《机械设计及应用技术》第二章ppt课件.ppt

在此输入您的封面副标题机械设计及应用技术第二章第二章 平面机构的运动简图及其自由度 2.1 运动副及其分类运动副及其分类2.2 平面机构的组成及其运动简图平面机构的组成及其运动简图 2.3 平面机构的自由度及机构具有确定运动的平面机构的自由度及机构具有确定运动的 条件条件第二章 平面机构的运动简图及其自由度 引入如图2-1所示为颚式破碎机的传动机构，为了传递运动和力，机构中各构件之间必须以一定的方式联接起来，并且具有确定的相对运动。显然，不能产生相对运动或无规则运动的构件组合都不能成为机构。如果组成机构的所有构件都在同一个平面或相互平行的平面内运动，则称为平面机构，否则称为空间机构。目前，工程中常见的机构大多属于平面机构，故本章仅讨论平面机构。1-机架 2-偏心轴 3-动颚板 4-肋板 5-带轮图2-1颚式破碎机的传动机构第二章 平面机构的运动简图及其自由度 2.1 运动副及其分类 平面机构中每个构件都不是自由构件，而是以一定的方式与其他构件组成可动连接，这种使两构件直接接触并能产生确定相对运动的连接称为运动副。图2-1 转动副图 图2-2 移动副 第二章 平面机构的运动简图及其自由度 2.1.1 低副 两构件以面接触组成的运动副称为低副。根据它们之间的相对运动是转动还是移动，运动副又可分为转动副和移动副。 1转动副 转动副是指组成运动副的两构件之间只能绕某一轴线作相对转动的运动副。通常转动副的具体形式是用铰链连接，即由圆柱销和销孔构成转动副，如图2-1所示。 2移动副 移动副是指组成运动副的两构件只能作相对直线移动的运动副，如图2-2所示。图2-3所示为装载机铲斗上的实际低副。第二章 平面机构的运动简图及其自由度 图2-3 实际低副第二章 平面机构的运动简图及其自由度 2.1.2 高副 两构件以点或线接触组成的运动副称为高副。如图2-4所示，构件1与构件2组成的高副中，构件1无法沿公法线 方向移动，而构件1相对于构件2则可沿接触点A（线）的切线 方向移动，同时还可绕A点转动。图2-4 高副第二章 平面机构的运动简图及其自由度 2.2.1 平面机构简图和运动简图 机构简图是用特定的构件和运动副符号表示机构的一种简化示意图，仅表示机构运动传递情况和结构特征。 2.2.2 运动副和构件的表示方法 1运动副的表示方法 机构运动简图中运动副表示方法如图2-5所示。 2构件的表示方法 机构运动简图中构件表示方法如图2-6所示。2.2 平面机构的组成及其运动简图第二章 平面机构的运动简图及其自由度 图2-5 运动副表示方法第二章 平面机构的运动简图及其自由度 图2-6 构件表示方法第二章 平面机构的运动简图及其自由度 第二章 平面机构的运动简图及其自由度 第二章 平面机构的运动简图及其自由度 第二章 平面机构的运动简图及其自由度 2.2.3 机构运动简图的绘制第二章 平面机构的运动简图及其自由度 第二章 平面机构的运动简图及其自由度 2.3 平面机构的自由度 如前所述，机构的各构件之间应具有确定的相对运动。 2.3.1 自由度和约束 而对于一个作平面运动的构件而言，仅有3个独立运动的参数，即沿x轴、y轴的移动和绕垂直于xoy平面的轴转动，如图所示 构件自由度第二章 平面机构的运动简图及其自由度 2.3.2 平面机构自由度的计算 设有一个平面机构，有n个活动构件，在未用运动副连接之前，这些活动活动构件相对于机架的自由度总和为3n。当用运动副将自由构件连接组成机构之后，各构件的自由度将受到限制，相对运动受到的限制称为约束。构件每增加一个约束，就减少一个自由度，即自由度减少的个数等于约束的数目。 