绪论和第一章平面机构的自由度PPT课件

1、12一、本课程的性质、研究的对象、内容及任务本课程的性质、研究的对象、内容及任务 绪论绪论1 1. .性质：技术基础课性质：技术基础课 2.2.研究对象：机械研究对象：机械3.3.内容：机械的基本原理；内容：机械的基本原理；4.4.任务：掌握使用维护常用机械设备的基本知识；任务：掌握使用维护常用机械设备的基本知识；常用机构和主要零部件的工作原理、常用机构和主要零部件的工作原理、结构特点、设计方法。结构特点、设计方法。掌握常用机械典型零部件的原理掌握常用机械典型零部件的原理; ;培养初步设计传动系统的能力。培养初步设计传动系统的能力。3二、机械的组成二、机械的组成u1.1.机械的组成机械的组成原

2、动部分原动部分控制部分控制部分传动部分传动部分工作部分工作部分机械动机械动力的来力的来源源将原动部将原动部分的运动分的运动和动力传和动力传递给工作递给工作部分的中部分的中间环节间环节直接完直接完成工艺成工艺工作的工作的部分部分作用作用改变运动速改变运动速度度改变运动形改变运动形式式保证机器的启动停保证机器的启动停止和正常协调动作止和正常协调动作绪论绪论4活塞活塞顶杆顶杆连杆连杆曲轴曲轴齿轮齿轮气缸体气缸体滚子滚子凸轮凸轮绪论绪论内燃机的组成内燃机的组成5控制器控制器(控制控制)电动机电动机(原动原动)带带(传动传动)减速器减速器(传动传动)波轮波轮(工作工作)自动洗衣机的组成自动洗衣机的组成绪

3、论绪论6绪论绪论7u2.2.机器、机构、机械机器、机构、机械机器：为某种使用要求而设计的一种执行机械运动机器：为某种使用要求而设计的一种执行机械运动 的装置。的装置。 例：各种车辆、机器人、各种机床、轧钢设备等例：各种车辆、机器人、各种机床、轧钢设备等机构：也是一种装置，只能传递运动和动力。机构：也是一种装置，只能传递运动和动力。 例：内燃机的连杆机构、齿轮机构、凸轮机构例：内燃机的连杆机构、齿轮机构、凸轮机构机械：机器和机构的总称。从组成与运动学上机器机械：机器和机构的总称。从组成与运动学上机器 与机械没有区别。与机械没有区别。 机器与机构联系机器与机构联系 共性：各部分间具有确定的相对运动

4、；共性：各部分间具有确定的相对运动； 联系：机构组成了机器。联系：机构组成了机器。绪论绪论8绪论绪论蒸汽机车内燃机车9绪论绪论工业机器人工业机器人10绪论绪论内燃机内燃机11电动机电动机动爪动爪定爪定爪滑杆滑杆凸轮机构凸轮机构蜗杆传动蜗杆传动带传动带传动工件工件工件自动载送装置工件自动载送装置绪论绪论12绪论绪论自动机床自动机床13绪论绪论调速器调速器14绪论绪论牛头刨床牛头刨床15绪论绪论转塔刀架转塔刀架16绪论绪论小型抓片机构小型抓片机构17u3.3.零件与构件零件与构件零件：组成机械的需要一个个单独加工的部分，不零件：组成机械的需要一个个单独加工的部分，不 能再拆的最小单元，亦称制造单元

5、。能再拆的最小单元，亦称制造单元。分类分类通用零件：通用零件：齿轮、螺钉、轴、弹簧齿轮、螺钉、轴、弹簧专用零件：汽轮机叶片、内燃机活塞专用零件：汽轮机叶片、内燃机活塞构件：在机械中作为整体参与运动的部分，亦称制构件：在机械中作为整体参与运动的部分，亦称制 造单元。造单元。 例：例：连杆机构连杆机构、联轴器联轴器、滚动轴承滚动轴承 零件组成了构件，构件组成了机构，机构组成了机械。零件组成了构件，构件组成了机构，机构组成了机械。绪论绪论18轴轴直齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮弹簧弹簧各种零件各种零件绪论绪论19套筒套筒螺栓螺栓垫圈垫圈螺母螺母轴瓦轴瓦连杆盖连杆盖连杆体连杆体连杆机构连杆机构绪论绪论20联轴

