《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 樊智敏_ 第2章 平面机构及平面连杆机构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 樊智敏_ 第2章 平面机构及平面连杆机构（80页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 平面机构及平面连杆机构,本章教学内容,2-1 运动副及其分类 2-2 平面机构运动简图 2-3 平面机构的自由度及其计算 2-4 铰链四杆机构的类型及判别 2-5 铰链四杆机构的转化及转化机构 2-6 平面四杆机构的运动特性 2-7 平面四杆机构的设计,本章基本要求,掌握基本概念； 能绘制常用机构的机构运动简图； 能熟练计算平面机构的自由度； 掌握平面机构的类型、特点、演化方法； 掌握平面四杆机构的特性,2-1 运动副及其分类,一、基本概念 二、运动副的分类 三、由基本概念看机构的组成,一、基本概念,1.零件：单独加工的制造单元体 通用零件、专用零件 2.构件：独立影响机构功能并能独立
2、运动的单元体 （实物、刚体、运动的整体）,构件可以由一个零件组成 也可以由几个零件组成,运动副(Kinematic Pair)：由两构件直接接触而形成的具有一定相对运动的可动联接。 (三要素：两构件、直接接触、可动联接)。,运动链(Kinematic Chain)两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。,开链,自由度(Degree of Freedom)构件所具有的独立运动。,平面自由构件：,3个,约束(Constraint)对自由度的限制。,闭链,二、运动副的分类及表达,接触形式: 点、线、面 低副：面接触 高副：点、线接触,高副,低副,齿轮高副,1.按接触形式分类：,2.按相对运动分类
3、：,转动副：相对转动 铰链 移动副：相对移动 平移副,机构,1.运动链成为机构的条件 1）将运动链中的一个构件固定为机架； 2）必须有原动件。,三、由基本概念看机构的组成,机架,原动件,机架固定不动的构件。,原动件按给定的运动规律 独立运动的构件。,从动件其余活动构件。,2.机构中构件的类型,3.机构的分类,平面机构各构件间的相对运动为平面运动。 空间机构各构件间的相对运动为空间运动。,一、机构运动简图概述 二、构件的表示方法 三、运动副的表示方法 四、运动简图的绘制方法,2-2 平面机构运动简图,机构各部分的运动，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 机构运动简图: （
4、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,一、机构运动简图概述,二、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,三、运动副的表示方法,转动副 移动副 高副（齿轮副、凸轮副）,四、运动简图的绘制方法,步骤： 确定构件数目及原动件、输出构件 各构件间构成何种运动副？ 选定比例尺、投影面，确定原动件某一位置，按规定符号绘制运动简图 标明机架、原动件和作图比例尺 绘制路线：原动件中间传动件 输出构件
5、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,一、平面机构自由度的计算公式 二、机构具有确定运动的条件 三、计算自由度应注意的事项 复合铰链 局部自由度 虚约束,2-3 平面机构的自由度及计算,若平面机构有n个活动构件： 3n个自由度 有Pl个低副和Ph个高副：,平面自由构件：3个自由度 平面低副：引入2个约束 平面高副：引入1个约束,引入(2 Pl +Ph)约束,分析：,一、平面机构自由度的计算公式,平面机构的自由度,机构的自由度机构具有确定运动所必须给定的独立运动的数目。,平面机构的自由度计算公式：,F=3n-2 Pl - Ph,解：活动构
