机械设计基础

机械设计基础,安徽机电职业技术学院,数控工程系,第二章 平面机构的结构分析, 运动副及其分类 平面机构运动简图 平面机构的自由度,1、机构及运动副的概念、机构运动简图的绘制。 2、有虚约束、复合铰链、局部自由度时机构自由度的计算。,（一）教学要求,1、了解机构组成；理解自由度、运动副、约束的概念及三者的关系。 2、能根据实物绘制机构运动简图。 3、熟练掌握机构自由度计算，并判断机构运动是否确定。,（二）教学的重点与难点,回顾：构件和零件,2 运动副及其分类,2.1 运动副,按两构件接触的情况，平面运动副常分为低副、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：若组成运动副的两个构件只能在一个平面内做相对转动, 则称为转动副, 也称铰链。,(2) 移动副：若组成运动副的两个构件只能沿轴线相对移动, 则称为移动副。,两构件中如有一个构件固定不动, 则称为固定铰链；二者均能转动， 则称为活动铰链。,平面运动副的分类,运动副可分为平面运动副和空间运动副两大类，本章主要介绍平面运动副。,运动副的分类,(a)固定铰链,(b)活动铰链动画展示,移动副动画展示,转动副、移动副实例,2.高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。,凸轮副,齿轮副动画展示,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。如：球面副、螺旋副。（螺旋副动画展示）,球面副,2.2 平面机构的运动简图,机构运动简图：撇开实际机构中与运动无关的因素，用简单的线条和规定的运动副代表符号表示构件和运动副，并按一定的比例定出各运动副间的相对位置，表示出各构件间相对运动关系的简图。,机构运动简图中一般包括： （1）构件数目； （2）运动副的数目； （3）构件之间的连接关系； （4）与运动变换相关的构件尺寸参数； （5）主动件及运动特性。,构件可分为机架、原动件和从动件。 （1）机架 用来支承活动构件的构件。 （2）原动件(主动件) 接受外界给定运动规律的活动构件。 （3）从动件 随着原动件的运动而运动的其余活动构件。,2.2.1 运动副及构件的表示方法,1、构件,构件均用线段或小方块表示，画有斜线的表示机架。,构件的表示,2. 转动副,构件组成转动副时，其表示方法有： 图面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，如图c。,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。,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。,2.2.2 绘制机构运动简图的步骤,（1）通过观察和分析机构的结构组成和运动传递情况，首先认清机构的机架、原动件，按传动路线逐个分清各从动件；然后循着传动路线仔细分析各构件之间的相对运动性质，各构件间形成的运动副类别和数目；并测出每个构件上各运动副之间的运动特性尺寸。 机构中固定不动的构件称为机架，它用来支承机构中的可 动构件；按照给定的运动规律独立运动的构件称为原动件或主动件，它是机构中输入运动或动力的构件，又称为输入构件。其余的可动构件称为从动件。,（3）把原动件固定在某一位置，选取适当的比例尺。 （4）用规定的符号画出运动副，并用简单的线条或图形联接，标出构件号数及运动副的代号字母，以及原动件的转向箭头，并且注明绘图时的尺寸比例尺或在图纸上列表说明各构件的运动特征尺寸，即得机构运动简图。,（2）恰当地选择投影面。选择时应以能简单、清楚地把机构的运动情况表示出来为原则。一般选取与构件运动平面相平行的平面作为投影面。,绘制方法渲染、运动,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）用简单线条和规定符号表示出各构件和运动副，画出机构运动简图。,例3-1 试绘制内燃机的机构运动简图,颚式破碎机主体机构的运动简图,缝纫机机构,3 平面机构的自由度,一个构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。,3.1 自由度和运动副约束,平面机构的每个活动构件在未构成运动副之前都有三个自由度。当两个构件直接接触组成运动副之后，它们的相对运动就受到限制，自由度随之减少。运动副对构件的独立运动所加的限制称为约束。不同类型的运动副引入的约束数不同。每引入一个约束, 构件就减少一个自由度。而约束的多少及约束的特点取决于运动副的具体形式。,3.2 机构自由度的计算公式,n：机构中活动构件数； Pl ：机构中低副数；,Ph ：机构中高副数； F ：机构的自由度数；,3n2PPh,设,则机构自由度：,F =,3n,2Pl,Ph,+,（,）,每个低副限制2个自由度，高副限制1个自由度,3.