平面机构运动课件

1、1.1 平面机构的组成1.2 平面机构的运动简图1.3 平面机构的自由度平面机构及其运动简图学习目的学习目的: : 掌握如何用机构运动简图表示机器（或机构掌握如何用机构运动简图表示机器（或机构) )中各构件的相对运中各构件的相对运动关系；会计算机构的自由度动关系；会计算机构的自由度。1.1 平面机构的组成构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称为运动副。为运动副。运动副元素：运动副元素：两构件上直接参加接触构成运动副的部分。两构件上直接参加接触

2、构成运动副的部分。1.1.1 1.1.1 运动副运动副运动副：运动副：1.1.2 1.1.2 自由度和运动副约束自由度和运动副约束自由度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自由度自由度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自由度1.1 平面 机构的组成按两构件接触情况，常分为按两构件接触情况，常分为低副、高副低副、高副两大类。两大类。 1.1.低副低副 两构件以面接触而形成的运动副。两构件以面接触而形成的运动副。 (1) (1) 转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。 a)固定铰链固定铰链一、平面运动副一、平面运动副1.1

3、 平面 机构的组成b)活动铰链转动副活动铰链转动副1.1 平面 机构的组成(2) (2) 移动副：只允许两构件作相对移动。移动副：只允许两构件作相对移动。移动副移动副1.1 平面 机构的组成2.高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。凸轮副凸轮副1.1 平面 机构的组成齿轮副齿轮副3.1 机构的组成二、空间运动副二、空间运动副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。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。螺旋副螺旋副球面副球面副1.1 平面 机构的组成1.2 平面机构的运动简图 1.2.1 运动副及构件的表示方法1.1.构件构件构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线

4、的表示机架。构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。2.2.转动副转动副构件组成转动副时，如下图表示。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图面垂直于回转轴线时用图a a表示；表示；图面不垂直于回转轴线时用图图面不垂直于回转轴线时用图b b表示。表示。表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。在其内画上斜线。1.2 平面机构的运动简图 1.2 平面机构的运动简图 3. 3. 移动副移动副两构件组成移动副，其导

5、路必须与相对移动方向一致。两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。1.2 平面机构的运动简图 4. 4. 平面高副平面高副 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。点划线划出其节圆。1.2 平面机构的运动简图 1.2.2 1.2.2 绘制机构运动简图的步骤绘制机构运动简图的步骤1）研究机构的运动原理）研究机构的运动原理2）确定运动副的种类）确定运动副的种类3）测量出运动副间的相对位置

6、）测量出运动副间的相对位置4）选择视图与比列，用规定符号绘图）选择视图与比列，用规定符号绘图例例1.1 试绘制内燃机的机构运动简图试绘制内燃机的机构运动简图1.2 平面机构的运动简图 气缸体气缸体1活塞活塞2进气阀进气阀3排气阀排气阀4连杆连杆5曲轴曲轴6凸轮凸轮7顶杆顶杆8齿轮齿轮10解：解：1）分析运动，确定构）分析运动，确定构件的类型和数量件的类型和数量 2）确定运动副的类型和）确定运动副的类型和数目数目 3）选择视图平面）选择视图平面 4）选取比例尺，根据机）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置间的相对位置 5）画出各运动副和机构）画出各运动副

7、和机构符号，并表示出各构件符号，并表示出各构件1.2 平面机构的运动简图 1.2 平面机构的运动简图 1.3 平面机构的自由度1.实例分析 不能产生运动不能产生运动 11给定构件给定构件1 1运动参数运动参数 = ( t )= ( t ) 构件构件2 2、3 3的运动是确定的的运动是确定的 1.3.1 1.3.1 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件给定构件1运动参数 = ( t )，构件2、3、4的运动是不确定的 11再给定构件4运动参数 = ( t )，构件2、3的运动是确定的441.3 平面机构的自由度2.2.结论结论 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具有确

