学习情境1平面机构课件

任务1 绘制平面机构运动简图,任务2 计算平面机构的自由度,学习情景1 平面机构,任务1 绘制平面机构运动简图,任务描述：,我们在进行运动机构的设计时，都需将具体的机构组成部分抽象成简单的运动学模型，绘制出机构的运动简图。绘制平面机构运动简图要求熟悉运动副的概念，掌握各种平面运动副和构件的一般表示方法。内燃机的曲柄连杆机构是比较典型的平面运动机构，结构如图2.11所示，试绘制此内燃机曲柄连杆机构的运动简图。,1. 运动副及分类,构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称为运动副。,运动副元素：,两构件上直接参加接触构成运动副的部分。,1.1什么是运动副？,运动副：,资讯,自由度和运动副约束,自由度：,一个作平面运动的自由构件有三个独立运动的可能性。构件,相对于参考系,所具有的这种,独立运动的数目称为构件的自由度,。所以一个作平面运动的自由构件有三个自由度。,资讯,约束：但当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构件系统时，各个构件不再是自由构件。两相互接触的构件间只能作一定的相对运动，自由度减少。这种,对构件独立运动所施加的限制称为约束,。,资讯,按两构件接触情况，常分为,低副、高副,两大类。,1、低副,两构件以面接触而形成的运动副。,(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,1.2 自由度和运动副约束,资讯,b)活动铰链转动副,限制两个自由度：,（两个移动）,保留一个自由度,（转动）,资讯,(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。,移动副,资讯,限制两个自由度：,（一个移动，一个转动）,保留一个自由度,（移动 ）,资讯,2.高副,两构件以点或线接触而构成的运动副,。,凸轮副,资讯,齿轮副,资讯,限制一个自由度：,（一个移动）,保留两个自由度,（一个移动，一个转动）,资讯,3、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,资讯,2. 平面机构的表示方法,2.1构件,构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。,资讯,2.2 转动副,构件组成转动副时，如下图表示。,图垂直于回转轴线时用图,a,表示；,图面不垂直于回转轴线时用图,b,表示。,表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。,一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。,资讯,2.3 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。,资讯,2.4 平面高副,两构件组成平面高副时，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。,资讯,计划决策,1.进行自愿分组。,2.学习相关知识。,3.明确工作思路。,4.讨论任务实施注意事项。,5.完成任务。,6.检查评价。,绘制内燃机曲柄连杆机构运动简图,任务实施,1.机械系统的运动简图设计的步骤,1）功能分析。确定机械系统的总功能和进行构件功能分解。,2）绘制机械系统运动循环图。,3）执行（工作）机构选型。,4）绘制机械系统的运动方案图。,5）机构的尺度综合。,6）绘制机械系统运动简图。,任务实施,气缸体1,活塞2,进气阀3,排气阀4,连杆5,曲轴6,凸轮7,顶杆8,齿轮10,解：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，并表示出各构件,2.任务实施步骤,：,任务实施,任务实施,检查评价,评定形式,比例,评定内容,评定标准,得分,自我评定,20%,1.学习工作态度 5分,2.完成任务情况 5分,3.出勤情况 5分,4.独立工作能力 5分,积极【5】；一般【3】；不积极【0】,全部【5】；一半【3】；没有【1】,全勤【5】；缺两次【3】；30%【0】,强【5】；一般【3】；不强【1】,小组评定,30%,1.学习工作责任意识 5分,2.收集材料、调研能力 5分,3.汇报、交流、沟通能力 10分,4.团队协作精神 10分,强【5】；一般【3】；不强【0】,强【5】；一般【3】；不强【1】,强【10】；一般【6】；不强【2】,强【10】；一般【6】；不强【2】,教师评定,50%,1.集体学习工作过程状态 10分,2.计划制定、执行情况 10分,3.任务完成情况 15分,4.项目学习、实训报告 15分,积极【10】；一般【6】；较差【2】,好【10】；一般【6】；较差【2】,好【15】；一般【10】；较差【5】,【0】-【15】,任务执行人评价表：,检查评价,任务执行人评价汇总表：,任务评价,姓名,自我评分,分值,10%,班组评分,分值,30,教师评分,分值,60%,综合得分,任务2 计算平面机构的自由度,学习情景1 平面机构,任务描述,若干个构件通过运动副的连接组成构件系统，但并不一定就能成为机构，只有组成后的系统具有确定的相对运动才能称为机构，才能应用于实际。平面机构的独立构件具有3个自由度，若干个独立的构件组成运动链后，自由度等于原动件的个数才能使机构具有确定的运动。,大筛机构是用于分选的一种理想设备，广泛应用在煤炭、化工、建筑等领域设备，试计算大筛机构的自由度。,大筛机构,不能产生运动,给定构件1运动参数 = ( t ),构件2、3的运动是确定的,1. 机械具有确定运动的条件,资 讯,给定构件1运动参数 = ( t )，构件2、3、4的运动是不确定的,再给定构件4运动参数 = ( t )，构件2、3的运动是确定的,资 讯,结论,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机构的自由度。,平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目。,原动件数自由度数，机构无确定运动,原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏,资 讯,2.构件自由度,一个构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。,当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。