平面机构运动简图与自由度

第 1章 平面机构的自由度和速度分析1-1 运 动副及其分类二、运动副1、机构是由许多构件组成的，机构的每个构件都以一定方式与某些构件相互连接，这种连接不是固定连接，而是能产生一定相对运动的连接。使两构件 直接接触 并能产生 一定形式的相对运动 的连接称为运动副平面运动副： 低副（面接触）高副（点、线接触）转动副移动副2.分类 :按照运动副元素接触形式不同一、机构可以分为平面机构和空间机构两类，平面机构应用最广泛。低副 两构件以面接触而形成的运动副。按照构件之间的运动形式不同又分为 2-1 运 动副及其分类(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。(1) 转动副：只允许两构件作相对转动。 有时候也称为铰链转动副12转动副12移动副12高副 两构件以点或线接触而构成的运动副 。齿轮副凸轮副2-1 运 动副及其分类空间运动副 :这些运动副两构件之间的相对运动是空间运动。螺旋副球面副2-1 运 动副及其分类12 1-2平面机构运动简图我们都知道机构是具有相对运动的构件的组合，在研究机构运动时，为了使问题简化，可以不考虑那些与运动无关的因素（比如构件的外形、组成机构的零件的数目、运动副的具体构造等）。仅用简单的线条和符号表示构件和运动副，并按一定的比例定出运动副的位置，这种表示机构各构件间相对位置关系的简化图形称为 机构运动简图一、机构运动简图二、运动副的表示方法转动副：移动副：平面高副 ：在学习画机构运动简图之前我们先来看看运动副的表示方法(a) (b) (c)(d) (e) (f)21 (g)图中 a、 b、 c是两个构件组成转动副的表示方法 ,圆圈表示转动副，其圆心代表相对转动的轴线，如果组成转动副的两构件都是活动件则用 a表示，若其中一个为机架，则用 b、 c图表示，在代表机架的构件上打上阴影线。两构件组成移动副的表示方法如图 d、 e、 f表示，移动副的导路必须与相对移动的方向一致同理，图中画阴影线的表示机架两构件组成高副时在简图中应当画出两构件接触处的曲线轮廓。ttnn三、构件的表示方法(a)(b)(c) (d)d:表示如果三个转动副在一条直线上的构件a:表示参与组成两个转动副的构件，b：表示参与组成一个转动副一个移动副的构件，C:表示参与组成三个转动副的构件，并且为了表明三角形是一个刚性整体，常常在三角形内部打上剖面线或者在三个角打上焊接标记。凸轮传动(e)(f)用一对节圆表示相互啮合的齿轮齿轮传动图 f表示凸轮其他常用零部件的表示方法可以参看 国标 GB4460 84 机械制图机构运动简图符号若干1个或几个1个机构的组成：机构机架原动件从动件四、机构中的构件分类机架 作为参考系的构件，用来支撑活动构件的构件。如机床床身、车辆底盘、飞机机身。例内燃机中的气缸体原（主）动件 运动规律已知的活动的构件。它的运动是由外界输入的又称输入构件。 例如：内燃机中的活塞从动件 机构中随着原动件运动而运动的其余活动构件。其中输出预期 运动的从动件称为输出构件，其他从动件则起着传递运动的作用。例如内燃机中的连杆和曲轴都是从动件。由于该机构的功用就是将直线运动变换为定轴转动，所以连杆是传递运动的从动件，曲轴是输出构件机构中必定有一个构件被相对看成是固定构件，例如气缸体虽然跟随骑车运动，但是在研究发动机内部运动时，仍然把气缸体视为固定构件，在活动构件中，必须有一个或机构原动件，其余的都是从动件。五、绘制机构运动简图举例：绘制 破碎机 的机构运动简图。绘制步骤1、分析绘制机械的结构和动作原理，弄清楚构件数目(编号）分清楚机架、原动件和从动件；2、从原动件开始，按照运动传递顺序，仔细分析各构件相对运动的性质，确定各运动副的类 型、数目；3、合理选择视图平面；4、按合理的比例绘制运动简图。