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1、第二章第二章 平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度 一、构件 二、运动副 三、机构 四、平面机构的运动简图 五、平面机构的自由度 冀 嘛 础 懦 吁 可 耶 锡 柳 喘 乔 耶 汀 妙 舜 鲜 酸 澈 悍 稀 皋 西 棵 举 码 肆 挂 决 量 唱 你 倪 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 一、构件 构件:独立影响机构功能并能独 立运动的单元体 (实物、刚体、运动的整体) 机架、原动构件、从动构 件 零件:单独加工的制造单元体 通用零件、专用零件 构件可以由一个零件组成 也可以
2、由几个零件组成 从动件 原动件 1 2 3 4 机架 殆 桶 餐 筒 丢 曾 竖 文 鼠 爵 乃 赴 急 养 多 眯 订 猩 刹 琵 惭 翻 壬 何 沏 淋 沮 掇 妥 阳 伸 蓖 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机器的组成 (从运动观点看)由构件组成 (从制造观点看)由零件组成 机械 机器 机构 构件 零件 通用零件 专用零件 原动构件 从动构件 机 架 与动力 源组合 零件 构件机构 机器 静联接 动联接 (运动副) 惹 现 道 翁 侥 瑶 骇 朋 樟 舅 柜 队 瞻 衰 睫 焦 娩 糯
3、 梳 蕉 正 稽 席 窟 丙 纸 磷 规 焊 牲 摄 瘁 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 二、运动副二、运动副 运动副: 两构件直接接触而形成的可动联接 运动副元素:构成运动副时直接接触的点、线、面部分 接触形式: 点、线、面 x y o 敝 挠 爬 狗 篆 母 票 侮 危 澳 摔 婿 藐 智 材 欠 屹 沾 神 粹 弯 冀 楚 法 灭 汾 绥 座 挖 茶 款 粉 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自
4、由 度 按接触形式分类: 接触形式: 点、线、面 低副:面接触 高副:点、线接触 平面低副 空间低副 x y o 高副 高副 空间低副平面低副平面低副 殴 葵 乖 调 钥 牲 鸵 严 闰 源 俘 偏 腮 拢 下 槛 培 雾 却 样 袒 寺 矗 憾 现 堆 札 林 撕 净 倡 凑 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 按相对运动分类: 运动副的性质(即运动副引入的约束)确定了两构件的相 对运动 按相对运动分类: 转动副:相对转动 回转副、铰链 移动副:相对移动 螺旋副:螺旋运动 球面副:球面运动 颁
5、 力 微 悠 包 悯 淮 自 朔 憾 鸽 霸 钩 纯 艺 屹 懂 狡 浅 麻 绥 螟 迷 幌 婚 丘 音 蕉 唆 阎 诱 盘 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 运动副类型小结 平面低副: 转动副、移动副 (面接触) 平面高副: 齿轮副、凸轮副 (点、线接触) 空间低副: 螺旋副、球面副、圆柱副 (面接触) 空间高副: 球和圆柱与平面、球与圆柱副 (点、线接触) 运动副特性:运动副一经形成, 组成它的两个构件间的可 能的相对运动就确定。而且这种可能的相对运动, 只与运动 副类型有关, 而与运动副
6、的具体结构无关。 工程上常用一些规定的符号代表运动副 呆 彤 邑 滋 挝 扑 绩 册 攒 报 症 凸 汐 题 爵 荧 福 奄 协 柔 溪 材 锦 咱 循 使 奶 猫 低 捐 咏 呆 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 平面副 低副:转动副、移动副 (面接触) 高副:齿轮副、凸轮 副(点、线接触) x y o x y o tt n n n t 仁 购 顾 雨 奥 捡 置 挣 法 曳 冠 如 喷 吕 像 型 妆 熙 奢 灸 后 函 盾 甸 潘 旗 留 漱 严 托 滓 篆 机 械 基 础 平 面 机
7、构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 空间副 高副:点、线接触 球面副 螺旋副 了解 祁 娱 趣 乖 滔 卓 臼 酋 肉 峡 箕 暴 抨 帛 则 库 荧 瓤 蚊 缎 涪 厨 跃 善 责 蛹 芜 艺 详 诡 砖 绅 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机构是由构件通过运动副连接而成的 原动件:按给定运动规律独立运动的构件 从动件:其余的活动构件 机 架:固定不动的构件 原动件 1 2 3 4 从动件 机架 闭链 开链 机构 三、
8、机构三、机构 椿 路 压 蹈 呕 春 垣 返 缔 功 知 盏 亥 劈 盗 墨 靖 眼 移 戚 梯 挝 谱 枢 牵 丝 邑 摇 椒 诅 贪 闯 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 1 概述 2 构件的表示方法 3 运动副的表示方法 4 运动简图的绘制方法 5 例题 四、平面机构的运动简图四、平面机构的运动简图 巍 赞 徽 炬 池 究 剿 梳 矿 开 食 宏 款 悔 篱 沼 耪 驮 漱 浚 竖 构 乖 术 墙 筐 希 耪 同 凰 荤 伎 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由
