机械设计平面机构的运动简图及自由度

第1章平面机构的运动简图及自由度——机械设计基础高等教育出版社2013年§1-1平面机构的组成§1-2机构运动简图§1-3平面机构的自由度第1章平面机构的运动简图及自由度§1-1平面机构的组成•机构的组成要素是构件和运动副。•(一)构件：机构中的运动单元体构件机架（固定构件）活动构件主动件(原动件或输入件)从动件(包括输出件)运动规律已知的活动构件称为主动件或原动件，输出运动或动力的从动件称为输出件。•（二）运动副•运动副：机构中两构件直接接触的可动联接。•根据运动副的接触形式，运动副归为两类：•1）低副：面接触的运动副。如转动副、移动副。•2）高副：点或线接触的运动副。如齿轮副、凸轮副。§1-2机构运动简图•一、机构运动简图与机构简图•机构运动简图：用规定的运动副符号及代表构件的线条来表示构件的运动特性，并根据运动学尺寸，按一定的比例画成的简单图形。•机构简图：有时只需要表明机构运动的传递情况和构造特征，而不需要机构的真实运动情况，因此不必严格地按比例确定机构中各运动副的相对位置及其运动学尺寸，这样的简图就是机构简图。(1)构件均用直线或小方块表示，画有斜线的表示机架包含两个运动副的构件包含三个运动副的构件包含四个运动副的构件(2)两构件组成转动副时图面垂直于回转轴线时用(a)；图面不垂直于回转轴线时用(b)表示，此时表示回转副的圆圈，其圆心与回转轴线重合。转动副的表达方法(3)两构件组成移动副时导路必须与移动方向相一致移动副的表达方法(4)两构件组成平面高副时运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，齿轮常用点画线画出其节圆；凸轮、滚子常画出其全部轮廓。平面高副的表达方法二、平面机构运动简图的绘制1.内燃机组成：汽缸体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9、10其中：活塞的往复直线运动通过连杆转变为曲轴的连续转动，该组合体称为：曲柄滑块机构【例】绘制内燃机的运动简图。（1）分析机构的组成和运动。（2）确定运动副的类型和数目。连杆与活塞、曲轴分别组成转动副，活塞与机架组成移动副，曲轴与机架组成转动副。（3）选择视图平面。选择与各构件运动平面相平行的平面为视图平面，此处选与曲轴轴线相垂直的平面。（4）选择比例尺。绘制曲柄滑块机构的运动简图，并标注主动件的运动方式。内燃机的机构运动简图：§1-3平面机构的自由度•机构的构件之间应具有确定的相对运动，不能产生相对运动或无规则乱动的一堆构件是不能成为机构的。要判断构件系统是否为机构，就必须研究平面机构自由度的计算。一、平面机构的自由度•构件未用运动副与其他构件联接前，有3个自由度低副使构件失去2个自由度高副使构件失去1个自由度平面机构自由度的计算公式•平面机构的自由度：指机构中各活动构件相对机架的可能独立运动数目；•＝活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数就是该机构的自由度。机构自由度:32LHFnPP=--活动构件数高副(齿轮副、凸轮副)数目低副(转动副、移动副)数目•例n=5,Pl=7,Ph=0F=3n–2Pl–Ph=3×5–2×7–0=1解：二、计算机构自由度时应注意的问题•（一）复合铰链•由三个或者三个以上的构件组成的轴线重合的转动副称为复合铰链。•由m个构件组成的复合铰链应含有（m－1）个转动副。惯性筛机构C处为复合铰链n=5,Pl=7,Ph=0=3×5-2×7–0=1F=3n-2Pl–Ph•例46532172个移动副2个移动副1个转动副2个转动副323721001LHFnPP=--=??=•（二）局部自由度•1、局部自由度：机构中个别构件不影响其他构件的运动，即对整个机构运动无关的自由度。•2、处理方法：在计算自由度时，拿掉这个局部自由度，即可将滚子与装滚子的构件固接在一起。计入局部自由度时n=3,Pl=3,Ph=1F=3×3-2×-1=2与实际不符应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。处理方法：N=2,Pl=2,Ph=1,F=3×2-2×2–1=1与实际相符•（三）虚约束•1、虚约束：在机构中与其他运动副作用重复，而对构件间的相对运动不起独立限制作用的约束。•2、处理方法：将具有虚约束运动副的构件连同它所带入的与机构运动无关的运动副一并不计。拿掉一个F＝－1的自由度，即去掉一个约束。•1）机构中某两构件用转动副相联的联结点，在未组成运动副之前，其各自的轨迹已重合为一，则此联结带入的约束为虚约束。•2）两构件组成的若干个导路中心线互相平行或重合的移动副，只有一个移动副起约束作用，其它为虚约束。◆计算中只计入一个移动副。•3）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副，只有一个转动副起约束作用，其它为虚约束。◆计算中只计入一个转动副。•4）机构中对运动不起独立作用的自由度F＝－1的对称部分，将产生虚约束。◆计算中应将对称部分除去不计。三、构件系统具有确定运动的条件不能产生运动11给定构件1运动参数=(t)构件2、3的运动是确定的给定构件1运动参数=(t)，构件2、3、4的运动是不确定的11再给定构件4运动参数=(t)，构件2、3的运动是确定的44结论：•构件系统具有确定运动的条件为：（1）可能运动的条件是：机构自由度F0；（2）具有确定运动的条件是：机构原动件数目（输入的独立运动数目）等于机构的自由度数目F。◆原动件数＜自由度数，机构无确定运动；原动件数＞自由度数，机构在薄弱处损坏。