机械原理机构的构型分析市公开课一等奖省赛课获奖课件

项目一平面机构结构分析机构组成平面机构运动简图平面机构自由度机械原理机构的构型分析第1页1、机构及运动副概念、机构运动简图绘制。2、有虚约束、复合铰链、局部自由度时机构自由度计算。（一）教学要求1、了解机构组成；了解自由度、运动副、约束概念及三者关系。2、能依据实物绘制机构运动简图。3、熟练掌握机构自由度计算，并判断机构运动是否确定。（二）教学重点与难点机械原理机构的构型分析第2页一、机构组成（一）运动副使两个构件直接接触，同时又含有一定相对运动连接。运动副：滑块与导槽啮合中一对齿廓轴承中滚动体与内外圈滚道机械原理机构的构型分析第3页（二）自由度和运动副约束构件相对于参考系含有独立运动参数数目称为构件自由度。如图所表示,在xOy坐标系中,构件M可随其上任一点沿x轴、y轴方向移动，也可在xOy平面转动，这三个独立运动称为该构件自由度。机械原理机构的构型分析第4页

平面机构每个活动构件在未组成运动副之前都有三个自由度。当两个构件直接接触组成运动副之后，它们相对运动就受到限制，自由度随之降低。运动副对构件独立运动所加限制称为约束。不一样类型运动副引入约束数不一样。每引入一个约束,构件就降低一个自由度。而约束多少及约束特点取决于运动副详细形式。

运动副可分为平面运动副和空间运动副两大类，本章主要介绍平面运动副。运动副分类机械原理机构的构型分析第5页按两构件接触情况，平面运动副常分为低副、高副两大类。1、低副两构件以面接触而形成运动副。(1)转动副：若组成运动副两个构件只能在一个平面内做相对转动,则称为转动副,也称铰链。(2)移动副：若组成运动副两个构件只能沿轴线相对移动,则称为移动副。两构件中如有一个构件固定不动,则称为固定铰链；二者均能转动，则称为活动铰链。平面运动副分类机械原理机构的构型分析第6页(a)固定铰链机械原理机构的构型分析第7页(b)活动铰链动画展示机械原理机构的构型分析第8页移动副动画展示机械原理机构的构型分析第9页转动副、移动副实例转动副移动副机械原理机构的构型分析第10页2.高副

两构件以点或线接触而组成运动副。凸轮副机械原理机构的构型分析第11页齿轮副动画展示机械原理机构的构型分析第12页空间运动副

若两构件之间相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。如：球面副、螺旋副。（螺旋副动画展示）球面副机械原理机构的构型分析第13页两个以上构件以运动副连接而成系统称为运动链。若组成运动链各构件形成首尾封闭系统，则称为封闭运动链，简称闭链，如图(a)、(b)所表示；若组成运动链各构件未形成首尾封闭系统，则称为开式运动链，简称开链，如图(c)所表示。（三）运动链机械原理机构的构型分析第14页

在运动链中，若将某一构件加以固定，且当一个或几个可动构件按照给定规律独立运动时，其余构件也随之做一定运动，这种运动链称为机构。机构中固定不动构件称为机架，它用来支承机构中可动构件；按照给定运动规律独立运动构件称为原动件或主动件，它是机构中输入运动或动力构件，又称为输入构件。其余可动构件称为从动件。机构是由原动件、从动件和机架组成。机械原理机构的构型分析第15页二、平面机构运动简图机构运动简图：撇开实际机构中与运动无关原因，用简单线条和要求运动副代表符号表示构件和运动副，并按一定百分比定出各运动副间相对位置，表示出各构件间相对运动关系简图。

机构运动简图中普通包含：（1）构件数目；（2）运动副数目；（3）构件之间连接关系；（4）与运动变换相关构件尺寸参数；（5）主动件及运动特征。机械原理机构的构型分析第16页构件可分为机架、原动件和从动件。（1）机架用来支承活动构件构件。（2）原动件(主动件)接收外界给定运动规律活动构件。（3）从动件伴随原动件运动而运动其余活动构件。（一）运动副及构件表示方法1、构件构件均用线段或小方块表示，画有斜线表示机架。机械原理机构的构型分析第17页构件表示机械原理机构的构型分析第18页2.转动副构件组成转动副时，其表示方法有：图面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。表示转动副圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。一个构件含有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线，如图c。机械原理机构的构型分析第19页机械原理机构的构型分析第20页3.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。机械原理机构的构型分析第21页4.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曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，惯用点划线划出其节圆。凸轮副齿轮副机械原理机构的构型分析第22页（二）绘制机构运动简图步骤（1）经过观察和分析机构结构组成和运动传递情况，首先认清机构机架、原动件，按传动路线逐一分清各从动件；然后循着传动路线仔细分析各构件之间相对运动性质，各构件间形成运动副类别和数目；并测出每个构件上各运动副之间运动特征尺寸。（2）恰当地选择投影面。选择时应以能简单、清楚地把机构运动情况表示出来为标准。普通选取与构件运动平面相平行平面作为投影面。机械原理机构的构型分析第23页（3）把原动件固定在某一位置，选取适当百分比尺。（4）用要求符号画出运动副，并用简单线条或图形联接，标出构件号数及运动副代号字母，以及原动件转向箭头，而且注明绘图时尺寸百分比尺或在图纸上列表说明各构件运动特征尺寸，即得机构运动简图。机械原理机构的构型分析第24页解：1）分析运动，确定构件类型和数量2）确定运动副类型和数目3）选择视图平面4）选取百分比尺，依据机构运动尺寸，定出各运动副间相对位置5）用简单线条和要求符号表示出各构件和运动副，画出机构运动简图。

