机械设计基础教案.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 平面机构运动分析,第一节,机构组成,第二节,平面机构运动简图,第三节,惯用机械传动机构,第四节,平面机构含有确定运动条件,第五节,传动机构运动方案分析实例,1/59,第一节 机构组成,一、,运动副,二、,运动副类型,三、,运动链,四、,机构,2/59,构件运动时，其上任一直线一直与初始位置保持平行。如,活塞直线平动,料槽曲线平动,一、构件运动,1、构件平动,料槽曲线平动,3/59,构件运动时，一直有而且只有一条直线固定不动。固定不动直线为轴线或转轴。如,齿轮,凸轮,主轴等,2、构件定轴转动,3.构件平面运动,构件运动时，既不是平动也不是转动，是平动和转动合成复杂平面运动，,其特征：其上任一点一直在同一平面内运动，该该平面平行与空间某一个固定平面。,如车轮沿直线轨道滚动,内燃机连杆运动,4/59,二、运动副,运动副,构件直接接触并能产生一定相对运动联接,5/59,对构件施加约束个数等于其自由度降低个数。,一个在平面内作自由运动构件间含有,3,个独立相对运动；在三维空间作自由运动两构件间含有6个独立相对运动。,自由度、约束,y,x,A,B,自由度,构件所含有独立运动数目,约 束,组成运动副后,构件一些独立运动受到限制,构件自由,度降低,这种对构件独立运动限制称为,约束,6/59,低副,运动副,两构件经过面接触,高副,点或线接触运动副,转动副,移动副,组成运动副两个构件只能在一个平面内做相对转动,也称铰链,若组成运动副两个构件只能沿轴线相对移动,7/59,转动副、移动副实例,8/59,运动副类型及其代表符号,移动副,平面高副,球销副,球面副,圆柱副,螺旋副,转,动,副,低副 =1,(螺旋副 =1),由面接触而组成运动副,高副 =2,(球面副 =3),由点、线接触而组成运动副,9/59,三、运动链,1.运动链,:若干个构件经过运动副联接而成相互间可作相对运动系统。,闭式运动链简称,闭链,：运动链各构件首尾封闭,开式运动链简称,开链,：未组成首尾封闭系统,(d)(e)(f),(a)、(b)平面闭链;(c)平面开链；(d)空间闭链；(e)、(f)空间开链,（a）（b）(c),10/59,2.机构,机构,在运动链中，若选定某构件为机架，且各构件含有确定相对运动，则称该运动链为,机构,。,平面机构,机构中各构件运动平面相互平行,空间机构,机构中最少有一构件不在相互平行平面上运动，或最少有一构件能在三维空间中运动,机 架,机构中固定构件；普通机架相对地面固定不动,原动件：,按给定已知运动规律独立运动构件；,从动件,机构中其余活动构件。其运动规律决定于原动件运动规律和机构结构和构件尺寸。,11/59,机构示意图不按百分比绘制简图,二、绘制：,1、运动副符号,第二节 机构运动简图,转动副,移动副,高,副,定义：用运动副代表符号和简单线条按一定百分比来反应机构中各构件之间运动关系简图。,12/59,惯用运动副符号,运动副,名称,运动副符号,两运动构件组成运动副,转动副,移动副,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,两构件之一为固定时运动副,1,2,2,1,2,1,平面运动副,13/59,平面高副,螺旋副,2,1,1,2,1,2,2,1,2,1,1,2,1,2,球面副球销副,1,2,1,2,1,2,空间运动副,1,2,1,2,1,2,14/59,2、构件表示,15/59,构件符号：,表1-2,16/59,步骤：,实例,分析机构组成和运动原理,搞清由主动件至从动件之间运动路线,以及原动件运动方向；,确定运动副类型以及数目,选择一个最能反应机构中各构件之间运动关系平面,绘制机构草图,测量各运动副相对位置实际尺寸,选择适当百分比,按照百分比绘制各运动副。,17/59,例2-1 卡车翻斗卸料机构示意图,18/59,4.确定实际尺寸和绘制图百分比U,绘制机构简图.,确定机构组成:车体1-机架;活塞杆3-原动件;,翻斗2和液压刚体4为从动件,2.