机械设计基础 自由度

工业设计机械基础,1机构的组成2机构运动简图3平面机构的自由度,第四章机构运动简图及平面机构自由度,1机构的组成,一、运动副,运动副：构件间直接接触的动联接。,零件,平面低副面接触,a）回转副（铰链）相对转动,b）移动副相对移动,平面高副点、线接触,空间运动副,球面副,螺旋副,二、运动链,运动链：两个以上构件通过运动副连接而构成的可动系统。,闭式链,首尾两构件相互连接形成一个封闭的可动系统。,开式链,首尾两构件不相互连接，形成一个非封闭的可动系统。,三、机构,机构：在运动链中，将某一构件固定作为机架。,机构运动简图：用简单线条、符号表达复杂机械中各构件的相互联系、运动特性。,2机构运动简图,识别构件；,确定构件间的相对运动关系(运动副)；选择视图、定比例作图。,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。,一、功用,二、作图方法,例1：偏心轮滑块机构,解：1)识别构件,1机架2偏心轮3连杆4滑块,2)确定运动关系,1-2：回转副O2-3：回转副A3-4：回转副B4-1：移动副,3)选视图，定比例，作图。,例：凸轮机构,3)作图,例：颚式破碎机,3）作图,抽水机机构,冲孔机构,缝纫机下针机构,插齿机构,平面机构机构中所有运动构件在同一平面或平行平面内运动。,自由度独立的自由运动。,运动副对自由度的影响,一个作平面运动的自由构件有3个自由度。,约束对构件间相对运动的限制。,3平面机构的自由度,一、机构具有确定运动的条件,引入一个回转副后，构件失去2个自由度。,引入一个高副后，构件失去1个自由度。,结论：平面机构中，每个低副约束2个自由度，每个高副约束1个自由度。,引入一个移动副后，构件失去2个自由度。,o,x,y,o,x,y,y,o,x,自由度计算公式及意义,设由N个构件组成的平面机构，活动构件数为n=N-1，低副数为PL，高副数为PH，则机构的自由度F为：,F=3n-2PL-PH,F=33-24=1,该机构有确定运动。,F=34-25=2,该机构无确定运动。,若4也为原动件,则有确定运动。,F=32-23=0,该机构为桁架，无法运动。,结论：平面机构要实现确定的运动，必须满足以下条件：1、F02、原动件数目=F。,F=310-211-1=7?,.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。,同理：m个构件组成的复合铰链，构成m-1个回转副。,二、应注意的几个问题,.局部自由度,F=33-23-1=2,滚子3的转动不会影响整个机构的运动局部自由度。,正确的计算方法：,将滚子与从动件焊接在一起（如图）,F=32-22-1=1,该机构是否有确定的相对运动呢？,注意：局部自由度虽不影响整个机构的运动，但可将滑动摩擦滚动摩擦，从而，磨损。,常见的局部自由度：小滚子,.虚约束,图示机构：F=34-26=0,构件3：重复约束虚约束,F=33-24=1,F=0，机构无法运动。,去掉虚约束：,该机构是否有确定相对运动呢？,注意：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,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=37-210=1,若lCE=lDE，lBC=lBD=lCF=lDF，则F沿mm水平移动圆盘锯机构。,解：首先去掉虚约束。,共有5个活动构件，7个低副。,该机构有确定运动。,F=35-27=1,该机构有确定运动。,解：去掉机构中的虚约束。,共有7个活动构件，10个低副。,F=37-210=1,该机构有确定运动。,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