1、甘肅工業(yè)大學專用,構件 獨立的運動單元,內(nèi)燃機中的連桿,內(nèi)燃機連桿,零件 獨立的制造單元,第二章 機構的自由度計算,機構用來傳遞運動和力或改變運動形式的可動裝置。,一、機構的組成,甘肅工業(yè)大學專用,二. 運動副,a)兩個構件、b) 直接接觸、c) 有相對運動,運動副元素：直接接觸的部分（點、線、面） 例如：滾子凸輪、齒輪齒廓、活塞與缸套等。,1. 運動副：兩構件直接接觸而構成的可動的聯(lián)接。,三個條件，缺一不可,甘肅工業(yè)大學專用,2. 運動副的分類： 1)按引入的約束數(shù)分有：,III級副,I級副、II級副、III級副、IV級副、V級副。,甘肅工業(yè)大學專用,2)按相對運動范圍分有： 平面運動副平面

2、運動,平面機構全部由平面運動副組成的機構。,IV級副,例如：球鉸鏈、拉桿天線、螺旋、生物關節(jié)。,空間運動副空間運動,V級副1,V級副2,V級副3,空間機構至少含有一個空間運動副的機構。,甘肅工業(yè)大學專用,3)按運動副元素分有： 高副點、線接觸，應力高。,低副面接觸，應力低,例如：滾動副、凸輪副、齒輪副等。,例如：轉動副（回轉副）、移動副 。,甘肅工業(yè)大學專用,常見運動副符號的表示: 國標GB446084,甘肅工業(yè)大學專用,常用運動副的符號,運動副 名稱,運動副符號,兩運動構件構成的運動副,轉動副,移動副,兩構件之一為固定時的運動副,平面運動副,甘肅工業(yè)大學專用,平面高副,螺旋副,空間運動副,甘

3、肅工業(yè)大學專用,構件的表示方法:,甘肅工業(yè)大學專用,一般構件的表示方法,桿、軸構件,固定構件,同一構件,甘肅工業(yè)大學專用,三副構件,兩副構件,一般構件的表示方法,甘肅工業(yè)大學專用,運動鏈兩個以上的構件通過運動副的聯(lián)接而構成的系統(tǒng)。,注意事項:,畫構件時應撇開構件的實際外形，而只考慮運動副的性質(zhì)。,閉式鏈、開式鏈,3. 運動鏈,甘肅工業(yè)大學專用,4. 機構,定義：具有確定運動的運動鏈稱為機構 。,機架作為參考系的構件，如機床床身、車輛底盤、飛機機身。,機構的組成： 機構機架原動件從動件,機構是由若干構件經(jīng)運動副聯(lián)接而成的，很顯然，機構歸屬于運動鏈，那么，運動鏈在什么條件下就能稱為機構呢？即各部分

4、運動確定。分別用四桿機構和五桿機構模型演示得出如下結論： 在運動鏈中，如果以某一個構件作為參考坐標系，當其中另一個（或少數(shù)幾個）構件相對于該坐標系按給定的運動規(guī)律運動時，其余所有的構件都能得到確定的運動，那么，該運動鏈便成為機構。,原（主）動件按給定運動規(guī)律運動的構件。 從動件其余可動構件。,甘肅工業(yè)大學專用,三 平面機構運動簡圖,機構運動簡圖用以說明機構中各構件之間的相對 運動關系的簡單圖形。,作用： 1.表示機構的結構和運動情況。,機動示意圖不按比例繪制的簡圖 現(xiàn)摘錄了部分GB446084機構示意圖如下表。,2.作為運動分析和動力分析的依據(jù)。,甘肅工業(yè)大學專用,常用機構運動簡圖符號,甘肅工

5、業(yè)大學專用,甘肅工業(yè)大學專用,機構運動簡圖應滿足的條件： 1.構件數(shù)目與實際相同,2.運動副的性質(zhì)、數(shù)目與實際相符,3.運動副間的相對位置以及構件尺寸與實際成比例。,甘肅工業(yè)大學專用,繪制機構運動簡圖,順口溜：先兩頭，后中間， 從頭至尾走一遍， 數(shù)數(shù)構件是多少， 再看它們怎相聯(lián)。,步驟： 1.運轉機械，搞清楚運動副的性質(zhì)、數(shù)目和構件數(shù)目；,4.檢驗機構是否滿足運動確定的條件。,2.測量各運動副之間的尺寸，選投影面（運動平面）， 繪制示意圖。,3.按比例繪制運動簡圖。 簡圖比例尺： l =實際尺寸 m / 圖上長度mm,思路：先定原動部分和工作部分（一般位于傳動線路末端），弄清運動傳遞路線，確定

6、構件數(shù)目及運動副的類型，并用符號表示出來。,舉例：繪制破碎機和偏心泵的機構運動簡圖。,甘肅工業(yè)大學專用,繪制圖示鱷式破碎機的運動簡圖。,甘肅工業(yè)大學專用,繪制圖示偏心泵的運動簡圖,偏心泵,甘肅工業(yè)大學專用,四 平面機構的自由度,給定S3S3(t)，一個獨立參數(shù) 11（t）唯一確定，該機 構僅需要一個獨立參數(shù)。,若僅給定11（t）,則2 3 4 均不能唯一確定。若同時給定1和4 ，則3 2 能唯一確定，該機構需要兩個獨立參數(shù) 。,甘肅工業(yè)大學專用,機構的自由度：保證機構具有確定運動時所 必須給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目。,原動件：能獨立運動的構件。 一個原動件只能提供一個獨立參數(shù),機構具有確定運動的

