第十一章-：平面机构运动简图及其自由度..ppt

1、机器的共同特征1）由若干个实物组合而成2）各实物之间有确定的相对运动3）实现能量转换或完成有用的机械功机器一般由原动部分、传动部分和执行部分组成，具有前两个特征的称为机构，机构由构件组合而成，构件可以是一个或多个零件。工程上机构和机器总称为机械。,指该机构中所有构件在任一瞬间的运动是完全确定的,第十一章：平面机构运动简图及自由度,2、机器的组成1）动力部分：驱动机械完成功能的动力源（原动部分）2）传动部分：在动力部分与工作部分之间传递运动的部分3）工作部分：完成预定功能、进行生产的部分（执行部分）4）控制部分：控制所有部分,构件可以是一个零件；也可以是由一个以上的零件组成。图示内燃机中的连杆就是由单独加工的连杆体、连杆头、轴瓦、螺杆、螺母、轴套等零件组成的。这些零件作为一个整体运动，相互之间不产生相对运动。,3构件和零件的比较1）构件:从运动角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立运动单元体组合而成的，这些独立运动单元体称为构件。2）零件:从加工制造角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立制造单元体组合而成零件，这些独立制造单元体称为零件。,4、机械的分类1）动力机械：将非机械能转换为机械能2）能量转换机械：将机械能转换为非机械能3）工作机械：利用机械能完成一定工作,第一节运动副及其分类,一、自由度运动副约束一个在平面内自由运动的构件，有三个独立运动的可能性。如图1-1所示，构件B可随该构件上一点A沿x轴移动、沿y轴移动和绕A点作转动。构件的自由度:构件作独立运动的可能性。一个在平面上作自由运动的构件有三个自由度。平面机构:机构中所有构件都在同一平面或相互平行平面内运动。,为了使构件组成具有确定运动的机构，构件之间需要用某种方式联接起来。这种联接应保证构件之间有一定的相对运动。机构便是由若干个构件通过运动副联接而成的一个系统。约束:由于两构件直接接触，从而限制了两构件之间的相对运动，运动副限制构件相对运动的作用，运动副：两个构件或者两个以上构件直接接触，并且构件之间能够产生一定的相对运动的连接称为运动副。,第一节运动副及其分类,若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。,螺旋副,球面副,第一节运动副及其分类,平面运动副：两构件之间的相对运动为平面运动(1)低副两构件通过面接触构成的运动副，根据两构件间的相对运动形式，低副又分为移动副和转动副。一个低副引入两个约束。,移动副两构件间的相对运动为直线运动,两构件间的相对运动为转动,转动副（铰链）,（2）高副两构件通过点或线接触构成的运动副。一个高副引入一个约束,凸轮高副（点接触）,齿轮副（线接触）,第一节运动副及其分类,二、绘制平面机构运动简图的方法和步骤无论对已有机构进行分析，还是设计新的机构，都要从分析机构运动着手，所以机构运动简图是研究机构的重要工具。撇开实际机构中与运动无关的因素(例如构件的形状，组成构件的零件数目和运动副的具体结构等)，用简单线条和符号表示构件和运动副，并按一定比例定出各运动副的位置，表示出机构各构件间相对运动关系的图，称为机构运动简图。,第二节平面机构运动简图,一、构件的分类机构中的构件可以分为以下三类：(1)机架机架是机构中固定不动的构件，它支承着其他活动构件。如图1-6所示，构件4是机架，支承着曲柄1和连杆2等活动构件。当作机架时，应在该构件上打上剖面线。(2)原动件原动件是机构中接受外部给定运动规律的活动构件。图中构件1是原动件，它接受电动机给定的运动规律运动。(3)从动件从动件是机构中随原动件运动的活动构件。图中的连杆2和滑块3都是从动件，它们随原动件曲柄1的运动而运动。,第二节平面机构运动简图,第二节平面机构运动简图,构件及运动副的表示方法,第二节平面机构运动简图,2.转动副,构件组成转动副时，如下图表示。图面垂直于回转轴线时用图a表示；图面不垂直于回转轴线时用图b表示。,第二节平面机构运动简图,2.转动副,表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。一个构件具有三以上个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。,第二节平面机构运动简图,3.移动副,两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。,第二节平面机构运动简图,4.平面高副,两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。,第二节平面机构运动简图,下面以图1-6所示的偏心轮冲床机构为例，说明绘制机构运动简图的方法和步骤。1)分析机构的工作原理、组成情况和运动情况，确定其组成的各构件，何为原动件、机架、从动件。本例中，偏心轮1是原动件，由电动机通过带传动来驱动；床身4为机架；连杆2和冲头3都是从动件。