机械系统的运动简图设计.ppt

1、第1章 平面机构的自由度和速度分析,11 运动副,12 机械系统的运动简图设计,13 机械系统具有确定运动的条件,机构是由运动副连接起来的，由一个构件为机架、传递机械运动和力的构件系统。 组成机构的目的是为了使机构按照预定的要求进行有规律的运动。 所谓平面机构，是指组成机构的所有构件均在同一平面或相互平行的平面内运动的机构；否则就称为空间机构。 工程中常用的机构大多数属于平面机构，本章只讨论平面机构。,11 运动副,名词术语解释: 1.构件 独立的运动单元,内燃机中的连杆,内燃机连杆,零件 独立的制造单元,2.运动副,a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动,运动副元素直接接触的部分（点

2、、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。,定义：运动副两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接方式称为运动副。,三个条件，缺一不可,（一） 低副 两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。 根据两构件间的相对运动形式，低副又可分为转动副和移动副。 1.转动副 （或铰链） 两构件只能在一个平面内作相对转动,限制两个自由度： （两个移动） 保留一个自由度 （转动）,2.移动副 两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。,限制两个自由度： （一个移动，一个转动） 保留一个自由度 （移动 ）,3.高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。,限制一个自由度： （一个移动） 保留两个

3、自由度 （一个移动，一个转动）,12 机械系统的运动简图设计,机构运动简图用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。,作用： 1.表示机构的结构和运动情况。,现摘录了部分GB446084机构示意图如下表。,2.作为运动分析和动力分析的依据。,常见运动副符号的表示: 国标GB446084,常用运动副的符号,运动副 名称,运动副符号,两运动构件构成的运动副,转动副,移动副,两构件之一为固定时的运动副,平面运动副,平面高副,螺旋副,空间运动副,构件的表示方法:,一般构件的表示方法,杆、轴构件,固定构件,同一构件,三副构件,两副构件,一般构件的表示方法,常用机构运动简图符号,机构运动简图应满

4、足的条件： 1.构件数目与实际相同,2.运动副的性质、数目与实际相符,3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。,绘制机构运动简图,顺口溜：先两头，后中间， 从头至尾走一遍， 数数构件是多少， 再看它们怎相联。,步骤： 1.分析机构运动。找出固定件（机架）、原动件和从动件,4.检验机构是否满足运动确定的条件。,2.从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件之间相对运动的性质；确定活动构件数目、运动副的类型和数目。,3.选择适当的视图平面和适当的机构运动瞬时位置，按比例绘制运动简图。 简图比例尺： l =实际尺寸 m / 图上长度mm,思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线

5、路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。,绘制图示鳄式破碎机的运动简图。,举例：绘制破碎机和偏心泵的机构运动简图。,绘制图示偏心泵的运动简图,偏心泵,举例：绘制牛头刨床机构的运动简图,选取比例尺ml,例 试绘制内燃机的机构运动简图,13 机械系统具有确定运动的条件,给定S3S3(t)，一个独立参数 11（t）唯一确定，该机 构仅需要一个独立参数。,若仅给定11（t）,则2 3 4 均不能唯一确定。若同时给定1和4 ，则3 2 能唯一确定，该机构需要两个独立参数 。,自由度定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数称为机构的自由度。,原动件能独立运动的

6、构件。 一个原动件只能提供一个独立参数,机构具有确定运动的条件为：,自由度原动件数,一、机械系统具有确定运动的条件,一、 平面机构自由度的计算公式,作平面运动的刚体在空间的位置需要三个独立的参数（x，y, ）才能唯一确定。,(x , y),运动副 自由度数 约束数 回转副 1（） + 2（x，y） = 3,R=2, F=1,R=2, F=1,R=1, F=2,结论：构件自由度3约束数,移动副 1（x） + 2（y，）= 3,高 副 2（x,） + 1（y） = 3,经运动副相联后，构件自由度会有变化：,自由构件的自由度数约束数,活动构件数 n,计算公式： F=3n2PL Ph,要求：记住上述公

7、式，并能熟练应用。,构件总自由度,低副约束数,高副约束数,3n,2 PL,1 Ph,计算曲柄滑块机构的自由度。,解：活动构件数n=,3,低副数PL=,4,F=3n 2PL PH =33 24 =1,高副数PH=,0,推广到一般：,计算五杆铰链机构的自由度(讨论，原动件个数不等于机构自由度的情况，课本P11),解：活动构件数n=,4,低副数PL=,5,F=3n 2PL PH =34 25 =2,高副数PH=,0,计算图示凸轮机构的自由度。,解：活动构件数n=,2,低副数PL=,2,F=3n 2PL PH =32 221 =1,高副数PH=,1,二、计算平面机构自由度的注意事项,计算图示圆盘锯机构

8、的自由度。,解：活动构件数n=,7,低副数PL=,6,F=3n 2PL PH,高副数PH=0,=37 26 0,=9,计算结果肯定不对！,1.复合铰链两个以上的构件在同一处以转动 副相联。,计算：m个构件,有m1转动副。,两个低副,上例：在B、C、D、E四处应各有 2 个运动副。,计算图示圆盘锯机构的自由度。,解：活动构件数n=7,低副数PL=,10,F=3n 2PL PH =37 2100 =1,可以证明：F点的轨迹为一直线。,圆盘锯机构,计算图示两种凸轮机构的自由度。,解：n=,3，,PL=,3，,F=3n 2PL PH =33 23 1 =2,PH=1,对于右边的机构，有： F=32 2

9、2 1=1,事实上，两个机构的运动相同，且F=1,2.局部自由度,F=3n 2PL PH FP =33 23 1 1 =1,本例中局部自由度 FP=1,或计算时去掉滚子和铰链： F=32 22 1 =1,定义：构件局部运动所产生的自由度。,出现在加装滚子的场合，计算时应去掉Fp。,滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦（减少磨损）。,不影响运动规律，但可改善构件之间的工作状况,解：n=,4，,PL=,6，,F=3n 2PL PH =34 26 =0,PH=0,3.虚约束 对机构的运动实际不起作用的约束。 计算自由度时应去掉虚约束。, FEAB CD ，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧，。 增加的约束不

10、起作用，应去掉构件4。,重新计算：n=3, PL=4, PH=0,F=3n 2PL PH =33 24 =1,特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,虚约束,出现虚约束的场合： 1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，,2.两构件构成多个移动副，且导路平行。,如平行四边形机构，火车轮,椭圆仪等。(需要证明),4.运动时，两构件上的两点距离始终不变。,3.两构件构成多个转动副，且同轴。,5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。,6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。,如等宽凸轮,注意： 法线不重合时，变成实际约束！,虚约束的作用： 改善构件的受力情况，如多个行星轮。,增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。,使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。,注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的 !,计算图示大筛机构的自由度。,位置C ，2个低副,复合铰链:,局部自由度,1个,虚约束