机构简图

1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和自由度2第二章平面机构运动简图和自由度§2.1运动副及其分类一、运动副1.运动副：两构件直接接触并能产生相对运动的联接，称为运动副。是可动连接。例如：轴和轴承、活塞和气缸，啮合中的一对齿廓、滑块与导槽，均保持直接接触，并能产生一定的相对运动，因而它们都构成了运动副。3第二章平面机构运动简图和自由度2.运动副元素：两构件直接接触而构成运动副的点、线、面部分。例如：轴与轴承间构成运动副，轴的外圆柱面与轴承内孔为运动副元素。凸轮与滚子间构成运动副，凸轮与滚子接触部分为运动副元素。运动副元素运动副元素4第二章平面机构运动简图和自由度二、自由度和约束：1.自由度：构件所具有的这种独立运动的数目称为构件的自由度。一个作平面运动的构件可以做沿轴x、轴y和绕垂直于xoy平面的轴的转动。这个自由构件有三个独立运动的可能性。所以一个作平面运动的自由构件有三个自由度。5第二章平面机构运动简图和自由度2.约束但当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构件系统时，各个构件不再是自由构件。两相互接触的构件间只能作一定的相对运动，自由度减少。这种对构件独立运动所施加的限制称为约束。3.自由度和约束的关系运动副每引入一个约束，构件就失去一个自由度。运动副既限制了两构件的某些相对运动，又允许构件间有一定的相对运动。6第二章平面机构运动简图和自由度按两构件接触特性，常分为低副、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（一）、平面运动副二、运动副分类7第二章平面机构运动简图和自由度b)活动铰链转动副8第二章平面机构运动简图和自由度固定铰链和活动铰链模型9第二章平面机构运动简图和自由度(2)移动副：只允许两构件作相对移动。10第二章平面机构运动简图和自由度移动副模型结论:两构件用低副联接，失去两个自由度；压力小。11第二章平面机构运动简图和自由度2.高副：两构件以点或线接触而构成的运动副。凸轮副12第二章平面机构运动简图和自由度齿轮副13第二章平面机构运动简图和自由度高副模型两构件用高副联接，失去一个自由度；压力大。结论:14第二章平面机构运动简图和自由度三、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15第二章平面机构运动简图和自由度§2.2平面机构的运动简图1、机构运动简图：用简单的线条和规定符号表示构件和运动副，并按一定的比例确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种表明机构组成和各构件间真实运动关系的简单的图形。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。一、机构运动简图的概念16第二章平面机构运动简图和自由度二、平面机构运动简图的绘制（一）构件的表示方法1.构件构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。2、机构示意图：只需表明机构运动传递情况和构造特征，不必按严格比例所画的图形17第二章平面机构运动简图和自由度2.转动副构件组成转动副时，如下图表示。图垂直于回转轴线用图a表示；图不垂直于回转轴线时用图b表示。表示转动副的圆圈，圆心须与回转轴线重合。一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。18第二章平面机构运动简图和自由度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。19第二章平面机构运动简图和自由度4.平面高副两构件组成平面高副时，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。20第二章平面机构运动简图和自由度21第二章平面机构运动简图和自由度（二）绘机构运动简图的步骤图上尺寸(mm)mm实际尺寸l1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；2）确定所有运动副的类型和数目；3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；4）确定比例尺：5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)22第二章平面机构运动简图和自由度注意：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。23第二章平面机构运动简图和自由度例2-1试绘制内燃机的机构运动简图24第二章平面机构运动简图和自由度气缸体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25第二章平面机构运动简图和自由度内燃机工作原理26第二章平面机构运动简图和自由度27第二章平面机构运动简图和自由度例2-2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28第二章平面机构运动简图和自由度一、平面机构自由度计算1.构件自由度（复习）一个自由的平面构件有三个自由度。构件间低副联接减少2个自由度高副联接减少1个自由度§2.3平面机构的自由度29第二章平面机构运动简图和自由度2.