机械设计基础第二章.ppt
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1、第二章 平面机构运动简图及自由度,2.1 平面机构的组成 2.2 平面机构运动简图的绘制 2.3 平面机构自由度的计算,2.1 平面机构的组成,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。,平面机构:各构件在同一平面或相互平行的平面内运动。,一、平面机构的组成要素,机构的主要功能在于传递或变换运动,因此要求组成机构的各构件之间必须有相对的运动。并且各构件还必须按一定的运动规律运动。如图(a)所示的三铰接杆,是不能运动的构件组合体,因而不能成为机构。而图2-2所示的五铰接杆,虽然其构件可动,但当构件1按一定规律运动时,其余构件不能获得完全确定的运动。因此,构件的组合体必须具备一定条件
2、才能成为机构。,例1 颚式破碎机机构 当大带轮5经带传动由电动机驱动时,把运动和动力传给偏心轴,偏心轴转动带动动颚在肘板的支持下作平面运动,从而可使夹放在动颚与定颚板之间的石块被逐渐挤碎。机器运转时,偏心轴与机架、偏心轴与动颚、动颚与肘板、肘板与机架之间均为相对转动。,例2 手压抽水机机构,当来回搬动手柄时,通过连杆驱使活塞杆上下移动,完成抽水功能。手柄和水桶、手柄和连杆之间都是相对转动,活塞在压水桶中间上下移动。,运动副:使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接。平面机构的组成要素:构件和运动副。,由上述两实例可以看出:组成机构的相邻的两构件之间的联接存在着一定的相对运动。,运动副:平
3、面低副、平面高副、空间运动副,二、平面运动副的分类(一)平面低副 两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。(教材图2-3)根据两构件间的相对运动形式,低副又可分为转动副和移动副。1.转动副(或铰链)两构件只能在一个平面内作相对转动。固定铰链:一个构件固定;活动铰链:两构件均不固定。,转动副,2.移动副 两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。(教材图2-4),图中,A和E为固定铰链,B、C、D为活动铰链,(二)平面高副 两构件通过点或线接触而形成的运动副称为平面高副。(图2-5),凸轮副,齿轮副,n,n,t,t,n,n,(三)空间运动副 若运动副能够允许两构件做空间相对运动,则称该
4、运动副为空间运动副。常用空间运动副有螺旋副和球面副。,螺旋副,球面副,三、构件的类型 根据平面机构中各构件的运动情况,可将构件分为三类:固定件、原动件、从动件。1、固定件(机架)机构中用来支承活动构件的固定件,它是相对固定不动的构件。任何一个机构中,必须有一个构件是相对固定的,且一个机构只能有一个机架。2、原动件(输入构件)机构中运动规律已知的活动构件输入运动规律的构件,其运动规律是由外界给定的。一个机构至少有一个原动件,也可有多个。一般与机架相联。3、从动件 机构中随着原动件运动而运动的活动构件,起传递运动和输出运动的作用。,2.2 平面机构运动简图的绘制,机构运动简图:简明表示机构各构件之
5、间相对运动关系的图形。(按比例,用特定的符号和线条)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。注:为了使问题简化,有必要撇开与运动无关因素,提取与运动有关的要素。,一、运动副的表示方法,(一)转动副 其基本简化符号为小圆圈。(二)移动副 其基本简化符号是一小长方形。,转动副:,移动副:,凸轮副:,(三)高副 两构件形成高副时,应画出其接触处的曲线轮廓。,齿轮副:,二、构件的表示方法,在低副中,构件一般可简化为一段直线;若组成移动副,可用一小长方形表示移动副的构件;若为固定件,在固定件上划上阴影线;构成高副的构件
6、,需划出接触处的曲线轮廓。,机构运动简图中常用机构和运动副的表示方法:,三、平面机构运动简图的绘制方法,(1)确定机构的主要构件,即找出机构的原动件、机架和执行件,(2)分析机构的运动特征,从原动件开始,沿运动传递的顺序,依次明确运动副的类型和数目,以及构件的数目。,(3)选择适宜的视图平面及机构的瞬时位置,选择多数构件的运动平面作为视图平面,机构的瞬时位置应避免构件的重叠和交叉现象;,(4)根据机构的尺寸和图幅的大小,确定比例尺,以便于表明各运动副之间的相对位置和尺寸。长度比例尺用L表示,规定:,(5)绘制机构运动简图,从原动件开始,依次确定各运动副的位置点,用构件和运动副的简化符号把各点联
