机械设计基础 平面机构的简图及其自由度.pdf

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1、1第 2 章平面机构的运动简图及其自由度章 节 目 录2.1 运动副及其分类2.2 平面机构运动简图机械设计基础 东华大学 唐林22.3 平面机构的自由度章节学习要求1 看懂和绘制平面机构运动简图；2 辨别高副、低副；机械设计基础 东华大学 唐林33 正确计算机构自由度，注意几种特殊情形(复合铰链、局部自由度及虚约束)。机 构 类 型平面机构平面机构机构中所有构件均在相互平行的平面中运动定轴轮系凸轮机构机 构 类 型空间机构空间机构机构中各构件不在相互平行的平面中运动圆锥齿轮机构2.1 运动副及其分类1 1 构件的自由度构件的自由度构件的自由度构件的自由度 构件具有的独立运动yOzxS22.1

2、 运动副及其分类平面自由运动构件平面自由运动构件沿 x 轴移动沿 y 轴移动绕轴转动三个自由度绕 z 轴转动空间自由运动构件空间自由运动构件沿 x、y、z 轴移动绕 x、y、z 轴转动六个自由度2.1 运动副及其分类2 2 运动副运动副运动副运动副两个构件直接接触，并能产生确定相对运动的联接。机械设计基础 东华大学 唐林82.1 运动副及其分类3 3 运动副分类运动副分类运动副分类运动副分类3.1 3.1 低副低副低副低副两个构件通过面接触形成的运动副3.1.13.1.1 转动副转动副转动副转动副机械设计基础 东华大学 唐林93.1.1 3.1.1 转动副转动副转动副转动副两个构件绕同一轴线相

3、对转动固定铰链活动铰链2.1 运动副及其分类3.1.2 3.1.2 移动副移动副移动副移动副两个构件沿一直线相对移动机械设计基础 东华大学 唐林102.1 运动副及其分类3.2 3.2 高副高副高副高副两个构件通过点或线接触形成的运动副机械设计基础 东华大学 唐林112.1 运动副及其分类高高 副副机械设计基础 东华大学 唐林1232.1 运动副及其分类几种不同接触形式的高副机械设计基础 东华大学 唐林132.1 运动副及其分类机械设计基础 东华大学 唐林142.1 运动副及其分类3.3 3.3 球面副球面副球面副球面副两个构件通过球面接触形成的运动副机械设计基础 东华大学 唐林152.1 运

4、动副及其分类3.4 3.4 螺旋副螺旋副螺旋副螺旋副两个构件通过螺旋面接触形成的运动副机械设计基础 东华大学 唐林162.1 运动副及其分类接触部分几何形状不同的运动副低副机械设计基础 东华大学 唐林17高副2.1 运动副及其分类3.5 3.5 小结小结小结小结运动副高副空间运动副平面运动副机械设计基础 东华大学 唐林18高副低副移动副转动副固定铰链活动铰链平面运动副42.2 平面机构运动简图1 1 机构的组成机构的组成机构的组成机构的组成固定件固定件支承活动构件的固定构件(机架机架)机械设计基础 东华大学 唐林19(机架机架)原动件原动件运动规律已知的构件从动件从动件由原动件带动的其余活动构

5、件2.2 平面机构运动简图2 2 机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图按一定比例绘制的表示机构运动情况的简单图形机械设计基础 东华大学 唐林205234ABCDEF2.2 平面机构运动简图内燃机进排气凸轮机构运动简图机械设计基础 东华大学 唐林212.2 平面机构运动简图2.1 2.1 特征特征特征特征?撇开与运动无关的构件外形和运动副的具体结构?用简单的线条和符号表示构件和运动副机械设计基础 东华大学 唐林22?用简单的线条和符号表示构件和运动副（GB4460-84 书中表2.1 表2.4）?运动副间的位置按比例定出?机构的运动特征不变2.2 平面机构运动简图2.2 2.2 作用

6、作用作用作用对机构进行运动和受力分析2.3 2.3 绘制方法和一般步骤绘制方法和一般步骤绘制方法和一般步骤绘制方法和一般步骤?明确机构的组成机械设计基础 东华大学 唐林23?明确机构的组成?分析机构的运动?确定运动副种类和数目?选择视图平面和原动件位置?绘制机构简图2.2 平面机构运动简图2.4 2.4 作图示例作图示例作图示例作图示例示例1绘图步骤绘图步骤?明确机构的组成?分析机构的运动机械设计基础 东华大学 唐林24分析机构的运动?确定运动副种类和数目?选择视图平面和原动件位置?绘制机构简图52.2 平面机构运动简图示例2绘图步骤绘图步骤?明确机构的组成?分析机构的运动机械设计基础 东华大

