机械设计基础-平面机构及自由度.

第一节平面机构的组成第二章平面机构及自由度第二节平面机构运动简图第三节运动链成为机构的条件运动副构件之间直接接触并能产生一定相对运动的(可动)联接。第一节平面机构的组成两构件接触形式点、线接触→高副面接触→低副一、运动副及分类机构是具有确定相对运动的构件组合，如果机构中所有运动部分均在同一平面或相互平行的平面内运动，则称为平面机构，否则称为空间机构。（一）低副两构件通过面接触构成的运动副。(1)转动副：两构件间只能产生相对转动的运动副。(2)移动副：多媒体课件两构件间只能产生相对移动的运动副。平面机构的组成链接动画链接动画凸轮副齿轮副（二）高副：两构件通过点或线接触组成的运动副。轮轨高副平面机构的组成（三）其它：空间运动副球面副螺旋副平面机构的组成二、运动链开链闭链两个以上的构件以运动副连接而成的可动系统。平面机构的组成具有确定运动的运动链。固定件(机架):描述运动的参考系三、机构1234从动件原动件原动件(输入构件):运动规律已知的构件从动件:其余活动构件机构的组成平面机构的组成机架动画第二节平面机构运动简图分析已有机构或设计新机构时，为了使问题简化，在研究机构的运动时，撇开那些与运动无关的机构的外形和运动副的具体结构，仅用简单的线条和规定的运动副符号来表示机构和运动副，并按比例画出各运动副的相对位置。这种说明机构各构件间相对运动关系的简明图形，称为机构运动简图。转动副移动副一、平面机构的表示方法平面运动副的表示平面低副的表示平面机构运动简图平面高副的表示凸轮高副齿轮高副平面机构运动简图构件的表示方法平面低副构件的表示：用简单的线条表示平面机构运动简图转动副机架移动副平面机构运动简图齿轮副凸轮副平面高副构件的表示：画出构件的轮廓来表示圆柱齿轮锥齿轮蜗轮蜗杆平面机构运动简图二、平面机构运动简图的绘制绘制平面机构运动简图的步骤：1.分析机构的运动，找出机架、原动件、执行件和传动件。2.沿着运动传递路线，逐一分析各构件间的相对运动性质，确定各运动副的类型和数目。3.测量构件的运动尺寸，选择视图平面和比例尺。4.选择原动件的一个位置，采用构件和运动副的规定符号按比例作图。平面机构运动简图颚式破碎机例绘制右图颚式破碎机的机构运动简图。解：1.分析运动,写出传动路线，并确定各构件间构成的运动副的类型。机架1偏心轮２(原动件)转动副A动颚3(执行件)B转动副肋板４转动副C机架1D转动副平面机构运动简图2.选择视图平面选构件的运动平面为视平面。3.确定比例尺2图长实长μLABBALmm/mm4.建立直角坐标系：以A为原点。xy5.确定各构件的相对位置：a.坐标法b.几何关系法6.画出各构件间的运动副标出原动件的运动方向。A平面机构运动简图DBC例如图所示单缸内燃机的机构运动简图动画平面机构运动简图自由构件作平面运动→三个自由度(三个独立运动的可能性)自由构件作空间运动→六个自由度第三节运动链成为机构的条件一、构件的自由度链接动画二、运动副引入的约束→引入两个约束→引入一个约束低副高副运动链成为机构的条件三、平面机构的自由度Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨｎ－活动构件数（原动件＋从动件）ＰＬ－低副数目ＰＨ－高副数目运动链成为机构的条件四、运动链成为机构的条件Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ＝3×2－2×3=0F=0Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ＝3×3－2×5=-1F＜0Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ＝4×3－2×5=2F＞w三角形具有稳定性，不能动EDC也构成三角形，不能动链接动画链接动画运动不确定若F=w=2运动确定Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ＝3×3－2×4=1F＜w链接动画链接动画构件破坏Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ＝3×3－2×4=1F=w运动确定运动链具有确定运动的条件是：运动链的自由度（Ｆ）大于零且等于原动件的个数(W）→运动链具有确定运动→机构结论：(F=0不动；F＜0超静定，F＜w时破坏；F＞w运动不确定。）