设一个平面有N个构件组成，其中必有一个构件为机架，此时活动构件数为nN1。这些构件在未组合成运动副之前共有3n个自由度，在连接成运动副之后便引入了约束，减少了自由度。设机构共有PL个低副、PH个高副。在平面机构中，每个低副和高副分别限制2个和1个自由度，故平面机构的自由度为F3n2PLPH 式中：n 活动构件数，nN1（N为机构中的构件总数）； PL 机构中的低副数目； PH 机构中的高副数目。第二章 平面机构的运动简图及其自由度 左图所示的平面三杆机构中，其自由度为F3n2PLPH322300，这表明各构件间无相对运动，因此它是一个刚性桁架，而不是机构。 右图所示的平面四杆机构中，其自由度为F3n2PLPH332501，这表明各构件间无相对运动，因此它是一个超静定桁架，也不是机构。平面机构具有确定运动的条件 第二章 平面机构的运动简图及其自由度 （a）（b） 由以上分析可知，机构具有确定运动的首要条件是机构的自由度必须大于零。但自由度大于零的条件只表明机构能运动，并不能说明机构运动是否确定。 如图（a）所示五杆铰链机构，其自由度为F3n2PLPH342502，该机构中只有一个主动件，当构件1绕A点均匀转动且处于AB位置时，构件2、3、4可处于不同的位置，即这三个构件的运动不确定。但若给定两个主动件，如构件1和构件4分别绕点A和点E转动，则构件2和构件3的运动就能完全确定，如图（b）所示。第二章 平面机构的运动简图及其自由度 综上所述，机构具有确定相对运动的条件为： 自由度F0； 自由度F等于机构原动件的个数。第二章 平面机构的运动简图及其自由度 计算平面机构的自由度时，需要注意和正确处理以下几个问题，否则可能会出现计算得出的机构自由度与实际不符的情况。1. 两个以上的构件在同一处以转动副相连接时就构成复合铰链。如下图，构件1、2、3在同一处以转动副相连接，故构成复合铰链，转动副的个数为2。以此类推，如果有n个构件在同一处组成复合铰链，应含有（n1）个转动副。在计算机构自由度时，应注意机构中是否存在复合铰链。第二章 平面机构的运动简图及其自由度 2.局部自由度 构件中存在的与整个机构运动无关的自由度称为局部自由度。在计算机构自由度时，局部自由度应略去不计。如下图所示滚动轴承，为减小摩擦，在轴承的内外圈之间加入了滚动体7，但是滚动体是否滚动对轴的运动毫无影响，因此滚动体的滚动属于局部自由度。第二章 平面机构的运动简图及其自由度 3.虚约束 在机构中，有些运动副带入的约束，对机构的运动实际上不起约束作用，这一类约束称为虚约束。计算机构自由度时，不计虚约束。 虚约束是构件在特定的几何条件或结构条件下产生的。平面机构中的虚约束常出现在下列情况中。第二章 平面机构的运动简图及其自由度 当两构件组成多个轴线重合的转动副或两构件组成多个移动方向一致的移动副时，只考虑其中一处的约束，其余各处带进的约束均为虚约束。第二章 平面机构的运动简图及其自由度 两构件上连接点的运动轨迹互相重合时，会引入虚约束。第二章 平面机构的运动简图及其自由度 机构中对运动不起限制作用的对称部分引入的虚约束。 虚约束虽不影响机构的运动，但能增加机构的刚性，改善其受力状况，因而被广泛应用。但是虚约束对机构的几何条件要求较高。因此，对机构的制造和装配精度要求较高。第二章 平面机构的运动简图及其自由度 实训二实训二 绘制机车车轮联动机构的运动简图绘制机车车轮联动机构的运动简图任务：如图2-18所示为机车车轮联动图片，请分析该机构的工作过程和绘制出车轮联动机构的运动简图，并计算出该机构的自由度。图2-19车轮联动运动简图第二章 平面机构的运动简图及其自由度 习题 计算图2-20所示机构的自由度。