《机械设计基础》教案——第二章 平面机构运动简图及其自由度.docx

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1、授课题目：第二章平面机构运动简图及其自由度授课方式理论课J讨论课口实验课口习题课口其他课时（请打J）教学大纲要求：运动副及其分类、运动副和构件的表示；平面机构运动的组成及其简图的绘制。教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）:理解平面运动副的概念；掌握平面机构运动简图的绘制方法。熟练掌握平面机构的自由度计算方法；掌握计算机构自由度时应注意的问题；掌握机构具有确定运动的条件。教学重点及难点：平面机构运动简图的绘制平面机构的自由度计算方法计算机构自由度时应注意的问题作业、讨论题、思考题：思考题：1-1、1-2、13习题：1-1、12课后总结分析:总结平面运动副的分类及其表示；总结平面机构运动简

2、图的绘制方法和步骤。教学内容第一节平面机构的组成一、机构和构件机械中作独立运动的单元称为构件。组成机构的构件按运动性质可分为原动件、从动件和机架三类机械中不可拆分的制造单元体称为零件，它是组成机器或机构的基本单二、运动副及其分类1 .运动副两构件直接接触而又能产生一定形式的相对运动的连接。2 .运动副的分类1）平面运动副和空间运动副（根据两构件之间的相对运动分类）2）高副和低副（根据两构件之间的接触情况） 高副：两构件通过点或线的接触而构成的运动副。 低副：两构件通过面接触而构成的运动副。 转动副：两构件之间的相对运动为转动的低副，也称为钱链。移动副：两构件之间的相对运动为移动的低副。第二节平

3、面机构运动简图一、概念：用简单线条和规定符号表示构件和运动副的类型，并按比例画出各运动副之间的相对位置，这种表示机构的组成和各构件间运动关系的简单图形，称为机构运动简图。二平面机构运动简图及其意义机构运动简图：用简单线条和规定的符号表示构件和运动副，并按照一定的比例尺确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种表明机构的组成和各构件间真实运动关系的简单图形。意义：人们发现，机构在运动时，各部分的运动是由其原动件的运动规律、该机构中各运动副的类型、数目及相对位置来决定的，而与构件和运动副的实际结构无关。机构运动简图不仅可以简明的描述一部机器或机械系统的组成情况，而且运动特性与其实际完全等价。三、

4、运动副和构件的表示转动副表示如图11所示，移动副表示如图12所示.图12构件的表示：由于构件的相对运动主要取决于运动副，因此首先应当用符号画出各运动副元素在构件上的相对位置，然后再用简单的线条把它其它构件和机构的习惯表示方法可参见表11。四、绘制平面机构运动简图的方法和步骤绘制运动简图的大致步骤可归结为：1、分析机构运动，找出机架、原动件和从动件。2、从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件之间的相对运动的性质；确定活动构件的数目、运动副的类型和数目。3、选择适当的视图平面和适当的机构运动瞬时位置。4、选择比例尺/=构件实际尺寸/构件图样尺寸（单位：m/mm或mmmm）,定出各运动副之间的

5、相对位置，用规定符号绘制机构运动简图。例1：如图14a所示为一颗式破碎机。当偏心轴2绕轴心A连续回转时，动颗板3作往复摆动，从而将矿石轧碎。试绘制此破碎机的机构运动简图。（八）图14解D由图可知颗式破碎机主体机构由机架1、偏心轴2、动颗板3、肘板4组成。其中偏心轴2为原动件。动颗板和肘板为从动件。2）偏心轴与机架在A点构成转动副，偏心轴与动颗板在B点构成转动副、动颗板与肘板在C点构成转动副、肘板与机架在。点构成转动副。3）根据机构的组成和运动情况，选择构件的运动平面为视图平面。4）选择适当的比例尺/,根据运动副间的尺寸依次确定各转动副的位置A、B、CD,然后绘出机构运动简图，如图b所示。备注教

6、学内容第三节平面机构的自由度一、机构的自由度计算机构的自由度就是指，机构中各构件相对于机架的所有的独立运动的数目，用尸表示。设一个平面机构由N个构件组成，若不包括机架，其活动构件数=N1,显然，这几个活动构件在未用运动副联接之前共有3个自由度。当用PL个低副和PH个高副将它们联接后，由于每个低副引入2个约束，每个高副引入1个约束，则平面机构的自由度尸的计算公式为：F=311-2Pl-Ph例2：计算如图所示机构的自由度。构件总数N=4；活动构件数n=3；低副数PL=4（4个转动副）；高副数PH=OF=3n-2PL-PH=33-24=1图1-5二、机构具有确定运动的条件所谓机构具有确定的运动，是指

7、该机构中所有的构件在任一瞬时的运动都是完全确定的。这就意味着该机构的自由度大于零，即满足F0,否则该构件系统就不是机构。如图16所示的两机构，其自由度分别为：F=311-2Pl-Ph=32-23-0=0F=311-2Pl-Ph=33-25-Q=-l很明显这两个机构中的各构件间无论怎样加载都不会存在相对运动，构件系统已成为刚性桁架。自由度也失去原来的意义，其负值大小只表明超静定的次数。那F0运动就确定吗？机构的原动件的独立运动是由外界给定的。若给出的原动件数不等于机构的自由度，则将产生如下影响：(1)原动件数机构自由度数，将杆2拉断。如图18所示。图17机构具有确定运动的条件是：(1)机构自由度

8、F0,(2)机构自由度产等于原动件数。三、自由度计算时的注意事项1、复合较链：两个以上的构件同时在一处用转动副构成的联结。由K个构件组成的复合较链应含有(K-I)个转动副。图192、局部自由度：就是与机构运动无关的构件的独立运动。计算机构自由度时应予排除。S2图1-103、虚约束：在机构中与其他运动副作用重复，而对构件间的相对运动不起独立限制作用的约束。处理办法：将具有虚约束运动副的构件连同它所带入的与机构运动无关的运动副一并不计。虚约束常见情况及处理方法：(1)机构中某两构件用转动副相联的联结点，在组成运动副前后，其各自的轨迹重合为一，则此联结带入的约束为虚约束。F=3ii-2Pl-Ph=33-24=1(2)两构件在多处构成多个移动副，且各移动副的导路重合或平行F=311-2Pl-Ph=33-24=1(3)两构件在多处构成多个转动副，且各转动副的轴线重合F=3n-2PL-PH=3X2-2X2-l=l(4)机构中具有对运动不起作用的对称部分。F=3n-2PL-PH=3X3-2X3-2=1(5)两构件构成高副，多处接触，且公法线重合。F=3ii-2Pl-Ph=32-22-1=1注意：虚约束是为了改善机构的刚性或受力情况，对机构运动不起作用。虚约束是在一点的几何条件下形成的。若不能满足此条件，就会形成“实际约束