机械设计基础第三章.ppt
机械设计基础,1,第3章 平面机构的结构分析,2,3-1 机构的组成3-2 平面结构运动简图3-3 平面机构的自由度,3,本章内容：机构的组成；平面机构的运动简图；平面机构的自由度。本章重点：平面机构运动简图的绘制；平面机构自由度的计算。,本章内容及重点,4,3-1 机构的组成,2.运动副 运动副：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。运动副元素：参与接触而构成运动副的点、线、面。,1.构件：机器中每一个独立的运动单元体。,5,想一想：你见过哪些运动副呢？,6,构件自由度与约束,一个自由构件在空间具有6个自由度。作平面运动的自由构件具有3个自由度。,构件的自由度：指一个构件相对于另一个构件可能出现的独立运动的数目。,自由构件：不受约束的构件。,约束：指通过运动副联接的两构件之间的某些相对独立运动所受到的限制。,低副：面与面接触的运动副。,高副：点接触或线接触的运动副。,运动副引入的约束数=两构件相对自由度减少的数目。（即：引入1个约束条件将减少1个自由度）,7,转动副：两构件只作相对转动的运动副。移动副：两构件只作相对移动的运动副。,转动副约束了沿X轴移动和沿Y轴移动2个移动的自由度，保留了1个相对转动的自由度,低副,移动副约束了沿着Y轴的移动和绕轴X的转动2个自由度，保留沿轴线X移动的自由度,带入了2个约束（即减少了2个自由度），保留了1个自由度,8,平面高副,线接触,点接触,带入了1个约束（即减少了1个自由度），保留了2个自由度,9,总结一下,移,10,练习题,答案,1、A2、B3、D4、C5、A,11,运动链：指两个以上的构件通过运动副的连接而 构成的可相对运动的系统。,12,3-2 平面结构运动简图,想一想：下列机械的外形和结构那么复杂，我们如何才能方便的分析各构件之间的相互运动关系呢？,机构运动简图：用规定的简单线条和符号表示机构中的构件和运动副，并按一定的比例画出表示各运动副的相对位置及它们相对运动关系的图形，这种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。,机构运动简图的作用机构运动简图应与它所表示的实际机构具有完全相同的运动特性。1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、运动副的相对位置。2表达一部复杂机器的传动原理，进行机构的运动和动力分析。,13,运动副及构件的表示方法,构件：用线段或小方块表示,若构件固联在一起，则涂以焊缝记号表示,14,转动副,一个构件具有多个转动副的画法,移动副,注意：移动副的导路应与两构件相对移动的方向一致,15,平面高副,两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓。对于凸轮和滚子，习惯画出其全部轮廓；对于齿轮，常用点画线画出其节圆。,16,常用运动副的符号,17,18,推土机,19,绘制平面机构运动简图的步骤是：（1）分析机构的结构和运动情况，找出机架与原动件；（2）确定构件、运动副的类型和数目；（3）测量出运动副间的相对位置；（4）选定适当的比例尺，绘制机构运动简图。,20,内燃机,21,练习题,22,3-3 平面机构的自由度,1、平面机构的自由度机构的自由度：机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。,假设平面机构共有n个活动构件：3n个自由度机构里共有PL个低副和PH个高副：引入(2 PL+PH)约束,平面自由构件：3个自由度平面低副：引入2个约束（减少2个自由度）平面高副：引入1个约束（减少1个自由度）,平面机构的自由度计算公式：F=3n-(2 pl+ph)=3n-2 pL-pH,23,机构具有确定运动的条件,机构是用运动副连接起来的、有一个构件为机架的、具有确定运动的构件系统。若机构的自由度为零，则各构件间不可能产生相对运动，这样的构件组合称为桁架，而不是机构。因此，机构的自由度必须大于零。根据自由度与原动件数目之间的关系可以判定机构是否具有确定的运动：（1）若原动件的数目小于自由度的数目（F），机构可以运动，但运动不确定；（2）若自由度大于0（）且等于原动件的数目，机构具有确定的运动；（3）若原动件的数目大于自由度（F）或自由度小于等于0（），机构不能运动。因此，机构具有确定运动的条件是：机构的原动件的数目应等于机构的自由度的数目。,1）F0时 刚性桁架，构件间不能产生相对运动。2）F0时，F原动件数，机构运动不确定（能动但是乱动）；F=原动件数，机构具有确定运动。,24,四杆机构,给定一个独立运动参数：其余构件有确定运动。,机构中给定独立运动参数的构件为原动件。,F=3n-2 pl ph=33-24-0=1,25,桁架机构,26,F=3n-2 pl ph=34-25-0=2,五杆机构,27,例1、如图所示，计算曲柄滑块机构的自由度,例2、如图所示，计算凸轮机构的自由度,28,计算机构自由度应注意的事项,1.要正确计算运动副的数目,（1）复合铰链:两个以上构件同在一处以转动副相联接即构成复合铰链。推论：m个构件以复合铰链联接所构成的转动副数为(m-1)个。,29,解：F=3n-2 pl ph=37-26-0=9,解：F=3n-2 pl ph=37-210-0=1,例：算自由度,八杆机构,30,解：F=3n-2 pl ph=33-23-1=2,F=3n-2 pl ph=32-22-1=1,滚子从动件,2.局部自由度 机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动,把这种局部运动的自由度称为局部自由度。,特别注意：实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，除去指计算中不计入，并非实际拆除。,31,3.虚约束,常见的虚约束：,32,1）平行四边形机构的虚约束（两个相连接的构件在连接点上的运动轨迹重合）,F=3n-2 pl ph=33-24-0=1,F=3n-2 pl ph=34-26-0=0,33,只有一个运动副起约束作用,其它各处均为虚约束;,2）两构件组成多个移动方向一致的移动副，或两构件组成多个轴线重合的转动副，只考虑其中一处的约束。,34,目的：为了传递较大功率，保持机构受力平衡。,3）行星轮系（机构中对运动不起作用的对称部分）,35,小结,
