机械设计2学习.pptx
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1、1-1 1-1 运动副及其分类运动副及其分类 三、运动副的类型:三、运动副的类型:低副低副高副高副1、按运动副、按运动副元素接触形式元素接触形式两构件通过面接触组成的运动副两构件通过面接触组成的运动副两构件通过点或线接触组成的运动副两构件通过点或线接触组成的运动副2、按运动副能产、按运动副能产生相对运动形式分生相对运动形式分低副低副空间运动副空间运动副转动副转动副移动副移动副螺旋副螺旋副球面副球面副第1页/共53页1-2 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图动画动画第2页/共53页1-2 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图一、一、机构运动简图机构运动简图 按按一一定定的的比比例例尺尺
2、,用用规规定定的的运运动动副副及及构构件件符符号号来来表表示示机机构构各各运运动动副副及及构构件件之之间间的的位位置置关关系系、各构件间的相对运动关系的简化图形。各构件间的相对运动关系的简化图形。n从从定定义义可可以以看看出出:绘绘制制机机构构运运动动简简图图的的关关键键是是正正确确表表示示各各运运动动副副和和构构件件之之间间的的位位置置关关系系和运动关系。和运动关系。第3页/共53页二、二、绘制机构运动简图的目的绘制机构运动简图的目的:u机机构构运运动动简简图图与与真真实实机机构构具具有有完完全全相相同同的的运运动动特特性性,主主要要用用于于简简明明地地表表达达机机构构的的传传动动原原理理,
3、主主要要用用于于设设计计初初期期的的方方案案对对比比,对对机机构构上上有有关关点点的的位位移移、速速度度和和加加速速度度分分析析求求解解,以以对对所所要要设设计计的的机机构有清晰的认识,做到心中有数、胸有成竹。构有清晰的认识,做到心中有数、胸有成竹。三、三、运动副的表示方法运动副的表示方法u机构运动简图中运动副的表示方法如下图所示。机构运动简图中运动副的表示方法如下图所示。1-2 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图第4页/共53页u需要注意的是需要注意的是:移动副的导路必须与相对移动移动副的导路必须与相对移动方向一致方向一致。表示。表示机架的构件需画上阴影线机架的构件需画上阴影线。用用简
4、图表示高副时,简图表示高副时,应将两构件接触处的几何形应将两构件接触处的几何形状绘出状绘出。1-2 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图第5页/共53页四、构件的表示方法四、构件的表示方法1-2 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图其它常用构件的表示方法可以查阅国家标准其它常用构件的表示方法可以查阅国家标准GB4460-84中中“机构机构运动简图符号运动简图符号”。第6页/共53页机架机架(固定构件固定构件):是用来支承活动构件的构件。是用来支承活动构件的构件。主主动动件件(原原动动件件),又又称称为为输输入入构构件件:是是运运动动规规律律已已知知的的活活动动构构件件。它它的的运运动是
5、由外界输入的。动是由外界输入的。从从动动件件:是是机机构构中中随随着着原原动动件件的的运运动动而而运运动动的的其其余余活活动动构构件件。相相对对于于机机架架有确定的相对运动。有确定的相对运动。1-2 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图n构件的分类构件的分类第7页/共53页五、绘制机构运动简图的方法及步骤五、绘制机构运动简图的方法及步骤1.选选定定比比例例尺尺,要要恰恰当当;选选定定投投影影面面,投投影影面面要要易易于于表表达达机机构构各各运运动动副副和和构构件件之之间间的的位位置置关系。关系。2.根根据据机机构构结结构构,确确定定各各运运动动副副位位置置及及类类型型,用规定的符号表示,并
