平面机构运动自由度.ppt
一、名词术语解释一、名词术语解释:1.构件构件 独立的运动单元独立的运动单元 内燃机内燃机中的连杆第第1111章章 平面机构运动简图及自由度平面机构运动简图及自由度 内燃机内燃机连杆连杆套筒套筒连杆体连杆体螺栓螺栓垫圈垫圈螺母螺母轴瓦轴瓦连杆盖连杆盖零件零件 独立的制造单元独立的制造单元第11章 平面机构运动简图及自由度 2.运动副运动副a)两个构件、两个构件、b)直接接触、直接接触、c)有相对运动有相对运动运动副元素直接接触的部分（点、线、面）运动副元素直接接触的部分（点、线、面）例如：例如：滚滚子凸轮子凸轮、齿轮齿廓齿轮齿廓、活塞与缸套活塞与缸套等。等。定义：定义：运动副两个构件运动副两个构件直接接触直接接触并能产生一定并能产生一定相对运动的连接。相对运动的连接。三个条件，缺一不可三个条件，缺一不可第11章 平面机构运动简图及自由度 运动副的分类：运动副的分类：按运动副接触形式分：按运动副接触形式分：高副点、线接触，应力高。高副点、线接触，应力高。低副面接触，应力低低副面接触，应力低例如：例如：滚动滚动副副、凸轮副凸轮副、齿轮副齿轮副等。等。例如：例如：转动副转动副（回转副）、（回转副）、移动副移动副。第11章 平面机构运动简图及自由度 常见运动副符号的表示常见运动副符号的表示:国标国标GB446084第11章 平面机构运动简图及自由度 常用运动副的符号常用运动副的符号运动副运动副名称名称运动副符号运动副符号两运动构件构成的运动副两运动构件构成的运动副转转动动副副移移动动副副12121212121212121212121212两构件之一为固定时的运动副两构件之一为固定时的运动副122121平平面面运运动动副副第11章 平面机构运动简图及自由度 平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球销销副副121212空空间间运运动动副副121212第11章 平面机构运动简图及自由度 一般构件的表示方法一般构件的表示方法 杆、轴构件杆、轴构件固定构件固定构件同一构件同一构件第11章 平面机构运动简图及自由度 三副构件三副构件 两副构件两副构件 一般构件的表示方法一般构件的表示方法 第11章 平面机构运动简图及自由度 运动链两个以上的构件通过运动副运动链两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。的联接而构成的系统。注意事项注意事项:画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质性质。闭式链闭式链、开式链开式链3.运动链运动链 第11章 平面机构运动简图及自由度 二、二、平面机构运动简图平面机构运动简图机构运动简图机构运动简图用以说明机构中各构件之间的相对用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。运动关系的简单图形。作用：作用：1.表示机构的结构和运动情况。表示机构的结构和运动情况。机动示意图不按比例绘制的简图机动示意图不按比例绘制的简图现摘录了部分现摘录了部分GB446084机构示意图如下表机构示意图如下表。2.作为运动分析和动力分析的依据。作为运动分析和动力分析的依据。第11章 平面机构运动简图及自由度 常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号 在在机机架架上上的的电电机机齿齿轮轮齿齿条条传传动动带带传传动动圆圆锥锥齿齿轮轮传传动动第11章 平面机构运动简图及自由度 链链传传动动圆柱圆柱蜗杆蜗杆蜗轮蜗轮传动传动凸凸轮轮传传动动外啮外啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动第11章 平面机构运动简图及自由度 机构运动简图机构运动简图应满足的应满足的条件条件：1.构件数目与实际相同构件数目与实际相同 2.运动副的性质、数目与实际相符运动副的性质、数目与实际相符 3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。成比例。棘棘轮轮机机构构内啮内啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动第11章 平面机构运动简图及自由度 绘制机构运动简图绘制机构运动简图顺口溜：顺口溜：先两头，后中间，先两头，后中间，从头至尾走一遍，从头至尾走一遍，数数构件是多少，数数构件是多少，再看它们怎相联。再看它们怎相联。