第2章机械系统的运动简图设计PPT讲稿.ppt

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1、第第2章机械系统的运动简图设计章机械系统的运动简图设计第1页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础第第2章章 平面机构的组成及结构分析平面机构的组成及结构分析n2.1 平面机构的组成n2.2 平面机构的运动简图n2.3 平面机构的自由度n所有构件的运动平面都相互平行的机构称为平面所有构件的运动平面都相互平行的机构称为平面机构，否则称为空间机构。常用机构大多数为平机构，否则称为空间机构。常用机构大多数为平面机构，本章仅讨论平面机构的情况面机构，本章仅讨论平面机构的情况 。第2页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础2.1 平面机构的组成n2

2、.1.1 构件的分类构件的分类 根据构件在传递运动中的作用，机构中的构件可分为三类：根据构件在传递运动中的作用，机构中的构件可分为三类：n固定件或机架固定件或机架用来支撑活动构件固定不动的构件。研究机构用来支撑活动构件固定不动的构件。研究机构中活动构件的运动时，常以固定件作为参考坐标系。中活动构件的运动时，常以固定件作为参考坐标系。n原动件原动件按给定运动规律独立运动的构件。它是机构中输入运按给定运动规律独立运动的构件。它是机构中输入运动的构件，故又称为主动件。动的构件，故又称为主动件。n从动件从动件机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件。机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件。n在一

3、般的机构中，必有一个构件被相对地看作固定件，在活动在一般的机构中，必有一个构件被相对地看作固定件，在活动构件中，必须有一个或几个原动件，其余的是从动件。当原动构件中，必须有一个或几个原动件，其余的是从动件。当原动件按预定的运动规律运动时，机构中各从动件即有确定的相对件按预定的运动规律运动时，机构中各从动件即有确定的相对运动。运动。第3页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础2.1平面机构的组成2.1.2 运动副运动副n自由度：把构件可能出现的独立运动的数目称为自由度。第4页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础2.1 平面机构的组成平面机

4、构的组成2.1.2 运动副运动副n运动副：机构中两构件之间直接接触并能作相对运动的联接，称为运动副。图2-2运动副n自由度和运动副约束两构件构成运动副后，某些独立的相对运动便受到限制，这种限制称为约束。运动副引入约束，相对运动自由度随之减少。n运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。运动副元素不外运动副元素不外乎为乎为点、线、面。点、线、面。第5页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础n按照接触特性，通常把运动副分为低副和高副两类。n1.低副 两构件通过面接触构成的运动副称为低副。n移动副：两构件间的相对运动为直线运动的，称为移动副。图2-3移动副具有具有

5、2 2个约束，个约束，保留了保留了1 1个自由度个自由度2.1 平面机构的组成平面机构的组成第6页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础图2-4转动副转动副：两构件间的相对运动为转动的，称为转动副或称为铰链副a)固定铰链具有具有2 2个约束，个约束，保留了保留了1 1个自由度个自由度2.1 平面机构的组成平面机构的组成第7页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础b)活动铰链转动副具有具有2 2个约束，个约束，保留了保留了1 1个自由度个自由度由上述可知，在平面机构中，每个低副引入两个约束，机构即失去两个自由度。2.1 平面机构的组成平面机

6、构的组成第8页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础n2.高副两构件通过点或线接触构成的运动副称为高副。2.1 平面机构的组成平面机构的组成图2-5 凸轮高副n保留保留2 2个自由度，个自由度，带进带进1 1个约束个约束第9页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础2.1 平面机构的组成平面机构的组成图2-6齿轮高副n保留保留2 2个自由度，个自由度，带进带进1 1个约束个约束n由上述可知，在平面机构中，每个高副引入一个约束，机构即失去一个自由度。第10页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础n低副两构件之间为面

