绪论、平面机构的运动简图及自由度计算

1、1,任课教师：戴向云 机械电子工程学院Mp：15908992198 J8-305,机械设计基础,2,课时安排,授课：36学时 实验：4学时 1.齿轮范成实验 2. 带传动实验,3,成绩评定,(1) 平时考勤、作业和实验20% (2) 考试成绩 80% (3) 课程设计另外算成绩,4,学习绪论的目的： 1.掌握机器和机构、构件和零件、通用零件和专用零件等概念； 2.初步了解课程研究的对象和内容， 以及本课程的性质。,第1章 绪 论,5,1 本课程的研究对象 研究对象：机械“机器”和“机构” 一、“机器”和“机构”概念的演变 （一）机器：缝纫机、洗衣机、复印机、 各种机床、汽车、拖拉机、起重机等,1.机器实例：,(1) 内燃机：单缸四冲程,燃气热能 机械能,(2)工业机器人：搬运物料,电能、液能对物体做功（有用功）,(3)加工蛋糕搅拌机、 摩天轮,电能 机械能,6,内 燃 机,内燃机包含着齿轮机构、凸轮机构、连杆机构等。,7,工件自动装卸装置,工件自动装卸装置包含着带传动机构、蜗杆传动机构、凸轮机构和连杆机构等。,8,打磨工件毛刺的工业机器人,六自由度关节式工业机器人由空间开链机构组成，各

2、关节驱动传动装置由驱动器和齿轮传动及同步带传动等机构组成。,9,装配机器人,10,契比雪夫四足步行机器人,11,12,13,3.机器概念 机器是能实现确定的机械运动，又能做有用的机械功或实现能量、物料、信息的传递与变换的装置。（起重机、录音机） 思考：“收音机、电视机”是否为机器？,2.机器一般特征 1）人为的实体组合 2）各部分之间具有确定的相对运动 3）用来完成有用的机械功或转换机械能,14,（二）机构：是机器的组成部分，一台机器可以包含一个机构，也可以包含多个机构,1.机构实例：内燃机,1）曲柄滑块机构 直移 旋转 2）凸轮机构 旋转 直移 3）齿轮机构 旋转 旋转,2.机构一般特征 具有机器前两个特征，无第三特征，即不做功， 仅改变运动形式。 1）人为的实体组合 2）各部分之间具有确定的相对运动 3.机构概念 机构是用来传递运动和力的、由若干相互之间形成可动联接的结构实体组成的构件系统。作为一个整体运动的结构实体称为构件。一般情况下，为了传递运动和力，各构件间应有确定的相对运动。,传递运动； 改变运动形式,15,连杆机构,凸轮机构,齿轮机构,16,（三）机器和机构的区别,1.机

3、器分类 （1）工作机器：实现其他种类的某种工作或工艺过程，完成有用的机械功，如机床、汽车、飞机等 （2）动力机器：实现其他种类的能量与机械能之间的转换，如电动机 （3）信息机器：实现其他形式的信息与机械运动信息之间的传递与转换，如复印机 2.现代机械组成 （1）驱动系统：机械系统工作的动力源，如电动机和各种热力机 （2）执行系统：直接实现机器特定功能的部分，包括执行机构和执行构件 （3）传动系统：把原动机的动力和运动传递给执行系统的中间装置 （4）控制系统：使驱动系统、传动系统、执行系统彼此协调工作并准确可靠地完成整个机械系统功能的装置。,17,3. 机器与机构的区别 （1）机构是一个构件系统，机器除了构件系统外还包括电气、液压等装置。 （2）机构只用于传递运动和力，而机器除了传递运动和力外，还应当具有变换和传递能量、物料、信息的功能。 4. 在研究构件的运动和受力情况时，机器与机构之间并无区别（都是进行运动的传递与变换），因此，习惯上用“机械”作为机器和机构的总称。,18,二、零件和构件,1. 零件：是制造的单元,专用零件：在特定机器中用到，如涡轮机及汽轮机中的叶片、飞机的螺旋桨、内

4、燃机的曲轴、活塞等,2. 构件：是运动的单元，可以是单一的整体，也可以是由几个零件组成的刚性结构（零件间无相对运动）。,19,机械原理,机械设计,2 本课程的研究内容,通用零件（设计与计算） 联接：螺纹联接、键联接、销联接 传动: 带传动、链传动、齿轮传动、 蜗杆传动 轴与轴系零部件: 轴、轴承、联轴器 其它: 弹簧,常用机构(组成原理、运动学和动力学) 如：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构,20,传动零件,轴系零件,联接零件,附件,机架,21,课程性质：专业基础课 先修课程： 机械制图、理论力学、材料力学、工程材料、互换性与技术测量、金工实习,3 本课程的性质,注重实践 多观察 多分析与思考 善于找到事物的共性 善于发现事物的个性,学习方法：,22,本章讨论的问题： 构件间满足什么条件才具有确定的相对运动？ 自由度计算 为了便于分析研究复杂的机械的外形及结构，需要对其简化机构运动简图 本章只讨论平面机构(所有的构件都在一个平面或平行平面内运动),第2章 平面机构的运动简图及自由度计算,23,机构的组成：机构是通过构件间有机的连接而成,1 运动副及其分类,一、运动副（有机的联

