PL1 Ph =F=3n-2P=F=3n-2PL L-P-PH H7/13/20247/13/20243030机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度实例实例铰链四杆机构铰链四杆机构n =3pL=4ph=0 F =3n-2pL-ph =17/13/20247/13/20243131机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度实例二实例二颚式破碎机颚式破碎机3D12BA1C4n =3PL=4 Ph=0 F =3n-2pL-ph =17/13/20247/13/20243232机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度练习练习曲柄滑块机构曲柄滑块机构n=3PL=4F=3n-2PL-PH =1 PH=0S31237/13/20247/13/20243333机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度练习练习五连杆机构五连杆机构n=4PL=5F=3n-2PL-PH =2PH=012341 17/13/20247/13/20243434机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度实例三实例三圆盘锯机构圆盘锯机构12345678ABCDEF n=7PL=6F=3n 2PL PH PH=0=9实际上自由实际上自由度为度为1，错在，错在哪里？哪里？因为存在复因为存在复合铰链！合铰链！7/13/20247/13/20243535机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度复合铰链定义复合铰链定义两个以上的构件在同一处以转动副相联两个以上的构件在同一处以转动副相联复合铰链的计算复合铰链的计算m m个构件的复合铰链，有个构件的复合铰链，有m m1 1转动副。转动副。两个低副两个低副7/13/20247/13/20243636机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度实例三实例三圆盘锯机构（正确解法）圆盘锯机构（正确解法）12345678ABCDEF n=7PL=10F=3n 2PL PH PH=0=17/13/20247/13/20243737机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度实例四实例四滚子凸轮滚子凸轮123123n=3PL=3F=2PH=1n=2PL=2F=1PH=17/13/20247/13/20243838机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度实例四实例四滚子凸轮滚子凸轮123123事实上，两个机构的事实上，两个机构的运动相同，且运动相同，且F=1F=1。作。作图多出的图多出的1 1个自由度为个自由度为滚子局部运动所产生滚子局部运动所产生的局部自由度。的局部自由度。7/13/20247/13/20243939机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度局部自由度定义局部自由度定义构件局部运动所产生的自由度构件局部运动所产生的自由度局部自由度出现的场合局部自由度出现的场合加装滚子的场合加装滚子的场合局部自由度的计算局部自由度的计算计算总的自由度后减去局部自由度数计算总的自由度后减去局部自由度数计算时将局部自由度坐在的滚子和铰链排除计算时将局部自由度坐在的滚子和铰链排除为什么需要局部自由度为什么需要局部自由度添加滚子使滑动摩擦变为滚动摩擦，减少运动过程中的摩擦，延添加滚子使滑动摩擦变为滚动摩擦，减少运动过程中的摩擦，延长使用寿命长使用寿命7/13/20247/13/20244040机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度实例五实例五凸轮机构凸轮机构123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 23 1-1错！错！实际自由度实际自由度为为1 1，为什，为什么？么？存在虚约束！存在虚约束！7/13/20247/13/20244141机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度虚约束定义虚约束定义对机构的运动实际不起作用的约束对机构的运动实际不起作用的约束1234ABCDEF4F123BA7/13/20247/13/20244242机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度虚约束出现场合虚约束出现场合两构件之间构成多个运动副时两构件之间构成多个运动副时两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时机构中对运动不起作用的对称部分机构中对运动不起作用的对称部分虚约束的处理方法虚约束的处理方法计算自由度时将虚约束排除计算自由度时将虚约束排除虚约束的作用虚约束的作用改善构件的受力情况改善构件的受力情况传递较大功率传递较大功率满足某种特殊需要满足某种特殊需要7/13/20247/13/20244343机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度实例五实例五凸轮机构凸轮机构123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 22 11之一为之一为虚约束虚约束7/13/20247/13/20244444机械设计基础机械设计基础第二章第二章2 2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度练习练习大筛机构大筛机构CDABGFoEE复合铰链复合铰链:1 1个个局部自由度局部自由度1个个虚约束虚约束En=7PL=9Ph=1F=3n 2PL PH =37 29 1 =2CDABGFoE7/13/20247/13/20244545机械设计基础机械设计基础第二章第二章