精密机械设计基础课件：第一章 平面机构的自由度和速度分析

1、第一章 平面机构的自由度和速度分析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。工程中最为常见。平面机构满足什么条件才能具有确定的相对运动？实际机构外形结构复杂，如何简便地描述机构及其运动？1-1 运动副及其分类1-2 平面机构运动简图1-3 平面机构的自由度1-4 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用1-1 运动副及其分类平面机构满足什么条件才能具有确定的相对运动？一个作平面运动的自由构件具有3个独立的运动这种相对于参考系构件所具有的独立运动称为构件的自由度三个自由度 平面机构的每个活动构件，在未用运动副连接之前都有 三个自由度，机架没有自由度。1-1 运动副及其分类 两个相邻构件直接接

2、触 两者之间允许一定的相对运动 每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接机构具有确定的相对运动，也就是相邻构件之间具有确定的相对运动。我们用运动副表述两个相邻构件之间的连接关系。按接触特性通常将运动副分为低副和高副两类低副两构件只能在一个平面内相对转动两构件只能沿某轴线相对移动转动副移动副两构件面接触高副：两构件通过点或线接触组成的运动副。返回1-2 平面机构运动简图 用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。转动副： 移动副： 高副：以圆圈表示

3、画出导路 画出两构件接触 处的曲线轮廓双副构件(一个构件和两个运动副)注：点划线表示与其联接的其他构件AB12BA21偏心轮三副构件(一个构件和三个运动副)三副构件(一个构件和三个运动副)原动机机架AB机架和活动构件通过转动副联接机架和活动构件通过移动副联接用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论重点在于机构的运动分析构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响机构的运动特性运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式构件的运动尺寸是运动分析的基础不严格按比例可绘制机构示意图国标规定的构件和运动副的表示符号运动简图的绘制方法运动简图的绘制以小型压力机为例 1. 分析整个机构的工作原理

4、机构组成动作原理和运动情况小型压力机编号原则：注意区分位置重叠的不同构件和同轴刚性联接的多个零件。前者分别编号，后者采用一个编号，加以示区别。偏心轮1 齿轮1 杆件2 齿轮6 杆件3 槽凸轮6 杆件4 滑块7 压头8原动件执行构件2. 沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动关系，确定运动副的类型和数目。转动副移动副平面高副3.选择适当的视图平面 选择原则1 清楚表达机构的主体部分；2 尽可能反映机构的全面运动；3 可以选择其他视图平面作为补充。4. 绘图选择机架提取构件的运动尺寸确定比例尺选择机构运动中的一个状态确定各运动副位置，绘图编号：A、B、C 表示运动副 1、2、3 表示构件 O1、

5、O2表示固定转轴 原动件的运动方向运动简图的绘制例1-1返回1-3 平面机构的自由度平面机构满足什么条件才能具有确定的相对运动？一个作平面运动的自由构件具有三个独立的运动这种相对于参考系构件所具有的独立运动称为构件的自由度三个自由度平面机构的每个活动构件，在未用运动副连接之前都有三个自由度，机架没有自由度。当两个构件组成运动副后，它们的相对运动受到约束，自由度随之减少。转动副移动副高副约束了两个移动自由度约束了垂直于导路方向上的移动自由度以及转动自由度约束了接触点法线方向上的移动自由度平面机构中每引入一个低副，机构失去2个自由度，每引入一个高副，机构失去1个自由度 平面机构的自由度 F = 3

6、n - 2PL - PH n 为活动构件数目 PL为机构中低副的数量 PH为机构中高副的数量机构的自由度就是机构相对于机架所具有的独立运动的数目。机构中只有原动件才有确定的独立运动，所以机构具有确定的相对运动的条件是：机构的自由度F1,且F等于原动件数。 Fa = 32 - 23 = 0 Fb = 33 - 25 = -1F 0 运动链不能运动，不成为机构 F = 34 - 25 = 21 个原动件F 0，但原动件数目小于自由度数目，运动不确定，不能成为机构。 F = 33 - 24 = 12 个原动件F 0，但原动件数目大于自由度数目，运动链被破坏，不能成为机构。计算机构自由度时应注意的问题

7、 问题1：复合铰链两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。解决方案k 个构件在同一处构成复合铰链，实际上构成了 ( k-1 ) 个转动副。 F = 35 - 27 = 1解决方案计算机构自由度时，假想滚子和安装滚子的构件固接为一个整体，成为一个构件或在计算结果中去除局部自由度问题2：局部自由度 某些构件具有的只影响自身局部运动而不影响其它构件运动的自由度，经常发生在将滑动摩擦变为滚动摩擦的场合。 问题3：虚约束 在特定的几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用是一致的。这种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。场合一：两个构件之间形成多个运动副 F

8、= 31 - 22 = -1 解决方案计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用，认为两个构件之间只形成一个运动副 F = 31 - 21 = 1两个构件之间形成多个与导路重合或平行的移动副场合二：两构件上某两点之间的距离在运动中保持不变 AB CD AF DE点E、F距离在运动过程中始终不变 杆式联轴器AB场合四：机构中存在不起作用的对称部分为了传递较大功率，保持机构受力平衡，在机构中增加对称部分 虚约束的引入，一般是为了改善机构受力，增大传 递功率或者其它特殊需求； 计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用； 虚约束的成立，要满足一定的几何条件或者结构条 件，如果这些条件被破坏，将转化了实约束，影响

9、机构运动； 机械设计中如果需要采用虚约束，必须保证设计、加工、装配精度，以确保满足虚约束存在的条件。虚约束问题小结：例1-7：计算大筛机构自由度复合铰链？局部自由度？虚约束？n = 7 PH = 1 PL = 9F = 37 - 29 1 = 21-4 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用速度瞬心： 任一刚体相对于另一刚体作平面运动时（平面内相对平行运动例外），在任一瞬时，其相对运动可以看作绕某重合点的转动，该重合点称为这两个刚体的速度瞬心。速度瞬心速度瞬心瞬时相对速度为零的重合点瞬时绝对速度相等的重合点相对速度瞬心：两个刚体都运动绝对速度瞬心：其中之一静止速度瞬心的求法其一：定义法其二：三心定理瞬心数：问题：速度瞬心是否一定在构件上？例1-8 带移动副机构速度瞬心的求法瞬心在速度分析上的应用W2/W4=?W2/W3=?问题1：构件1、2的速度瞬心在哪里？问题2：W1/W2=？问题1：构件1、2的速度瞬心在哪里？问题2：V2=？本章小结