机械设计基础第三章.ppt

123-1 机构的组成机构的组成3-2 平面结构运动简图平面结构运动简图3-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 3本章内容：本章内容：机构的组成；平面机构的运动简图；平面机构的自由机构的组成；平面机构的运动简图；平面机构的自由度。度。本章重点：本章重点：平面机构运动简图的绘制；平面机构自由度的计算。平面机构运动简图的绘制；平面机构自由度的计算。43-1 机构的组成机构的组成2.运动副运动副 运动副：使两构件运动副：使两构件直接接触直接接触并能产生并能产生一定相对运动一定相对运动的连接。的连接。 运动副元素：参与接触而构成运动副的点、线、面。运动副元素：参与接触而构成运动副的点、线、面。1.构件：机器中每一个独立的运动单元体。构件：机器中每一个独立的运动单元体。5想一想：你见过哪些运动副呢？想一想：你见过哪些运动副呢？6一个自由构件在空间空间具有6 6个自由度个自由度。作平面运动平面运动的自由构件具有3 3个自由度个自由度。构件的自由度：构件的自由度： 指一个构件相对于另一个构件可能出现的独立运动的数目。自由构件：自由构件：不受约束的构件。约束：约束：指通过运动副联接的两构件之间的某些相对独立运动所受到的限制。低副：面与面接触的运动副。低副：面与面接触的运动副。高副：点接触或线接触的运动副。高副：点接触或线接触的运动副。运动副引入的约束数运动副引入的约束数=两构件相对自由度减少的数目。两构件相对自由度减少的数目。（即：引入（即：引入1个约束条件将减少个约束条件将减少1个自由度）个自由度）7转动副：两构件只作相对转动的运动副。转动副：两构件只作相对转动的运动副。移动副：两构件只作相对移动的运动副。移动副：两构件只作相对移动的运动副。转动副约束了沿X轴移动和沿Y轴移动2个移动的自由度，保留了1个相对转动的自由度低低副副移动副约束了沿着Y轴的移动和绕轴X的转动2个自由度，保留沿轴线X移动的自由度带入了2个约束（即减少了2个自由度），保留了1个自由度8带入了1个约束（即减少了1个自由度），保留了2个自由度9移移101、A2、B3、D4、C5、A11：指指两个以上两个以上的构件通过的构件通过运动副运动副的连接而的连接而 构成的可相对运动的系统。构成的可相对运动的系统。开链开链闭链闭链开链开链闭链闭链123-2 平面结构运动简图平面结构运动简图想一想：想一想：下列机械的外形和结构那么复杂，我们如何才能方便的分析各构件之间的相互运动关系呢？机构运动简图：机构运动简图：用规定的简单线条和符号表示机构中的构件和运动副，并按一定的比例画出表示各运动副的相对位置及它们相对运动关系的图形，这种表示机构各构件之间相对运动关系的简单图形称为机构运动简图。机构运动简图的作用机构运动简图的作用机构运动简图应与它所表机构运动简图应与它所表示的实际机构具有完全相示的实际机构具有完全相同的运动特性同的运动特性。1可以了解机构的组成和类型，即机构中构件的类型和数目、运动副的类型和数目、运动副的相对位置。2表达一部复杂机器的传动原理，进行机构的运动和动力分析。13构件：构件： 用用线段线段或或小方块小方块表示表示若构件若构件固联固联在一起，在一起，则涂以则涂以焊缝记号焊缝记号表示表示画有画有斜线斜线的表示的表示机架机架14一个构件一个构件具有多个转具有多个转动副的画法动副的画法移动副移动副注意：注意：移动移动副的导路应副的导路应与两构件相与两构件相对移动的方对移动的方向一致向一致15平面高副平面高副两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓。对于凸轮和滚子，习惯画出其全部轮廓；对于齿轮，常用点画线画出其节圆。凸轮凸轮滚子滚子齿轮齿轮凸轮凸轮滚子滚子16常用运动副的符号常用运动副的符号1718推土机推土机19绘制平面机构运动简图的步骤是：绘制平面机构运动简图的步骤是：（1）分析机构的结构和运动情况，找出机架与原动件；）分析机构的结构和运动情况，找出机架与原动件；（2）确定构件、运动副的类型和数目；）确定构件、运动副的类型和数目；（3）测量出运动副间的相对位置；）测量出运动副间的相对位置；（4）选定适当的比例尺，绘制机构运动简图。）选定适当的比例尺，绘制机构运动简图。原原动动件件机架机架20内燃机内燃机211、D 2、A 3、B 4、D 5、B223-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 1、平面机构的自由度、平面机构的自由度机构机构的自由度：机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。的自由度：机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。假设平面机构假设平面机构共共有有n个个活动活动构件：构件： 3n个自由度个自由度机构里机构里共共有有PL个低副和个低副和PH个高副：个高副： 引入引入(2 PL+PH)约束约束平面自由构件：平面自由构件：3个自由度个自由度平面低副：引入平面低副：引入2个约束（减少个约束（减少2个自由度）个自由度）平面高副：引入平面高副：引入1个约束（减少个约束（减少1个自由度）个自由度）平面机构的自由度计算公式：平面机构的自由度计算公式： F=3n-(2 pl + ph)=3n-2 pL - pH23机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件机构是用运动副连接起来的、有一个构件为机架的、具有确定运动的构机构是用运动副连接起来的、有一个构件为机架的、具有确定运动的构件系统。