機械設計第2章平面機構(gòu)運動簡圖與自由度課件

第1章平面機構(gòu)的自由度和速度分析

§1-1運動副及其分類二、運動副1、機構(gòu)是由許多構(gòu)件組成的，機構(gòu)的每個構(gòu)件都以一定方式與某些構(gòu)件相互連接，這種連接不是固定連接，而是能產(chǎn)生一定相對運動的連接。使兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定形式的相對運動的連接稱為運動副平面運動副：低副（面接觸）高副（點、線接觸）轉(zhuǎn)動副移動副2.分類:按照運動副元素接觸形式不同一、機構(gòu)可以分為平面機構(gòu)和空間機構(gòu)兩類，平面機構(gòu)應用最廣泛。第1章平面機構(gòu)的自由度和速度分析1低副兩構(gòu)件以面接觸而形成的運動副。按照構(gòu)件之間的運動形式不同又分為

2-1運動副及其分類

(2)移動副：只允許兩構(gòu)件作相對移動。(1)轉(zhuǎn)動副：只允許兩構(gòu)件作相對轉(zhuǎn)動。有時候也稱為鉸鏈轉(zhuǎn)動副12轉(zhuǎn)動副12移動副12低副兩構(gòu)件以面接觸而形成的運動副。2-1運動副及其2高副兩構(gòu)件以點或線接觸而構(gòu)成的運動副。齒輪副凸輪副2-1運動副及其分類

高副兩構(gòu)件以點或線接觸而構(gòu)成的運動副。齒輪副凸輪副2-13空間運動副:這些運動副兩構(gòu)件之間的相對運動是空間運動。螺旋副球面副2-1運動副及其分類

12空間運動副:螺旋副球面副2-1運動副及其分類4§

1-2平面機構(gòu)運動簡圖

我們都知道機構(gòu)是具有相對運動的構(gòu)件的組合，在研究機構(gòu)運動時，為了使問題簡化，可以不考慮那些與運動無關的因素（比如構(gòu)件的外形、組成機構(gòu)的零件的數(shù)目、運動副的具體構(gòu)造等）。僅用簡單的線條和符號表示構(gòu)件和運動副，并按一定的比例定出運動副的位置，這種表示機構(gòu)各構(gòu)件間相對位置關系的簡化圖形稱為機構(gòu)運動簡圖

一、機構(gòu)運動簡圖§1-2平面機構(gòu)運動簡圖5二、運動副的表示方法轉(zhuǎn)動副：移動副：平面高副：

在學習畫機構(gòu)運動簡圖之前我們先來看看運動副的表示方法(a)(b)(c)(d)(e)(f)21(g)圖中a、b、c是兩個構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動副的表示方法,圓圈表示轉(zhuǎn)動副，其圓心代表相對轉(zhuǎn)動的軸線，如果組成轉(zhuǎn)動副的兩構(gòu)件都是活動件則用a表示，若其中一個為機架，則用b、c圖表示，在代表機架的構(gòu)件上打上陰影線。兩構(gòu)件組成移動副的表示方法如圖d、e、f表示，移動副的導路必須與相對移動的方向一致同理，圖中畫陰影線的表示機架兩構(gòu)件組成高副時在簡圖中應當畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓。ttnn二、運動副的表示方法轉(zhuǎn)動副：移動副：平面高副：6三、構(gòu)件的表示方法(a)(b)(c)(d)d:表示如果三個轉(zhuǎn)動副在一條直線上的構(gòu)件a:表示參與組成兩個轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件，b：表示參與組成一個轉(zhuǎn)動副一個移動副的構(gòu)件，C:表示參與組成三個轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件，并且為了表明三角形是一個剛性整體，常常在三角形內(nèi)部打上剖面線或者在三個角打上焊接標記。三、構(gòu)件的表示方法(a)(b)(c)(d)a:表示參與組成兩7凸輪傳動(e)(f)用一對節(jié)圓表示相互嚙合的齒輪齒輪傳動圖f表示凸輪其他常用零部件的表示方法可以參看國標GB4460－84《機械制圖機構(gòu)運動簡圖符號》凸輪傳動(e)(f)用一對節(jié)圓表示相互嚙合的齒輪齒輪傳動圖f8若干1個或幾個1個機構(gòu)的組成：機構(gòu)＝機架＋原動件＋從動件四、機構(gòu)中的構(gòu)件分類機架－作為參考系的構(gòu)件，用來支撐活動構(gòu)件的構(gòu)件。如機床床身、車輛底盤、飛機機身。例內(nèi)燃機中的氣缸體原（主）動件－運動規(guī)律已知的活動的構(gòu)件。它的運動是由外界輸入的又稱輸入構(gòu)件。例如：內(nèi)燃機中的活塞

