机构运动简图及平面机构自由度.pdf

1 第二章第二章第二章第二章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 主讲 张祖涛主讲 张祖涛主讲 张祖涛主讲 张祖涛 机械设计教研室机械设计教研室机械设计教研室机械设计教研室 2 3 1 4 5 6 7 8 实际工程设计问题一 实际工程设计问题一 优化设计汽车发动机使汽车油耗降低 优化设计汽车发动机使汽车油耗降低 通过机构运动图简化 抛开与运动 无关的复杂外形 用简单的线条和 标准化的符号 按照一定的比例 绘制机构的运动简图 以便于后续 的优化设计 通过机构运动图简化 抛开与运动 无关的复杂外形 用简单的线条和 标准化的符号 按照一定的比例 绘制机构的运动简图 以便于后续 的优化设计 机构运动简图机构运动简图 C A BC DD 工业设计问题二 工业设计问题二 分析简单四足步行机器人的运动 分析简单四足步行机器人的运动 简单四足 步行机器人 简单四足 步行机器人 1 2 3 4 1 2 3 4 平面机构自 由度计算 平面机构自 由度计算 第二章第二章第二章第二章 机构运动简图与自由度机构运动简图与自由度机构运动简图与自由度机构运动简图与自由度 1 机构运动简图 2 1 机构运动简图 2 平面机构自由度平面机构自由度 1 1 机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图 一 机构的组成一 机构的组成一 机构的组成一 机构的组成 机构机构 若干若干构件构件以以运动副运动副相联接并具 有相对运动的组合体 相联接并具 有相对运动的组合体 构件构件 运动副运动副 2 1 1 机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图 术语 运动副术语 运动副术语 运动副术语 运动副 由两个构件组成的可动联接 运动副运动副 低副 高副 低副 高副 点 线接触的运动副 其他 空间运动副 点 线接触的运动副 其他 空间运动副 回转副 移动副 回转副 移动副 根据运动副两接触面情况不同 常如下分类 球面副球面副 低副 面接触 低副 面接触 a a 回转副回转副 铰链 相对转动 铰链 相对转动 1 1 机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图 b b 移动副移动副 相对移动 相对移动 高副 点 线接触 高副 点 线接触 零件零件 构件构件 静联接静联接 机构机构 动联接动联接 机器机器 协调组合协调组合 2 3 1 4 5 6 7 8 二 机构运动简图二 机构运动简图二 机构运动简图二 机构运动简图 3 1 1 1 1 机构运动简图功用 机构运动简图功用 机构运动简图功用 机构运动简图功用 对现有机器进行运动分析和受力分析 对现有机器进行运动分析和受力分析 新机器的方案设计 方案比较及主要参数的确定 新机器的方案设计 方案比较及主要参数的确定 1 1 机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图 机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图 用简单线条 符号表达用简单的 线条和符号等代表构件和运动副 并按照一定比 例表示各种运动副的相对位置 保持原机构运动 特征不变的图形 用于表达复杂机械中各构件的 相互联系 运动特性 用简单线条 符号表达用简单的 线条和符号等代表构件和运动副 并按照一定比 例表示各种运动副的相对位置 保持原机构运动 特征不变的图形 用于表达复杂机械中各构件的 相互联系 运动特性 机构运动简图 中常用的符号 机构运动简图 中常用的符号 2 2 2 2 机械运动简图作图方法 机械运动简图作图方法 机械运动简图作图方法 机械运动简图作图方法 1 分析机构的运动情况 辨别构件的类型 分析机构的运动情况 辨别构件的类型 固 定件 原动件和从动 固 定件 原动件和从动 并在构件上标上编号 并在构件上标上编号 2 分析各构件的相对运动性质 确定 分析各构件的相对运动性质 确定运动副运动副的 种类和数目 的 种类和数目 3 确定 确定回转副转动中心位置回转副转动中心位置和和移动副中心线位 置 移动副中心线位 置 选定适当的比例尺 绘出机构运动简图 选定适当的比例尺 绘出机构运动简图 