7、学 唐林25?分析机构的运动?确定运动副种类和数目?选择视图平面和原动件位置?绘制机构简图2.3 平面机构自由度1 1 平面机构自由度平面机构自由度平面机构自由度平面机构自由度运动副联接机构若干构件机械设计基础 东华大学 唐林26自由构件平面运动三个自由度yx2.3 平面机构自由度1.1 1.1 平面低副引入的约束数平面低副引入的约束数平面低副引入的约束数平面低副引入的约束数转动副转动副(C)约束沿 x、y 两轴的移动自由度保留绕 z 轴转动的自由度机械设计基础 东华大学 唐林27zx移动副移动副(A)约束沿x 轴移动约束绕z 轴转动保留沿y 轴移动自由度两个自由度AC2.3 平面机构自由度保

8、留一个自由度引入两个约束（失去两个自由度）结论结论一个低副一个低副机械设计基础 东华大学 唐林28引入两个约束（失去两个自由度）2.3 平面机构自由度高副高副(B)1.2 1.2 高副引入的约束数高副引入的约束数高副引入的约束数高副引入的约束数保留绕接触点相对转动保留沿接触点切线方向相对移动约束沿接触点公法线 n-n 方向相对移动机械设计基础 东华大学 唐林29保留两个自由度引入一个约束Bnn保留沿接触点切线 t-t 方向相对移动结论结论一个高副一个高副tt2.3 平面机构自由度1.3 1.3 平面机构的自由度数平面机构的自由度数平面机构的自由度数平面机构的自由度数 F F1.3.1 1.3.

9、1 计算公式计算公式计算公式计算公式活动构件数：n=K-1活动构件自由度数：3n构件数 K 个机械设计基础 东华大学 唐林30失去自由度数：pH失去自由度数：2pLF=3n-2pL-pH低副数 pL个高副数 pH个62.3 平面机构自由度1.3.2 1.3.2 平面机构有确定运动的条件平面机构有确定运动的条件平面机构有确定运动的条件平面机构有确定运动的条件机构自由度机构独立运动数目机构组成机构组成固定件固定件：相对不动机械设计基础 东华大学 唐林31固定件固定件：相对不动从动件：从动件：不能独立运动原动件：原动件：有独立运动机构自由度机构中原动件数目2.3 平面机构自由度1.3.2.1 1.3

10、.2.1 机构自由度大于原动件数目情形机构自由度大于原动件数目情形机构自由度大于原动件数目情形机构自由度大于原动件数目情形=4计算图示机构自由度 F解：解：活动构件 n机械设计基础 东华大学 唐林32=5=0=3n 2 pL pH=34 25 0=2低副 pL高副 pH机构自由度 F2.3 平面机构自由度机构自由度等于原动件数目情形机械设计基础 东华大学 唐林332.3 平面机构自由度1.3.2.2 1.3.2.2 机构自由度小于原动件数目情形机构自由度小于原动件数目情形机构自由度小于原动件数目情形机构自由度小于原动件数目情形=3计算图示机构自由度 F解：活动构件 n机械设计基础 东华大学 唐

11、林34=4=0=3n 2 pL pH=33 24 0=1低副 pL高副 pH机构自由度 F2.3 平面机构自由度机构自由度等于原动件数目情形机械设计基础 东华大学 唐林352.3 平面机构自由度1.3.2.3 1.3.2.3 “机构”自由度等于零情“机构”自由度等于零情形形“机构”自由度等于零情“机构”自由度等于零情形形计算图示“机构”自由度 F=2=3解：解：活动构件 n低副 pL123ACB机械设计基础 东华大学 唐林36=0=3n 2 pL pH=32 23 0=0F=0 时：3n=2 pL+pH运动副引入的约束数活动构件自由度总数高副 pH机构自由度 FABC72.3 平面机构自由度平

