平面机构结构简图及自由PPT课件

1、1 构件及其运动副一、构件二、运动副 两个构件直接接触且具有确定相对运动的联接。平面运动副分类:转动副移动副特点：特点：面接触、面接触、相对转动或相对移动相对转动或相对移动 低副低副 运动的单元.运动副元素两构件相互接触的点、线、面。第1页/共75页 转动副转动副：形成运动副的两个构件只能在一个平面内相：形成运动副的两个构件只能在一个平面内相对转动，约束掉两个移动自由度。如铰链联接、轴和轴对转动，约束掉两个移动自由度。如铰链联接、轴和轴承联接。承联接。 yxyx 移动副移动副：形成运动副的两个构件只能沿某一直线作：形成运动副的两个构件只能沿某一直线作相对移动，约束掉一个移动和一个转动自由度。如

2、滑动相对移动，约束掉一个移动和一个转动自由度。如滑动件与导轨、活塞与气缸的联接。件与导轨、活塞与气缸的联接。 第2页/共75页 齿轮副 凸轮副特点：特点：点或线接触、点或线接触、沿接触点切线方向相对移沿接触点切线方向相对移动动 或绕接触点的转动或绕接触点的转动 高副高副螺旋副 球面副 第3页/共75页凸轮高副（点接触）凸轮高副（点接触）齿轮高副（线接触）齿轮高副（线接触）第4页/共75页 若干构件通过运动副联接而成的可动系统称运动链 若将运动链中的一个构件相对固定，运动链则成为机构。 机构中构件的分类： 1 1、机架（描述运动的参考系） 2 2、原动件（运动规律已知的构件） 3 3、从动件第5

3、页/共75页2 2 平面机构运动简图的绘制机构运动简图 表示机构运动特征的一种工程用图表达方式： 用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置与运动有关的因素： 构件数目 运动副数目及类型 运动副之间的相对位置第6页/共75页 转动副转动副一、运动副符号一、运动副符号 移动副移动副第7页/共75页齿轮副齿轮副凸轮副凸轮副122122第8页/共75页螺旋副螺旋副球面副球面副机构运动简图机构运动简图表表空间副第9页/共75页 二、构件 不管构件形状如何，简单线条表示，带短剖面线表示机架。第10页/共75页带运动副元素的构件第11页/共75页 7. 7.偏心轮机构简图偏心轮机构

4、简图 ABABCC 8. 8.带传动和链传动带传动和链传动机构简图机构简图 9. 9.机械中常用机构及其构件还可直接按机械中常用机构及其构件还可直接按GB/T4460-1984GB/T4460-1984规定的简图形式绘制。规定的简图形式绘制。 第12页/共75页 机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制 1. 1.根据机械的功能分析其根据机械的功能分析其组成和运动情况组成和运动情况。 2.2.选择机械的选择机械的多数构件多数构件的的运动平面为投影面运动平面为投影面。 （以正确表达清楚为原则）（以正确表达清楚为原则） 3.3.按按适当的比例适当的比例定出各运动副间的定出各运动副间的相对位置相对位置，

5、用用规定的简单线条和符号规定的简单线条和符号画出画出机构运动简图机构运动简图。 有时仅为了表示机械的组成和运动情况，可以有时仅为了表示机械的组成和运动情况，可以不严格按比例绘图。即机构简图（示意图）。不严格按比例绘图。即机构简图（示意图）。 4.4.构件编号构件编号（小写阿拉伯数字小写阿拉伯数字），运动副的字），运动副的字母（母（大写英文字母大写英文字母）和）和主动件运动方向主动件运动方向的标注。的标注。 标注作回转运动的主动件运动方向时应注意：标注作回转运动的主动件运动方向时应注意：单箭头一般表示可作整周回转运动，双箭头表示单箭头一般表示可作整周回转运动，双箭头表示作摆动回转运动作摆动回转运

6、动。 第13页/共75页 注意事项注意事项 1 1熟记熟记各类各类常用平面机构与运动副的符号表常用平面机构与运动副的符号表示法示法。 2 2构件的表达力求简明，构件的表达力求简明，一般不必考虑构件一般不必考虑构件本身的形状和大小本身的形状和大小，而机构简图中，构件图形的，而机构简图中，构件图形的差异并不会影响构件的运动性质。差异并不会影响构件的运动性质。a)21b)212d2c)1)e)211 3. 3.选取选取适当的投影面和比例尺适当的投影面和比例尺，这是属于表，这是属于表达技巧的问题。达技巧的问题。第14页/共75页三、三、机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制方法与步骤： 1.确定构件数目