7、接触，只能作相对滑动，容易制造和维修，其承受载荷时接触处单位面积上的压力小，承载能力大，耐磨损，寿命长，但滑动效率较低；n高副的两构件之间则可作相对滑动或滚动，或两者并存，承受载荷时接触处单位面积上的压力大，耐磨损，制造维修困难，但能传递复杂的运动。2.1 平面机构的组成平面机构的组成n运动副的特点第11页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础2.2 平面机构运动简图平面机构运动简图2.2.1 运动副和构件的表示方法运动副和构件的表示方法运动副的表示方法n转动副表示方法n小圆圈表示转动副，其圆心表示两构件相对转动的轴线位置。n构件上画斜线的表示机架。n图面垂直于回转

8、轴线时用2-7a表示；n图面不垂直于回转轴线时用2-7b表示。(a)(b)图2-7转动副的表示方法第12页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础n 移动副表示方法n两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。2.2 平面机构运动简图平面机构运动简图第13页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础n高副表示方法n 两构件组成高副时，应绘出两构件接触处的曲线轮廓。n对于凸轮、滚子，习惯上绘出其全部轮廓；n对于齿轮，常用点划线画出其节圆。图2-9高副的表示方法2.2 平面机构运动简图平面机构运动简图其它他常用零部件的表示方法可参看GB4460

9、-84“机构运动简图符号”。第14页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础n2.2.2 构件的表示方法构件的表示方法n构件的相对运动是由运动副决定的，所以在表示机构运动简图中的构件时，把构件上的运动副按照其相对位置先用符号表示出来，再用简单的线条连接起来。表示方法如图2-10所示。2.2 平面机构运动简图平面机构运动简图(a)两副构件(b)三副构件图2-10构件的表示方法第15页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础2.2 平面机构运动简图平面机构运动简图2.2.3 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制n分析机构的组成及运动情况，

10、确定机构中的机架、原动部分、传动部分和执行部分，以确定运动副的数目。n按照运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目。n一般选择与机械的多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面。n选择适当的比例尺，定出各运动副之间的相对位置，用规定的简单线条和各种运动副符号，绘制机构运动简图。n根据图纸的大小、实际机构的大小和表达清楚机构的结构为依据，选择长度比例尺第16页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础例2.1试绘制内燃机的机构运动简图2.2.3 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制第17页，共37页，编辑于2022年，星期一 200

11、8-9-1机械设计基础气缸体气缸体1活塞活塞2进气阀进气阀3排气阀排气阀4连杆连杆5曲轴曲轴6凸轮凸轮7顶杆顶杆8齿轮齿轮10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：5和6、7和8之间分别构成高副；2和4、8和4之间分别构成移动副；7和4、2和2、2和3、3和4之间分别构成转动副。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）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件2.2.3 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制第18页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础2.2.3 平面机构运动简图的绘制平面机构运动

12、简图的绘制第19页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础例题二：绘制图示颚式破碎机的机构运动简图例题二：绘制图示颚式破碎机的机构运动简图(a)(b)图2-12颚式破碎机及其机构简图2.2.3 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制分析：n构件2、2组成以A为中心的回转副；n构件2、3组成以B为中心的回转副；n故构件3、4组成以C为中心的回转副；n构件4、2组成以D为中心的回转副。第20页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础2.3.1平面机构自由度的计算n如果一个平面机构中包含有N个构件，其中2个构件固定为机架，则有n=N-2个活动

13、构件，若有PL个低副和PH个高副。则这些活动构件在未用运动副联接之前，其自由度总数为3n。当用PL个低副和PH个高副联接成机构之后，全部运动副所引入的约束为2PL+PH。因此活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数，就是该机构的自由度数，用F表示，有F=3n-2PL-PH（2-2）n由公式可知，机构自由度F取决于活动构件的数目以及运动副的性质和数目。2.3 平面机构的自由度及具有确定运动的条件平面机构的自由度及具有确定运动的条件第21页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础例例2-3 计算图2-12b所示的颚式破碎机的自由度。n解：解：除机架外，颚式破碎机有三个

