平面机构及其自由度PPT演示文稿

1、第1章 平面机构及其自由度,2,第1章 平面机构及其自由度,1.3 平面机构的自由度,1.2 平面机构及其运动简图,1.1 运动副及其分类,本章小结,机械设计基础,3,平面机构,所有构件都在同一平面或相互平行的平面内运动的机构,机构中的构件只有通过一定的方式相互联接起来，并且满足一定的条件才能传递确定的运动和动力,第1章 平面机构及其自由度,4,1.1 运动副及其分类,1.1.1 运动副,两构件直接接触而又能产生一定形式的相对运动的联接,5,1.1 运动副及其分类,1.1.2 运动副分类,平面运动副和空间运动副 （根据两构件之间的相对运动分类,高副和低副 （根据两构件之间的接触情况分类,高副,

2、两构件通过点或线的接触而构成的运动副,高副 动画演示,6,1.1 运动副及其分类,1.1.2 运动副分类,转动副(也称为铰链)： 两构件之间的相对运动为转动的低副,移动副： 两构件之间的相对运动为移动的低副,低副,两构件通过面接触而构成的运动副,转动副 动画演示,移动副 动画演示,7,1.2 平面机构及其运动简图,1.2.1 平面机构的组成,机架：与参考系固结相对不动的构件。 例如各种机床的床身是机架。在机构简图中， 将机架打上斜线表示。除其余的构件均相对 于机架而运动,原动件：给定独立运动参数的构件。即直接接受能源或最先接受能源作用有驱动力或力矩的构件。例如柴油机中的活塞。它的运动是外界输入

3、的，因此又称为输入构件。在机构简图中，将原动件标上箭头表示,从动件：原动件带动而随之运动的构件。如柴油机中的连杆、曲轴、齿轮等都是从动件。当从动件输出运动或实现机构的功能时，便称其为执行构件件,8,1.2 平面机构及其运动简图,1.2.2 平面机构运动简图及其意义,定义,用简单线条和规定的符号表示构件和运动副，并按照一定的比例尺确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种表明机构的组成和各构件间真实运动关系的简单图形，称为机构的运动简图,意义,由于机构在运动时，各部分的运动是由其原动件的运动规律、该机构中各运动副的类型、数目及相对位置来决定的，而与构件和运动副的实际结构无关。通过机构运动简图不

4、仅可以简明的描述一部机器或机械系统的组成情况，而且运动特性与其实际完全等价,9,1.2 平面机构及其运动简图,1.2.3 运动副和构件的表示,1.移动副的表示,10,1.2 平面机构及其运动简图,2. 转动副的表示,11,1.2 平面机构及其运动简图,3. 高副的表示（画出接触处的曲线轮廓,12,1.2 平面机构及其运动简图,4.多个运动副的表示（在一个构件上,1）两个运动副元素,两转,两移,一转一移,一高一低,13,1.2 平面机构及其运动简图,4.多个运动副的表示（在一个构件上,2）多个运动副元素,14,1.2 平面机构及其运动简图,5. 构件的表示,由于构件的相对运动主要取决于运动副，因

5、此首先应当用符号画出各运动副元素在构件上的相对位置，然后再用简单的线条把它们连接成构件,4.机构运动简图常用符号,15,1.2 平面机构及其运动简图,1.2.4 绘制平面机构运动简图的方法和步骤,16,1.2 平面机构及其运动简图,步骤,17,1.2 平面机构及其运动简图,选择比例，绘制机构运动简图,18,1.2 平面机构及其运动简图,如图所示为一颚式破碎机。当偏心轴2绕轴心A连续回转时，动颚板3作往复摆动，从而将矿石轧碎。试绘制此破碎机的机构运动简图,颚式破碎机 动画演示,动画演示,19,1.3 平面机构的自由度,1.3.1 构件的自由度和约束,自由度,构件作独立运动的数目,一个作平面运动的

6、自由构件自由度总数为3,若一个平面机构共有n个活动构件。在未用运动副联接前，则活动构件自由度总数为3n,20,1.3 平面机构的自由度,通常，一个低副引入2个约束；一个高副引入1个约束。若机构中有PL个低副，PH个高副，则受到的约束（即减少的自由度 ）总数应为2PL+ PH,当用运动副将这些活动构件与机架联接组成机构后，则各活动构件具有的自由度受到约束,21,1.3 平面机构的自由度,一个低副引入2个约束（失去2个自由度）仅保留1个自由度,转动副： 组成转动副的两构件只能在一个平面内相对转动,移动副：组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动,22,1.3 平面机构的自由度,一个高副引入1个约束