7、及原动件、输出构件； 2.根据各构件间的相对运动确定运动副的种类和数目； 3.选定比例尺，按规定符号绘制运动简图； 4.标明机架、原动件和作图比例尺； 5.验算自由度。机架ABCABC第15页/共75页1 12 23 34 4ABC141223A14B12C2343 32 24 41 14第16页/共75页（移动导杆机构）（移动导杆机构）3.5第17页/共75页3.6第18页/共75页曲柄移动导杆机构曲柄移动导杆机构3.7第19页/共75页A1234BCD例例1 1 颚式破碎机颚式破碎机第20页/共75页例题例题 绘制图示的颚式破碎机的机构简图。绘制图示的颚式破碎机的机构简图。 第21页/共7

8、5页 项目项目2：绘制：绘制颚式破碎机颚式破碎机的机构运动简图。的机构运动简图。第22页/共75页 当曲轴当曲轴2 2绕其轴心绕其轴心O O连续转动时，动颚板连续转动时，动颚板3 3作作往复摆动，从而将处于动颚板往复摆动，从而将处于动颚板3 3和固定颚板和固定颚板6 6之间之间的矿石轧碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。的矿石轧碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。解：解：（1）运动分析 此碎矿机由原动件曲轴3、 动颚板4、摆杆5、 机架7等4个构件组成， 固定颚板6 是固定安装在机架上的。（2）曲轴3于机架7在A点构成转动副（即飞轮的回转中心）； 曲轴3与动颚板4也构成转动副，其轴心在B点（即动颚

9、板绕曲轴的回转几何中心）； 摆杆5分别与动颚板4和机架7在C、D两点构成转动副。（3）其运动传递为：电机、皮带、曲轴、动颚板、摆杆。所以，其机构原动件为曲轴，从动件为摆杆、构件3、机架5共同构成曲柄摇杆机构。（4）按图量取尺寸，选取合适的比例尺，确定A、B、C、D四个转动副的位置，即可绘制出机构运动简图。最后标出原动件的转动方向。由图量取AB=3mm，BC=25mm，CD=14mm，AD=22mm. 第23页/共75页 四杆机构的自由度计算四杆机构的自由度计算n=3 pL=4 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1原动件数=机构自由度第24页/共75页例例2 2 活塞泵活塞泵运动副？运动副

10、？第25页/共75页2DA43CB1抽水筒机构及其机构运动简图抽水筒机构及其机构运动简图 D23CA4B1第26页/共75页例题例题 绘制手动冲床机构的机构运动简图。绘制手动冲床机构的机构运动简图。 61B2CAG45EFD3DB542C3E416FGA作业作业 8-28-2、8-38-3、8-5 8-5 第27页/共75页 举例 1 小型压力机第28页/共75页13478 9101118ABCD,举例 2 内燃机F3n(2plph)36-2x7-3=1第29页/共75页 【例例3-1】绘制图0-1所示内燃机的机构运动简图。解解 内燃机是由活塞内燃机是由活塞2 2、连杆、连杆5 5、曲轴、曲轴

11、6 6与气缸体与气缸体1 1组成的组成的曲柄滑块机构曲柄滑块机构；同曲轴固联的齿轮同曲轴固联的齿轮1010，同凸轮轴，同凸轮轴7 7固联固联的齿轮的齿轮9 9与气虹体组成的与气虹体组成的齿轮机构齿轮机构；凸轮凸轮7 7、进气阀顶杆、进气阀顶杆8 8与气缸体组成与气缸体组成的的凸轮机构凸轮机构。气缸体气缸体1 1作为固定件，是作为固定件，是机架机架；燃气推动下的活塞燃气推动下的活塞2 2是是原动件原动件；其余；其余构件都是构件都是从动件从动件。256110978第30页/共75页 【例例3-1】绘制图0-1所示内燃机的机构运动简图。各各构件构件之间的联接方式如下：之间的联接方式如下：9 9和和1

