第二章平面机构的运动简图及自由度

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机械设计基础平面机构的运动简图及自由度

机械设计基础平面机构的运动简图及自由度

归纳起来, 在下述场合中常出现虚约束:
(1) 运动轨迹重叠时, 如图2-16所示。
(2) 两构件同步在几处接触而构成多种移动副,且各移动副 旳导路相互平行时,其中只有一种起约束作用,其他都是虚约 束,如图2-15。
(3) 两构件同步在几处配合而构成几种回转副,且各回转副 轴线相互重叠时,这时只有一种回转副起约束作用,其他都是 虚约束。例如回转轴一般都有两个或两个以上同心轴承支持, 但计算时只取一种。
F=3n-2pL-pH=3×3-2×4-0=1
此成果与实际情况一致。
图2-15 机构中旳虚约束(两构件同步在几处接触
而构成多种移动副,且各移动副旳导路相互平行)
图2-16(a)、(b)所示为机车车轮联动装置和机构运动简图。图 中旳构件长度为lAB=lCD=lEF, lBC=lAD, lCE=lDF。该机构旳自 由度为
假如一种平面机构有N个构件,其中必有一种构件是机架( 固定件),该构件受到三个约束而自由度自然为零。此时,机构 旳活动构件数为n=N-1。显然,这些活动构件在未连接构成 运动副之前总共应具有3n个自由度。而当这些构件用运动副联 接起来构成机构之后,其自由度数即随之降低。若机构中共有 pL个低副和pH个高副,则这些运动副引入旳约束总数为 2pL+pH。 所以,用活动构件总旳自由度数减去运动副引入旳约 束总数就是机构旳自由度数。机构旳自由度用F表达,即:
件作为机架,运动链相对机架旳自由度必须不小于零,且 原动件数目等于运动链旳自由度数。
图2-12 刚性桁架
对于图2-12所示旳构件组合, 其自由度为
F 2n 2 pL pH 3 2 2 3 0 0
计算成果F=0,阐明该构件组合中全部活动构件旳总自由度数 与运动副所引入旳约束总数相等,各构件间无任何相对运动旳 可能,它们与机架(固定件)构成了一种刚性桁架,因而也就不 称其为机构。但它在机构中,可作为一种构件处理。

第2章 平面机构运动简图及机构自由度的计算

第2章 平面机构运动简图及机构自由度的计算

第2章平面机构运动简图及机构自由度的计算机构由构件组成,各构件之间具有确定的相对运动。

然而,把构件任意拼凑起来不一定能运动;即使能够运动,也不一定具有确定的相对运动。

那么构件应如何组合才能运动?在什么条件下才具有确定的相对运动?这对分析现有机构或创新机构很重要。

所有构件的运动平面都相互平行的机构称为平面机构,否则称为空间机构。

本章仅讨论平面机构的情况,因为在生活和生产中,平面机构应用最多。

2.1 运动副2.1.1运动副分类机构由若干个相互连接起来的构件组成。

机构中两构件之间直接接触并能作相对运动的可动连接,称为运动副。

例如轴与轴承之间的连接,活塞与汽缸之间的连接,凸轮与推杆之间的连接,两齿轮的齿和齿之间的连接等。

2.1.2运动副的分类在平面运动副中,两构件之间的直接接触有三种情况:点接触、线接触和面接触。

按照接触特性,通常把运动副分为低副和高副两类。

1.低副两构件通过面接触..。

根据两构件间的相对运动形式,低副又分为...构成的运动副称为低副移动副和转动副。

当两构件间的相对运动为移动时,称为移动副,如图2.1所示;两构件间的相对运动为转动时,称为转动副或称为铰链副,如图2.2所示。

图2.1 移动副图2.2 转动副2.高副两构件通过点或线接触.....构成的运动副称为高副..。

如图2.3所示,凸轮1与尖顶推杆2之间为点接触,构成高副;图2.4所示的两齿轮的轮齿啮合处是线接触,也构成高副。

图2.3 凸轮高副图2.4 齿轮高副低副因通过面接触而构成运动副,故其接触处的压强小,承载能力大,耐磨损,寿命长,且因其形状简单,所以容易制造。

低副的两构件之间只能作相对滑动;而高副的两构件之间则可作相对滑动或滚动,或两者并存。

2.2 机构运动简图实际构件的外形和结构往往很复杂,在研究机构运动时,为了突出与运动有关的因素,将那些无关的因素删减掉,保留与运动有关的外形,用规定的符号来代表构件和运动副,并按一定的比例表示各种运动副的相对位置。

