第二章-机械设计概论2.5.ppt

2.5机构运动简图及平面机构的自由度,平面机构与空间机构,定义：所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构，否则称为空间机构。,平面连杆机构,常用机构,凸轮机构,齿轮传动机构,带传动,常用机构,蜗轮蜗杆机构,常用机构,圆锥齿轮机构,其他机构,空间槽轮机构,空间万向节机构,其他机构,并联机床,并联机器人,1、运动副及其分类,运动副：当构件构成机械时，构件与构件之间通过一定的相互接触与制约，构成保持相对运动的可动连接，这种可动连接称为运动副。分类：低副和高副。,低副,定义：两构件通过面接触组成的运动副。分类：（1）回转副（铰链）组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动。（2）移动副组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动。,高副,定义：两构件通过点或线接触组成的运动副,加热炉,2、平面机构运动简图,机构运动简图：当研究机构的运动时，为了使问题简化，常用一些简单的线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置。这种说明机构各构件间相对运动关系的简化图形，称为机构运动简图。机构运动简图，具有和原机构相同的运动特性，故可根据该图对机构进行运动和动力分析。机构中的构件分三类：固定件、原动件、从动件。,1.首先确定机构的原动件和执行件，然后确定构件间运动副的类型。2.恰当地选择投影面。一般选择与多数构件的运动平面相平行的面为投影面，绘制机构运动简图要以正确、简单、清晰为原则。3.选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动副之间的相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并将同一构件上的运动副符号用简单线条连接起来，这样便可绘制出机构的运动简图。,绘制机构运动简图的步骤,颚式破碎机,颚式破碎机结构及机构运动简图,例2-1绘制如图所示的五杆机构运动简图,五杆机构运动简图,3、平面机构的自由度,一个构件或机构的自由度数是指：确定这个构件或机构的运动（或位置）所需的独立参数的数目。,几种运动副,回转副和移动副约束了两个自由度,高副约束了一个自由度,平面机构自由度的计算公式,对于具有n个活动构件的平面机构，若各构件之间共构成了PL个低副和PH个高副，则它们共引入(2PL+PH)个约束。机构的自由度F显然应为:F=3n(2PL+PH)=3n2PLPH,平面机构自由度计算（1）,由机构运动简图知，该机构共有5个活动构件，各构件间构成了7个回转副，没有高副，即：故该机构的自由度为：,平面机构自由度计算（2）,由机构运动简图知，该机构共有四个活动构件和五个回转副，没有高副，故该机构的自由度为：,平面机构自由度计算（3）,由机构运动简图知，该机构共有4个活动构件和6个回转副，没有高副，故该机构的自由度为：,机构具有确定运动的条件,（1）机构的自由度F0。（2）机构的原动件数等于机构的自由度F。,机构的自由度和原动件的数目与机构运动的关系,1)若机构自由度，则机构不能动；2)若且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是确定的。3)若0，而原动件数，而原动件数F，则构件间不能运动或产生破坏。,4、计算机构自由度时应注意的事项,举例,定义：由两个以上构件在同一处构成的重合转动副称为复合铰链。特点：由m个构件汇集而成的复合铰链应当包含(m-1)个转动副。,（1）复合铰链,举例,平面机构自由度计算（4）,构件2、3、4在铰链C处构成复合铰链，组成两个同轴回转副而不是一个回转副，所以，总的回转副数是PL=7，而不是PL=6，,举例,（2）局部自由度,定义：对整个机构运动无关的自由度，称为局部自由度。特点：在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。,局部自由度实例,平面机构自由度计算（5）,滚子4绕其轴线B的自由转动不论正转或反转甚至不转都不影响从动杆2的运动规律，因此滚子4的转动应看作是局部自由度，即多余自由度，在正确计算自由度时应予除去不计。将滚子与从动杆固联作为一个构件看待，即按n=2、PL=2、PH=1来考虑。,举例,（3)虚约束,定义:在运动副的约束中，有些约束所起的限制作用可能是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。特点:应在计算结果中加上虚约束数，或先将产生虚约束的构件和运动副去掉，然后再进行计算。,平面机构自由度计算（6）,所示机构各构件的长度为试计算其自由度。,分析图a)，可知：n=3，PL=4，PH=0其中EF构件为虚约束，该平面机构的自由度为：,分析图b)，可知：n=3，PL=4，PH=0该平面机构的自由度为：,分析图b)，可知：n=4，PL=6，PH=0该平面机构的自由度为：,带虚约束的凸轮机构,常见的虚约束,）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。,）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。,带虚约束的曲轴,带虚约束的行星轮系,3）机构中对运动起重复限制作用的对称部分也往往会引入虚约束。,图1,机构自由度计算举例,例1：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。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？,解：首先计算设计方案草图的自由度,即表示如果按此方案设计机构，机构是不能运动的。必须修改，以达到设计目的。改进措施：1、增加一个低副和一个活动构件；2、用一个高副代替低副。,方案1,方案2,方案3,方案4,方案5,方案6,方案7,方案8,图2,例2：如图2所示，已知：DE=FG=HI，且相互平行；DF=EG，且相互平行；DH=EI，且相互平行。计算此机构的自由度(若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。,局部自由度,复合铰链,虚约束,图3,例3、计算图3所示机构的自由度（若