從動件－機構(gòu)中隨著原動件運動而運動的其余活動構(gòu)件。其中輸出預期運動的從動件稱為輸出構(gòu)件，其他從動件則起著傳遞運動的作用。例如內(nèi)燃機中的連桿和曲軸都是從動件。由于該機構(gòu)的功用就是將直線運動變換為定軸轉(zhuǎn)動，所以連桿是傳遞運動的從動件，曲軸是輸出構(gòu)件機構(gòu)中必定有一個構(gòu)件被相對看成是固定構(gòu)件，例如氣缸體雖然跟隨騎車運動，但是在研究發(fā)動機內(nèi)部運動時，仍然把氣缸體視為固定構(gòu)件，在活動構(gòu)件中，必須有一個或機構(gòu)原動件，其余的都是從動件。若干1個或幾個1個機構(gòu)的組成：四、機構(gòu)中的構(gòu)件分類機架－9五、繪制機構(gòu)運動簡圖舉例：繪制破碎機的機構(gòu)運動簡圖。繪制步驟1、分析繪制機械的結(jié)構(gòu)和動作原理，弄清楚構(gòu)件數(shù)目(編號）分清楚機架、原動件和從動件；2、從原動件開始，按照運動傳遞順序，仔細分析各構(gòu)件相對運動的性質(zhì)，確定各運動副的類型、數(shù)目；3、合理選擇視圖平面；4、按合理的比例繪制運動簡圖。

五、繪制機構(gòu)運動簡圖舉例：繪制破碎機的機構(gòu)運動簡圖。繪制步驟10例題1繪制如圖所示的顎式破碎機主體機構(gòu)的運動簡圖2-2平面機構(gòu)運動簡圖

例題1繪制如圖所示的顎式破碎機主體機構(gòu)的運動簡圖2-2平11DCBA1432繪制圖示鱷式破碎機的運動簡圖。DCBA1432繪制圖示鱷式破碎機的運動簡圖。www.the122341繪制圖示偏心泵的運動簡圖偏心泵143212341繪制圖示偏心泵的運動簡圖偏心泵14321www.th131、觀察該機構(gòu)，分析發(fā)現(xiàn)泵體是機架，原動件為偏心輪2，偏心輪起著曲柄的作用，連桿3和轉(zhuǎn)塊4是從動件。偏心輪2相對機架1繞O點回轉(zhuǎn)，并通過轉(zhuǎn)動副聯(lián)接帶動連桿3運動，連桿3既有往復移動又有相對轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)塊4相對機架做往復轉(zhuǎn)動。通過分析可知該機構(gòu)共有3個活動構(gòu)件和4個低副（3個轉(zhuǎn)動副、1個移動副）；2、根據(jù)該機構(gòu)的運動情況，可選擇其運動平面(垂直于偏心輪軸線的平面)作為投影面3、根據(jù)機構(gòu)的運動尺寸,確定各運動副之間的相對位置；然后用簡單的線條和規(guī)定的簡圖符號繪制出機構(gòu)運動簡圖，4、從機構(gòu)運動簡圖可知：活動構(gòu)件數(shù)，低副數(shù)，高副數(shù)，故機構(gòu)自由度，而該機構(gòu)只有一個原動件，與機構(gòu)的自由度數(shù)相同，所以該機構(gòu)具有確定的運動。1、觀察該機構(gòu)，分析發(fā)現(xiàn)泵體是機架，原動件為偏心輪2，偏心輪141516§1－3平面機構(gòu)的自由度一、機構(gòu)具有確定運動的條件S3123如果給定一個獨立運動的參數(shù)，比如構(gòu)件1的角運動規(guī)律θ1（t），其余構(gòu)件2、3的運動就完全確定了?！?－3平面機構(gòu)的自由度一、機構(gòu)具有確定運動的條件S31217如果也只給定一個獨立運動參數(shù)，比如構(gòu)件1的角運動規(guī)律θ1（t）,此時構(gòu)件2、3、4的運動并不能唯一確定。例如但是，若再給定另一個獨立運動的參數(shù)，如構(gòu)件4的角運動規(guī)律θ4（t）

