第二章自由度及機(jī)構(gòu)運動簡圖

1、高等職業(yè)教育機(jī)械類專業(yè)核心技術(shù)課程,機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 第二章 自由度及機(jī)構(gòu)運動簡圖,浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳 峰 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 徐剛濤,教學(xué)課件 編創(chuàng)制作,第二章平面機(jī)構(gòu)的運動簡圖及自由度,第一節(jié) 運動副及其分類,第二節(jié) 平面機(jī)構(gòu)的運動簡圖,第三節(jié) 平面機(jī)構(gòu)的自由度,一、運動副概念,a)兩個構(gòu)件、b) 直接接觸、c) 有相對運動,運動副元素直接接觸的部分（點、線、面） 例如：凸輪、齒輪齒廓、活塞與缸套等,運動副兩構(gòu)件間直接接觸，并能產(chǎn)生一定相對運動的聯(lián)接稱為運動副,上述三個條件，缺一不可,第一節(jié) 運動副及其分類,二、運動副的分類,1、按相對運動范圍分有： 平面運動副兩構(gòu)件只能在同一平面相對

2、運動的運動副,例如：球鉸鏈、螺旋、拉桿天線、生物關(guān)節(jié),空間運動副兩構(gòu)件作空間運動的運動付,2、按按兩構(gòu)件間的接觸特性分有： 高副點、線接觸，應(yīng)力高,低副面接觸，應(yīng)力低,例如：滾動副、凸輪副、齒輪副等,例如：轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副）、移動副,三、常見運動副符號的表示: 國標(biāo)GB446084,常用運動副的符號,運動副 名稱,運動副符號,兩運動構(gòu)件構(gòu)成的運動副,轉(zhuǎn)動副,移動副,兩構(gòu)件之一為固定時的運動副,平面運動副,平面高副,螺旋副,空間運動副,構(gòu)件的表示方法,一般構(gòu)件的表示方法,桿、軸構(gòu)件,固定構(gòu)件,同一構(gòu)件,三副構(gòu)件,兩副構(gòu)件,一般構(gòu)件的表示方法,四、構(gòu)件分類,機(jī)架作為參考系的構(gòu)件，如機(jī)床床身、車輛底盤

3、、飛機(jī) 機(jī)身,機(jī)構(gòu)的組成： 機(jī)構(gòu) 機(jī)架 原動件 從動件,原（主）動件按給定運動規(guī)律運動的構(gòu)件。 從動件其余可動構(gòu)件,第二節(jié) 平面機(jī)構(gòu)的運動簡圖,機(jī)構(gòu)運動簡圖用簡單線條和規(guī)定的符號表示構(gòu)件和運動副，并按一定的比例確定運動副的相對位置及尺寸，表明機(jī)構(gòu)的組成和各構(gòu)件間真實運動關(guān)系的簡單圖形,作用： 1.表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動情況,機(jī)動示意圖定性地表示機(jī)構(gòu)的組成及運動原理而不嚴(yán)格按比例繪制的機(jī)構(gòu)運動簡圖,2.作為運動分析和動力分析的依據(jù),一、機(jī)構(gòu)運動簡圖概念,常用機(jī)構(gòu)運動簡圖符號,機(jī)構(gòu)運動簡圖應(yīng)滿足的條件： 1.構(gòu)件數(shù)目與實際相同,2.運動副的性質(zhì)、數(shù)目與實際相符,3.運動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與

4、實際機(jī)構(gòu)成比例,二、機(jī)構(gòu)運動簡圖的繪制,順口溜： 先兩頭，后中間， 從頭至尾走一遍，數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少，再看它們怎相聯(lián),步驟： 1.運轉(zhuǎn)機(jī)械，搞清楚運動副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目,4.檢驗機(jī)構(gòu)是否滿足運動確定的條件,2.測量各運動副之間的尺寸，選投影面（運動平面），繪制示意圖,3.按比例繪制運動簡圖。 簡圖比例尺： l =實際尺寸 m / 圖上長度mm,思路： 先定原動部分和工作部分（一般位于傳動線路末端），弄清運動傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運動副的類型，并用符號表示出來,鱷式破碎機(jī),典型機(jī)構(gòu)運動簡圖繪制,繪制圖示偏心泵的運動簡圖,偏心泵,第三節(jié) 平面機(jī)構(gòu)的自由度,一、平面機(jī)構(gòu)的自由度計算,1、自由度

