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1、高等职业教育机械类专业 核心技术课程,机械设计基础 第二章 自由度及机构运动简图,浙江机电职业技术学院 陈 峰 郑州铁路职业技术学院 徐刚涛,教学课件 编创制作,第二章平面机构的运动简图及自由度,第一节 运动副及其分类,第二节 平面机构的运动简图,第三节 平面机构的自由度,一、运动副概念,a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动,运动副元素直接接触的部分（点、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。,运动副两构件间直接接触，并能产生一定相对运动的联接称为运动副 。,上述三个条件，缺一不可,第一节 运动副及其分类,二、运动副的分类：,1、按相对运动范围分有： 平面运动副两构件只能在同
2、一平面相对运动的运动副。,例如：球铰链、螺旋、拉杆天线、生物关节。,空间运动副两构件作空间运动的运动付。,2、按按两构件间的接触特性分有： 高副点、线接触，应力高。,低副面接触，应力低,例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。,例如：转动副（回转副）、移动副 。,三、常见运动副符号的表示: 国标GB446084,常用运动副的符号,运动副 名称,运动副符号,两运动构件构成的运动副,转动副,移动副,两构件之一为固定时的运动副,平面运动副,平面高副,螺旋副,空间运动副,构件的表示方法:,一般构件的表示方法,杆、轴构件,固定构件,同一构件,三副构件,两副构件,一般构件的表示方法,四、构件分类,机架作为参考系的
3、构件，如机床床身、车辆底盘、飞机 机身。,机构的组成： 机构 机架 原动件 从动件,原（主）动件按给定运动规律运动的构件。 从动件其余可动构件。,第二节 平面机构的运动简图,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，并按一定的比例确定运动副的相对位置及尺寸，表明机构的组成和各构件间真实运动关系的简单图形。,作用： 1.表示机构的结构和运动情况。,机动示意图定性地表示机构的组成及运动原理而不严格按比例绘制的机构运动简图。,2.作为运动分析和动力分析的依据。,一、机构运动简图概念,常用机构运动简图符号,机构运动简图应满足的条件： 1.构件数目与实际相同,2.运动副的性质、数目与实际相符,
4、3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。,二、机构运动简图的绘制,顺口溜： 先两头，后中间， 从头至尾走一遍，数数构件是多少，再看它们怎相联。,步骤： 1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；,4.检验机构是否满足运动确定的条件。,2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），绘制示意图。,3.按比例绘制运动简图。 简图比例尺： l =实际尺寸 m / 图上长度mm,思路： 先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。,鳄式破碎机,典型机构运动简图绘制：,绘制图示偏心泵的运动简图,偏心泵,第三节 平
5、面机构的自由度,一、平面机构的自由度计算,1、自由度：保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数称为机构的自由度。,单个自由构件的自由度为 F=3,2、约束：当两构件组成运动副后，某些相对运动受到限制，对于相对运动所加的限制称为约束。,运动副 自由度数 约束数 回转副 1 + 2 = 3,R=2, F=1,R=2, F=1,R=1, F=2,结论：构件自由度3约束数自由构件的自由度数约束数,移动副 1 + 2 = 3,高 副 2 + 1 = 3,经运动副相联后，构件自由度的变化：,n,计算公式： F=3n(2PL +Ph ),构件总自由度,低副约束数,高副约束数,3n,2 PL,1 Ph,
6、计算曲柄滑块机构的自由度。,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,推广到一般：,活动构件数,计算五杆铰链机构的自由度,解：活动构件数 n =,4,低副数 PL =,5,F=3n 2PL PH = 34 25 = 2,高副数 PH =,0,计算图示凸轮机构的自由度。,解： 活动构件数n=,2,低副数 PL=,2,F=3n 2PL PH =32 221 =1,高副数 PH=,1,二、计算平面机构自由度的注意事项,计算图示圆盘锯机构的自由度。,解：活动构件数n=,7,低副数 PL=,6,F =3n 2PL PH,高副数 PH
7、= 0,=37 26 0,=9,计算结果肯定不对！,1.复合铰链两个以上的构件在同一处以转动副相联。,计算：m个构件,有m1转动副。,两个低副,上例：在B、C、D、E四处应各有 2 个运动副。,计算图示圆盘锯机构的自由度。,解：活动构件数n=7,低副数PL=,10,F =3n 2PL PH =37 2100 =1,可以证明：F点的轨迹为一直线。,圆盘锯机构,计算图示两种凸轮机构的自由度。,解：n=,3，,PL=,3，,F =3n 2PL PH =33 23 1 =2,PH=1,对于右边的机构，有： F=32 22 1=1,事实上，两个机构的运动相同，且F=1,2.局部自由度,F=3n 2PL
8、PH FP =33 23 1 1 =1,本例中局部自由度 FP=1,或计算时去掉滚子和铰链： F=32 22 1 =1,定义：构件局部运动所产生的自由度。,出现在加装滚子的场合，计算时应去掉Fp。,滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。,解：n=,4，,PL=,6，,F=3n 2PL PH =34 26 =0,PH=0,3.虚约束 对机构的运动实际不起作用的约束。 计算自由度时应去掉虚约束。, FEAB CD ，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧。 增加的约束不起作用，应去掉构件4。,已知：ABCDEF，且 ABCDEF ; 计算图示平行四边形 机构的自由度。,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,
9、解: 重新计算：n=3, PL=4, PH=0,F=3n 2PL PH =33 24 =1,特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,已知：ABCDEF， 且AB CD EF，试计算图示平行四边形 机构的自由度。,AB 、CD、EF三杆平行且相等。,虚约束,出现虚约束的场合： 1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，,2.两构件构成多个移动副，且导路平行。,如平行四边形机构，火车轮、,椭圆仪等。,4.运动时，两构件上的两点距离始终不变。,3.两构件构成多个转动副，且同轴。,5.对运动不起作用的对称部分。 如多个行星轮。,6.两构件构成高副，两处接触，且法线重
10、合。,如等宽凸轮,注意： 法线不重合时，变成实际约束！,虚约束的作用： 改善构件的受力情况，如多个行星轮。,增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。,使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。,注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的 !,计算图示大筛机构的自由度。,位置C ，2个低副,复合铰链:,局部自由度,1个,虚约束,E,n =,7,PL =,9,PH =,1,F=3n 2PL PH =37 29 1 =2,计算图示包装机送纸机构的自由度。,分析：,活动构件数n：,9,2个低副,复合铰链:,局部自由度:,2个,虚约束:,1处,去掉局部自由度和虚约束后：,n =,6,PL =,7,F =3n 2PL PH =36 27 3 =1,PH =,3,本章基本内容讲述结束 谢谢配合,
