平面机构的组成

第二章平面机构的组成原理主要内容：运动副及其分类平面机构运动简图及其绘制平面机构的自由度计算机构的主要功能之一就是实现运动的传递和变换，机构是有确定相对运动的构件组合。那么将构件任意组合起来是否能够保证具有确定的相对运动呢？也就是说能否实现运动的传递和变换呢？那么，构件应如何组合才能运动，在什么条件下构件才具有确定的相对运动？回答这些问题，对分析现有机械及设计新机构都十分重要，这些问题属于机构组成的研究范围，本章只研究平面机构的组成及其工作原理。第一节运动副及其分类一.运动副及自由度自由度定义：构件可能出现的独立运动数目运动副定义:使两构件既直接接触又能产生一定相对运动的连接。根据接触形式根据构件间的相对运动而组成的运动副高副：通过点或线接触触组成的运动副低副：两构件通过面接空间运动副平面运动副二.运动副的类型及应用1.平面低副2.平面高副3.空间运动副(螺旋副和球面副)运动副的应用移动只能沿某一方向作相对两个构件移动副：组成运动副的转动只能绕某一轴线作相对两个构件转动副：组成运动副的所组成的运动副以点或线齿轮副：两个齿轮之间所组成的运动副以点或线凸轮副：凸轮和从动件第二节平面机构运动简图及其绘制一.机构运动简图及其作用按一定的长度比例尺确定运动副的位置，并用特定的构件和运动副符号及线条绘制出图形来说明机构的运动情况和受力分析，这种表示机构运动特征的简单图形称为机构运动简图。机构运动简图保持了实际机构的运动特征，不仅简明地表达了实际机构的运动情况，而且通过该图还可以进行实际机构的运动分析和受力分析。因此，机构运动简图很重要，在研究已有的机械和设计新的机械时，都需要画出相应的机构运动简图。在这里我们要区分机构运动简图和机构示意图的区别：在实践中，有时只需要表明机构中运动的传递情况和构造特征，而不要求研究机构的真实运动情况，此时可不必严格按比例确定机构中运动副的相对位置（也叫运动特征尺寸），由此而得到的图形称为机构简图或机构示意图。在设计新机器时，常用机构简图进行方案的比较分析。二.机构运动简图的绘制构件固定构件(机架)主动件(原动件)从动件1.构件各部分名称在机构中固定不动的构件。按照给定规律运动的构件。除去机架和原动件构件的其它构件。2.运动副及构件的规定符号转动副(1)运动副移动副高副(2)构件的表示方法是:先在构件上组成运动副的地方以规定符号画出运动副，再用简单线条把这些运动副连接起来，所得图形即表示该构件。机架的表示方法:含两个运动副的构件的表示方法:含三个及三个以上的构件的表示方法:3.绘制机构运动简图的步骤(1)仔细观察机构的实际结构，认真分析机构的运动情况，分清机构中的机架、主动件、从动件。(2)从主动件开始，循着运动传递路线，仔细分析各构件间相对运动性质，确定构件的数目、运动副的类型及数目。(3)测量运动副间的相对位置，根据图纸幅面和构件实际尺寸选择适当的绘图比例尺，μl=实际尺寸/图中尺寸。(4)选择视图平面，用规定的符号和线条画出机构中的所有运动副及构件，所得到的图形即为机构运动简图举例：例1:绘制内燃机主运动机构的机构运动简图。例2:绘制颚式破碎机的机构运动简图。例3:绘制冲压机构主运动简图例3:第三节平面机构的自由度一.平面机构自由度及计算1.构件及平面机构的自由度可能出现的独立运动的数目称为构件的自由度。平面自由构件：3个自由度空间自由构件：6个自由度两构件组成运动副后：在平面机构中，每个低副引入两个约束；每个高副引入一个约束。平面机构的自由度是指该机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。2.平面机构自由度的计算设在一个平面机构中，(1)活动构件数为n：3n个自由度(2)PL个低副：引入约束2PL(3)PH个高副：引入约束PH这样，该机构的自由度F应为举例：例1:计算内燃机主运动机构的自由度例2:计算颚式破碎机的机构自由度HLPpnF23由图可知，该机构的可动构件数为n＝5，低副数PL＝7，高副数PH＝0，F＝3n－2PL－PH＝3×5－2×7＝1例3:由图可知，该机构的可动构件数为n＝6，低副数PL＝8，高副数PH＝1，F＝3n－2PL－PH＝3×6－2×8－1＝1例4:二.