自由度与机构运动简图模块.doc

模块五 自由度与机构运动简图模块【能力目标】能进行自由度的计算和分析，具备平面机构运动简图的识读和绘制能力【课程内容】机构自由度的概念，运动简图的绘制方法。【教学方法】对照机构运动简图观察机构，分析机构的运动特点并绘制机构运动简图。【教学手段】课堂教学与实验演示教学。【教学地点】多媒体教室、机构仿真实训室【教学重点】1.机构运动简图绘制2.平面机构自由度的计算，机构具有确定相对运动的条件【教学难点】1.机构运动简图绘制2.机构自由度计算中几种特殊情况的处理【实践内容】机构运动简图绘制，平面机构运动简图测绘【教学课时】理论3课时 实践1课时【理论授课内容】5.1平面连杆机构的组成1. 基本概念： 平面机构：机构中所有构件都在一平面或相互平行的平面内运动的机构。 构件的自由度：构件相对于参考系所具有的独立运动参数的数目。一个在平面自由运动的构件有三个自由度 运动副：两构件之间可动的连接（接触）。 约束：两个构件通过运动副连接以后，相对运动受到限制。运动副对成副的两构件间的相对运动所加的限制称为约束。 低副：两构件以面接触形成的运动副称为低副。低副又可分为转动副和移动副。u 转动副：组成运动副的两构件之间只能绕某一轴线作相对转动的运动副。u 移动副：组成运动副的两构件只能作相对直线移动的运动副 高副：两构件以点或线接触形成的运动副称为高副。 平面连杆机构：由若干个构件通过低副联接而成的平面机构，又称为平面低副机构。 机架：它是机构中视作固定不动的构件，起支撑其他活动构件的作用。 原动件：它是机构中接受外部给定运动规律的活动构件。 从动件：它是机构中的随原动件运动的活动构件。2. 机构的组成：是由若干构件通过若干运动副组合在一起的。有机架、原动件、从动件组成。5.2平面机构的运动简图1. 机构运动简图：根据机构的运动尺寸（确定各运动副相对位置的尺寸），按一定的比例尺定出运动副的相对位置，并用简单的线条和规定的符号代表构件和运动副，绘制出能够表达机构运动特征的简单图形。图51 2. 常用运动副的符号3. 构件的表示法图53 图52 不管构件形状如何，都用简单线条表示，带短线的线条表示机架4. 绘制机构运动简图的方法a) 分析机构，确定构件的相对运动；b) 确定所有运动副的类型和数目；c) 测量各运动副的相对位置尺寸；d) 选定比例尺，用规定符号绘制运动简图；e) 标明机架、构件序号、原动件、绘图比例等得到机构运动简图5.3平面机构的自由度1.基本概念： 机构自由度的概念：机构所具有的独立运动数目。与组成机构的构件数目、运动副的数目及运动副的性质有关。 约束：每个平面低副（转动副、移动副）引入两个约束，而每个平面高副（齿轮副、凸轮副等）引入一个约束。2.平面机构自由度的计算F3N（2PLPH）3N2PLPH（4-1）式中：F为机构自由度；N为活动构件数目；P为低副数目；Ph为高副数目。3. 机构具有确定相对运动的条件 实例分析 不能产生运动给定构件1独立运动参数，构件2、3的运动是确定的 机构具有确定的相对运动的充分必要条件：机构的自由度必须大于零，且原动件的数目必须等于机构自由度数。3.机构自由度计算中几种特殊情况的处理4.复合铰链：由三个或以上构件在同一处组成转动副，即为复合铰链。在计算机构自由度时，复合铰链处的转动副数目应为该处汇交的构件数减1。5.局部自由度：不影响整个机构运动的、局部的独立运动，称为局部自由度。图54 在计算机构自由度时，应将滚子3与杆2看成是固定在一起的一个构件，局部自由不计算。6.虚约束：在机构中与其他约束重复而不起限制运动作用的约束称为虚约束。在计算机构自由度时，应当去除不计。平面机构的虚约束常出现于下列情况中：图56 图55 被联接件上点的轨迹与机构上联接点的轨迹重合时，这种联接将出现虚约束，如图55所示。机构运动时，如果两构件上两点间距离始终保持不变，将此两点用构件和运动副联接，会带进虚约束。如图5-6所示的、两点413。