7、條件為：,自由度原動件數(shù),甘肅工業(yè)大學專用,（一）、 平面機構自由度的計算公式,作平面運動的剛體在空間的位置需要三個獨立的參數(shù)（x，y, ）才能唯一確定。,(x , y),甘肅工業(yè)大學專用,運動副 自由度數(shù) 約束數(shù) 回轉副 1（） + 2（x，y） = 3,R=2, F=1,R=2, F=1,R=1, F=2,結論：構件自由度3約束數(shù),移動副 1（x） + 2（y，）= 3,高 副 2（x,） + 1（y） = 3,經(jīng)運動副相聯(lián)后，構件自由度會有變化：,自由構件的自由度數(shù)約束數(shù),甘肅工業(yè)大學專用,活動構件數(shù) n N1,計算公式： F=3n(2PL +Ph ),要求：記住上述公式，并能熟練應用。

8、,構件總自由度,低副約束數(shù),高副約束數(shù),3n,2 PL,1 Ph,計算曲柄滑塊機構的自由度。,解：活動構件數(shù)n=,3,低副數(shù)PL=,4,F=3n 2PL PH =33 24 =1,高副數(shù)PH=,0,推廣到一般：機構中有N個構件,甘肅工業(yè)大學專用,計算五桿鉸鏈機構的自由度,解：活動構件數(shù)n=,4,低副數(shù)PL=,5,F=3n 2PL PH =34 25 =2,高副數(shù)PH=,0,甘肅工業(yè)大學專用,計算圖示凸輪機構的自由度。,解：活動構件數(shù)n=,2,低副數(shù)PL=,2,F=3n 2PL PH =32 221 =1,高副數(shù)PH=,1,甘肅工業(yè)大學專用,（二）、計算平面機構自由度的注意事項,計算圖示圓盤鋸機

9、構的自由度。,解：活動構件數(shù)n=,7,低副數(shù)PL=,6,F=3n 2PL PH,高副數(shù)PH=0,=37 26 0,=9,計算結果肯定不對！,甘肅工業(yè)大學專用,1.復合鉸鏈 兩個以上的構件在同一處以轉動副相聯(lián)。,計算：m個構件,有m1轉動副。,兩個低副,甘肅工業(yè)大學專用,上例：在B、C、D、E四處應各有 2 個運動副。,計算圖示圓盤鋸機構的自由度。,解：活動構件數(shù)n=7,低副數(shù)PL=,10,F=3n 2PL PH =37 2100 =1,可以證明：F點的軌跡為一直線。,圓盤鋸機構,甘肅工業(yè)大學專用,計算圖示兩種凸輪機構的自由度。,解：n=,3，,PL=,3，,F=3n 2PL PH =33 23

10、 1 =2,PH=1,對于右邊的機構，有： F=32 22 1=1,事實上，兩個機構的運動相同，且F=1,甘肅工業(yè)大學專用,2.局部自由度F,F=3n （2PL + PH ）F =33 23 1 1 =1,本例中局部自由度 F=1,或計算時去掉滾子和鉸鏈： F=32 22 1 =1,定義：構件局部運動所產(chǎn)生的自由度。,出現(xiàn)在加裝滾子的場合，計算時應去掉F 。,滾子的作用：滑動摩擦滾動摩擦。,甘肅工業(yè)大學專用,解：n=,4，,PL=,6，,F=3n 2PL PH =34 26 =0,PH=0,3.虛約束 對機構的運動實際上不起約束作用的約束。 計算自由度時應去掉虛約束。, FEAB CD ，故增

11、加構件4前后E點的軌跡都是圓弧，。 增加的約束不起作用，應去掉構件4。,火車輪,甘肅工業(yè)大學專用,重新計算：n=3, PL=4, PH=0,F=3n 2PL PH =33 24 =1,特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,甘肅工業(yè)大學專用,出現(xiàn)虛約束的場合： 1）.兩構件連接前后，連接點的軌跡重合， 則該連接引入1個虛約束;,如：平行四邊形機構，火車輪,橢圓儀等。(需要證明),2）.運動時，兩構件上的兩點距離始終不變， 將此兩點以構件相連, 則將帶入1個虛約束。,甘肅工業(yè)大學專用,3）兩構件多處接觸構成運動副,. 移動副，且導路平行。 （只計算一個移動

12、副）, . 轉動副，且同軸。 （只計算一個轉動副）,. 高副，兩處接觸，且法線重合。 （只計算一個高副）,甘肅工業(yè)大學專用,.兩構件構成高副,多處接觸,且接觸點法線重合。 （只計算一個高副）,如等寬凸輪,注意： 法線不重合時，變成實際約束！,有一處為虛約束,此兩種情況沒有虛約束,甘肅工業(yè)大學專用,4).對運動不起作用的重復或對稱部分。 如 多個行星輪。,虛約束：,1）計算公式,2）從機構運動簡圖中先去掉產(chǎn)生虛約束部分,再計算,甘肅工業(yè)大學專用,虛約束的作用： 改善構件的受力情況，如多個行星輪。,增加機構的剛度，如軸與軸承、機床導軌。,使機構運動順利，避免運動不確定，如車輪。,注意：各種出現(xiàn)虛約束的場合都是有條件的 !,平面機構自由度計算的一般公式為:,甘肅工業(yè)大學專用,計算圖示大篩機構的自由度。,位置C ，2個低副,復合鉸鏈:,局部自由度,1個,虛約束,E,n=,7,PL =,9,PH =,1,F=3n 2PL PH =37 29 1