8、定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称机构的机构的自由度自由度。 平面机构具有确定运动的条件：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机构原动件个数应等于机构的自由度数目。度数目。 原动件数自由度数，机构无确定运动原动件数自由度数，机构无确定运动 原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏 1.3 平面机构的自由度1.3.2 1.3.2 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算 1.1.构件自由度构件自由度 一个构件未用运动副一个构件未用运动副与其它构件连接之前，与其它构件连接之前，有三个自由度。有三个自由度。 当用运动副连接后，构件间的相对运动受

9、到约束，失当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。的自由度数目也不同。1.3 平面机构的自由度2. .计算公式计算公式n：机构中活动构件数；：机构中活动构件数； Pl ：机构中低副数；：机构中低副数； Ph ：机构中高副数；：机构中高副数； F ：机构的自由度数；：机构的自由度数；F = 3n - 2Pl - Ph 3.计算实例 n = 3, Pl = 4, Ph = 0 F = 3n - 2Pl - Ph =33 - 2Pl - Ph =33 - 24 - 0设设则= 1

10、 1.3 平面机构的自由度v计算实例 n =5, Pl = 7, Ph = 0 F = 3n 2Pl Ph = 35 27 0= 1解：1.3 平面机构的自由度1.3.3 1.3.3 自由度计算时应注意的几种情况自由度计算时应注意的几种情况 1.1.复合铰链复合铰链2.2.局部自由度局部自由度 3.3.虚约束虚约束 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。合铰链。 个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。局部自由度。 重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称

11、为重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。虚约束。 4.4.虚约束常见情况及处理方法虚约束常见情况及处理方法 5.5.虚约束对机构的影响虚约束对机构的影响 1.3 平面机构的自由度三个构件在同一轴线处，两个转动副。个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：推理：m个构件时，有个构件时，有m 1个转动副。个转动副。 1.3 平面机构的自由度惯性筛机构C处为复合铰链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。计算错误。n = 5, Pl = 7, Ph = 0= 35 -27 0 = 1F = 3n

12、- 2Pl Ph1.3 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。 计入局部自由度时计入局部自由度时 n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F =33 - 23- 1 = 2 与实际不符与实际不符1.3 平面机构的自由度 应除去局部自由度，即把应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。滚子和从动件看作一个构件。处理方法处理方法 实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去除去”指计算中不计入，并指计算中不计入，并非实际拆除。非实际拆除。教材图教材图1-13b动画动画N =

13、 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 32 - 22 1 = 1与与实际相符实际相符1.3 平面机构的自由度n = 4, Pl =6, Ph = 0 构件构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束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。对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。 与实际不符与实际不符 F = 34 -26 0 = 01.3 平面机构的自由度n = 3, Pl =4, Ph =0F = 33 - 24 0 = 1处理方法处理方法与实际相符与实际相符 应除去虚约束，即应除去虚约束，即将产生虚约束的构件将产生虚约束的

14、构件5及及运动副除去不计。运动副除去不计。1.3 平面机构的自由度1.1.两构件未组成运动副前，连接点处的轨迹已重合为一，组成两构件未组成运动副前，连接点处的轨迹已重合为一，组成的运动副存在虚约束。的运动副存在虚约束。 计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。 虚约束常见情况及处理虚约束常见情况及处理1.3 平面机构的自由度虚约束常见情况及处理虚约束常见情况及处理 计算中只计入一个移动副。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，

15、其余为虚约束一个移动副起约束作用，其余为虚约束。 1.3 平面机构的自由度 3. .两构件组成多个转两构件组成多个转动副，且轴线重合，动副，且轴线重合，只有一个转动副起约只有一个转动副起约束作用，其余为约束。束作用，其余为约束。 虚约束常见情况及处理虚约束常见情况及处理 计算中只计入一个转动副计算中只计入一个转动副。1.3 平面机构的自由度虚约束常见情况及处理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。计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。4.两构件两点间未组成运动副两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间用另前距离保持不变，两点间用另一构件连接时，将产生虚约束一构件连接时，将产生虚约束。1.3 平面机构的自由度虚约束常见情况及处理虚约束常见情况及处理计算中应将对称部分除去不计计算中应将对称部分除去不计。 5.机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。1.3 平面机构的自由度虚约束对机构的影响虚约束对机构的影响机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计除去不计”是