1、,第一章 平面机构运动简图及自由度,在设计新机器和研究机器的运动与动力特性时，常采用机械系统运动简图来对比各种设计方案，按照运动要求确定机器组成构件的主要尺寸。,机械系统要完成比较复杂的运动，一般都需要将若干个机构根据机械系统的运动协调配合的要求组合起来，根据机械系统的运动绘制的简图称为机构运动简图。,机构运动简图是用规定的符号，绘出能准确表达机构各构件之间的相对运动关系及运动特征的简单图形。,机构运动简图是设计机械产品十分重要的内容，正确、合理地设计机构简图，对于满足机械产品的功能要求，提高性能和质量，降低制造成本和使用费用等是十分重要的。,构件是指机器中独立的运动单元,1、构件,11 平面
2、机构的组成,一、机构的组成要素,2.运动副,a) 两个构件 b) 直接接触 c) 有相对运动,运动副-两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。,三个条件，缺一不可,转动副,移动副,构件的自由度：指一个构件可能出现的独立运动。一个自由构件在空间具有6个自由度。,当物体作平面运动时，有三个自由度。问题：哪三个？,平面活动构件：3个自由度,约束：两构件间的运动副限制了构件间的相对运动，使相对运动自由度的数目减少，这种限制作用称为约束。,高副 点、线接触，应力高,例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。,二、运动副的分类：,高副限制了沿接触处公法线n-n方向的移动，,高副限制了沿接触处公法线n-n方
3、向的移动，,低副 面接触，应力低,例如：转动副（回转副）、移动副 。,图所示的移动副只保留沿x轴方向的移动；,图示的转动副保留一个转动；,三. 机构中构件的分类和组成,机架 作为参考系的构件，如机床床 身、车辆底盘、飞机机身。,原动件 - 按给定运动规律运动的构件。从动件 - 其余可动构件。,机构的组成：机构机架 原动件 从动件,1.什麽是机构运动简图,机构示意图-不按比例绘制的简图,12 机构运动简图,机构运动简图：表示机构运动特征的一种工程用图。 和运动有关的：运动副的类型、数目、相对位置、构件数目。 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。,2.构件的表示
4、方法,构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。,杆、轴构件,固定构件,同一构件,带传动,机架和活动构件通过转动副联接,机架和活动构件通过移动副联接,两个活动构件联接,双副构件,三副构件,外啮合圆柱齿轮传动,内啮合圆柱齿轮传动,3. 机构运动简图的绘制步骤,1） 分清构件弄清机构的结构，观察机构的运动情况，找出机架和原动件，分清各个构件，标上数字。,2）确定运动副类型 分析各相连接构件间的接触情况和相 对运动性质，确定各个运动副的类 型，标上字母。,3）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。,4）选定长度比例尺L L=实际尺寸 / 图上长度mm,5）以
5、符号将各构件和运动副表示出来。 转动副要确定回转中心，移动副要确定导路方位，高副要确定接触点和轮廓曲线的形状。,1,2,3,4,A,B,C,14,12,23,A14,B12,C234,3,2,4,1,4,绘制内燃机机构运动简图,注意事项:,画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。,注意事项:,画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。,工业机器人,13 机构自由度的计算一、平面机构自由度的计算,一个构件未用运与其它构件连接之前，有三个自由度。,当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。,平面低副：引入
6、2个约束,平面高副：引入1个约束,假设平面机构有n个活动构件： 有 3n个自由度 ，,平面机构的自由度计算公式： F= 3n-(2 pL+ pH ),引入(2 PL +PH)约束,平面机构有PL 个低副和PH个高副：,若机构自由度0，则机构不能动；,F = 32 23 = 0,F = 33 25 = -1,PL= 3,PL= 5,n = 2,n = 3,计算曲柄滑块机构的自由度。,1,2,3,解：活动构件数n=,3,低副数PL=,4,F=3n 2PL PH =33 24 =1,高副数PH=,0,4,举例：,计算五杆铰链机构的自由度。,1,解：活动构件数n=,4,低副数PL=,5,F=3n 2P