6、器联轴器滚动轴承滚动轴承绪论绪论21三、本课程的要求及考核方式本课程的要求及考核方式 1 1. .要求：上课认真听讲，按时独立完成作业；要求：上课认真听讲，按时独立完成作业； 按时、按要求参加实验；按时、按要求参加实验； 遵守课堂纪律，不迟到、不早退。遵守课堂纪律，不迟到、不早退。实验：实验：4 4学时（学时（2 2次）次）理论：理论：6060学时学时学时：学时：6464学时学时平时：平时：1010实验：实验：1010期末考试：期末考试：8080（闭卷）（闭卷）考核：总分考核：总分1001003.3.课程设计：课程设计：2 2周周 考核：绘图考核：绘图+ +说明书说明书+ +答辩答辩+ +考勤

7、考勤 绪论绪论2.2.考核方式：考核方式：22第一章第一章 平面机构运动简图及自由度平面机构运动简图及自由度 平面机构运动副；平面机构运动副；1机构运动简图绘制（实验）；机构运动简图绘制（实验）；2平面机构自由度计算；平面机构自由度计算；3机构具有确定运动条件。机构具有确定运动条件。4本章主要内容：本章主要内容：23第一章第一章 平面机构运动简图及自由度平面机构运动简图及自由度1-1 1-1 运动副及其分类运动副及其分类1-2 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图1-3 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 平面机构：平面机构：组成机构的所有构件组成机构的所有构件都在同一平面或相互都在

8、同一平面或相互平行的平面内运动。平行的平面内运动。241-1 1-1 运动副及其分类运动副及其分类一、运动副一、运动副1.1.运动副定义：运动副定义： 两个构件通过接触组成的可动连接。两个构件通过接触组成的可动连接。2.2.运动副元素：运动副元素： 构件上参与接触的点、线、面。构件上参与接触的点、线、面。251-1 1-1 运动副及其分类运动副及其分类二、运动副分类二、运动副分类1.1.按两构件接触特性分：按两构件接触特性分：a.a.低副：两构件通过面接触组成的运动副。低副：两构件通过面接触组成的运动副。低副按构件相对运动形式又分：低副按构件相对运动形式又分：l转动副：两构件只能在平面内作相对

9、转动的转动副：两构件只能在平面内作相对转动的 运动副。运动副。l移动副：两构件只能沿某一轴线方向作相对移动副：两构件只能沿某一轴线方向作相对 移动的运动副。移动的运动副。b.b.高副：两构件通过点或线接触组成的运动副。高副：两构件通过点或线接触组成的运动副。典型的有典型的有: :齿轮副、齿轮副、凸轮副。凸轮副。261-1 1-1 运动副及其分类运动副及其分类271-1 1-1 运动副及其分类运动副及其分类2.2.另外，还有螺旋副、球面副，属于空间运动副，另外，还有螺旋副、球面副，属于空间运动副，我们不加以讨论。我们不加以讨论。281-1 1-1 运动副及其分类运动副及其分类练习：练习：291-

10、1-2 2 机构运动简图机构运动简图一、机构运动简图一、机构运动简图 用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图。运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图。二、平面机构运动简图的绘制二、平面机构运动简图的绘制 1.1.运动副的符号运动副的符号 1 1）转动副：）转动副： 2 2）移动副：）移动副： 3 3）齿轮副：）齿轮副： 4 4）凸轮副：）凸轮副：30常用运动副的符号常用运动副的符号运动副运动副名称名称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12121212

