常用機構-平面機構及其運動簡圖

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常用機構,常用機構,各種機械中經常使用的機構。,各種機械中普遍使用的零件。,,,,,通用零件,第1章平面機構及其運動簡圖,本章要點： 各種常用機構 運動副的概念 機構自由度的概念,,,平面運動副 平面機構的運動簡圖繪制 平面機構的自由度計算,,,應掌握內容：,第1章 平面機構及其運動簡圖,1.1 平面運動副,,,構件和構件之間既要相互連接（接觸）在一起，又要有相對運動。而兩構件之間這種可動的連接（接觸）就稱為運動副。,運動副元素：兩構件上直接參加接觸構成運動副的部分。,1.1.1 運動副,運動副：,? 平面運動副,,,1.1.2 自由度和運動副約束,自由度：把構件相對于參考系具有的獨立運動參數的數目稱為自由度,? 平面運動副,,,,按兩構件接觸情況，常分為低副、高副兩大類。,1.低副 兩構件以面接觸而形成的運動副。,(1) 轉動副：只允許兩構件作相對轉動，又稱作鉸鏈。,a)固定鉸鏈,一、平面運動副,? 平面運動副,,,b)活動鉸鏈轉動副,,,(2) 移動副：只允許兩構件作相對移動。,,移動副,? 平面運動副,,,2.高副 兩構件以點或線接觸而構成的運動副。,凸輪副,,? 平面運動副,? 平面運動副,,,齒輪副,? 平面運動副,,,二、空間運動副,若兩構件之間的相對運動均為空間運動，則稱為空間運動副。,螺旋副,球面副,? 第9章,,,1.2 平面機構的運動簡圖,1.2.1 運動副及構件的表示方法,? 平面機構的運動簡圖,,,2.轉動副,構件組成轉動副時，如下圖表示。圖垂直于回轉軸線時用圖a表示； 圖面不垂直于回轉軸線時用圖b表示。 表示轉動副的圓圈，其圓心必須與回轉軸線重合。 一個構件具有多個轉動副時，則應在兩條交叉處涂黑，或在其內畫上斜線。,,? 平面機構的運動簡圖,,,3. 移動副,兩構件組成移動副，其導路必須與相對移動方向一致。,? 平面機構的運動簡圖,,,4. 平面高副,兩構件組成平面高副時，其運動簡圖中應畫出兩構件接觸處的曲線輪廓，對于凸輪、滾子，習慣劃出其全部輪廓；對于齒輪，常用點劃線劃出其節(jié)圓。,? 平面機構的運動簡圖,,,1.2.2 繪制機構運動簡圖的步驟,1）功能分析。確定機械系統(tǒng)的總功能和進行功能分解。,2）繪制機械系統(tǒng)運動循環(huán)圖。,3）執(zhí)行（工作）機構選型。,4）繪制機械系統(tǒng)的運動方案圖。,5）機構的尺度綜合。,6）繪制機械系統(tǒng)運動簡圖。,? 平面機構的運動簡圖,,,例 題 1,試繪制內燃機的機構運動簡圖,? 平面機構的運動簡圖,,,例 題 1,,解：1）分析運動，確定構件的類型和數量,2）確定運動副的類型和數目,3）選擇視圖平面,4）選取比例尺，根據機構運動尺寸，定出各運動副間的相對位置,5）畫出各運動副和機構符號，并表示出各構件,? 平面機構的運動簡圖,,,例 題 1,? 平面機構的運動簡圖,,,例 題 2,繪制右圖所示機構模型的機構運動簡圖,解：觀察動畫可知，構件１、４構成轉動副，中心為Ｃ點；構件１、２在Ａ點構成轉動副；構件２、３在Ｂ點構成轉動副；構件３、４構成移動副。 由于構件３、４的表達不同，該機構模型的機構運動簡圖有兩種，分別稱為導桿機構和搖塊機構。這個例子說明：實現同樣功能的機械是可以用不同的機構來實現的。,,,1.3 平面機構的自由度,1.實例分析,不能產生運動,1.3.1 機構具有確定運動的條件,? 平面機構的自由度,,,給定構件1運動參數 = ( t )，構件2、3、4的運動是不確定的,再給定構件4運動參數 = ( t )，構件2、3的運動是確定的,? 平面機構的自由度,,,2.結論,機構具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數的數目稱機構的自由度。,平面機構具有確定運動的條件：機構原動件個數應等于機構的自由度數目。,◆原動件數＜自由度數，機構無確定運動,原動件數＞自由度數，機構在薄弱處損壞,? 平面機構的自由度,,,1.3.2 平面機構自由度的計算,1.構件自由度,一個構件未用運動副與其它構件連接之前，有三個自由度。,當用運動副連接后，構件間的相對運動受到約束，失去一些自由度。