绪论和第一章平面机构的自由度

1、机械设计基础,辽宁省教育软件大赛参赛作品,一、本课程的性质、研究的对象、内容及任务,绪论,1.性质：技术基础课,2.研究对象：机械,3.内容：机械的基本原理；,4.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、 结构特点、设计方法。,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。,二、机械的组成 1.机械的组成,原动部分,控制部分,传动部分,工作部分,机械动力的来源,将原动部分的运动和动力传递给工作部分的中间环节,直接完成工艺工作的部分,作用 改变运动速度 改变运动形式,保证机器的启动停止和正常协调动作,绪论,活塞,顶杆,连杆,曲轴,齿轮,气缸体,滚

2、子,凸轮,绪论,内燃机的组成,控制器(控制),电动机(原动),带(传动),减速器(传动),波轮(工作),自动洗衣机的组成,绪论,绪论,2.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 的装置。 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。 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 与机械没有区别。,机器与机构联系 共性：各部分间具有确定的相对运动； 联系：机构组成了机器。,绪论,绪论,蒸汽机车,内燃机车,绪论,工业机器人,绪论,内燃机,工件自动载送装置,绪论,绪论,自动机床,绪论,调速器,绪

3、论,牛头刨床,绪论,转塔刀架,绪论,小型抓片机构,3.零件与构件 零件：组成机械的需要一个个单独加工的部分，不 能再拆的最小单元，亦称制造单元。,分类,通用零件：齿轮、螺钉、轴、弹簧,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 造单元。 例：连杆机构、联轴器、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。,绪论,轴,直齿圆柱齿轮,弹簧,各种零件,绪论,连杆机构,绪论,联轴器,滚动轴承,绪论,三、本课程的要求及考核方式 1.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； 遵守课堂纪律，不迟到、不早退。,3.课程设计：2周 考核：绘图

4、+说明书+答辩+考勤,绪论,2.考核方式：,第一章 平面机构运动简图及自由度,本章主要内容：,第一章 平面机构运动简图及自由度,1-1 运动副及其分类 1-2 平面机构运动简图 1-3 平面机构的自由度,1-1 运动副及其分类,一、运动副,1.运动副定义：,两个构件通过接触组成的可动连接。,2.运动副元素：,构件上参与接触的点、线、面。,1-1 运动副及其分类,二、运动副分类,1.按两构件接触特性分：,a.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：,转动副：两构件只能在平面内作相对转动的 运动副。,移动副：两构件只能沿某一轴线方向作相对 移动的运动副。,b.高副：两构件

5、通过点或线接触组成的运动副。,典型的有:,齿轮副、,凸轮副。,1-1 运动副及其分类,1-1 运动副及其分类,2.另外，还有螺旋副、球面副，属于空间运动副，我们不加以讨论。,1-1 运动副及其分类,练习：,1-2 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,1.运动副的符号,1）转动副：,2）移动副：,3）齿轮副：,4）凸轮副：,常用运动副的符号,运动副 名称,运动副符号,两运动构件构成的运动副,转动副,移动副,两构件之一为固定时的运动副,平面运动副,1-2 机构运动简图,平面高副,螺旋副,

6、球面球销副,空间运动副,1-2 机构运动简图,1-2 机构运动简图,杆、轴构件,固定构件,同一构件,一般构件的表示方法,2.构件（杆）符号,三副构件,两副构件,1-2 机构运动简图,1-2 机构运动简图,3.常用机构符号,1-2 机构运动简图,1-2 机构运动简图,4.机构中的构件分类,1）固定构件（机架）：固定不动的构件。,2）主动件（原动件）：按给定的运动规律单独运动的构件。,3）从动件：构件中除主动件外的活动构件。,例：汽缸体,例：活塞,例：曲柄,1-2 机构运动简图,5.平面机构运动简图的绘制方法,1）明确机构的组成：构件数目；运动副种类及数目。,2）分析机构的运动：找出原动件、从动件

7、。,3）选择一视图平面：充分表达机构组成运动的平面。,4）选择一合适比例尺：=实际尺寸/图上尺寸。,5）用规定符号和线条绘制简图（从原动件开始画）。,1-2 机构运动简图,【例1】如图所示为颚式碎矿机。当曲轴2绕其轴心O连 续转动时，动颚板3作往复摆动，从而将处于 动颚板3和固定颚板6之间的矿石7轧碎。试绘 制此碎矿机的机构运动简图。,2,3,B,1,A,D,C,1-2 机构运动简图,【例2】如图所示为内燃机。燃气推动活塞1往复运动， 经连杆3变为曲轴4的连续转动，通过齿轮5、6 的啮合传动，由凸轮7带动顶杆8启闭进、排气 阀。试绘制此内燃机的机构运动简图。,5,3,4,7,9,2,1,6,A

8、,B,C,D,8,E,1-2 机构运动简图,【练习】如图所示为活塞泵。曲柄1转动由连杆2带动齿 扇3摆动，从而使齿条活塞4在气缸内往复运动。 试绘制此活塞泵的机构运动简图。,试着画画看？,1-2 机构运动简图,【练习】试绘制偏心泵的机构运动简图。,试着画画看？,1-2 机构运动简图,【练习】试绘制偏心轮的机构运动简图。,试着画画看？,1-2 机构运动简图,【练习】试绘制送料机构的机构运动简图。,试着画画看？,1-3 平面机构的自由度,一、平面运动中构件的自由度（单个构件）,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。,单个构件在平面内运动具有三个自由度。,1-3 平面机