7、结起来,并用箭头标明原动件,用斜线标明固定件。(6)在各运动副处标注字母,在各构件处标注数字。,例2-1 试绘制如图所示单缸内燃机的机构运动简图解:内燃机由三个机构组成,该机构运动简图绘制过程如下:1、分析机构运动,找出机架、原动件、执行件和其他构件。(1)曲柄滑块机构 由缸体4(机架)、活塞1(原动件)、连杆2和曲柄3(执行件)组成。此机构将活塞的往复直线运动转换成曲轴的回转运动。(2)齿轮机构 由缸体4(机架)、齿轮5(原动件)和齿轮6(执行件)组成。此机构将主动齿轮的 转动(转速较高)转换成被动齿轮的转动(转速较低)。(3)凸轮机构,(3)凸轮机构 由缸体4(机架)凸轮7(原动件)和推杆
8、8(执行件)组成。此机构将凸轮轴的转动转换为推杆的 间歇直线运动。2、分析各构件间相对运动的 性质、确定各运动副的类型和数目。曲柄滑块机构中活塞1与缸体4组成移动副,活塞1与连杆2、连杆2与曲轴3、曲轴3与缸体4分别组成回转副。齿轮机构中齿轮5与缸体4、齿轮6与缸体4分别组成回转副。齿轮5和齿轮6组成齿轮副(平面高副)。凸轮机构中凸轮7与缸体4组成回转副,推杆8与缸体4组成移动副,凸轮7与推杆8组成凸轮副(平面高副)。,3、选择视图平面。一般应选择多数构件的 运动所在平面或其平行平面作为视图平面,以便清楚地表达构件间的运动关系。如果一个视图平面不能将机构各部分的运动关系表达清楚,可以就不同部分
9、分别选择视图平面,然后将各视图画在同一图面上。上图已经能够清楚地表达各构件间的运动关系,所以选择此平面作为视图平面。4、选择比例尺,定出各运动副的相对位置,用构件和运动副的规定符号绘制机构运动简图。先绘出滑块导路中心线及运动副的位置作为基准,然后根据构件尺寸和各运动副之间的尺寸,按选定的比例尺,用构件和运动副的规定符号,绘出机构运动简图。,例2-2 绘制图2-11所示颚式破碎机机构运动简图,解:1、破碎机的带轮和偏心轴一起绕回转中心A转动时,偏心轴2带动动颚3运动。由于在动颚与机架1之间装了肘板4,动颚运动时就不断挫挤矿石。由此分析可知,该机构由机架1、原动件偏心轴2、执行件动颚3和肘板4四个
10、构件组成。2、偏心轴2与机架1组成回转副A,偏心轴2与动颚3组成回转副B,肘板4与动颚3组成回转副C,肘板4与机架1组成回转副D。整个机构共有四个回转副。,3、图2-11(a)已能清楚表达各构件间的运动关系,所以就选择此 平面作为视图平面。4、选定回转副A的位置,然后根据各回转副中心间的尺寸,按选定的比例尺确定回转副B、C、D的位置,最后用规定的符号绘出机构运动简图。(b),例2-3 绘制图2-12所示油泵机构的运动简图,解:分析该机构的结构组成。在图(a)中,构件1偏心轴为原动件,其回转中心在A点;构件2连杆和构件1之间为回转副,构件2和构件3摇杆之间组成回转副;构件4为机架,当偏心轴转动时
11、,通过回转副B带动构件2转动,通过回转副C带动构件3作绕D点的摆动。,绘制机构运动简图。取一定的比例尺,由固定铰链A开始,沿运动传递的路线画出铰链B、C、D的位置。,内燃机的机构运动简图,2.3 平面机构的自由度,一、构件的自由度 一个作平面运动的自由构件有三个独立运动的可能性(如图)。构件所具有的这种独立运动的数目称为构件的自由度。所以一个作平面运动的自由构件有三个自由度。,但当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构件系统时,各个构件不再是自由构件。两相互接触的构件间只能作一定的相对运动,自由度减少。这种对构件独立运动所施加的限制称为约束。,二、平面机构的自由度的计算 1、约束 平面机构能否
12、具有确定的运动,可以通过计算平面机构自由度的方法来判断。在平面机构中,由于用运动副连接构件,使构件的自由度受到了约束。转动副:约束了移动的自由度(沿X轴和Y轴),只保留了一个转动的自由度。移动副:约束了沿一个方向移动的自由度和在平面内转动的自由度,只保留了沿另一个方向移动的自由度。高副:只约束了沿接触点处的法线n-n方向移动的自由度,保留了沿接触点处公切线t-t方向移动和绕接触点处转动的两个自由度。由此可见:在平面机构中,一个低副带来两个约束,剩一个自由度;一个高副带来一个约束,剩两个自由度。,限制两个自由度:(两个移动)保留一个自由度(转动),机构的自由度:机构中活动构件相对于机架所具有的独
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