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1、第一章第一章 平面机构的运动简图及自由度平面机构的运动简图及自由度1.1.运动副运动副: : 两构件直接接触形成的能产生一定相对运两构件直接接触形成的能产生一定相对运动的动的联接联接2.2.自由度自由度：构件相对于参考系具有的独立运动参数的构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目数目平面自由构件平面自由构件具有自由度具有自由度?xyo1.面接触面接触3.3.运动副类型运动副类型 低副低副一自由度一自由度 移动副移动副 转动副转动副高副2.点接触点接触3.线接触线接触 凸轮副凸轮副 齿轮副齿轮副 二自由度二自由度机构是由构件通过运动副连接而成的机构是由构件通过运动副连接而成的机机 架：固定不动的
2、构件架：固定不动的构件原动件：按给定运动规律的独立运动的构件原动件：按给定运动规律的独立运动的构件从动件：其余的活动构件从动件：其余的活动构件机械手机械手一、平一、平 面机构运面机构运 动动 简简 图图 及及 其其 作作 用用 比较：比较：机构示意图：机构示意图：没严格按照比例绘制的机构运动没严格按照比例绘制的机构运动简图简图 用途：分析现有机械，构思设计新机械用途：分析现有机械，构思设计新机械用简单的用简单的符号和线条符号和线条表示运动副和构件，表示运动副和构件，并按一定的并按一定的比例比例定出各运动副及构件的定出各运动副及构件的位置，这种简明的图形称为位置，这种简明的图形称为机构运动简机构
3、运动简图图。二、运动副的表示方法和常见构件的规定画法二、运动副的表示方法和常见构件的规定画法1 1）转动副）转动副2 2）移动副）移动副与机架组成的与机架组成的移动副移动副活动构件组成的活动构件组成的移动副移动副固定铰链固定铰链活动铰链活动铰链1.运动副的表示方法运动副的表示方法3 3）高副高副4构件的表示方法构件的表示方法 杆、轴类构件杆、轴类构件 机架机架 同一构件同一构件 两副构件两副构件 三副构件三副构件 画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。绘 制平 面 机 构 运动简图要求是：1）简图上应按规定符号画出全部构件,并标
4、明 主动件。2）简图上应按规定符号画出全部运动副。3）简图上应按比例表示出机构的各运动尺寸，如转动副间的中心距、移动副轴线方向 和位置、转动副到导路的距离等。三、绘制机构运动简图的要求三、绘制机构运动简图的要求四、运动简图的绘制方法四、运动简图的绘制方法 绘制路线：绘制路线：原动件原动件中间传动件中间传动件 输出构件输出构件 观察重点：观察重点：各构件间构成的运动副类型各构件间构成的运动副类型 良好习惯：良好习惯：各种运动副和构件用规定符号表达各种运动副和构件用规定符号表达 误误 区：区：构件外形构件外形v步骤：步骤：1.分析机构组成运动原理，分析机构组成运动原理，确定构件数目及原动确定构件数
5、目及原动件、件、固定固定构件构件；2.确定运动副的类型和数目；确定运动副的类型和数目；3.测量构件尺寸，确定原动件某一位置；测量构件尺寸，确定原动件某一位置；4、选定比例尺选定比例尺、投影面，、投影面，按规定符号绘制运动按规定符号绘制运动简图简图。1.内燃机内燃机五、例题五、例题气缸体气缸体1进气阀进气阀3排气阀排气阀4连杆连杆5曲轴曲轴6凸轮凸轮7齿轮齿轮10活塞活塞2顶杆顶杆8ABCEFDG2.颚式颚式破碎机破碎机1 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算2 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件3 几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理 复合铰链复合铰链 局部自由度局部自由度 虚约
6、束虚约束4 小结小结 一、一、 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算(1) 平面运动构件的自由度平面运动构件的自由度(2) 平面运动副引入的约束平面运动副引入的约束R(对独立的运动所加的限制对独立的运动所加的限制)xy21 与其它构件未连之前：与其它构件未连之前：3 用运动副与其它构件连接后用运动副与其它构件连接后, 运运动副引入约束动副引入约束, 原自由度减少原自由度减少xyoxyottnnR=2R=2R=1结论：结论：平面低副引入平面低副引入2个约束个约束平面高副引入平面高副引入1个约束个约束(构件可能出现的独立运动构件可能出现的独立运动)(3) 平面机构自由度计算公式平面机构自由度计
7、算公式如果：如果：活动活动构件数：构件数：n 低副数：低副数： pl 高副数：高副数： phxy21未连接前总自由度：未连接前总自由度： 3n连接后引入的总约束数：连接后引入的总约束数：2pl+phF=3n - ( 2pl + ph ) 机构自由度机构自由度F：F=3n - 2pl - ph机构自由度举例：机构自由度举例：1234F =3n2plph = 3 2 340= 112345F =3n2plph = 3 2 450= 2F =3n2plph = 3 2 221= 1BCAF =3n2plph = 3 2 340 = 1F =3n2plph = 3 2 451 = 1F =3n2plp
