平面机构的自由与运动分析.pptx

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1、平面机构的自由与运动分析平面机构的自由与运动分析3-13-1机构的组成机构的组成（一）构件和零件（一）构件和零件1.构件 是机器的运动单元。构件分为主动件、机架和从动件。运动规律已知的活动构件为主动件，相对固定的构件为机架。2.零件是机器的制造单元第1页/共22页3-2 3-2 运动副及其分类运动副及其分类自由度自由度:构件具有相对运动的可能性。构件具有相对运动的可能性。运动副运动副:使构件直接接触并能产生一定相对运动的联接使构件直接接触并能产生一定相对运动的联接1.1.低副低副:面接触面接触(1)(1)转动副转动副(铰链铰链)(2)(2)移动副移动副 OYXA.S第2页/共22页1.转动副转

2、动副 若组成运动副的两构件之间只能绕某一轴线作相对转动的运动副。通常转动副的具体形式是用铰链连接,即由圆柱销和销孔所构成的转动副.2.移动副移动副 若组成运动副的两构件只能作相对直线移动的运动副。如左上所示活塞与气缸体所组成的运动副即为移动副。高副:两构件以点或线接触的运动副成为高副。第3页/共22页2.2.高副高副:点或线接触点或线接触 第4页/共22页3.常用的运动副还有球面副、螺旋副他们都属于空间运动副，即两构件的相对运动为空间运动。球面副球面副 螺旋副螺旋副 第5页/共22页3.3.运动链和机构运动链和机构运动链：将两个以上的构件通过运动副连接而成的系统。分为：闭式运动链、开式运动链

3、闭式运动链：运动链中各构件组成首末封闭的系统。闭式 开式机构：在运动链中，如果将其中的一个构件固定做为机架，另 一个或少数几个构件做为主动件，则主动件按给定的运动 规律作独立运动时，其余从动件也均随之作确定的相对运 动，这种运动链就是机构。第6页/共22页3-2 3-2 平面机构运动简图平面机构运动简图机构简图和机构运动简图的概念机构简图和机构运动简图的概念 机构运动简图保持了其实际机构的运动特征机构运动简图保持了其实际机构的运动特征,它简明地它简明地表达了实际机构的运动情况。实际应用中有时只需要表明表达了实际机构的运动情况。实际应用中有时只需要表明机构运动的传递情况和构造特征机构运动的传递情

4、况和构造特征,而不要求机构的真实运而不要求机构的真实运动情况动情况,因此因此,不必严格地按比例确定机构中各运动副的相不必严格地按比例确定机构中各运动副的相对位置。在进行新机器设计时，常用机构简图进行方案比对位置。在进行新机器设计时，常用机构简图进行方案比较较.机构简图是用特定的构件和运动副符号表示机构的一种简化示意图，仅着重表示结构特征。由于机构的实际运动不仅与机构中运动副的性质(低副或高副等)、运动副的数目及相对位置（转动副中心、移动副的中心线、高副接触点的位置等)、构件的数目等有关，还与运动副的位置有关。因此，可按一定的长度比例尺确定运动副的位置,用长度比例尺画出的机构简图称为机构运动简图

5、。第7页/共22页二二.运动副的表示方法运动副的表示方法:(1)a(1)a、b b、c c是两个构件组成转动副的表示方法。用圆圈表示转动副其是两个构件组成转动副的表示方法。用圆圈表示转动副其圆心代表相对转动轴线。圆心代表相对转动轴线。(2)d(2)d、e e、f f是两构件组成移动副的表示方法，移动副的导路必须与相是两构件组成移动副的表示方法，移动副的导路必须与相对移动方向一致。图中画阴影线的构件表示机架。对移动方向一致。图中画阴影线的构件表示机架。(3)(3)两构件组成高副时，在简图中应当画出两构件接触处的曲线轮廓两构件组成高副时，在简图中应当画出两构件接触处的曲线轮廓第8页/共22页三三.

6、构件的表示方法构件的表示方法.机构中的构件可分为三类 (1)固定构件(机架)是用来支承活动构件(运动构件)的构件”(2)原动件(主动件)是运动规律己知的活动构件，(3)从动件 是机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件,其中输出预期运动的从动件称为输出构件，其他从功件则起传递运动的作用。第9页/共22页平面机构运动简图的绘制绘制平面机构的运动简图时，通常可按下列步骤进行：(1)分析机构的组成和运动。首型先判别构件的类型，找出机构中的主动件、机架以及从动件。(2)确定运动副的类型和数量。(3)选择投影面。选择能够较好地表示构件运动关系的平面作为投影面，一般选择机构中多数构件所在的运动平面。(4

7、)测量。测量出机构中构件的尺寸以及各个运动副的相对位置尺寸等。(5)选择适当的比例。Ul构件的实际长度/构件的图示长度注：绘制机构的运动简图时，机构的瞬时位置不同，所绘制的简图也不同。若选择不当则会出现构件间的相互重叠或交叉，使简图不易绘制及辨认。因此要清楚地表示各构件间的相互关系，还应选择机构恰当的运动瞬时位置。一般情况下，只要使主动件相对机架处于某一个恰当的位置，即可得到一个合适的机构瞬时位置。第10页/共22页例例1-11-1绘制图绘制图1-8a 1-8a 所示颚式破碎机的结构运动简图所示颚式破碎机的结构运动简图。第11页/共22页例例1-2 1-2 绘制图绘制图1919所示活塞泵机构的