4 检查运动的 检查运动的可能性和确定性可能性和确定性 请画出图示缝纫机下针机构的机构运动简图请画出图示缝纫机下针机构的机构运动简图 1 1 机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图 1 1 机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图 例 鳄式破碎机例 鳄式破碎机 1 构件 机架1 偏心轴2 动鳄3 衬板4 2 运动副 1 2 转动副 2 3 转动副 3 4 转动副 4 1 转动副 3 作图 1 构件 机架1 偏心轴2 动鳄3 衬板4 2 运动副 1 2 转动副 2 3 转动副 3 4 转动副 4 1 转动副 3 作图 4 画出下列回转柱塞泵机构运动简图画出下列回转柱塞泵机构运动简图画出下列回转柱塞泵机构运动简图画出下列回转柱塞泵机构运动简图 回转柱塞泵回转柱塞泵 第三章第三章第三章第三章 机构运动简图与自由度机构运动简图与自由度机构运动简图与自由度机构运动简图与自由度 2 平面机构自由度 2 平面机构自由度 一 平面机构具有确定运动的条件一 平面机构具有确定运动的条件一 平面机构具有确定运动的条件一 平面机构具有确定运动的条件 回转柱塞泵回转柱塞泵 如果构件如果构件1有一个 独立的运动规律 有一个 独立的运动规律 其余构件运动规律 完全确定 其余构件运动规律 完全确定 一 平面机构具有确定运动的条件一 平面机构具有确定运动的条件一 平面机构具有确定运动的条件一 平面机构具有确定运动的条件 如果构件如果构件1有一个 独立的运动规律 有一个 独立的运动规律 其余构件运动规律 不能确定 其余构件运动规律 不能确定 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 A B C D E C D 结论结论结论结论 一个原动机一般只能给定一个独立的运动 规律 所以 机构具有确定运动的条件为 一个原动机一般只能给定一个独立的运动 规律 所以 机构具有确定运动的条件为 机构 原动件数目应等于机构的 机构 原动件数目应等于机构的自由度数目自由度数目 二 平面机构自由度计算二 平面机构自由度计算二 平面机构自由度计算二 平面机构自由度计算 平面机构平面机构 机构中所有运动构件在 机构中所有运动构件在同一平面同一平面或或平 行平面 平 行平面内运动 内运动 自 由 度自 由 度 独立的自由运动 独立的自由运动 约束约束 对构件间相对运动的限制 对构件间相对运动的限制 5 运动副对自由度的影响运动副对自由度的影响运动副对自由度的影响运动副对自由度的影响 一个作平面运动的自由 构件有 一个作平面运动的自由 构件有3个3个自由度 自由度 1 1 自由度计算公式及意义 自由度计算公式及意义 自由度计算公式及意义 自由度计算公式及意义 回转副回转副 引入引入2个约束个约束 1个自由度个自由度 引入一个引入一个回转副回转副后 构件 后 构件失去2个自由度失去2个自由度 2 2 平面机构自由度计算平面机构自由度计算平面机构自由度计算平面机构自由度计算 移动副移动副 引入引入2个约束个约束 1个自由度个自由度 引入一个引入一个移动副移动副后 构件 后 构件失去2个自由度失去2个自由度 2 2 平面机构自由度计算平面机构自由度计算平面机构自由度计算平面机构自由度计算 高副高副 引入引入1个约束个约束 2个自由度个自由度 引入一个引入一个高副高副后 构 件 后 构 件失去1个自由度失去1个自由度 t t n n 2 2 平面机构自由度计算平面机构自由度计算平面机构自由度计算平面机构自由度计算 若一个平面机构有N个构件 则活动构件n N 1个 低 副数为P 若一个平面机构有N个构件 则活动构件n N 1个 低 副数为PL L 高副数为P 高副数为PH H 则平面机构的自由度为 则平面机构的自由度为 结论结论 平面机构中 平面机构中 每个低副约束每个低副约束每个低副约束每个低副约束2 2 2 2个自由度个自由度个自由度个自由度 每个每个每个每个 高副约束高副约束高副约束高副约束1 1 1 1个自由度 个自由度 个自由度 个自由度 自由度计算公式及意义自由度计算公式及意义自由度计算公式及意义自由度计算公式及意义 F 3nF 3n 2P2P L L P P HH 2 2 平面机构自由度计算平面机构自由度计算平面机构自由度计算平面机构自由度计算 