步骤：步骤：1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；4.检验机构是否满足运动确定的条件。检验机构是否满足运动确定的条件。2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），绘制示意图。绘制示意图。3.按比例绘制运动简图。按比例绘制运动简图。简图比例尺：简图比例尺：l=实际尺寸实际尺寸 m/m/图上长度图上长度mmmm思路：思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。的类型，并用符号表示出来。举例：举例：绘制绘制破碎机破碎机和和偏心泵偏心泵的机构运动简图。的机构运动简图。第11章 平面机构运动简图及自由度 DCBA1432绘制图示绘制图示鳄式破碎机鳄式破碎机的运动简图。的运动简图。第11章 平面机构运动简图及自由度 1234绘制图示绘制图示偏心泵偏心泵的运动简图的运动简图偏心泵偏心泵第11章 平面机构运动简图及自由度 定义：定义：机构能产生的独立运动数目称为机构的自由度机构能产生的独立运动数目称为机构的自由度。原动件能独立运动的构件。原动件能独立运动的构件。通常一个原动件具有一个独立运动通常一个原动件具有一个独立运动机构具有确定运动的条件为：机构具有确定运动的条件为：A A、机构自由度必须大于零；、机构自由度必须大于零；B B、机构自由度原动件数。、机构自由度原动件数。三、三、平面机构的自由度平面机构的自由度第11章 平面机构运动简图及自由度 活动构件数活动构件数 n 计算公式：计算公式：F=3n2PL Ph 要求：要求：记住上述公式，并能熟练应用。记住上述公式，并能熟练应用。构件总自由度构件总自由度 低副约束数低副约束数 高副约束数高副约束数 3n 2 PL1 Ph计算曲柄滑块机构的自由度计算曲柄滑块机构的自由度解：活动构件数解：活动构件数n=3低副数低副数PL=4F=3n 2PL PH =33 24 =1 高副数高副数PH=0S31231、平面机构自由度的计算公式平面机构自由度的计算公式第11章 平面机构运动简图及自由度 计算五杆铰链机构的自由度计算五杆铰链机构的自由度解：活动构件数解：活动构件数n=4低副数低副数PL=5F=3n 2PL PH =34 25 =2 高副数高副数PH=012341 1第11章 平面机构运动简图及自由度 计算图示凸轮机构的自由度计算图示凸轮机构的自由度解：活动构件数解：活动构件数n=2低副数低副数PL=2F=3n 2PL PH =32 221 =1高副数高副数PH=1123第11章 平面机构运动简图及自由度 2 2、计算平面机构自由度的注意事项计算平面机构自由度的注意事项12345678ABCDEF计算图示圆盘锯机构的自由度计算图示圆盘锯机构的自由度解：活动构件数解：活动构件数n=7低副数低副数PL=6F=3n 2PL PH 高副数高副数PH=0=37 26 0=9计算结果肯定不对！计算结果肯定不对！第11章 平面机构运动简图及自由度 1.复复合合铰铰链链 两两个个以以上上的的构构件件在在同同一一处处组组成成转转动副。动副。计算：计算：k个构件个构件,有有k1转动副。转动副。两个低副两个低副第11章 平面机构运动简图及自由度 上例：在上例：在B、C、D、E四处应各有四处应各有 2 个运动副。个运动副。计算图示圆盘锯机构的自由度。计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n=7低副数低副数PL=10F=3n 2PL PH =37 2100 =1可以证明：可以证明：F点的轨迹为一直线。点的轨迹为一直线。12345678ABCDEF圆盘锯机构圆盘锯机构第11章 平面机构运动简图及自由度 计算图示两种凸轮机构的自由度。计算图示两种凸轮机构的自由度。解：解：n=3，PL=3，F=3n 2PL PH =33 23 1 =2PH=1对于右边的机构，有：对于右边的机构，有：F=32 22 1=1事实上，两个机构的运动相同，且事实上，两个机构的运动相同，且F=1123123第11章 平面机构运动简图及自由度 2.局部自由度（多余自由度）局部自由度（多余自由度）解：解：n=2，P L=2，PH=1 F=32 22 1 =1定义：定义：构件局部运动所产生的自由度。构件局部运动所产生的自由度。出出现现在在加加装装滚滚子子的的场场合合，计计算算时时应应去去掉掉滚滚子子和和铰铰链链。滚子的作用：滑动摩擦滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。