第二章 机构运动简图和自由度计算_工学_高等教育_教育专区。第二章 平面机构的运动简图及其自由度 §2-1 运动副及其分类 §2-2 平面机构的组成及其运动简图 §2-3 平面机构的自由度 平面机构:各构件在同一平面或平行平面内运动 空间机构:各构件不完全在

  第二章 平面机构的运动简图及其自由度 §2-1 运动副及其分类 §2-2 平面机构的组成及其运动简图 §2-3 平面机构的自由度 平面机构:各构件在同一平面或平行平面内运动 空间机构:各构件不完全在同一平面或相互平行的平面内运动 §2-1 运动副及其分类 构件: 运动单元 零件: 制造单元 套筒 内燃机 连杆 螺栓 垫圈 螺母 连杆体 轴瓦 连杆盖 一、运动副 自由度:构件所具有的这种独立运动的数目。 一个平面运动的自由构件有?个自由度 运动副:两个构件直接接触, 又能产生一定相对运动的联接。 凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套 (点、线、面) 二、 运动副分类 分为低副、高副两大类。 1、低副:两构件以面接触而形成的运动副。 按运动特性可分为转动副和移动副 (1)转动副:只允许两构件作相对转动,又称作铰链。 a)固定铰链 b)活动铰链转动副 固定铰链和活动铰链模型 (2) 移动副:只允许两构件作相对移动。 结论: 两构件用低副联接,失去两个自由度。 2、高副:两构件以点或线接触而构成的运动副。 凸轮副(点接触) 齿轮副(线接触) 结论: 两构件用高副联接,失去一个自由度。 二、空间运动副 若两构件之间的相对运动均为空间运动,则称为空间运动副。 螺旋副 球面副 §2.2 平面机构的组成及运动简图 一、构件的分类 固定件(机架):固定不动的构件 原动件:输入运动规律的构件 从动件:其它的活动构件 二、机构运动简图 用代表构件和运动副的规定符号(表2-1),并根据机构和运动的有关尺寸, 按一定的比例绘制的机构图形。 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。 1、构件 构件均用直线或小方(圆)块等来表示,大发888手机版登录画有斜线、 移动副 两构件组成移动副,其导路必须与相对移动方向一致。 4、高副 两构件组成高副时,其运动简图中应画出两构件接触处的曲线 轮廓,对于凸轮、滚子,习惯划出其全部轮廓;对于齿轮,常 用点划线划出其节圆。 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 2 2 2 两构件之一为固定时的运动副 2 2 平 面 运 动 副 转 动 副 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 1 2 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 移 动 副 2 1 运 动 副 符 号 三、绘制机构运动简图的步骤 原则:简图与实际运动特征相同;取“相关”舍“无关” 1、弄清机构组成:构件数目、运动副数目类型、原动件、从 动件和机架分析机构,观察相对运动,数清所有构件的数目; 2、确定与机构相关的的尺寸:中心距、构件尺寸、导路和 回转中心,高副轮廓 3、投影平面的选择 实际尺寸?mm ? 4、选择合理的比例尺: ? l ? 图上尺寸(mm) 5、用规定的符号和线条绘制成简图,一般从原动件开始画。 注意:要明确三类构件 ? 固定件(机架):机架中只有一个为机架。 ? 原动件:机构中有驱动力或已知运动规律的构件。 ? 从动件:除原动件以外的所有活动构件。 例1:试绘制内燃机的机构运动简图 1.分析运动,确定 构件的类型和数量 2.确定运动副的类 型和数目 3.选择视图平面 4.选取比例尺,根 据机构运动尺寸, 定出各运动副间的 相对位置 5.画出各运动副和机 构符号,表示出各构件 例2:试绘制牛头刨床的机构运动简图 牛头刨床结构示意图 牛头刨床运动图 2-6 绘出下列平面机构的运动简图 唧筒机构 缝纫机针杆机构 活塞泵机构 §2.3 平面机构的自由度及确定运动的条件 一、平面机构自由度 一个自由的平面构件有?个自由度。 低副联接 高副联接 减少?个自由度 减少?个自由度 n个活动构件:自由度为? 。 