机械设计基础第一章PPT课件

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1、 46学时 第2章平面连杆机构 2 1平面机构的运动简图和自由度2 2平面四杆机构的基本类型2 3平面四杆机构的特点及设计 基本要求 掌握基本概念熟练掌握机构运动简图的绘制熟练掌握机构自由度的计算方法掌握平面连杆机构的类型 特点 演化方法掌握平面四杆机构的工作特性 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 2 1平面机构的运动简图和自由度 一 构件二 运动副三 机构四 平面机构的运动简图五 平面机构的自由度 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 一 构件 构件 独立影响机构功能并能独立运动的单元体 实物 刚体 运动的整体 机架 原动构件 从动构件零件 单独加工的制造单元体通用零件 专用零件 构件可

2、以由一个零件组成也可以由几个零件组成 原动件 机架 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 与动力源组合 机器的组成 从运动观点看 由构件组成 从制造观点看 由零件组成 机械 构件 零件 零件 构件 机构 机器 静联接 动联接 运动副 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 二 运动副 运动副 两构件直接接触而形成的可动联接运动副元素 构成运动副时直接接触的点 线 面部分接触形式 点 线 面 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 运动副分类 按接触形式分类按相对运动分类 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 按接触形式分类 接触形式 点 线 面低副 面接触高副 点 线接触 平面低副空间低副 高副

3、高副 空间低副 平面低副 平面低副 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 按相对运动分类 运动副的性质 即运动副引入的约束 确定了两构件的相对运动按相对运动分类 转动副 相对转动 回转副 铰链移动副 相对移动螺旋副 螺旋运动球面副 球面运动 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 运动副类型小结 平面低副 转动副 移动副 面接触 平面高副 齿轮副 凸轮副 点 线接触 空间低副 螺旋副 球面副 圆柱副 面接触 空间高副 球和圆柱与平面 球与圆柱副 点 线接触 运动副特性 运动副一经形成 组成它的两个构件间的可能的相对运动就确定 而且这种可能的相对运动 只与运动副类型有关 而与运动副的具体结构无关

4、工程上常用一些规定的符号代表运动副 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 平面副 低副 转动副 移动副 面接触 高副 齿轮副 凸轮副 点 线接触 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 空间副 高副 点 线接触 球面副 螺旋副 了解 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 机构是由构件通过运动副连接而成的原动件 按给定运动规律独立运动的构件从动件 其余的活动构件机架 固定不动的构件 闭链 开链 机构 三 机构 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 1概述2构件的表示方法3运动副的表示方法4运动简图的绘制方法5例题 四 平面机构的运动简图 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 1概述 机构各部分的运

5、动 取决于 原动件的运动规律 各运动副的类型 机构的运动尺寸 确定各运动副相对位置的尺寸 机构运动简图 表示机构运动特征的一种工程用图 用简单线条表示构件规定符号代表运动副按比例定出运动副的相对位置与原机械具有完全相同的运动特性比较 机构示意图 没严格按照比例绘制的机构运动简图用途 分析现有机械 构思设计新机械 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 2构件的表示方法 杆 轴类构件机架同一构件两副构件三副构件 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 3运动副的表示方法 转动副移动副高副 齿轮副 凸轮副 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 3运动副的表示方法 机械设计基础 平面连杆机构 46学时

6、4运动简图的绘制方法 步骤 分析机构运动路线 定出其原动部分 工作部分 弄清传动部分 合理选择投影面及原动件适当的瞬时位置选择适当的比例尺 实际长度m 图示长度mm定出各运动副相对位置 用规定的符号和线条绘制出简图 原动件上标上箭头检验 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 4运动简图的绘制方法 绘制路线 原动件 中间传动件 输出构件观察重点 各构件间构成的运动副类型良好习惯 各种运动副和构件用规定符号表达误区 构件外形 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 A B C E F D G 例题1 破碎机 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 例题2 内燃机 机械设计基础 平面连杆机构 46学时

7、例题2 内燃机 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 1 2 3 4 A B C 14 12 23 A14 B12 C234 3 2 4 1 4 例题3 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 例题4 抽油泵 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 例题4 抽油泵 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 例题5 插齿机 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 例题5 插齿机 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 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 五 平面机构的自由度 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 1平面机构自由度的计算 1 平面运

8、动构件的自由度 构件可能出现的独立运动 2 平面运动副引入的约束R 对独立的运动所加的限制 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 R 2 R 2 R 1 结论 平面低副引入2个约束平面高副引入1个约束 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 3 平面机构自由度计算公式 如果 活动构件数 n低副数 pl高副数 ph 未连接前总自由度 3n 连接后引入的总约束数 2pl ph F 3n 2pl ph 机构自由度F F 3n 2pl ph 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 机构自由度举例 F 3n 2pl ph 3 2 3 4 0 1 F 3n 2pl p

9、h 3 2 4 5 0 2 F 3n 2pl ph 3 2 2 2 1 1 F 3n 2pl ph 3 2 3 4 0 1 F 3n 2pl ph 3 2 4 5 1 1 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 F 3n 2pl ph 3 4 2 5 0 2 F 3n 2pl ph 3 3 2 5 0 1 F 3n 2pl ph 3 2 2 3 0 0 2机构具有确定运动的条件 F 0 刚性桁架 构件之间无相对运动原动件数小于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 02原动件数 机构自由度数 机械设计基础 平面连杆机构 46学

