第02章平面機構(gòu)及自由度計算PPT課件

1、1第2章 平面機構(gòu)及自由度計算2平面機構(gòu)及自由度計算平面機構(gòu)及自由度計算 所有構(gòu)件均在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動的機構(gòu)稱為平面機構(gòu)。工程中常用機構(gòu)大多數(shù)都是平面機構(gòu)。如圖2-1(a)所示的卡車自動卸料機構(gòu)、如圖2-1(b)所示的內(nèi)燃機中的機構(gòu)都屬于平面機構(gòu)。圖圖2-1 2-1 平面機構(gòu)平面機構(gòu)3平面機構(gòu)及自由度計算平面機構(gòu)及自由度計算2.1 2.1 平面機構(gòu)的組成平面機構(gòu)的組成2.2 2.2 平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖2.3 2.3 平面機構(gòu)的自由度計算平面機構(gòu)的自由度計算42.1.1 2.1.1 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成v 機構(gòu)中的構(gòu)件按其運動性質(zhì)不同可以分為機構(gòu)中的構(gòu)件按其運動性質(zhì)不

2、同可以分為3 3類，即主動件、從動類，即主動件、從動件、機架。件、機架。v (1) (1) 主動件主動件( (或原動件或原動件) )。機構(gòu)中由外界給定運動規(guī)律的活動構(gòu)件。機構(gòu)中由外界給定運動規(guī)律的活動構(gòu)件。如圖如圖2-22-2所示，顎式破碎機中的大帶輪所示，顎式破碎機中的大帶輪1 1是主動件，它由電動機和是主動件，它由電動機和帶傳動給定運動規(guī)律。帶傳動給定運動規(guī)律。v (2) (2) 從動件。機構(gòu)中隨主動件運動的其他活動構(gòu)件。如圖從動件。機構(gòu)中隨主動件運動的其他活動構(gòu)件。如圖2-22-2所所示的動顎板示的動顎板2 2和肘板和肘板3 3都是從動件，它們隨主動件大帶輪都是從動件，它們隨主動件大帶輪

3、1 1運動。運動。v (3) (3) 機架。機架是機構(gòu)中固定不動的構(gòu)件，它支承著機構(gòu)中的活機架。機架是機構(gòu)中固定不動的構(gòu)件，它支承著機構(gòu)中的活動構(gòu)件。如圖動構(gòu)件。如圖2-22-2所示的構(gòu)件所示的構(gòu)件4 4是機架，它支承著大帶輪是機架，它支承著大帶輪1 1和肘板和肘板3 3等活動構(gòu)件。等活動構(gòu)件。圖圖2-2 2-2 顎式破碎機顎式破碎機1大帶輪；2動顎板；3肘板；4機架52.1.2 2.1.2 構(gòu)件的自由度構(gòu)件的自由度v 自由度是構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立運動。對于一個作平自由度是構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立運動。對于一個作平面運動的構(gòu)件，具有面運動的構(gòu)件，具有3 3個自由度。如圖個自由度。如圖2-32-3所示的

4、平所示的平面物體可沿面物體可沿x x軸和軸和y y軸方向移動，以及在軸方向移動，以及在xoyxoy平面內(nèi)的平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動。為了使組合起來的構(gòu)件能產(chǎn)生確定的相對運轉(zhuǎn)動。為了使組合起來的構(gòu)件能產(chǎn)生確定的相對運動，有必要探討平面機構(gòu)自由度和平面機構(gòu)具有確動，有必要探討平面機構(gòu)自由度和平面機構(gòu)具有確定運動的條件。定運動的條件。圖圖2-3 2-3 構(gòu)件的自由度構(gòu)件的自由度61.1.3 1.1.3 課程任務(wù)課程任務(wù)v 機構(gòu)由若干個相互聯(lián)接起來的構(gòu)件組成。機構(gòu)中兩構(gòu)件之間機構(gòu)由若干個相互聯(lián)接起來的構(gòu)件組成。機構(gòu)中兩構(gòu)件之間直接接觸并能作確定相對運動的可動聯(lián)接稱為運動副。如圖直接接觸并能作確定相對運動的可動聯(lián)接

