第一章绪论§56平面机构简图及自由度

自由构件的自由度1.自由度运动构件相对于参考系所具有的独立运动的数目，称为构件的自由度。任一做平面运动的自由构件有三个独立的运动一、运动副的分类及其表示方法§1-5平面机构的运动简图（一）自由度和约束的概念构件自由度——构件可能出现的自由度。物体在空间皆有六个自由度。平面运动构件只有三个自由度。YXZOXYZO2.约束当两构件组成运动副后，它们之间的某些相对运动受到限制，对于相对运动所加的限制称为约束。运动副的约束数目和约束特点取决于运动副是低副还是高副。低副PL:2高副PH:1（二）运动副1.运动副的概念两构件之间直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。两构件只能在同一平面内做相对运动的运动副称为平面运动副。(1)低副两构件形成面与面接触的运动副称为低副，又分转动副和移动副。平面低副2.平面运动副的分类按两构件间接触性质不同，平面运动副通常可分为低副和高副。(2)高副两构件以点或线的形式相接触而组成的运动副称为高副。平面高副JX1A二、构件的分类及其表示方法图1-19构件的简化示例构件——机构中的运动单元JX1A图1-20偏心轮机构二、构件的分类及其表示方法JX1A图1-21表示构件的常用图形符号二、构件的分类及其表示方法三、常用机构的运动简图◆机构:在运动链中将一构件加以固定作为机架或参考构件,并给定另外一个或少数几个构件的运动规律，则运动链便成为机构。◆机架：机构中固定不动构件。◆平面机构:机构中各构件间的相对运动为平面运动。◆空间机构:机构中各构件间的相对运动为空间运动。◆原动件:机构中按给定的运动规律独立运动的构件。◆从动件:机构其余活动构件。机构的运动简图◆机构运动简图机构的示意图：指为了表明机构结构状况,不要求严格地按比例而绘制的简图。机构运动简图：指根据机构的运动尺寸,按一定的比例尺定出各运动副的位置,并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。◆机构示意图为什么要画机构运动简图？机构的运动：与原动件运动规律、运动副类型、机构运动尺寸有关,而与机构的结构尺寸和形状以及运动副的具体构造无关，因此可以不计或略去那些与机构运动无关的因素。图示长度实际长度l在机械设计中约定长度比例尺：运动简图的绘制步骤：1)认清机架、原动件和从动件；机架：机构中固定不动的构件。原动件：作独立运动的构件。从动件：其余构件。2）判明各运动副的类型和相对位置3）选择恰当的投影面和比例尺μl：μl=实际长度（mm）/图上长度（mm）4）绘图。机构示意图：不严格按比例绘制的、反映机构情况的简图。表1-1常用机构运动简图的图形符号三、常用机构的运动简图表1-1常用机构运动简图的图形符号三、常用机构的运动简图三、常用机构的运动简图表1-1常用机构运动简图的图形符号●A1234BCD例题一：绘制图示颚式破碎机的机构运动简图例二活塞泵的机构运动简图运动副？鳄式破碎机1234ABC141223A14B12C23432414例二活塞泵的机构运动简图安徽工程科技学院专用作者：潘存云教授作者：潘存云教授1234例题三、绘制图示偏心泵的运动简图偏心泵实验步骤示例单击继续可观看实验步骤演示机构运动简图绘制示例一单击此处三个按钮可观看破碎机的工作过程单击作图，光标放在图上可观看机构运动简图绘制过程机构运动简图绘制示例二单击运动或作图可观看活塞泵的工作及作图过程机构运动简图绘制示例三单击运动或作图可观看螺旋泵的工作及作图过程试绘制内燃机的机构运动简图气缸体1活塞2进气阀3排气阀4连杆5曲轴6凸轮7顶杆8齿轮10解：1）分析运动，确定构件的类型和数量2）确定运动副的类型和数目3）选择视图平面4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件内燃机工作原理试绘制颚式破碎机的机构运动简图解：颚式破碎机的机构运动简图绘制步骤一．机构的自由度F：1．定义：机构具有的独立运动的数目。2．