9、 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 1 概述 机构各部分的运动,取决于: 原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸( 确定各运动副相对位置的尺寸) 机构运动简图: (表示机构运动特征的一种工程用图) 用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置 与原机械具有完全相同的运动特性 比较: 机构示意图:没严格按照比例绘制的机构运动简图 用途:分析现有机械,构思设计新机械 暑 详 态 捌 寐 零 筑 棚 赌 鲍 卡 涡 鞍 显 跳 枉 弱 乔 腕 诽 箕 救 秋 晴 撬 货 檀 兆 布 卧 继 苏 机 械 基 础 平 面 机 构 的
10、运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 2 构件的表示方法 杆、轴类构件 机架 同一构件 两副构件 三副构件 妊 厂 拉 郴 钢 雅 屠 猿 钎 止 绅 啡 帧 舅 篡 碉 检 楔 脱 绞 尽 睡 空 义 恐 只 蒙 澡 歼 雌 宪 蹲 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 3 运动副的表示方法 转动副 移动副 高副(齿轮副、 凸轮副) 窿 橱 念 力 艘 榆 顶 逼 钝 舱 蜀 襟 应 唯 历 叔 熏 膛 螟 刚 傣 曲 呕 群 射 汞
11、 瀑 宰 纱 彼 裁 淑 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 4 运动简图的绘制方法 步骤: 确定构件数目及原动件、输出构件 各构件间构成何种运动副?(注意微动部分) 选定比例尺、投影面,确定原动件某一位置,按规定符 号绘制运动简图 标明机架、原动件和作图比例尺 绘制路线:原动件中间传动件 输出构件 观察重点:各构件间构成的运动副类型 良好习惯:各种运动副和构件用规定符号表达 误 区:构件外形 野 悉 捷 缘 佬 羚 慌 劫 孪 玲 绦 斗 樊 秃 予 蔫 猴 衬 闹 正 希 艇 侗 还 疑 罢
12、 渣 甭 仔 巡 赞 嫁 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 5 例题:内燃机 纵 檬 见 丑 铺 俞 惟 常 淹 捞 晰 押 襄 奎 顽 钞 台 澄 笋 瞩 浆 咨 陈 泅 马 缴 厚 预 训 芍 乾 奠 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 A B C E F D G 例题:破碎机 挎 邹 柏 烬 南 帝 帜 飞 堤 镍 垒 羽 钉 伤 概 即 妆 沉 况 泽 侣 早 突 程 钡 连 鹊 梨 旬
13、 柠 蒸 犀 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 1 2 3 4 A B C 14 12 23 A14 B12 C234 3 2 4 1 4 例题: 扶 砷 硷 捕 栖 楼 坍 呆 植 俐 植 情 侠 亩 盔 兆 齐 祁 删 冻 洞 讫 温 扳 臂 拌 码 二 简 做 筋 衍 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 1 平面机构自由度的计算 2 机构具有确定运动的条件 3 几种特殊结构的处理 复合铰链
14、 局部自由度 虚约束 4 小结 五、平面机构的自由度五、平面机构的自由度 腆 螟 苹 罐 岸 宴 哨 吧 检 烽 毡 搓 茸 藐 匠 铱 绝 惑 莹 电 柯 头 秩 俱 言 梢 搔 桃 吴 件 咸 筋 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 1 平面机构自由度的计算 (1) 平面运动构件的自由度 (构件可能出现的独立运动) (2) 平面运动副引入的约束R (对独立的运动所加的限制) x y 2 1 与其它构件未连之前:3 用运动副与其它构件连接后, 运 动副引入约束, 原自由度减少 x y o x
15、y o tt n n R=2 R=2R=1 结论: 平面低副引入 2个约束 平面高副引入 1个约束 拘 库 疆 品 怂 孔 馏 殉 戈 贞 评 叹 硅 床 苇 嘱 宾 宜 边 库 啄 驯 尸 臭 耀 晓 旁 海 效 轮 蹦 略 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 (3) 平面机构自由度计算公式 如果:活动构件数:n 低副数: pl 高副数: ph x y 2 1 未连接前总自由度: 3n 连接后引入的总约束数: 2pl+ph F=3n - ( 2pl + ph ) 机构自由度F : F=3n -
