第十二章平面机构.ppt

1、1. 平面机平面机构运动简图构运动简图2. 平面机构自由度的一般计算平面机构自由度的一般计算3.平面机构自由度计算平面机构自由度计算注意事项注意事项本章本章内容内容提要提要第十二章第十二章 平面机构平面机构1请判断：学校旁边菜市场的老张设计了下图所示机构冲辣椒面,它能实现预期的运动吗?本章学习目的：通过对机构运动简图进行理论分析，判断机构是否能实现预期的运动第十二章第十二章 平面机构平面机构p引言引言怎样改进机构它才能实现预期的运动?有些什么改进方案？怎样知道设计的机器能不能动？有无确定的运动？2l什么是机构运动简图？什么是机构运动简图？因为机构的运动与因为机构的运动与原动件运动规律原动件运动

2、规律、运动副类型运动副类型、机构运动机构运动尺寸尺寸有关有关, 12.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制l为什么要画机构运动简图？为什么要画机构运动简图？指根据机构的运动尺寸指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按一定的比例尺定出各运动副的位置, 并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制出表并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。示机构运动关系的简明图形。同时机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。同时机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。而与而与机构的结构尺寸和形状机构的结构尺寸和形状以及以及运动副的具体

3、构造运动副的具体构造无关无关，而机构运动简图可以而机构运动简图可以不计或略去那些与机构运动无关的不计或略去那些与机构运动无关的 因素因素。l机构运动简图的用途机构运动简图的用途分析现有机器工作原理时要绘制分析现有机器工作原理时要绘制机构运动简图机构运动简图设计机器时是首先绘制机构运动简图设计机器时是首先绘制机构运动简图指为了表明机构结构状况指为了表明机构结构状况, 不要求严格地按比例而绘制的简图。不要求严格地按比例而绘制的简图。l机构示意图机构示意图分析和设计机器的工具分析和设计机器的工具3机构是构件之间通过运动副联接而具有确定相对运动的一组构件。(构件系统）功能：进行运动变化、传递动力决定决

4、定机构运动简图机构运动简图的两个因素的两个因素：运动副类型运动副类型构件尺寸构件尺寸运动副类型运动副类型平面运动副平面运动副空间运动副空间运动副低副低副（面接触）（面接触）转动副转动副移动副移动副高副高副（点或线接触）（点或线接触）球面副球面副螺旋副螺旋副（平面运动机构）（平面运动机构）（空间运动机构）（空间运动机构）12.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制运动副：两个构件直接接触组成的可动联接。l机构与运动副机构与运动副4运动副符号运动副符号两运动构件构成的运动副两运动构件构成的运动副转转动动副副移移动动副副121212121212212121平平面面运运动动副副两构件之一为固

5、定时的运动副两构件之一为固定时的运动副12122112122112运动副运动副名称名称 12.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制n常用运动副符号5平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球销销副副1212空空间间运运动动副副122112平平面面运运动动副副21 12.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制6 画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。 12.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制n构件的表示方法需要注意的是：需要注意的是：移动副移动副的的导路导路必须与相

6、对必须与相对移动方向移动方向一致一致。表示表示机架的构件需画上机架的构件需画上阴影线阴影线。用简图表示用简图表示高副高副时，时，应将两构件接触处的应将两构件接触处的几何形状几何形状绘出绘出。n常用运动副符号7杆、轴构件杆、轴构件固定构件固定构件同一构件同一构件 12.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制n构件的表示方法8三副构件三副构件 两副构件两副构件 12.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制n构件的表示方法参与构成参与构成n个运动副个运动副的构件，可以用的构件，可以用n边形边形表示，并在表示，并在相交的部位相交的部位涂上涂上焊缝焊缝标记标记 或在几何图形中间或在几

7、何图形中间画上剖面画上剖面9链链传传动动圆圆柱柱杆杆蜗蜗轮轮传传动动凸凸轮轮传传动动外啮外啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动 12.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制n常用机构运动简图符号（摘自常用机构运动简图符号（摘自GB/T4460- -1984）10在在机机架架上上的的电电机机齿齿轮轮齿齿条条传传动动圆圆锥锥齿齿轮轮传传动动带带传传动动 12.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制n常用机构运动简图符号（摘自常用机构运动简图符号（摘自GB/T4460- -1984）11内啮内啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动棘棘轮轮机机构构 12.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简

