第二章机构运动简图和自由度计算课件.ppt

1、2-1 2-1 运动副及其分类运动副及其分类2-2 2-2 平面机构的组成及其运动简图平面机构的组成及其运动简图2-3 2-3 平面机构的自由度平面机构的自由度第二章第二章 平面机构的运动简图及其自由度平面机构的运动简图及其自由度 平面机构平面机构：空间机构空间机构：各构件不完全在同一平面或相互平行的平面内运动：各构件不完全在同一平面或相互平行的平面内运动各构件在同一平面或平行平面内运动各构件在同一平面或平行平面内运动构件：构件：2-1 2-1 运动副及其分类运动副及其分类内燃机内燃机连杆连杆套筒套筒连杆体连杆体螺栓螺栓垫圈垫圈螺母螺母轴瓦轴瓦连杆盖连杆盖零件：零件：运动单元运动单元 制造单元

2、制造单元运动副：两个构件直接接触，运动副：两个构件直接接触，又能产生一定相对运动的联接。又能产生一定相对运动的联接。一个平面运动的自由构件有一个平面运动的自由构件有?个自由度个自由度自由度：自由度：构件所具有的这种独立运动的数目。构件所具有的这种独立运动的数目。一、运动副一、运动副（点、线、面）（点、线、面）凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套分为分为低副低副、高副高副两大类。两大类。1 1、低副、低副两构件以两构件以面接触面接触而形成的运动副。而形成的运动副。按运动特性可分为按运动特性可分为转动副转动副和和移动副移动副（1 1）转动副）转动副只允许两构件作相对转动，又称作只允

3、许两构件作相对转动，又称作铰链铰链。a)a)固定铰链固定铰链二、二、运动副分类运动副分类b)活动铰链转动副活动铰链转动副固定铰链和活动铰链模型固定铰链和活动铰链模型（2 2）移动副：只允许两构件作相对移动。移动副：只允许两构件作相对移动。结论结论:两构件用低副联接，失去两个自由度。两构件用低副联接，失去两个自由度。2 2、高副：两构件以、高副：两构件以点点或或线线接触而构成的运动副。接触而构成的运动副。凸轮副（点接触）凸轮副（点接触）齿轮副（线接触齿轮副（线接触）两构件用高副联接，失去一个自由度。两构件用高副联接，失去一个自由度。结论结论:二、空间运动副二、空间运动副若两构件之间的相对运动均为

4、空间运动，则称为空间运动副。若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。螺旋副螺旋副球面副球面副2.2 2.2 平面机构的组成及运动简图平面机构的组成及运动简图 用代表构件和运动副的规定符号（表用代表构件和运动副的规定符号（表2-12-1），并根据机构和运动的有关尺寸，），并根据机构和运动的有关尺寸，按一定的比例绘制的机构图形。按一定的比例绘制的机构图形。一、构件的分类一、构件的分类固定件（机架）：固定不动的构件固定件（机架）：固定不动的构件原动件：输入运动规律的构件原动件：输入运动规律的构件从动件：其它的活动构件从动件：其它的活动构件二、机构运动简图二、机构运动简图和运动和运动有关

5、有关的：运动副的类型、数目、相对位置、构件数目；的：运动副的类型、数目、相对位置、构件数目；和运动和运动无关无关的：构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的的：构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体构造。具体构造。构件均用直线或小方（圆）块等来表示，画有构件均用直线或小方（圆）块等来表示，画有斜线斜线的表示机架。的表示机架。1 1、构件、构件2 2、转动副、转动副3 3、移动副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。两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。4 4、高副、高副两构件组成高副时，其运动简图中应画出两构件两构件组成高副时，其运动简图中应画出

6、两构件接触处接触处的曲线的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用用点划线点划线划出其节圆。划出其节圆。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12121212121212121212121212两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运运动动副副符符号号三、绘制机构运动简图的步骤三、绘制机构运动简图的步骤 图上尺寸(mm)mm实际尺寸l1 1、弄清机构组成：构件数目、运动副数目