運動副不同，失去的自由度數目和保留的自由度數目也不同。,? 平面機構的自由度,,,2.計算公式,n：機構中活動構件數； Pl ：機構中低副數；,Ph ：機構中高副數； F ：機構的自由度數；,F = 3n - 2Pl - Ph,3.計算實例,n = 3, Pl = 4, Ph = 0,F = 3n - 2Pl - Ph,=3×3 - 2Pl - Ph,=3×3 - 2×4 - 0,設,則,= 1,? 平面機構的自由度,,,計算實例,n =5, Pl = 7, Ph = 0,F = 3n – 2Pl – Ph,= 3×5 – 2×7 – 0,= 1,解：,? 平面機構的自由度,,,1.3.3 自由度計算時應注意的幾種情況,1.復合鉸鏈,2.局部自由度,3.虛約束,? 平面機構的自由度,,,三個構件在同一軸線處，兩個轉動副。 推理：m個構件時，有m – 1個轉動副。,? 平面機構的自由度,,,慣性篩機構,C處為復合鉸鏈,◆計算中注意觀察是否有復合鉸鏈，以免漏算轉動副數目，出現計算錯誤。,n = 5, Pl = 7, Ph = 0,= 3×5 -2×7 – 0 = 1,F = 3n - 2Pl – Ph,? 平面機構的自由度,,,滾子的轉動自由度并不影響整個機構的運動，屬局部自由度。,,計入局部自由度時n = 3, Pl = 3, Ph = 1F =3×3 - 2×- 1 = 2 與實際不符,,? 平面機構的自由度,,,應除去局部自由度，即把滾子和從動件看作一個構件。,處理方法,◆實際結構上為減小摩擦采用局部自由度，“除去”指計算中不計入，并非實際拆除。,N = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 3×2 - 2×2 – 1 = 1,與實際相符,? 平面機構的自由度,,,n = 4, Pl =6, Ph = 0,構件5給機構引入三個自由度，四個約束。多出的一個約束對機構的運動不起獨立的限制作用，是虛約束。,與實際不符,F = 3×4 -2×6 – 0 = 0,? 平面機構的自由度,,,n = 3, Pl =4, Ph =0 F = 3×3 - 2×4 – 0 = 1,處理方法,與實際相符,應除去虛約束，即將產生虛約束的構件5及運動副除去不計。,? 平面機構的自由度,,,1.兩構件未組成運動副前，連接點處的軌跡已重合為一，組成的運動副存在虛約束。,◆計算中應將產生虛約束的構件及運動副一起除去不計。,虛約束常見情況及處理,? 平面機構的自由度,,,虛約束常見情況及處理,◆計算中只計入一個移動副。,2.兩構件組成多個移動副，且導路相互平行或重合時，只有一個移動副起約束作用，其余為虛約束。,? 平面機構的自由度,,,3.兩構件組成多個轉動副，且軸線重合，只有一個轉動副起約束作用，其余為約束。,虛約束常見情況及處理,◆計算中只計入一個轉動副。,? 平面機構的自由度,,,虛約束常見情況及處理,◆計算中應將產生虛約束的構件及運動副一起除去不計。,4.兩構件兩點間未組成運動副前距離保持不變，兩點間用另一構件連接時，將產生虛約束。,? 平面機構的自由度,,,虛約束常見情況及處理,◆計算中應將對稱部分除去不計。,5.機構中對運動不起獨立作用的對稱部分，將產生虛約束。,? 平面機構的自由度,,,虛約束對機構的影響,◆機構中虛約束是實際存在的，計算中所謂“除去不計”是從運動觀點分析做的假想處理，并非實際拆除。,·虛約束是在一些特定的幾何條件下引入的，如“平行”、“重合”、“距離不變”等。如果幾何條件不滿足，虛約束會轉化為有效約束。,·機構中引入虛約束是為了受力均衡，增大剛度等，同時也提高了對制造和裝配精度的要求。,F=3n－2PL－PH=3×7－2×9－1×1=2,? 平面機構的自由度,,,例 題 3,計算圖示大篩機構的自由度,,解：滾子Ｆ處是一個局部自由度；推桿與機架在Ｅ和E'組成兩個導路平行的移動副，其中之一為虛約束；Ｃ處是復合鉸鏈。今將滾子與推桿焊成一體，去掉移動副E‘并在Ｃ點注明轉動副數，如圖b)所示，由圖b)得，n=7，PL =9（7個轉動副、2個移動副），PH=1，故由得：,,已知： AB∥EF∥CD AB＝EF＝CD,F＝3×6－2 ×7－2＝2,,,? 平面機構的自由度,,,例 題 4,計算如圖所示機構的自由度。,