平面机构的运动简图、自由度.ppt

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1、1、运动副及其分类运动副及其分类2、平面机构的运动简图、平面机构的运动简图3、平面机构的自由度、平面机构的自由度13 机械运动简图和平面机构自由度机械运动简图和平面机构自由度一、一、机构的组成要素机构的组成要素1.1.构件构件2.2.运动副运动副可以说：可以说：机构是由运动副逐一联接各个构件组成的。机构是由运动副逐一联接各个构件组成的。1 1、运动副及其分类运动副及其分类二、名词术语解释二、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2.运

2、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运动副元素-直接接触的部分（点、线、面）直接接触的部分（点、线、面）例如：例如：凸轮凸轮、齿轮齿廓齿轮齿廓、活塞与缸套活塞与缸套等。等。定义：定义：运动副两个构件直接接触组成的仍能产运动副两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。生某些相对运动的联接。三个条件，缺一不可三个条件，缺一不可运动副的分类：运动副的分类：高副高副点、线接触，应力高。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

3、转副）、移动副移动副。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。3.运动链运动链 闭式运动链（简称闭链）开式运动链（简称开链）平面闭式运动链空间闭式运动链平面开式运动链空间开式运动链平面运动链空间运动链按运动分按运动分按结构分按结构分运动链运动链若干若干1个或几个个或几个1个个4.机构机构定义定义：具有具有确定运动确定运动的运动链称为机构的运动链称为机构。机架机架作为参考系的构件作为参考系的构件，如机床床身、车辆如机床床身、车辆底盘、飞机机身。底盘、飞机机身。机构的组成：机构的组成：机架原动件从动件机架原动件从动件机构是由若干构件经运动

4、副联接而成的，很显然，机构归属于运动链，那么，运动链在什么条件下就能称为机构呢？即各部分运动确定。分别用四杆机构和五杆机构模型演示得出如下结论：在运动链中，如果以某一个构件作为参考坐标系，当其中另一个（或少数几个）构件相对于该坐标系按给定的运动规律运动时，其余所有的构件都能得到确定的运动，那么，该运动链便成为机构。原（主）动件原（主）动件按给定运动规律运动的构件按给定运动规律运动的构件。从动件从动件其余可动构件。其余可动构件。构件种类构件种类:2 2、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简单的符号和线条表达机构中各构用简单的符号和线条表达机构中各构 件之间的相对运动关系的

5、按比例绘制的简单图形。件之间的相对运动关系的按比例绘制的简单图形。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。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平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球

6、球销销副副121212空空间间运运动动副副121212一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 注意事项注意事项:画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质的性质。3、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4、机构运动简图、机构运动简图

7、应满足的条件应满足的条件：（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运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。机构成比例。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5、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

8、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

9、构运动简图。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。1、绘制转动副时，其位置是关键，即找运动中、绘制转动副时，其位置是关键，即找运动中心，小圆心是转动中心；心，小圆心是转动中心；注意：注意：2、绘制移动副时，关键是导路方向；、绘制移动副时，关键是导路方向；3、绘制高副时，关键是接触点。、绘制高副时，关键是接触点。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活塞泵活塞泵运动副？运动副？作业：题作业：题1-23 3、平面机构的自由度平面机构的自由度给定给定S S3 3S S3 3(t)(t)，一个独立参数一个独立参数1 11 1（t t）

10、唯一确定，该机唯一确定，该机构仅需要一个独立参数。构仅需要一个独立参数。若若仅仅给给定定1 11 1（t t）,则则2 2 3 3 4 4 均均不不能能唯唯一一确确定定。若若同同时时给给定定1 1和和4 4 ，则则3 3 2 2 能能唯唯一一确确定定，该该机机构构需需要要两两个个独独立立参数参数 。4 4S3123S31 112341 1定义：定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的保证机构具有确定运动时所必须给定的 独立运动参数称为机构的自由度独立运动参数称为机构的自由度。原动件原动件-能独立运动的构件。能独立运动的构件。一个原动件只能提供一个独立参数一个原动件只能提供一个独立参数一、一、平