第02章--平面机构及自由度计算PPT课件

第02章--平面机构及自由度计算PPT课件
由度,故平面机构的自由度F为
F3 n2P LP H
10
2.3.2 计算平面机构自由度时应注意的事项
实际工作中,机构的组成比较复杂,运用公式 计算 F3n2PLPH 自由度时可能出现差错,这是由于机构中常常存在一些特 殊的结构形式,计算时需要特殊处理。
(1) 复合铰链 (2) 局部自由度 (3) 虚约束
图2-3 构件的自由度 4
1.1.3 课程任务
❖ 机构由若干个相互联接起来的构件组成。机构中两构件之间 直接接触并能作确定相对运动的可动联接称为运动副。如图 2-1(b)所示的内燃机的轴与轴承之间的联接,活塞与汽缸之 间的联接,凸轮与推杆之间的联接,两齿轮的齿和齿之间的 联接等。
❖ 两个构件构成运动副后,构件的某些独立运动受到限制,这 种运动副对构件的独立运动所加的限制称为约束。运动副每 引入一个约束,构件就失去一个自由度。
平面机构及自由度计算
所有构件均在同一平面或相互平行的平面内运动的机构 称为平面机构。工程中常用机构大多数都是平面机构。如图 2-1(a)所示的卡车自动卸料机构、如图2-1(b)所示的内燃机 中的机构都属于平面机构。
图2-1 平面机构 1
平面机构及自由度计算
2.1 平面机构的组成 2.2 平面机构运动简图 2.3 平面机构的自由度计算
11
2.3.3 平面机构具有确定运动的条件
机构相对机构是由构件和运动副组成的系统,机构要实 现预期的运动传递和变换,必须使其运动具有可能性和确 定性。
如图2-14(a)所示的机构,自由度F=0;如图2-14(b)所 示的机构,自由度F=-1,机构不能运动。
如图2-15所示的五杆机构,自由度F=2,若取构件1为 主动件,当只给定主动件1 的位置角1时,从动件2、3、 4的位置既可为实线位置,也可为虚线所处的位置,因此其 运动是不确定的。若取构件1、4为主动件,使构件1、4都 处于给定位置1、4时,才使从动件获得确定运动。

第二章 机构运动简图和自由度计算

第二章 机构运动简图和自由度计算
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。
1、构件
构件均用直线或小方(圆)块等来表示,画有斜线的表示机架。
2、转动副
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。
4、高副
两构件组成高副时,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。
a)固定铰链
b)活动铰链转动副
固定铰链和活动铰链模型
(2) 移动副:只允许两构件作相对移动。
结论:
两构件用低副联接,失去两个自由度。
2、高副:两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副(点接触)
齿轮副(线接触)
结论:
两构件用高副联接,失去一个自由度。
二、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。
F=3n- 2PL-PH
二、平面机构具有确定相对运动的条件
例1:四杆机构(绿杆为机架)
n= 3,PL=4,PH=0 F=3×3-2×4-0=1 铰 链 四 杆 机 构
结论:应有一个原动件,任取黑色/蓝色
构件为原动件,机构有确立的运动。 给出一个角度Φ1, 其他构件便有一 个相应位置)
B
例2:三杆机构(刚性桁架)
3
2
1
n = 3, PL = 4, PH = 0 F = 3×3 - 2×4 – 0=1
F=3n - 2PL - PH =3×2 -2×2-1 =1
例3:简易牛头刨床
解: n =5, Pl = 7, Ph = 0 F = 3n – 2Pl – Ph
= 3×5 – 2×7 – 0
=1