计算公式：设：机构由n个活动构件，PL个低副，PH个高副组成自由度数约束数每个活动件30每个低副12每个高副21F=3n-2PL-PH注意：机架是非活动件，故n中不包括机架。§1-6平面机构具有确定运动的条件二．机构具有确定运动的条件：132F=3×2－2×3=0是不能运动的桁架1423F=3×3－2×4=1给定一个原动件后运动确定12534F=3×4－2×5=2给定一个原动件后运动确定具有确定运动的条件：1）F＞02）机构的原动件数=F注：1）若原动件数＞F，则不能运动，否则机构破坏。2）若原动件数＜F，则机构运动不确定。◆自由度计算实例分析F=3n-2PL–PH=3×4-2×5-0=2F=3n-2pL–pH=3×3-2×4-0=1四杆机构五杆机构机构的自由度与确定运动条件典型例题计算机构自由度典型例题分析计算图示机构自由度。分析：该机构具有5个活动构件，有7个转动副，即低副，没有高副。于是机构自由度为123456机构的自由度与确定运动条件F=3n-2PL–PH=3×5-2×7-0=1★1、复合铰链实例分析1：计算图示直线机构(实现无导轨直线运动)自由度解：F=3n-2PL–P4=3×7-2×6-0=9解：F=3n-2PL–PH=3×7-2×10-0=1三、计算机构自由度应注意的事项两个以上构件同在一处以转动副相联接即构成复合铰链。m个构件以复合铰链联接所构成的转动副数为(m-1)个注意：复合铰链只存在于转动副中。。机构的自由度与确定运动条件实例分析2：计算图示凸轮机构自由度解：F=3n-2PL–PH=3×3-2×3-1=2F=3n-2PL–PH-f′=3×3-2×3-1-1=1方法二：假想构件2和3焊成一体F=3n-2PL–PH=3×2-2×2-1=1★2、局部自由度三、计算机构自由度应注意的事项机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动,把这种局部运动的自由度称为局部自由度。数目用f′表示.注意：计算机构自由度时,应将局部自由度除去不计。方法一：机构的自由度与确定运动条件指机构在某些特定几何条件或结构条件下，有些运动副带入的约束对机构运动实际上起不到独立的约束作用,这些对机构运动实际上不起约束作用的约束称为虚约束，用P′表示。计算机构自由度应注意的事项★3、虚约束注意：在计算自由度时，应将虚约束除去不计。●不计引起虚约束的附加构件和运动副数。F=3n-2PL–PH去除虚约束的方法：机构的自由度与确定运动条件F=3n-2PL–PH=3×3-2×4-0=1F=3n-2PL–PH=3×4-2×6-0=0计算机构自由度应注意的事项正确计算：机构的自由度与确定运动条件14233)2(3,0,4,3HLHLPPnFPPn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。320lhFnpp要使所设计的运动链成为机构，组成运动链的各构件之间必须具有确定的相对运动。不能产生运动或作无规则运动的运动链均不能成为机构。如图(a)所示的平面三构件运动链，其自由度。表明该运动链中各构件间已无相对运动，只构成了一个刚性桁架，因而不能成为机构。刚性桁架321lhFnppF=-1图(b)所示的平面四构件运动链，其自由度，表明该运动链由于约束过多，已成为超静定桁架了，也不能成为机构。超静定桁架小结计算机构自由度应注意的事项存在于转动副处正确处理方法：复合铰链处有m个构件则有(m-1)个转动副◆复合铰链◆局部自由度常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩擦所增加的滚子处。正确处理方法：计算自由度时将局部自由度减去。◆虚约束存在于特定的几何条件或结构条件下。正确处理方法：将引起虚约束的构件和运动副除去不计。机构的自由度与确定运动条件F=3n-2PL–PH=3×4-2×6-0=0虚约束常出现的情况：1.机构中两构件未联接前的联接点轨迹重合,则该联接引入1个虚约束;计算机构自由度应注意的事项正确计算：●不计引起虚约束的附加构件和运动副数。