机构组成的教案

机构组成的教案第1页/共81页CompanyLogo本章主要内容机构组成要素平面机构运动简图平面机构自由度计算速度瞬心及其在机构速度分析上的应用第2页/共81页本章学习要求1、了解机构的组成及运动副的分类2、熟悉机构运动简图的绘制3、掌握机构具有确定运动的条件及够平面机构自由

度的计算4、能利用速度瞬心法进行平面机构的速度分析第3页/共81页本章重点1、机构运动简图的绘制

2、机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算

机构自由度计算中有关虚约束概念、识别及处理本章重点本章难点第4页/共81页第一节机构组成要素一、构件和零件构件——独立运动的最小单元零件——制造的最小单元机器＝构件

运动副——构件间的可动联接（两个构件直接接触，产生一定的相对运动的联接）

运动副的分类:

（1）低副：面接触的运动副如转动副、移动副。二、运动副及其分类转动副移动副转动副第5页/共81页螺旋副球面副二、运动副及其分类（2）高副：点、线接触的运动副.如齿轮副、凸轮副。

凸轮副齿轮副齿轮副第6页/共81页

表2－1常用运动副的符号第7页/共81页第8页/共81页第9页/共81页两个以上的构件，用运动副连接而成的相对可动的系统称运动链。闭式运动链开式运动链三．运动链第10页/共81页四．机构机架：相对静止的构件。原动件：按给定的已知运动规律独立运动的构件。从动件：运动取决于原动件和其余活动构件。平面机构:各构件的运动平面相互平行的机构。空间机构：各构件的运动为空间运动的机构。从动件机架原动件第11页/共81页第二节平面机构运动简图一．机构运动简图

分析和设计机器时，需要根据机构的运动尺寸，按一定比例定出各运动副的位置，并用运动副和常用机构运动简图的符号和简单线条，把机构的运动关系表示出来。常用运动副的符号：见表2－1机构运动简图常用符号：见表2－2

这种用简单的线条和规定的符号，按一定比例关系表示机构运动关系的图形称机构运动简图。第12页/共81页二、机构运动简图绘制

绘制路线：原动件中间传动件最终从动件（输出构件）

重点观察：各构件间构成的运动副类型；

符合规范：各种运动副和构件用规定的符号表达。注意事项：忽略构件外形。1、分析机构的构造和运动状况；

2、确定原动件、从动件和机架；

3、沿着运动路线逐一分析每两个构件间的相互运动性质及各运动副类型和数目；

4、选择能表达构件运动关系的视图平面，用规定的符号和简单的线条，以适当的比例绘出机构运动简图，并标出各构件编号和运动副的代号。画图步骤：第13页/共81页例2－1解：颚式破碎机由曲轴1、构件2、3、4以及动颚板5和机架6共6个构件组成.其中曲轴为机构的原动力，动颚板为工作部分；传动路线为曲轴1→构件2，3→构件4→动颚板5，各构件均以转动副相联接；选择图示平面为视图平面，绘制颚式破碎机构运动简图如图所示。

颚式破碎机如图示，当曲轴1绕轴作连续回转时，颚板5绕轴心F作往复摆动，从而将矿石粉碎。试绘制其机构运动简图．第14页/共81页例2－２试画出图示摆缸式液压泵机构的运动简图。解液压泵的原动件为曲柄2。曲柄2与机架3在A点构成转动副，与构件1在B点也构成转动副，构件1在构件4的槽中移动，因此形成移动副。构件4与构件（机架）3在C点形成转动副。以图示平面为视图平面，并定出各转动副的中心位置，绘制出摆缸式液压泵机构运动简图如所示。第15页/共81页1）平面运动副：组成运动副两构件间作相对平面运动

齿轮副转动副2）空间运动副：组成运动副两构件间作相对空间运动。螺旋副球面副1、根据组成运动副的两个构件的相对运动形式分类第16页/共81页

根据运动副的接触形式，运动副归为两类1）低副：面接触的运动副。如

:

移动副转动副

2）高副：点或线接触的运动副。齿轮副凸轮副2按两构件之间的接触形式分类第17页/共81页3按两构件之间的相对运动方式分类转动副——两构件之间的相对运动为转动

移动副——两构件之间的相对运动为移动螺旋副——两构件之间的相对运动为螺旋运动球面副——两构件之间的相对运动为球面运动第18页/共81页机构：在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各活动构件都有确定的相对运动，则此运动链称为机构。机架原动件从动件请大家思考以下2种说法是否正确为什么？1运动链是机构2机构是运动链机构是具有确定运动的运动链。第19页/共81页机构运动简图和机构示意图区别？