第2章 平面机构的运动简图及其自由度

第2章 平面机构的运动简图及其自由度
如图a所示为五构件运动链。其自由度为:
F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-0=2
若给定一个原动件(构件1)的角位移规律为φ1=φ1(t),此时构件2、 3、4的运动并不能确定。
说明当原动件数少于机构的自由度时,其运动是不确定的。
又如图b所示四构件机构,其自由度为:
F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1
Hale Waihona Puke 零件-连杆体1、连杆头2、轴套3、轴瓦4和5、螺杆6、螺母7、开口销8
二、运动副及其分类
1、构件的自由度——构件所具有的独立运动数目。
在三维空间内自由运动的构 件具有六个自由度。
作平面运动的构件(如图所 示)则只有三个自由度,这 三个自由度可以用三个独立
的参数x、y和角度θ表示。
2、运动副
F=3n-2PL-PH
(2-1)
由上式可知:机构自由度F取决于活动构件的件数与运动副的
性质(高副或低副)和个数。
试机算图示航空照相机快门机构的自由度。
解:该机构的构件总数N=6,活动构件数n=5,6个转 动副、一个移动副,没有高副。由此可得机构的 自由度数为:
F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=1
两个构件间形成的运动副引入多少个约束, 限制了构件的哪些独立运动,则完全取决于运动 副的类型。
由此可见,在平面机构中,每个转动副引入 两个约束,使构件失去两个自由度。
转动副的表示方法
⑵ 移动副——两构件间只能作相对移动的低副称为移动副, 移动副及其简图符号表示如下图所示。
移动副
移动副的表示方法
缝纫机下针机构
23 1
4
机构模型
2 3
1 4
§2-3 平面机构的自由度

第2章平面机构的自由度和运动简图

第2章平面机构的自由度和运动简图

作者: 潘存云教授
(2)参与组成一个转动副和一个移动副的构件的表示: 滑块上加转动副
(II)
中国地质大学专用
作者: 潘存云教授
(3)参与组成三个转动副的构件的表示: 用三角形表示,在三角形内加剖面线或在三个角上 涂以焊缝的标记以表示三角形是一个刚性整体
(III)
如果三个转动副中心在一条直线上,可用下图表示该构件:
中国地质大学专用
作者: 潘存云教授
例题1:绘制下图左示颚式破碎机的机构运动简图: 例题 :绘制下图左示颚式破碎机的机构运动简图:
2 B
A
1
3 D C 4
中国地质大学专用
作者: 潘存云教授
解:1构件为机架,2构件为偏心轴,3构件为动颚,4构件为肘板。 机架1和偏心轴2形成的转动副中心在A点(偏心轴绕A点转动), 偏心轴2和动颚3形成的转动副中心在B点, 动颚3和肘板4形成的转动副中心在C点, 肘板4和机架1形成的转动副中心在D点。 a. 选取一合适的机器工作位置 (使所绘制的机构运动简图清晰易读); b. 根据机器上各构件的实际尺寸按比例确定出 机器上各运动副的相对位置(最关键), 机器上各运动副的相对位置(最关键), 在这些位置上画出相应的运动副符号; c. 连接相关的运动副得到各构件; d. 在作为机架的构件上打上阴影线 (标出机架 在作为机架的构件上打上阴影线; 标出机架 标出机架) e. 标出原动件(在原动件构件上标出指示运动方向的箭头)。 标出原动件(在原动件构件上标出指示运动方向的箭头) 绘制的机构运动简图如上图右所示。
中国地质大学专用 作者: 潘存云教授
常见的移动副的表示如下图所示:
(IV-1)
(IV-2)
(IV-3)
两活动构件组成的移动副的表示