6、件数n =,3,低副数PL=,4,F=3n 2PL PH =33 24 =1,高副数PH=,0,例题 计算曲柄滑块机构的自由度。,F=3n-(2 Pl + Ph)=3n-2Pl -Ph,可以运动，可能成为机构,不能运动，为桁架结构,不能运动，为超静定结构,问题：当运动链满足什么条件才能具有确定运动而成为机构？,=32-230=0,F=3n-2Pl Ph,=33-240=1,=33-250=-1,F=3n-2Pl Ph,二、运动链具有确定运动而成为机构的条件,原动件数大于F, 在机构的薄弱处遭到破坏,原动件数小于F, 各构件无确定的相对运动,运动链具有确定运动而成为机构的条件,2）原动件数应等于
7、运动链的自由度数（自由度原动件数）,1）运动链自由度数应大于零 （F 0）, 复合铰链 （Compound hinges）,两个以上的构件同在一处以转动副相联接。,三、计算机构自由度应注意的事项,m个构件以复合铰链联接构成(m-1)个转动副,注意：复合铰链只存在于转动副中, 局部自由度F（Passive DOF）,与其他构件运动无关的局部运动所产生的自由度,n = 3、Pl = 3、Ph = 1,F=3n-2Pl-Ph =33-231 =2,注意： 1、局部自由度一般存在于 高副中。 2、计算机构自由度时, 应将局部自由度除去不计。,动画,去除局部自由度应采取的措施： 设想将滚子与安装滚子的构
8、件焊成一体刚化法。,n = 2、Pl = 2、Ph = 1,F=3n-2Pl-Ph =32-221 =1, 虚约束P（ Redundant constraints）,对机构的运动实际不起作用的约束,F=3n-2 pl ph =33 - 24-0=1,F=3n-2 pl ph =34 - 26-0=0,平行四边形机构,分析：E3和E5点的轨迹重合，引入一个虚约束 正确计算：F=3n- 2Pl Ph =33 - 24-0=1,注意：计算机构自由度时, 应将虚约束除去不计。,去除虚约束应采取的措施： 预先排除虚约束，即将引起虚约束的附加构件和与此构件相关的运动副去除。自由度计算公式仍为 F=3n -
9、 2Pl - Ph, 虚约束常出现的情况： a. 如转动副联接的是两构件上运动轨迹相重合的点，则该联接引入1个虚约束;,F=3n-2 pl ph =34 - 26-0=0,正确计算： 不计引起虚约束的附加构件和运动副数。 F=3n-2 Pl Ph =33 - 24-0=1,椭圆仪动画,两构件在几处构成移动副且导路互相平行或重合。,两个构件在几处构成转动副且转动副轴线重合,只有一个运动副起约束作用,其它各处均为虚约束。,b. 两构件在几处接触而构成运动副,若两构件在多处构成平面高副，且各接触点处公法线重合,则只能算一个平面高副。,有一处为虚约束,此两种情况没有虚约束,注：若公法线方向不重合，将提
10、供各2个约束。,d. 不影响机构运动的对称部分或重复部分所带入的约束为虚约束,c. 机构运动中, 某两构件上两点间的距离保持不变, 将此两点以构件相联, 将带入1个虚约束。,2-4 铰链四杆机构的类型及其判别,一、平面连杆机构的特点 二、铰链四杆机构的基本类型 三、曲柄摇杆机构曲柄存在的条件 四、铰链四杆机构类型判别,一、平面连杆机构的特点,全低副（面接触），承受冲击力，易润滑，不易磨损 运动副结构简单，易加工 运动规律多样化、点的运动轨迹多样化 运动副累积误差大，效率低 惯性力难以平衡，不宜用于高速 不能精确实现复杂的运动规律，设计计算较复杂,连杆,铰链四杆机构各部分的名称：,连架杆,二、铰
