机械基础平面机构的运动简图和自由度

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第二章 平面机构的运动简图和自由度,一、,构件,二、,运动副,三、,机构,四、,平面机构的运动简图,五、,平面机构的自由度,一、构件,构件：,独立影响机构功能并能独立运动的单元体,（,实物、刚体、运动的整体,）,机架,、,原动构件、从动构件,零件：,单独加工的制造单元体,通用零件、专用零件,构件可以由一个零件组成,也可以由几个零件组成,从动件,原动件,1,2,3,4,机架,机器的组成,(从运动观点看),由构件组成,(从制造观点看),由零件组成,机械,机器,机构,构件,零件,通用零件,专用零件,原动构件,从动构件,机 架,与动力,源组合,零件,构件,机构,机器,静联接,动联接,(运动副),二、运动副,运动副:,两构件直接接触而形成的可动联接,运动副元素：,构成运动副时直接接触的点、线、面部分,接触形式:,点、线、面,x,y,o,按接触形式分类：,接触形式:,点、线、面,低副,：面接触,高副,：点、线接触,平面低副,空间低副,x,y,o,高副,高副,空间低副,平面低副,平面低副,按相对运动分类：,运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相对运动,按相对运动分类：,转动副：相对转动 回转副、铰链,移动副：相对移动,螺旋副：螺旋运动,球面副：球面运动,运动副类型小结,平面低副: 转动副、移动副,（,面接触,）,平面高副: 齿轮副、凸轮副 （,点、线接触,）,空间低副: 螺旋副、球面副、圆柱副,（,面接触,）,空间高副: 球和圆柱与平面、球与圆柱副 (,点、线接触,),运动副特性:,运动副一经形成, 组成它的两个构件间的可能的相对运动就确定。而且,这种可能的相对运动, 只与运动副类型有关, 而与运动副的具体结构无关。,工程上常用一些规定的符号代表运动副,平面副,低副,：转动副、移动副(,面接触),高副,：齿轮副、凸轮副(,点、线接触,),x,y,o,x,y,o,t,t,n,n,n,t,空间副,高副,：点、线接触,球面副,螺旋副,了解,机构是由构件通过运动副连接而成的,原动件：,按给定运动规律独立运动的构件,从动件：,其余的活动构件,机 架：,固定不动的构件,原动件,1,2,3,4,从动件,机架,闭链,开链,机构,三、机构,1,概述,2,构件的表示方法,3,运动副的表示方法,4,运动简图的绘制方法,5,例题,四、平面机构的运动简图,1 概述,机构各部分的运动，取决于：,原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸(确定各运动副相对位置的尺寸),机构运动简图:,（表示机构,运动特征,的一种工程用图）,用简单线条表示构件,规定符号代表运动副,按比例定出运动副的相对位置,与原机械具有完全相同的运动特性,比较：,机构示意图：,没严格按照比例绘制的机构运动简图,用途：,分析现有机械，构思设计新机械,2 构件的表示方法,杆、轴类构件,机架,同一构件,两副构件,三副构件,3 运动副的表示方法,转动副,移动副,高副,（齿轮副、凸轮副）,4 运动简图的绘制方法,步骤：,确定构件数目及原动件、输出构件,各构件间构成何种运动副？（注意微动部分）,选定比例尺、投影面，确定原动件某一位置，按规定符号绘制运动简图,标明机架、原动件和作图比例尺,绘制路线：,原动件,中间传动件,输出构件,观察重点：,各构件间构成的运动副类型,良好习惯：,各种运动副和构件用规定符号表达,误 区：,构件外形,5 例题：,内燃机,A,B,C,E,F,D,G,例题：,破碎机,1,2,3,4,A,B,C,14,12,23,A,14,B,12,C,234,3,2,4,1,4,例题：,1,平面机构自由度的计算,2,机构具有确定运动的条件,3,几种特殊结构的处理,复合铰链,局部自由度,虚约束,4,小结,五、平面机构的自由度,1 平面机构自由度的计算,(1) 平面运动构件的自由度,(构件可能出现的独立运动),(2) 平面运动副引入的约束R,(对独立的运动所加的限制),x,y,2,1,与其它构件未连之前：,3,用运动副与其它构件连接后,运动副引入约束,原自由度减少,x,y,o,x,y,o,t,t,n,n,R=2,R=2,R=1,结论：,平面低副引入,2,个约束,平面高副引入,1,个约束,(3) 平面机构自由度计算公式,如果：活动构件数：,n,低副数：,p,l,高副数：,p,h,x,y,2,1,未连接前总自由度：,3n,连接后引入的总约束数：,2p,l,+p,h,F=3n -,(,2p,l,+ p,h,),机构自由度F：,F=3n - 2p,l,- p,h,机构自由度举例：,1,2,3,4,F =3n2p,l,p,h,= 3,2,3,4,0,=,1,1,2,3,4,5,F =3n2p,l,p,h,= 3,2,4,5,0,=,2,F =3n2p,l,p,h,= 3,2,2,2,1,=,1,B,C,A,F =3n2p,l,p,h,= 