12、010齿轮啮合，齿轮啮合，构成构成高副高副；推杆推杆8 8和气缸体和气缸体1 1之间构成之间构成移动副移动副；活塞活塞2 2和气缸体和气缸体1 1之间构成之间构成移动副移动副。凸轮凸轮7 7（齿轮（齿轮9 9）和气缸体）和气缸体构成构成转动副转动副；凸轮凸轮7 7和推杆和推杆8 8之间构成之间构成高副高副；曲轴（齿轮曲轴（齿轮1010）和气缸体）和气缸体1 1之间构成之间构成转动副转动副；256110978第31页/共75页自用盘编号JJ321002 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 1）分析运动，确）分析运动，

13、确定构件的类型和数量定构件的类型和数量 2 2）确定运动副的类型）确定运动副的类型和数目和数目 3 3）选择视图平面）选择视图平面 4 4）选取比例尺，根）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置各运动副间的相对位置 5 5）画出各运动副和）画出各运动副和机构符号，并表示出各机构符号，并表示出各构件构件第32页/共75页自用盘编号JJ321002 内燃机工作原理第33页/共75页活塞连杆组活塞连杆组气环气环油环油环活塞销活塞销活塞活塞连杆体连杆体连杆螺栓连杆螺栓连杆轴瓦连杆轴瓦连杆盖连杆盖活塞活塞2 2和连杆和连杆5 5小头，小头，连杆连杆5 5和曲轴和曲轴6

14、 6，构成，构成转动副转动副。第34页/共75页256110978第35页/共75页一、构件的自由度自由度构件所具独立运动的个数（确定构件位置所需独立坐标数）。一个完全自由的平面运动构件具有三个自由度。xy21xyyx3 3 平面机构的自由度第36页/共75页F=6F=3 不论形成运动副的两个构件是否其中有一个相对固定，运动副引入的约束数S均相同。二、平面运动副的约束条件 约束 限制 约束条件 约束数运动副的形成引入了约束，使构件失去运动自由度。1. 转动副x0y0 xy约束数 S = 2F=1F=4第37页/共75页2. 移动副约束数 S = 23. 齿轮副4. 凸轮副nn约束数 S = 1

15、nn 平面低副约束数 S = 2 平面高副约束数 S = 1第38页/共75页三、平面机构的自由度机构的自由度 F=3活动构件数-2低副数-1高副数计算公式计算公式F F 3n 3n 2P2PL L P PH H1.1.机构自由度的计算公式机构自由度的计算公式F F3n3n 2P2PL L P PH H 3 3 2 2 3 34 4 0 0 1 1F F3n3n 2P2PL L P PH H 3 3 2 2 4 45 50 0 2 2F F3n3n 2P2PL L P PH H 3 3 2 2 2 22 21 1 1 1例例第39页/共75页F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3

16、=3 2 2-2-2 3 3- -0 0= =0 0F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3=3 3 3-2-2 5 5- -0 0= =-1-1 三个构件通过三个转动副相连, 相当于一个构件。2.2.机构机构( (运动链运动链) )具有确定相对运动的条件具有确定相对运动的条件有一个机架有一个机架自由度大于零（自由度大于零（F0F0）原动件数原动件数 = =自由度数自由度数（通常，原动件为含低副构件且与机架相连, 只有一个自由度。）第40页/共75页3 .3 . 注 意 事注 意 事项项（1 1）复合铰链 m个构件(m3)在同一处构成共轴线的转动副412356F F 3n3n2P2

17、PL LP PH H 3 3 2 2 560 3 3F F 3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 570 1 1m-1个低副复 计算在内523要正确计算运动副数目第41页/共75页F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 760 9F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 7100 1?复复复复例1 1 圆盘锯机构第42页/共75页F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 23 1 13.3.注意事项注意事项 机构中某些构件所具有的局部运动，并不影响机构运动的自由度。（2 2）局部自由度 排除F F3n3n2P2PL LP PH H

18、-F-F 3 3 2 2 22 1 1这时 F F3n3n2P2PL LP PH H- -F F 式中F F 为局部自由度数目 滚子作用：滑动摩擦 滚动摩擦2）第43页/共75页局部自由度局部自由度 对于含有局部自由度的机构在计算自由度时，不考虑局部自由度。局部自由度，局部自由度， “焊死焊死”处处理理第44页/共75页（3）虚约束不产生实际约束效果的重复约束排除3.3.注意事项注意事项在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。在计算机构自由度时应将虚约束去除。第45页/共75页F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 123F

