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第二、三讲 演示文稿 机械设计基础第二讲郝文思xx年2月上次课的要点构件、零件、运动副、高副、低副、运动链、约束、机构、机构运动简图构件、零件、运动副、高副、低副、运动链、约束、机构、机构运动简图。 3Oxzys xs zs yyxz空间运动刚体的自由度一个完全独立的刚体（构件）在空间直角坐标系下的自由度为s x，s y，sz，x，y，z，即自由度数F=6。 平面运动刚体的自由度为s x，s y，z，即自由度数F=3。 yz(x,y)xO平面运动刚体的自由度s xsy 一、构件的自由度构件所具有的独立运动的数目。 2一3平面机构的自由度计算设某一平面运动链，共包含N个构件、P L个低副和P H高副。 现假定其中某个构件固定（机架），则余下n=N-1个可动构件，在未组成运动链之前，共有3n个自由度；当组成运动链后，由于受到2P L+P H个约束，整个运动链相对于机架的自由度为 二、平面机构的自由度计算 1、运动链的自由度 三、运动链成为机构的条件判断所设计的运动链是否能成为机构，是提出新的设计方案时自行评价方案可行性的关键步骤。 判断所设计的运动链是否能成为机构，是提出新的设计方案时自行评价方案可行性的关键步骤。 1。 平面低副三构件运动链F=3n?2p L?p H=32?23=0运动链为一刚性桁架，不能成为机构AB12C3平面低副三构件运动链6F=3n?2p L?p H=33?25=?1该运动链约束过多，成为超静定桁架，不能成为机构。 运动链成为机构的首要条件运动链自由度必须大于零。 1243ADBCE平面四构件运动链7在在F0的条件下，进一步判断运动链是否具有确定的运动。 的条件下，进一步判断运动链是否具有确定的运动。 平面五杆运动链F=3n?2p L?p H=34?25=2原动件数 运动链不能成为机构。 原动件数=F,运动链内部各构件运动关系确定。 运动链成为机构。 8平面四杆运动链F=3n?2p L?p H=33?24=1原动件数F，运动链内部的运动关系将发生矛盾，其中最薄弱的构件将会损坏。 运动链不能成为机构。 原动件数=F，运动链内部各构件运动关系确定。 运动链成为机构。 9满足以上条件的运动链即为机构，机构的自由度可用运动链自由度公式计算。 运动链成为机构的条件是运动链相对于机架的自由度必须大于零，且原动件的数目等于运动链的自由度数。 1011复合铰链定义两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。 两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。 k个构件组成的复合铰链，有(k-1)个转动副。 四、计算机构自由度时应注意的问题N=6n=5P L=?P L=7F=3n-2P L=35-27=1复合铰链得相当结构12准确识别复合铰链举例关键分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副123134212344132两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副13未考虑局部自由度时的机构自由度计算。 F=3n?2p L?p H=33?23?1=22。 局部自由度定义机构中某些构件所具有的仅与其自身的局部运动有关的自由度。 考虑局部自由度时的机构自由度计算。 设想将滚子与从动件焊成一体F=32?22?1=1计算时减去局部自由度F PF=33?23?1?1(局部自由度)=1143。 虚约束定义机构中不起独立限制作用的重复约束。 计算具有虚约束的机构的自由度时，应先将机构中引入虚约束的运动副或运动链部分除去。 机构中不起独立限制作用的重复约束。 计算具有虚约束的机构的自由度时，应先将机构中引入虚约束的运动副或运动链部分除去。 虚约束发生的场合两构件间构成多个运动副两构件构成多个导路平行的移动副两构件构成多个接触点处法线重合的高副两构件构成多个轴线重合的转动副1552134EF5两构件上某两点间的距离在运动过程中始终保持不变未去掉虚约束时F=3n?2p L?p H=34?26=03241EF附加的构件5和其两端的转动副E、F提供的自由度F=31?22=?1即引入了一个约束，但这个约束对机构的运动不起实际约束作用，为虚约束。 去掉虚约束后F=3n?2p L?p H=33?24=1?16联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合附加的构件4和其两端的转动副E、F以及附加的构件1和其两端的转动副A、B提供的自由度F=31?22=?1即引入了一个约束，但这个约束对机构的运动不起实际约束作用，为虚约束。 去掉虚约束后F=3n?2p L?p H=33?24=11234ABDFEC43125ABCD平行四边形机构椭圆仪机构构件2和4在E点轨迹重合构件1和2在B点轨迹重合171B342A机构中对传递运动不起独立作用的对称部分对称布置的两个行星轮2和2以及相应的两个转动副D、C和4个平面高副提供的自由度F=32?22?14=?2即引入了两个虚约束。 