平面机构的运动简图及其自由度

1、机械设计基础六盘水师范学院机械电子工程教研室2 2第二章 平面机构的运动简图及其自由度o 21 运动副及其分类o 22 平面机构运动简图o 23 平面机构的自由度3 31 1教学目标教学目标1)了解机构的组成，搞清运动副、运动链、约束和自由度的 概念；2)能绘制常用平面机构的运动简图；3)能计算平面机构的自由度；4)平面机构具有确定运动的条件。2 2教学重点和难点教学重点和难点1）机构的运动简图的绘制2）平面机构的自由度的计算。3）机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理。第二章 平面机构的运动简图及其自由度4 4构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连

2、接（接触）就称为运动副。运动副元素：两构件上直接参加接触构成运动副的部分。2.1.1 运动副运动副：21 运动副5 52.1.2 自由度和运动副约束自由度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为 自由度11 运动副6 61.1.2 自由度和运动副约束11 运动副7 7按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。 1.低副 两构件以面接触而形成的运动副。 (1) 转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。 a)固定铰链一、平面运动副21 运动副8 8b)活动铰链转动副21 运动副9 9(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。移动副11 运动副10102.高副 两构件以点或线接触而构成的运

3、动副。凸轮副21 运动副1111齿轮副21 运动副1212二、空间运动副若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。螺旋副球面副21 运动副13132-2平面机构运动简图2.2.1 运动副及构件的表示方法 1.构件构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。14142.转动副构件组成转动副时，如下图表示。图垂直于回转轴线时用图a表示；图面不垂直于回转轴线时用图b表示。表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。2-2平面机构运动简图15153. 移动副两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。2-2平面机构

4、运动简图16164. 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、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。2-2平面机构运动简图1717机架AB机架和活动构件通过转动副联接机架和活动构件通过移动副联接2-2平面机构运动简图1818两个活动构件联接2-2平面机构运动简图1919两副构件(一个构件和两个外副)注：点划线表示与其联接的其他构件2-2平面机构运动简图2020两副构件(一个构件和两个外副)2-2平面机构运动简图2121偏心轮AB12BA212-2平面机构运动简图2222三副构件(一个构件和三个外副)2-2平面机构运动简图2323三

5、副构件(一个构件和三个外副)2-2平面机构运动简图24241-2 机械系统的运动简图设计25252-2平面机构运动简图2626原动机1-2 机械系统的运动简图设计27272-2平面机构运动简图28281-2 机械系统的运动简图设计29292.2.2 机械系统运动简图设计的内容 任何一个机构都是有若干构件组成，这些构件可以分为三类：原动件、机架（即固定件）、从动件。将机构中作用有驱动力或力矩的构件称为原动件，有时也可以把运动规律已知的构架称为原动件；机构中固结于参考系的构件称为机架，机构中除了原动件和机架以外的构件通称为从动件。2-2平面机构运动简图30302.2.2 机械系统运动简图设计的内容

6、1）综合型：机械系统的运动方案设计，是按工艺动作要求选择机构型式或把几个机构组合成一个机构系统。2）尺度综合：又称机械系统运动简图的尺度设计。它是按初步确定的机械系统运动方案，根据各执行构件运动规律和动作的协调配合要求，确定各构件的运动（几何）尺寸或几何形状。2-2平面机构运动简图31312.2.3 绘制机械系统运动简图的步骤1）功能分析。确定机械系统的总功能和进行功能分解。2）绘制机械系统运动循环图。3）执行（工作）机构选型。4）绘制机械系统的运动方案图。5）机构的尺度综合。6）绘制机械系统运动简图。2-2平面机构运动简图3232例1.1 试绘制内燃机的机构运动简图1-2 机械系统的运动简图

7、设计3333气缸体气缸体1活塞活塞2进气阀进气阀3排气阀排气阀4连杆连杆5曲轴曲轴6凸轮凸轮7顶杆顶杆8齿轮齿轮10解：1）分析运动，确定构件的类型和数量 2）确定运动副的类型和数目 3）选择视图平面 4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置 5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件2-2平面机构运动简图34341-2 机械系统的运动简图设计3535选择机架提取构件的运动尺寸确定比例尺选择机构运动中的一个状态确定各运动副位置，绘图编号：A、B、C 表示运动副 1、2、3 表示构件 O1、O2表示固定转轴 原动件的运动方向2-2平面机构运动简图3636压床曲柄滑块机构简图火车