19、F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 23 1- -11 1）两构件间构成多个作用相同的运动副3.3.注意事项注意事项错错22 11对对同一轴线上两个转动副a.转动副轴线重合b.移动副导路平行或重合的移动副两构件组成多个移动方向一致的运动副第46页/共75页3.3.注意事项注意事项nnnn两接触点公法线重合的高副c.平面高副接触点共法线如果两构件在多处接触而构成平面高副，但各接触点处的公法线方向并不彼此重合，则为复合高副，相当于一个低副（移动副或转动副）。转动副移动副第47页/共75页412351234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 0 1F F

20、3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 46 0 0？对对3.3.注意事项注意事项应用实例应用实例F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 0 1a.a.两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合虚约束消除平行四边形运动不确定性虚约束消除平行四边形运动不确定性2 2）两构件上连接点的运动轨迹互相重合。机车车轮联动机构第48页/共75页a、 两构件上联接点的轨迹重合两构件上联接点的轨迹重合 在该机构中，构件在该机构中，构件2 2上的上的C C点点C C2 2与构件与构件3 3上的上的C C点点C C3 3 在未连接前的轨迹都沿Y轴,

21、轨轨迹重合，迹重合，此时转动副C将引入一个虚约束为为虚约束虚约束 解决方法：解决方法：计算时应将构件计算时应将构件3 3及其引入及其引入的约束去掉来计算的约束去掉来计算 同理，也可将构件同理，也可将构件4 4当作虚约束，将构当作虚约束，将构件件4 4及其引入的约束去掉来计算，效果及其引入的约束去掉来计算，效果完全一样完全一样BAC(C2,C3)D1234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 01第49页/共75页平行四边形机构平行四边形机构b.b.两构件某两点间的距离始终不变，将此两点用两构件某两点间的距离始终不变，将此两点用构件和运动副连接会带进虚约束。构件和运动副

22、连接会带进虚约束。n=3 pL=4 ph=0F=3n-(2pl+ph)=1第50页/共75页B、 两构件某两点之间的距离在运动中保两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时持不变时 在这两个例子中，加与不加红色构件在这两个例子中，加与不加红色构件MNMN效果完全一样，为效果完全一样，为虚约束虚约束 解决方法：解决方法：计算时应将构件计算时应将构件MNMN及其引入的约束去掉及其引入的约束去掉F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 0F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 46 0 0NM错错对对 1F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2

23、34 01第51页/共75页天平机构天平中的平行四边形机构第52页/共75页与运动无关的对称部分，如多个行星轮虚约束改善受力c.机构中传递运动不起独立作用的对称部分行星轮系F=3x3-2x3-2=11243124312H3F=3x4-2x4-2=2两个中心轮都没有固定A存在一个复合铰链有一个中心轮固定ABCH第53页/共75页F3n- 2PL- PH + P- FF 自由度数 PH 高副数n 活动构件数 P 虚约束数 PL 低副数 F 局部自由度数第54页/共75页第55页/共75页自用盘编号JJ321002 B2I9C 3A1J6H87DE4FG5计算图示包装机送纸机构的自由度。计算图示包装

24、机送纸机构的自由度。分析：分析：活动构件数活动构件数n：A1B2I9C 3J6H87DE4FG592个低副复合铰链复合铰链:局部自由度局部自由度 2个个虚约束虚约束: 1处处I8去掉局部自由度去掉局部自由度和虚约束后：和虚约束后： n =6PL = 7F=3n 2PL PH =36 27 3 =1PH =3第56页/共75页F F3n3n2P2PL LP PH H3 3 2 2 681 1局复局F F3n3n2P2PL LP PH H3 3 2 2 791 2例例3 3例例2 241235 678123456798第57页/共75页局部自由度复合铰链虚约束n=8 Pl=11 Ph=1F=1例题例题4第58页/共75页3.6第59页/共75页第60页/共75页曲柄移动导杆机构曲柄移动导杆机构3.7第61页/共75页3.8F=3x4-2x4-2=2固在一起F=3x8-2x11-1=1第62页/共75页3.9第63页/共75页3.10第64页/共75页3.11第65页/共75页课后补充练习课后补充练习F=3x9-1x13=1F=3x3-3x3