图57 如果两个构件组成的移动副如图57（a）所示相互平行，或两个构件组成多个轴线重合的转动副时，如图5-7（b）所示，只需考虑其中一处，其余各处带进的约束均为虚约束。 机构中对运动不起限制作用的对称部分，如齿轮系。虚约束对机构运动虽然不起作用，但可以增加构件的刚性，增强传力。【布置作业】复习与思考：52，53，54，59。【实践授课内容】机构运动简图绘制一绘机构运动简图的步骤 1)分析机构,观察相对运动,数清所有构件的数目;2)确定所有运动副的类型和数目;3)选择合理的位置(即能充分反映机构的特性);4)确定比例尺:5)用规定的符号和线条绘制成简图.(从原动件开始画)注意:要明确三类构件固定件(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.从动件:除原动件以外的所有活动构件.二 实例分析例5-1 试绘制内燃机的机构运动简图设定：气缸体1，活塞2，进气阀3，排气阀4，连杆5，曲轴6，凸轮7，顶杆8，齿轮10解:1)分析运动,确定构件的类型和数量2)确定运动副的类型和数目3)选择视图平面4)选取比例尺,根据机构运动尺寸,定出各运动副间的相对位置5)画出各运动副和机构符号,并表示出各构件内燃机工作原理三、平面机构自由度计算 1.构件自由度(复习) 一个自由的平面构件有三个自由度.低副联接 减少2个自由度高副联接 减少1个自由度 2.自由度计算公式 n:机构中活动构件数,n=N-1; Pl :机构中低副数; Ph :机构中高副数; F :机构的自由度数; 则F = 3n - 2Pl - Ph 计算实例 n = 3, Pl = 4, Ph = 0 F = 3n - 2Pl - Ph =33 - 24 - 0= 1 1）四杆机构: n=3 PL=4 PH=0 F=3n-2PL-PH=33-24-0=1 2）五杆机构: n=4 PL=5 PH=0 F=3n-2PL-PH=34-25-0=2 3）凸轮机构:n=2 PL=2 PH=1 F=3n-2PL-PH=1平面机构运动简图测绘一、实验目的： 1对运动副、零件、构件及机构等概念建立实感； 2熟悉并运用各种运动副、构件及机构的代表符号； 3培养依照实有机械绘制其机构运动简图的技能； 4熟悉机构自由度的计算法。二、实验内容 1绘制牛头刨床模型的机构运动简图。 2根据所绘制的机构运动简图计算其机自由度。三、实验设备及用具： 1牛头刨床模型； 2圆规、分规、有刻度的三角板（或直尺）、铅笔、橡皮、白纸。（学生自备）四、机构运动简图绘制的方法及步骤 1了解待绘制机械的名称及功用，认清机械的原动件、传动系统和工作执行构件。 2缓慢转动原动件，细心观察运动在构件间的传递情况，了解活动构件的数目及运动副的数目和类型。 在了解活动构件的数目及运动副的数目时，需注意以下两种情况： 当两构件间的相对运动很小时，勿认为一个构件。 由于制造误差和使用日久，同一构件各部分之间有稍许松动时，易误认为两个构件。碰到这种情况，要仔细分析，正确判断。 3要选择最能表示机构特征的平面为视图平面，同时，要将原动件放在一适当的位置，以使机构运动简图最为清晰。 4按GB4460-84中规定的符号绘制机构运动简图，在绘制时，应从原动件开始，先画出运动副，再用粗实线连接属于同一构件的运动副，即得各相应的构件。原动件的运动方向用箭头标出。在绘制时，在不影响机构运动特征的前提下，允许移动各部分的相对位置，以求图形清晰。初步绘制时可按大致比例作图（称之为机构示意图）。图作完后，从原动件开始分别1、2、3标明各构件,再用A、B、C表明各运动副。 5仔细测量机构的各运动尺寸（如：转动副间的中心距，移动副导路的位置等），对于高副机构应仔细测量出高副的轮廓曲线及其位置。然后以一适当比例尺l作出正式的机构运动简图。五、计算机构的自由度 对于平面机构其自由度可按如下公式计算： F=3n-2Pl-Ph 式中：n机构中活动构件的数目； Pl机构中低副的数目； Ph机构中高副的数目。 在计算时要注意机构中出现的复合