F 3 3 2 4 1 该机构有该机构有确定运动确定运动 F 3 4 2 5 2 该机构该机构无确定运动无确定运动 若4也为原动件 则 若4也为原动件 则有确定运动有确定运动 F 3 2 2 3 0 该机构为桁架 无法运动 该机构为桁架 无法运动 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 A B C D E 例 例 1 2 3 4 1 2 3 4 A B C D 1 2 3 1 2 3A C B C D 平面机构要实现确定的运动 必须满足以下条件 平面机构要实现确定的运动 必须满足以下条件 1 1 F 0F 0 2 2 原动件数目原动件数目原动件数目原动件数目 F F 6 三 计算平面机构自由度注意事项三 计算平面机构自由度注意事项三 计算平面机构自由度注意事项三 计算平面机构自由度注意事项 1 1 复合铰链 复合铰链 复合铰链 复合铰链 多个构件在同一轴线上用回转副相联 如图 三个构件组成的复合铰链构 成了2个回转副 多个构件在同一轴线上用回转副相联 如图 三个构件组成的复合铰链构 成了2个回转副 同理 同理 mmmm个构件组成的复合铰链 构成个构件组成的复合铰链 构成个构件组成的复合铰链 构成个构件组成的复合铰链 构成mmmm 1 1 1 1个回转副 个回转副 个回转副 个回转副 可以包括机架 如 可以包括机架 如 1 2 3 1 2 3 例 例 解 机构中B C D E处均为 复合铰链 每处有2个回转副 F 3 7 2 10 1 若l 解 机构中B C D E处均为 复合铰链 每处有2个回转副 F 3 7 2 10 1 若lCE CE l lDE DE l lBCBC l lBD BD l lCF CF l lDF DF 则 F沿mm水平移动 圆盘锯机构 该机构有确定运动 则 F沿mm水平移动 圆盘锯机构 该机构有确定运动 2 2 局部自由度 局部自由度 局部自由度 局部自由度 图示凸轮机构 图示凸轮机构 n 3PH 1PL 3 F 3 3 2 3 1 2 滚子滚子3的转动不会影响整个 机构的运动 的转动不会影响整个 机构的运动 局部自由度局部自由度 正确计算的方法 正确计算的方法 将滚子与从动件将滚子与从动件焊接焊接焊接焊接在一起 如图 在一起 如图 F 3 2 2 2 1 1 该机构是否有确定的相对运动呢 该机构是否有确定的相对运动呢 该机构是否有确定的相对运动呢 该机构是否有确定的相对运动呢 解 去掉机构中的虚约束 将小滚子局部自由度焊接住 共有6个活动构件 8个低副 1个高副 三角形框架可视为1 个构件 解 去掉机构中的虚约束 将小滚子局部自由度焊接住 共有6个活动构件 8个低副 1个高副 三角形框架可视为1 个构件 局部自由度局部自由度 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 F 3 6 2 8 1 1 该机构有确定运动 F 3 6 2 8 1 1 该机构有确定运动 注意注意 局部自由度虽不影响整个机构的运动 但可将局部自由度虽不影响整个机构的运动 但可将局部自由度虽不影响整个机构的运动 但可将局部自由度虽不影响整个机构的运动 但可将 滑动摩擦滑动摩擦滑动摩擦滑动摩擦 滚动摩擦 从而滚动摩擦 从而滚动摩擦 从而滚动摩擦 从而 磨损 磨损 磨损 磨损 常见的局部自由度 常见的局部自由度 小滚子小滚子 E A BC DF 3 3 虚约束 虚约束 虚约束 虚约束 图示机构 图示机构 F 3 4 2 6 0 构件3 重复约束 构件3 重复约束 虚约束虚约束虚约束虚约束 F 3 3 2 4 1 F 0 机构无法运动 机构无法运动 去掉虚约束 去掉虚约束 去掉虚约束 去掉虚约束 该机构是否有确定相对运动呢 该机构是否有确定相对运动呢 该机构是否有确定相对运动呢 该机构是否有确定相对运动呢 7 注意注意 虚约束虽不影响整个机构的运动 但 可改善受载状况 虚约束虽不影响整个机构的运动 但 可改善受载状况 常见的虚约束 多以对称结构出现常见的虚约束 多以对称结构出现 虚约束虚约束 虚约束虚约束 虚约束虚约束虚约束虚约束 巩固练习 例 例 解 首先去掉虚约束 解 首先去掉虚约束 虚约束虚约束 共有5个活动构件 7个低副 F 3 5 2 7 1 该机构有确定运动 共有5个活动构件 7个低副 F 3 5 2 7 1 该机构有确定运动 1 2 3 4 5