第二章平面机构的运动简图及自由度

第二章平面机构的运动简图及自由度

错误
F=3n-2PL-PH= 3*3-2*(2+1)-1=2
正确
F=3n-2PL-PH= 3*2-2*2-1=1
2 局部自由度
• 对整个机构运动无关 的自由度称为局部自 由度。在计算机构自 由度时,局部自由度 应当舍弃不计。如凸 轮机构中的滚子带来 一个局部自由度
3 虚约束
• 不起独立限制作 用的约束称为虚 约束。如图所示 的平行四边形机 构中,加上一个 构件5,便形成具 有一个虚约束的 平行四边形机构。
出机构预期运动规律的从动件为输出构 件
• 绘制机构运动简图的步骤 • 1)确定机构中的原动部分和工作部分,然后
再把两者之间的传动搞清楚,从而找出组成机
构的所有构件并确定构件间的运动副类型。
• 2)恰当地选择投影面。一般选择机构中与多
数构件的运动平面相平行的面为投影面。
• 3)选择适当的比例尺,绘制出机构的运动简
高副两构件通过点或线接触组成的运动副?空间运动副球面副螺旋副等yz平面内有两个自由度即平面高副提供1个约束球面低副球面高副螺旋副22平面机构运动简图?用简单的线条和符号来表示构件和运动副按比例尺寸画出机构中各构件间相对运动关系的简单图形?运动副的表示方法转动副移动副?机架abcd?构件的表示方法构件的分类
8
9 10
H
C:复合铰链
G
E
F
C B
A
滚子为局部 自由度
E'
E:虚约束
D
F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1
推土机机构 •F=3*5-2*7=1


机 机
•F=3*8-2*11-1=1


•F=3*6-2*8-1=1 平 炉 渣 口 堵 塞 机 构

机械基础平面机构的运动简图和自由度PPT演示文稿

机械基础平面机构的运动简图和自由度PPT演示文稿

F =3n-2pl-ph
= 3 2-2 3-0=0 = 3 3-2 5-0= -1
F=0,刚性桁架,构件之间无相对运动
E
F =3n-2pl-ph = 3 4-2 5-0= 2
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 >0
15
5 例题:内燃机
16
例题:破碎机
A B
E
DC
F
G
17
例题:
3
C23 4
2
B12
1
A14
C234
3
2
4
B12
1
4
A14
18
五、平面机构的自由度
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 – 局部自由度 – 虚约束
4 小结
19
1 平面机构自由度的计算 y
(1) 平面运动构件的自由度 (构件可能出现的独立运动)
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 (2) 平面运动副引入的约束R
O 2
(对独立的运动所加的限制)
y R=2
o
x
Ry =2
o
n R=1
x
t
t
n
1
x
结论: 平面低副引入
2个约束
平面高副引入
1个约束
转动副 移动副
高副(齿轮副、

凸轮副)
14
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
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常见的虚约束有以下几种情况
• 1)当两构件组成多个移动 副,且其导路互相平行或 重合时,则只有一个移动 副起约束作用,其余都是 虚约束. • 2)当两构件构成多个转动 副,且轴线互相重合时, 则只有一个转动副起作用, 其余转动副都是虚约束。
• 3)如果机构中两活动构 件上某两点的距离始终 保持不变,此时若用具 有两个转动副的附加构 件来连接这两个点,则 将会引入一个虚约束。
• 4)机构中对运动起重复 限制作用的对称部分也 往往会引入虚约束。如 图所示的行星轮系具有 两个虚约束
计算自由度
F=3n-2PL-PH= 3*7-2*9-1=2
C B A E D E F G O
C:复合铰链
E:虚约束 滚子为局部自由度
冲压机构 F=3n-2PL-PH=3*9-2*12-2=1
2
F 3n (2PL PH ) (2-1)
这就是平面机构自由度的计算公式,也称 为平面机构结构公式。
二、机构具有确定运动的条件
机构的自由度数目和机构原动件的数目与机构的运动有 着密切的关系: 1)若机构自由度F≤0,则机构不能动; 2)若F>0且与原动件数相等,则机构各构件间的相对运 动是确定的;这就是机构具有确定运动的条件。
3)若F>0,而原动件数<F,则构件间的运动是不确定的
4)若F>0,而原动件数>F,则构件间不能运动或产生 破坏
计算平面机构自由度
F=3n-2PL-PH 3*7-2*6=9? 错误 •锯床机构
3*7-2*10=1
1. 复合铰链 由两个以上构件在同一处构成的重合 转动副称为复合铰链。由m个构件汇集而成的复合 铰链应当包含(m-1)个转动副。
•F=3*6-2*8-1=1
缝纫机送布机构
•F=3*4-2*4-2=2
作业:23页
第2-6题 c)、e ) 、f )
y
y
返回
A
x
z
空间自由度数为6
x
平面自由度数为3

