【机械设计】平面机构自由度及简图

（一）教学要求运动副、自由度基本概念，机构具有确定运动的条件。（二）教学的重点与难点（三）教学内容§3-2平面机构的运动简图§3-3平面机构的自由度及其具有确定运动的条件§3-1运动副及其分类小结:第三章平面机构的自由度及机构运动简图理解平面机构、运动副、自由度等基本概念，掌握机构运动简图，绘制的基本方法和自由度的计算，掌握机构具有确定运动的条件2、运动副的类型(1)低副(2)高副§3-1运动副及其分类一、运动副及其分类1、运动副使两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接，称为运动副。轴承中的滚动体与内、外圈的滚道、啮合中的一对齿廓、滑块与导槽，均保持直接接触，并能产生一定的相对运动，因而它们都构成了运动副。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）转动副两构件只能组成在一个平面内作相对转动的运动副称为转动副（或铰链）。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。转动副机架移动副凸轮副齿轮副运动副用符号小结在研究机构运动时，为了便于分析，常常瞥开它们因强度等原因形成的复杂外形及具体构造，仅用简单的符号和线条表示，并按一定的比例定出各运动副及构件的位置，这种简明表示机构各构件之间相对运动关系的图形称为机构运动简图，常用的运动副代表符号见下表。机构分为：空间机构和平面机构。如果组成机构的所有构件都在同一平面或在彼此相互平行的平面内运动，该机构称为平面机构，否则称为空间机构。工程中大多数常用机构属于平面机构。§3-2平面机构的运动简图机构是由若干构件通过若干运动副组合在一起的。机构是用来传递或变换运动的构件系统，条件是：既要保证构件组合能够运动，又要能够保证运动是确定的。构件：独立影响机构功能并能独立运动的单元体（实物、刚体、运动的整体）–机架、原动构件、从动构件零件：单独加工的制造单元体–通用零件、专用零件•构件可以由一个零件组成•也可以由几个零件组成原动件1234从动件机架（一）构件•平面低副:转动副、移动副（面接触）•平面高副:齿轮副、凸轮副（点、线接触）•空间低副:螺旋副、球面副、圆柱副（面接触）•空间高副:球和圆柱与平面、球与圆柱副(点、线接触)•运动副特性:运动副一经形成,组成它的两个构件间的可能的相对运动就确定。而且这种可能的相对运动,只与运动副类型有关,而与运动副的具体结构无关。•工程上常用一些规定的符号代表运动副（二）运动副类型小结•机构是由构件通过运动副连接而成的•原动件：按给定运动规律独立运动的构件•从动件：其余的活动构件•机架：固定不动的构件1234机构原动件从动件机架（三）机构图上尺寸（mm）实际尺寸（mm）μ二、机构运动简图的绘制•步骤：1）分析机构，观察相对运动；2）找出所有的构件与运动副；3）选择合理的位置，即能充分反映机构的特性；4）确定比例尺，5）用规定的符号和线条绘制成间图。（从原动件开始画）例5•例3-2：试求右图平面四杆机构的自由度。解：机构中共有3个活动构件，4个低副（转动副），即n=3，PL=4，PH=0，根据式（3-1）求得机构的自由度F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1原动件数=机构自由度一、平面机构的自由度的计算当Ｆ＝原动件的数目→机构有确定运动(F=0不动；多于不确定;少于破坏）计算机构自由度（设n个活动构件，PL个低副，PH个高副）：F=3n-2PL-PH（3-1）说明：n个活动构件（不包括机架）共有3n个自由度，当用PL个低副和机架相联组成机构后，便受到2PL个约束（每个低副提供两个约束，1个自由度）；PH个高副受到PH个约束（提供一个约束，2个自由度）。14132§3-3平面机构的自由度及其具有确定运动的条件试求右图平面五杆机构的自由度。解：铰链五杆机构：F=3×4−2×5−0=2原动件数机构自由度数，机构运动不确定（任意乱动）例2：试求右图平面机构的自由度。解：（a）F=3×2−2×3−0=0（b）F=3×3−2×5−0=−1（多一个约束）超静定桁架21A5B14E4D'CC'D3例1：)13(23HLPPnF二、平面机构具有确定运动的条件由上面实例可知：F≤0，构件间无相对运动，不成为机构。F0,原动件数=F，运动确定。原动件数F，运动不确定。原动件数F，机构破坏。n=2,PL=3F=0n=3,PL=4,F=1减少一个约束增加一个自由度例:修改手动冲床的设计三、计算自由度F时应注意的问题（1）复合铰链（2）局部自由度（3）虚约束两个以上构件同时在一处用转动副相连接就构成了复合铰链。由右图可知，三个构件共组成了两个转动副，依次类推，m个构件组合而成的复合铰链共有（m-1）个转动副。•例3-5：试求右图圆盘锯机构的自由度。解：1010273F321312（1）复合铰链F=3×3−2×3−1=2F=3×2−2×2−1=1与输出件运动无关的自由度称局部自由度。（无论“滚子3”转与不转，都不影响“推杆2”的运动）。1ACB432D1A4B2D1ACB432D1A4B2D（2）局部自由度例3-7：试求下图大筛子机构的自由度。（分析：活动构件n=7，7个转动副和两个移动副，一个高副）解：F=3×7-2×9-1=2此机构的自由度为2，有两个原动件。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。(虚约束虽然对运动不起作用，但可以增加构件的刚性)（3）虚约束：123456789123456789一、基本概念:机器、机构、构件、零件、运动副(定义,判断)二、基本内容:1.自由度计算2.计算自由度应注意事项3.绘制运动简图4.机构具有确定运动的条件小结:作业：P24：1-a、b、c、fP256-a、b