11、121212121212121212两构件之一为固定时的运动副两构件之一为固定时的运动副122121平平面面运运动动副副1-1-2 2 机构运动简图机构运动简图31平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面球球销销副副121212空空间间运运动动副副1212121-1-2 2 机构运动简图机构运动简图321-1-2 2 机构运动简图机构运动简图杆、轴构件杆、轴构件固定构件固定构件同一构件同一构件一般构件的表示方法一般构件的表示方法 2.2.构件（杆）符号构件（杆）符号33三副构件三副构件 两副构件两副构件 1-1-2 2 机构运动简图机构运动简图341-1-2 2 机构运

12、动简图机构运动简图3.3.常用机构符号常用机构符号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带带传传动动圆圆锥锥齿齿轮轮传传动动351-1-2 2 机构运动简图机构运动简图链链传传动动圆柱圆柱蜗杆蜗杆蜗轮蜗轮传动传动外啮外啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动凸凸轮轮传传动动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361-1-2 2 机构运动简图机构运动简图4.4.机构中的构件分类机构中的构件分类1 1）固定构件（机架）：固定不动的构件。）固定构件（机架）：固定不动的构件。2 2）主动件（原动件）：按给定的运动规律单独运）主动件（原动件）：按给定的运动规律单独运动的构件。动的构件

13、。3 3）从动件：构件中除主动件外的活动构件。）从动件：构件中除主动件外的活动构件。例：汽缸体例：汽缸体例：活塞例：活塞例：曲柄例：曲柄37先两头，后中间，从头至尾走一遍，先两头，后中间，从头至尾走一遍，数数构件是多少，再看它们怎相联。数数构件是多少，再看它们怎相联。 顺顺 口口 溜：溜：1-1-2 2 机构运动简图机构运动简图5.5.平面机构运动简图的绘制方法平面机构运动简图的绘制方法1 1）明确机构的组成：构件数目；运动副种类及数目。）明确机构的组成：构件数目；运动副种类及数目。2 2）分析机构的运动：找出原动件、从动件。）分析机构的运动：找出原动件、从动件。3 3）选择一视图平面：充分表

14、达机构组成运动的平面。）选择一视图平面：充分表达机构组成运动的平面。4 4）选择一合适比例尺：）选择一合适比例尺：= =实际尺寸实际尺寸/ /图上尺寸。图上尺寸。5 5）用规定符号和线条绘制简图（从原动件开始画）。）用规定符号和线条绘制简图（从原动件开始画）。381-1-2 2 机构运动简图机构运动简图【例【例1 1】如图所示为颚式碎矿机。当曲轴如图所示为颚式碎矿机。当曲轴2 2绕其轴心绕其轴心O O连连 续转动时，动颚板续转动时，动颚板3 3作往复摆动，从而将处于作往复摆动，从而将处于 动颚板动颚板3 3和固定颚板和固定颚板6 6之间的矿石之间的矿石7 7轧碎。试绘轧碎。试绘 制此碎矿机的机

15、构运动简图。制此碎矿机的机构运动简图。23B1ADC391-1-2 2 机构运动简图机构运动简图【例【例2 2】如图所示为内燃机。燃气推动活塞如图所示为内燃机。燃气推动活塞1 1往复运动，往复运动， 经连杆经连杆3 3变为曲轴变为曲轴4 4的连续转动，通过齿轮的连续转动，通过齿轮5 5、6 6 的啮合传动，由凸轮的啮合传动，由凸轮7 7带动顶杆带动顶杆8 8启闭进、排气启闭进、排气 阀。试绘制此内燃机的机构运动简图。阀。试绘制此内燃机的机构运动简图。5 53 34 47 79 92 21 16 6A AB BC CD D8 8E E401-1-2 2 机构运动简图机构运动简图【练习练习】如图所

16、示为活塞泵。曲柄如图所示为活塞泵。曲柄1 1转动由连杆转动由连杆2 2带动齿带动齿 扇扇3 3摆动，从而使齿条活塞摆动，从而使齿条活塞4 4在气缸内往复运动。在气缸内往复运动。 试绘制此活塞泵的机构运动简图。试绘制此活塞泵的机构运动简图。试着画画看？411-1-2 2 机构运动简图机构运动简图【练习练习】试绘制偏心泵的机构运动简图。试绘制偏心泵的机构运动简图。偏心泵偏心泵1234试着画画看？421-1-2 2 机构运动简图机构运动简图【练习练习】试绘制偏心轮的机构运动简图。试绘制偏心轮的机构运动简图。试着画画看？431-1-2 2 机构运动简图机构运动简图【练习练习】试绘制送料机构的机构运动简

