常用機構(gòu)-平面機構(gòu)及其運動簡圖

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常用機構(gòu),常用機構(gòu),各種機械中經(jīng)常使用的機構(gòu)。,各種機械中普遍使用的零件。,,,,,通用零件,第1章平面機構(gòu)及其運動簡圖,本章要點： 各種常用機構(gòu) 運動副的概念 機構(gòu)自由度的概念,,,平面運動副 平面機構(gòu)的運動簡圖繪制 平面機構(gòu)的自由度計算,,,應(yīng)掌握內(nèi)容：,第1章 平面機構(gòu)及其運動簡圖,1.1 平面運動副,,,構(gòu)件和構(gòu)件之間既要相互連接（接觸）在一起，又要有相對運動。而兩構(gòu)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(gòu)件上直接參加接觸構(gòu)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(gòu)件相對于參考系具有的獨立運動參數(shù)的數(shù)目稱為自由度,? 平面運動副,,,,按兩構(gòu)件接觸情況，常分為低副、高副兩大類。,1.低副 兩構(gòu)件以面接觸而形成的運動副。,(1) 轉(zhuǎn)動副：只允許兩構(gòu)件作相對轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動副,,,(2) 移動副：只允許兩構(gòu)件作相對移動。,,移動副,? 平面運動副,,,2.高副 兩構(gòu)件以點或線接觸而構(gòu)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(gòu)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(gòu)的運動簡圖,1.2.1 運動副及構(gòu)件的表示方法,? 平面機構(gòu)的運動簡圖,,,2.轉(zhuǎn)動副,構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動副時，如下圖表示。圖垂直于回轉(zhuǎn)軸線時用圖a表示； 圖面不垂直于回轉(zhuǎn)軸線時用圖b表示。 表示轉(zhuǎn)動副的圓圈，其圓心必須與回轉(zhuǎn)軸線重合。 一個構(gòu)件具有多個轉(zhuǎn)動副時，則應(yīng)在兩條交叉處涂黑，或在其內(nèi)畫上斜線。,,? 平面機構(gòu)的運動簡圖,,,3. 移動副,兩構(gòu)件組成移動副，其導(dǎo)路必須與相對移動方向一致。,? 平面機構(gòu)的運動簡圖,,,4. 平面高副,兩構(gòu)件組成平面高副時，其運動簡圖中應(yīng)畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓，對于凸輪、滾子，習(xí)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(gòu)的運動簡圖,,,1.2.2 繪制機構(gòu)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(gòu)選型。,4）繪制機械系統(tǒng)的運動方案圖。,5）機構(gòu)的尺度綜合。,6）繪制機械系統(tǒng)運動簡圖。,? 平面機構(gòu)的運動簡圖,,,例 題 1,試繪制內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖,? 平面機構(gòu)的運動簡圖,,,例 題 1,,解：1）分析運動，確定構(gòu)件的類型和數(shù)量,2）確定運動副的類型和數(shù)目,3）選擇視圖平面,4）選取比例尺，根據(jù)機構(gòu)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(gòu)符號，并表示出各構(gòu)件,? 平面機構(gòu)的運動簡圖,,,例 題 1,? 平面機構(gòu)的運動簡圖,,,例 題 2,繪制右圖所示機構(gòu)模型的機構(gòu)運動簡圖,解：觀察動畫可知，構(gòu)件１、４構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，中心為Ｃ點；構(gòu)件１、２在Ａ點構(gòu)成轉(zhuǎn)動副；構(gòu)件２、３在Ｂ點構(gòu)成轉(zhuǎn)動副；構(gòu)件３、４構(gòu)成移動副。 由于構(gòu)件３、４的表達不同，該機構(gòu)模型的機構(gòu)運動簡圖有兩種，分別稱為導(dǎo)桿機構(gòu)和搖塊機構(gòu)。這個例子說明：實現(xiàn)同樣功能的機械是可以用不同的機構(gòu)來實現(xiàn)的。,,,1.3 平面機構(gòu)的自由度,1.實例分析,不能產(chǎn)生運動,1.3.1 機構(gòu)具有確定運動的條件,? 平面機構(gòu)的自由度,,,給定構(gòu)件1運動參數(shù) = ( t )，構(gòu)件2、3、4的運動是不確定的,再給定構(gòu)件4運動參數(shù) = ( t )，構(gòu)件2、3的運動是確定的,? 平面機構(gòu)的自由度,,,2.結(jié)論,機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目稱機構(gòu)的自由度。,平面機構(gòu)具有確定運動的條件：機構(gòu)原動件個數(shù)應(yīng)等于機構(gòu)的自由度數(shù)目。