7、L PH =34 25 =2,高副数PH=,0,5,2,3,4,计算图示凸轮机构的自由度。,1,解：活动构件数n=,2,低副数PL=,2,F=3n 2PL PH =32 221 =1,高副数PH=,1,2,3,二、 计算平面机构自由度时应注意的事项,实例分析1：计算图示圆盘锯机构 自由度,解：F=3n-2 pL pH =37 - 26-0 =9,1,2,3,4,5,6,7,8,A,F,C,D,B,E,1、复合铰链,三个构件在同一轴线处，两个转动副。,复合铰链:,两个以上的构件同在一处用转动副来联接的运动副。,这3个构件共构成2个转动副。同理，m个构件（可包括机架）组成的复合铰链，共有m-1个转
8、动副。,1,2,3,4,5,6,7,8,A,F,C,D,B,E,解：活动构件数n=7,低副数PL= 10,在B、C、D、E四处都是由3个构件组成的复合铰链，各有 2 个运动副。,F=3n 2PL PH =37 2100 =1,例 计算锯床进给机构的自由度数。,2、局部自由度（多余自由度）,F=3n- 2PL - PH =32 -22-1 =1,计算图示凸轮机构自由度,滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动,F=3n- 2PL - PH =33 -23-1 =2,计算图示凸轮机构自由度,事实上，这个机构的运动与上一个机构的运动相同，自由度F=1,F=32 22 1 = 1,在加装滚子的场合，出现
9、局部自由度。,滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。,计算时应去掉滚子和铰链。,3、虚约束,F=3n- 2PL - PH =34 -26-1 =0,构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用。,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。,常见的虚约束如下：,（1）在机构中，若被联接到机构上的构件，在联接点处的运动轨迹与机构上的该点的运动轨迹重合时，该联接引入的约束是虚约束。,分析： E3和E5点的轨迹重合，引入一个虚约束,正确计算：,F=3n-
10、 2PL-PH =33-24-0 =1,(2) 两构件组成的若干个导路中心线互相平行或重合的移动副。,F3n2PLPH 3 2 ,F3n2PLPH 3 2 ,2,2,1,1,2,3,1,2,（3）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。,（4）机构中对运动无影响的对称部分,从机构传递运动的角度来说，有一个行星齿轮就可以了，其余两个行星齿轮是多余的。,计算中应将对称部分除去不计。,虚约束对机构的影响, 机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。,机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，但也提高了对制造和装配精度的要求。,小结,存在于转动副处正确
11、处理方法：复合铰链处有m个构件则有(m-1)个转动副, 复合铰链,局部自由度,常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩擦所增加的滚子处。处理方法：计算自由度时将局部自由度除去。, 虚约束,存在于特定的几何条件或结构条件下正确处理方法：将虚约束从约束总数中减去不计。,例：计算下图所示机构的自由度。,解：,F= 3n-（2PL+PH）,2,=3 7,-,(2 9 +1),n= 7,，PL= 9,，PH= 1,=,例：计算下图所示机构的自由度。,例：计算下图所示机构的自由度。,三、构件系统具有确定运动的条件,机构中具有独立运动参数的构件为原动件。,机构在什么条件下才具有确定运动？,给定11(t)，各构件的位置能唯一确定，该机构仅需要一个独立参数。,若同时给定1和4 ，各构件的位置才能唯一确定，需要两个独立参数 。,若仅给定11（t）,各构件的位置均不能唯一确定。,一个原动件只能提供一个独立运动参数机构具有确定运动的必要条件为：,机构自由度数原动件数,作业： P18 T 1-1、1-2、 1-6（a）、（b）、（d）、（g）、（h）、（i）,图示为一简易冲床的设计图。试分析设计方案是否合理。如不合理，则绘出修改后的机构运动简图。,