例1试绘制内燃机机构运动简图机械原理机构的构型分析第25页气缸体1活塞2连杆3曲轴4凸轮7顶杆8齿轮6齿轮5机械原理机构的构型分析第26页机械原理机构的构型分析第27页三、平面机构自由度1.实例分析

不能产生运动

给定构件1运动参数构件2、3运动是确定

（一）机构含有确定运动条件机械原理机构的构型分析第28页给定构件1运动参数，构件2、3、4运动是不确定。

若再给定构件4运动参数，构件2、3运动是确定。机械原理机构的构型分析第29页结论

机构含有确定运动时所必须给定独立运动参数数目称机构自由度。平面机构含有确定运动条件：机构原动件个数应等于机构自由度数目。原动件数＜自由度数，机构无确定运动原动件数＞自由度数，机构在微弱处损坏机械原理机构的构型分析第30页（三）平面机构自由度计算

一个构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。机械原理机构的构型分析第31页机构自由度计算公式n：机构中活动构件数；Pl：机构中低副数；Ph：机构中高副数；F：机构自由度数；＝3n－2P－Ph设则机构自由度：－F=3n2PlPh+（）

平面机构含有确定运动条件：机构原动件个数应等于机构自由度数目，即W=F=3n-2Pl-Ph

机械原理机构的构型分析第32页3.计算实例

解：n=3,Pl=4,Ph=0F=3n-2Pl-Ph

=3×3-2×4-0=1

机械原理机构的构型分析第33页计算实例

n=5,Pl=7,Ph=0F=3n–2Pl–Ph

=3×5–2×7–0=1解：机械原理机构的构型分析第34页计算自由度时应注意几个情况

由K个构件以复合铰链相联接时组成转动副数为(K-1)个。1、复合铰链由两个以上构件在同一处以转动副相联而成铰链称为复合铰链。机械原理机构的构型分析第35页例2计算图示钢板剪切机自由度解：由图可知,n=5,Pl=7,Ph=0(B处为复合铰链,含两个转动副)，则：

F＝3n－2Pl－Ph＝3×5－2×7－0＝1机械原理机构的构型分析第36页个别构件所含有，不影响整个机构运动自由度称为局部自由度。2、局部自由度n=2,Pl=2,Ph=1,F=3×2-2×2–1=1◆实际结构上为减小摩擦采取局部自由度。计算自由度时，应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。机械原理机构的构型分析第37页重复出现，对机构运动不起独立限制作用约束称为虚约束。3、虚约束应除去虚约束，即将产生虚约束构件MN及运动副除去不计。n=3,Pl=4,Ph=0F=3×3-2×4–0=1机械原理机构的构型分析第38页

（1）轨迹重合：

连接构件上轨迹和机构上连接点轨迹重合时,引入虚约束。虚约束常见情况及处理◆计算时将虚约束去掉。

（a）（b）机械原理机构的构型分析第39页◆计算中只计入一个移动副。

（2）导路平行或重合移动副：

两构件组成多个导路相互平行移动副时,会出现虚约束。机械原理机构的构型分析第40页

（3）轴线重合转动副：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，其余为虚约束。◆计算中只计入一个转动副。机械原理机构的构型分析第41页◆计算中应将对称部分除去不计。

（4）传动对称：机构中对运动不起独立作用对称部分，将产生虚约束。机械原理机构的构型分析第42页例3.3计算大筛机构自由度,判断机构是否含有确定相对运动。机械原理机构的构型分析第43页解：C处为复合铰链；E和E′其中之一为虚约束；F处滚子为局部自由度。机构可动构件数n=7,低副数Pl＝9,高副数Ph=1。F＝3n－2Pl－Ph＝3×7－2×9－1＝2此机构自由度数等于2,与原动件数相等，即W=F，机构含有确定相对运动。机械原理机构的构型分析第44页一、运动副及其分类高副低副转动副移动副二、构件自由度、运动副和约束关系

总结1.平面内自由构件，有3个自由度；空间内自由构件，有6个自由度。2.构件自由度、运动副和约束关系（1）转动副：2—约束，1—自由度（2）移动副：2—约束，1—自由度（3）平面高副：1—约束，2—自由度机械原理机构的构型分析第45页三、机构运动简图绘制1、找出组成机构各构件2、选择视图平面3、绘制机构简图四、机构自由度计算2.平面机构含有确定运动条件：机构原动件个数应等于机构自由度数目，即W=F=3n-2Pl-Ph

F=3n-2Pl-Ph

1.机构自由度：机械原理机构的构型分析第46页五、计算自由度时应注意几个情况

1、复合铰链2、局部自由度3、虚约束机械原理机构的构型分析第47页1、机构中原动件数目小于机构自由度数时，则此机构()。A.含有确定相对运动B.只能作有限相对运动C.运动不能确定D.不能运动2、平面机构中若引入一个高副将带入()个约束，而引入一个低副将带入()个约束。约束数与自由度数关系是()。3、两个做平面平行运动构件之间为()接触运动副称为低副；而为()或()接触运动副称为高副。4、机构含有确定运动条件是什么？5、机构运动简图有什么作用？怎样绘制机构运动简图？6、何谓构件自由度和运动副约束？7、在计算机构自由度时，要注意哪些事项？复习思索题机械原理机构的构型分析第48页1、画出图示平面机构运动简图，并计算其自由度。习题（a）(b)(c)机械原理机构的构型分析第49页2、一简易冲床初拟设计方案如图。设计者思绪是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A上凸轮2与杠杆3组成凸轮机构将使冲头4上下运动以到达冲压目标。试绘出其机构运动简图，分析其运动是否确定，