8、h = 3 32 50= -1 F =3n2plph = 3 2-2 30=0 二、机构具有确定运动的条件二、机构具有确定运动的条件F=0,刚性桁架，构件之间无相对运动刚性桁架，构件之间无相对运动原动件数小于原动件数小于F,各构件无确定的相对运动各构件无确定的相对运动原动件数大于原动件数大于F,在机构的薄弱处遭到破坏在机构的薄弱处遭到破坏结论：结论：机构具有确定运动的条件：机构具有确定运动的条件：1 机构自由度机构自由度 0 2 原动件数原动件数 机构自由度数机构自由度数BCABCADE m个构件个构件(m2)在同一处构成转动在同一处构成转动副副 m-1-1个低副个低副(1) 复合铰链复合铰链
9、412356F F 3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 560 3F F 3n3n 2p2pl lp ph h 3 3 2 2 570 1412356错错对对计算在内计算在内523235m个构件个构件,m-1个铰链个铰链三、几种特殊结构的处理三、几种特殊结构的处理F3n2plph 3 2 33 1 2F3n 2plph 3 2 221 1错错对对排除排除(2) 局部自由度局部自由度 定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动, , 不影响机不影响机构输出运动的自由度构输出运动的自由度 局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加
10、局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠的滚子、轴承中的滚珠 解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视作一个构件构件固结在一起，视作一个构件动画动画 不影响机构运动传递的不影响机构运动传递的重复约束重复约束 在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限制作用的运动副叫制作用的运动副叫虚约束虚约束 虚约束虚约束经常发生的场合经常发
11、生的场合 处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其所带入的运动副）去掉所带入的运动副）去掉 结论结论F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 23 1- -1错错22 11对对排除排除之一为之一为虚约束虚约束(3) 虚约束虚约束虚约束经常发生的场合虚约束经常发生的场合A两构件之间构成多个运动副时两构件之间构成多个运动副时B机构中对运动不起作用的对称部分机构中对运动不起作用的对称部分C 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时联接构件与被联接构件上联接点的轨
12、迹重合时A 两构件之间构成多个运动副时两构件之间构成多个运动副时 两构件组合成多个两构件组合成多个转动副转动副，且其，且其轴线重合轴线重合 两构件组合成多个两构件组合成多个移动副移动副，其，其导路平行或重合导路平行或重合 两构件组合成若干个两构件组合成若干个高副高副，但接触点之间的，但接触点之间的距离为常数距离为常数123123 目的：目的：为了改善构件的受力情况为了改善构件的受力情况F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 22 11动画动画B 机构中对运动不起作用的对称部分机构中对运动不起作用的对称部分 在该机构中，齿轮在该机构中，齿轮3 3是齿轮是齿轮2 2的对称部分，为
13、虚约束的对称部分，为虚约束 计算时应将齿轮计算时应将齿轮3 3及其引入的约束去掉来计算及其引入的约束去掉来计算 同理，将齿轮同理，将齿轮2 2当作虚约束去掉，完全一样当作虚约束去掉，完全一样 目的：目的：为了改善构件的受力情况为了改善构件的受力情况F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 33 2112345动画动画BAF F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 01C 轨迹重合轨迹重合 在这两个例子中，加与不加红色构件效果完全一样，为在这两个例子中，加与不加红色构件效果完全一样，为虚约束虚约束 计算时应将该构件及其引入的约束去掉来计算计算时应将该构件及其引
14、入的约束去掉来计算412351234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 0F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 46 0 0错错对对 1D 两构件上联接点的轨迹重合两构件上联接点的轨迹重合 在该机构中，构件在该机构中，构件2 2上的上的C C点点C C2 2与构与构件件3 3上的上的C C点点C C3 3轨迹重合，为虚约束轨迹重合，为虚约束 计算时应将构件计算时应将构件3 3及其引入的约束去及其引入的约束去掉来计算掉来计算 同理，也可将构件同理，也可将构件4 4当作虚约束，将当作虚约束，将构件构件4 4及其引入的约束去掉来计算，及其引入的约束去掉来计算，效果完全一样效果完全一样BAC(C2,C3)D1234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 01