，該機構(gòu)的各個構(gòu)件的運動規(guī)律就完全確定了，也就是說：該機構(gòu)需要兩個獨立運動的參數(shù)。θ41234θ1如果也只給定一個獨立運動參數(shù)，比如構(gòu)件1的角運動規(guī)律θ1（18定義：把機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目稱為機構(gòu)的自由度其數(shù)目常用F表示。原動件－機構(gòu)中能獨立運動的構(gòu)件。∵一個原動件只能提供一個獨立運動的參數(shù)∴機構(gòu)具有確定運動的條件為：原動件數(shù)目＝機構(gòu)的自由度原動件數(shù)目>F，機構(gòu)破壞原動件數(shù)目<F，機構(gòu)運動不確定定義：把機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的原動件－機構(gòu)中能獨立運19二、平面機構(gòu)自由度的計算公式一個做平面運動的自由構(gòu)件具有三個自由度，因此，平面機構(gòu)的每個活動構(gòu)件，在未用運動副聯(lián)接之前，都有三個自由度，即沿著X軸和Y軸移動，以及在XOY平面內(nèi)轉(zhuǎn)動當構(gòu)件組成運動副之后，它們的相對運動就會受到約束，自由度就會隨之減少不同種類的運動副引入的約束不同，所保留的自由度也不同二、平面機構(gòu)自由度的計算公式一個做平面運動的自由構(gòu)件具有20

1、低副

（2）轉(zhuǎn)動副（1）移動副

約束了沿一個軸方向的移動和在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動兩個自由度，只保留沿另一個軸方向移動的自由度。約束了沿兩個軸移動的自由度，只保留一個轉(zhuǎn)動的自由度。

1、低副

（2）轉(zhuǎn)動副（1）移動副

約束了沿一個軸方212、

高副只約束了沿接觸處公法線n-n方向移動的自由度，保留繞接觸處的轉(zhuǎn)動和沿接觸處公切線t-t方向移動的兩個自由度。2、

高副只約束了沿接觸處公法線n-n方向移動的自由度，保22結(jié)論：在平面機構(gòu)中，①每個低副引入兩個約束，使機構(gòu)失去兩個自由度；②每個高副引入一個約束，使機構(gòu)失去一個自由度。（二）機構(gòu)的自由度數(shù)，用F表示：

機構(gòu)自由度F取決于活動構(gòu)件的數(shù)目以及運動副的性質(zhì)（高副或低副）和數(shù)目

。F=3n-2PL-PH

結(jié)論：在平面機構(gòu)中，①每個低副引入兩個約束，使機構(gòu)失去兩個自23例1：計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)PL=2F=3n－2PL－PH

=3×2－2×2－1=1高副數(shù)PH=1123例1：計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)P24例2：計算活塞泵的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=4低副數(shù)PL=5F=3n－2PL－PH

=3×4－2×5－1=1高副數(shù)PH=1機構(gòu)的自由度與原動件數(shù)相等。例2：計算活塞泵的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=4低副數(shù)PL=525三、計算平面機構(gòu)自由度的注意事項1．復合鉸鏈-------

兩個以上構(gòu)件同時在一處用轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接，就構(gòu)成復合鉸鏈

結(jié)論：當由K個構(gòu)件組成復合鉸鏈時，則應當組成（K-1）個共軸線轉(zhuǎn)動副。

三、計算平面機構(gòu)自由度的注意事項1．復合鉸鏈-------26計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)PL=10F=3n－2PL－PH

=3×7－2×10－0=1可以證明：F點的軌跡為一直線。12345678ABCDEF圓盤鋸機構(gòu)計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)PL=272．局部自由度-----

機構(gòu)中常出現(xiàn)一種與輸出構(gòu)件運動無關的自由度結(jié)論：在計算機構(gòu)自由度時，局部自由度應預先排除。

2．局部自由度-----機構(gòu)中常出現(xiàn)一種與輸出構(gòu)件運283．虛約束

------在運動副引入的約束中，有些約束對機構(gòu)自由度的影響是重復的，對機構(gòu)運動