8、上驱动机构简图2-2平面机构运动简图37371.实例分析 不能产生运动 11给定构件1运动参数 = (t)构件2、3的运动是确定的 2.3.1 机构具有确定运动的条件2-3平面机构的自由度3838给定构件1运动参数 ，构件2、3、4的运动是不确定的 11t 再给定构件4运动参数 ，构件2、3的运动是确定的 t442-3平面机构的自由度39392.结论 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称机构的自由度。 平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目。 原动件数自由度数，机构无确定运动 原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏 2-3平面机构的自由度40402.3.2

9、平面机构自由度的计算 1.构件自由度 一个构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。 当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。2-3平面机构的自由度41412.计算公式n：机构中活动构件数； Pl ：机构中低副数； Ph ：机构中高副数； F ：机构的自由度数；F = 3n - 2Pl - Ph 3.计算实例 n = 3, Pl = 4, Ph = 0 F = 3n - 2Pl - Ph =33 - 2Pl - Ph =33 - 24 - 0设则= 1 2-3平面机构的自由度4242v计算实例 n =5, Pl =

10、 7, Ph = 0 F = 3n 2Pl Ph = 35 27 0= 1解：2-3平面机构的自由度43431.3.3 自由度计算时应注意的几种情况 1.复合铰链2.局部自由度 3.虚约束 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。 个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。 重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。 4.虚约束常见情况及处理方法 5.虚约束对机构的影响 2-3平面机构的自由度4444三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有m 1个转动副。 2-3平面机构的自由度4545惯性筛机构C处为复合铰链计算中注意观察是否有复

11、合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。n = 5, Pl = 7, Ph = 0= 35 -27 0 = 1F = 3n - 2Pl Ph13 机械系统具有确定运动的条件4646滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。 计入局部自由度时 n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F =33 - 2- 1 = 2 与实际不符2-3平面机构的自由度4747 应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。处理方法 实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。教材图教材图1-13b动画动画n = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 32 -

12、 22 1 = 1与实际相符2-3平面机构的自由度4848n = 4, Pl =6, Ph = 0 构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。 与实际不符 F = 34 -26 0 = 02-3平面机构的自由度4949n = 3, Pl =4, Ph =0F = 33 - 24 0 = 1处理方法与实际相符 应除去虚约束，即将产生虚约束的构件5及运动副除去不计。2-3平面机构的自由度50501.两构件未组成运动副前，连接点处的轨迹已重合为一，组成的运动副存在虚约束。 计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。 虚约束常见情况及处理2-3

13、平面机构的自由度5151虚约束常见情况及处理 计算中只计入一个移动副。 2.两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。2-3平面机构的自由度5252 3.两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为约束。 虚约束常见情况及处理 计算中只计入一个转动副。2-3平面机构的自由度5353 3.两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为约束。 计算中只计入一个转动副。2-3平面机构的自由度5454虚约束常见情况及处理计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。4.两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间

14、用另一构件连接时，将产生虚约束。2-3平面机构的自由度5555虚约束常见情况及处理计算中应将对称部分除去不计。 5.机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。2-3平面机构的自由度5656虚约束对机构的影响机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。 虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如“平行”、“重合”、“距离不变”等。如果几何条件不满足，虚约束会转化为有效约束。机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。2-3平面机构的自由度57572-3平面机构的自由度5858例：计算下图所示机构的自由度。F=3n-2PL-Ph=37 -29 -1=2。59591234567ABCDEFABCDEFGHKA4312BCEDAB=BC=BDBA4123CE5DF例：计算下图所示机构的自由度。60607 7A AC C1 12B B3 3D DE EF FG GH HI I4 45 56 6例：计算下图所示机构的自由度。6161C C2 21 1A AB BE ED DF F3 34 45 56 67 78 89 910101111G GH HI IJ JK KL L例：计算下图所示机构的自由度。6262 当机构的自由度大于机构的原动件