机械设计基础课件ppt

1、第三章第三章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析3.1 3.1 基本概念基本概念3.2 3.2 机构运动简图机构运动简图3.3 3.3 平面机构的自由度计算平面机构的自由度计算学习学习重点重点 1. 1. 搞清搞清运动副运动副、运动链、约束和自由度等基本概念、运动链、约束和自由度等基本概念 2. 2. 能读懂常用机构的机构运动简图能读懂常用机构的机构运动简图 3. 3. 能掌握平面机构的自由度计算能掌握平面机构的自由度计算 学习学习难点难点 复合铰链、局部自由度和虚约束的识别和处理复合铰链、局部自由度和虚约束的识别和处理 3.1 3.1 基本概念基本概念构件：运动单元体零件：制造单元体构件可

2、由一个或几个零件组成。机架：机构中相对不动的构件原动件：驱动力（或力矩）所作用的构件。输入构件从动件：随着原动构件的运动而运动的构件。输出构件一、机构的组成一、机构的组成二、运动副二、运动副 运动副运动副 构件之间的可动联接构件之间的可动联接 运动副元素运动副元素 两构件上参与接触而构成运动副的部分两构件上参与接触而构成运动副的部分点面线三、自由度、约束三、自由度、约束v 对构件施加对构件施加的约束个数等于的约束个数等于其自由度减少的其自由度减少的个数。个数。v 在平面内作自由运动的构件具有在平面内作自由运动的构件具有3 3个自个自由度；在三维空间作自由运动的构件具有由度；在三维空间作自由运动

3、的构件具有6 6个自由度。个自由度。yxAB自由度自由度 构件具有独立运动参数的数目构件具有独立运动参数的数目 （相对于参考系）（相对于参考系）约约 束束 运动副对构件间相对运动的限制作用运动副对构件间相对运动的限制作用1. 低副低副 两构件以两构件以面接触面接触而形成的运动副。而形成的运动副。 A.转动副：转动副：两构件只能作相对转动，又称作铰链。 自由度数 1， 只能转动；约 束 数 2， 失去了沿X、Y方向的移动。 四、运动副类型及其代表符号四、运动副类型及其代表符号 B.移动副：移动副：两构件只能作相对移动。 自由度数 1， 只能X方向移动；约 束 数 2， 失去Y方向移动和转动。 2

4、. 高副高副 两构件以两构件以点点或或线接触线接触而而构构 成的运动副。成的运动副。 自由度数 2， 保持切线方向的移动和转动约 束 数 1， 失去法线方向的移动。 3. 空间运动副空间运动副 五、运动链五、运动链运动链运动链: :若干个构件通过运动副联接而成的相互间可作相若干个构件通过运动副联接而成的相互间可作相 对运动的系统。对运动的系统。 闭式运动链简称闭式运动链简称闭链闭链：运动链的各构件首尾封闭：运动链的各构件首尾封闭 开式运动链简称开式运动链简称开链开链：未构成首尾封闭的系统：未构成首尾封闭的系统 （a） （b） (c) (a)(a)、(b)(b)平面闭链平面闭链; (c); (c

5、)平面开链；平面开链；定义：用运动副代表符号和简单线条来反映机构中各构定义：用运动副代表符号和简单线条来反映机构中各构 件之间运动关系的简图。件之间运动关系的简图。3.2 3.2 机构运动简图机构运动简图构件均用形象、简构件均用形象、简洁的直线或小方块洁的直线或小方块等来表示，画有斜等来表示，画有斜线的表示机架。线的表示机架。实实 例例F=3n- 2PL-PH=35-27-0=1为什么要计算机构自由度？为什么要计算机构自由度？3.3 3.3 平面机构的自由度计算平面机构的自由度计算一、机构自由度计算公式一、机构自由度计算公式HL23PPnF 式中，式中， 为活动构件个数为活动构件个数; ; 为

6、低副个为低副个数数; ; 为高副个数。为高副个数。 nLPHP机构的自由度：机构中活动构件相对于机架所机构的自由度：机构中活动构件相对于机架所具有的独立运动的数目。（与构件数目，运动具有的独立运动的数目。（与构件数目，运动副的类型和数目有关）副的类型和数目有关）计算实例计算实例(a)双曲线画规机构双曲线画规机构(b) 牛牛头头刨刨床床机机构构 F=3n- 2PL-PH=35-27-0=1F=3n- 2PL-PH=36-28-1=1机构要能运动，它的自由度必须大于零。机构要能运动，它的自由度必须大于零。二二、平面机构具有确定相对运动的条件平面机构具有确定相对运动的条件 F0，构件间无相对运动，不

7、成为机构。F0,原动件数W=F，运动确定原动件数WF，机构破坏12345AEBCCDD1423411故机构具有确定运动的条件是：故机构具有确定运动的条件是：原动件数目应等于机构的自由度数目。原动件数目应等于机构的自由度数目。 W=F W=F 且且 F F0 0三、三、 注意事项注意事项 1.1.复合铰链：两个以上个构件在同一条轴线上形成的转复合铰链：两个以上个构件在同一条轴线上形成的转动副。由动副。由M M个构件组成的复合铰链包含的转动副数目应个构件组成的复合铰链包含的转动副数目应为（为（M-1M-1）个）个 F=3n- 2PL-PHF=3n- 2PL-PH =3 =3* *5-25-2* *

8、6-06-0 =3W =3WF=3n- 2PL-PHF=3n- 2PL-PH =3 =3* *5-25-2* *7-07-0 =1=W =1=W2.2.局部自由度局部自由度在某些机构中，不影响其在某些机构中，不影响其他构件运动的自由度称为他构件运动的自由度称为局部自由度局部自由度。F=3n- 2PL-PH =3*3-2*3-1 =2与实际不符 除去局部自由度 F=3n- 2PL-PH =3*2-2*2-1 =1与实际相符 计入局部自由度时 既然滚子不影响从动件运动，既然滚子不影响从动件运动，那为什么要采用滚子呢？那为什么要采用滚子呢？ 重复而不起独立限制作用的约束称为虚约束虚约束。计算机构的自由度时，虚约束应除去不计。计算大筛机构的自由度3. 3. 虚约虚约