11、链四杆机构的类型,机架,连杆,铰链四杆机构的基本类型,1. 曲柄摇杆机构 (Crank-Rocker Mechanism),功能：,往复摆动,特征：曲柄摇杆,雷 达 天 线 俯 仰 机 构,应用实例,抽油机机构,应用实例：缝纫机踏板机构,缝纫机踏板机构,2. 双曲柄机构 (Double-Crank Mechanism),两个连架杆都是曲柄,功能：,特性： 两曲柄同速同向转动 连杆作平动,特例：平行四边形机构 相对两杆平行且相等,惯性筛机构,机车车轮联动机构,应用实例,3. 双摇杆机构 (Double-Rocker Mechanism),两个连架杆都是摇杆,功能：,往复摆动,应用实例：,电风扇摇
12、头机构,鹤式起重机,A,B,C,D,a,b,c,d,在B1C1D中 a +d b +c (1),在B2C2D中,若： d a，则有： a +c d +b (2) a +b d +c (3),若： a d，则有： c +d a +b (4) b +d a+c (5),三、铰链四杆机构曲柄存在的条件,2)最短杆长度+最长杆长度其余两杆长度之和 杆长条件,lmin+lmax l4 +l3,最短杆两端的转动副均为周转副；其余转动副为摆转副。,满足杆长条件且连架杆或机架中必有一杆是最短杆。,曲柄存在条件：,四、铰链四杆机构的判别,当铰链四杆机构满足杆长条件时，,1）最短杆为连架杆时,曲柄摇杆机构,2）最
13、短杆为机架时,双曲柄机构（含平行四边形机构）,3）最短杆为连杆时,双摇杆机构,当铰链四杆机构不满足杆长条件时 双摇杆机构 （无周转副）,2-5 铰链四杆机构的转化及转化机构,转化方式 转化机构,曲柄滑块机构 双滑块机构,导杆机构 摇块机构 定块机构,偏心轮机构,一、扩大构件尺寸,二、选不同构件作机架,三、扩大运动副尺寸,曲柄摇杆机构,偏置曲柄滑块机构,对心曲柄滑块机构,曲线导轨曲柄滑块机构,一、扩大构件尺寸,应用实例,1、曲柄滑块机构 (Slider- Crank Mechanism),2、双滑块机构,对心曲柄滑块 机构,双滑块机构,从动件3的位移与原动件1的转角成正比：,正弦机构,应用实例,
14、缝纫机进针机构,椭圆仪,二、选不同构件作机架,摆动导杆机构 导杆在一定角度内摆动,转动导杆机构 导杆能作整周转动,功能,应用实例,牛头刨床,曲柄摇块机构(Rock-Slider Mechanism),功能：,应用实例,自卸车,定块机构 (Fixed-Slider Mechanism),功能：,往复移动,三 、扩大运动副尺寸,对心式曲柄滑块机构,偏心轮机构,1,B,B副扩大,2-6 平面四杆机构的基本特性,一.急回特性 二.压力角、传动角 三.死点,一、急回特性(Quick return property),原动件作匀速转动，从动件作往复运动的机构，从动件正行程的平均速度慢于反行程的平均速度的现
15、象急回运动(Quick-return),2.急回运动,1.概念,极位夹角 当机构处于两极位时，原动件所处两个位置之间的夹角。,极位机构所处的两个位置,摆角从动件两极限位置所夹的角,急回运动机理,a)曲柄转过,所用时间：,b)曲柄转过,所用时间：,c)设两过程的平均速度为V1、V2：,回程速度大于正行程速度。,3. 行程速比系数K,为表明急回运动程度，用行程速度变化系数K(time ratio) 来衡量，作为机构的基本运动特征参数。定义为反正行程速度比，即,讨论： 当0时，机构具有急回运动特性； K ，急回运动特性愈显著。,二、四杆机构的压力角与传动角,压力角与传动角,压力角 (Pressure angle)不考虑摩擦时，机构输出构件上作用的力F与该力作用点的绝对速度方向所夹的锐角。,传动角 (Transmission angle): 压力角的余角,机构常用传动角大小及变化来衡量机构传力性能的好坏。,() F 机构传动越有利,一般要求：,2.最小传动角的位置,连接BD，在ABD中：,曲柄摇杆机构,在BCD中：,若此式为极值，则需 取极值，即,当 90：,min = minmin ，(180-max),结论：,曲柄与机架共线时，出现最小传动角。,三、死点(Dead point), 机构传动角