10、时 m个构件 m 2 在同一处构成转动副m 1个低副 1 复合铰链 F 3n 2pl ph 3 2 5 6 0 3 F 3n 2pl ph 3 2 5 7 0 1 错 对 计算在内 2 3 5 1 3几种特殊结构的处理 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 F 3n 2pl ph 3 2 3 3 1 2 F 3n 2pl ph 3 2 2 2 1 1 错 对 排除 2 局部自由度 定义 机构中某些构件所具有的独立的局部运动 不影响机构输出运动的自由度局部自由度经常发生的场合 滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子 轴承中的滚珠解决的方法 计算机构自由度时 设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起 视作一

11、个构件 动画 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 不影响机构运动传递的重复约束在特定几何条件或结构条件下 某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用一致 这种不起独立限制作用的运动副叫虚约束虚约束经常发生的场合处理方法 计算自由度时 将虚约束 或虚约束构件及其所带入的运动副 去掉结论 F 3n 2PL PH 3 2 F 3n 2PL PH 3 2 2 3 1 1 错 2 2 1 1 对 排除 3 虚约束 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 1 机构中连接构件与被连接构件的轨迹重合 在该机构中 构件2上的C点C2与构件3上的C点C3轨迹重合 为虚约束计算时应将构件3及其引入的约束去

12、掉来计算同理 也可将构件4当作虚约束 将构件4及其引入的约束去掉来计算 效果完全一样 F 3n 2PL PH 3 2 3 4 0 1 动画 虚约束经常发生的场合 46学时 机械设计基础 平面连杆机构 2 当两构件组成多个移动副 且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 46学时 机械设计基础 平面连杆机构 3 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 其余的转动副都是虚约束 46学时 机械设计基础 平面连杆机构 4 机构运动过程中某两构件上两点之间的距离始终保持不变 则将两点以构件连接 将会引入一个虚约束 在这两个例子中 加与不加红色构件AB效

13、果完全一样 为虚约束计算时应将构件AB及其引入的约束去掉来计算 F 3n 2PL PH 3 2 3 4 0 F 3n 2PL PH 3 2 4 6 0 0 错 对 1 F 3n 2PL PH 3 2 3 4 0 1 46学时 机械设计基础 平面连杆机构 5 机构中的运动器重复限制作用的对称部分引入虚约束 在该机构中 齿轮2 和2 是齿轮2的对称部分 为虚约束计算时应将齿轮及其引入的约束去掉来计算同理 将齿轮当作虚约束去掉 完全一样目的 为了改善构件的受力情况 46学时 机械设计基础 平面连杆机构 6 如果两构件在多处接触而构成平面高副 且各接触点处的公法线彼此重合 则只能算一个平面高副 其余为

14、虚约束 F 3n 2PL PH 3 2 2 2 1 1 46学时 虚约束 结论 机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的 如果这些几何条件不满足 则虚约束将变成有效约束 而使机构不能运动 采用虚约束是为了 改善构件的受力情况 传递较大功率 或满足某种特殊需要在设计机械时 若为了某种需要而必须使用虚约束时 则必须严格保证设计 加工 装配的精度 以满足虚约束所需要的几何条件 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 4自由度计算小结 自由度计算公式 F 3n 2pl ph机构自由度 3 活动构件数 2 低副数 1 高副数 计算步骤 确定活动构件数目确定运动副种类和数目确定特殊结构 局部自由度 虚约束

15、 复合铰链计算 验证自由度几种特殊结构的处理 1 复合铰链 计算在内2 局部自由度 排除3 虚约束 重复约束 排除 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 2 2平面四杆机构的基本类型 一 铰链四杆机构1基本型式2铰链四杆机构划分3平面四杆机构的工作特性4机构演化方式二 偏心轮机构三 曲柄滑块机构四 导杆机构 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 应用实例 契贝谢夫步行机器人 46学时 46学时 46学时 46学时 一 铰链四杆机构 1基本型式 平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的 二杆 三杆 不可能 铰链四杆机构 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 基

16、本型式 续 结构特点 四个运动副均为转动副组成 机架 连杆 连架杆 机架 固定不动的构件 AD连架杆 直接与机架相连的构件 AB CD连杆 不与机架相连的构件 BC曲柄 能作整周转动的连架杆摇杆 不能作整周转动的连架杆 连杆 连架杆 连架杆 机架 曲柄 摇杆 摆杆 周转副 摆转副 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 2铰链四杆机构划分 按连架杆不同运动形式分 1 曲柄摇杆机构 2 双曲柄机构 3 双摇杆机构 曲柄摇杆机构 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 1 曲柄摇杆机构 结构特点 连架杆1为曲柄 3为摇杆运动变换 转动 摇动举例 搅拌器机构 雷达天线机构 家用缝纫机 特性 急回特征死点 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 2 双曲柄机构 结构特点 二连架杆均为曲柄运动变换 转动 转动 通常二转速不相等举例 振动筛机构 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 特殊双曲柄机构 平行四边形机构结构特点 二曲柄等速运动不确定问题车门开闭机构 反平行四边形机构结构特点 二曲柄转向相反 机械设计基础 平面连杆机构 46学时 46学时 46学时 3 双摇杆机构 结构特点 二连架杆均为摇杆运动