7、类型、原动件、从、弄清机构组成：构件数目、运动副数目类型、原动件、从动件和机架分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；动件和机架分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；2 2、确定与机构相关的的尺寸：中心距、构件尺寸、导路和、确定与机构相关的的尺寸：中心距、构件尺寸、导路和回转中心，高副轮廓回转中心，高副轮廓3 3、投影平面的选择、投影平面的选择4 4、选择合理的比例尺：、选择合理的比例尺：5 5、用规定的符号和线条绘制成简图，一般从原动件开始画。、用规定的符号和线条绘制成简图，一般从原动件开始画。原则：简图与实际运动特征相同；取原则：简图与实际运动特征相同；取“相关相关”舍舍“无关无

8、关”注意：要明确三类构件注意：要明确三类构件 固定件（机架）：机架中只有一个为机架。固定件（机架）：机架中只有一个为机架。原动件：机构中有驱动力或已知运动规律的构件。原动件：机构中有驱动力或已知运动规律的构件。从动件：除原动件以外的所有活动构件。从动件：除原动件以外的所有活动构件。1.1.分析运动，确定分析运动，确定构件的类型和数量构件的类型和数量2.2.确定运动副的类确定运动副的类型和数目型和数目3.3.选择视图平面选择视图平面4.4.选取比例尺，根选取比例尺，根据机构运动尺寸，据机构运动尺寸，定出各运动副间的定出各运动副间的相对位置相对位置 5.5.画出各运动副和机画出各运动副和机构符号，

9、表示出各构件构符号，表示出各构件例例1:1: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例例2 2：试绘制牛头刨床的机构运动简图：试绘制牛头刨床的机构运动简图牛头刨床结构示意图牛头刨床结构示意图牛头刨床运动图牛头刨床运动图2-6 2-6 绘出下列平面机构的运动简图绘出下列平面机构的运动简图唧筒机构唧筒机构缝纫机针杆机构缝纫机针杆机构活塞泵机构活塞泵机构一、平面机构自由度一、平面机构自由度 一个自由的平面构件有一个自由的平面构件有?个自由度。个自由度。低副联接低副联接 减少减少?个自由度个自由度 高副联接高副联接 减少减少?个自由度个自由度 2.3 2.3 平面机构的自由度及确定运动的条

10、件平面机构的自由度及确定运动的条件n n个活动构件：自由度为个活动构件：自由度为?。P PL L个低副：个低副：限制限制?P PL L个自由度个自由度P PH H个高副：个高副：限制限制?H H 个自由度个自由度F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H该机构的自由度应为活动构件的自由度数与引入运动副该机构的自由度应为活动构件的自由度数与引入运动副减少的自由度数之差，以减少的自由度数之差，以F F表示：表示：例例1 1：四杆机构（绿杆为机架）：四杆机构（绿杆为机架）n n ，L L，H H 例例2 2：三杆机构（刚性桁架）：三杆机构（刚性桁架）n n ，L L，HH （机构不能运动）（机

11、构不能运动）铰链四杆机构铰链四杆机构三杆机构三杆机构ABC二、平面机构具有确定相对运动的条件二、平面机构具有确定相对运动的条件 结论：应有一个原动件，任取结论：应有一个原动件，任取黑色黑色/蓝色蓝色构件为原动件，机构有确立的运动。构件为原动件，机构有确立的运动。给出一个角度给出一个角度1 1，其他构件便有一其他构件便有一个相应位置）个相应位置）例例 3 3：铰链五杆机构：铰链五杆机构铰链五杆机构铰链五杆机构结论：机构具有确定运动的条件是结论：机构具有确定运动的条件是 ：n n ，L L，HH构件为原动件，处于构件为原动件，处于ABAB位置时，构位置时，构件件234234可处于可处于BCDE B

12、CDE 或或 BCDEBCDE，位置不确定。当取构件位置不确定。当取构件1 1或者或者4 4为原动为原动件，机构各构件的运动确定。件，机构各构件的运动确定。且等于原动件数目且等于原动件数目原动件数原动件数=F0=F0，运动确定，运动确定原动件数原动件数FFF，机构破坏，机构破坏2A5B14E4D CCD311412314132平面机构自由度计算实例：平面机构自由度计算实例：n n：机构中活动构件数，：机构中活动构件数，P PL L：机构中低副数；：机构中低副数；P PHH ：机构中高副数；：机构中高副数；F F：机构的自由度数；：机构的自由度数；F=3n-2PF=3n-2PL L -P-PH