17、图。试绘制送料机构的机构运动简图。试着画画看？441-1-3 3 平面机构的自由度平面机构的自由度一、平面运动中构件的自由度（单个构件）一、平面运动中构件的自由度（单个构件）xyz单个构件，有三个运动的可能性：单个构件，有三个运动的可能性：构件的自由度：指所具有的运动可能性。构件的自由度：指所具有的运动可能性。单个构件在平面内运动具有单个构件在平面内运动具有三个三个自由度。自由度。xyo451-1-3 3 平面机构的自由度平面机构的自由度二、运动副的约束二、运动副的约束低副低副2 2个约束，个约束，高副引入高副引入1 1个约束个约束tt121.1.约束：对构件独立运动所施加的限制。约束：对构件

18、独立运动所施加的限制。2.2.运动副引入约束情况：运动副引入约束情况：1 1）转动副：）转动副：2 2）移动副：）移动副：3 3）平面高副：）平面高副：引入引入2 2个约束个约束引入引入2 2个约束个约束引入引入1 1个约束个约束461-1-3 3 平面机构的自由度平面机构的自由度三、平面机构自由度计算三、平面机构自由度计算机构的自由度计算公式：机构的自由度计算公式： F=3n(2PL +PH )1.1.机构的自由度机构的自由度 机构中各构件相对于机架（定参考系）机构中各构件相对于机架（定参考系）所具有的独立运动的数目。所具有的独立运动的数目。2.2.平面机构自由度计算平面机构自由度计算活动构

19、件数活动构件数 n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 3n2 PL1 PH471-1-3 3 平面机构的自由度平面机构的自由度【例【例3 3】计算曲柄滑块机构的自由度。计算曲柄滑块机构的自由度。F=3n2PLPH ACB解：解： =3324=1481-1-3 3 平面机构的自由度平面机构的自由度【例【例4 4】计算活塞泵机构的自由度。计算活塞泵机构的自由度。F=3n2PLPH ACBDEF1234555解：解： =3425-1=1491-1-3 3 平面机构的自由度平面机构的自由度【练习练习】计算下面机构的自由度。计算下面机构的自由度。F=3n2PLPH B3

20、31 132ACF=3n2PLPH 123465解：解：解：解： =3527-0=1=1 =3324-0 =1501-1-3 3 平面机构的自由度平面机构的自由度F=3n2PLPH ABCDGH解：解：F=3n2PLPH ABCDEF1234562 2解：解： =3527-0=1 =3527-0 =1511-1-3 3 平面机构的自由度平面机构的自由度【例【例5 5】计算凸轮机构的自由度。计算凸轮机构的自由度。F=3n2PLPH 1231231 1解：解：=3222-1 =1521-1-3 3 平面机构的自由度平面机构的自由度四、计算平面机构自由度时的注意事项四、计算平面机构自由度时的注意事项

21、若有若有m个构件相连，则有（个构件相连，则有（m-1-1）个转动副。）个转动副。1.1.复合铰链：两个以上构件在同一处以转动副相连。复合铰链：两个以上构件在同一处以转动副相连。 531-1-3 3 平面机构的自由度平面机构的自由度冲剪机构冲剪机构(b)(a)B243AoDCB651243F=3n2PLPH 解：解：=3527-0 =1541-3 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度12345678ABCDEF圆盘给料机圆盘给料机F=3n2PLPH 解：解： =37210-0=1551-3 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度惯性筛机构惯性筛机构F=3n2PLPH 解：解：摆筛机构摆筛机

