機械設計基礎-平面機構(gòu)運動簡圖及自由度ppt課件

1、第二章第二章 平面機構(gòu)運動簡圖及平面機構(gòu)運動簡圖及自由度自由度機構(gòu)由構(gòu)件組成機構(gòu)由構(gòu)件組成平面機構(gòu)平面機構(gòu): :所有構(gòu)件都在同一平面或相互所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動的機構(gòu)平行的平面內(nèi)運動的機構(gòu)二、運動副及其分類運動副：兩構(gòu)件直接接觸并能保持一定形運動副：兩構(gòu)件直接接觸并能保持一定形式相對連接。式相對連接。 如：活塞與缸體如：活塞與缸體 ，活塞與連桿的，活塞與連桿的連接。不同的運動副對運動的影響不同。連接。不同的運動副對運動的影響不同。 運動副分類：運動副分類： 按接觸形式分：按接觸形式分： 低副和高副。低副和高副。 1、低副 兩構(gòu)件以面接觸。 （1移動副 相對移動（2 2轉(zhuǎn)動副

2、轉(zhuǎn)動副 相對轉(zhuǎn)動。相對轉(zhuǎn)動。2 2、高副、高副高副：兩構(gòu)件以點或線接觸。高副：兩構(gòu)件以點或線接觸。 接觸處壓強大。接觸處壓強大。 相對運動為轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動兼移動。相對運動為轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動兼移動。 高副舉例高副舉例第二節(jié)第二節(jié) 平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖：用最簡單的線條和機構(gòu)運動簡圖：用最簡單的線條和規(guī)定的符號表示機構(gòu)各構(gòu)件間相對規(guī)定的符號表示機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的圖形。運動關(guān)系的圖形。注意構(gòu)件和運動副的表示方法注意構(gòu)件和運動副的表示方法畫機構(gòu)運動簡圖的步驟畫機構(gòu)運動簡圖的步驟1 1、了解組成、運動傳遞，弄清原動件、從動件、機架。、了解組成、運動傳遞，弄清原動件、從動件、機架。2

3、2、判斷機構(gòu)中運動副的數(shù)目和類型。、判斷機構(gòu)中運動副的數(shù)目和類型。3 3、選擇投影面和投影。、選擇投影面和投影。4 4、選擇比例尺，測出運動副的相對位置和尺寸。、選擇比例尺，測出運動副的相對位置和尺寸。5 5、按選定的比例和規(guī)定的符號繪出運動簡圖。、按選定的比例和規(guī)定的符號繪出運動簡圖。例：鄂式破碎機的運動簡圖第三節(jié)第三節(jié) 平面機構(gòu)自由度計算平面機構(gòu)自由度計算一、平面機構(gòu)自由度一、平面機構(gòu)自由度平面機構(gòu)自由度：機構(gòu)相對于機架平面機構(gòu)自由度：機構(gòu)相對于機架所具有的獨立運動數(shù)目。所具有的獨立運動數(shù)目。123NnPPnFHL平面機構(gòu)自由度計算舉例 F=33 24 0 =1 F=34 25 0=2機構(gòu)

4、具有確定運動的條件： F0，且F等于原動件個數(shù)。 二、計算平面機構(gòu)自由度的注意事項1、復合鉸鏈：由兩個以上構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副連接構(gòu)成。例例2-3 2-3 計算圖示八桿機構(gòu)的自由度計算圖示八桿機構(gòu)的自由度N=7, B、C、D處均為處均為復合鉸鏈復合鉸鏈.F=372100=12 2、局部自由度、局部自由度 與機構(gòu)整體運動無關(guān)、局部的與機構(gòu)整體運動無關(guān)、局部的獨立運動。獨立運動。滾子從動件凸輪機構(gòu)滾子從動件凸輪機構(gòu)PL=23PL=23，C C處的轉(zhuǎn)動處的轉(zhuǎn)動為局部自由度。為局部自由度。F=3F=32-22-22-1=12-1=1引入滾子引入滾子3 3的目的是的目的是減少摩擦。減少摩擦。3 3、虛約

