第二章,平面机构运动简图和自由度,*,机械设计基础,*,第一章 绪论,第二章,平面机构运动简图和自由度,*,机械设计基础,*,第一章 绪论,第二章,平面机构运动简图和自由度,*,机械设计基础,*,第一章 绪论,第二章,平面机构运动简图和自由度,*,机械设计基础,*,第一章 绪论,第二章,平面机构运动简图和自由度,*,机械设计基础,*,第一章 绪论,第二章,平面机构运动简图和自由度,*,机械设计基础,*,第二章平面机构运动简图和自由度,2-1,运动副及其分类,2-2,平面机构的组成及其运动简图,2-3,平面机构的自由度,第二章 平面机构的运动简图及其自由度,平面机构,：,空间机构,：各构件不完全在同一平面或相互平行的平面内运动,各构件在同一平面或平行平面内运动,2-1 运动副及其分类第二章 平面机构的运动简图及其自由,构件：,2-1,运动副及其分类,内燃机连杆,套筒,连杆体,螺栓,垫圈,螺母,轴瓦,连杆盖,零件：,运动单元,制造单元,构件：2-1 运动副及其分类内燃机连杆套筒连杆体螺栓垫,运动副：两个构件直接接触，又能产生一定相对运动的联接。,一个平面运动的自由构件有,?,个自由度,自由度：,构件所具有的这种独立运动的数目。,一、运动副,（点、线、面）,凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套,运动副：两个构件直接接触，又能产生一定相对运动的联接。一个平,分为,低副,、,高副,两大类。,1,、低副,：,两构件以,面接触,而形成的运动副。,按运动特性可分为,转动副,和,移动副,（,1,）转动副,：,只允许两构件作相对转动，又称作,铰链,。,a),固定铰链,二、运动副分类,b),活动铰链转动副,分为低副、高副两大类。1、低副：两构件以面接触而形成的运动,固定铰链和活动铰链模型,固定铰链和活动铰链模型,（,2,）,移动副：只允许两构件作相对移动。,结论,:,两构件用低副联接，失去两个自由度。,（2）移动副：只允许两构件作相对移动。结论:两构件用低副联,2,、高副：两构件以,点,或,线,接触而构成的运动副。,凸轮副（点接触）,2、高副：两构件以点或线接触而构成的运动副。凸轮副（点接触）,齿轮副（线接触,）,两构件用高副联接，失去一个自由度。,结论,:,齿轮副（线接触）两构件用高副联接，失去一个自由度。结论:,二、空间运动副,若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。,螺旋副,球面副,二、空间运动副若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间,2.2,平面机构的组成及运动简图,用代表构件和运动副的规定符号（表,2-1,），并根据机构和运动的有关尺寸，按一定的比例绘制的机构图形。,一、构件的分类,固定件（机架）：固定不动的构件原动件：输入运动规律的构件从动件：其它的活动构件,二、机构运动简图,和运动,有关,的：运动副的类型、数目、相对位置、构件数目；,和运动,无关,的：构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体构造。,2.2 平面机构的组成及运动简图 用代表构件和运动副的规定,构件均用直线或小方（圆）块等来表示，画有,斜线,的表示机架。,1,、构件,构件均用直线或小方（圆）块等来表示，画有斜线的表示机架。1、,2,、转动副,3,、,移动副,两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。,2、转动副3、移动副两构件组成移动副，其导路必须与相对移动,4,、高副,两构件组成高副时，其运动简图中应画出两构件,接触处,的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用,点划线,划出其节圆。,4、高副两构件组成高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲,常用运动副的符号,运动副,名称,运动副符号,两运动构件构成的运动副,转动副,移动副,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,两构件之一为固定时的运动副,1,2,2,1,2,1,平面运动副,常用运动副的符号运动副运动副符号两运动构件构成的运动副转动副,运动副符号,运动副符号,三、绘制机构运动简图的步骤,1,、弄清机构组成：构件数目、运动副数目类型、原动件、从动件和机架分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；,2,、确定与机构相关的的尺寸：中心距、构件尺寸、导路和回转中心，高副轮廓,3,、投影平面的选择,4,、选择合理的比例尺：,5,、用规定的符号和线条绘制成简图，一般从原动件开始画。,原则：简图与实际运动特征相同；取,“,相关,”,舍,“,无关,”,三、绘制机构运动简图的步骤 1、弄清机构组成：构件数目、运动,注意：要明确三类构件,固定件（机架）：机架中只有一个为机架。,原动件：机构中有驱动力或已知运动规律的构件。,从动件：除原动件以外的所有活动构件。,注意：要明确三类构件固定件（机架）：机架中只有一个为机架。,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，表示出各构件,例,1:,试绘制内燃机的机构运动简图,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,第二章机构运动简图和自由度计算课件,第二章机构运动简图和自由度计算课件,例,2,：试绘制牛头刨床的机构运动简图,例2：试绘制牛头刨床的机构运动简图,牛头刨床结构示意图,牛头刨床运动图,牛头刨床结构示意图牛头刨床运动图,2-6,绘出下列平面机构的运动简图,唧筒机构,缝纫机针杆机构,2-6 绘出下列平面机构的运动简图唧筒机构缝纫机针杆机构,活塞泵机构,活塞泵机构,一、平面机构自由度,一个自由的平面构件有,?,个自由度。