为了便于研究机构的运动，可以撇开构件、运动副的外形和具体构造，而只用简单的线条和符号代表构件和运动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成和传动情况。这样绘制出能够准确表达机构运动特性的简明图形就称为机构运动简图。

只是为了表明机构的运动状态或各构件的相互关系，也可以不按比例来绘制运动简图，通常把这样的简图称为机构示意图。第20页/共81页1212移动副转动副第21页/共81页常用符号

凸轮机构齿轮机构第22页/共81页偏心轮BA12BA21第23页/共81页O2

D

B

C

O3

6

5

4

3

A

O1

2

例

图示为颚式碎矿机。当曲轴2绕轴心O1连

续回转，动颚板6绕轴心O3往复摆动，从而将矿石轧碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。

1

第24页/共81页

1.分析整个机构的工作原理2、沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动关系，确定运动副的类型和数目3.选择适当的视图平面4.绘图

1.选择机架2、提取构件的运动尺寸3.定比例尺4.选择机构运动中的一个状态5.确定各运动副位置，绘图6.AA、B、C…表示运动副1、2、3…表示构件O1、O2…表示固定转轴7.原动件的运动方向绘图分析O2

D

B

C

O3

6

5

4

3

A

O1

2

1

第25页/共81页鹤式起重机前轮转向机构第26页/共81页摆动式油泵自动卸料汽车手摇唧筒HIGHEDUCATIONPRESS椭圆规第27页/共81页惯性筛机构户外摄影平台第28页/共81页雷达旋转装置和面机第29页/共81页1、分析

机构由转台1、动臂2、动臂缸筒3及活塞杆4、斗杆缸筒5及活塞杆6、斗杆7、转斗缸筒8及活塞杆9、铲斗10共10个构件组成。三个液压缸为原动件，分别驱动动臂2绕A点转动、斗杆7绕F点转动、铲斗10绕I点转动；铲斗10为工作构件。第30页/共81页2、确定运动副类型。有A、B、C、D、E、F、G、H、I共9个转动副，三个液压缸构成3个移动副。

3、测量主要尺寸，计算长度比例和图示长度。经测量得LAC=1.8m、LAF=3.3m、LCF=1.7m、LFI=1.4m。设图样最大尺寸为60mm，则长度比例==(3.3+1.4)/60=0.08m/mm。计算各杆长度：AF＝3.3/0.08≈41（mm）AC＝1.8/0.08≈22.5（mm）CF＝1.7/0.08≈21（mm）FI＝1.4/0.08≈17.5（mm）第31页/共81页4、绘制机构运动简图。

①按各运动副间的图示距离和相对位置，选择适当的瞬时位置，用规定的符号表示各运动副；B、D、G、H等各点的位置对主体运动影响不大，其位置可适当选取；

②用直线将同一构件上的运动副连接起来，并标上件号、铰点名和原动件的运动方向，即得所求的机构运动简图。第32页/共81页第33页/共81页第34页/共81页第35页/共81页图所示是为高位截肢的人所设计的一种假肢膝关节机构，该机构能保持人行走的稳定性。若以颈骨1为机架，试绘制其机构运动简图和计算其自由度，并作出大腿弯曲90度时的机构运动简图。第36页/共81页

第37页/共81页xyＯ21第38页/共81页第三节平面机构自由度计算机构自由度

——机构具有独立运动的数目约束

——对构件某个方向的运动限制平面运动副引入的约束：

平面低副引入2个约束平面高副引入1个约束如图示一构件用运动副与其它构件连接后:运动副引入约束，原自由度减少。与其它构件未联接之前：

有3个自由度xyＯ21一．平面机构的自由度及机构具有确定运动的条件第39页/共81页机构各构件未联接前总自由度：3n联接后引入的总约束数：2PL+PH机构自由度F计算公式：F=3n

－2PL－PH

活动构件数n设平面机构有低副数PL

高副数PH解：例：计算图示机构的自由度。平面机构自由度的计算：∵n=3,PL=4,PH=0∴F=3n-2PL-PH=1第40页/共81页机构具有确定运动的条件：F＝机构原动件数若F