5、束、虛約束對機構(gòu)運動不起限制作用的約束。對機構(gòu)運動不起限制作用的約束。應除去不計。應除去不計。常出現(xiàn)在下列場合：常出現(xiàn)在下列場合： （1 1兩構(gòu)件見組成多個移動副，且導兩構(gòu)件見組成多個移動副，且導路平行。只一個起作用。路平行。只一個起作用。左上角左上角 和右下和右下角的移動副起角的移動副起同一作用，讓同一作用，讓構(gòu)件沿水平方構(gòu)件沿水平方向移動。應只向移動。應只計一個。計一個。（2 2兩構(gòu)件間組成多個轉(zhuǎn)動副，且軸兩構(gòu)件間組成多個轉(zhuǎn)動副，且軸線重合。線重合。例：兩個例：兩個軸承計一軸承計一個轉(zhuǎn)動副個轉(zhuǎn)動副只計一個只計一個（3平行四邊形機構(gòu)的多余約束平行四邊形機構(gòu)的多余約束上述兩機構(gòu)中上述兩機構(gòu)中E

6、 E、F F均為虛約束。均為虛約束。（4 4對運動不起獨立作用的對稱部分對運動不起獨立作用的對稱部分齒輪2和2對稱布置,算自由度只計其一。F=3323 12=1虛約束對運動不起作用，但可增加構(gòu)件的剛度和使受力均勻。例例2-4 計算圖示機構(gòu)的自由度，計算圖示機構(gòu)的自由度，DE=FG，DF=EG，DH=EI。B B有局部自由有局部自由度，度，D D、E E為復合為復合鉸鏈，鉸鏈， F F、G G為虛約為虛約束，束，3 3、4 4間間B B為轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)動副。動副。F=3F=38 8 2 211111=11=1第三章第三章 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu) 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 平面連桿機構(gòu)：由若干桿件以低平面

7、連桿機構(gòu)：由若干桿件以低副構(gòu)成的平面機構(gòu)。副構(gòu)成的平面機構(gòu)。一、鉸鏈四桿機構(gòu)一、鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)：以鉸鉸鏈四桿機構(gòu)：以鉸鏈連接的四桿機構(gòu)。鏈連接的四桿機構(gòu)。ADAD為機架，為機架，ABAB、DCDC為連架桿，為連架桿，BCBC為連桿。為連桿。1 1、曲柄搖桿機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)曲柄：能做曲柄：能做360360整周轉(zhuǎn)動的連架整周轉(zhuǎn)動的連架桿。桿。搖桿：只能做小于搖桿：只能做小于360360擺動連架擺動連架桿。桿。1 1為曲柄，為曲柄，3 3為搖桿，為搖桿，2 2為連桿，為連桿，4 4為機架。為機架。2 2、雙曲柄機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)兩個連架桿均為曲柄均可作整兩個連架桿均為曲柄均可作整周轉(zhuǎn)動）。

8、周轉(zhuǎn)動）。振動篩機構(gòu)3、雙搖桿、雙搖桿 機構(gòu)機構(gòu)兩個連架桿均為搖桿。兩個連架桿均為搖桿。鶴式起重機機構(gòu)簡圖鶴式起重機機構(gòu)簡圖二、含有一個移動副的四桿機構(gòu)二、含有一個移動副的四桿機構(gòu)移動副可以看作是轉(zhuǎn)動副演化而來的。移動副可以看作是轉(zhuǎn)動副演化而來的。 1、曲柄滑塊機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)D D轉(zhuǎn)動副變移動副轉(zhuǎn)動副變移動副桿桿3 3變?yōu)榛瑝K。變?yōu)榛瑝K。2 2、擺動導桿機構(gòu)、擺動導桿機構(gòu)機架置換機架置換桿桿1 1為機架為機架滿足滿足L1L1L2L24 4為導桿為導桿曲柄滑塊機構(gòu)擺動導桿機構(gòu)3 3、轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)、轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)導桿導桿4 4能整能整周轉(zhuǎn)動周轉(zhuǎn)動4 4、擺塊機構(gòu)、擺塊機構(gòu)車廂自動翻轉(zhuǎn)卸料機構(gòu)車廂

9、自動翻轉(zhuǎn)卸料機構(gòu)5、移動導桿機構(gòu)定塊機構(gòu)）抽水機抽水機曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊為曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊為機架機架三、含有兩個移動副的四桿機構(gòu)三、含有兩個移動副的四桿機構(gòu)正弦機構(gòu)正弦機構(gòu)sinrs 應用實例應用實例縫紉機下針機構(gòu)縫紉機下針機構(gòu)滑塊聯(lián)軸器滑塊聯(lián)軸器橢圓儀機構(gòu)橢圓儀機構(gòu)縫紉機下針機構(gòu)縫紉機下針機構(gòu) 滑塊聯(lián)軸器滑塊聯(lián)軸器 橢圓儀機構(gòu)橢圓儀機構(gòu)與上對應第二節(jié)第二節(jié) 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本知識鉸鏈四桿機構(gòu)的基本知識 一、曲柄存在的條件一、曲柄存在的條件 (1)連架桿與機架中必有一個是最連架桿與機架中必有一個是最短桿短桿; (2)最短桿最短桿+最長桿最長桿其余兩桿長度其余兩桿長度之和之和.桿桿1成為曲柄成