6、用字母标记。用规定的符号表示,并用字母标记。3.分分清清机机架架、主主动动件件和和从从动动件件,按按规规定定符符号号表表示,机架添加阴影线。示,机架添加阴影线。1-2 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图第8页/共53页n例例 绘制如图所示的颚式破碎机主体机构的运动简图。绘制如图所示的颚式破碎机主体机构的运动简图。1-2 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图第9页/共53页n例例 绘制如图所示游梁抽油机主体机构的运动简图。绘制如图所示游梁抽油机主体机构的运动简图。1-2 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图ABCD1234第10页/共53页1-2 1-2 平面机构运动简图平面机构运
7、动简图动画动画第11页/共53页1-2 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图动画动画第12页/共53页一、基本概念一、基本概念1.自自由由度度:相相对对于于参参考考坐坐标标系系,构构件件所所具具有有的的独独立立运运动动数数目目称称为为构构件件的的自自由由度度。或或者者说说:自自由由度度指指的的是是描描述述运运动动的独立参数。的独立参数。2.约约束束:对对构构件件的的独独立立运运动动所所加加的的限限制制称称为为约约束束。约约束束是是由运动副提供的。由运动副提供的。3.机机构构的的自自由由度度:在在指指定定的的参参考考坐坐标标系系内内机机构构所所具具有有的的独独立运动数目。立运动数目。u我们重
8、点讨论平面机构的自由度问题。我们重点讨论平面机构的自由度问题。1-3 1-3 平面机构的自由度(重点)平面机构的自由度(重点)第13页/共53页1.空空间间的的运运动动:在在三三维维空空间间内内自自由由运运动动的的构构件件具具有有六六个个自自由度,即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动由度,即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动.二、平面机构自由度计算公式二、平面机构自由度计算公式xzy1-3 1-3 平面机构的自由度(重点)平面机构的自由度(重点)第14页/共53页1-3 1-3 平面机构的自由度(重点)平面机构的自由度(重点)2.平平面面运运动动:作作平平面面运运动动的的构构件件则则只
9、只有有三三个个自自由由度度,即即沿沿x轴轴和和y轴轴的的移移动动及及在在xOy平平面面内内的的转转动动。这这三三个个自自由由度度可可以以用用三三个个独独立立的的参参数数x、y和和角角度度表表示示。下下面面,只只就就作作平平面面运运动动的的构构件件进进行行分分析。析。动画动画第15页/共53页1-3 1-3 平面机构的自由度(重点)平面机构的自由度(重点)3.运运动动副副的的作作用用:是是约约束束构构件件间间的的某某些些运运动动,而而保保留留另另外外一一些些运运动动。一一个个运运动动副副至至少少引引入入一一个个约约束束,也也至至少少保留一个自由度。保留一个自由度。u转动副:沿轴向和垂直于轴向的移
10、动均受到约束,转动副:沿轴向和垂直于轴向的移动均受到约束,它只能绕其轴线作转动。所以,平面运动的一个转它只能绕其轴线作转动。所以,平面运动的一个转动副引入两个约束,保留一个自由度。动副引入两个约束,保留一个自由度。第16页/共53页1-3 1-3 平面机构的自由度(重点)平面机构的自由度(重点)u移动副:限制了构件一个移动和绕平面的轴转动,保留了沿移移动副:限制了构件一个移动和绕平面的轴转动,保留了沿移动副方向的相对移动,所以平面运动的一个移动副也引入两个动副方向的相对移动,所以平面运动的一个移动副也引入两个约束,保留一个自由度。约束,保留一个自由度。第17页/共53页1-3 1-3 平面机构