11、面机构自由度的计算公式平面机构自由度的计算公式作作平平面面运运动动的的刚刚体体在在空空间间的的位位置置需需要要三三个个独独立立的的参参数数（x，y,）才能唯一确定。才能唯一确定。yx(x,y)F=3单个自由构件的自由度为单个自由构件的自由度为 3 3自由构自由构件的自件的自由度数由度数运动副运动副 自由度数自由度数 约束数约束数回转副回转副 1（）+2（x，y）=3yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2结论：结论：构件自由度构件自由度3约束数约束数移动副移动副 1（x）+2（y，）=3高高 副副 2（x,）+1（y）=3经运动副相联后，构件自由度会有变化：经运动副

12、相联后，构件自由度会有变化：自由构件的自由度数约束数自由构件的自由度数约束数约束约束:构件构件经运动副相联后经运动副相联后，自由度的限制，自由度的限制活动构件数活动构件数 n 计算公式：计算公式：F=3n(2PL+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=0S3123推广到一般：推广到一般：计算五杆铰链机构

13、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机构具有确定运动的条件为：机构具有确定运动的条件为：F0 F0 且且F F原动件数原动件数二、二、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

14、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！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以以转转动动副相联。副相联。计算：计算：m个构件个构件,有有m1转动副。转动副。两个低副两个低副上例：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。1234567

15、8ABCDEF圆盘锯机构圆盘锯机构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，事实上，两个机构的运动相同，且且F=11231232.局部自由度局部自由度F=3n 2PL PH FP =33 23 1 1 =1本例中局部自由度本例中局部自由度 FP=1或计算时去掉滚子和铰链：或计算时去掉滚子和铰链：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

16、子子的的场场合合，计算时应去掉计算时应去掉Fp。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重新

17、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虚约束虚约束增加此虚约束的的增加此虚约束的的目的：避免目的：避免不确定不确定运动运动出现虚约束的场合：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

18、圆仪椭圆仪等。等。(需要证明)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称部部分。如多个行星轮。分。如多个行星轮。EF6.两构件构成高副，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

19、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!作业：题作业：题1-3CDABGFoEE例例 1:计算图示大筛机构的自由度。计算图示大筛机构的自由度。位置位置C，2个个低副低副复合铰链复合铰链:局部自由度局部自由度 1个个虚约束虚约束En=7PL=9PH=1F=3n 2PL PH =37 29 1 =2CDABGFoEB2I9C 3A1J6H87DE4FG5例例 2:计算图示包装机送纸机构的自由度。计算图示包装机送纸机构的自由度。分析：分析：活动构件

20、数活动构件数n：A1B2I9C 3J6H87DE4FG592个低副个低副复合铰链复合铰链:局部自由度局部自由度 2个个虚约束虚约束:1处处I8去去掉掉局局部部自自由由度度和和虚约束后：虚约束后：n=6PL=7F=3n 2PL PH =36 27 3 =1PH=3例例 3 3 如图所示，已知：如图所示，已知：DE=FG=HI DE=FG=HI，且相互平行；，且相互平行；DF=EGDF=EG，且相互平行；，且相互平行；DH=EIDH=EI，且相互平行。计算此机构的自由度，且相互平行。计算此机构的自由度 (若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。局部自

21、由度局部自由度复合铰链复合铰链虚约束虚约束例例 4 4 计算图所示机构的自由度计算图所示机构的自由度(若存在局部自由度、若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。复合铰链、虚约束请标出）。局部自由度局部自由度虚约束虚约束例例 5 5 如图所示如图所示,已知已知HG=IJ,HG=IJ,且相互平行；且相互平行；GL=JKGL=JK，且相，且相互平行。计算此机构的自由度互平行。计算此机构的自由度(若存在局部自由度、复若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。合铰链、虚约束请标出）。局部自由度局部自由度复合铰链复合铰链虚约束虚约束例例6:如图所示机构，试确定其自由度。n=9，Pl=12，Ph=2，F=3X9-2X12-2=1解：解：C、G 为复合铰；I处为局部自由度；构件7、8、9属于结构重复，引入虚约束。