3,2,3,4,0,=,1,F =3n2p,l,p,h,= 3,2,4,5,1,=,1,F =3n2p,l,p,h,= 3,4,2,5,0,=,2,F =3n2p,l,p,h,= 3,3,2,5,0,=,-1,F =3n2p,l,p,h,= 3,2,2,3,0,=,0,2 机构具有确定运动的条件,F=0,刚性桁架，构件之间无相对运动,原动件数小于F,各构件无确定的相对运动,原动件数大于F,在机构的薄弱处遭到破坏,结论：,机构具有确定运动的条件：,1 机构自由度 0,2 原动件数 机构自由度数,B,C,A,B,C,A,D,E,A,E,B,C,D,m个构件(m,2),在同一处构成转动副,m,-1,个低副,(1) 复合铰链,4,1,2,3,5,6,F 3n2p,l,p,h, 3,2,5,6,0,3,F 3n 2p,l,p,h, 3,2,5,7,0,1,4,1,2,3,5,6,错,对,计算在内,5,2,3,2,3,5,1,m,个构件,m-1,个铰链,3 几种特殊结构的处理,F3n2p,l,p,h,3,2,3,3,1,2,F3n 2p,l,p,h,3,2,2,2,1,1,错,对,排除,(2) 局部自由度,定义：,机构中某些构件所具有的独立的局部运动, 不影响机构输出运动的自由度,局部自由度经常发生的场合：,滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠,解决的方法：,计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视作一个构件,动画,不影响机构运动传递的,重复约束,在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限制作用的运动副叫,虚约束,虚约束,经常发生的场合,处理方法：,计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其所带入的运动副）去掉,结论,F3n2P,L,P,H,3,2,1,2,3,F3n2P,L,P,H,3,2,2,3,1,-,1,错,2,2,1,1,对,排除,之一为虚约束,(3) 虚约束,虚约束经常发生的场合,A,两构件之间构成多个运动副时,B,两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时,C,联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时,D,机构中对运动不起作用的对称部分,A 两构件之间构成多个运动副时,两构件组合成多个,转动副,，且其,轴线重合,两构件组合成多个,移动副,，其,导路平行或重合,两构件组合成若干个,高副,，但接触点之间的,距离为常数,1,2,3,1,2,3,目的：,为了改善构件的受力情况,F3n2P,L,P,H,3,2,2,2,1,1,动画,B 两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时,在这两个例子中，加与不加红色构件AB效果完全一样，为虚约束,计算时应将构件AB及其引入的约束去掉来计算,4,1,2,3,5,1,2,3,4,F3n2P,L,P,H,3,2,3,4,0,F3n2P,L,P,H,3,2,4,6,0,0,B,A,错,对,1,F3n2P,L,P,H,3,2,3,4,0,1,C 两构件上联接点的轨迹重合,在该机构中，构件2上的C点C,2,与构件3上的C点C,3,轨迹重合，为虚约束,计算时应将构件3及其引入的约束去掉来计算,同理，也可将构件4当作虚约束，将构件4及其引入的约束去掉来计算，效果完全一样,B,A,C(C2,C3),D,1,2,3,4,F3n2P,L,P,H,3,2,3,4,0,1,动画,D 机构中对运动不起作用的对称部分,在该机构中，齿轮3是齿轮2的对称部分，为虚约束,计算时应将齿轮3及其引入的约束去掉来计算,同理，将齿轮2当作虚约束去掉，完全一样,目的：,为了改善构件的受力情况,F3n2P,L,P,H,3,2,3,3,2,1,1,2,3,4,5,动画,虚约束,结论,机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动,采用虚约束是为了:改善构件的受力情况；传递较大功率；或满足某种特殊需要,在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所需要的几何条件,1,2,3,4 自由度计算小结,自由度计算,公式:,F3n2p,l,p,h,机构自由度3活动构件数(2低副数+1高副数),计算步骤:,确定活动构件数目,确定运动副种类和数目,确定特殊结构: 局部自由度、虚约束、复合铰链,计算、验证自由度,几种特殊结构的处理:,1、复合铰链,计算在内,2、局部自由度,排除,3、虚约束,-重复约束,排除,A,B,C,F,A,G,H,E,O,M,N,F,D,C,O,B,G,A,E,O,A,B,C,D,E,F,G,H,K,A,B,C,D,E,F,G,O,H,