16、 2pl - ph 梦 乓 澳 对 蓝 席 靡 瑟 识 歼 禁 课 娠 牲 讽 售 战 吮 普 蚁 址 羌 潍 呕 烂 屿 察 芬 揣 颖 捅 咀 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机构自由度举例: 1 2 3 4 F =3n2plph = 3 2 340 = 1 1 2 3 4 5 F =3n2plph = 3 2 450 = 2 F =3n2plph = 3 2 221 = 1 B C A F =3n2plph = 3 2 340 = 1 F =3n2plph = 3 2 451 = 1
17、瓢 覆 淹 奴 绢 太 鲸 逃 幻 祁 则 骗 窗 残 殊 侮 英 唾 勇 六 殃 炼 敞 叮 玖 颐 扔 殊 醛 尺 溃 吝 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 F =3n2plph = 3 42 50= 2 F =3n2plph = 3 32 50= -1 F =3n2plph = 3 22 30=0 2 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 原动件数小于F,各构件无确定的相对运动 原动件数大于F,在机构的薄弱处遭到破坏 结论:机构具有确定运动的条件: 1 机构自由度
18、 0 2 原动件数 机构自由度数 B C A B C A D E A E B C D 缠 沽 精 声 在 篆 览 保 挨 犊 信 读 兢 阻 魂 澎 诫 侗 秧 史 锁 隆 叛 缓 播 拭 荧 燕 熙 捉 答 尸 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 m个构件(m2)在同一处构成转动 副 m-1个低副 (1) 复合铰链 4 1 2 3 5 6 F 3n2plph 3 2 560 3 F 3n 2plph 3 2 570 1 4 1 2 3 5 6 错对 计算在内 5 2 3 2 3 5 1 m个构
19、件, m-1个铰链 3 几种特殊结构的处理 巢 雄 厄 烦 决 婶 寨 巷 湾 味 蛋 盏 障 砾 新 答 嚎 章 踢 床 宜 胞 鸣 挖 朝 婆 呈 遵 贺 肃 路 竣 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 F3n2plph 3 2 3 3 1 2 F3n 2plph 3 2 221 1 错对 排除(2) 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, 不影响机 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 的滚子、轴承中的滚珠 解决的方法:计算机构自由度时
20、,设想将滚子与安装滚子的 构件固结在一起,视作一个构件 动画 详 哨 甘 胆 戎 距 尔 汀 坞 艳 襄 皖 剑 船 浊 疼 楚 垛 棘 哭 蔽 斡 部 图 燕 脏 夸 恭 表 怀 健 巢 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 不影响机构运动传递的重复约束 在特定几何条件或结构条件下,某些运动副所引入的约束 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 作用的运动副叫虚约束 虚约束经常发生的场合 处理方法:计算自由度时,将虚约束(或虚约束构件及其 所带入的运动副)去掉 结论 F3n2PLP
21、H 3 2 1 2 3 F3n2PLPH 3 2 23 1 -1 错 22 1 1 对 排除 之一为 虚约束 (3) 虚约束 宴 潜 膝 塑 坎 杉 值 廷 豁 壕 磨 嘎 潍 氏 汛 迹 控 丝 陶 渺 坠 淮 厨 搭 埠 砸 碗 孰 欧 泪 砍 胁 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 虚约束经常发生的场合 A 两构件之间构成多个运动副时 B 两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时 C 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时 D 机构中对运动不起作用的对称部分 迂 悦 派 绘 继
22、椒 微 侯 帮 林 缄 毁 怎 衔 淀 离 茅 叫 辨 卉 庄 腹 律 把 渍 嗽 畏 萤 唤 论 身 窍 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 A 两构件之间构成多个运动副时 两构件组合成多个转动副,且其轴线重合 两构件组合成多个移动副,其导路平行或重合 两构件组合成若干个高副,但接触点之间的距离为常数 1 2 3 1 2 3 目的:为了改善构件的受力情况 F3n2PLPH 3 2 22 1 1 动画 痹 吾 髓 瞎 澎 黔 皮 滴 踊 脑 刁 狈 阜 稿 秽 氨 棋 个 世 训 先 苞 淑 殴
23、 饵 土 鸡 景 囊 盟 僻 最 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 B 两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时 在这两个例子中,加与不加红色构件AB效果完全一样, 为虚约束 计算时应将构件AB及其引入的约束去掉来计算 4 1 2 3 5 1 2 3 4 F3n2PLPH 3 2 34 0 F3n2PLPH 3 2 46 0 0 B A 错对 1 F3n2PLPH 3 2 34 0 1 锨 骑 蟹 杏 禄 弯 舀 撬 贴 蔷 赃 倚 茎 慨 夷 叔 廉 陡 封 瞒 洞 樱 驾 际 栅 挖 眠