8、机构运动简图，所示活塞泵机构的机构运动简图，第12页/共22页33 33 平面机构的自由度平面机构的自由度一一.平面机构自由度计算公式平面机构自由度计算公式每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度,每个高副引入一个约束使每个高副引入一个约束使构件失去一个自由度。构件失去一个自由度。设平面机构共有设平面机构共有K K个构件，活动构件数为个构件，活动构件数为n nK-1K-1；总自由度数为；总自由度数为3n,3n,低副数为低副数为PL,PL,高副数为高副数为PHPH机构总自由度数机构总自由度数F=3n-2PL-PHF=3n-2PL-PH机构白由度机构白由

9、度F F取决于活动构件的件数以及运动副的性质取决于活动构件的件数以及运动副的性质(低副或高副低副或高副)和个数。和个数。例例11 11 计算图计算图l-8l-8所示颚式破碎机主体机构的自由度。所示颚式破碎机主体机构的自由度。解解 在额式破碎机主体机构中有三个活动构件，在额式破碎机主体机构中有三个活动构件，n n3;3;包含四个转动副包含四个转动副,PL,PL4,4,没有高副，没有高副，PHPHo o：机构自由度机构自由度 F F3n3n一一2PLPH2PLPH3X 3243X 3241 1该机构具有一个原动件该机构具有一个原动件(曲轴曲轴)，原动件数与机构的自由度相等。，原动件数与机构的自由度

10、相等。例例14 14 计算图计算图l-9l-9所示活塞泵的自由度。所示活塞泵的自由度。解解 活塞泵具有四个活动构件，活塞泵具有四个活动构件，5 5个低副个低副(4(4个转动副和一个移动副个转动副和一个移动副)，PlPl5,5,一个高副一个高副PHPH1 1；由式由式(L1)(L1)得得F F34253425一一1 11 1机构的自由度与原动件机构的自由度与原动件曲柄曲柄)数相等。数相等。第13页/共22页机构具有确定运动的条件是：机构具有确定运动的条件是：F Fo o。且。且F F等于原功件数等于原功件数二、计算平面机构自由度的注意事项二、计算平面机构自由度的注意事项1 1复合铰链复合铰链:K

11、:K个构件汇交而成的复合铰链应具有个构件汇交而成的复合铰链应具有(K-1)(K-1)个转动个转动副。副。第14页/共22页2.2.局部自由度局部自由度3.3.虚约束虚约束:重复而对机构运动不起限制作用的约束重复而对机构运动不起限制作用的约束(1)(1)两个构件之间组成多个导路平行的移动副时，只有一个移动副起作两个构件之间组成多个导路平行的移动副时，只有一个移动副起作用，用，(2)(2)两个构件之间组成多个轴线重台的转动副时，只有一个转动副两个构件之间组成多个轴线重台的转动副时，只有一个转动副用用(3)(3)机构中传递运动不起独立作用的对称部分。机构中传递运动不起独立作用的对称部分。第15页/共

12、22页计算自由度第16页/共22页3-4 3-4 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用速度瞬心及其在机构速度分析上的应用一一.速度瞬心及其求法速度瞬心及其求法速度瞬心速度瞬心(瞬时回转中心瞬时回转中心,瞬心瞬心,同速点同速点)相对速度瞬心相对速度瞬心,绝对速度瞬心绝对速度瞬心瞬心数瞬心数 N=K(K-1)/2N=K(K-1)/2(1)(1)在因在因118118中，构件中，构件1 1和构件和构件2 2的瞬心的瞬心P12P12：；：；(2)(2)当两构件组成转动副时，转动副的中心便是它们的瞬心；当两构件组成转动副时，转动副的中心便是它们的瞬心；(3)(3)当两构件组成移动副时、所以其瞬心位于导路垂线

13、的无穷远处当两构件组成移动副时、所以其瞬心位于导路垂线的无穷远处(4)(4)当两构件组成纯滚动高副时，接触点就是其瞬心，当两构件组成纯滚动高副时，接触点就是其瞬心，(3)(3)当两构件组成滑动兼滚动的高副时，其瞬心应位于过接触点的公法线上当两构件组成滑动兼滚动的高副时，其瞬心应位于过接触点的公法线上 (4)(4)不直接接触的各个构件，其瞬心可用三心定理定理是：作相对平面运动不直接接触的各个构件，其瞬心可用三心定理定理是：作相对平面运动的三个构件共有三个瞬心这三个瞬心位于同的三个构件共有三个瞬心这三个瞬心位于同条直线上条直线上第17页/共22页例例1-8 1-8 求图求图1-211-21所示铰链

14、四杆机构的瞬心。所示铰链四杆机构的瞬心。P12,P13,P14-P12,P13,P14-绝对瞬心绝对瞬心,P23,P34,P24-,P23,P34,P24-相对瞬心相对瞬心例例19 19 求图求图122122所示曲柄滑所示曲柄滑块机构的瞬心。块机构的瞬心。第18页/共22页二、瞬心在速度分析上的应用二、瞬心在速度分析上的应用1 1铰链四杆机构铰链四杆机构Vp24=w4Lp24p14=w2Lp24p12Vp24=w4Lp24p14=w2Lp24p12W2/w4=P24P14/P12P24W2/w4=P24P14/P12P24两构件的角速度与其绝对瞬两构件的角速度与其绝对瞬心至相对瞬心的距离成反比、心至相对瞬心的距离成反比、2 2齿轮或摆动从动件凸轮机构齿轮或摆动从动件凸轮机构Vp12=w1Lp12p13=w2Lp12p23Vp12=w1Lp12p13=w2Lp12p23 组成高副的两构件，其角速度组成高副的两构件，其角速度连心线被接触点公法线所分连心线被接触点公法线所分割的两线段长度成反比。割的两线段长度成反比。第19页/共22页Lp13p12=V2/wLp13p12=V2/w1 1第20页/共22页作业 第21页/共22页