自由度计算公式n：机构中活动构件数，n=N-1;Pl：机构中低副数；Ph：机构中高副数；F：机构的自由度数；则F=3n-2Pl-Ph计算实例n=3,Pl=4,Ph=0F=3n-2Pl-Ph=3×3-2×4-0=130第二章平面机构运动简图和自由度1）四杆机构：n=3PL=4PH=0F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=12）五杆机构：n=4PL=5PH=0F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-0=23）凸轮机构：n=2PL=2PH=1F=3n-2PL-PH=13.常见机构的自由度计算31第二章平面机构运动简图和自由度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。4）刚性桁架32第二章平面机构运动简图和自由度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。5）超静定桁架33第二章平面机构运动简图和自由度计算实例n=5,Pl=7,Ph=0F=3n–2Pl–Ph=3×5–2×7–0=1解：34第二章平面机构运动简图和自由度二、自由度计算时应注意的几种情况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。35第二章平面机构运动简图和自由度惯性筛机构C处为复合铰链n=5,Pl=7,Ph=0=3×5-2×7–0=1F=3n-2Pl–Ph三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有m–1个转动副。36第二章平面机构运动简图和自由度典型例子：滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。计入局部自由度时n=3,Pl=3,Ph=1F=3×3-2×-1=2与实际不符DCBADBA42314212.局部自由度个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。37第二章平面机构运动简图和自由度除去局部自由度，把滚子和从动件看作一个构件。处理方法：注意：实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。n=2,Pl=2,Ph=1,F=3×2-2×2–1=1与实际相符38第二章平面机构运动简图和自由度n=4,Pl=6,Ph=0与实际不符F=3×4-2×6–0=0AMBN1O3O在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。3.虚约束39第二章平面机构运动简图和自由度虚约束常见情况及处理1）两构件上联接点的运动轨迹互相重合，将产生虚约束。AMB2314NO3O1n=3,Pl=4,Ph=0F=3×3-2×4–0=1与实际相符40第二章平面机构运动简图和自由度n=3,Pl=4,Ph=0F=3×3-2×4–0=141第二章平面机构运动简图和自由度2）两构件形成多个具有相同作用的运动副。◆处理方法：计算中只计入一个移动副。(1)两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。F=3n-2PL-PH=3x3-2x4=142第二章平面机构运动简图和自由度F=3n-2PL-PH=3x1-2x1=143第二章平面机构运动简图和自由度(2)两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为约束。◆处理方法：计算中只计入一个转动副。44第二章平面机构运动简图和自由度(3)两构件组成多处接触点公法线重合的高副，只考虑一处高副。12◆处理方法：计算中只计入一处高副。45第二章平面机构运动简图和自由度F=3n-2PL-PH=3x2-2x2-1=146第二章平面机构运动简图和自由度◆处理方法：计算中应将对称部分除去不计。3、机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。47第二章平面机构运动简图和自由度F=3n-2PL-PH=3x3-2x3-2=148第二章平面机构运动简图和自由度虚约束对机构的影响虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如“平行”、“重合”、“距离不变”等。如果几何条件不满足，虚约束会转化为有效约束。机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。49第二章平面机构运动简图和自由度注意：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：计算筛料机构的自由度F=3n-2PL-PH=3x7-2x9-2=250第二章平面机构运动简图和自由度三、平面机构具有确定相对运动的条件四杆机构，F=1,1个原动件，运动可确定。51第二章平面机构运动简图和自由度从动件位置不确定。四杆机构，F=2,1个原动件，运动不确定。52第二章平面机构运动简图和自由度原动件数=F0，运动确定原动件数F，运动不确定原动件数F，机构破坏53第二章平面机构运动简图和自由度结论：平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目，W=F≠0。◆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54第二章平面机构运动简图和自由度例题：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。55第二章平面机构运动简图和自由度练习：1.画出机构的运动简图。56第二章平面机构运动简图和自由度2.求机构的自由度，并判断机构是否有确定运动。57第二章平面机构运动简图和自由度58第二章平面机构运动简图和自由度59第二章平面机构运动简图和自由度作业：P232-42-52-72-8