5、稱為運動副。如圖2-1(b)2-1(b)所示的內(nèi)燃機的軸與軸承之間的聯(lián)接，活塞與汽缸之所示的內(nèi)燃機的軸與軸承之間的聯(lián)接，活塞與汽缸之間的聯(lián)接，凸輪與推桿之間的聯(lián)接，兩齒輪的齒和齒之間的間的聯(lián)接，凸輪與推桿之間的聯(lián)接，兩齒輪的齒和齒之間的聯(lián)接等。聯(lián)接等。v 兩個構(gòu)件構(gòu)成運動副后，構(gòu)件的某些獨立運動受到限制，這兩個構(gòu)件構(gòu)成運動副后，構(gòu)件的某些獨立運動受到限制，這種運動副對構(gòu)件的獨立運動所加的限制稱為約束。運動副每種運動副對構(gòu)件的獨立運動所加的限制稱為約束。運動副每引入一個約束，構(gòu)件就失去一個自由度。引入一個約束，構(gòu)件就失去一個自由度。v 兩構(gòu)件間的平面運動副按接觸性質(zhì)可分為兩構(gòu)件間的平面運動副按接

6、觸性質(zhì)可分為低副低副和和高副高副。圖圖2-4 2-4 低副低副圖圖2-5 2-5 高副高副(a) 1凸輪；2從動件 (b) 1、2輪齒 (c) 1火車輪；2鋼軌7平面機構(gòu)及自由度計算平面機構(gòu)及自由度計算2.1 2.1 平面機構(gòu)的組成平面機構(gòu)的組成2.2 2.2 平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖2.3 2.3 平面機構(gòu)的自由度計算平面機構(gòu)的自由度計算82.2 2.2 平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖 在對機構(gòu)進(jìn)行運動分析和設(shè)計時，為了使問題簡化，在對機構(gòu)進(jìn)行運動分析和設(shè)計時，為了使問題簡化，只考慮與運動有關(guān)的運動副的數(shù)目、類型及相對位置，只考慮與運動有關(guān)的運動副的數(shù)目、類型及相對位置，不考慮與運

7、動無關(guān)的因素，如構(gòu)件的形狀、運動副的具不考慮與運動無關(guān)的因素，如構(gòu)件的形狀、運動副的具體構(gòu)造等，僅用簡單線條和規(guī)定符號表示構(gòu)件和運動副，體構(gòu)造等，僅用簡單線條和規(guī)定符號表示構(gòu)件和運動副，并按一定比例畫出各運動副的位置，這種表示機構(gòu)各構(gòu)并按一定比例畫出各運動副的位置，這種表示機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡單圖形，稱為件間相對運動關(guān)系的簡單圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖。 只是為了表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成及運動原理而不嚴(yán)格只是為了表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成及運動原理而不嚴(yán)格按比例繪制的機構(gòu)運動簡圖，稱為按比例繪制的機構(gòu)運動簡圖，稱為機構(gòu)示意圖機構(gòu)示意圖。92.2 2.2 平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖 繪制

8、機構(gòu)運動簡圖的一般步驟如下：繪制機構(gòu)運動簡圖的一般步驟如下：(1) (1) 分析機構(gòu)的組成和運動，找出機架、主動件與從動件。分析機構(gòu)的組成和運動，找出機架、主動件與從動件。(2) (2) 從主動件開始，按照運動傳遞的順序，分析各構(gòu)件之間相對從主動件開始，按照運動傳遞的順序，分析各構(gòu)件之間相對運動的性質(zhì)和接觸情況，確定構(gòu)件數(shù)目、運動副的類型和數(shù)目。運動的性質(zhì)和接觸情況，確定構(gòu)件數(shù)目、運動副的類型和數(shù)目。(3) (3) 合理選擇視圖平面。應(yīng)選擇能充分表明各構(gòu)件相對運動關(guān)系合理選擇視圖平面。應(yīng)選擇能充分表明各構(gòu)件相對運動關(guān)系的平面為視圖平面。的平面為視圖平面。 (5) (5) 按比例定出各運動副之間

9、的相對位置，用構(gòu)件和運動副的規(guī)按比例定出各運動副之間的相對位置，用構(gòu)件和運動副的規(guī)定符號繪制機構(gòu)運動簡圖。轉(zhuǎn)動副代號用大寫英文字母表示，構(gòu)定符號繪制機構(gòu)運動簡圖。轉(zhuǎn)動副代號用大寫英文字母表示，構(gòu)件代號用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，機構(gòu)的主動件用箭頭標(biāo)明。件代號用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，機構(gòu)的主動件用箭頭標(biāo)明。l(mm)(mm)實際長度圖示長度l(4) (4) 選擇合適的比例尺，長度比例尺用選擇合適的比例尺，長度比例尺用 表示，在機械設(shè)計中規(guī)表示，在機械設(shè)計中規(guī)定如下定如下l10平面機構(gòu)及自由度計算平面機構(gòu)及自由度計算2.1 2.1 平面機構(gòu)的組成平面機構(gòu)的組成2.2 2.2 平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖2.3