计算平面机构自由度的注意事项考察如图所示的机构，分析该机构发现该机构中共有活动构件5个，低副数6个，从而该机构自由度为F=3n-2PL-PH=3*5-2*6=3那就是说该机构有三种可能的运动.进一步分析？1、复合铰链：两个以上构件组成两个或更多个共轴线的转动副。当由m个构件组成复合铰链时，应当组成m-1个转动副。(F=3n-2PL-PH=3*5-2*7=1)2、局部自由度：机构中不影响其输出与输入运动关系的个别构件的独立运动自由度。注意：在计算机构自由度时，应首先排除机构中的局部自由度，排除方法是将局部自由度的两个构件看成一个整体作为一个构件来看待。3、虚约束：在机构中与其他约束重复而不起限制运动作用的约束。在计算机构自由度时应当首先除去虚约束。平面机构中虚约束存在下列几种情况：(1)两构件组成多个移动方向一致的运动副时，其中只有一个是真实约束，其余的都是虚约束。(分析如图所示的振动机构)(2)两构件组成多个轴线重合的转动副时，其中只有一个是真实约束，其余的都是虚约束。(3)机构中对传递运动不起独立作用的对称部分所引入的约束都是虚约束。(4)若组成机构中的两个构件上的联接点的轨迹在未组成运动副之前就是互相重合的，则此联接形成的运动副就是虚约束。也可以表达为：机构中两构件上有两点之间的距离始终保持不变，若将此两点用一个构件和两个运动副连接起来，就一定会产生虚约束。火车车轮机构(5)两构件组成多个高副，且接触点处的公法线重合,则计算机构自由度时，只算一个高副，其余均为虚约束。特别指出：虚约束虽不影响机构的运动，主要是用来增加机构的刚性使构件受力均匀，改善受力情况，因而在实际机构中被广泛采用。但是，虚约束对机构中构件的几何条件要求较高，若不满足几何条件，虚约束就变成了真实的约束从而使机构不能运动。因此，虚约束的出现对机构的加工精度和装配精度都提出了较高的要求。综上所述，在计算平面机构自由度时，必须考虑是否存在复合铰链，并应将局部自由度和虚约束除去不计，才能得到正确的结果。自由度计算举例：例5：大筛机构自由度计算例6：冲压机构主运动自由度计算例7:118*26*323HLPpnF高副例8:113*2*9323HLPpnF三.机构具有确定运动的条件任何一个机构工作时，在主动件的驱使下，机构中的各从动件都要按一定的规律运动，或者说在任一瞬时各从动件都有其确定的位置。否则，如果各构件不能动或从动件作无规则运动，这样的构件组合就不是机构。由对自由度的分析和上述例子可知，对于一个构件组合，只有在其自由度F0时才有可能成为机构。那么，是不是满足F0这一条件的所有构件组合都是机构呢？由以上分析可知，一个构件组合能否成为机构，取决于该构件组合中主动件的数量和其自由度数的关系。研究表明，一个构件组合要成为机构的条件是：该构件组合的自由度数必须大于0，且主动件数与其自由度数相等，否则，无论怎样组合构件，都不可能得到机构。这就是机构具有确定相对运动的必要充分条件。作业：2.1；2.4，b，c；2.6，b，c，d，h，i，j移动副转动副返回齿轮副凸轮副返回球面副螺旋副返回运动副应用1运动副应用2返回返回返回高副凸轮副返回齿轮副的表示方法如两构件组成的高副是齿轮副，其常见的表示方法如图所示。当齿轮轴线垂直于图面时，以图a表示；当齿轮轴线平行于图面时，则以图b表示。含两个运动副的构件返回含三个及三个以上运动副的构件返回观看内燃机的机构运动简图？返回可动构件数7；低副数8，高副数4。因此该机构自由度为：F=3n-2PL-PH=3*7-2*8-4=1观看颚式破碎机运动简图?返回可动构件数3；低副数4，高副数0。因此该机构自由度为：F=3n-2PL-PH=3*3-2*4=1复合铰链返回可动构件数7；低副数9，高副数1。因此该机构自由度为F=3n-2PL-PH=3*7-2*9-1=2返回返回可动构件数7；低副数9，高副数2。因此该机构自由度为：F=3n-2PL-PH=3*7-2*9-2=1