,低副联接 减少,?,个自由度,高副联接 减少,?,个自由度,2.3,平面机构的自由度及确定运动的条件,n,个活动构件：自由度为,?,。,P,L,个低副：限制,?,P,L,个自由度,P,H,个高副：限制,?,H,个自由度,F=3n-2P,L,-P,H,该机构的自由度应为活动构件的自由度数与引入运动副减少的自由度数之差，以,F,表示：,一、平面机构自由度 一个自由的平面构件有?个自由度。低副,例,1,：四杆机构（绿杆为机架）,n,，,L,，,H,例,2,：三杆机构（刚性桁架）,n,，,L,，,H,（机构不能运动）,铰链四杆机构,三杆机构,A,B,C,二、平面机构具有确定相对运动的条件,结论：应有一个原动件，任取,黑色,/,蓝色,构件为原动件，机构有确立的运动。给出一个角度,1,，其他构件便有一个相应位置）,例1：四杆机构（绿杆为机架）例2：三杆机构（刚性桁架）铰链四,例,3,：铰链五杆机构,铰链五杆机构,结论：机构具有确定运动的条件是：,n,，,L,，,H,构件为原动件，处于,AB,位置时，构件,234,可处于,BCDE,或,BCDE,，位置不确定。当取构件,1,或者,4,为原动件，机构各构件的运动确定。,且等于原动件数目,例 3：铰链五杆机构铰链五杆机构结论：机构具有确定运动的,原动件数,=F0,，运动确定,原动件数,F,，机构破坏,原动件数=F0，运动确定原动件数,平面机构自由度计算实例：,n,：机构中活动构件数，,P,L,：机构中低副数；,P,H,：机构中高副数；,F,：机构的自由度数；,F=3n-2P,L,-P,H,例,1,：,（,1,）,n=3,P,L,=4,P,H,=0,F=33-24 0=1,1,2,3,例,2,：,F=3n,2P,L,P,H,=32,22,1=1,平面机构自由度计算实例：n：机构中活动构件数，PL：机构中低,例,3,：简易牛头刨床,n=5,P,l,=7,P,h,=0,F=3n 2P,l,P,h,=35 27 0,=1,解：,例3：简易牛头刨床n=5,Pl=7,Ph=,三、计算自由度时的注意事项,1,、,复合铰链,两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。,计算：,K,个构件，有,K,1,转动副。,两个低副,三、计算自由度时的注意事项 1、复合铰链 两个以上构件在,惯性筛机构,C,处为复合铰链,n=5,P,l,=7,P,h,=0,=35-27 0=1,F=3n-2P,l,P,h,惯性筛机构C处为复合铰链n=5,Pl=7,Ph,例：计算图示圆盘锯机构的自由度。,解：活动构件数,低副数,F=3n,2P,L,P,H,=37,210,0,=1,可以证明：,F,点的轨迹为一直线。,1,2,3,4,5,6,7,8,A,B,C,D,E,F,圆盘锯机构,分析：,在,B,、,C,、,D,、,E,四处应各有,2,个转动副。,n=7,P,L,=10,例：计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数低副数F=,处理方法：,除去局部自由度，把滚子和从动件看作一个构件。,注意：,实际结构上为减小摩擦采用局部自由度,n=2,P,l,=2,P,h,=1,F=32-22 1=1,与实际相符,2,、局部自由度,机构中出现的与输出构件运动无关的自由度称为,局部自由度,。,典型例子：,滚子,的转动自由度并不影响整个机构的运动。,处理方法：除去局部自由度，把滚子和从动件看作一个构件。注意：,（,1,）两构件构成多个导路平行的移动副，移动副其导路相互平行时，只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。,F=3n-2P,L,-P,H,=3*3-2*4-0,=-1,处理方法：,计算中只计入一个移动副。,3,、,虚约束,有些运动副对机构的运动约束作用是重复的，称为,虚约束,。,计算自由度时，应除去不计。,（1）两构件构成多个导路平行的移动副，移动副其导路相互平行时,中图：,（错误）,右图：,（正确）,（,2,）轨迹重合：平行四边形机构,中图：（错误）右图：（正确）（2）轨迹重合：平行四边形机构,（,3,）机构中存在对运动不起作用的对称部分,如图 行星轮系中的行星轮,2,、,2,为虚约束，去掉后：,行星轮系,（3）机构中存在对运动不起作用的对称部分如图 行星轮系中的,若：轮,3,固定,叫做：差动轮系,叫做：行星轮系,若：轮,3,旋转,若：轮3固定叫做：差动轮系叫做：行星轮系若：轮3旋转,（,4,）联结点的轨迹重合,（4）联结点的轨迹重合,两构件组成多处接触点公法线重合的高副,1,2,处理方法：,计算中只计入一处高副。,F=3n-2P,L,-P,H,=3*2-2*2-1=1,两构件组成多处接触点公法线重合的高副12处理方法：计算中只,第二章机构运动简图和自由度计算课件,例题,1,：计算筛料机构的自由度,F=3n-2P,L,-P,H,=3*7-2*9-1=2,注意：,机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。,例题1：计算筛料机构的自由度F=3n-2PL-PH=3*7-,例题,2,：,求机构的自由度，并判断机构是否有确定运动。,例题2：求机构的自由度，并判断机构是否有确定运动。,例题,3,：,计算挖土机的自由度，并说明为什么要配置三个油缸。,例题3：计算挖土机的自由度，并说明为什么要配置三个油缸。,例题,4,：,图示为一简易冲床的设计图。试分析设计方案是否合理。如不合理，则绘出修改后的机构运动简图。,例题4：图示为一简易冲床的设计图。试分析设计方案是否合理。如,