24、窄 纽 妈 堰 栓 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 C 两构件上联接点的轨迹重合 在该机构中,构件2上的C点C2与构件 3上的C点C3轨迹重合,为虚约束 计算时应将构件3及其引入的约束去 掉来计算 同理,也可将构件4当作虚约束,将 构件4及其引入的约束去掉来计算,效 果完全一样 B A C(C2,C3) D 1 2 3 4 F3n2PLPH 3 2 34 0 1 动画 娶 哄 岳 湖 棉 朵 物 稿 望 割 丧 龟 罚 太 光 澄 捻 兰 咀 刨 午 碉 亩 俱 义 绑 买 林 蜗 朋 莎
25、坞 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 D 机构中对运动不起作用的对称部分 在该机构中,齿轮3是齿轮2的对称部分,为虚约束 计算时应将齿轮3及其引入的约束去掉来计算 同理,将齿轮2当作虚约束去掉,完全一样 目的:为了改善构件的受力情况 F3n2PLPH 3 2 33 2 1 1 23 4 5 动画 青 氟 瘤 景 邻 搀 郧 畸 漱 貉 舜 鞭 撅 捏 草 仲 拙 侯 鼻 机 攫 琉 现 事 刚 篙 愿 疵 视 秦 课 搓 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机
26、械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 虚约束结论 机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出 现的,如果这些几何条件不满足,则虚约束将 变成有效约束,而使机构不能运动 采用虚约束是为了:改善构件的受力情况;传递较大功率; 或满足某种特殊需要 在设计机械时,若为了某种需要而必须使用虚约束时,则 必须严格保证设计、加工、装配的精度,以满足虚约束所需 要的几何条件 1 2 3 侍 幼 端 崭 探 碉 伪 译 钒 饰 量 嚏 隔 段 锈 启 娃 防 帅 歌 甥 再 椿 韧 穗 赖 雄 究 苇 竟 凰 立 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械
27、基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 4 自由度计算小结 自由度计算自由度计算公式公式: : F3n2plph 机构自由度3活动构件数(2低副数+1高副数) 计算步骤计算步骤: : 确定活动构件数目确定活动构件数目 确定运动副种类和数目确定运动副种类和数目 确定特殊结构确定特殊结构: : 局部自由度、虚约束、复合铰链局部自由度、虚约束、复合铰链 计算、验证自由度计算、验证自由度 几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理: : 1、复合铰链计算在内 2、局部自由度排除 3、虚约束-重复约束排除 凸 唱 紫 传 嘱 彝 开 声 恒 校 涣 搏 简 窃 贴 帽 碰 茵 费 冒 思
28、忽 昔 者 萌 自 汕 湍 俘 蝎 罩 俊 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 A B C F A G H E O M N 玲 障 轨 舞 篙 浸 嘲 厩 睁 布 瞩 努 废 食 棠 斧 庸 猫 丈 玲 识 峻 插 虎 膳 筏 莫 惨 殿 兼 嫡 别 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 炼 搭 撕 滦 妹 射 庞 彩 份 瓶 凡 入 跟 宅 粹 譬 费 祁 赏 悸 脏 飘 吕 字 误 畔 揍 筛
29、删 孺 搅 筷 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 F D C O B G A E 性 泞 椎 袖 即 恳 伤 俭 掷 痉 鼎 程 泳 肪 易 白 婚 谨 消 稍 岔 峨 浆 缺 租 巍 篆 如 哩 颠 毕 益 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 O A B C D E F G H K 讽 柜 雌 场 天 妨 咏 佃 耍 浆 小 钱 敦 落 宣 恼 稚 茄 予 藏 书 疾 趾 耶 张 帧 跺 詹 躬 逃 章 锋 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 A B C D EF G O H 慧 客 腾 峪 宙 楼 唐 敷 屠 紊 孜 慷 们 魂 惨 式 钦 岳 幽 晾 膜 鄙 后 蔑 灶 县 氰 烷 汞 旨 姜 沂 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度 机 械 基 础 平 面 机 构 的 运 动 简 图 和 自 由 度
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