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1、教学目标,重点难点,教学内容,小结作业,第五章 平面机构的运动分析,教学目标,教学目标： 1.明确机构的概念； 2.掌握运动副的类型； 3. 具有机构简图的绘制能力; 4熟练掌握平面机构自由度的计算。,5.1 机构的组成 5.2 平面机构的运动简图 5.3 平面机构的自由度,教学内容,重点：机构自由度的计算。 难点：机构平面简图的绘制。,重点难点,5.1 机构的组成,机构的组成,5.1.1 构件与零件,机械中作独立运动的单元称为构件。在机械的运动过程中，构件是不可再分的单元体。为了满足结构和工艺的不同需要，构件可以是一个零件，如凸轮、齿轮、轴等；也可以是几个零件通过刚性连接组成的一个整体，在工
2、程上通常称为部件。 零件是指机械中独立的制造单元，它是组成机器或机构的基本元素。在加工中，零件是不可分割的单元体。根据零件的应用场合，零件可分为两大类：一类是通用零件，在各种类型的机械中都经常使用，如螺母、螺栓、齿轮等；另一类是专用零件，仅在某些类型的机械中才使用， 如内燃机中的曲轴等。,机构的组成,两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接方式称为运动副。两个构件组成的运动副，通常用三种接触形式联接起来，即点接触、线接触和面接触。按照接触的特性，通常把平面运动副分为低副和高副两大类。 一低副 在平面机构中，两个构件之间通过面接触而组成的运动副称为低副。根据两个构件之间的相对运动形式，低副又可分
3、为转动副和移动副。,5.1.2 运动副及分类,机构的组成,图5-2 转动副,图5-3 移动副,二高副 两个构件之间通过点或线接触而组成的运动副称为高副。图5 - 4(a)所示的是凸轮1与从动件2通过点接触组成的高副，图5- 4(b)所示的是齿轮1和齿轮2通过线接触组成的高副。,图5-4 高副,机构的组成,机构的组成,1运动链 两个以上的构件通过运动副连接而组成的系统称为运动链。如果运动链中各构件组成首末封闭的系统，如图5 - 5(a)所示，则称为闭式运动链，简称闭链； 否则则称为开式运动链，简称开链，如图5 - 5(b)所示。,5.1.3 运动链和机构,机构的组成,图5-5 运动链,2机构 在
4、运动链中，如果将其中的一个构件固定作为机架，另一个或少数几个构件作为主动件，则当主动件按给定的运动规律作独立运动时，其余从动件也均随之作确定的相对运动，这种运动链就称为机构。,返回,5.2 平面机构的运动简图,平面机构的运动简图,表示机构各构件之间相对运动关系的简单图形，称为机构运动简图。从机构运动简图可以了解机构的组成和类型，即机构中构件的类型和数目、运动副的类型和数目以及运动副的相对位置。 机构中的构件可分为以下三类： 1机架机构中的固定构件称为机架，它的作用是支撑运动构件； 2主动件由外界给定运动规律的构件称为主动件，一般主动件与机架相连； 3从动件除主动件以外的全部活动构件称为从动件。
5、,5.2.1 运动简图及分类,平面机构的运动简图,1构件的表示方法 平面机构中的构件不论其形状如何复杂，在机构运动简图中，只需将构件上的所有运动副元素按照它们在构件上的位置用规定的符号表示出来，再用直线进行连接即可。,5.2.2 机构运动简图的符号,图5-6 构件的表示,平面机构的运动简图,2运动副的表示方法 转动副用一个小圆圈表示，其圆心代表相对转动的轴线。组成转动副的两个构件都是活动构件，称为活动铰链；组成运动副的两个构件之一为机架，在代表机架的构件上画短斜线，称为固定铰链。,图5-7 转动副的表示,平面机构的运动简图,在组成移动副的两个构件中，习惯上将长度较短的块状构件称为滑块，而将长度
6、较长的杆状或槽状构件称为导杆或导槽。,图5-8 移动副的表示,平面机构的运动简图,3. 高副，常见的表示如下图5-9。 图5-9 高副,平面机构的运动简图,4平面机构运动简图的绘制 绘制平面机构的运动简图时， 通常可按下列步骤进行： （1）分析机构的组成和运动。 （2）确定运动副的类型和数量。 （3）选择投影面。 （4）测量。 （5）选择适当的比例尺，确定各运动副之间的相对位置，用简单的线条和规定的运动副符号画出机构运动简图。,平面机构的运动简图,例5-1 试绘制如图5 - 10(a)所示偏心油泵机构的运动简图。 答： 步骤简略，如下图5-10(b),图5-10 运动机构简图,返回,5.3 平