8、图的绘制n常用机构运动简图符号（摘自常用机构运动简图符号（摘自GB/T4460- -1984）12例例1 1 绘制颚式破碎机的构运动简图绘制颚式破碎机的构运动简图(2)确定运动副的类型及数量确定运动副的类型及数量 12.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制(1)分析机构的组成及运动情况分析机构的组成及运动情况肘板与动颚肘板与动颚 转动副转动副C共四个构件：机架共四个构件：机架1、偏心轴、偏心轴2、动颚、动颚3和肘板和肘板4DCBA1432(3)选定投影面选定投影面(4)选取比例尺选取比例尺(5)画出各画出各运动副和机构符号运动副和机构符号肘板与机架肘板与机架 转动副转动副D偏心轴与

9、机架偏心轴与机架 转动副转动副A动颚与偏心轴动颚与偏心轴 转动副转动副B 并根据机构运动尺寸，定并根据机构运动尺寸，定出出各运动副间的相对位置各运动副间的相对位置并表示出各构件并表示出各构件1312.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制例例2 2 试绘制内燃机的机构运动简图试绘制内燃机的机构运动简图14CAB2345D6781 12.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制例例2 2 试绘制内燃机的机构运动简图试绘制内燃机的机构运动简图1 1）分析运动，确定）分析运动，确定构件构件的的类型和数量类型和数量2 2）确定）确定运动副运动副的类型和数目的类型和数目3 3）选择）选

10、择投影面投影面4 4）选取）选取比例尺比例尺，根据，根据机构运动尺寸，定出机构运动尺寸，定出各运动副间的各运动副间的相对位相对位置置5 5）画出各运动副和机构）画出各运动副和机构符号符号，并表示出各构件，并表示出各构件15例例2 2 试绘制内燃机的机构运动简图试绘制内燃机的机构运动简图12.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制内燃机工作原理162B1AC 12.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制例例3 3 偏心轮冲床机构运动简图偏心轮冲床机构运动简图17例例4 4 油泵机构油泵机构运动简图运动简图ABC123412.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制1圆

11、盘圆盘 2柱塞柱塞 3 构件构件 4机架机架18F小结:绘制机构运动简图的步骤与方法12.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制1)分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、原动件和从动件，确定构件的数目。2)按照运动传递的顺序,逐一分析每两个构件间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目;3)恰当地选择视图平面：一般选择机械中多数构件的运动平面作为视图平面。4)选择适当的比例尺, 定出各定出各运动副间的相对位置运动副间的相对位置,用构件和运动副的简图符号绘制机构运动简1912312.2 平面机构的自由度平面机构的自由度经由运动副联经由运动副联接后构件系统接后构件系统的运动情况：的运

12、动情况：p引言引言构件之间具有构件之间具有确定确定的相对运动的相对运动构件之间构件之间不能不能相对运相对运动动构件之间的相对运动构件之间的相对运动不确定不确定213ACB4D4 412341 1能动能动就是就是自由的自由的 能在能在一个方向运动一个方向运动就有一个就有一个自由度自由度在机构在机构能动的那个方向能动的那个方向给予给予驱动，驱动，构件之间就有构件之间就有确定确定的相对运动？的相对运动？20l 构件的自由度：构件的自由度：Oyx p构件自由度与机构自由度构件自由度与机构自由度12.2 平面机构的自由度平面机构的自由度指一个构件相对另一个构件可能出现的独立运动。一个自由指一个构件相对另

13、一个构件可能出现的独立运动。一个自由构件在构件在空间空间具有具有6个自由度个自由度。在。在平面内平面内具有具有3个自由度个自由度oxyAl约束 对独立运动所加的限制。21移动副移动副: :约束了约束了沿沿y y轴方向的移动轴方向的移动和和在在xOyxOy平面内的转动平面内的转动, , 只只保留沿保留沿x x轴方向的移动；轴方向的移动；转动副转动副: :约束了约束了x x、 y y两个方向两个方向的移动的移动, , 只保留一个转动；只保留一个转动；l运动副对构件产生的运动副对构件产生的约束约束p构件自由度与机构自由度构件自由度与机构自由度12.2 平面机构的自由度平面机构的自由度运动副引入的约束