PL个低副: 限制 ? PL个自由度 PH个高副: 限制 ? H 个自由度 该机构的自由度应为活动构件的自由度数与引入运动副 减少的自由度数之差,以F表示: F=3n- 2PL-PH 二、平面机构具有确定相对运动的条件 例1:四杆机构(绿杆为机架) n= 3,PL=4,PH=0 F=3×3-2×4-0=1 铰 链 四 杆 机 构 结论:应有一个原动件,任取黑色/蓝色 构件为原动件,机构有确立的运动。 给出一个角度Φ1, 其他构件便有一 个相应位置) B 例2:三杆机构(刚性桁架) n= 2,PL=3,PH=0 F=3×2-2×3-0=0 (机构不能运动) A C 三 杆 机 构 例 3:铰链五杆机构 n= 4,PL=5,PH=0 F=3×4-2×5-0=2 构件1为原动件,处于AB位置时,构 件234可处于BCDE 或 BC’D’E, 位置不确定。当取构件1或者4为原动 件,机构各构件的运动确定。 铰链五杆机构 结论:机构具有确定运动的条件是 : F>0且F等于原动件数目 原动件数=F0,运动确定 原动件数F,运动不确定 原动件数F,机构破坏 平面机构自由度计算实例: F = 3n - 2PL - PH n:机构中活动构件数,PL:机构中低副数; PH :机构中高副数;F :机构的自由度数; 例1:(1) 例2: 3 2 1 n = 3, PL = 4, PH = 0 F = 3×3 - 2×4 – 0=1 F=3n - 2PL - PH =3×2 -2×2-1 =1 例3:简易牛头刨床 解: n =5, Pl = 7, Ph = 0 F = 3n – 2Pl – Ph = 3×5 – 2×7 – 0 =1 三、计算自由度时的注意事项 1、复合铰链 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接,就形成了复合铰链。 两个低副 计算:K个构件,有K-1转动副。 C处为复合铰链 n = 5, Pl = 7, Ph = 0 惯性筛机构 F = 3n - 2Pl – Ph = 3×5 -2×7 – 0 =1 例:计算图示圆盘锯机构的自由度。 分析:在B、C、D、E四处应各有 2 个转动副。 解:活动构件数 n=7 低副数 PL=10 D 1 2 B 4 5 6 F C F = 3n - 2PL - PH = 3×7 -2×10-0 =1 E 3 7 可以证明:F点的轨迹为一直线、局部自由度 机构中出现的与输出构件运动无关的自由度称为局部自由度。 典型例子:滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动。 n = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 3×2 - 2×2 – 1 =1 与实际相符 注意:实际结构上为减小摩擦采用局部自由度 处理方法:除去局部自由度,把滚子和从动件看作一个构件。 3、虚约束 有些运动副对机构的运动约束作用是重复的,称为虚约束。 计算自由度时,应除去不计。 (1)两构件构成多个导路平行的移动副,移动副其导路相互平行时,只 有一个移动副起约束作用,其余都是虚约束。 F=3n- 2PL-PH =3*3-2*4-0 =-1 ◆处理方法:计算中只计入一个移动副。 (2)轨迹重合:平行四边形机构 中图: 右图: F ? 3n ? 2PL ? PH ? 3 ? 4 ? 2 ? 6 ? 0 ? 0 (错误) F ? 3n ? 2PL ? PH ? 3? 3 ? 2 ? 4 ? 0 ? 1 (正确) (3)机构中存在对运动不起作用的对称部分 如图 行星轮系中的行星轮2′、2〞为虚约束,去掉后: 行 星 轮 系 O2 ?3 H O1 ?1 OH 3 2 ?H O3 4 O1 O3 1 3 2 O2 H 4 OH 1 若:轮3旋转 叫做:差动轮系 若:轮3固定 叫做:行星轮系 O1 3 2 O2 H OH 1 (4)联结点的轨迹重合 两构件组成多处接触点公法线重合的高副 ◆处理方法:计算中只计入一处高副。 2 1 F=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=1 注意: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。大发888手机版登录! 例题1:计算筛料机构的自由度 F=3n-2PL-PH=3*7-2*9-1=2 例题2:求机构的自由度,并判断机构是否有确定运动。 例题3:计算挖土机的自由度,并说明为什么要配置三个油缸。 例题4: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。