≤0，机构无运动.1234ABCDF<机构原动件数，机构可能发生破坏；

F>机构原动件数，机构的运动规律将不确定。无规律运动不能运动F=0F=-1F=2第41页/共81页第42页/共81页二、计算平面机构自由度应注意的问题

（一）复合铰链两个以上构件在同一处以转动副相联接,构成复合铰链。m个构件,m-1个铰链

若m个构件在某处形成复合铰链，则转动副数目应是m-1.第43页/共81页第44页/共81页作者：潘存云教授12345678ABCDEF例计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数n=7低副数PL=6F=3n－2PL－PH高副数PH=0=3×7－2×6－0=9计算结果肯定不对！第45页/共81页上例：在B、C、D、E四处应各有2

个运动副。重新计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数n=7低副数PL=10F=3n－2PL－PH

=3×7－2×10－0=112345678ABCDEF作者：潘存云教授圆盘锯机构第46页/共81页例2－3解图中表明，在C处两滑块与杆BC构成复合铰链，故C处有2个转动副和2个移动副。

E处只有两滑块构成铰链，不是复合铰链，故E处有1个转动副和2个移动副。根据分析可知，该机构中：活动构件数n＝7，低副数高副数故其自由度为：第47页/共81页

（二）局部自由度解：有局部自由度,应去除不计。与输出构件运动无关的自由度称为局部自由度。计算机构自由度时，应将局部自由度除去不计。例2－4计算所示滚子从动件凸轮机构的自由度第48页/共81页（三）虚约束对机构的运动起重复约束作用的约束，称为虚约束。计算机构自由度时，应除去不计。红杆为虚杆！1杆＋2低副，引入１个虚约束。正确！?第49页/共81页常见虚约束：2)二构件同时在几处接触构成多个移动副（转动副），且各移动副（转动副）导路中心线平行（轴线重合），则仅一个移动副（转动副）起作用，其余移动副（转动副）引入的约束为虚约束；两滑块只有一个起约束的作用，另一个为虚约束1)二构件用转动副联接连，且运动轨迹重合，连接点带入一个虚约束；第50页/共81页注意虚约束的特定条件，若特定条件不满足，虚约束变实约束。齿轮2和齿轮2‘，有一个为虚约束。4)机构运动过程中，二构件上两点距离保持不变，用一个构件和双转动副联接该两点，引入虚约束。3）机构中的对称重复部位引入虚约束第51页/共81页归纳机构自由度计算的步骤：1、判断:判断有无复合铰链（不能数少）判断有无局部自由度（应去除）判断有无虚约束（应去除）2、确定：确定活动构件数n＝？确定运动副数PL＝？;PH＝？3、按下式计算自由度：

第52页/共81页DAFCBE主动件12345矿石判断破碎机是否有确定运动。鳄式破碎机第53页/共81页DAFCBE主动件12345矿石判断破碎机是否有确定运动。F=3n-（2pL+ph）n=5;pL=7;ph=0;F=35-(27+0)=1.F=主动件数，故有确定运动。第54页/共81页ABCDEE'FHOG123456789求大筛机构的自由度F=？第55页/共81页ABCDEE'FHOG123456789求大筛机构的自由度F=？主动件1，8局部自由度两者之一为虚约束复合铰链第56页/共81页CABDEE'FHOG123456789ABDEE'FHOG123456789第57页/共81页ABDEE'FHOG123456789n=?Ph=?PL=?n=7Ph=1PL=9F=37-(29+1)=2第58页/共81页两构件构成高副，两处接触，且法线重合。如等宽凸轮W注意：法线不重合时，变成实际约束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A第59页/共81页虚约束的作用：①改善构件的受力情况，如多个行星轮。②增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。③使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。第60页/共81页B2I9C3A1J6H87DE4FG5计算图示包装机送纸机构的自由度。分析：活动构件数n：A1B2I9C3J6H87DE4FG592个低副复合铰链:局部自由度2个虚约束:1处I8去掉局部自由度和虚约束后：

n=6PL=7F=3n－2PL－PH

=3×6－2×7－3=1PH=3第61页/共81页第四节速度瞬心及其在机构速度分析上的应用一、速度瞬心机构速度分析的图解法有：速度瞬心法、相对运动法、线图法。瞬心法尤其适合于简单机构的运动分析。

二构件均运动，其瞬心称相对速度瞬心.