14、活动构件，n=3；四个转动副共4个低副，PL=4，PH=0。n由式(2-2)得 F=3n-2PL-PH=33-24-20=2 该机构的自由度为2。2.3 平面机构的自由度及具有确定运动的条件平面机构的自由度及具有确定运动的条件第22页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础实例分析 2.3.2 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件2.3 平面机构的自由度及具有确定运动的条件平面机构的自由度及具有确定运动的条件(a)两个自由度(b)一个自由度(c)0个自由度F=34-25=2F=33-24=1F=34-26=0图2-13不同自由度机构的运动n综上所述：机构具有确

15、定运动的条件是：机构自由度必须大于零、且原动件数与其自由度必须相等。第23页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础1.复合铰链2.局部自由度 3.虚约束 两个以上构件组成两个或多个共轴线的转动副，即为复合铰链。说说说说 明明明明机构中常出现一种与整个构件运动无关的自由度，称为局部自由度或多余自由度。说说说说 明明明明在运动副引入的约束中，有些约束对机构自由度的影响是重复的。这些对机构运动不起限制作用的重复约束，称为虚约束，说说说说 明明明明虚约束常见情况及处理方法 说说说说 明明明明虚约束对机构的影响说说说说 明明明明2.3.3 计算平面机构自由度时几种特殊结构的处

16、理计算平面机构自由度时几种特殊结构的处理2.3 平面机构的自由度及具有确定运动的条件平面机构的自由度及具有确定运动的条件第24页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础例例2-4试计算图2-19所示的大筛机构的自由度，并判断它是否有确定的运动。解解 机构中的滚子有一个局部自由度。在E和E组成两个导路平行的移动副，其中之一为虚约束。C处是复合铰链。将滚子与顶杆焊成一体，去掉移动副E，并在C点去掉2个回转副。由此得，n=7，PL=9，PH=2。其自由度为：F=3n-2PL-PH=37-29-2=2因为机构有两个原动件，其自由度等于2，所以具有确定的运动。2.3 平面机构的

17、自由度及具有确定运动的条件平面机构的自由度及具有确定运动的条件第25页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有m1个转动副。3.3 平面机构的自由度第26页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础惯性筛机构C处为复合铰链计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。n=5,Pl=7,Ph=0=35-270=1F=3n-2PlPh3.3 平面机构的自由度第27页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自

18、由度。计入局部自由度时n=3,Pl=3,Ph=1F=33-2-1=2与实际不符3.3 平面机构的自由度第28页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。处理方法处理方法 n实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。教材图教材图1-13b动画动画N=2,Pl=2,Ph=1,F=32-221=1与实际相符3.3 平面机构的自由度第29页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础n=4,Pl=6,Ph=0构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独

19、立的限制作用，是虚约束。与实际不符F=34-260=03.3 平面机构的自由度第30页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础n=3,Pl=4,Ph=0F=33-240=1处理方法与实际相符应除去虚约束，即将产生虚约束的构件5及运动副除去不计。3.3 平面机构的自由度第31页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础1.两构件未组成运动副前，连接点处的轨迹已重合为一，组成的运动副存在虚约束。n计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。虚约束常见情况及处理3.3 平面机构的自由度第32页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1

20、机械设计基础虚约束常见情况及处理n计算中只计入一个移动副。2.两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。3.3 平面机构的自由度第33页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础 3.两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，其余为约束。虚约束常见情况及处理n计算中只计入一个转动副。3.3 平面机构的自由度第34页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础虚约束常见情况及处理n计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。4.两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间用另一构件连

21、接时，将产生虚约束。3.3 平面机构的自由度第35页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础虚约束常见情况及处理n计算中应将对称部分除去不计。5.机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。3.3 平面机构的自由度第36页，共37页，编辑于2022年，星期一 2008-9-1机械设计基础虚约束对机构的影响机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如“平行”、“重合”、“距离不变”等。如果几何条件不满足，虚约束会转化为有效约束。机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。3.3 平面机构的自由度第37页，共37页，编辑于2022年，星期一