滚动摩擦。123123第11章 平面机构运动简图及自由度 解：解：n=4，PL=6，F=3n 2PL PH =34 26 =0PH=03.虚约束虚约束 对机构的运动实际不起作用的约束。对机构的运动实际不起作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。计算自由度时应去掉虚约束。FEAB CD，故故增增加加构构件件4前前后后E点点的轨迹都是圆弧，。的轨迹都是圆弧，。增加的约束不起作用，应去掉构件增加的约束不起作用，应去掉构件4。已知：已知：ABCDEF，计算图示平行四边形计算图示平行四边形 机构的自由度。机构的自由度。1234ABCDEF第11章 平面机构运动简图及自由度 重新计算：重新计算：n=3,PL=4,PH=0F=3n 2PL PH =33 24 =1特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：1234ABCDEF4F已知：已知：ABCDEF，计算图示平行四边形计算图示平行四边形 机构的自由度。机构的自由度。ABCDEF第11章 平面机构运动简图及自由度 出现虚约束的场合：出现虚约束的场合：1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，两构件联接前后，联接点的轨迹重合，2.两两构构件件构构成成多多个个移移动动副副，且且导路平行。导路平行。如如平行四边形机构平行四边形机构，火车轮火车轮椭圆仪椭圆仪等。等。(需要证明)第11章 平面机构运动简图及自由度 4.运运动动时时，两两构构件件上上的的两点距离始终不变。两点距离始终不变。3.两两构构件件构构成成多多个个转转动动副副，且同轴。且同轴。5.对对运运动动不不起起作作用用的的对对称部分。如称部分。如多个行星轮多个行星轮。EF第11章 平面机构运动简图及自由度 6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。两构件构成高副，两处接触，且法线重合。如如等宽凸轮等宽凸轮W注意：注意：法线不重合时，法线不重合时，变成实际约束！变成实际约束！AAn1n1n2n2n1n1n2n2AA第11章 平面机构运动简图及自由度 虚约束的作用：虚约束的作用：改善构件的受力情况，如多个行星轮。改善构件的受力情况，如多个行星轮。增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。注意：注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的各种出现虚约束的场合都是有条件的!第11章 平面机构运动简图及自由度 CDABGFoEE举举例例：计计算算下下面面机机构构的的自自由由度度，判判断断机机构构运运动动是是否确定？并指出特殊情况。否确定？并指出特殊情况。位置位置C，2个个低副低副解：复合铰链解：复合铰链:局部自由度：局部自由度：F处处1个个虚约束：虚约束：E处处1个个 n=7PL=9PH=1F=3n 2PL PH =37 29 1 =2CDABGFoE由由于于自自由由度度数数F=2大大于于原原动动件件数数1，所所以以该该机机构没有确定的运动。构没有确定的运动。第11章 平面机构运动简图及自由度 作作业业：计计算算下下面面机机构构的的自自由由度度，判判断断机机构构运运动动是是否否确确定定？并并指指出特殊情况。教材出特殊情况。教材P168。a）第11章 平面机构运动简图及自由度 作作业业：计计算算下下面面机机构构的的自自由由度度，判判断断机机构构运运动动是是否否确确定定？并并指指出特殊情况。教材出特殊情况。教材P168。b）第11章 平面机构运动简图及自由度 作作业业：计计算算下下面面机机构构的的自自由由度度，判判断断机机构构运运动动是是否否确确定定？并并指指出特殊情况。教材出特殊情况。教材P168。c）第11章 平面机构运动简图及自由度 作作业业：计计算算下下面面机机构构的的自自由由度度，判判断断机机构构运运动动是是否否确确定定？并并指指出特殊情况。教材出特殊情况。教材P168。d）第11章 平面机构运动简图及自由度 作作业业：计计算算下下面面机机构构的的自自由由度度，判判断断机机构构运运动动是是否否确确定定？并并指指出特殊情况。教材出特殊情况。教材P168。e）第11章 平面机构运动简图及自由度 作作业业：计计算算下下面面机机构构的的自自由由度度，判判断断机机构构运运动动是是否否确确定定？并并指指出特殊情况。教材出特殊情况。教材P168。f）第11章 平面机构运动简图及自由度