5、：保證機(jī)構(gòu)具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)稱為機(jī)構(gòu)的自由度,單個自由構(gòu)件的自由度為 F=3,2、約束：當(dāng)兩構(gòu)件組成運動副后，某些相對運動受到限制，對于相對運動所加的限制稱為約束,運動副 自由度數(shù) 約束數(shù) 回轉(zhuǎn)副 1 + 2 = 3,R=2, F=1,R=2, F=1,R=1, F=2,結(jié)論：構(gòu)件自由度3約束數(shù)自由構(gòu)件的自由度數(shù)約束數(shù),移動副 1 + 2 = 3,高 副 2 + 1 = 3,經(jīng)運動副相聯(lián)后，構(gòu)件自由度的變化,n,計算公式： F=3n(2PL +Ph,構(gòu)件總自由度,低副約束數(shù),高副約束數(shù),3n,2 PL,1 Ph,計算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度,解：活動構(gòu)件數(shù) n,3,低副數(shù) PL

6、,4,F = 3n 2PL PH =33 24 =1,高副數(shù) PH,0,推廣到一般,活動構(gòu)件數(shù),計算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度,解：活動構(gòu)件數(shù) n,4,低副數(shù) PL,5,F=3n 2PL PH = 34 25 = 2,高副數(shù) PH,0,計算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度,解： 活動構(gòu)件數(shù)n,2,低副數(shù) PL,2,F=3n 2PL PH =32 221 =1,高副數(shù) PH,1,二、計算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項,計算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度,解：活動構(gòu)件數(shù)n,7,低副數(shù) PL,6,F =3n 2PL PH,高副數(shù) PH= 0,37 26 0,9,計算結(jié)果肯定不對,1.復(fù)合鉸鏈兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián),計算

7、：m個構(gòu)件,有m1轉(zhuǎn)動副,兩個低副,上例：在B、C、D、E四處應(yīng)各有 2 個運動副,計算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度,解：活動構(gòu)件數(shù)n=7,低副數(shù)PL,10,F =3n 2PL PH =37 2100 =1,可以證明：F點的軌跡為一直線,圓盤鋸機(jī)構(gòu),計算圖示兩種凸輪機(jī)構(gòu)的自由度,解：n,3,PL,3,F =3n 2PL PH =33 23 1 =2,PH=1,對于右邊的機(jī)構(gòu)，有： F=32 22 1=1,事實上，兩個機(jī)構(gòu)的運動相同，且F=1,2.局部自由度,F=3n 2PL PH FP =33 23 1 1 =1,本例中局部自由度 FP=1,或計算時去掉滾子和鉸鏈： F=32 22 1 =1,定義：

8、構(gòu)件局部運動所產(chǎn)生的自由度,出現(xiàn)在加裝滾子的場合，計算時應(yīng)去掉Fp,滾子的作用：滑動摩擦滾動摩擦,解：n,4,PL,6,F=3n 2PL PH =34 26 =0,PH=0,3.虛約束 對機(jī)構(gòu)的運動實際不起作用的約束。 計算自由度時應(yīng)去掉虛約束,FEAB CD ，故增加構(gòu)件4前后E點的軌跡都是圓弧。 增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件4,已知：ABCDEF，且 ABCDEF ; 計算圖示平行四邊形 機(jī)構(gòu)的自由度,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,解: 重新計算：n=3, PL=4, PH=0,F=3n 2PL PH =33 24 =1,特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是,1,2,3,4,A

9、,B,C,D,E,F,已知：ABCDEF， 且AB CD EF，試計算圖示平行四邊形 機(jī)構(gòu)的自由度,AB 、CD、EF三桿平行且相等,虛約束,出現(xiàn)虛約束的場合： 1.兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點的軌跡重合,2.兩構(gòu)件構(gòu)成多個移動副，且導(dǎo)路平行,如平行四邊形機(jī)構(gòu)，火車輪,橢圓儀等,4.運動時，兩構(gòu)件上的兩點距離始終不變,3.兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且同軸,5.對運動不起作用的對稱部分。 如多個行星輪,6.兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，且法線重合,如等寬凸輪,注意： 法線不重合時，變成實際約束,虛約束的作用： 改善構(gòu)件的受力情況，如多個行星輪,增加機(jī)構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌,使機(jī)構(gòu)運動順利，避免運動不確定，如車輪,注意：各種出現(xiàn)虛約束的場合都是有條件的,計算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度,位置C ，2個低副,復(fù)合鉸鏈,局部自由度,1個,虛約束,E,n,7,PL,9,PH,1