9、构的自由度,二、运动副的约束,低副2个约束， 高副引入1个约束,1.约束：对构件独立运动所施加的限制。,2.运动副引入约束情况：,1）转动副：,2）移动副：,3）平面高副：,引入2个约束,引入2个约束,引入1个约束,1-3 平面机构的自由度,三、平面机构自由度计算,机构的自由度计算公式： F=3n(2PL +PH ),1.机构的自由度,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。,2.平面机构自由度计算,活动构件数,n,构件总自由度,低副约束数,高副约束数,3n,2 PL,1 PH,1-3 平面机构的自由度,【例3】计算曲柄滑块机构的自由度。,F=3n2PLPH,解：,=3324

10、,=1,1-3 平面机构的自由度,【例4】计算活塞泵机构的自由度。,F=3n2PLPH,A,C,B,D,E,F,解：,=3425-1,=1,1-3 平面机构的自由度,【练习】计算下面机构的自由度。,F=3n2PLPH,F=3n2PLPH,解：,解：,=3527-0,=1,=3324-0,=1,1-3 平面机构的自由度,F=3n2PLPH,解：,F=3n2PLPH,解：,=3527-0,=1,=3527-0,=1,1-3 平面机构的自由度,【例5】计算凸轮机构的自由度。,F=3n2PLPH,解：,=3222-1,=1,1-3 平面机构的自由度,四、计算平面机构自由度时的注意事项,若有m个构件相连

11、，则有（m-1）个转动副。,1.复合铰链：两个以上构件在同一处以转动副相连。,1-3 平面机构的自由度,冲剪机构,(b),(a),B,A,o,D,C,B,F=3n2PLPH,解：,=3527-0,=1,1-3 平面机构的自由度,圆盘给料机,F=3n2PLPH,解：,=37210-0,=1,1-3 平面机构的自由度,惯性筛机构,F=3n2PLPH,解：,摆筛机构,6,A,B,C,D,E,F,A,B,C,D,E,F,=3527-0,=1,1-3 平面机构的自由度,2.局部自由度：,F=3n2PLPH =3323-1 =2,该机构只有一个独立运动， 所以不对，想一想为什么呢？,解：,机构中某个构件的

12、局部运动对整个 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。,1-3 平面机构的自由度,计算时去掉滚子和铰链：,去除局部自由度方法：,计算时去除局部自由度数：,滚子的作用： 滑动摩擦滚动摩擦。,1.假想将小滚子与从动件焊在一起，作为一个构件计算。,2.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。,解：F=3n2PLPH =3222-1 =1,解：F=3n2PLPH =3323-1-1 =1,多加一个杆FE和两个转动副后，n=4、PL=6、PH=0，则F=0，但机构能动，所以，不对；把拆下，连接到，则，成为真约束，机构不能动了。为什么呢？,1-3 平面机构的自由

13、度,2.虚约束：,A,B,C,D,E,F,E1,引入构件引入个自由度 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,?,计算时除去不计。,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。,1-3 平面机构的自由度,虚约束常出现的情况：,两构件组成多个导路方向相同的移动副。,两构件组成多个轴线重合的转动副。,D,1-3 平面机构的自由度,两构件在组成多个接触点处公法线彼此重合的高副。,机构中传递运动不起独立作用的重复部分。,A,B,C,A,F,E,B,C,D,1-3 平面机构的自由度,机构中传递运动不起独立作用的重复部分。,B,A,D,C,F,E,B,A,

14、O,C,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？,?,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。,使机构运动顺利：避免运动不确定，如车轮。,1-3 平面机构的自由度,五、平面机构具有确定运动的条件,1. F原动件数 影响：机构被破坏,2. F原动件数 影响：运动不确定,3. F=0 影响：构件间无相对 运动,机构具有确定运动条件： F=原动件数且F0,1-3 平面机构的自由度,【练习】计算图示大筛机构的自由度。,F=3n 2PL PH,解：,=37 29 1,=2,9,1-3 平面机构的自由度,【练习】计算图示包装机送纸机构的自由度。,F=3

15、n 2PL PH =36 27 3 =1,解：,F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1,C:复合铰链,E：虚约束,滚子为局部 自由度,练习,练习,F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1,练习,F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1,推土机机构,F=3n-2PL-PH=3*5-2*7=1,练习,1.运动副,本章小结,2.运动副分类,低副,高副,转动副,移动副,3.平面机构运动简图,4.平面机构自由度计算,5.计算平面机构自由度注意事项,复合铰链,局部自由度,虚约束,6.平面机构具有确定运动条件,课后作业讲解,作业：P17 1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8、1-9、1-10、1-11、1-12,题1-1图 唧筒机构,题1-2图 回转柱塞泵,课后作业讲解,课后作业讲解,题1-3图 缝纫机下针机构,课后作业讲解,题1-4图 偏心轮机构,F=