13、H例例1 1：（1 1）n=3,Pn=3,PL L =4,P=4,PH H=0 =0 F=3F=33-23-24 0=14 0=1123例例2 2：F=3n F=3n 2P2PL L P PH H=3=32 2 2 22 21=11=1例例3 3：简易牛头刨床：简易牛头刨床n=5,Pn=5,Pl l=7,P=7,Ph h=0 =0 F=3n 2PF=3n 2Pl l P Ph h =3=35 25 27 07 0=1=1解：解：三、计算自由度时的注意事项三、计算自由度时的注意事项 1 1、复合铰链复合铰链 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。两个以上构件在同一轴线处用转动副

14、连接，就形成了复合铰链。计算：计算：K K个构件，有个构件，有K K1 1转动副。转动副。两个低副两个低副惯性筛机构惯性筛机构C C处为复合铰链处为复合铰链n=5,Pn=5,Pl l=7,P=7,Ph h=0=0=3=35-25-27 0 7 0=1=1F=3n-2PF=3n-2Pl l P Ph h例：计算图示圆盘锯机构的自由度。例：计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数低副数低副数F=3n F=3n 2P2PL L P PHH =3 =37 7 2 210100 0 =1 =1可以证明：可以证明：F F点的轨迹为一直线。点的轨迹为一直线。12345678ABCDEF圆盘锯

15、机构圆盘锯机构分析：分析：在在B B、C C、D D、E E四处应各有四处应各有 2 2 个转动副。个转动副。n=7n=7P PL L=10=10处理方法：处理方法：除去局部自由度，把滚子和从动件看作一个构件。除去局部自由度，把滚子和从动件看作一个构件。注意：注意：实际结构上为减小摩擦采用局部自由度实际结构上为减小摩擦采用局部自由度n=2,Pl=2,Ph=1,F=32-22 1=1与实际相符与实际相符2 2、局部自由度、局部自由度 机构中出现的与输出构件运动无关的自由度称为机构中出现的与输出构件运动无关的自由度称为局部自由度局部自由度。典型例子：典型例子：滚子滚子的转动自由度并不影响整个机构的

16、运动。的转动自由度并不影响整个机构的运动。（1 1）两构件构成多个导路平行的移动副，移动副其导路相互平行时，只）两构件构成多个导路平行的移动副，移动副其导路相互平行时，只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3=3*3-23-2*4-04-0=-1=-1处理方法：处理方法：计算中只计入一个移动副。计算中只计入一个移动副。3 3、虚约束虚约束 有些运动副对机构的运动约束作用是重复的，称为有些运动副对机构的运动约束作用是重复的，称为虚约束虚约束。计算自由度时，应除去不计。计算自由度时，应除去不计。中图：中图

17、：00624323 HLPPnF（错误）（错误）右图：右图：10423323HLPPnF（正确）（正确）（2 2）轨迹重合：平行四边形机构）轨迹重合：平行四边形机构（3 3）机构中存在对运动不起作用的对称部分）机构中存在对运动不起作用的对称部分如图如图 行星轮系中的行星轮行星轮系中的行星轮22、2 2为虚约束，去掉后：为虚约束，去掉后：行星轮系行星轮系141HO1HOHO33O22413OO133HHOO221O1H232OHO224243F若：轮若：轮3 3固定固定123233F叫做：差动轮系叫做：差动轮系叫做：行星轮系叫做：行星轮系若：轮若：轮3 3旋转旋转（4 4）联结点的轨迹重合）联结

18、点的轨迹重合两构件组成多处接触点公法线重合的高副两构件组成多处接触点公法线重合的高副12处理方法：处理方法：计算中只计入一处高副。计算中只计入一处高副。F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PHH=3=3*2-22-2*2-1=12-1=1例题例题1 1：计算筛料机构的自由度：计算筛料机构的自由度F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PHH=3=3*7-27-2*9-1=29-1=2注意：注意：机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计除去不计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。例题例题2 2：求机构的自由度，并判断机构是否有确定运动。求机构的自由度，并判断机构是否有确定运动。例题例题3 3：计算挖土机的自由度，并说明为什么要配置三个油缸。计算挖土机的自由度，并说明为什么要配置三个油缸。例题例题4 4：图示为一简易冲床的设计图。试分析设计方案是否图示为一简易冲床的设计图。试分析设计方案是否合理。如不合理，则绘出修改后的机构运动简图。合理。如不合理，则绘出修改后的机构运动简图。