F=3n-2PL–PH=3×3-2×4-0=1用于连接构件2和3的转动副C即属此种情况。因为C2和C3在未连接前的轨迹都沿Y轴。此时转动副C将引入一个虚约束。计算时去掉构件3和转动副C以及3和机家移动副机构的自由度与确定运动条件▲两构件在几处接触而构成移动副且导路互相平行或重合。▲两个构件组成在几处构成转动副且各转动副的轴线是重合的。只有一个运动副起约束作用,其它各处均为虚约束;2.两构件在几处接触而构成运动副计算机构自由度应注意的事项n=3PL=4PH=0F=3n-(2PL+PH)=3*3-2*4=1图示机构的两个移动副即属此种情况。计算其自由度时，只按一个移动副计算机构的自由度与确定运动条件3.若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触点处的公法线重合,则只能算一个平面高副。若公法线方向不重合，将提供各2个约束。有一处为虚约束此两种情况没有虚约束a)图相当于转动副，b）图相当于移动副计算机构自由度应注意的事项n=2PL=2PH=1F=3n-(2PL+PH)=3*2-2*2-1=1机构的自由度与确定运动条件5.某些不影响机构运动的对称部分或重复部分所带入的约束为虚约束。3和1绕同一个轴转动，计算机构自由度时，只考虑对称或重复部分中的一处，去掉2‘和2’‘构件4.机构运动过程中,某两构件上的两点之间的距离始终保持不变,将此两点以构件相联,则将带入1个虚约束。计算机构自由度应注意的事项n=3PL=4PH=0F=3n-(2PL+PH)=3*3-2*4=1连接构件2和4上的E点和F点的构件5及转动副E和F即属此种情况，引入一个虚约束。n=3PL=3PH=2F=3n-(2PL+PH)=3*3-2*3-2=1机构的自由度与确定运动条件典型例题一：计算图示某包装机送纸机构的自由度，并判断该机构是否有确定运动。解：复合铰链：D包含2个转动副(杆4和7)局部自由度：F’=2虚约束：杆8及转动副F、I引入1个虚约束。计算自由度前直接去除虚约束和局部自由度：n=6pL=7pH=3F=3n-2pL-pH=1计算机构自由度典型例题分析机构的自由度与确定运动条件典型例题二：计算图示机构的自由度，如有复合铰链、局部自由度和虚约束，需明确指出。画箭头的构件为原动件。复合铰链局部自由度1个虚约束复合铰链计算机构自由度典型例题分析机构的自由度与确定运动条件三、机构具有确定运动的条件机构中独立运动参数的构件为原动件。◆问题：取运动链中某个构件为机架，即构成机构，那么机构在什么条件下才具有确定运动？因为自由度为1给定一个独立运动参数，其余构件有确定运动。自由度小于等于零自由度大于零若独立运动数大于自由度自由度大于零若独立运动数小于自由度自由度大于零若独立运动数等于自由度机构的自由度与确定运动条件◆结论机构具有确定运动的条件为：机构自由度大于0且机构原动件数=机构自由度数五杆机构三、机构具有确定运动的条件给定一个独立运动参数：机构没有确定运动。给定两个独立运动参数：机构有确定运动。机构的自由度与确定运动条件颚式破碎机一、机构的自由度•构件的自由度确定平面或空间运动构件位置所需的独立位置参数的数目称为构件的自由度平面和空间运动构件分别有3个和6个自由度•机构的自由度机构的自由度是机构中各构件相对机架所具有的独立运动的数目或组成该机构的运动链的位形相对于机架或参考构件所需的独立位置参数的数目，用F表示§1-6平面机构具有确定运动的条件假设平面机构有n个活动构件：3n个自由度有PL个低副和PH个高副：平面自由构件：3个自由度平面低副：引入2个约束平面高副：引入1个约束平面机构的自由度计算公式：F=3n-(2pL+pH)引入(2PL+PH)约束分析：二、机构自由度的计算◆平面机构自由度的计算公式运动副的作用是约束构件自由度的，所以机构的自由度为活动构件在自由状态下自由度总和减去由于运动副引入而限制的自由度机构的自由度与确定运动条件（一）绘制机构运动简图的步骤与方法:1.恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面。2.分析机构的组成及运