10、 2.3 平面機構(gòu)的自由度計算平面機構(gòu)的自由度計算112.3.1 2.3.1 平面機構(gòu)的自由度及其計算平面機構(gòu)的自由度及其計算 機構(gòu)相對于機架所具有的獨立運動數(shù)目，稱為機構(gòu)相對于機架所具有的獨立運動數(shù)目，稱為機構(gòu)的機構(gòu)的自由度自由度。 設(shè)一個平面機構(gòu)由設(shè)一個平面機構(gòu)由n n個構(gòu)件組成，其中必定有個構(gòu)件組成，其中必定有1 1個構(gòu)件個構(gòu)件為機架，則機構(gòu)中活動構(gòu)件數(shù)為為機架，則機構(gòu)中活動構(gòu)件數(shù)為n = n-1n = n-1。一個沒有任何約。一個沒有任何約束的構(gòu)件有束的構(gòu)件有3 3個自由度，則這些活動構(gòu)件在未組合成運動副個自由度，則這些活動構(gòu)件在未組合成運動副之前共有之前共有3n3n個自由度，在聯(lián)接成

11、運動副之后便引入了約束，個自由度，在聯(lián)接成運動副之后便引入了約束，減少了自由度。設(shè)機構(gòu)共有減少了自由度。設(shè)機構(gòu)共有plpl個低副、個低副、phph個高副，因為在個高副，因為在平面機構(gòu)中每個低副失去平面機構(gòu)中每個低副失去2 2個自由度，每個高副失去個自由度，每個高副失去1 1個自個自由度，故平面機構(gòu)的自由度由度，故平面機構(gòu)的自由度f為lh32fnpp122.3.2 2.3.2 計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項 實際工作中，機構(gòu)的組成比較復(fù)雜，運用公式實際工作中，機構(gòu)的組成比較復(fù)雜，運用公式 計算自由度時可能出現(xiàn)差錯，這是由于機構(gòu)中常常存在一計算自由度時可能出現(xiàn)差錯

12、，這是由于機構(gòu)中常常存在一些特殊的結(jié)構(gòu)形式，計算時需要特殊處理。些特殊的結(jié)構(gòu)形式，計算時需要特殊處理。lh32fnpp(1) (1) 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈(2) (2) 局部自由度局部自由度(3) (3) 虛約束虛約束132.3.3 2.3.3 平面機構(gòu)具有確定運動的條件平面機構(gòu)具有確定運動的條件 機構(gòu)相對機構(gòu)是由構(gòu)件和運動副組成的系統(tǒng)，機構(gòu)要機構(gòu)相對機構(gòu)是由構(gòu)件和運動副組成的系統(tǒng)，機構(gòu)要實現(xiàn)預(yù)期的運動傳遞和變換，必須使其運動具有可能性和實現(xiàn)預(yù)期的運動傳遞和變換，必須使其運動具有可能性和確定性。確定性。 如圖如圖2-14(a)2-14(a)所示的機構(gòu)，自由度所示的機構(gòu)，自由度f=0f=0；如圖；如

13、圖2-14(b)2-14(b)所所示的機構(gòu)，自由度示的機構(gòu)，自由度f=-1f=-1，機構(gòu)不能運動。，機構(gòu)不能運動。 如圖如圖2-152-15所示的五桿機構(gòu)，自由度所示的五桿機構(gòu)，自由度f=2f=2，若取構(gòu)件，若取構(gòu)件1 1為為主動件，當(dāng)只給定主動件主動件，當(dāng)只給定主動件1 1 的位置角的位置角 1 1時，從動件時，從動件2 2、3 3、4 4的位置既可為實線位置，也可為虛線所處的位置，因此其的位置既可為實線位置，也可為虛線所處的位置，因此其運動是不確定的。若取構(gòu)件運動是不確定的。若取構(gòu)件1 1、4 4為主動件，使構(gòu)件為主動件，使構(gòu)件1 1、4 4都都處于給定位置處于給定位置 1 1、 4 4時，才使從動件獲得確定運動。時，才使從動件獲得確定運動。圖圖2-14 2-14 不能運動的機構(gòu)不能運動的機構(gòu)圖圖2-15 2-15 運動不確定的機構(gòu)運動不確定的機構(gòu)142.3.3 2.3.3 平面機構(gòu)具有確定運動的條件平面機構(gòu)具有確定運動的條件 如圖如圖2-62-6所示，縫紉機腳踏板機構(gòu)的自由度所示，縫紉機腳踏板機構(gòu)的自由度f=1f=1，若有，若有兩個主動件兩個主動件1 1、3 3，則主動件數(shù)大于自由度數(shù)，機構(gòu)會產(chǎn)生，則主動件數(shù)大于自由度數(shù)，機構(gòu)會產(chǎn)生運動干涉，運動鏈中最薄弱的構(gòu)件或運動副可能被破壞。