机构组成及其自由度计算课件.ppt

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1、机械设计基础机构的组成及自由度的计算河南工业大学第二章第二章 机构的组成及其自由度的计算机构的组成及其自由度的计算2-1 机构的组成机构的组成2-2 机构运动简图机构运动简图2-3 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件2-4 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算2-5 计算平面机构自由度时应注意的事项计算平面机构自由度时应注意的事项思考题与练习题思考题与练习题2-1 机构的组成机构的组成1.1.构件构件2.2.运动副运动副3.3.运动链运动链4.4.机构机构1.1.构件构件 从运动角度来看，任何机器（或机构）从运动角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立运动单元体组合而成的，都是

2、由许多独立运动单元体组合而成的，这些独立运动单元体称为这些独立运动单元体称为构件构件。从加工制造角度来看，任何机器（或从加工制造角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立制造单元体组机构）都是由许多独立制造单元体组合而成零件，这些独立制造单元体称合而成零件，这些独立制造单元体称为为零件零件。气缸体气缸体连杆连杆曲轴曲轴齿轮齿轮活塞活塞构件可以是一个零件；也可以是由一个以上的零件组成。构件可以是一个零件；也可以是由一个以上的零件组成。图示内燃机中的连杆就是由单独加工的连杆体、连杆头、图示内燃机中的连杆就是由单独加工的连杆体、连杆头、轴瓦、螺杆、螺母、轴套等零件组成的。这些零件分别轴瓦、螺杆、螺母

3、、轴套等零件组成的。这些零件分别加工制造，但是当它们装配成连杆后则作为一个整体运加工制造，但是当它们装配成连杆后则作为一个整体运动，相互之间不产生相对运动。动，相互之间不产生相对运动。运动副元素运动副元素是是两两构件参与接触而构成运动副的表面。构件参与接触而构成运动副的表面。运动副运动副是是两两构件直接接触而构成的可动联接；构件直接接触而构成的可动联接；2.2.运动副运动副机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构件的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相件的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相对运动，这种直接接触的活动连接称

4、为运动副。对运动，这种直接接触的活动连接称为运动副。转动副移动副齿轮副1 1）运动副定义）运动副定义4 4）按其相对运动形式分）按其相对运动形式分转动副（回转副或铰链）移动副螺旋副球面副3 3）按其接触形式分）按其接触形式分高副：点线点线接触的运动副接触的运动副低副：面面接触的运动副接触的运动副2)2)运动副的分类运动副的分类2 2）按其引入的约束数目分）按其引入的约束数目分级副、级副、级副1 1）按两个构件运动关系分为）按两个构件运动关系分为平面运动副平面运动副和和空间运动副空间运动副凸轮高副（点接触）凸轮高副（点接触）齿轮高副（线接触）齿轮高副（线接触）低副（曲面接触）低副（曲面接触）低副

5、（平面接触）低副（平面接触）3)3)运动副的表示（之一）运动副的表示（之一）3)3)运动副的表示（之二）运动副的表示（之二）3.3.运动链运动链构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统。构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统。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按运动分运动分按按结构分结构分运动链运动链 但当机但当机构安装在运动的机械上时则是运动的。构安装在运动的机械上时则是运动的。按给定已知运动规律独立运动的构件；4.4.机构机构具有固定构件的运动链称为具有固定构件的运动链称为机构机构。机 架原动件从动件

6、机构中的固定构件；机构中的固定构件；机构中其余活动构件。平面铰链四杆机构 机构常分为平面机构和空间机构两类，其中平面机构应用最为广泛。空间铰链四杆机构 一般机架相对地面固定不动，一般机架相对地面固定不动，常以转向箭头表示。常以转向箭头表示。其运动规律决定于原动件的运动规律其运动规律决定于原动件的运动规律和机构的结构和构件的尺寸。和机构的结构和构件的尺寸。机架原动件从动件机架从动件原动件 不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的简图。根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，各运动副的位置，2-2 机构运动简图机构运动简图 在在对对现有机械进行分

7、析或设计新机器时，都需要绘出其机构现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其机构运动简图。运动简图。1.1.机构运动简图的定义机构运动简图的定义内燃机机构运动简图机构运动简图 采用运动副及采用运动副及常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号和和构件的构件的表示方法表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。机构示意图举例：（2）选定视图平面；）选定视图平面；（3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运动副和机构的符号，最后用简单线条连接即得机构运动简图。动副和机构的符号，最后用简单线条连接

8、即得机构运动简图。2.2.机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制绘制方法及步骤：绘制方法及步骤：（1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，查明）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，查明组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置；组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置；内燃机机构运动简图绘制颚式破碎机机构运动简图绘制2-3 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件一个机构在什么条件下才能实现确定的运动呢一个机构在什么条件下才能实现确定的运动呢？首先观察两个例子？首先观察两个例子例1 铰链四杆机构铰链四杆机构例2 铰链五杆机构铰链五杆机构若若给定机构一个独立运动给定机构一个独立运

9、动，则机构的运动完全确定；则机构的运动完全确定；若若给定机构两个独立运动给定机构两个独立运动，则机构的最薄弱环节损坏。则机构的最薄弱环节损坏。若若给定机构一个独立运动给定机构一个独立运动，则机构的运动不确定；则机构的运动不确定；若若给定机构两个独立运动给定机构两个独立运动，则机构的运动完全确定。则机构的运动完全确定。机构的自由度机构的自由度 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目，其数目用参数的数目，其数目用F表示。表示。结论 机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等于机构的自由度数目于机构的自

10、由度数目F F。2-4 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算1 计算公式计算公式F3n(2plph)式中：式中：n为机构的活动构件数目；为机构的活动构件数目；pl 为为机构的低副数目机构的低副数目；ph为机构的高副数目为机构的高副数目。2 举例举例1）铰链四杆机构）铰链四杆机构F3n(2plph)=33 24012）铰链五杆机构）铰链五杆机构F3n(2plph)3425 023）内燃机机构）内燃机机构F3n(2plph)36 27 312-5 计算平面机构自由度时应注意的事项计算平面机构自由度时应注意的事项?1.1.复合铰链复合铰链 2.2.局部自由度局部自由度 3.3.虚约束虚约束 例题例题 机构中虚约束常发生的几种情况机构中虚约束常发生的几种情况 由由m个个构件组成的复合铰链，共有构件组成的复合铰链，共有(m-1)个转动副。个转动副。复合铰链复合铰链 内燃机及其机构运动简图内燃机及其机构运动简图思考题练习题思考题练习题局部自由度复合铰链虚约束n=8 Pl=11 Ph=1F=1例题例题1例题例题2局部自由度复合铰链虚约束n=9 Pl=12 Ph=2F=1