7、（失去1个自由度）保留2个自由度,23,13 平面机构的自由度,1.3.2 平面机构的自由度计算,平面机构的自由度：机构中各构件相对于机架所具有的 独立运动的数目,自由度=1,自由度=0,24,13 平面机构的自由度,设平面机构中包含有N个构件其中有n=(N-1)个活动构件，PL个低副数和PH个高副数,F=3 n- 2 PL -PH,计算下列机构的自由度,F=3 n- 2 PL PH=3324=1,这些活动构件在未用运动副联接之前,其自由度数应为3n,引入的约束总数为(2 PL +PH,机构的自由度为,N=4 n=3 PL=4 PH=0,25,13 平面机构的自由度,N=5 n=4 PL=5

8、PH=0,N=3 n=2 PL=3 PH=0,计算下列机构的自由度,F=3 n2 PL PH =3223=0,F=3 n2 PL PH =3425=2,26,1.3 平面机构的自由度,此条件讨论了机构自由度数与原动件的关系 1.原动件数目WF,运动不确定 如:五杆机构,1.3.3 机构具有确定运动的条件,27,1.3 平面机构的自由度,2.F0,机构不能运动成为刚性桁架 如三杆机构 又如图所示,F=3 n- 2 PL PH =3325=-1,F0机构不能运动成为超静定桁架,28,1.3 平面机构的自由度,3.W=F (F0) 机构具有确定的相对运动,29,1.3 平面机构的自由度,4.W F

9、机构按受力较大的原动件的运动规律运动 或在弱处损坏,机构具有确定相对运动的条件: 机构原动件数应等于机构自由度数,即W=F,30,1.3 平面机构的自由度,惯性筛,F=3n-2PL-PH =35-26=3,1.3.4 计算机构自由度时应注意的问题,1.复合铰链 两个以上的构件同时用转动副在同一轴线上构成的连接,31,1.3 平面机构的自由度,1.3.4 计算机构自由度时应注意的问题,1.复合铰链 两个以上的构件同时用转动副在同一轴线上构成的连接,由K个构件组成的复合铰链应含有(K-1)个转动副,32,例1 如图为一惯性筛的机构简图，试计算其 机构的自由度,解：该机构中，n5，PL=7(C处为复

10、合铰链)，PH=0 ，所以该机构的自由度： F=3n-2PL-PH =35-27=1,1.3 平面机构的自由度,33,1.3 平面机构的自由度,例2 计算原盘锯主体机构的自由度,解 机构中活动构件有,n,7,低副有,PL,10,F = 3n2PLPH,3,2,7,10,1,34,2.局部自由度,机构中不影响其输出与输入运动关系的个别构件独立运动的自由度，称为机构的局部自由度,F=3n-2 PL-PH=32-22-1=1,1.3 平面机构的自由度,F=3n-2 PL-PH=33-23-1=2,在计算机构自由度时，应预先排除,35,3.虚约束（重复约束、消极约束,在机构中与其他约束重复而不起限制运

11、动作用的约束称为虚约束。 在计算机构自由度时，应当除去不计,机构中n=3，PL=4， PH=0，则机构自由度为：F=3n-2PL-PH =33-24-0=1,1.3 平面机构的自由度,在计算机构自由度时应除去CD构件和转动副C，D,36,平面机构的虚约束常出现在下述场合,1)两构件上两点间的距离保持恒定不变,1.3 平面机构的自由度,37,平面机构的虚约束常出现在下述场合,2) 两构件同时在多处构成转动副，且各转动副轴线重合，此时只有一个转动副起作用，其余为虚约束,1.3 平面机构的自由度,38,3)两个构件组成多个移动副，其导路互相平行时，只有一个移动副起约束作用，其余部是虚约束,1.3 平面机构的自由度,39,4)机构中对传递运动不起独立作用的对称部分,虚约束虽然对机构的运动不起独立的约束作用，但它可以改善机构的受力情况、增加构件的刚性,1.3 平面机构的自由度,40,课堂练习,计算图示机构的自由度(若有复合铰链、局部自由度及虚约束必须明确指出）并说明该机构是否具有确定的相对运动,练习1.惯性筛,41,平面机构运动简图及自由度,练习2,42,本章小结,本章主要介绍了平面运动副的类型、平面机构运动简图的绘制、平面机构具有确定运动的