14、数等于两构件相对自由度减少的数目。运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。22高副高副: :只约束了沿接触处只约束了沿接触处公法线公法线n-nn-n方向方向的移动。的移动。 l运动副对构件产生的运动副对构件产生的约束约束p构件自由度与机构自由度构件自由度与机构自由度12.2 平面机构的自由度平面机构的自由度23自由构自由构件的自件的自由度数由度数运动副运动副 自由度数自由度数 约束数约束数回转副回转副 1（） + 2（x，y） = 3yx12Syx12xy12R=2, F=1R=2, F=1R=1, F=2结论：构件自由度结论：构件自由度3-约束数约束数移动副移动副 1（x） + 2

15、（y，）= 3高高 副副 2（x,） + 1（y） = 3经运动副相联后，构件自由度会有变化：经运动副相联后，构件自由度会有变化： p构件自由度与机构自由度构件自由度与机构自由度12.2 平面机构的自由度平面机构的自由度24活动构件数活动构件数 n 计算公式：计算公式：F=自由构件的自由度数约束数自由构件的自由度数约束数 =3n(2PL +Ph )要求：记住上述公式，并能熟练应用。要求：记住上述公式，并能熟练应用。构件总自由度构件总自由度 低副约束数低副约束数 高副约束数高副约束数 3n 2 PL1 PH例例1：计算曲柄滑块机构的自由度。：计算曲柄滑块机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数

16、n= 3低副数低副数PL= 4F=3n 2PL PH =33 24 =1 高副数高副数PH=0S3123推广到一般：推广到一般： p构件自由度与机构自由度构件自由度与机构自由度12.2 平面机构的自由度平面机构的自由度25给定给定S S3 3S S3 3(t)(t)，一个独立参，一个独立参数数1 11 1（t t）唯一确定，唯一确定，该机构仅需要该机构仅需要一个独立参数一个独立参数。S3123S31 112.2 平面机构的自由度平面机构的自由度p机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件对不同的机构，自由度不同，给定原动件的个数也应不同，那么，原动件数与自由度有什么关系，才能使机构具有确定的

17、运动呢？一个原动件只能提供一个独立运动参数一个原动件只能提供一个独立运动参数,因此机构具有确定运因此机构具有确定运动的条件为：动的条件为：原动件数机构的自由度原动件数机构的自由度F26例例2、计算铰链四杆机构的自由度、计算铰链四杆机构的自由度解：活动构件数n=低副数PL=高副数PH=340323 32 41LHFnPP 1234p机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件12.2 平面机构的自由度平面机构的自由度当原动件数= =1时 机构运动确定机构运动确定27450例例3、计算铰链五杆机构的自由度、计算铰链五杆机构的自由度解：活动构件数n=低副数PL =高副数PH=323 42 52LHF

18、nPP 12345p机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件机构运动不确定机构运动确定12.2 平面机构的自由度平面机构的自由度28例例4、计算三角形构件自由度、计算三角形构件自由度123解：123123，2n，3lP0hP0322323hlPPnF12.2 平面机构的自由度平面机构的自由度p机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件u F=0，不能运动29例例5 计算图示凸轮机构的自由度。计算图示凸轮机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n= 2低副数低副数PL= 2F=3n 2PL PH =32 221 =1高副数高副数PH= 1123 12.2 平面机构的自由度平面机构的自由度

19、p机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件当原动件数= =1时 机构运动确定机构运动确定30123ACB4D12.2 平面机构的自由度平面机构的自由度p机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件例例6 计算一下老张设计的机构冲辣椒面机构的自由度计算一下老张设计的机构冲辣椒面机构的自由度解：活动构件数解：活动构件数n=3低副数低副数PL=4F=3n2PLPH=33241 =0高副数高副数PH= 1改进后：活动构件数改进后：活动构件数n= 4低副数低副数PL=5F=3n2PLPH=34251 =1高副数高副数PH= 131例例7 试机算图示航空照相机快门机构的自由度试机算图示航空照相机快门机

20、构的自由度F=3n-2PL-PH=35-27-0=112.2 平面机构的自由度平面机构的自由度p机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件解：活动构件数解：活动构件数n= 5低副数低副数PL= 7高副数高副数PH= 0(构件总数构件总数n=6)(6个转动副、个转动副、1个移动副个移动副)机构的自由度数为：机构的自由度数为：当原动件数= =1时 机构运动确定机构运动确定32F=3n-2PL-PH=36-28-1=1例例8 试机算图示牛头刨床机构的自由度试机算图示牛头刨床机构的自由度12.2 平面机构的自由度平面机构的自由度p机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件解：活动构件数解：活动构件