• 绘制机构运动简图的步骤 • 1)确定机构中的原动部分和工作部分,然后
再把两者之间的传动搞清楚,从而找出组成机 构的所有构件并确定构件间的运动副类型。 • 2)恰当地选择投影面。一般选择机构中与多 数构件的运动平面相平行的面为投影面。
• 3)选择适当的比例尺,绘制出机构的运动简 图。
•鄂式破碎机机构运动简图
1 7 8 9
3
4
5
6
10
H
C:复合铰链
G F C B A D
滚子为局部 自由度
E
E'
E:虚约束
F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1
推土机机构
•F=3*5-2*7=1
锯 木 机 机 构
•F=3*8-2*11-1=1
•F=3*6-2*8-1=1
• 平 炉 渣 口 堵 塞 机 构
•测量仪表机构
机械设计基础 多媒体课件
第一章 平面机构的组成
• 平面机构:
• 所有构件都在相互平行的平面内 运动的机构称平面机构 ,否则称为 空间机构。
§1-1 运动副及其分类
一、自由度和约束
1. 自由度: 一种相对的独立运动
2 . 约束:
对运动的一种限制
构件之间的相互联接
二、运动副
1. 低副 两构件通过面接触组成的运动副
错误 F=3n-2PL-PH= 3*3-2*(2+1)-1=2
正确 F=3n-2PL-PH= 3*2-2*2-1=1
2 局部自由度
• 对整个机构运动无关 的自由度称为局部自 由度。在计算机构自 由度时,局部自由度 应当舍弃不计。如凸 轮机构中的滚子带来 一个局部自由度
3 虚约束
• 不起独立限制作 用的约束称为虚 约束。如图所示 的平行四边形机 构中,加上一个 构件5,便形成具 有一பைடு நூலகம்虚约束的 平行四边形机构。
牛头刨床的机构运动简图
唧筒机构
回转柱塞泵
缝纫机下针机构
机构模型
2 1 4
2 3 3 4 1
§ 2-3 平面机构的自由度
一、平面机构自由度的计算公式
一个不受任何约束的构件在平面运动中有三个自 由度具有n个活动构件的平面机构,若各构件之间共 构成PL个低副和PH个高副,则它们共引了(2PL+PH) 个约束,机构的自由度F显然为:
回转副(或铰链)两构件只能相对转动
移动副 两构件只能沿某一轴线相对移动
移动副
回转副
•平面低副提供2个约束,
保留1个自由度
• 2. 高副 两构
件通过点或线接
触组成的运动副
• 空间运动副
球面副 副等 螺旋
Y-Z平面内有两个自由度, 即平面高副提供1个约束
球面低副
球面高副
螺 旋 副
§ 2-2 平面机构运动简图
• 用简单的线条和符号来表示构件和运动 副,按比例尺寸画出机构中各构件间相 对运动关系的简单图形
•运动副的表示方法
转动副
移动副
•机架
• 构件的表示方法
a
b
c
d
构件的分类:
• (1) 固定件(机架)
支承活动构件的构件
• (2) 原动件
运动规律已知的活动构件
• (3) 从动件
随原动件的运动而运动的构件。其中输 出机构预期运动规律的从动件为输出构
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