例题 1 绘制如图所示的 颚式破碎机主体机构 的 运动简图2-2平面机构运动简图DCBA 1432绘制图示 鳄式破碎机 的运动简图。2341绘制图示 偏心泵 的运动简图偏心泵143211、观察该机构，分析发现泵体是机架，原动件为偏心轮 2，偏心轮起着曲柄的作用，连杆 3和转块 4是从动件。偏心轮 2相对机架 1绕 O点回转，并通过转动副联接带动连杆 3运动，连杆 3既有往复移动又有相对转动，转块 4相对机架做往复转动。通过分析可知该机构共有 3个活动构件和 4个低副（ 3个转动副、 1个移动副）；2、根据该机构的运动情况，可选择其运动平面 (垂直于偏心轮轴线的平面 )作为投影面3、根据机构的运动尺寸 ,确定各运动副之间的相对位置；然后用简单的线条和规定的简图符号绘制出机构运动简图，4、从机构运动简图可知：活动构件数，低副数，高副数，故机构自由度 ，而该机构只有一个原动件，与机构的自由度数相同，所以该机构具有确定的运动。 1 3 平面机构的自由度一、机构具有确定运动的条件S31 2 3如果给定一个独立运动的参数，比如构件 1的角运动规律 1 （ t） ，其余构件 2、 3的运动就完全确定了。如果也只给定一个独立运动参数，比如构件 1的角运动规律 1（ t） ,此时构件 2、 3、 4的运动并不能唯一确定。 例如但是，若再给定另一个独立运动的参数，如构件 4的角运动规律 4（ t） ，该机构的各个构件的运动规律就完全确定了，也就是说：该机构需要两个独立运动的参数 。 412 341定义： 把机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称为 机构的自由度其数目常用 F表示。原动件机构中能独立运动的构件。 一个原动件只能提供一个独立运动的参数 机构具有确定运动的条件为：原动件数目 机构的 自由度原动件数目 F， 机构破坏原动件数目 F ，机构运动不确定二、 平面机构自由度的计算公式一个做平面运动的自由构件具有三个自由度，因此，平面机构的每个活动构件，在未用运动副联接之前，都有三个自由度，即 沿着 X轴和 Y轴移动，以及在 XOY平面内转动当构件组成运动副之后，它们的相对运动就会受到约束，自由度就会随之减少不同种类的运动副引入的约束不同，所保留的自由度也不同1、低副（ 2）转动副（ 1）移动副约束了沿一个轴方向的移动和在平面内转动两个自由度，只保留沿另一个轴方向移动的自由度。约束了沿两个轴移动的自由度，只保留一个转动的自由度。2、 高副只约束了沿接触处公法线 n-n方向移动的自由度，保留绕接触处的转动和沿接触处公切线 t-t方向移动的两个自由度。结论： 在平面机构中， 每个低副引入两个约束，使机构失去两个自由度； 每个高副引入一个约束，使机构失去一个自由度。（二）机构的自由度数，用 F表示：机构自由度 F取决于活动构件的数目以及运动副的性质（高副或低副）和数目 。F=3n-2PL-PH 例 1：计算图示凸轮机构的自由度。解：活动构件数 n= 2低副数 PL=2F=3n 2PL PH =32 22 1=1高副数 PH=1 123例 2：计算活塞泵的自由度。解：活动构件数 n=4低副数 PL=5F=3n 2PL PH =34 25 1=1高副数 PH=1机构的自由度与原动件数相等。三、计算平面机构自由度的注意事项1 复合铰链 -两个以上构件同时在一处用转动副相联接，就构成复合铰链 结论： 当由 K个构件组成复合铰链时，则应当组成（ K-1） 个共轴线转动副。 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 =37 210 0=1可以证明： F点的轨迹为一直线。12345678 ABCDEF圆盘锯机构2局部自由度 -机构中常出现一种与输出构件运动无关的自由度结论： 在计算机构自由度时，局部自由度应预先排除。 3虚约束-在运动副引入的约束中，有些