21、数n= 6低副数低副数PL= 8高副数高副数PH= 1(构件总数构件总数n=7)(5个转动副、个转动副、3个移动副个移动副)机构的自由度数为：机构的自由度数为：当原动件数= =1时 机构运动确定机构运动确定33LH323 52 701FnPP 例例9 计算如图所示双曲线画规机构的自由度。计算如图所示双曲线画规机构的自由度。12.2 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项双曲线画规机构双曲线画规机构p复合铰链复合铰链解：活动构件数解：活动构件数n= 5低副数低副数PL= 7高副数高副数PH= 03412345678ABCDEF例例10 计算图示圆盘锯机构的自由度。计算图示圆盘锯

22、机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n= 7低副数低副数PL=6F=3n 2PL PH 高副数高副数PH=0=37 26 0=9计算结果肯定不对！计算结果肯定不对！12.3 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项p复合铰链复合铰链35复合铰链复合铰链 两个以上的构件在同一处以转动副相联。两个以上的构件在同一处以转动副相联。两个低副两个低副p复合铰链复合铰链12.3 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项由由m个构件个构件汇集而成的复合铰汇集而成的复合铰链应当包含链应当包含（m-1）个转动副）个转动副36上例圆盘锯机构的自由度计算：在上例圆盘锯机构的自由

23、度计算：在B、C、D、E四处应各有四处应各有 2 个运动副。个运动副。解：活动构件数解：活动构件数n=7低副数低副数PL= 10F=3n 2PL PH =37 2100 =1可以证明：可以证明：F点的轨迹为一直线。点的轨迹为一直线。12345678ABCDEF12.3 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项p复合铰链复合铰链37复合铰链复合铰链 常出现在下列情况：12312312312312312.3 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项p复合铰链复合铰链41321432312两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副38O123BAO4

24、5C16例例11 计算如左图所示钢板剪切机的自由度。计算如左图所示钢板剪切机的自由度。12.3 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项p复合铰链复合铰链解：活动构件数解：活动构件数n= 5低副数低副数PL= 7F=3n 2PL PH 高副数高副数PH= 0=35 27 0=1(B处为复合铰链处为复合铰链, 含两个转动副含两个转动副)39例例12 计算图示两种凸轮机构的自由度。计算图示两种凸轮机构的自由度。解：解：n= 3， PL= 3，F=3n 2PL PH =33 23 1 =2PH=1对于右边的机构，有：对于右边的机构，有： F=32 22 1=1事实上，两个机构的运动相

25、事实上，两个机构的运动相同，且同，且F=112312312.3 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项p局部自由度局部自由度局部自由度局部自由度构件局部运动所产生的自由度，并不影响构件局部运动所产生的自由度，并不影响整个机构的运动。整个机构的运动。 F=32 22 1 =1出现在加装滚子的场合，计算时应去掉出现在加装滚子的场合，计算时应去掉滚子和铰链：滚子和铰链：滚子的作用：滑动摩擦滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。滚动摩擦。40解：解：n= 4，PL= 6，F=3n2PLPH=3426 =0PH= 0 FEAB CD ，故增加构件，故增加构件4前前后后E点的轨迹都是圆弧，增加的

26、约束点的轨迹都是圆弧，增加的约束不起作用，不起作用，应去掉构件应去掉构件4。例例13 已知：已知：ABCDEF，计算图示平行四边形机构的自由度。，计算图示平行四边形机构的自由度。 1234ABCDEF12.3 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项p虚约束虚约束虚约束虚约束对机构的运动实际上不起作对机构的运动实际上不起作用的约束。用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。计算自由度时应去掉虚约束。重新计算：重新计算：n=3,PL=4, PH=0F=3n2PLPH=33 24 =11234ABCDEF F虚约束虚约束特别注意：此例存在虚约束的几何特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：

27、条件是：ABCDEF41(1)两构件联接前后，联接点的轨迹重合，两构件联接前后，联接点的轨迹重合，(2) 两构件构成多个移动副，且导路平行。两构件构成多个移动副，且导路平行。 如平行四边形机构，火车轮如平行四边形机构，火车轮12.3 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项p虚约束虚约束l出现虚约束的场合：出现虚约束的场合：(3) 两构件构成多个转动副，且同轴。两构件构成多个转动副，且同轴。42(4) 运动时，两构件上的两点距离始终不变。运动时，两构件上的两点距离始终不变。(5) 对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。52134EF53