12、面机构有确定运动的条件平面机构有确定运动的条件机构自由度 F 0机械设计基础 东华大学 唐林37机构自由度机构自由度F=原动件数目2.3 平面机构自由度解：解：活动构件 n=21.3.3 1.3.3 例题例题例题例题例例 1：计算图示凸轮机构自由度 F机械设计基础 东华大学 唐林38低副 pL高副 pH机构自由度 F=2=1=3n 2 pL pH=32 22 1=12.3 平面机构自由度2 2 计算平面机构自由度注意事项计算平面机构自由度注意事项计算平面机构自由度注意事项计算平面机构自由度注意事项2.1 2.1 复合铰链复合铰链复合铰链复合铰链两个以上构件在同一轴线处构成的转动副构件机械设计基

13、础 东华大学 唐林39构件1构件2AB构件1构件3运动副A运动副B结论结论K个构件复合铰链(K 1)个转动副321ba3212.3 平面机构自由度例题例题计算图示机构自由度活动构件 n 低副 p=5（）机械设计基础 东华大学 唐林40低副 pL高副 pH机构自由度 F=5+（3-1）=7=0=3n 2pL pH=35 27 0=12.3 平面机构自由度2.2 2.2 局部自由度局部自由度局部自由度局部自由度不影响其它构件运动，仅与其自身局部运动有关的自由度。(多余自由度多余自由度多余自由度多余自由度)讨论图示凸轮机构自由度机械设计基础 东华大学 唐林41活动构件 n低副 pL高副 pH机构自由

14、度 F=3=3=1=3n 2pL pH=33 23 1=2讨论图示凸轮机构自由度2.3 平面机构自由度2.2.1 2.2.1 分析运动情况分析运动情况分析运动情况分析运动情况有滚子时有滚子时凸轮转动推杆往复摆动滚子机械设计基础 东华大学 唐林42无滚子时无滚子时凸轮转动推杆往复摆动82.3 平面机构自由度求解机构自由度时，应去除构滚子运动副C不影响机构输出运动局部自由度C机械设计基础 东华大学 唐林43求解机构自由度时，应去除构成局部自由度的构件和运动副。F=3(3-1)2(3-1)1=12.3 平面机构自由度2.2.2 2.2.2 局部自由度应用场合局部自由度应用场合局部自由度应用场合局部自

15、由度应用场合减少接触面间的摩擦，将滑动摩擦转换成滚动摩擦。机械设计基础 东华大学 唐林442.3 平面机构自由度2.3 2.3 虚约束虚约束虚约束虚约束对机构自由度不起独立限制作用的重复约束(消极约束消极约束消极约束消极约束)机械设计基础 东华大学 唐林452.3 平面机构自由度椭圆仪机械设计基础 东华大学 唐林462.3 平面机构自由度2.3.1 2.3.1 示例示例示例示例求图示车轮联动机构自由度23BCE机械设计基础 东华大学 唐林47l2=l4=l5lAD=lBClAF=lBE524ADF2.3 平面机构自由度机构自由度机构自由度F=3 4 2 6=03BCE机械设计基础 东华大学 唐

16、林48524ADF92.3 平面机构自由度机构运动分析机构运动分析无独立限制作用虚约束杆4转动副C转动副D机械设计基础 东华大学 唐林49转动副D5234ABCDEF2.3 平面机构自由度求解机构自由度时，应去除构成虚约束的构件和运动副。机构实际自由度F=3 (4 1)2 (6 2)=1机械设计基础 东华大学 唐林50机构实际自由度()()5234ABCDEF2.3 平面机构自由度2.3.2 2.3.2 虚约束常出现的场合虚约束常出现的场合虚约束常出现的场合虚约束常出现的场合1)两个构件组成多个轴线重合的转动副机械设计基础 东华大学 唐林512.3 平面机构自由度2)两个构件组成多个导路平行的

17、移动副机械设计基础 东华大学 唐林522.3 平面机构自由度3)机构中对运动不起作用的对称部分机械设计基础 东华大学 唐林532.3 平面机构自由度4)两构件上运动轨迹重合点用运动副联接机械设计基础 东华大学 唐林54102.3 平面机构自由度5)两构件形成运动副接触点之间的距离始终保持不变机械设计基础 东华大学 唐林552.3 平面机构自由度2.3.3 2.3.3 虚约束的作用虚约束的作用虚约束的作用虚约束的作用增强机构刚性，使构件受力均衡。机械设计基础 东华大学 唐林562.3 平面机构自由度虚约束的作用机械设计基础 东华大学 唐林57习题选择填空题及填空题 1 5分析作图题 3，4机械设计基础 东华大学 唐林58分析作图题 3，4计算题（a），（f），（i）