11、的自由度(重点)平面机构的自由度(重点)u一个平面高副引入一个约束,保留两个自由度。一个平面高副引入一个约束,保留两个自由度。动画动画第18页/共53页u综上所述,平面机构中综上所述,平面机构中,u每个低副引入两个约束,每个低副引入两个约束,u使构件失去两个自由度;使构件失去两个自由度;u每个高副引入一个约束,每个高副引入一个约束,u使构件失去一个自由度。使构件失去一个自由度。1-3 1-3 平面机构的自由度(重点)平面机构的自由度(重点)第19页/共53页4、平面机构自由度计算公式、平面机构自由度计算公式u由由前前面面的的分分析析可可知知,在在机机构构中中,若若共共有有K个个构构件件,除除去
12、去机机架架外外,其其活活动动构构件件数数为为n=K-1。显显然然,这这些些活活动动构构件件在在未未组组成成运运动动副副之之前前,其其自自由由度度总总数数为为3n,当当它它们们用用PL个个低低副副和和PH个个高高副副连连接接组组成成机机构构后后,因因为为每每个个低低副副引引入入两两个个约约束束,每每个个高高副副引引入入一一个个约约束束,所所以以,总总共共引引入入(2PL+PH)个个约约束束。故故整整个个机机构构的的自自由由度度应应为为活活动动构构件件的的自自由由度度总总数数与与全全部部运运动动副副引引入入的的约约束束总总数数之之差差,用用F表示,即表示,即 F=3n-2PL-PH u由上式可知由
13、上式可知:机构自由度机构自由度F 取决于活动构件的件数取决于活动构件的件数与运动副的性质与运动副的性质(高副或低副高副或低副)和个数。和个数。1-3 1-3 平面机构的自由度(重点)平面机构的自由度(重点)第20页/共53页1-3 1-3 平面机构的自由度(重点)平面机构的自由度(重点)5、例、例1:计算如下机构的自由度:计算如下机构的自由度分析:这是一对心尖顶凸轮机构,可动件数目为分析:这是一对心尖顶凸轮机构,可动件数目为2,低副,低副2个,个,高副高副1个,所以其自由度为:个,所以其自由度为:F=3n-2PL-2PH=32-22-11机构图机构图机构简图机构简图第21页/共53页1-3 1
14、-3 平面机构的自由度(重点)平面机构的自由度(重点)例例2:计算如下机构的自由度:计算如下机构的自由度分析:这是一个五杆机构,可动件分析:这是一个五杆机构,可动件4个,低副个,低副5个,没有高个,没有高副,其自由度为:副,其自由度为:F=3n-2PL-2PH=34-25-02第22页/共53页三、机构具有确定运动的条件三、机构具有确定运动的条件u如图所示为五构件运动链。如图所示为五构件运动链。若给定一个原动件若给定一个原动件(构件构件1)的角位移的角位移规律为规律为1=1(t),此时构件,此时构件2、3、4的运动并不能确定。的运动并不能确定。1-3 1-3 平面机构的自由度(重点)平面机构的
15、自由度(重点)u说明说明:当原动件数少于机构的自由度时,其运动是不确定的。当原动件数少于机构的自由度时,其运动是不确定的。u只有给出只有给出两个原动件,使构件两个原动件,使构件1、4都处于给定位置,才都处于给定位置,才能使从动件获得确定运动。能使从动件获得确定运动。第23页/共53页1-3 1-3 平面机构的自由度(重点)平面机构的自由度(重点)n又如图所示四构件机构,其自由度为:又如图所示四构件机构,其自由度为:F=3n2PLPH=33240=1u设构件设构件1为原动件,为原动件,1为其独立转动的为其独立转动的参变量,那么每给定一个的值参变量,那么每给定一个的值1,构,构件件2、3便随之有一
16、个确定的相对位置。便随之有一个确定的相对位置。说明该机构具有确定的相对运动。说明该机构具有确定的相对运动。u若在该机构中同时给定构件若在该机构中同时给定构件1和构件和构件3作为原动件作为原动件(下图下图),这时构件,这时构件2势必既势必既要处于由原动件要处于由原动件1的参变量的参变量1所决定的所决定的位置,又要随构件位置,又要随构件3的独立运动规律而的独立运动规律而运动,显然是不可能的。运动,显然是不可能的。n说明说明:当原动件数多于机构的当原动件数多于机构的自由度时,机构的运动关系将自由度时,机构的运动关系将发生矛盾,其中最薄弱的构件发生矛盾,其中最薄弱的构件将会损坏。将会损坏。第24页/共
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