28、241EF1B342A1234ADBC2 2 12.3 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项p虚约束虚约束l出现虚约束的场合：出现虚约束的场合：43(6) 两构件构成高副，两处接触，且法线重合。两构件构成高副，两处接触，且法线重合。如等宽凸轮如等宽凸轮W法线不重合时，变成实际约束！法线不重合时，变成实际约束！12.3 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项p虚约束虚约束l出现虚约束的场合：出现虚约束的场合：1n1n2n2n2A1A1A2A1n1n2n2n注意：各种出现虚约束注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的的场合都是有条件的 !44l虚约束的作用：虚约

29、束的作用：增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。12.3 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项p虚约束虚约束改善构件的受力情况，如多个行星轮。改善构件的受力情况，如多个行星轮。45(a) AB、CD、EF平行且相等平行且相等 (b)平行导路多处移动副平行导路多处移动副 (c)同轴多处转动副同轴多处转动副 (d) AB=BC=BD且且A在在D、C 轨轨 迹交点迹交点 (e)两构件上两点始终等距两构件上两点始终等距(f)轨迹重合轨迹重合(g)全同的多个行星轮全同

30、的多个行星轮 (h)等径凸轮的两处高副等径凸轮的两处高副(i) 等宽凸轮的两处高副等宽凸轮的两处高副12.3 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项p虚约束虚约束出现虚约束的情况小结出现虚约束的情况小结46复合铰链复合铰链:C (2个个转动副转动副)局部自由度：局部自由度：F虚约束虚约束:E活动构件数活动构件数n= 7低副数低副数PL = 9高副数高副数PH = 1F=3n-2PL PH=37 -29 -1=2CDABGFoECDABGFoEE复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度虚约束虚约束例例14：计算图示大筛机构的自由度。：计算图示大筛机构的自由度。12.3 平面机构自由

31、度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项解：解：47F=3n2PLPH=392122=1解：解：几种特殊情况几种特殊情况 如图上所示如图上所示复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度两者之一为虚约束两者之一为虚约束例例15：计算图示机构的自由度。：计算图示机构的自由度。12.3 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项可动件个数为可动件个数为n= 9，低副低副PL =12个，个，高副高副PH= 2个；个；48B2I9C 3A1J6H87DE4FG5活动构件数活动构件数A1B2C 3J6G5H89IFn 9复合铰链复合铰链虚约束虚约束运动副运动副D1处处去掉去掉局部自由度局部自由

32、度和和虚约束虚约束局部自由度局部自由度n 6，pL 7，pH 3滚子滚子3、8绕绕自身轴线的自身轴线的转动转动7ED42个转动副个转动副杆杆9和运动副和运动副F、I引入一个虚约引入一个虚约束束例例16 计算包装机送纸机构计算包装机送纸机构的自由度的自由度12.3 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项F 3n 2pL pH 3 6 2 7 1 3 1解：解：49例例17 压力机运动简图的绘制压力机运动简图的绘制转动副转动副：偏心轮偏心轮1 1和杆件和杆件2 2 杆件杆件2 2和杆件和杆件3 3 杆件杆件3 3和杆件和杆件4 4 滑块滑块7 7和压杆和压杆8 8 槽凸轮槽凸轮6

33、-6-齿轮齿轮6 6和机座和机座9 9杆件杆件4 4和滚子和滚子5 5 机座机座9 9和偏心轮和偏心轮1-1-齿轮齿轮11移动副：移动副：杆件杆件3和机座和机座9 杆件杆件4和滑块和滑块7 压杆压杆8和机座和机座9高副：高副：齿轮齿轮1和齿轮和齿轮6滚子滚子5和槽凸轮和槽凸轮6原动件原动件 传动部分传动部分 执行部分执行部分 1 -2 -3 -4 -7 -8 1 -6 -5 -4 -7 -8 12.3 平面机构自由度计算的注意事项平面机构自由度计算的注意事项50例例18 计算图示压力机自由度。计算图示压力机自由度。解：活动构件数解：活动构件数n= 7低副数低副数PL= 9F=3n 2PL PH 高副数高副数PH= 2=3729 2=1(5为局部自由度为