如转动副引入两个约束，只保留一个转动的自由度；移动副,引入两个约束，,只保留一个移动的自由度；而高副,引入一个约束，,只限制一个自由度，保留两个,自由度,。,一个平面机构的n个构件，在未用运动副连接之前自由度总数3n,连接后自由度数将减少。,资 讯,3. 自由度计算时应注意的几种情况,1）复合铰链,2）局部自由度,3）虚约束,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。,说 明,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。,说 明,重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。,说 明,4）虚约束常见情况及处理方法,说 明,5）虚约束对机构的影响,说 明,资 讯,三个构件在同一轴线处，两个转动副。,推理：m个构件时，有m 1个转动副。,1 ）复合铰链,由三个或三个以上构件组成的轴线重合的转动副称为复合铰链。,资 讯,惯性筛机构,(点击),C处为复合铰链,计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。,n = 5, P,l,= 7, P,h,= 0,= 35 -27 0 = 1,F = 3n - 2P,l, P,h,资 讯,如,滚子移动凸轮,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。,计入局部自由度时,n = 3, P,l,= 3, P,h,= 1,F =33 - 2- 1 = 2,与实际不符,2）局部自由度（多余自由度）,资 讯,应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。,处理方法,实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。,n = 2, P,l,= 2, P,h,= 1,F = 32 - 22 1 = 1,与,实际相符,A,B,C,3,2,1,资 讯,n = 4, P,l,=6, P,h,= 0,在机构中与其他运动副作用重复，而对构件间的相对运动不起独立限制作用的约束。图中构件2和转动副E、F引入的约束是虚约束。,与实际不符,F = 34 -26 0 = 0,3）虚约束,资 讯,n = 3, P,l,=4, P,h,=0,F = 33 - 24 0 = 1,处理方法,与实际相符,应除去虚约束，即将产生虚约束的构件2及运动副除去不计。,资 讯,1）,两构件组成的若干个导路中心线互相平行或重合的移动副,，,只有一个移动副起约束作用，其余的都是虚约束。,4）虚约束常见情况及处理,计算中只计入一个移动副。,资 讯,2,）两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为虚约束。,计算中只计入一个转动副。,资 讯,计算中只考虑一处高副所引入的约束。,3）两构件组成多个高副，且各高副接触点处公法线重合时，将产生虚约束。,资 讯,计算中应将对称部分除去不计。,4）机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。,资 讯,5）虚约束对机构的影响,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。,虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如“平行”、“重合”、“距离不变”等。如果几何条件不满足，虚约束会转化为有效约束。,机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。,资 讯,4.计算平面机构自由度的实用意义,1）判定机构的运动设计方案是否合理,2）修改设计方案,（1） F=0:增加一构件带进一平面低副,（2） F原动件数目：增加一构件带进两平面低副,增加原动件数目,3）判定机构运动简图是否正确,资 讯,计划决策,1.进行自愿分组。,2.学习相关知识。,3.明确工作思路。,4.讨论任务实施注意事项。,5.完成任务。,6.检查评价。,1,.计算公式,n,：机构中活动构件数；,P,l,：机构中低副数；,P,h,：机构中高副数；,F,：机构的自由度数；,F = 3n - 2P,l,- P,h,设,则,= 1,任务实施,2.任务实现,：,构件2、3、5在C处组成复合铰链；滚子9绕自身轴线的转动为局部自由度；活塞4与缸体8在E、E两处形成导路平行的移动副，其中之一为虚约束。弹簧不起限制作用，可略去。经以上处理后，得机构运动简图。,其中 n = 7, P,L,= 9, P,H,= 1。自由度由公式（2-1）得：,F =3n- 2P,L,-P,H,= 2,即此大筛机构自由度为2。又因为此机构有两个原动件所以具有确定运动。,任务实施,检查评价,评定形式,比例,评定内容,评定标准,得分,自我评定,20%,1.学习工作态度 5分,2.完成任务情况 5分,3.出勤情况 5分,4.独立工作能力 5分,积极【5】；一般【3】；不积极【0】,全部【5】；一半【3】；没有【1】,全勤【5】；缺两次【3】；30%【0】,强【5】；一般【3】；不强【1】,小组评定,30%,1.学习工作责任意识 5分,2.收集材料、调研能力 5分,3.汇报、交流、沟通能力 10分,4.团队协作精神 10分,强【5】；一般【3】；不强【0】,强【5】；一般【3】；不强【1】,强【10】；一般【6】；不强【2】,强【10】；一般【6】；不强【2】,教师评定,50%,1.集体学习工作过程状态 10分,2.计划制定、执行情况 10分,3.任务完成情况 15分,4.项目学习、实训报告 15分,积极【10】；一般【6】；较差【2】,好【10】；一般【6】；较差【2】,好【15】；一般【10】；较差【5】,【0】-【15】,任务执行人评价表：,检查评价,任务执行人评价汇总表：,任务评价,姓名,自我评分,分值,10%,班组评分,分值,30,教师评分,分值,60%,综合得分,练习,1填空题,（1）在任何一个机构中，只能有_个构件作为机架。,（2）两构件通过点或线接触的运动副称为_。,2选择题,（1）组成高副的两个构件之间的运动是（ ）。,A.相对转动 B.相对移动 C.相对转动和相对移动,（2）内燃机中的活塞与汽缸的联接所构成的运动副属于（ ）。,A.转动副 B.移动副 C.高副,练习,3简答题,（1）什么是运动副？运动副有那些类型？各有什么特点？,（2）什么是复合铰链？在计算机构的自由度时应如何处理？,4实作题,（1）绘制图10.24所示机构的机构运动简图及计算自由度。,练习,