《机械设计基础》第2章平面机构的运动简.ppt

第2章 平面机构的运动简图 及自由度,2.1 机构的组成 2.2 平面机构的运动简图 2.3 平面机构的自由度,本章知识导读,1.主要内容 机构的组成及运动特点，平面机构运动简图的绘制以及机构自由度的计算。 2.重点、难点提示 平面机构运动简图的绘制以及机构自由度的计算。,2.1 机构的组成,2.1.1 运动副 1.运动副的概念 两构件之间直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。 两构件只能在同一平面内做相对运动的运动副称为平面运动副。,(1)低副 两构件形成面与面接触的运动副称为低副，又分转动副和移动副。,图2-1 平面低副,2.平面运动副的分类 按两构件间接触性质不同，平面运动副通常可分为低副和高副。,2.1.1 运动副,(2)高副 两构件以点或线的形式相接触而组成的运动副称为高副。,平面高副,2.1.1 运动副,2.1.2 构件,机构中的构件有三类，固定不动的构件称为机架(或固定构件);按给定的运动规律独立运动的构件称为原动件;机构中其他活动构件称为从动件。,2.1.2 构件,1.具有转动副元素的杆状构件,杆状构件具有转动副元素的杆状构件,2.1.2 构件,设计时为了保证杆件受力时具有足够的强度和刚度，其截面形状可以设计成不同形式杆状构。,杆状构件截面形状,2.1.2 构件,2.具有移动副元素和转动副元素的构件,单缸内燃机,2.2 平面机构的运动简图,2.2.1 机构运动简图的概念 表明机构的组成和各构件间运动关系的简单图形，称为机构运动简图。 平面机构运动简图的绘制步骤： (1)分析机构的组成，确定机架、原动件和从动件。 (2)由原动件开始，依次分析构件间的相对运动形式，确定运动副的类型和数目。,(3)选择适当的视图平面和原动件位置，以便清楚地表达各构件间的运动关系。通常选择与构件运动平面平行的平面作为投影面。 (4)选择适当的比例尺l=构件实际长度/构件图样长度。,2.2.1 机构运动简图的概念,例2-1 绘制如图所示的颚式破碎机主体机构的运动简图。,颚式破碎机主体机构,2.2.1 机构运动简图的概念,例2-2 绘制如图2-5所示单缸内燃机的机构运动简图。已知LAB =75mm，LBC=300mm。,单缸内燃机机构运动简图,2.2.1 机构运动简图的概念,2.3 平面机构的自由度,自由构件的自由度,1.自由度 运动构件相对于参考系所具有的独立运动的数目，称为构件的自由度。,任一做平面运动的自由构件有三个独立的运动,2.3.1 自由度和约束的概念,2.约束 当两构件组成运动副后，它们之间的某些相对运动受到限制，对于相对运动所加的限制称为约束。每加上一个约束，自由构件便失去一个自由度。 运动副的约束数目和约束特点取决于运动副是低副还是高副。,2.3.1 自由度和约束的概念,2.3.2 自由度的计算和机构具有 确定运动的条件,设一个平面构由N个构件组成，其中必有一个构件为机架，则活动构件数为n=N-1。它们在未组成运动副之前，共有3n个自由度。用运动副连接后便引入了约束，减少了自由度。若机构中有PL个低副、PH个高副。则平面机构的自由度F的计算公式为 F=3n-2PL-PH 因此，当机构中原动件数等于机构自由度数时，机构中各构件就会具有确定的相对运动。,2.3.3 复合铰链、局部自由度和虚约束,一般地，k个构件形成复合铰链应具有（k-1）个转动副，计算自由度时应注意找出复合铰链。,1.复合铰链 两个以上的构件在同一处以同轴线的转动副相连，称为复合铰链。,2.3.3 复合铰链、局部自由度和虚约束,该机构n=7， PL=10， PH=0， 其自由度为 F=3n-2PL-PH=37-210-0=1,如图所示为直线机构，其构件的长为AF=FE，AD=AB，BC=CD=DE=EB，当构件FE摇动时，C点的轨迹为垂直于AF的直线。该机构在A、B、D、E四点均为由三个构件组成轴线重合的两个转动副，即复合铰链。,2.3.3 复合铰链、局部自由度和虚约束,2.局部自由度 机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动。这些构件所产生的这种局部运动的自由度称为局部自由度。,在计算机构自由度时，局部自由度应略去不计。,该机构的自由度为 F=3n-2PL -PH =32-22-1=1,2.3.3 复合铰链、局部自由度和虚约束,3.虚约束 机构中与其他约束重复而对机构运动不起新的限制作用的约束，称为虚约束。计算机构自由度时，应除去不计。 虚约束常出现在下列场合: (1)两构件间形成多个具有相同作用的运动副。,两构件在同一轴线上组成多个转动副。计算机构自由度时应按一个转动副计算。,两构件组成多个运动副,2.3.3 复合铰链、局部自由度和虚约束,两构件组成多个导路平行或重合的移动副。 计算自由度时应只算作一个移动副。,两构件组成多处接触点公法线重合的高副同样应只考虑一处高副，其余为虚约束。,2.3.3 复合铰链、局部自由度和虚约束,(2)两构件上连接点的运动轨迹互相重合。,在计算机车车轮联动机构的自由度时应除去不计， 即 F=3n-2PL-PH=33-24-0=1,机车车轮联动机构中的虚约束,2.3.3 复合铰链、局部自由度和虚约束,(3)机构中传递运动不起独立作用的对称部分。 该机构的自由度为 F=3n-2PL-