未去掉虚约束时F=3n?2p L?p H=35?25?16=?1行星轮系去掉虚约束后F=3n?2p L?p H=33?23?12=11234ADBC2218虚约束的作用改善构件的受力情况，分担载荷或平衡惯性力，如多个行星轮。 增加结构刚度，如轴与轴承、机床导轨。 提高运动可靠性和工作的稳定性，如机车车轮联动机构。 注意机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成实际有效的约束，从而使机构不能运动。 在计算自由度时，将滚子F与构件3看成固接在一起的整体，即消除局部自由度，再去掉移动副E、E中的任一个虚约束，则。 例;解（l）检查运动链的结构可知，C处为复合铰链滚子F存在局部自由度移动副E、E之一为虚约束n=91构件数7低副数P L=高副数P H= 五、计算平面机构自由度的意义 1、判定机构运动方案设计是否合理 2、改进不合理的运动设计方案 3、判定测绘的机构运动简图是否正确机构简图如图活动构件数n=3低副P L=4高副P h=1329810L HFn PP=?=?=什么意思？不会动改进改进后机构简图如图活动构件数n=4低副P L=5高副P h=132121011L HFn PP=?=?=活动构件数n=5低副P L=7高副P h=032151401L HFn PP=?=?=复合铰活动构件数n=3低副P L=3高副P h=2329621L HFn PP=?=?=局部自由度活动构件数n=7低副P L=10高副P h=03221201L HFn PP=?=?=复合铰活动构件数n=4低副P L=5高副P h=132121011L HFn PP=?=?=虚约束活动构件数n=4低副P L=4高副P h=23212822L HFn PP=?=?=虚约束活动构件数n=6低副P L=8高副P h=032181602L HFn PP=?=?=虚约束活动构件数n=10低副P L=14高副P h=03230282L HFn PP=?=?=复合铰作业2 2、2 3、312 4、平面机构的组成原理与结构分析 一、平面机构的组成原理将机构的机架和与其相联的原动件从机构中拆分出来，则所剩构件组成的构件组的自由度必然为零。 不能再拆的最简单的自由度为零的构件组称为基本杆组。 基本杆组基本杆组基本杆组基本杆组32例机架原动件从动件组33从动件组当把该机构的机架和原动件拆去后，则余下的从动件组为这个从动件组的自由度为零，即06243236,4=?=?=LLP nFP n这个从动件组还可以分解成若干个更简单的、自由度等于零的从动件组。 34分解？还能进一步分解吗？不能不能不能35这样的从动件组已经不能进一步分解成更简单、自由度为零的从动件组。 这样的从动件组称为基本杆组，它是机构分析的重要的理论基础。 组成原理任何机构都可以看作是由若干基本杆组依次连接于原动件和机架上而构成。 36若研究对象为低副机构（机构中只含低副），杆组中的运动副自然全是低副，则有; 二、平面机构的结构分类基本杆组应满足的条件F=3n?2p L=0即n=(2/3)p L基本杆组的构件数n=2，4，6，基本杆组的运动副数p L=3，6，9，37n=2，p L=3(II级杆组)内接运动副外接运动副R-R-R组R-R-P组R-P-R组P-R-P组R-P-P组38n=4，p L=6III级组结构特点有一个三副构件，而每个内副所联接的分支构件是两副构件。 39n=4，p L=6IV级组II级杆组在机构中应用最多，III级杆组常见、IV级杆组较少，至于更高级别的杆组，实际机构中很少遇到。 机构的级别等于机构中杆组最高者。 结构特点具有两个三副构件，杆组的四个内副形成四边形。 401。 机构结构组成举例+BC2D3EF45GIH67JA1871245683GEFJIHABCD注意杆组的各外接运动副不能全部联接在同一个构件上。 41A19B2+C5463DEF GA19B2645GE3C DFIHJ78HJI87在进行新机械方案设计时，可以按设计要求由杆组组成机构，进行创新设计。 422。 机构结构分析举例EF45GIH67J+BC2D3A1871245683GEFJIHABCD机构级别III级机构III级组II级组435IH7G+BC2A1机构级别II级机构注意机构的级别与原动件的选择有关。 71245683GEFJIHABCDD3EF468J+II级组II级组II级组44 三、平面机构的结构分析基本机构仅由一个基本杆组构成的机构。 复合机构由一个以上基本杆组构成的机构。 将基本杆组依次联接到原动件、机架上，或者机架和其它基本杆组的构件上，组成机构。 将基本杆组依次联接到原动件、机架上，或者机架和其它基本杆组的构件上，组成机构。 45例图示牛头刨床设计方案草图。 设计思路为动力由曲柄1输入，通过滑块2使摆动导杆3作往复摆动，并带动滑枕4作往复移动，以达到刨削加工目的。 1231234试问图示的构件组合是否能达到此目的？如果不能，该如何修改？46解首先计算设计方案草图的自由度0624