运动链成为机构的条件n=3;pL=4;pH=0F=3n－2PL－PH=3×3－2×4－0=1有确定运动n=7－1=6,PL=8,PH=1(3与5同一构件)F=3n－2PL－PH=3×6－2×8－1=1Ｆ＝原动件→机构有确定运动3例计算下列机构的自由度运动链成为机构的条件n=2，PL=1，PH=0，F=0n=3，PL=4，PH=0，F=1不是机构，设计有误例修改手动冲床的设计减少一个约束增加一个自由度运动链成为机构的条件n=2，PL=2，PH=1n=3，PL=4，PH=0，F=3n－2PL－PH=1F=3n－2PL－PH=1运动链成为机构的条件两个以上的构件（k个）在同一轴线上用转动副相联构成复合铰链，其实际转动副数为k－1个。五、计算平面机构的自由度时应注意的问题1.复合铰链播放动画运动链成为机构的条件播放动画F=3×5－2×7－0=1运动链成为机构的条件复合铰链某些构件的（不影响其他构件运动的）独立的运动该处的局部自由度可减轻机构的摩擦和磨损。但在计算机构的自由度时应除去局部自由度。具体做法是将滚子与推杆假想焊接后再计算。F=3×3－2×3－1=2?2.局部自由度F=3×2－2×2－1=1运动链成为机构的条件链接动画链接动画对机构运动不起限制作用的重复约束→①两构件组成多个重复的运动副→(平行的)移动副、(轴线重合)转动副F=3×2－2×3－13.虚约束F=3×2－2×2－1=1=－1？运动链成为机构的条件②机构中对传递运动不起独立作用的对称部分F=3n－2PL－PH=3×4－2×4－4=0?处理办法：去掉不起独立作用的对称部分链接动画F=3n－2PL－PH=3×3－2×3－2=1运动链成为机构的条件运动链成为机构的条件③两构件上两点间的距离保持恒定不变，若用两转动副杆联接，会引入虚约束。F=3n－2PL－PH=3×4－2×6－0=0?F=3n－2PL－PH=3×3－2×4－0=1链接动画BECBEC链接动画解:n=8，PL=10,PH=1原动件数＜F→机构运动不确定→结论错误！重解：原动件数=F机构有确定运动原动件数=2n=7，PL=9，PH=1F=3×7－2×－1=2例F=3n－2PL－PH=3×8－2×10－1=3计算图示大筛机构的自由度，并判断此机构是否具有确定的相对运动．复合铰链虚约束局部自由度链接动画链接动画运动链成为机构的条件坐标法1.量出各机架点的实际坐标，并转化为图示坐标，从而画出各机架点。AxyD2.找出一能清楚看出各构件相对位置的瞬时位置并保持不动，量出各运动副的实际坐标，转化为图示坐标，并在图上画出。运动副瞬时点原坐标（mm）图坐标（mm）B（-8，-10）（-4，-5）C（-30，-100）（-15，-50）BC3.结合构件形状，确定各构件的相对位置。低副构件用简单的线条连接相应各点即可；高副构件结合各相应点画出构件轮廓即可。机架点原坐标（mm）图坐标（mm）A（0，0）（0，0）D（10，-80）（5，-40）几何关系法1.量出各机架点的实际坐标，并转化为图示坐标，从而画出各机架点。机架点原坐标（mm）图坐标（mm）A（0，0）（0，0）D（10，-80）（5，-40）2.画出各构件端点的轨迹，从而确定各构件的相对位置。AxyDBC构件原长（mm）图长（mm）AB14.87.4BC93.646.8CD6432B点的轨迹:以A为圆心,以7.4mm为半径的圆。若B运动到图示位置，则C运动以B为圆心,以46.8mm为半径的圆弧与以B为圆心,以46.8mm为半径的圆弧的交点处。46.8327.43.结合构件形状，画出各构件的相对位置。