10、為曲柄,1和和2必必有兩次共線有兩次共線.從幾何關(guān)系可知從幾何關(guān)系可知:b-a+cdb-a+d ca+bc+d 可得可得:上述條件上述條件(a最小最小).鉸鏈四桿機構(gòu)的三種類型鉸鏈四桿機構(gòu)的三種類型(1)(1)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)( (最短桿的相鄰最短桿的相鄰桿作機架桿作機架) )(2)(2)雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)( (最短桿作機架最短桿作機架) )(3)(3)雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)( (最短桿的相對桿作機架最短桿的相對桿作機架) )二、急回特性和行程速比系數(shù)二、急回特性和行程速比系數(shù)1、急回特性：曲柄勻速轉(zhuǎn)動，搖桿、急回特性：曲柄勻速轉(zhuǎn)動，搖桿空回行程的平均速度大于工作行程的空回行程的平均速

11、度大于工作行程的平均速度。平均速度。2、行程速比系數(shù)、行程速比系數(shù)K：K=V2 / V1極位夾角。極位夾角。002112180180vvK越大急回特性越顯著三、壓力角和傳動角三、壓力角和傳動角（機構(gòu)傳力性能優(yōu)劣的標志）（機構(gòu)傳力性能優(yōu)劣的標志）壓力角壓力角 ，傳動角，傳動角 壓力角定義：（如圖從動件上某點壓力角定義：（如圖從動件上某點C受到的作用力受到的作用力P與該點從動件的速度與該點從動件的速度VC間所夾銳角間所夾銳角 。壓力角壓力角 越小，傳越小，傳動角動角 越大，有效越大，有效分力越大，傳力性分力越大，傳力性能越優(yōu)。能越優(yōu)。o90四、死點位置四、死點位置 搖桿為主動件，曲柄為從動件，搖桿

12、為主動件，曲柄為從動件，連桿與曲柄共線的位置。連桿與曲柄共線的位置。 例：防例：防止：曲柄上裝飛輪；利用：工件止：曲柄上裝飛輪；利用：工件夾具。夾具。第三節(jié)第三節(jié) 平面四桿機構(gòu)的設計平面四桿機構(gòu)的設計 設計任務：根據(jù)給定運動條件，設計任務：根據(jù)給定運動條件，用圖解用圖解 法、試驗法或解析法、試驗法或解析法確定機法確定機 構(gòu)的尺寸參數(shù)。構(gòu)的尺寸參數(shù)。一、按給定的行程速比系數(shù)設計四桿機構(gòu)一、按給定的行程速比系數(shù)設計四桿機構(gòu)步驟：按給定步驟：按給定K 算出算出 按按極限位極限位 置幾何關(guān)系置幾何關(guān)系 + 輔助條件輔助條件 確定確定機構(gòu)尺機構(gòu)尺 寸參數(shù)。寸參數(shù)。例：例：3-1 已知曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿已

13、知曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿CD的長度的長度,擺擺角角 和行程速比系數(shù)和行程速比系數(shù)K,設計該機構(gòu)。設計該機構(gòu)。(2)(2)任選任選D D點點, ,選比例選比例, ,按按CDCD長度和擺角長度和擺角 ， 作出搖桿的兩極限位置作出搖桿的兩極限位置C1DC1D、C2D C2D 。（3 3連接連接C1C2C1C2，并作，并作C1C2C1C2的垂線的垂線C1M C1M 。（4 4作作C1C2N=90C1C2N=90 ，則，則C2NC2N與與C1M C1M 相交于相交于P P ， C1PC2 = C1PC2 = 。本例 實質(zhì)是確定曲柄轉(zhuǎn)動中心A有無窮多解）步驟步驟:(1):(1)求求 : : 11180kko（