,◆原動件數(shù)＜自由度數(shù)，機構(gòu)無確定運動,原動件數(shù)＞自由度數(shù)，機構(gòu)在薄弱處損壞,? 平面機構(gòu)的自由度,,,1.3.2 平面機構(gòu)自由度的計算,1.構(gòu)件自由度,一個構(gòu)件未用運動副與其它構(gòu)件連接之前，有三個自由度。,當用運動副連接后，構(gòu)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(shù)目和保留的自由度數(shù)目也不同。,? 平面機構(gòu)的自由度,,,2.計算公式,n：機構(gòu)中活動構(gòu)件數(shù)； Pl ：機構(gòu)中低副數(shù)；,Ph ：機構(gòu)中高副數(shù)； F ：機構(gòu)的自由度數(shù)；,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(shè),則,= 1,? 平面機構(gòu)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(gòu)的自由度,,,1.3.3 自由度計算時應(yīng)注意的幾種情況,1.復(fù)合鉸鏈,2.局部自由度,3.虛約束,? 平面機構(gòu)的自由度,,,三個構(gòu)件在同一軸線處，兩個轉(zhuǎn)動副。 推理：m個構(gòu)件時，有m – 1個轉(zhuǎn)動副。,? 平面機構(gòu)的自由度,,,慣性篩機構(gòu),C處為復(fù)合鉸鏈,◆計算中注意觀察是否有復(fù)合鉸鏈，以免漏算轉(zhuǎn)動副數(shù)目，出現(xiàn)計算錯誤。,n = 5, Pl = 7, Ph = 0,= 3×5 -2×7 – 0 = 1,F = 3n - 2Pl – Ph,? 平面機構(gòu)的自由度,,,滾子的轉(zhuǎn)動自由度并不影響整個機構(gòu)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(gòu)的自由度,,,應(yīng)除去局部自由度，即把滾子和從動件看作一個構(gòu)件。,處理方法,◆實際結(jié)構(gòu)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(gòu)的自由度,,,n = 4, Pl =6, Ph = 0,構(gòu)件5給機構(gòu)引入三個自由度，四個約束。多出的一個約束對機構(gòu)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(gòu)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(yīng)除去虛約束，即將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件5及運動副除去不計。,? 平面機構(gòu)的自由度,,,1.兩構(gòu)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(yīng)將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)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(gòu)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(gòu)件組成多個移動副，且導(dǎo)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(gòu)的自由度,,,3.兩構(gòu)件組成多個轉(zhuǎn)動副，且軸線重合，只有一個轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動副。,? 平面機構(gòu)的自由度,,,虛約束常見情況及處理,◆計算中應(yīng)將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件及運動副一起除去不計。,4.兩構(gòu)件兩點間未組成運動副前距離保持不變，兩點間用另一構(gòu)件連接時，將產(chǎn)生虛約束。,? 平面機構(gòu)的自由度,,,虛約束常見情況及處理,◆計算中應(yīng)將對稱部分除去不計。,5.機構(gòu)中對運動不起獨立作用的對稱部分，將產(chǎn)生虛約束。,? 平面機構(gòu)的自由度,,,虛約束對機構(gòu)的影響,◆機構(gòu)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(zhuǎn)化為有效約束。,·機構(gòu)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(gòu)的自由度,,,例 題 3,計算圖示大篩機構(gòu)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(dǎo)路平行的移動副，其中之一為虛約束；Ｃ處是復(fù)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(zhuǎn)動副數(shù)，如圖b)所示，由圖b)得，n=7，PL =9（7個轉(zhuǎn)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(gòu)的自由度,,,例 題 4,計算如圖所示機構(gòu)的自由度。,