,例题1,第二节平面机构运动简图,2)沿着运动传递路线，逐一分析每两个构件之间相对运动的性质，以确定运动副的类型和数目。本例中，偏心轮与机架之间为转动副联接，连杆与偏心轮、连杆与冲头之间也都为转动副联接，而冲头与机架之间则为移动副联接。,例题1,第二节平面机构运动简图,3)合理选择运动简图的视图平面。通常可选择机械中多数构件的运动平面为视图平面，必要时也可选择两个或两个以上的视图平面，然后将其展到同一平面上。本例是以偏心轮运动平面作为投影面。这时机构中构件的运动情况已能够表达清楚，不必再作辅助视图。,例题1,第二节平面机构运动简图,4)选择适当的比例，定出运动副的相对位置，并用各种运动副的表示符号、常用机构的符号和简单的线条，绘制机构运动简图。从原动件开始，按传动线路标注各构件的编号和运动副的代号。在原动件上标出箭头表示其运动方向。本例根据图16a，按照1：1比例，绘制偏心轮冲床机构的运动简图，如图16b所示。,例题1,第二节平面机构运动简图,例题2,试绘制内燃机的机构运动简图,第二节平面机构运动简图,例题2,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,第二节平面机构运动简图,例题2,第二节平面机构运动简图,一、自由度计算式机构具有确定运动时所给定的独立运动参数的数目通常称为机构的自由度。计算公式设n：机构中活动构件数；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,第三节平面机构的自由度,例1-1计算图1-6所示偏心轮冲床机构的自由度。解由其机构运动简图不难看出，此时机构共有三个活动构件(1、2、3)，4个低副(转动副A、B、C和移动副)，没有高副,n=3,Pl=4,Ph=0,F=3n-2Pl-Ph,=33-2Pl-Ph,=33-24-0,=1,第三节平面机构的自由度,例题3,第三节平面机构的自由度,n=3,Pl=4,Ph=0,F=3n-2Pl-Ph,=33-2Pl-Ph,=33-24-0,=1,例题4,二、机构具有确定相对运动的条件,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机构的自由度。平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目。,第三节平面机构的自由度,三、计算自由度时应注意的几种情况,1.复合铰链,2.局部自由度,第三节平面机构的自由度,三、计算自由度时应注意的几种情况,3.虚约束,第三节平面机构的自由度,三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有m1个转动副。,第三节平面机构的自由度,惯性筛机构,C处为复合铰链,计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。,n=5,Pl=7,Ph=0,=35-270=1,F=3n-2PlPh,第三节平面机构的自由度,滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。,计入局部自由度时n=3,Pl=3,Ph=1F=33-2-1=2与实际不符,第三节平面机构的自由度,应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。,处理方法,实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。,N=2,Pl=2,Ph=1,F=32-221=1,与实际相符,第三节平面机构的自由度,n=4,Pl=6,Ph=0,虚约束：构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。,与实际不符,F=34-260=0,第三节平面机构的自由度,n=3,Pl=4,Ph=0F=33-240=1,处理方法,与实际相符,应除去虚约束，即将产生虚约束的构件5及运动副除去不计。,第三节平面机构的自由度,虚约束常见情况及处理,计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。,1.两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间用另一构件连接时，将产生虚约束。,第三节平面机构的自由度,虚约束常见情况及处理,计算中只计入一个移动副。,2.两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。,第三节平面机构的自由度,3.两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为虚约束。,虚约束常见情况及处理,计算中只计入一个转动副。,第三节平面机构的自由度,4.两构件组成多个平面髙副，当接触点的公法线彼此重合，只有一个平面髙副起约束作用，其余为虚约束。,虚约束常见情况及处理,计算中只计入一个平面髙副。,第三节平面机构的自由度,虚约束常见情况及处理,计算中应将对称部分除去不计。,5.机构中对