14、5 5以以C2PC2P為直徑作直角為直徑作直角 C1PC2 C1PC2的外的外 接圓，在圓周上選一點接圓，在圓周上選一點A A，銜接，銜接 AC1AC1，AC2 AC2 。（6 6以以A A為圓心，（為圓心，（AC2-AC1AC2-AC1）/2/2為半徑為半徑 作圓交作圓交AC2AC2于于B2B2，交，交C1AC1A的延長線于的延長線于 B1B1。則鉸鏈四桿機構(gòu)。則鉸鏈四桿機構(gòu)AB1C1DAB1C1D為所求。為所求。二、按給定連桿的兩個位置設計四桿機構(gòu)二、按給定連桿的兩個位置設計四桿機構(gòu)（1 1作作B1B2B1B2、C1C2 C1C2 的的垂直平分線垂直平分線b12b12、c12 c12 。（

15、2 2在在b12b12上任選上任選A A點，點，在在c12c12上任選上任選D D點。則點。則AB1C1DAB1C1D為所求。為所求。已給連桿的長和它的兩個位置B1C1、B2C2，設計四桿機構(gòu)作圖步驟：由于A、D點可任選，故有無窮多解。例例3-2 3-2 鑄造砂型翻轉(zhuǎn)機構(gòu)設計。已給連桿鑄造砂型翻轉(zhuǎn)機構(gòu)設計。已給連桿的長的長0.5m0.5m和它的兩個位置和它的兩個位置B1C1B1C1、B2C2B2C2，要，要求求A A、D D在同一水平線上。在同一水平線上。作法如作法如前所述前所述三、按兩連架桿預定的位置設計四桿機構(gòu)三、按兩連架桿預定的位置設計四桿機構(gòu)轉(zhuǎn)化方法轉(zhuǎn)化方法:設計思路設計思路: :當連

16、桿占據(jù)一預定位當連桿占據(jù)一預定位置置, ,兩連架桿就有一組對應位置兩連架桿就有一組對應位置, ,所以本問題可以看作是按連桿所以本問題可以看作是按連桿預定位置設計四桿機構(gòu)預定位置設計四桿機構(gòu). .以CD為機架,D為軸心反轉(zhuǎn) , 不影響構(gòu)件間的相對運動。)(21舉例說明上述方法舉例說明上述方法已知AB、AD的長度，AB、CD上某一標線DE占據(jù)的三組預定對應位置AB1、AB2、AB3、DE1、DE2、DE3亦即三組對應的擺角 ），設計四桿機構(gòu)。. 3, 2, 1; 3, 2, 1四、解析法設計四桿機構(gòu)四、解析法設計四桿機構(gòu)已知連架桿已知連架桿ABAB、CDCD的三對對的三對對應應置置 ，332211

17、,;,;,確定各桿的長度。確定各桿的長度。有無窮多解，只需確定各桿的相對長度取桿a=1, 用各桿在x、y軸上的投影列方程，求得b、c、d；各桿同乘一比例常數(shù)即可實現(xiàn)。例例3-3 3-3 已知已知lBC=120mm,lCD=90mm,lAD=70mm,ADlBC=120mm,lCD=90mm,lAD=70mm,AD為機架。為機架。 (1)(1)若該機構(gòu)能成為曲柄搖桿機構(gòu)，且若該機構(gòu)能成為曲柄搖桿機構(gòu)，且ABAB為曲柄，求為曲柄，求lAB.lAB. (2) (2)若該機構(gòu)能成為雙曲柄機構(gòu)，求若該機構(gòu)能成為雙曲柄機構(gòu)，求lAB.lAB. (3) (3)若該機構(gòu)能成為雙搖桿機構(gòu)，求若該機構(gòu)能成為雙搖桿

18、機構(gòu)，求lAB.lAB.解解: (1) lAB+lBClCD+lAD : (1) lAB+lBClCD+lAD 則則lAB 40mm.lAB 40mm. (2) (2) 有兩種情況：有兩種情況：lBClBC最長，或最長，或lABlAB最長；最長；100mm lAB 100mm lAB 140mm140mm (3) (3)有三種情況；有三種情況；、AB最短、BC最長 40mm lAB 70mm 、AD最短、AB最長 70mm lAB 100mm 、AD最短、BC最長 140mm lAB 280mm結(jié)論：結(jié)論： 40mm40mm lAB lAB 100mm100mm 140mm 140mm lAB lAB 280mm280mm例例3-4 3-4 偏置曲柄滑塊機構(gòu)滑塊行程偏置曲柄滑塊機構(gòu)滑塊行程s=500mms=500mm，