5、接）,1.定义：两构件直接接触并能 产生一定相对运动的联接,分析一下接触形式的特点,2.运动副元素：运动副中参与 接触的点、线、面,24,转动副,25,移动副,26,齿轮副,27,点高副,28,圆柱副（空间）,29,球销副（空间）,30,球副（空间）,31,螺旋副（空间）,32,点高副（空间）,33,线高副（空间）,34,二、平面运动副分类（按运动副元素即接触特性分）,低副: 构成运动副的两 构件通过面接触,高副:构成运动副的两 构件通过点或线接触,35,三、机构 = 构件 + 运动副,1.固定构件（机架） 是用来支撑活动构件（运动构件）的构件。研究机构中活动构件的运动时，常以固定构件作为参考坐标系。,2.原动件（主动件） 是运动规律已知的活动构件。它的运动是外界输入的，也称为输入构件。,3.从动件 是机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件。其中输出预定运动的从动件称为输出构件，其他从动件则起传递运动的作用。,任何一个机构中，必有一个构件被相对地看作固定构件。在活动构件中，必须有一个或多个原动件，其余的都是从动件。,36,2 平面机构运动简图,一、机构运动简图,不考虑与运动无关的构

6、件外形和运动副具体结构； 只考虑与运动有关的运动副的类型和构件的运动尺寸，用简单的线条、规定的符号表示构件和运动副，按比例定出运动副的位置而画出的简图。,表达各构件相对运动关系的简单图形(表达机构运动的语言),37,二、构件和运动副的表示方法,1.运动副的表示方法,转动副,移动副,高 副,齿轮副,凸轮副,38,2.构件的表示方法,1) 参与组成两个转动副的构件,2) 参与组成一个转动副 和一个移动副的构件,3) 参与组成三个转动副的构件,机构=构件+运动副，可绘制机构运动简图了,39,三、机构运动简图绘制步骤,1.分析机构，原动件工作部分，看清构件的数目以及构件间运动传递情况,2.根据各构件相对运动，判定运动副类型、数目,3.选投影面（选取多数构件的运动平面作为投影面），取适当比例尺 （ = 实际尺寸m/ 图上尺寸mm），确定各运动副之间的相对位置,4.用规定符号画机构运动简图，标出原动件（从原动件开始画）,40,颚式破碎机及其机构运动简图,41,颚式破碎机,42,活塞泵,43,内燃机机构运动简图,44,3 平面机构的自由度,一、自由度与约束,1. 定义,自由度：,一个平面活动构件,3

7、个自由度,约束：对机构或构件运动的某种限制,机构或构件所具有的独立运动数目,45,2. 运动副所产生的约束数,转动副：,带来两个约束，保留一个自由度,移动副：,带来两个约束，保留一个自由度,平面低副 ，引入2个约束； 个低副，2 个约束,高副: 带来一个约束；保留两个自由度,平面高副，引入1个约束； 个高副， 个约束,46,二、平面机构自由度计算公式,设平面机构有：,n个活动构件,3n个自由度,个平面低副,引入2 个约束,个平面高副,引入 个约束,该平面机构自由度：,例,例,47,三、机构具有确定运动的条件,机构自由度是机构具有的独立运动数目， 而机构中只有原动件具有独立运动,机构自由度 = 原动件数,若：机构自由度 原动件数,1.,原动件数 F ，,机构运动不确定,2.,原动件数 F ，,机构被破坏,3.,F 0，机构（超）静定,48,五连杆机构：不确定运动,49,五连杆机构：具有确定运动,50, 机构具有确定运动的条件：,F 0，且 F = 原动件数,F0，构件间无相对运动，不成为机构。,51,四、计算平面机构自由度时应注意的事项 复合铰链 局部自由度 虚约束,52,1.复合铰链：

8、两个以上的构件同时 在一处用转动副联接,3个构件，2个转动副 K个构件，(K-1)个转动副,例,53,有些机构中，某些构件所产生的局部运动并不影响其它构件的运动，把这些构件所产生的局部运动的自由度称为局部自由度（计算时应去除）,优点：将滑动摩擦改为滚动摩擦,2.局部自由度,54,3. 虚约束：在机构中，有些运动副带入的约束，对机构的运动起重复约束 作用，这类约束称为虚约束（计算时应去除),1）两构件在多处接触构成移动副，且移动方向彼此平行或重合，只有一 个移动副起作用，其余都是虚约束。,2）两构件在多处配合构成转动副，且转动轴线重合，只有一个转动副起 作用，其余都是虚约束。,55,3）两构件在多处接触而构成平面高副，且各接触点公法线彼此重合， 只能算一个平面高副,当两构件在多处接触而构成平面高副，但各接触点公法线并不重合时，则计算多个高副,56,4）机构中对传递运动不起独立作用的对称部分,57,解: 1.如不考虑上述因素， 解得：,K=9, n=K1=8,原动件数 F 机构运动不确定结论错误！,2.重解： n=7，,原动件数= F 机构有确定运动,PL=10，PH=1， 原动件数=2 F=3n2PLPH=382101=3,PL=9，PH=1 F=3729-1=2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,例:,58,解得:8,局部自由度1个,32 3821111 原动件数1 机构有确定运动,局,虚,复,L11, 1， 虚约束1个,复合铰链1个。,例:,59,小 结,平面机构运动简图的看图及绘制； 平面机构的自由度计算及具有确定相对运动的条件，平面机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和最常见的虚约束的识别。,

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