22、构2435666235666ABCDEFABCDEF11=3527-0 =14561-3 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度2.2.局部自由度：局部自由度：123F=3n2PLPH =3323-1 =2该机构只有一个独立运动，该机构只有一个独立运动，所以不对，想一想为什么呢？所以不对，想一想为什么呢？解：解：机构中某个构件的局部运动对整个机构中某个构件的局部运动对整个机构运动不产生影响，则该机构局机构运动不产生影响，则该机构局部运动的自由度称局部自由度。部运动的自由度称局部自由度。571-3 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度123231计算时去掉滚子和铰链：计算时去掉滚子和铰链：

23、去除局部自由度方法：去除局部自由度方法：计算时去除局部自由度数：计算时去除局部自由度数：滚子的作用：滚子的作用：滑动摩擦滑动摩擦滚动摩擦。滚动摩擦。1.1.假想将小滚子与从动件焊在一起，作为一个构假想将小滚子与从动件焊在一起，作为一个构件计算。件计算。2.2.将小滚子作为正常构件按公式计算，然后从结将小滚子作为正常构件按公式计算，然后从结果中减去局部自由度数。果中减去局部自由度数。解：解：F=3n2PLPH =3222-1 =1解：解：F=3n2PLPH =3323-1-1 =158多加一个杆多加一个杆FEFE和两个转动和两个转动副后，副后，n=4=4、PL L=6=6、PH H=0=0，则则

24、F=0=0，但机构能动，所，但机构能动，所以，不对；把以，不对；把拆下，连拆下，连接到接到，则，则，成，成为真约束，机构不能动了。为真约束，机构不能动了。为什么呢？为什么呢？1-3 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度2.2.虚约束：虚约束：ABCDEFE1AB=CDBC=AD引入构件引入构件引入个自由度引入个自由度引入个转动副引入个约束引入个转动副引入个约束说明：虚约束是在一定几何条件下存在的，否则为真约束说明：虚约束是在一定几何条件下存在的，否则为真约束计算时除去不计。计算时除去不计。机构中某些运动副所引入的约束对机构机构中某些运动副所引入的约束对机构的运动没产生约束作用。的运动没产生

25、约束作用。591-1-3 3 平面机构的自由度平面机构的自由度虚约束常出现的情况：虚约束常出现的情况：u两构件组成多个导路方向相同的移动副。两构件组成多个导路方向相同的移动副。u两构件组成多个轴线重合的转动副。两构件组成多个轴线重合的转动副。1BCADD2A2AAA1260D1-1-3 3 平面机构的自由度平面机构的自由度u两构件在组成多个接触点处公法线彼此重合的两构件在组成多个接触点处公法线彼此重合的高副。高副。u机构中传递运动不起独立作用的重复部分。机构中传递运动不起独立作用的重复部分。Wn1n1n2n2AAAAn1n1n2n2EFABCAFEBCD611-3 1-3 平面机构的自由度平面

26、机构的自由度u机构中传递运动不起独立作用的重复部分。机构中传递运动不起独立作用的重复部分。BADCFEBAOC虚约束对运动不起约束作用，计算时又除虚约束对运动不起约束作用，计算时又除去不计，为什么还存在呢？去不计，为什么还存在呢？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。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。621-3 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度1234五、平面机构具有确定运动的条件五、平面机构具有确定运动的条件1. F原动件数原动件数影

27、响：运动不确定影响：运动不确定3. F=0影响：构件间无相对影响：构件间无相对 运动运动123123412345机构具有确定运动条件：机构具有确定运动条件： F= F=原动件数且原动件数且F0 F0 63CDABGFoECDABGFoEE1-3 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度【练习练习】计算图示大筛机构的自由度。计算图示大筛机构的自由度。F=3n 2PL PH 解：解：=37 29 1=26491-3 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度【练习【练习】计算图示包装机送纸机构的自由度。计算图示包装机送纸机构的自由度。B2I9C 3A1J6H87DE4FG5A1B2C 3J6H87DE4FG5I8 F=3n 2PL PH =36 27 3 =1解：解：65ABCDFEEGHF=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1C:C:复合铰链复合铰链E E：虚约束虚约束滚子为局部滚子为局部自由度自由度练习