运动副类型:3和4移动副;3和2,4和1,2和1组成,三个转动副,3.机构草图绘制,测量各运动副相对位置实际尺寸.,本图中,测量Lab,Lbc以及BC连线与水平线夹角.,19/59,例2-2 液压泵机构示意图,20/59,1.,组成:偏心轴1(原动件),圆套2,隔板3(从动件),泵,体4(机架).,注意:,画构件时应撇开构件实际外形，而只考虑运,动副性质。,2.,1,4转动副A,2和1转动副B,2和3转动副C,3和4移,动副,移动导路经过转动副C中心,3.,选择平面后,按照百分比绘图并标明原动件1运动方向.,21/59,原动件 传动部分 执行部分,1 -2-3-4-7 -8,1 -6-5-4-7 -8,工作原理,例2-3,压力机运动简图绘制,22/59,沿着运动传递路线，分析两构件间相对运动性质，以确定运动副类型和数目,转动副,：,偏心轮1和杆件2 杆件2和杆件3 杆件3和杆件4,滑块7和压杆8 槽凸轮6齿轮6和机座9,杆件4和滚子5 机座9和偏心轮1齿轮1,移动副,杆件3和机座9 杆件4和滑块7 压杆8和机座9,高副,齿轮1和齿轮6 滚子5和槽凸轮6,23/59,24/59,第三节 惯用机械传动机构,1 实现运动形式变换:,一、机械传动机构基本功效,25/59,26/59,27/59,2、实现运动变换,低速倒车档,(1)-2(7)-8-6(),高速档:,-,中速档:,(1)-2(3)-4(),低速档:,(1)-2(5)-6(),实现减速,增速,变速功,能,28/59,3、实现运动合成和分解,29/59,3、取得大机械效益,30/59,第四节,平面机构含有确定运动条件,31/59,移动副:,约束了,沿y轴方向移动,和,在xOy平面内转动,只保留沿x轴方向移动；,一、平面机构自由度计算,32/59,转动副:,约束了,x、y两个方向,移动,只保留一个转动；,33/59,高副:,只约束了沿接触处,公法线,n-n,方向,移动。,34/59,单个自由构件自由度为 3,低副引入两个约束！,高副引入一个约束！,活动构件数,n,计算公式：,F=3n(2P,L,+P,h,),要求：记住上述公式，并能熟练应用。,构件总自由度,低副约束数,高副约束数,3n,2 P,L,1,P,h,35/59,式中，为,活动构件个数,;,为低副个,数,;为高副个数。,F=3324=1,F=3425=2,n=3,P,l,=4,n=4,P,l,=5,36/59,二、运动链可动性及运动确定性条件,举例：,图a所表示：,n=2 PL=3 PH=0,F=3n-2PL-PH=0,各构件间已无相对运动，只组成了一个,刚性桁架，因而不能成为机构,图b所表示,n=3 PL=5 PH=0,F=3n-2PL-PH=-1,已成为超静定桁架了，也不能成为机构,运动链可动性必要条件:自由度F0,机构自由度 机构所含有独立运动数目,37/59,现从下面两种情况分析:当运动链自由度大于0时,假如,原动件数少于自由度数,那么运动链就会出现运动不确定现象,不能成为机构,如图2-19所表示；,图 2-19 原动件数小于,F,38/59,图 2-20原动件数大于,F,假如,原动件数大于自由度数,则运动链中最微弱构件或运动副可能被破坏,也不能成为机构,如图2-20所表示。,39/59,2）,F0,如原动件数大于机构自由度数损坏,如原动件数小于机构自由度数运动,不确定,结论,1）F=0 机构蜕化成刚性桁架，无相对运动。,平面机构含有确定运动条件：,机构自由度数大于零,原动件数目等于机构自由度数目。,机构自由度 机构所含有独立运动数目。由上可知：,40/59,24.试计算图示牛头刨床工作机构自由度,计算实例,解：该机构构件总数N=7,活动构件数n=6,5个转动副、3个移动副，,1个高 副。,由此可得机构自由度数为：,F=3n-2P,L,-P,H,=3,6-2,8-1=1,41/59,例2-5 试机算图示航空摄影机快门机构自由度。,解：该机构构件总数N=6,活动构件数n=5,6个转动副、一个移动副，没有高副。