计算实例,解：n = 3, Pl = 4, Ph = 0,F = 3n - 2Pl - Ph,=33 - 24 - 0,= 1,计算实例,n =5, Pl = 7, Ph = 0,F = 3n 2Pl Ph,= 35 27 0,= 1,解：,3.3计算自由度时应注意的几种情况,由K个构件以复合铰链相联接时构成的转动副数为(K-1)个。,1、复合铰链,由两个以上的构件在同一处以转动副相联而成的铰链称为复合铰链。,例3.2 计算图示钢板剪切机的自由度,解 ： 由图可知, n=5, Pl=7, Ph=0(B处为复合铰链, 含两个转动副)， 则：,F3n2PlPh 35270 1,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。,2、局部自由度,n = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 32 - 22 1 = 1,实际结构上为减小摩擦采用局部自由度。,计算自由度时，应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。,动画1、2,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。,3、虚约束,应除去虚约束，即将产生虚约束的构件MN及运动副除去不计。,n = 3, Pl =4, Ph =0 F = 33 - 24 0 = 1,（1）轨迹重合： 连接构件上的轨迹和机构上连接点的轨迹重合时, 引入虚约束。,虚约束常见情况及处理,计算时将虚约束去掉。,（a）,（b）,计算中只计入一个移动副。,（2）导路平行或重合的移动副： 两构件构成多个导路相互平行的移动副时, 会出现虚约束。,（3）轴线重合的转动副：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。,计算中应将对称部分除去不计。,（4）传动对称：机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。,例 3.3 计算大筛机构自由度, 判断机构是否具有确定相对运动。,解 ：C处为复合铰链； E和E其中之一为虚约束； F处滚子为局部自由度。机构的可动构件数n=7, 低副数Pl9, 高副数Ph=1。 F3n2PlPh 372912 此机构自由度数等于2, 与原动件数相等，即W=F， 机构具有确定的相对运动。,1.实例分析,不能产生运动,给定构件1运动参数,构件2、3的运动是确定的,3.4 机构具有确定运动的条件,给定构件1运动参数 ，构件2、3、4的运动是不确定的。,若再给定构件4运动参数 ，构件2、3的运动是确定的。,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。即W=F=3n-2Pl-Ph,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,一、运动副及其分类,二、构件自由度、运动副和约束的关系,总 结,1.平面内自由的构件，有3个自由度；空间内自由的构件，有6个自由度。 2.构件自由度、运动副和约束的关系 （1）转动副：2约束，1自由度 （2）移动副：2约束，1自由度 （3）平面高副：1约束，2自由度,三、机构运动简图的绘制,1、找出组成机构的各构件 2、选择视图平面 3、绘制机构简图,机构运动简图的绘制步骤：,四、机构自由度的计算,2.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，即W=F=3n-2Pl-Ph,F = 3n - 2Pl - Ph,1.机构自由度：,五、计算自由度时应注意的几种情况,1、复合铰链,2、局部自由度,3、虚约束,1、机构中原动件的数目小于机构的自由度数时，则此机构( )。 A.具有确定的相对运动 B. 只能作有限的相对运动 C. 运动不能确定 D. 不能运动 2、平面机构中若引入一个高副将带入( )个约束，而引入一个低副将带入( )个约束。约束数与自由度数的关系是( )。 3、两个做平面平行运动的构件之间为( )接触的运动副称为低副；而为( )或( )接触的运动副称为高副。 4、机构具有确定运动的条件是什么？ 5、机构运动简图有什么作用？如何绘制机构运动简图？ 6、何谓构件自由度和运动副的约束？ 7、在计算机构的自由度时，要注意哪些事项？,复习思考题,1、画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。,习题,（a） (b) (c),2、一简易冲床的初拟设计方案如图。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图，分析其运动是否确定，并提出修改措施。,(a) (b) (c),3、计算图示平面机构的自由度,4、计算图示平面机构的自由度，判断机构运动是否确定。机构中的原动件用圆弧箭头表示。,(a) (b) (c),