二构件中一个静止，其瞬心称绝对速度瞬心.速度瞬心：互作平面运动的二构件上瞬时速度相等的重合点。（图示点P12）特点：①该点涉及两个构件。②绝对速度相同，相对速度为零。③相对回转中心。第62页/共81页二.速度瞬心位置的确定

（一）按速度瞬心的定义来确定直接相联的二构件之瞬心位置（显瞬心）

机构有k个构件，∵每两个构件就有一个瞬心∴根据排列组合,瞬心数N为转动副移动副滚＋滑纯滚动第63页/共81页123P21P31E3D3VE3VD3A2VA2VB2A’2E’3P32结论：P21、P31、P32

位于同一条直线上。B2第64页/共81页

（二）按三心定理确定不相邻构件间的瞬心位置（隐含的瞬心）三心定理：作平面相对运动的三构件,其三个速度瞬心必位于同一直线上。例2-5求图2－20所示铰链四杆机构各速度瞬心的位置。解：该机构的速度瞬心数目为A、B、C、D分别是瞬心P14、

P12、P23、

P34。

根据三心定理，P14、P34、P13应在同一条线上，而P12、P23、P13也应在同一条线上，故这两条的交点即为瞬心P13

。同理，P14、P12、P24

应在同一条线上，而P34、P23、P24也应在同一条线上，两条线的交点即为瞬心P24，如图所示。第65页/共81页三、利用速度瞬心进行平面机构的速度分析

例2－６已知曲柄滑块机构各杆的长度和1。求滑块速度v3。解：

1.由瞬心位置的确定方法，求瞬心P132.由于滑块仅作平动，故

运动方向向左1234第66页/共81页三、利用速度瞬心进行平面机构的速度分析

例２－７图示平底从动件凸轮机构的各构件尺寸已知，凸轮转动角速度为，试求图示位置时从动件2的速度。此时，平底从动件向上运动。

解：根据瞬心位置的确定方法，求得凸轮和平底从动件两构件在图示瞬时的速度瞬心为。由于平底从动件只作平动，故有第67页/共81页例：求铰链四杆机构的瞬心。已知ω1，求ω3。ADBC1234P14P12P23P34相对瞬心的数目：瞬心P14

P12

P23

P34分别位于转动副A、B、C、D的中心。瞬心P13，P24为不直接接触的两构件的瞬心，应用三心定理求解。四、速度瞬心法在平面机构速度分析中的应用速度瞬心法在平面机构速度分析中的应用第68页/共81页24求P24

构件4，1，2的三个瞬心P14，P12，P24应位于同一直线上；

构件4，3，2的三个瞬心P34，P23，P24应位于同一直线上。

这两条直线的交点即为P24。同理可求出P13。13注意观察规律性：绝对速度瞬心：P14，P24，P34相对速度瞬心：P13，P12，P23瞬心多边形ABCDP34P14P244123P13P12P23例：求铰链四杆机构的瞬心例1第69页/共81页该式表明：两构件的角速度与其绝对速度瞬心

至相对速度瞬心的距离成反比。P13在P14和P34的同一侧时，ω1和ω3的方向相同；P13在P14和P34之间时，

ω1和ω3的方向相反。ABCDP34P14P244123P13P12P23VP13例：求铰链四杆机构的瞬心已知ω1，求ω3。第70页/共81页已知：凸轮的角速度1，凸轮轮廓为圆试求：从动件2的线速度v2。231AO解：滚子绕自身轴线的转动为局部自由度，计算瞬心数目时可不考虑。可看成将滚子焊接到从动件2上。例：直动滚子从动件凸轮机构例2第71页/共81页例2：直动滚子从动件凸轮机构

V2=VB2

=VB1n

直线P23P13

和接触点C的法线n-n的交点B是瞬心P12。=1

·LABAOB（P12）C23（P13）2＝B11P23∞23113P12P23Pn第72页/共81页

例：齿轮－连杆组合机构齿轮3绕固定齿条4作纯滚动，已知滑块1的速度V1，求齿轮3中心点D的速度VD。1234ABCDGFV1例3第73页/共81页首先标出相互接触两构件的瞬心：P12、P23、P34、andP14123ABCDGF12P()P()P23P14∞V1()

例：齿轮－连杆组合机构第74页/共81页123ABCEDGF12P()13P()P()P23P14∞V1()P13位于直线

P12P23上P13