由此可得机构自由度数为：,F=3n-2P,L,-P,H,=3,5-2,7-0=1,42/59,1.,局部自由度,2.,复合铰链,3.,虚约束,二、计算平面机构自由度应注意事项,43/59,1.局部自由度,在一些机构,中，不影响其它,构件运动自由,度称为,局部自由,度,。,滚子绕本身轴线转动不影响其它构件运动,该转动自由度即,局部自由度,。,44/59,图 2-23 局部自由度,（a）,滚子作用：滑动摩擦,滚动摩擦。,计算时先把滚子看成与从动件连成一体,消除转动副后再计算其自由度,此时机构中，,n,=2,P,L2,P,H 1,则,F,3,n,2,P,L,P,H322211,1,2,3,1,2,3,45/59,2.复合铰链,两个以上构件在同一处以转动副联接，则组成,复合铰链,。若,m,个构件在同一处组成复合铰链，该处实际转动副数目为（,m,-1）个。,46/59,例 2-6计算图2-22所表示钢板剪,切机自由度。,图 2-22 钢板剪切机,解 由图可知,n,=5,P,L=7,P,H=0(B处为复合铰链,含两个,转动副)，则,F,3,n,2,P,L,P,H 352701,47/59,对机构运动实际上不起限制作用约束称为,虚约束,。,3.虚约束,(1)转动副连接两构件运动轨迹重合,AB,、,CD、EF,平行且相等,(2)两构件组成多个转动副、且各转动副轴线重合,(3)两构件组成多个移动副、且各转动副导路平行 或者重合,(4)两构件组成多个平面高副、且各高副接触点处公法线重合,(5)对机构运动不起作用对称部分如：行星轮,48/59,图 2-24轨迹重合平行四边形机构,计算机构自由度时,应按图2-24(b)处理,将构件5及其两个转动副,E,、,F,去掉。,F=3,3-2,4=1,（b）,A,B,D,C,（a）,A,B,D,C,F,E,5,1,2,3,4,(1),AB,、,CD、EF,平行且相等。,如图连接构件5上,E,点轨迹与机构连杆BC上轨迹重合,构件5引入了虚约束。,49/59,图 2-25 导路平行多个移动副,(2)导路平行或重合,移动副,：两构件组成多个导路相互平行移动副时,会出现虚约束。如图2-25(a)所表示曲柄滑块机构中,移动副,D,和,D,只有一个起约束作用,另一个则为虚约束。计算时按图2-25(b)处理。,50/59,图 2-26 轴线重合转动副,(3)轴线重合,转动副,：两构件组成多个轴线相互重合转动副,会出现虚约束。如图2-26所表示齿轮机构中，转动副A和A、B和B只有一个起约束作用,另一个为虚约束。,F=31-21=1,F=32-22-1=1,51/59,（4）、两构件组成高副，两处接触，且法线重合。,注意：,法线不重合时，变成实际约束！,A,A,n,1,n,1,n,2,n,2,n,1,n,1,n,2,n,2,A,A,F=32-22-1=1,52/59,图 2-27 差动轮系,(5)传动对称：机构中传递运动而不起独立作用对称部分形成虚约束，如图2-27所表示差动轮系。,F=3,4-2,4-2=2,53/59,例2-7 图示2-28组合机构中轴线yy/xx；且齿轮2及凸轮4固定在同一轴线上，计算其机构自由度。,解：F=3n-2P,L,-P,H,-m=3,9-2,12-1,2=1,图,2-28,54/59,例2-8求图示2-29机构自由度,图 2-29,解：2、3、4是复合铰链,F=3*7-2*10=1,55/59,虚约束作用：,改进构件受力情况，如多个行星轮。,增加机构刚度，如轴与轴承、机床导轨。,使机构运动顺利，防止运动不确定，如车轮。,注意：各种出现虚约束场所都是有条件!,56/59,第五节 传动机构运动方案分析实例,57/59,本章总结,学习,重点,1.搞清运动副、运动链、约束和自由度等基本概念,2.能熟练绘制惯用机构机构运动简图,3.能熟练计算平面机构自由度,学习,难点,复合铰链、局部自由度和虚约束识别和处理,58/59,作业：2-6,（a),(c),(d),(f),2-8,思索：2-10,59/59,