7、面机构的自由度,平面机构的自由度,1. 自由构件的自由度 构件相对于参考系所具有的独立运动称为构件的自由度。自由度也指确定构件位置的独立运动参数的数目。,5.3.1 自由度,一个作平面运动的自由构件具有三个自由度，即沿着X轴和Y轴移动，以及绕任意点A转动。,平面机构的自由度,2约束 当一个构件与其他构件组成运动副之后，构件的相对运动就要受到限制，自由度就会随之减少。这种对组成运动副的两个构件之间的相对运动所加的限制称为约束。 在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度；每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。,3平面机构的自由度计算 机构具有确定运动的独立运动数目称为机构的自
8、由度，用F表示。 活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数就是该机构的自由度。由此可得到平面机构自由度的计算公式为 （5 - 1） 式中：PL机构中的低副数； PH机构中的高副数； n机构中的活动构件数。,平面机构的自由度,平面机构的自由度,4机构具有确定运动的条件 机构具有确定运动的条件为：机构的自由度F必须大于0，且机构的自由度与机构主动件的数目必须相等。,1复合铰链 两个以上的构件在同一轴线上用转动副相连接所组成的运动副称为复合铰链。三个构件在A点组成的复合铰链如图5-12所示，其中图(a)表示的转动副的轴线垂直于纸面，图(b)表示的转动副的轴线平行于纸面。,5.3.2 计算平面机构
9、自由度应注意的特殊情况,图5-12 复合铰链,2局部自由度 局部自由度是指机构中某些构件的局部独立运动, 它并不影响其他构件的运动。例如图5-14（a）中，凸轮机构中构件4的滚子主要是为减小摩擦，减少磨损，因此为局部自由度，在计算机构自由度时，应转换为图5-14（b）进行计算，才能正确得到结论。,平面机构的自由度,5-14 局部自由度,平面机构的自由度,5-15 虚约束,3虚约束 在机构中与其他约束作用重复而对机构运动不起独立限制作用的约束，称为虚约束。 常见的虚约束类型如图（5-15）主要有： （1）重复转动副；（2）重复移动副；（3）重复轨迹；（4）重复高副。,平面机构的自由度,在计算具有
10、虚约束的机构自由度时，应将几个相同的虚约束简化为一个约束构件，再进行自由度计算。,平面机构的自由度,例5-4 试计算图5-16所示行星齿轮机构的自由度。 图5-16-行星齿轮机构,平面机构的自由度,解：该机构从受力角度考虑布置三个行星齿轮，其中有两个（如齿轮2和2“）对传递运动不起独立作用，引入了两个虚约束。 因此该机构活动构件数n=4，低副数PL=4（转动副A、B和复合铰链C），高副数PH=2（齿轮副D、E），求得机构的自由度为,若将内齿轮3固定不动，则减少一个活动构件及C处的一个转动副，这时机构的自由度为,平面机构的自由度,例5 5 计算图5 - 13所示机构的自由度。 解 (1) 判断机
11、构中是否存在特殊情况。 由例5 - 3可知， 机构中C处为复合铰链。 C处的5个构件共组成了2个转动副， 因此， 在计算机构的自由度时， 铰链C处表示转动副的一个小圆圈实际上代表了2个转动副。,平面机构的自由度,(2) 确定活动构件数和各类运动副数。 由图可知， 机构中构件1、 2、 3、 4、 5、 6和7为活动构件， 因此活动构件数n7。 机构中运动副的情况是： 铰链A、 B、 D和E处各有一个转动副, 铰链C为复合铰链， 此处有两个转动副， 构件2与5、 构件4与8、 构件5与6以及构件7与8之间各有一个移动副。 所以机构中的低副PL10； 机构中没有高副， PH0。,平面机构的自由度,(3) 计算机构的自由度。 由式（5 - 1）得 F=3n-2PL-PH=37-210-0=1,平面机构的自由度,返回,1构件分类：机架、原动件和从动件三种。 2平面运动副分类：高副和低副两种，其中低副又分为转动副和移动副。 3平面机构运动简图及其绘制步骤。 4平面机构自由度的计算公式：F=3n-2P L -PH 。 5在平面机构自由度计算时，应注意三种特殊情况的处理：复合铰链、局部自由度和虚约束。 6机构中各构件间具有确定相对运动的条件是：机构的自由度F=原动件数目W，且F0。 作业 5-6，7，8,小结作业,首页,