件系统。若机构的自由度为零，则各构件间不可能产生相对运动，这样的构件组合称为桁架，而不是机构。因此，机构的自由度必须大于零。根据自由度与原动件数目之间的关系可以判定机构是否具有确定的运动：（1）若原动件的数目小于自由度的数目（F），机构可以运动，但运动不确定；（2）若自由度大于0（ ）且等于原动件的数目，机构具有确定的运动；（3）若原动件的数目大于自由度（F）或自由度小于等于0（ ），机构不能运动。因此，机构具有确定运动的条件是机构具有确定运动的条件是：机构的原动件的数目应等于机构的机构的原动件的数目应等于机构的自由度的数目。自由度的数目。0F0F1）F0时时 刚性桁架，构件间不能产生相对运动。刚性桁架，构件间不能产生相对运动。2）F0时，时，F原动件数，机构运动不确定（能动但是乱动）；原动件数，机构运动不确定（能动但是乱动）； F=原动件数，机构具有确定运动。原动件数，机构具有确定运动。24四杆机构四杆机构给定一个独立运动参数：给定一个独立运动参数：其余构件有确定运动。其余构件有确定运动。 机构中给定机构中给定独立运动参数的独立运动参数的构件为原动件。构件为原动件。F=3n-2 pl ph=33 - 24-0=125 Fa = 32 - 23 = 0 Fb = 33 - 25 = -1F 0 运动链不能运动，不成为机构运动链不能运动，不成为机构 桁架机构桁架机构26给定一个独立运动参数：给定一个独立运动参数：机构没有确定运动。机构没有确定运动。给定两个独立运动参数：给定两个独立运动参数：机构有确定运动。机构有确定运动。F=3n-2 pl ph=34 - 25-0=2五杆机构五杆机构27例例1、如图所示，计算曲柄滑块机构的自由度、如图所示，计算曲柄滑块机构的自由度 例例2、如图所示，计算凸轮机构的自由度、如图所示，计算凸轮机构的自由度 281. 要正确计算运动副的数目要正确计算运动副的数目（1）复合铰链）复合铰链: 两个以上两个以上构件同在一处以转动副相联接即构构件同在一处以转动副相联接即构成复合铰链。成复合铰链。推论：推论：m个构件以复合铰链联接所构成的转动副数为个构件以复合铰链联接所构成的转动副数为(m-1)个。个。29解：解：F=3n-2 pl ph=37 - 26-0=9解：解：F=3n-2 pl ph=37 - 210-0=1例：算自由度例：算自由度八八杆杆机机构构30解：解：F=3n-2 pl ph=33 - 23-1=2F=3n-2 pl ph=32 - 22-1=1 方法：假想构件方法：假想构件2 2和和3 3焊成一体焊成一体注意：计算机构自由度时注意：计算机构自由度时, 应将局应将局部自由度除去不计。部自由度除去不计。滚子从动件滚子从动件机构中某些构件所产生的局部运动并不影机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动响其他构件的运动, 把这种局部运动的自由度称为局部自由度。把这种局部运动的自由度称为局部自由度。特别注意：实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，特别注意：实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，除去除去指计算中不计入，并非实际拆除。指计算中不计入，并非实际拆除。31常见的虚约束：常见的虚约束：1、平行四、平行四边形机构边形机构2、多个导路、多个导路平行移动副平行移动副3、多个轴线重、多个轴线重合的转动副合的转动副4、行星轮系、行星轮系321）平行四边形机构的虚约束平行四边形机构的虚约束（两个相连接的构件在连接点（两个相连接的构件在连接点上的运动轨迹重合）上的运动轨迹重合）F=3n-2 pl ph=33 - 24-0=1F=3n-2 pl ph=34 - 26-0=0 33只有一个运动副起约束作用只有一个运动副起约束作用,其它各处均为虚约束其它各处均为虚约束;2）两构件组成）两构件组成多个移动方向一致的移动副多个移动方向一致的移动副，或两构件组，或两构件组成成多个轴线重合的转动副多个轴线重合的转动副，只考虑其中一处的约束。，只考虑其中一处的约束。34目的：目的：为了传递较大功率，保持机构为了传递较大功率，保持机构受力平衡。受力平衡。3）行星轮系行星轮系（机构中对运动不起作用的对称部分）（机构中对运动不起作用的对称部分）35小结小结存在于转动副处存在于转动副处正确处理方法：复合铰链处有正确处理方法：复合铰链处有m个构件个构件则有则有(m-1)个转动副个转动副 复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩擦所增加的滚子处。变成滚动摩擦所增加的滚子处。正确处理方法：将滚子和杆焊接为一体，正确处理方法：将滚子和杆焊接为一体，计算自由度时将局部自由度减去。计算自由度时将局部自由度减去。 虚约束虚约束存在于特定的几何条件或结构条件下。存在于特定的几何条件或结构条件下。正确处理方法：将引起虚约束的构件正确处理方法：将引起虚约束的构件和运动副除去不计。和运动副除去不计。